一项千年太空任务即将拯救人类—

全文共6815字，预计学习时长20分钟

来源：Pexels

“2075年，太阳即将毁灭，地球已经不适合人类生存了。面对绝境，人类开启“流浪地球”计划，试图带着地球一起逃离太阳系，寻找人类新的家园……”这是年度热片《流浪地球》讲述的故事。

而在现实中，一些科学家则正在设想长达1千年的人类太空远征。

人类在地球上生存大约20万年后，到本世纪末，气候变化将使得地球上的大片地区不再适宜人类居住。

即使人们能够适应气候变化，漫长岁月后，地球也终将因其他原因变得不宜居住：比如彗星撞击或超级火山喷发等偶然事件，或者最终——如果我们能活到那一天的话——太阳会在大约50亿年后膨胀成一颗红巨星，要么将地球完全吞没，要么将地球上的一切生命燃烧殆尽。

因此，我们应该开始筹划逃离地球的潜在路线，即使现在看来并不是很紧迫，但至少这是一种应对合理威胁的必要反应。

首选的目的地自然是离我们最近的星球——火星。我们已经向火星发射了多个探测器，并且美国国家航空航天局（NASA）计划在2024年再次登月，计划最终将月球作为火星任务的航路点。埃隆·马斯克（Elon Musk）创办的Space X公司声称他们也计划在2024年进行一次载人火星之旅。

但火星是一颗沙漠行星，寒冷贫瘠，没有大气层，仅有一层薄薄的二氧化碳。当然，如果我们身着防护服待在密闭的建筑中，也可以在那里生存下来，但火星并非真正的宜居之地。

一些科学家还发现了另一个理想的星球：比邻星b（Proxima b），这颗行星绕着恒星比邻星运行，距离太阳大约4.24光年。

比邻星b是位于半人马座阿尔法星太阳系的三颗恒星之一，其质量是地球的1.3倍，其表面温度使得液态水得以存在，这也就增加了这颗星球孕育生命的可能性。

目前最大的挑战就是如何到达那里。地球与比邻星b的距离之遥远几乎难以想象。

一项名为“突破摄星”的项目正计划向半人马座阿尔法星发射一个探测器，探测器仅20年就可到达比邻星b，但前提是整个飞船的重量只有几克，且需由1000亿瓦的激光从地球上发射推动，不运载燃料或载人。即使据乐观估计，也需要几个世纪才能让一艘载人太空船旅行一光年；要想到达比邻星b附近，则需要一千年甚至更长的时间。

这意味着没有任何一批机组人员能够在这段旅程中从始至终活下来，因此，飞船上的人需要将这项任务一代代传下去。

插图：珍妮特·麦克

虽然听起来像科幻小说，但有一个研究团队正在努力解决数代人的太空旅行问题。非营利组织“星际研究倡议”是一个致力于推动人类迁徙到其他星球的教育和研究机构，其执行董事安德烈亚斯·海因（Andreas Hein）在巴黎给我打电话时说：“从物理学角度来看，太空旅行并不存在主要障碍，众所周知，人类可以在孤岛等与世隔绝的地区生活数百年或数千年；原则上，人类可以生活在像生物圈二号这样的人工生态系统中，只不过要将规模扩大而已。虽然目前有许多挑战，但这些挑战并未违反物理学的基本原理。”

这个项目困难重重，且涉及面广，涵盖物理学、生物学、社会学、工程学等领域，会遇到诸如人造重力、冬眠、生命保障系统、推进、导航等难题，以及许多尚未解决的问题。但是，即使我们永远无法到达比邻星b，在探索如何逃离地球的过程中，随着地球上的能源和水等资源变得越来越稀缺，也许某些参与这项工作的科学家会偶然发现在地球上生存下去的办法。

如果要迁徙到太阳系之外的行星上，那么最基本的问题是这个设想在生物学方面是否可行。

斯特拉斯堡大学天体物理学家弗雷德里克·马林（Frédéric Marin）是一名研究黑洞辐射问题的专家，他决定在没有经费的情况下，利用业余时间撰写一系列研究论文，探讨这个问题。

他想要研究这个问题是受到了尼克·卡纳斯（Nick Kanas）著作的启发。卡纳斯是一位精神病学教授，他对NASA的工作人员进行了研究，试图了解在国际空间站呆几个月对人的心理带来的影响。卡纳斯发表了许多关于这一主题的论文和书籍，评估了禁闭、压力、零重力和与地球隔绝对人类心灵造成的影响。他将自己的工作描述为开展长期太空任务的前奏。这一系列的研究提出了一个问题：载人到太阳系外甚至到更远的行星上是否可行？马林意识到很少有人会从生物学和社会学的角度来解决这个问题。他也意识到自己有能力尝试解决这一问题。

来源：Pexels

作为一名天体物理学家，马林习惯于通过建立太空粒子相互作用的模拟模型的方式。他设计了一个模拟实验，每个单元代表的不是粒子，而是封闭环境中的人，这个人有一定概率可以健康活下来，最终死于疾病，并将遗传物质传给下一代。反言之，下一代的人天生就具有一些随机属性，而其他属性则基于其父母的“血缘关系”——他们之间关系的密切程度。关键问题在于，一个给定规模的团队是否能够完成200年的太空旅行，且保证其间不会出现人数超出飞船容量、队员大批死亡，或发生过度近亲结合等情况。“你可以通过生物学、人体测量学、人类学以及数学的数据来计算这种情况，”马林说道，“尽管这只是理论上的一步，但这却是第一步。”

2017年，马林发表了一篇论文，向大家展示了一个名为HERITAGE的软件系统，该系统可以模拟一个长期与世隔绝的人类种群，从而预测一个给定规模的团队是否能够完成数代人的太空旅行，并携带丰富多样的遗传基因抵达一个新的星球。2018年，他和合著者卡米尔·贝卢浮（Camille Beluffi）（科学数据创业公司CASC4DE的一位物理学家）应用同样的技术计算了前往比邻星b所需的团队规模，预测出只要98名队员离开地球就足以成功完成6300年的航行。马林称，至少从理论层面而言，这一推论证明了人类在前往比邻星b的旅途中维持一个健康的基因库并非不可能。“然后，”他解释说，“你会问，我们该怎么做？”

接下来，他对生产粮食所需的空间进行了估测。他在今年发表的一篇论文中推测，科学家们应该会通过雾培技术（一种高效的种植系统，将营养雾喷洒到悬挂着的植物根部）种植蔬菜，并从需要更多空间的动物身上获取一些额外的蛋白质。使用这些技术，供养500名船员所需的总空间将为0.45平方公里，即111英亩：相当于梵蒂冈的总面积，大约是中央公园的八分之一大小。这一区域将被安排在一个缓慢旋转的圆柱体周围，以产生人造重力，这样人类就可以在太空中长时间保持肌肉质量，并维持正常的身体机能，还能跨越多个楼层。马林提出了一个建筑方案，建造一个仅25米高但半径为224米的圆柱体，这恰好也与NASA标志性圆环体的设计理念相同。

图源：NASA艾姆斯研究中心

弗雷德里克·马林（Frédéric Marin）认为星际旅行是可行的，但事实却恰恰相反。尽管“突破摄星”计划提出要使一个不及5美分重量的探测器到达半人马座阿尔法星需要克服一系列重大难题，但马林计算的却是一艘比美国海军最大航母还要大的飞船。这艘飞船如此庞大，定然无法在宇宙中移动吧？

我与哈佛大学Frank B.Baird Jr.的科学教授、“突破摄星”计划顾问委员会主席阿维·勒布（Avi Loeb）进行了交谈，我原以为他会对500人飞船的想法嗤之以鼻，因为即便是超小型飞船也很难进行星际旅行。但他并没有全盘否定。他解释说，理论上，利用“突破摄星”所使用的激光推进系统来移动更大的荷载是没有问题的，但还存在另一大阻碍。“一旦你离开地球磁场的保护层，”勒布说，“你就会暴露在异常高能的粒子中，一年之内，这些粒子就会损害你大脑中的大部分细胞……这对前往火星的人来说尚且都是一种风险，更别提是长达数百年的宇宙航行。”

即便如此，勒布也同意马林的观点，即我们可能要弄清楚如何完成几代人的太空旅行任务。“毫无疑问，我们的未来在太空中，”他告诉我，“无论如何，我们都得离开地球……总有一天，小行星可能会撞击地球，或者太阳不断升温，使地球上的所有海洋都滚滚沸腾。最终，为了生存，我们需要重新安家。”

今年6月，来自世界各地的一组研究人员聚集在荷兰诺德韦克的伊拉斯谟太空展览中心，参加欧洲航天局（ESA）举办的首次星际研讨会。在礼堂的穹顶之下，聚光灯对着舞台，一百多名观众有序地坐在一排排座位上，观看数代人太空旅行的介绍。

不同领域的科学家们纷纷出席：建筑学、天体物理学、语言学、社会学、工程学、材料科学、人类和植物生物学等等。他们所回答的问题是在我们承认假设成立的前提下才出现的，就像马林的模拟实验所表明的那样，我们要假设自己真的能建造出这艘飞船，并且人类可以在飞船中健康生活千年甚至更长时间。

这是航空工程师安德烈亚斯·海因（Andreas Hein）在主题为“世界飞船：可行性和合理性”的展示中提出的理论，他阐述了不同飞船设计的权衡处理，以及“星际探索的社会学：社会秩序、权威和权力结构注解”背后的假设，社会学教授埃尔克·海明格（Elke Hemminger）在其中对世界飞船任务所需的社会结构进行了理论推导。在艺术家和生物学家安杰洛·韦尔默朗（Angelo Vermeulen）的“进化中的小行星星舰：星际空间系统的生物启发方法”和神学讲师迈克尔·瓦尔特麦斯（Michael Waltemathe）的“星际探索的哲学层面”等介绍中都有这方面的内容。

“星际探索的哲学层面”探讨的内容涉及太空任务的伦理、太空防污染原则和基督教对外星人的反应。（对于后者，他引用了梵蒂冈前首席天文学家祖斯·加布里·冯斯（José Gabriel Funes）的说法，从逻辑上而言，全能的上帝创造外星物种是有可能的——如果没有原罪，它们甚至可能比人类更接近造物主。）

其他科学家们研究了太空旅行对这些队员而言意味着什么——不仅是对选择离开地球的第一代人，而是第二代、第十代、第五十代、第一百代人，对他们来说，我们的星球可能只是一个神话；除了旅行之外，他们别无他命。

来源：Pexels

来自堪萨斯大学的语言学家安德鲁·麦肯锡（Andrew McKenzie）和来自南伊利诺伊大学的语言学家杰弗里·庞斯克（Jeffrey Punske），写道“如果太空旅行需要几代人才能完成，那么旅行开始和结束时人们说的语言将截然不同。”他们说：“即使飞船上的学校严格进行‘地球英语’的教学，孩子们也会逐渐发展出自己的飞船英语，随着时间的推移，这种方言会与地球上的英语越来越不同。”这个问题将会变得非常复杂，因为这种“飞船英语”——仅以英语为例——对每艘飞船而言都是独一无二的，如果两艘飞船到达同一个星球，大家就会说不同的英语方言，甚至是完全不同的语言。

最终，为了生存，我们需要重新安家。

另外，悉尼麦考瑞大学的哲学教授、牛津大学伦理学的高级研究员尼尔·利维（Neil Levy）在英国《万古》（Aeon）杂志上发表的一篇文章中研究了太空航行的道德问题：

他写道：“飞船要想持续工作，那么在飞船上出生的大多数孩子都必须要被训练成下一代船员。”他说：“他们在实行何种计划方面几乎没有任何选择余地。他们最多只能在飞船一系列的职位中进行选择：厨师、园丁、工程师、飞行员等等。”

换句话说，他们的人生选择以及他们所能经历的人生都将极其有限。这样对待他们是否合乎道德？

这一结论取决于我们认为如何才能合理地保护我们的种族，利维拒绝做出表态。相反，他指出了这个问题的潜台词：人生的结果已经由出生的偶然决定了，因为这个世界本来就是这样的；每个儿童未来都会受到贫穷、国籍、宗教和文化的限制。

这可能并不公正，但我们接受这是人类境况的一部分。他写道：“扪心自问，将数代人困于飞船是否道德，或许这能让我们从一个新的角度来思考，在最大的飞船——地球上，我们现在对人类生活施加的限制是否道德。”

要迁徙到离我们最近的恒星上，不仅要解决技术上的障碍，首先,经济上就负担不起。

星际研究计划的安德烈亚斯·海因（Andreas Hein）在其研究中估测，如果世界经济继续以目前的速度增长，那么在2500年至3000年间，人类就有经济能力可以建造一艘世代飞船。这不仅仅是时间问题：仅靠地球的资源，我们很可能无法发展出一个足够大的经济体，因此我们需要以某种方式在地球之外进行扩张。开拓太空，比如开采小行星，十分必要，不仅可以筹措资金，同时也能验证在宇宙飞船上生活数百年的可能性。

“突破摄星”计划顾问委员会主席阿维·勒布（Avi Loeb）教授认为太空旅行非常危险，不值得进行这样的旅行，尽管他也希望人类可以到达遥远的恒星系。但是，他认为通过其它途径在别的星球孕育生命的可行性更高，比如发射一个人工智能系统，该系统可以用它遇到的原材料构建生物细胞，重新从零开始孕育生命，这些生命可能与我们现在的人类相似，也可能不相似。

由于进行一次太空旅行可能需要千年时间才能真正实现，且新的星球与现在地球的文化也许并不相同，因此我们往往会把多代人太空旅行看作是白日做梦，即使那些严肃的科学家为此付出了无数心血。

来源：Pexels

俄亥俄州立大学和纽约某研究所的天体物理学家保罗·萨特（Paul M. Sutter）发表了星际旅行中存在的困难的专栏文章，特别是“突破摄星”计划。萨特在YouTube上发了一段视频，他解释说，“突破摄星”计划的激光推进所需的功率相当于美国所有核电站输出功率的总和，且只会将几磅的推力传递给太空探测器。被问及能否用同种方法驾驶一艘载人飞船时，萨特表示持怀疑态度。他说：“除非你有一百万倍的能量，或者一百万倍的时间。”但这两者听起来都并不现实。

太空探索的成本极其高昂，且难于登天，这也导致其进展缓慢。“自从登月以来，已经50年过去了，相比于上世纪60年代，如今的我们依旧难以继续往前迈进，”萨特说。“由此想来，我们也可以预见50年后我们能做些什么。”

但我们可以在旅行开始之前，从研究的附带利益中发现价值。

安杰洛·韦尔默朗（Angelo Vermeulen）是一名专业的艺术家和生物学家，目前在荷兰代尔夫特理工大学担任空间系统研究员，专门研究将自然界的原理应用于人工系统。他将自己的工作描述为“形态基因工程的理论研究”，这是一种从一小组初始规则和特性中产生复杂设计的方法——就像白蚁可以在没有中央控制的情况下，建造阴凉的大型土丘以供居住。

韦尔默朗的一些著作整合了梅丽莎（MELiSSA）项目的研究成果，梅丽莎计划是由欧洲航天局领导的一个项目，旨在开发一个封闭、循环的生命保障系统，该系统将二氧化碳和有机废物回收为食物、氧气和水。虽然梅丽莎计划的最终目标是使长期的太空任务成为可能，但它也分离出了一家姊妹公司，该公司负责开发这项技术的商业应用和地面应用——比如一个可以在离网环境下处理废水的模块化卫生中心，或者是一种富含营养且可以降低胆固醇的细菌。

在某种形式上，关于数代人太空旅行一事，与我交谈过的大多数研究人员都指出，在一项技术或科学突破公之于众前，我们无法描绘出它的所有应用。只有当这些点出现在页面的某个地方，我们才能开始将这些点连接起来，寻找新的路线和模式；但在事后来看，短期和长期的模式更显而易见，有时会以意想不到的方式出现。

来源：Pexels

在我们通话结束前，韦尔默朗给我讲了一个故事：1901年，在布法罗举办的泛美博览会上，有一个著名景点是模拟月球之旅的游乐装置。只要花50美分，乘客就可以登上月球号“飞船”，这是一艘木制飞船，有两个翅膀，通过滑轮、剧场道具、视错觉，甚至是矮人演员的巧妙组合，可以让人们体验离开地球，爬上太空与外星人邂逅的场景。

该“飞船”大获成功，吸引了40万顾客付费体验，包括当时的总统威廉·麦金利（William McKinley），托马斯·爱迪生（Thomas Edison）和多位最高法院大法官。世界各地的新闻公告争相报道了此事。

这也纯粹是一种世纪之交的表演技巧，一种创造性的胜利，就像上世纪六七十年代的低俗科幻电影一样，展示了当时人们对未来的憧憬。但是其实际影响——它对集体意识的影响——很难量化。

也许没有月球就没有美国宇航局，没有阿波罗计划，也就没有今天的火星漫游者。

如果没有这些想象力的飞跃，在我们到达之前，没有对未来的猜测，我们永远也无法到达新的地方。也许，只是也许，有一天，在遥远星球上，一个男人或女人会回顾这项研究，尽管这项研究已经过时，但也会说出同样的话。