我们应该殖民另一个世界吗?

Kepler-186f, the first validated Earth-size planet to orbit a distant star in the habitable zone?a range of distance from a star where liquid water might pool on the planet's surface, is seen in a NASA artist's concept released April 17, 2014. The discovery, announced on Thursday, is the closest scientists have come so far to finding a true Earth twin. The star, known as Kepler-186 and located about 500 light years away in the constellation Cygnus, is smaller and redder than the sun. REUTERS/NASA/JPL-Caltech/Handout (UNITED STATES - Tags: SCIENCE TECHNOLOGY) THIS IMAGE HAS BEEN SUPPLIED BY A THIRD PARTY. IT IS DISTRIBUTED, EXACTLY AS RECEIVED BY REUTERS, AS A SERVICE TO CLIENTS. FOR EDITORIAL USE ONLY. NOT FOR SALE FOR MARKETING OR ADVERTISING CAMPAIGNS
It is becoming clear that our Earth may become unlivable soon, but should we escape to another planet?Image: REUTERS/NASA
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走向灭绝之路

一些人认为,如果我们留在地球,人类终将不复存在。埃隆·马斯克在六月发表的一篇文章中警告说,这是一种宇宙层面的必然:如果我们不成为多行星物种,地球上的生命终将灭绝。马斯克写道,人类有两条路可选:“一条路是永远留在地球上,那么最终总会发生某种灭绝事件。我并没有预言末日很快就会来临,但历史表明,最终总会发生某种末日事件。另一种选择是成为一个太空文明,成为多行星物种。我希望你们也会认同,这是正确的道路。”

生存,以及由恐惧加剧的生存焦虑,显然是人类成为多行星物种的主要动因。尽管小行星撞击或核战争等假设中的大规模灭绝事件令人忧心,但我们已经拥有先进技术,或有充分的理论依据来研发这类技术,以保障人类的未来。那么,殖民火星究竟有多迫切?

超级太阳耀斑

过去几年里,科学家和未来学家越来越担忧超级太阳耀斑(SSF)出现的可能性。普通太阳耀斑是恒星黑子周期中的正常现象,会导致宇宙辐射激增。然而,SSF是一种规模巨大的太阳耀斑。天文学家、马里兰州空间望远镜档案馆(MAST)档案科学家斯科特·弗莱明告诉《未来主义》杂志,一颗恒星可能在短短几小时甚至几秒内释放出相当于4750亿颗核弹的能量。这些能量以X射线、伽马射线、无线电波、可见光和紫外线辐射的形式释放。

很长一段时间里,科学家并不认为这是什么大问题,但有关它们的新发现改变了专家们的看法。过去几年,开普勒太空望远镜发现证据表明,遥远的类太阳恒星频繁发生耀斑活动。科学家开始思考,如果我们的太阳发生SSF会怎样,这促使人们展开了新的研究。

如果发生SSF,最先瘫痪的将是电力基础设施。这意味着手机、电脑、汽车、人造照明等我们社会如今完全依赖的技术都将停止运作,全球文明可能因此陷入混乱……并且,真的进入一个新的黑暗时代。

SSF也可能影响环境。根据今年早些时候发表的一项相关研究,它可能会严重破坏残存的臭氧层,广泛损害生态系统,并引发大规模灭绝。起初,这种事件会让暖气体逸出大气层,使地球降温。但之后,地球将几乎无法抵御近乎持续不断的紫外线轰击,紫外线会抵达地表并照射整个星球。

在两极,自20世纪70年代以来臭氧空洞不断扩大,冰冷的海水会迅速吸收二氧化碳,减少海洋中可利用的氧气,并使地球海水的酸性大幅增强。这种变化会威胁构成食物网基础的浮游植物。资源短缺会像一小排多米诺骨牌一样,沿着食物链逐级蔓延。

不过,根据该研究,真正的危险在于:在臭氧层尚未从第一次耀斑中完全恢复之前,极小概率地又发生一次后续的大型耀斑。没有臭氧层保护,第二次SSF产生的紫外线辐射会导致DNA发生剧烈突变,可能损害生育能力并改变生理机能。即使是极端微生物也可能灭绝(诚然,这种情形发生的可能性比只发生一次SSF还低)。

迄今为止,人类尚未目睹太阳发生SSF,部分原因是这类事件并不频繁,而且人类文明仅存在了几千年。但树木年轮中留存的不稳定原子表明,确凿无疑的SSF过去曾袭击地球。

尽管这类事件影响巨大,研究人员仍不确定它们究竟多久发生一次。但根据同一项研究,开普勒望远镜关于过去40万年其他恒星耀斑频率的数据,帮助研究人员了解了与太阳非常相似的恒星发生SSF的频率。据此他们估计,太阳可能每2000万年释放一次SSF(对地球现有有限数据的其他分析则表明,SSF每2600万至6200万年发生一次)。

如果上一次SSF发生在公元775年,并且我们(姑且慷慨地)假设它们每2000万年发生一次,那么距离下一次到来可能还要等很久。如果马斯克这样的人想为探索地球以外的太空寻找理由,SSF并不是最有说服力的动机。

但故事还没有结束。《天体物理学杂志》论文指出,尽管近期预计不会发生全强度的SSF,本千年内很可能会出现较弱但仍具破坏性的太阳耀斑。研究作者写道:“我们推测,某些超级耀斑造成的总损失可能超过当前世界国内生产总值。”这样的事件或许不会以灾难性的烈焰让人类灭绝,却可能摧毁经济、瓦解社会,并限制我们获取生存所需资源的能力。

然而,要了解SSF的性质,天体物理学家需要确切知道它们如何在恒星内部形成。弗莱明说:“这涉及大量混乱的活动,包括太阳磁层及其翻腾的大气层。这就像一锅沸水里又加上一个弹簧圈。”如果不能更确切地了解太阳内部,研究人员认为我们无法提前一周以上预测SSF。因此,SSF带来的风险可能比科学家目前预测的更大。

还有哪些可能终结地球的威胁?


SSF的威胁或许不足以促使我们离开地球,但还有其他可能更能促使人们行动的末日情景。布莱恩·威尔科克斯是喷气推进实验室(JPL)研究员兼空间机器人技术经理,也是美国国家航空航天局行星防御咨询委员会(NACPD)成员。他曾从工程角度思考如何防止小行星和彗星撞击地球。

威尔科克斯告诉《未来主义》杂志:“我的研究让我逐渐明白,至少在我们绘制内太阳系所有大型天体分布图这一狭义层面上,小行星问题并不像有些人声称的那么严重。据估计,内太阳系中直径一公里的天体已有98%被发现,而且用不了多久我们就能把它们全部找到。”

威尔科克斯说,随着我们确认小行星的位置和轨道,我们无法阻止它们与地球相撞的可能性会越来越低。科学家发现可能构成威胁的小行星时,就知道它有七分钟的时间窗口会与地球相撞(这是地球轨道的物理规律和时间因素,与已绘制的小行星轨道共同决定的)。过去,科学家认为任何时刻发生撞击的概率都相同。他补充说:“要么被撞上,要么没有。”但经过大量观测,我们不再面对未知威胁,而是有了可量化的证据:已发现的大多数穿越内太阳系的小行星都不会与地球相撞。他说:“来自海王星轨道以外的长周期彗星仍令人担忧,因为我们可能只有几个月的预警时间;但据估计,它们构成的威胁只有内太阳系小行星的约1%。因此,迄今看来,我们没什么可担心的。”

如果某个天体最终进入朝地球飞来的轨道,我们已经制定了一些阻止它的计划。今年早些时候,美国国家航空航天局(NASA)开始设计“双小行星重定向测试”(DART),这艘航天器计划向一颗小行星发射一个大型物体,以改变其轨道。激光或许也能达到类似效果。NASA和美国联邦紧急事务管理局(FEMA)还制定了有效的疏散计划,虽然这些计划令人不安,但针对的是概率低、后果严重的撞击事件。

因此,威尔科克斯并不太担心小行星。不过,超级火山的情况略有不同。威尔科克斯说,超级火山大约每10万年喷发一次,因此其发生概率“比小行星撞击大约高一个数量级”。

超级火山一旦喷发,可能造成毁灭性影响。威尔科克斯说,它会向大气中喷出足够多的尘埃和其他颗粒,遮蔽阳光、阻断光合作用,导致大范围饥荒。目前还无法预测超级火山何时(或是否)会喷发。威尔科克斯说:“你去问国家公园管理局,他们也无法告诉你黄石火山是否已经耗尽能量、永远不会再喷发。”

我们知道黄石火山大约每62万年喷发一次,但和SSF一样,人类文明存在的时间还不足以亲眼见证这类事件。已知最近一次超级火山喷发发生在7.5万年前的印度尼西亚;证据显示,它向大气中喷出的炽热物质,相当于近1000亿辆自卸卡车的装载量。

然而,在威尔科克斯看来,这两个例子都不足以真正促使人类离开地球。事实上,他认为,即使发生类似大流行病的情况,也不足以成为前往火星的理由。

他认为,逃往火星并不能像在多颗小行星上定居那样有效地保存人类物种。威尔科克斯解释说:“如果大流行病是我们最主要的担忧,那么保护自己的最快方式,就是在经过地球化改造的小行星内部建立定居点,可为7000人提供栖息地。我们可以建立许多不同的小行星定居点,而火星只有一个。”

与火星殖民地相比,小行星定居点不仅更容易建造、成本更低,还能以距离提供安全保障。考虑到每26个月才有一次最近接近窗口,从地球飞往火星需要数月至数年;前往小行星带,或未来可能定居的任何一颗近地小行星,则需要更长时间。这比疾病的潜伏期还久——等宇航员抵达新家时,影响他们的最具传染性的疾病早已显现,他们便有时间隔离并开始治疗。威尔科克斯说:“我们希望医学能够取得足够进步,让我们开发出检测手段,阻止感染者进入太空定居点。”未来的宇航员获准进入太空定居点之前,我们可以确保无人携带大流行病病原体。

如果我们必须离开地球,月球似乎是一个特别可行的选择。我们可以在月球表面开采火箭燃料,往返也更快。古老熔岩流形成的管道能为人类提供受保护的建造殖民地场所,我们可以在其中对一片区域进行地球化改造,使其免受SSF辐射。

那么,火星是我们的最佳选择吗?

如果我们担心SSF,火星乍看之下似乎是一个颇有希望的殖民地选址。红色星球与太阳的距离约为地球的两倍,因此到达其表面的太阳辐射会更少。

但事实上,如果发生SSF,火星对人类来说会危险得多。火星没有磁层,其大气层在40亿年前被太阳耀斑活动吹散。发生SSF时,至少在地球上,我们还有大气层这件“防弹衣”保护我们免受辐射;而在火星上,我们将毫无遮蔽、脆弱不堪。

此外,前往火星的旅程将极其危险。对此,威尔科克斯认为还有更好的选择。他说:“如果人类要在太空中生活和工作,就必须学会在太空中生活和工作。”一个不错的起点或许就在隔壁。威尔科克斯告诉《未来主义》杂志:“在一路前往火星之前,你可以先在月球上练习在太空中生活和工作。”威尔科克斯认为,在把宇航员送到距离可能救援数月之遥、令其生命陷入危险之前,我们必须先测试殖民火星所需的技术。

所以归根结底,访问火星或许能带来新知识,也能为我们拥抱开拓精神开辟新途径。但若只是为了生存、为了生活,眼下留在地球上或许更好。

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