人類會迎來「第三太空時代」嗎？到那時該如何探索宇宙

第三太空時代的宇宙方舟

在第三太空時代,人類暢遊星際空間或移居其他星球將不再是不可能的事情。

1957年10月4日,俄羅斯發射的第一顆人造地球衛星標誌著第一太空時代的到來,

這一時代隨著太空梭在2010年完成最後一次飛行而宣告結束。第二太空時代始於2004年12月,美國國家航空和航天局公布了「征服宇宙計劃:第二太空時代行動方案與第三太空時代宇宙方舟計劃」。第二太空時代行動方案是美國人似乎有可能在近幾十年內年再次在月球上進行太空行走,並且有可能於若干年後首次在火星上登陸行走。如果一切進展順利的話,人類將於2060年開啟第三太空時代,屆時,人類暢遊太陽系星際空間或移居其他星球將成為可能。

在第三太空時代,人類為了向其他星球旅遊與移民,必須建造一艘宇宙方舟——這是可供許多代地球人繁衍生息的宇宙飛船,它能提供與地球家鄉相似的生活環境。宇宙方舟航行的目的地,是宇宙望遠鏡所能發現的、與地球相類似的某個星球。

美國宇航局的征服宇宙計劃聽起來有點像科學幻想,但是美國宇航局正在認真研究宇宙方舟必備的各種奧秘,並把錢花在可實現的項目上。

航行傳動

宇宙航行本身所需的時間就是一個巨大的問題。用普通燃料飛抵距離地球最近的星座——人馬座要花幾萬年的時間,而它離我們只有4個光年的距離。假如使用離子或光子傳動,則宇宙飛船的飛行速度可達到60%的光速,那麼飛行時間就可縮短到15年。

目前,有許多人致力於新型傳動問題的研究,這方面的主意也已不少, 從超大型手電筒的光束作為傳動燃料(光子傳動),到物質和反物質的融合,再到充滿幻想色彩的打破空間——時間結構(更確切地說,應為曲面傳動)等等,各式各樣,無奇不有。

一種不需要使用動力燃料的傳動裝置就是太陽翼。

在太陽發出的光粒子的壓力下,太陽翼產生運動,即使是質量較大的東西,也可以此方式運送到木星的運行軌道。 而採用離子傳動時,可使用某種氣體,如惰性氣體氙,它與電子接觸發生爆炸而離子化,也就是產生電荷。磁場或有靜電載荷的金屬柵將載荷粒子引入一個方向,並 將它們加速到10萬km/h,等離子傳動使用所有元素中最輕的元素——氫。在一個動力燃料室中,氫氣被離子化,並通過無線電波被加熱,然後通過超導磁體而集束射出。

採用噴氣傳動時,宇宙飛船可裝一個巨大的「吸塵器」,把星際空間中的氫氣彙集起來,將其離子化後,以熱氣體方式噴射出去。若用熱核傳動,通過有目標性的核聚變產生能量的話,最合適的原料是氫及其變種——重氫,以及稀有元素——氦的同位素He-3。專家們希望木星的大氣層中有大量的He-3。

自21世紀以來,美國宇航局格林研究中心米利斯所領導的小組一直在認真地從事非常規傳動方式的研究,利用物質和反物質融合所產生的能量也屬於此研究範圍,這種融合的效率幾乎可達100%,但迄今為止,我們仍不知道如何大規模製造和保存反物質。

曲面傳動出自科幻文學,宇宙飛船前端的空間應縮短,而飛船後端的空間應延長,這樣在一定程度上可用超光速將飛船吸入到縮短了的空間中。也許存在著天然的空間——時間通道穿過宇宙,在這裡可以達到超高速。物理學家約翰維勒認為,也許「蠕蟲孔」是進入空間——時間通道的入口。

而反引力傳動目前還是一種空想。俄國人奧傑尼波特雷諾夫說,幾年前,他藉助一個超導磁體產生了反引力,但至今他再也沒有能夠重複作出這一試驗結果。還有 一種理論認為,可以對由上往下壓的引力粒子實行屏蔽而使引力消失,但這一假設還沒有被實驗所證實。前往火星的旅行估計用普通的化學燃料就足夠了,而到其他 星球的飛行則需考慮使用別的新燃料。

但是從目前來看,最有希望考慮的是離子傳動與核反應器相結合的方式。其中,通過核裂變釋放出的熱使氣體離子化,然後藉助高電壓使離子加速。

人體失重

前往其他星球的飛行,最有把握的是從空間站上出發,但在宇宙飛行途中會出現人體失重所引發的一系列複雜問題:骨頭變脆、肌肉無力、心臟萎縮等。

有一個簡單 的辦法可起到防止退化的作用,這一辦法在地球上或由於其他原因而引起身體退化時也可使用,即競技狀態訓練,只需每天在跑步器上練習2小時就足夠了。但如果長 期堅持,就會感到這種訓練枯燥乏味。為此,美國宇航局的研究人員想出了一種花招,把精神死亡式的訓練變化為一項冒險活動,其核心就是人造真實感。克里夫蘭醫療基金會的蘇珊?德安利亞醫生和格林研究中心的簡?霍洛維茨醫生髮明了一種雙跑道的VR跑步儀,兩條跑步皮帶使用不同的傳動方式,使宇航人有跑彎道、登山丘、跨越障礙等感覺。戴上一副特殊的眼鏡,就會有相當美妙的感覺,因為它用數碼方式虛擬出了地球環境。這種儀器能達到強化訓練的目的,因此可以縮短訓練時間,甚至還會使人感到樂趣。

最近,科學家們已放棄了讓飛船繞自身軸心旋轉來產生人為重力的打算。避免人體退化的另一個建議簡單得讓人不可思議,那是克里夫蘭醫療基金會的UIF克諾特 與格林生物醫學工程財團共同提出的:用超聲波把用於行走的最重要的骨頭結構作輕微的破壞,但這種破壞宇航人是不會感覺到的,這就會促使骨頭經常發生新的增 長。

新鮮食品

對於長期在宇宙中載人飛行,特別是對於將來在外星上的長期居住,需要解決新鮮食品的生物再生技術,以減少食品的攜帶量和補給量。目前,美、俄兩國正在加緊 研究食品的生物再生技術。美國國家航天局埃姆斯研究中心為太空梭研製了一種「色拉機」,它可為航天員提供萵苣、黃瓜、胡蘿蔔等新鮮蔬菜。俄羅斯也曾在空間站上進行種植洋蔥、黃瓜、小蘿蔔等試驗,以供航天員食用。

同時,美、俄兩國也在加緊研究在空間站種植小麥、花生、大豆等糧食作物,以實現通過生物技術將航天員的代謝廢物轉變成食物的過程。最新的設想是隨飛船帶去動力房,用於供應新鮮蔬菜,而對植物進行授粉最好是依靠熊蜂。荷蘭希爾瓦倫貝克昆蟲授粉和蜜蜂習性研究所的生物學家簡?艾金德對溫室中熊蜂的習性進行了研 究,結果發現,它們的壽命雖然沒有蜜蜂的長,但卻易於飼養。

無限寂寞

還有一個問題用最好的技術也不能解決,那就是飛船中的乘客如何克服長年的寂寞?

整個銀河系有10萬光年那麼長,如何才能度過這漫長的旅程而又不被寂寞折磨死?除了要克服宇宙的無限大以外,還要克服時間的無限長,為此,美國宇航局的專家們設想了好多方案,歸納起來主要有以下兩個方案:

第一個方案是「重新誕生法則」。即是將宇宙飛船中的全部乘員予以冷凍,讓他們在「熟睡」中度過漫長的旅程。在旅行結束,或有危險出現,或有一個有趣的研究 目標出現時,由中央計算機將他們喚醒。這一方案的優點是,從主觀上看,旅行時間很短:但缺點是,萬一解凍蘇醒工作失敗,或者宇宙飛船在航行期間變得不適宜於人居住了,那將如何呢?儘管有這種顧慮,但從技術上說,許多科學家仍認為,從冷凍中讓人「重新誕生」,是完全有可能的。

第二個方案就是「生命不死定律」。在漫長的飛行中,宏偉的宇宙飛船不斷地迎接新一代宇航人的誕生。新的宇航人出生,老的宇航人死去。這就意味著,至少是從地球起飛的那一組人員不可能到達旅行的終點,而只能是他們的後代。但究竟哪一代能到達目的地,則取決於旅行時間的長短以及未來人的壽命。加里福尼亞大學進 化生物學教授米夏埃爾?羅什近年來在從事「不死基因」的研究,至少在胚胎突變上已有一絲線索,胚胎的生命已被他延長了1倍。羅什認為,假如我們能夠掌握與年齡有關的基因損傷情況,那麼我們現在就可以不死。這種預見未來的幻想型處方意味著,假如在今後幾年內能夠找到「不死基因」的話,人就可以想活多久就活多久。

婚育模式

由於地球與其他星體之間的距離相差甚遠,去往某個星球的宇航人不大可能在他們的有生之年再返回地球,因此,他們在宇宙方舟上必須保持一定的人口數量,以便在目的地能夠組建一個新的人類群體。而且,每一種設想的宇航人生活方式都不能與現在的人類生活方式差別太大。「送往太空的人的生活方式與模式應當是他們比較熟悉的,或者比較習慣的,否則他們可能會發瘋的」,美國佛羅里達大學人類學家莫爾教授說。

人類社會最基本的單位是家庭,移民太空的人也應該保持這種構成,最好採用一夫一妻制的婚姻體制與習俗,因為只有這樣,作為一個社會單位才能夠存留下來,其成員才會不斷增多。每個人都可以結婚,而且可以在不是近親的人群當中挑選適合自己的人作為伴侶。

夫妻雙方要儘可能地在晚些時候生育孩子,因為這樣可以拉大上一代與下一代之間的年齡差距,也能夠保證他們有足夠的時間從事必要的工作。英國天體物理學家凱文博士認為,在宇宙方舟或某個星球上生育的孩子,無論是在生理上還是心理上都會與在地球上生育的孩子有所不同。「這些孩子只能適應他們生存的環境,但是,他們卻不能生活在地球上」,凱文說。這些孩子的骨骼、肌肉,甚至他們的方向感都能夠很好地適應零重力的太空生活,卻很難適應有重力的地球生活。此外, 他們思考問題的方式經由太空生活的洗禮,也將與地球人大不相同。

總之,征服宇宙的方舟計劃剛剛開始,而各國宇航局,特別是美國宇航局的專家們已經著手確定對整個銀河系的研究、登陸和移民計劃。只有當我們地球人類的智慧 能夠解決各種問題的時候,這項計劃才能最終獲得成功。人類必須學會以巨大的宇宙空間和時間尺度進行思考,並想出人們集體生活的全新形式。除了傳動、失重和輻射的防護、醫療保健等宇航技術問題外,我們面前還有一系列的挑戰。

但無論如何,宇宙方舟必須是乘客的舒適居所,在巨大的玻璃頂房間中,他們可以欣賞宇宙中的神奇景色。如果此時調節人造重力,就可以使宇宙飛船的幾個區域成 為「湖泊」或「山河」,宇航人可在此放鬆身心,發泄情感。這種虛擬的世界縮短了時間,減少了寂寞,密閉的房間能成為具有個性化的活動場所。

而對此種種,目前我們很少或者沒有任何經驗,而這正是宇宙與科學賦予地球人的重大使命。

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