水星遐想

劉安立

2016年5月9日，水星10年來首次從地球與太陽之間穿過，引起天文學界關注。2017年，歐空局等航天機構將發射迄今為止第三艘水星探測器——“貝皮·科倫布號”。太空夢想家以未來眼光看待水星，原因是這顆富含資源的行星靠近太陽，而且它的能源也很豐富。現在，就讓我們設想一下：水星將怎樣成為我們探索太陽系以及太陽系之外的跳板。

階段 1確定基地

在太陽系中最靠近太陽的行星——水星，對我們來說曾經是一個謎。多年來，由于水星太靠近太陽，天文學家難以觀測它。但太空時代的到來，改變了這一切。2004年，美國宇航局的“信使號”升空，它是前往水星的第二艘探測器。2011～2015年，“信使號”對水星進行了環繞探測，它發回地球的數據，讓我們首次獲得了對水星的確切認識。

特異行星

水星每88個地球日環繞太陽一圈，每59個地球日自轉一圈。直到20世紀60年代，諸如此類的基本事實才為科學家所知。如果你站在水星表面任何地方，你都不會看見太陽每59個地球日升起一次，這是因為一個水星年（88天）太過短暫。正因為水星太靠近太陽，所以潮汐力鎖定了水星的自轉周期：3個水星日等于2個水星年。其結果是：不管你站在水星表面任何地方，你都只能每176個地球日才能看見一次日出。

如果你真能站在水星上，粗略看去，水星可能會像月球：一個小小的、沒有空氣的世界，布滿巖石的表面被巨大的古老隕擊坑扭曲。但在水星表面的不同位置，隨著成分的不同，地貌細節也不同。水星表面的一些線型懸崖狀特征像蘋果風干后的表面皺褶。有些科學家推測，這種水星地貌的形成也跟蘋果的風干過程相似：隨著水星冷卻，水星收縮了1千米，因而出現了皺褶。

水星引力可能會讓你驚訝。盡管水星只比月球大一點點，水星引力卻是月球引力的兩倍。像地球一樣，水星曾經也是一個有鐵核和巖石地幔的大質量世界。與另一顆年輕天體之間的猛烈碰撞，可能曾經剝離了大部分水星地幔，剩下的水星有一個超大鐵核，行星密度也更高。

如果你真能站在水星上，看到的太陽將會是從地球上看去的太陽的兩倍大。水星上沒有大氣層來護佑你，或者在夜間為你保存熱量。正午時分，水星表面熾熱到足以熔化鉛的程度。午夜時分，水星表面溫度猛降到近-173℃。毫不奇怪，“信使號”的設計當初考慮到了這些挑戰。“信使號”被陽光照亮的正面溫度可達300℃，而沒有被陽光照到的一側的絕大多數元器件溫度接近室溫。

你或許會因此以為，人類絕無可能在水星上居住。但事實可能并非如此。水星自轉軸幾乎沒有傾角，所以水星上沒有季節之分。這就意味著，在水星兩極，可能有陽光永遠照射不到的隕擊坑。“信使號”發現了水星上的一個奇跡——水冰，它們是由撞擊水星的彗星帶給水星的，并且凍結在了隕擊坑的永久陰影中。這些水冰可能會為未來的水星定居者提供生命支持。但除了科學探索和某種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

也許看似奇怪，但水星有可能是一個采礦好去處。如果我們要離開地球去生活，一個規模越來越大的行星際文明無疑需要資源（原材料和能源）。水星有充足的能源——高強度的陽光。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。有一顆矮行星——谷神星經常被宣揚為采集資源的一個好候選地，但在谷神星上，太陽能電池要達到60平方米才能等效。

資源豐富

說到資源，我們對在地球上采礦的影響有一大擔憂——環境代價。此外，要想把采集自地球的資源發射到太空的話，成本很高昂。因此，在太空就地取材更好。這一愿景可能離我們越來越近了。由美國國家太空學會發起的“太空開發聯盟”已經成立，它們正在向美國和國際組織申請立法及確立開發目標，以獲準開發太空資源。

但是，去哪里采礦呢？一眼看上去最明顯的選擇是月球。雖然月球缺乏像水這樣的揮發性材料，但是月球表面充滿有用的東西，例如氧、鈣、鎂、鉀，甚至還有像鈦和鋁這樣的金屬。水星地幔的組成與此很相似。因此，在月球上研發的采礦技術很容易搬到水星。除此之外，水星接收到的大量太陽能可被用來推動采礦工程，以及推動質量加速器，發射資源包到太陽系各處。質量加速器是一種電磁彈弓，它最早是由美國著名科幻作家亞瑟·克拉克提出的。用它開發遙遠的水星，比用它在地球表面刻下傷痕容易被人們接受得多。水星的巨大內核大部分是鐵，但也富含其他金屬。在水星上的一些地方，地面下600千米就是核。而月球核較小，可能位于月面下1400千米。

當然還有更具想象力的設想。水星上的陽光可被用作一種免費的推進機制。想象一只結實而又輕薄的太陽帆，它或許可由開采于水星的鋁制作。當陽光擊中太陽帆的反射性表面，它會施加一種光壓——光子從太陽帆表面反彈，推動太陽帆前進。這種效果很小，卻很有用，持續且免費。在像地球這樣遠離太陽的地方，直徑800米的太陽帆接收的光壓大約為5牛頓，這相當于用在美國宇航局“黎明號”飛船上的低驅離子引擎的推力。離太陽越近，這種推力越大。在水星附近，獲得如此推力所需的太陽帆直徑不到400米。如果你想駕駛太陽帆去最遙遠的太陽系行星——海王星，最好先造訪水星，獲得更大的加速，接著再向外飛。

有朝一日，水星可能會變成太陽系最大的船塢和重要太空港。讓我們把目光投向更遠的未來，我們的夢想自然會更大膽。

階段 3 把水星改造成地球

我們能否把水星變成第二個地球？把不可居住的世界轉化成像地球那樣的可居住世界，這叫做地球化改造。通常，地球化改造的對象被考慮是火星。但水星也的確有一些天然優勢，甚至優于火星。

大膽設想

在其1984年的科幻小說《蜻蜓飛翔》中，美國物理學家兼科幻小說家羅伯特·佛華德提出了在水星上建造和發射太陽帆飛船的設想：“一部非常巨大的機器，依賴一根非常巨大的光束，把機組甩向太陽系以外。”在佛華德設想的推進系統核心，是1000個激光站，每個直徑30千米，分布于環繞水星的軌道中。它們一起捕捉太陽能，轉化為激光束，其合并能量相當于地球接收的太陽光總能量的1%，推動直徑1000千米的太陽帆飛速前進。

然而，水星未來還可能有更大的奇跡。我們能否把水星變成第二個地球？把不可居住的世界轉化成像地球那樣的可居住世界，這叫做地球化改造。通常，地球化改造的對象被考慮是火星。火星軌道與地球軌道有可比性，一個火星日的長度與一個地球日相似，火星還擁有生命所需的一些必備條件，例如水和碳。但水星也的確有一些天然優勢，甚至優于火星。水星相對強的引力，將能固定至少一部分被引入的大氣層。水星還有相對強的磁場。它不如地球磁場強，但強于火星或金星磁場。水星磁場可能是它的巨大鐵核的產物。正如地球上的情況，如此一個磁場可能有助于讓有害的太陽輻射偏離水星表面。

但另一方面，要想把水星的液態鉛和真正真空的表面轉為成地球環境，的確是極大的挑戰。為了模擬陽光明媚的地球表面，水星入射陽光必須減少大約84%。也許，通過一面巨大的偏光鏡可以實現這一點，但鏡面直徑需要與水星直徑一樣寬。水星缺乏水和其他揮發物。就算水星極地存在水冰儲藏，但數量也微不足道。讓一顆直徑300千米的土衛（土星衛星）解體，可能會滿足上述需求。但就算這樣，引到水星的地球生命也會因水星極其漫長的晝夜周期而深受其害。不過，采用在軌道中環繞水星的太空盾或太空鏡，上述難題或許也能解決。

一種更永久但也更復雜的解決辦法，就是讓水星的自轉加快。以同樣的大膽思路，光照太強的問題可通過把水星拖曳到離太陽更遠的地方來解決。這些理念在科幻小說中都得到了探討。例如，發射大質量天體（如月球的碎片）經過行星，利用天體引力場旋轉或拖曳行星。比我們現在先進得多的未來文化，可能會想出更好的主意。

距離太陽更近、外形像月球的水星作為地球化改造的對象，看似令人失望。但水星潛在的礦物質和能源如此豐富，水星有朝一日在行星際開發甚至行星際文明建立當中的作用如此之大，以至于如此令人難以想象的浩大工程，將會被比我們現在富裕許多許多、也強大許多許多的未來文明考量并實施，那該多么美好。