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未來人類如何利用水星?

火星是最受地球人青睞的可移居的候選行星。相比于火星,最接近太陽的行星水星能否為人類提供更多的生存機會?


2016年5月9日,水星再一次從太陽和地球之間掠過,距離上一次掠過已經(jīng)10年了。對于地球人,位于太陽系最內側的水星曾經(jīng)是一個謎,因為它與太陽非??拷瑫r常被猛烈、刺眼的太陽光淹沒,使得我們很難仔細觀察它。

但太空時代的來臨改變了一切,尤其是美國宇航局發(fā)射的信使號探測器傳回的數(shù)據(jù)讓我們認識到水星的一部分真面目。而日本和歐洲航天局將于2017年聯(lián)合發(fā)射第3個造訪那里的探測器貝皮科倫坡號,對水星展開進一步的研究。

那么,水星有什么為人類服務的潛能呢?未來的人類又將如何利用它呢?在此之前,我們得先來了解一下這顆距離太陽最近的行星的基本特點。


這顆奇特的星球

直到19世紀60年代,人們才確定水星圍繞太陽運行一周僅需88個地球日,而1個水星日,即水星的一天,大致相當于59個地球日。地球人每天都能看到太陽從東方升起(日出),可是水星的情況和地球則不太一樣,“水星人”不是每天都能看到日出的。你知道這是為什么嗎?那是因為水星離太陽太近了,它是太陽系中運動速度最快的行星,每自轉3周才是一次晝夜(地球自轉一周是一次晝夜),因此假如你站在水星表面上任意一點,那就需要3個“水星日”(約176個地球日)才會看到一次日出。與此同時,水星每自轉3周時,正好公轉了2周,因此水星上的一晝夜,等于水星的兩年。

水星有很多類似于月球的特征:一顆無風的小星球,其巖石組成的表面上布滿了許多凹凸不平、大小不一的隕石坑。但水星表面還有另外一個特點——有一種高低差達好幾千米的特殊斷崖地形,它們被稱為皺脊。你可以把它們想象成蘋果干癟后表皮的褶皺,這種地形只有水星上才能看到。

水星的重力會讓你感到驚訝。雖然這顆行星的體積僅比月球大一點,但它的重力卻比月球大出1倍。人們猜測水星曾經(jīng)是一顆更為龐大的星球,大小類似于地球,有一個主要由鐵組成的內核和一個巖石狀地幔。后來受到其他星球的大撞擊,水星外殼和大部分地幔被碰掉了,只剩下一個特大號的核心,由于僅剩的這個核心具有較高的密度,因此它的重力比月球的大很多。

如果你能站在水星上,看到的太陽會是從地球上看到的約2倍大小,再加上水星幾乎沒有大氣層,因此白天水星上的太陽輻射非常強,中午的地面溫度能達到427°C,足以將人熔化掉,而夜間又沒有大氣來保溫,深夜的溫度將驟降到近-173°C。

此時,你也許會問,水星的環(huán)境與地球相差甚遠,除了能進行科學探索和一些非常極端的太空旅游活動,我們?yōu)槭裁催€要去水星呢?事實上,水星所處的位置,可能是太陽系中最具太空戰(zhàn)略價值的位置之一。


獲取豐富的資源

首先,如果我們離開地球發(fā)展星際文明,那么就得需要很多能源和原材料。

由于位置優(yōu)勢,水星接收到了大量的陽光,水星上1平方米范圍內獲取的太陽能相當于地球上6平方米所獲取的太陽能。另一顆經(jīng)常被吹捧為獲取資源的最佳候選星球之一谷神星(一顆矮行星,位于火星和木星之間),則需要60平方米。

至于原材料,有人提議從地球上開采,但這種方法不但會破壞地球環(huán)境,并且從地球上提取材料再送到太空去的話,運輸費用相當昂貴。因此,從經(jīng)濟角度上來講,在太空中提取原材料更加劃算。

那么,在太陽系眾多星球中,哪些才是開采原材料的合適星球呢?大家第一個可能會想到月球。不錯,根據(jù)我們對月球的了解,它的表面確實有鈣、鎂、鉀,甚至像鈦和鋁等重金屬元素,人類當然可以利用月球,但是月球的核心相對較小,礦產資源的開采深度最深可能只有1400千米,也許很快就會被用光。相比之下,水星的地幔中也有許多和月球一樣的原材料,而且核心相對較大,也就是說,水星擁有更大的原材料開發(fā)潛力。

此外,水星接收到的大量太陽能可為采礦作業(yè)提供動力。將在水星開采的礦產資源打包后,利用太陽能運輸工具,可將它們送往太陽系其他地方。


建一個太空港口

想象一個太陽帆,很薄但很結實,也許是用水星上的鋁制作而成的。當陽光照到太陽帆上,就會產生一種推力,也就是太陽帆行駛需要的動力,使其得以飛行,然后帶動載人航天器飛往其他星球。

在地球,800米寬的太陽帆將得到約5牛頓的光壓力,相當于美國宇航局黎明號探測器(去往谷神星的探測器)使用的離子推進器產生的力。顯然太陽帆越接近太陽,獲得的推力就越大。在水星那里,直徑不到400米的太陽帆就能得到相同的推力。

1984年,美國物理學家和科幻小說家羅伯特·福沃德在他的小說中,就曾提出一種圍繞著水星的推進系統(tǒng)。福沃德的推進系統(tǒng)是一套激光站,總共1000個,每個寬30千米,它們將捕捉到的太陽能轉換成總功率約1300太瓦的激光束,總量相當于地球獲取的總太陽能量的1%,來推動太陽帆航行。

如果你想乘坐太陽帆去往海王星,你可以先造訪水星,因為水星距離太陽最近,可以使太陽帆獲得更大的推力,從而獲取更大的加速度,使你能快速向海王星飛去。這樣看來,水星有一天可能會成為太陽系的“造船廠”和中轉“加油”的主要港口。

除了將水星打造成太空港口,水星的未來還能有更大的奇跡嗎?我們能不能把它變成另一個地球?


水星地球化的優(yōu)勢

假如有一天地球不能再居住,人類的一個選擇是在太陽系內復制出另一顆“地球”。此時,我們通??紤]的是火星。火星的軌道與地球相似,日長也差不多,還擁有一些必要的生存物質,比如水和碳。目前,火星是太陽系內的最佳選擇。

但如果將火星排除在外的話,還有其他候選星球嗎?科學家也考慮過谷神星和月球。不過太陽系的另一顆行星——水星其實也有一些自然的優(yōu)勢,例如,表面重力較強。地球有著厚厚的大氣層,而像月球、谷神星、水星等星球,大氣層非常稀薄,因此如果要將它們改造成另一顆“地球”,就要將類似地球的大氣“進口”到該星球上。相比谷神星、月球等候選星球,水星具有更強的表面重力,能留住更多“進口”的大氣,因此它會更像地球。

但是水星離太陽那么近,人類該怎么在如此猛烈的陽光下生活呢?有人計算過,如果將水星白天改造成地球白天那樣,那么水星至少要減少平時所接收陽光的84%。于是人們想出了一個辦法,利用一臺巨大的偏轉鏡——跟水星本身差不多大的一面遮陽板,也許就能夠擋住強烈的陽光。

水星上的晝夜溫差將近600°C,如此之大的溫差,你也許會認為人類永遠不可能在水星上生活。但是,通過觀測,科學家發(fā)現(xiàn)水星的兩極有一些環(huán)型山,太陽永遠照耀不到那里,黑暗的陰影區(qū)可能存在冰層——這是信使號探測器發(fā)現(xiàn)的一個奇跡,冰層規(guī)模大約有100千米寬。這些冰也許是未來殖民者的生活必需品,人類有機會利用兩極的冰以及人工的保溫裝置,制造出人造的移民環(huán)境。

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