未來會有很多太空夢想家在關注水星,因為這顆資源豐富的行星離太陽很近,而且它擁有大量的能源。現(xiàn)在讓我們想象一下,水星將如何成為我們探索太陽系及其他星系的跳板。
階段 1確定基地
水星,太陽系中距離我們最近的行星,對我們來說曾經(jīng)是個謎。多年來,由于水星離太陽太近,天文學家一直無法觀測到它。但太空時代的到來改變了這一切。美國航天局的信使號于2004年發(fā)射,信使號是第二個探測水星的探測器。2011年至2015年,“信使”號對水星進行了軌道探測,并發(fā)回了地球數(shù)據(jù),使我們第一次對水星有了準確的認識。
特異行星
水星每88個地球日繞太陽一圈,每59個地球日自轉(zhuǎn)一圈。直到20世紀60年代,科學家們才知道這些基本事實。如果你站在水星表面的任何地方,你不會看到太陽每59個地球日升起一次,因為水星年(88天)太過短暫。由于水星離太陽太近,潮汐力鎖定了水星的自轉(zhuǎn)周期:三個水星日等于兩個水星年。結(jié)果是:無論你站在水星表面的什么地方,你只能每176個地球日才能看到一次日出。
如果你真的能站在水星上,粗略地看一看,水星可能看起來像月球:一個小的、沒有空氣的世界,布滿巖石的表面被巨大的古代隕石坑扭曲。但在水星表面的不同位置,地貌細節(jié)因成分不同而不同。水星表面的一些線性懸崖狀的特征就像風干后蘋果表面的皺紋。一些科學家推測,這種水銀景觀的形成類似于蘋果的空氣干燥過程:當水銀冷卻時,水銀會收縮1公里,從而產(chǎn)生皺紋。
水星引力可能會讓你大吃一驚。雖然水星只比月球大一點點,但水星的引力是月球引力的兩倍。和地球一樣,水星曾經(jīng)是一個有著鐵和巖石地幔的物質(zhì)世界。與另一個年輕天體的劇烈碰撞可能剝離了水星的大部分地幔,使水星擁有一個超級鐵芯和更高的行星密度。
如果你能站在水星上,你在水星上看到的太陽將是地球上太陽的兩倍大。水星沒有大氣來保護你,或者在晚上為你保溫。中午,水星的表面熱到足以融化鉛。午夜時分,水星的表面溫度突然下降到零下173度℃. 毫不奇怪,信使的設計考慮到了這些極端挑戰(zhàn),“信使”號被陽光照射的前方溫度可以達到300度℃, 而未暴露在陽光下一側(cè)的絕大多數(shù)部件溫度都接近室溫。
你可能認為人類不可能在水星居住。但事實并非如此。水星的自轉(zhuǎn)軸幾乎沒有傾斜,因此水星沒有季節(jié)劃分。這意味著在水星兩極,可能會有太陽永遠無法照耀的隕石坑“信使號在水星上發(fā)現(xiàn)了一個奇跡——水冰,水冰是由彗星撞擊水星并凍結(jié)在隕石坑的永久陰影中的。這些冰可能為未來的水星定居者提供生命支持。但是,除了科學探索和一些極端的旅游目的之外,我們還有沒有別的理由去水星呢?
階段 2 建設太空港
這可能看起來很奇怪,但水星有可能是一個采礦好去處。如果我們想離開地球生存,一個日益大規(guī)模的行星際文明無疑需要資源(原材料和能源)。水星有充足的能量-強烈的陽光。
在水星上1平方米面積的太陽能電池所捕捉的能量,在地球上需要6平方米的太陽能電池才能捕獲。
谷神星(Ceres)經(jīng)常被吹捧為收集資源的候選行星,但在谷神星上,太陽能電池需要達到60平方米才能達到同等水平。
資源豐富
說到資源,我們非常關注采礦對地球的影響——環(huán)境成本。此外,將從地球收集的資源發(fā)射到太空的費用也非常昂貴。因此,最好在太空中使用局部材質(zhì)。這一愿景可能離我們越來越近。由美國國家空間學會發(fā)起的“空間發(fā)展聯(lián)盟”已經(jīng)成立。他們正在向國際組織申請立法和制定發(fā)展目標,以便開發(fā)空間資源。
但是,去哪里采礦呢?一眼看上去最明顯的選擇是月球。雖然月球缺少像水這樣的揮發(fā)性物質(zhì),但它的表面充滿了有用的東西,如氧、鈣、鎂、鉀,甚至鈦、鋁等金屬。水星地幔的成分非常相似。因此,在月球上開發(fā)的采礦技術可以很容易地轉(zhuǎn)移到水星上。此外,水星接收到的大量太陽能可以用來推動采礦項目,也可以用質(zhì)量加速器向太陽系各個部分發(fā)射資源包。質(zhì)量加速器是由美國著名科幻作家阿瑟·克拉克首先提出的一種電磁彈射器。用它來開發(fā)遙遠的水星要比用它在地球表面刻傷疤容易得多。水星巨大的核心主要是鐵,但它也富含其他金屬。在水星上的一些地方,地表以下600公里是核心。月核心較小,可能在月球表面以下1400公里。
當然,還有更多富有想象力的想法。水星的陽光可以作為一種自由的推進機制。想象一下一個堅固、輕便的太陽帆,它或許可由開采于水星的鋁制作。
當陽光照射到太陽帆的反射面上時,會產(chǎn)生一種光壓——光子從太陽帆表面反彈,推動太陽帆前進。效果很小,但它是有用的、連續(xù)的和免費的。在地球等遠離太陽的地方,直徑800米的太陽帆接收到約5牛頓的光壓,相當于美國宇航局“黎明”號飛船上使用的低離子驅(qū)動發(fā)動機的推力。離太陽越近,推力就越大。在水星附近,實現(xiàn)這種推力所需的太陽帆直徑不到400米。如果想駕駛太陽帆到海王星,太陽系中最遙遠的行星,最好先去水星,獲得更多的加速度,接著再向外飛。
總有一天,水星可能會成為太陽系中最大的船塢和重要的太空港。讓我們展望未來,我們的夢想將更加大膽。
階段 3 把水星改造成地球
我們能把水星變成第二個地球嗎?把不適宜居住的世界變成像地球一樣適合居住的世界,叫做地球化。一般來說,地球轉(zhuǎn)變的目標被認為是火星。但是水星確實有一些天然的優(yōu)勢,甚至比火星還要好。
大膽設想
物理學家、科幻作家羅伯特·霍華德在1984年的科幻小說《蜻蜓飛翔》中,提出了在水星上建造并發(fā)射太陽帆飛船的設想:“一個非常巨大的機器,依靠非常巨大的光束,把機組甩向太陽系以外。霍華德設想的推進系統(tǒng)的核心是1000個激光站,每個直徑30公里,環(huán)繞水星運行。它們一起捕獲太陽能并將其轉(zhuǎn)化為激光束。綜合能量相當于地球接收到的太陽總能量的1%,帶動直徑1000公里的太陽帆快速前進。
然而,水星在未來可能會有更大的奇跡。我們能把水星變成第二個地球嗎?把不適宜居住的世界變成像地球一樣適合居住的世界,叫做地球化。
一般來說,地球轉(zhuǎn)變的目標被認為是火星;鹦堑能壍琅c地球相當;鹦侨盏拈L度與地球日相似;鹦且灿幸恍┥谋匾獥l件,比如水和碳。但是水星確實有一些天然的優(yōu)勢,甚至比火星還要好。水星相對較強的引力至少能固定部分引入的大氣。水星也有一個相對較強的磁場。它沒有地球磁場強,但比火星或金星強。水星的磁場可能是其巨大鐵心的產(chǎn)物。就像地球上的情況一樣,這樣的磁場可能有助于從水星表面轉(zhuǎn)移有害的太陽輻射。
另一方面,將水銀的液態(tài)鉛和真空表面轉(zhuǎn)化為地球環(huán)境是一個巨大的挑戰(zhàn)。為了模擬陽光普照的地球表面,水星入射的陽光必須減少約84%。也許你可以用一個巨大的偏振器來實現(xiàn),但是鏡子必須和水星一樣寬。汞缺乏水分和其他揮發(fā)物。即使水星極地有水冰沉積,其數(shù)量也可以忽略不計。讓一顆直徑300公里的土衛(wèi)六(土星衛(wèi)星)的解體可能會滿足這些需求。但即便如此,地球上的生命仍將受到水星日夜循環(huán)的影響。不過,上述問題也可以通過使用環(huán)繞水星軌道的空間屏蔽或空間鏡來解決。
一個更持久但更復雜的解決方案是加速水星的自轉(zhuǎn)。同樣大膽的做法是,將水星拖離太陽更遠,就可以解決光線過多的問題。這些想法在科幻小說中被探討過。例如,發(fā)射大質(zhì)量物體(如月球碎片)穿過行星,利用天體引力場旋轉(zhuǎn)或拖動行星。未來的文化,比我們現(xiàn)在先進得多,可能會想出更好的主意。
水星離太陽更近,看起來像月亮,它似乎令人失望地成為地球化的目標。然而,汞是如此豐富的潛在礦物質(zhì)和能源。有朝一日,水星將在行星際發(fā)展乃至行星際文明的建立中發(fā)揮如此重要的作用,這樣一個難以想象的項目將被比我們更豐富、更強大的未來文明所考慮和實施。