尋找人類第二家園

行星地球化是設(shè)想人為地改變宇宙中其他天體表面的環(huán)境，使其氣候、溫度、生態(tài)類似地球環(huán)境的行星工程。這個(gè)最早出現(xiàn)在科幻小說中的情節(jié)，如今已經(jīng)推進(jìn)到了現(xiàn)實(shí)研究。

行星地球化是科幻作家天馬行空想象出來的，最早出現(xiàn)在20世紀(jì)40年代捷克·威廉安姆遜的一組短篇小說中。20世紀(jì)60年代，著名行星物理學(xué)家卡爾·薩根把它用于科學(xué)著作，所謂行星地球化，就是把惡劣的行星環(huán)境改造成適合人類生存的環(huán)境。行星環(huán)境改造的過程就是行星地球化的過程。

科學(xué)家認(rèn)為，像火星和金星這樣的地球型行星，是最適合進(jìn)行地球化改造的行星。

從火星開始

為什么首選火星?這是因?yàn)榛鹦鞘堑厍虻摹皩\生兄弟”，它們有許多相似的地方。例如地球上一天是23小時(shí)56分，火星是24小時(shí)37分，兩者有幾乎相同的晝夜：地球的軌道面與赤道面的夾角是23度27’，火星是25度11’，它們有幾乎相同的季節(jié)變化；地球的兩極地區(qū)終年覆蓋著皚皚白雪，火星的兩極地區(qū)存在著潔白的極冠，極冠中有凍結(jié)的二氧化碳。這些相似性表明，火星與地球最相像，是最好的改造候選“樣品”。因此科學(xué)家決定，“改造行星”從火星入手。

2004年3月28日，美國(guó)航空航天局為此召開了國(guó)際討論會(huì)。會(huì)上對(duì)“火星地球化”的宏偉目標(biāo)做了這樣的描述：“在火星上尋找生命檢驗(yàn)了科學(xué)家?guī)资觌y以捕捉的夢(mèng)想。科學(xué)家相信，他們有能力實(shí)現(xiàn)這個(gè)夢(mèng)，這就是把紅色火星變成有潺潺的流水、綠色的田野、涼爽的和風(fēng)、到處行走著生物的世界?！?/p>

因?yàn)榭茖W(xué)家推測(cè)，早期火星表面也分布有海洋(事實(shí)上，近年來對(duì)火星的一系列探測(cè)已經(jīng)基本證實(shí)早期火星的確存在海洋)，海水會(huì)逐漸吸收二氧化碳，轉(zhuǎn)化成碳酸鈣之類的礦物堆積在海底。在地球上，被海水吸收的二氧化碳因火山作用重新被釋放回大氣中去，由此形成二氧化碳的循環(huán)。但是在火星上，這種循環(huán)卻無法長(zhǎng)久維持，這是因?yàn)榛鹦潜鹊厍蛐?，其?nèi)核迅速冷卻，火山活動(dòng)在火星早期就已結(jié)束。

結(jié)果，大約在火星形成2億年之后，原本在維持溫暖環(huán)境方面起重大作用的火星大氣被海水全部吸收，造成火星迅速變冷、變干燥。當(dāng)今的火星，地表氣溫為0.01個(gè)地球大氣壓，平均氣溫為-50％——對(duì)生命來說，是一個(gè)過于嚴(yán)酷的世界。

那么，能否把這個(gè)嚴(yán)酷的世界恢復(fù)到它原來的溫暖濕潤(rùn)呢?科學(xué)家認(rèn)為并非很難，只需要把入射火星的太陽(yáng)能的不足部分，用其他方式補(bǔ)足就可以了。例如，在火星北半球的沙漠地面之下，沉睡著龐大的永久凍土，它們是由火星上曾經(jīng)存在的海洋凍結(jié)而成的。只要融化凍土，使之變成水蒸氣(水蒸氣也是一種溫室氣體)，就可以使火星大氣升溫。

打開“高壓鍋”

與火星相比，金星的地球化改造就要困難得多了。金星的公轉(zhuǎn)軌道半徑僅為地球的0.7倍，金星表面每單位面積的太陽(yáng)能入射量卻是地球的1.9倍(金星自轉(zhuǎn)周期為243天)，這樣一來，金星就變成了灼熱的“地獄”。在金星上，不僅生命所必需的水被完全蒸發(fā)，就連鉛這樣的金屬都被熔化了。由于金星上還有由二氧化碳構(gòu)成的非常濃密的大氣層，所以其溫室效應(yīng)異常強(qiáng)烈，由此導(dǎo)致金星地表氣溫高達(dá)460℃，地表氣壓為地球的90倍。很明顯，金星是一個(gè)高溫、高壓的恐怖世界。

要想讓金星環(huán)境變得像地球，首要任務(wù)就是為金星降溫。也就是說，要大大弱化金星大氣的溫室效應(yīng)。怎樣為金星降溫呢?有一種方法，這就是部分清除金星大氣，可以通過加速金星的自轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)。至于金星缺水的難題，可以通過讓彗星沖撞金星，從而將水帶給金星。事實(shí)上，彗星含有大員的冰，地球上最早的水有可能就是由撞擊地球的彗星帶來的。

不應(yīng)忘記的衛(wèi)星

火星或金星的地球化改造說起來如此簡(jiǎn)單，緣于只需在其擁有的“先天”的天體環(huán)境中略加增減而已。對(duì)于火星而言是加溫，對(duì)于金星而言是降溫。但是，對(duì)于太陽(yáng)系的其他行星來說，進(jìn)行地球化改造就完全是另一回事了。

以木星為例，木星有4顆衛(wèi)星，從內(nèi)側(cè)數(shù)起，依次是木衛(wèi)一(伊娥)、木衛(wèi)二(歐羅巴)、木衛(wèi)三(加尼梅丹)和木衛(wèi)四(卡利斯特)，直徑分別是3630千米、3138千米、5262千米和4800千米，其中最大的加尼梅丹比水星(直徑為4878千米)還要大。

科學(xué)家認(rèn)為，如果這些衛(wèi)星能夠確保能顯的話，就有可能成為地球化改造的對(duì)象。但是，在木星周圍，太陽(yáng)能密度只相當(dāng)于地球軌道附近的3.7％，這么少的能量無論如何都滿足不了使這些衛(wèi)星地球化所需的能量。

那么，有沒有給這些衛(wèi)星提供能量的手段呢?

那就是，用“微型黑洞”啟動(dòng)木星內(nèi)部的核聚變，把木星變成太陽(yáng)系中的另一個(gè)“太陽(yáng)”。

假如木星的質(zhì)量再大幾倍的話，通過高壓，其內(nèi)部的氫應(yīng)該就會(huì)開始核聚變了。要真是那樣的話，太陽(yáng)系就變成有大小兩個(gè)“太陽(yáng)”的雙星系統(tǒng)了。

像太陽(yáng)那樣發(fā)光

木星“太陽(yáng)化”的沒想是從“原初黑洞”開始的、在宇宙誕生之初，在大爆炸后的超高溫、超高壓環(huán)境中，有一部分物質(zhì)在巨大的壓力下被擠壓成極其微小的“原初黑洞”，它們迄今仍飄流在空間各處。

1971年，英國(guó)劍橋大學(xué)的斯蒂芬，霍金提出了微型黑洞說。他的理論是，黑洞輻射亞原子粒子，因而質(zhì)量減小。隨著黑洞質(zhì)量減小，輻射日益增大。最終，黑洞的最后殘余在強(qiáng)烈的輻射暴中消失 但黑洞或許還剩下少量質(zhì)量因輻射停止而幸存下來，這就是所謂的“微型黑洞”，如果真是那樣的話，即使是最小的“原初黑洞”，其質(zhì)量也應(yīng)該在5億噸左右。

如果“原初黑洞”確實(shí)存在，并且正在輻射強(qiáng)烈的伽馬射線，那么從宇宙背景的伽馬射線強(qiáng)度可以推斷，在現(xiàn)在的宇宙中，以平均每300立方光年1個(gè)的密度，幸存著5億噸級(jí)的“原初黑洞”。

據(jù)此推斷，距地球最近的“原初黑洞”應(yīng)該位于冥王星軌道外側(cè)的所謂“彗星倉(cāng)庫(kù)”中。

如果推斷無誤，那么距地球最近的“原初黑洞”或許就像彗星那樣，在圍繞太陽(yáng)的長(zhǎng)橢圓形軌道上運(yùn)行。如果注意觀察伽馬射線輻射或空間重力異常，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)“原初黑洞”只是遲早的事。

一旦發(fā)現(xiàn)合適的“原初黑洞”，人們就可以用某些方法俘獲它。例如，用大小合適的小行星與“原初黑洞”構(gòu)成雙星系統(tǒng)，在小行星上安裝火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，將它作為引力拖船來拖曳“原初黑洞”；或者用帶電粒子束照射“原初黑洞”，使之帶電，再通過電磁陷阱來搬運(yùn)黑洞。

接下來，人們將這個(gè)“原初黑洞”放在指定的軌道上，使之進(jìn)入木星大氣層?！霸鹾诙础甭湓诶@木星重心運(yùn)行的軌道上，逐步吸入周圍的氫，當(dāng)吸入的氫的量達(dá)到黑洞質(zhì)量的40％時(shí)，黑洞就開始向周圍輻射能量：假定“原初黑洞”的質(zhì)量是6×10²⁰千克，即地球質(zhì)量的萬分之一左右。那么它的物質(zhì)吸收率是每秒400噸，輻射能量是10²²瓦特。

不久，木星從內(nèi)部開始受熱。接著，木星開始輻射弱的紅光。考慮到在木星內(nèi)部引發(fā)的激烈干擾。木星的強(qiáng)大磁場(chǎng)屆時(shí)將被消滅。隨后，木星的四顆衛(wèi)星從內(nèi)側(cè)開始依次被加熱，結(jié)冰的衛(wèi)星表而融化，變成被大氣包裹的衛(wèi)星。

在這四顆衛(wèi)星中，位于最內(nèi)側(cè)的伊蛾表面存在劇烈的火山活動(dòng)，因此不適宜人類居住。但是根據(jù)計(jì)算，第二顆衛(wèi)星即歐羅巴的冰開始融化后，輻射增大，而位于最外側(cè)的卡利斯特衛(wèi)星的溫度將超過26℃。只需大約1.4億年的時(shí)間，歐羅巴、加尼梅丹和卡利斯特這三顆木星衛(wèi)星都可能成為人類的居住地。不過，這種令木星衛(wèi)星地球化的方法，實(shí)質(zhì)上是把木星太陽(yáng)化。而在輻射強(qiáng)烈的1.4億年之后，木星本身也有被消滅的危險(xiǎn)。

上一層人造地殼

其實(shí)，人類要想移居外星，只需一個(gè)木星人造地殼就足夠了。英國(guó)天文臺(tái)的專家鮑爾，伯奇提出了一個(gè)絕妙的想法，要點(diǎn)是為木星包上一層人造地殼。伯奇考慮的方法是，利用木星的引力場(chǎng)本身，在其軌道上放置大量的物質(zhì)；通過這些物質(zhì)的質(zhì)量產(chǎn)生剩余離心力，用來支撐人造地殼的載荷。

人造地殼完成之后，接下來自然是自轉(zhuǎn)的問題。在木星周圍建造的人造地殼，相對(duì)于木星重力場(chǎng)來說一直是靜止的；如果置之不理，在人造地殼上面的1天就等于木星的公轉(zhuǎn)周期，即12年。因此，有必要讓人造地殼產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，即按24小時(shí)的周期自轉(zhuǎn)。

為此，需要把所有環(huán)都不是做成單個(gè)的，而是做成雙層的，各層環(huán)按相反方向旋轉(zhuǎn)。如果各層環(huán)擁有的角動(dòng)量完全一致，則環(huán)是靜止的。假如角動(dòng)量稍有差異，就會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，環(huán)就開始向一邊轉(zhuǎn)，只需調(diào)節(jié)好這個(gè)轉(zhuǎn)矩，就能把任意速度設(shè)定為自轉(zhuǎn)速度。

自轉(zhuǎn)的問題解決了，還有太陽(yáng)能的問題。即使木星地殼上1天的長(zhǎng)度與地球上相同，但木星軌道附近的太陽(yáng)能密度卻只有地球的3.7％，這顯然不足以養(yǎng)育生命。因此，與金星的地球化情形正好相反，這次需要在木星與太陽(yáng)之間的拉格朗日點(diǎn)附近放置面積為木星截面積20倍以上的聚光鏡以收集太陽(yáng)光。這個(gè)透鏡由鏡子(在極薄的聚合物膜上真空鍍敷金屬)和支撐鏡子的離心力環(huán)構(gòu)成；將多面鏡子做成圓錐狀重疊，借助每面鏡子的連接設(shè)計(jì)巧妙地反射太陽(yáng)光。

這個(gè)面積極大卻又極為輕薄的聚光鏡，本身受到來自太陽(yáng)的光壓(光的壓力)，會(huì)被推到比拉格朗日點(diǎn)更靠近木星的地方。長(zhǎng)此以往，鏡子最終就會(huì)墜落在木早上。因此，需要在木星周圍的軌道上安置反射鏡，用反射光的光壓抵御聚光鏡受到的太陽(yáng)的光壓，從而阻止聚光鏡飄移，讓它保持在太陽(yáng)一側(cè)的位置上。

如此看來，建造完全覆蓋木星的人造地殼是一項(xiàng)十分費(fèi)力、極為浩大的工程。但是，具有地球表面積的316倍和地球重力環(huán)境的木星人造地殼的確具有驚人的魅力。試想，假如將來因?yàn)橘Y源匱乏、人口爆炸、生態(tài)災(zāi)難、天體碰撞和核災(zāi)難之類的原因，地球人真的需要移民外星，那么只需一個(gè)木星地殼就足夠了。它不但可以提供綽綽有余的人類居住空間，而且木星卜的各種資源也可謂取之不盡、用之不竭。

反而言之，如果連木星也可以被改造，那么宇宙中還有哪里不可以成為人類的家園呢?事實(shí)上，只要人類將來能夠開發(fā)出人造地殼技術(shù)，那么最終就有可能把存在于這個(gè)宇宙的一切天體都改造成適合地球人居住的環(huán)境。當(dāng)然，在今天看來，這一切都還只是科學(xué)幻想，但它的確具有理淪亡的可行性。

我們相信，人類大規(guī)模改造其他天體的愿望終將成真。

跨越了黑洞，或許人類就能找到真正的第二家園。

霍金提出，黑洞一旦形成，就會(huì)開始“蒸發(fā)”，即輻射出能量，同時(shí)損失質(zhì)量，這種輻射亦稱為“霍全輻射”。

霍金這一理論是黑洞研究申的一個(gè)重大進(jìn)展。但與此同時(shí)，他“制造”出了一個(gè)新的難題，霍金認(rèn)為，黑洞輻射并不含有任何黑洞內(nèi)部的信息，在黑洞蒸發(fā)殆盡之后，所有信息都會(huì)丟失。而根據(jù)量子力學(xué)的定律，信息是不可能被徹底抹掉的，霍金的說法與之產(chǎn)生了矛盾，是謂“黑洞信息佯謬”。

如今，霍金改變了他的看法，認(rèn)為黑洞內(nèi)部的信息并不會(huì)丟失。他在劍橋大學(xué)的同事吉本斯向媒體透露，霍金在劍橋的一個(gè)討論會(huì)上曾大致介紹其研究工作。與傳統(tǒng)黑洞理論不同的是，在霍金的新理論中，不再存在分隔黑洞內(nèi)外的事件視界，而黑洞最終會(huì)釋放出信息。

1997年2月6日，加州理工學(xué)院的普瑞斯基爾教授與霍全及加州理工學(xué)院另一位教授索恩立下了一個(gè)打賭的字據(jù)。霍金與索恩認(rèn)為黑洞永遠(yuǎn)不會(huì)釋放其內(nèi)部隱藏的信息，而普瑞斯基爾持相反觀點(diǎn)：聽說霍金改變觀點(diǎn)后，普瑞斯基爾公開表示，希望霍金他們認(rèn)輸、好財(cái)成性的霍全，在黑洞領(lǐng)域已經(jīng)和同行多次設(shè)下賭局。