移民太空的理想与现实

2016年10月17日7时30分，搭载着神舟十一号载人飞船的长征二号F遥十一运载火箭在酒泉卫星发射中心点火升空，约575秒后，神舟十一号载人飞船与火箭成功分离，进入预定轨道，顺利将景海鹏和陈冬两名航天员送入太空。10月19日凌晨，神舟十一号载人飞船与已经在轨运行一个月的天宫二号空间实验室交会对接，形成组合体。景海鹏和陈冬入驻天宫，开启中国航天员迄今最长太空驻留。

移民太空的多种理想

神舟十一号在广袤的太空追寻天宫二号并与之会合、对接又一次让国人和地球人关注一个既是人类美好的理想，也是可能的现实——移民太空的其他星球。而且，早就有人提出这样的设想并描绘了美好的蓝图。

美国太空探索技术公司（SpaceX）的CEO伊隆·马斯克于2016年9月底在墨西哥瓜达拉哈拉举行的国际宇航大会（IAC）上公布了该公司的火星移民计划，在约10年时间里将人类送往火星，最终建立火星殖民地。

太空探索技术公司已经在2015年12月21日实现了“猎鹰”9号火箭第一级首次发射、回收，同时也是人类第一个可实现一级火箭回收的轨道飞行器。但是，此后的2016年1月17日，该公司发射的搭载一颗海洋观测卫星的“猎鹰”9号火箭第一级海上回收尝试却失败了。

现在，马斯克的太空探索技术公司打算开发大型火箭和飞船，打造一个星际运输系统，将人类送往火星。星际运输系统由一枚超重型火箭，一艘客运飞船和一艘货运飞船组成，每次可以运送100名乘客和大量货物。从地球出发到火星将需要80～150天的时间，但是，经过改进，未来这一过程将缩短至30天左右。该计划最早于2024年实施，费用约为每人20万美元。

马斯克解释移民火星的原因是，地球上很多物种最终都走向了灭绝，如果人类不想重蹈恐龙和渡渡鸟的覆辙，就需要移民到其他星球上。同时，美国国家航空航天局（NASA）也有这样的移民计划，但时间要比太空探索技术公司的晚10年。而且，美国国家航空航天局将支持太空探索技术公司最初飞往火星的任务。

提出移民太空计划的不只是太空探索技术公司，实际上移民太空已经成为一个竞争性项目。2016年10月11日，国际航天研究中心创始人伊格尔·安舒贝利博士也宣称，将于2017年发射卫星，创造独立的太空国家“阿斯伽迪亚”（Asgardia），公众可以通过阿斯伽迪亚项目网站注册成为其公民，开放的名额为10万人。

安舒贝利是一名俄罗斯科学家，也是维也纳国际航天研究中心的创始人，最近当选联合国教科文组织“太空科学”委员会主席。安舒贝利称，他们的团队计划进行的前期工作将会是利用最先进科学技术创造一个保护全人类的屏障，阻挡来自太空的人为或自然的威胁，其中包括太空垃圾、太阳耀斑、行星撞击。

太空中有超过2万件可追踪的人造垃圾，包括老旧的太空飞船和火箭部件。此外，自然物体也给地球上的生命带来威胁。例如，2013年坠落在俄罗斯车里雅宾斯克的陨星导致1100人受伤，4000栋建筑损毁。

建立太空国阿斯伽迪亚的目的是保护地球免受小行星的毁灭性撞击，也是创造太空中的和平，防止地球上的冲突蔓延至太空。

移民的风险

现实的情况是，移民太空有风险，报名需谨慎。马斯克也承认火星首航“死亡风险高”，对于参与太空探索技术公司的火星之旅的任何人，该公司并不能为他们的生存提供100%的保证。由于伤亡的风险很高，只有做好牺牲准备的人才有可能成为候选人。

移民太空最大的风险是什么？首先就是辐射风险，这是让人受伤和死亡的最大威胁。移民火星要经受的辐射有两种，一种是长期存在的低剂量银河系宇宙线（GCR），另一种是有可能短期出现的太阳高能粒子（SEP），后者与耀斑及日冕物质抛射等太阳活动有关。

银河系宇宙线是高能量、高穿透性的粒子，这些高能粒子包括少量所谓的重离子，也即没有电子陪伴的原子核。重离子导致的生物伤害要比其他类型的粒子更严重。但典型的太阳高能粒子能量较低，意味着它们不及银河系宇宙线对人的伤害。

遗憾的是，如果移民火星，火星上的辐射主要是银河系宇宙线。研究发现，火星缺乏磁场（磁场为地球提供了另一个保护层），而且火星的大气层只有地球大气层厚度的1%，但是火星的大气层还是拥有一个巨大的屏障来阻挡快速移动的危险宇宙粒子。

美国国家航空航天局发射的“好奇”号火星车（探测器）飞行了5.63亿千米才于2012年8月6日到达火星，在火星的伊奥利亚平原着陆。火星车上的辐射评估探测器（RAD）测量了火星表面的宇宙线辐射剂量，结果令人鼓舞，宇宙线辐射剂量只有星际空间中的一半，约每年0.28～0.73西弗，这对人体来说是可以接受的。

通俗地讲，人体暴露在这样的辐射剂量下36个月而不采取任何措施，患上严重辐射病的概率只有1%。这似乎为人类登上火星扫除了最主要的障碍。但是，一个重要的问题被忽略了，即人们移民火星的路途上如何避免更为强大的辐射，主要也是宇宙线辐射。“好奇”号火星车是2011年11月26日启程的，到达火星用了近9个月（253天）的时间。正是在这个火星之旅中，美国西南研究院研发的辐射评估探测器在太空舱内部对银河系宇宙线和高能粒子辐射环境进行了细致的测量，一项研究结果于2013年5月31日发表在《自然》杂志上。

根据辐射评估探测器对火星车的太空舱内部的探测发现，就累计辐射剂量而言，前往火星的途中，人们相当于每五六天接受一次全身CT扫描。火星车在巡航途中接受的银河系宇宙线照射剂量相当于每天1.8毫西弗。如果采用现有航天推进系统往返火星，在往返途中接受的总辐射剂量大约是0.66西弗。

当然，这样的辐射剂量不会立即致命，但是0.66西弗的辐射已经超过了美国国家航空航天局规定的辐射剂量的上限。长时间暴露在1西弗辐射环境中可使致命癌症发生率增加5%，美国国家航空航天局规定，近地轨道航天员的致命癌症概率风险应控制在3%以内。

同样是来自“好奇”号火星车携带的辐射评估探测器开展的首次火星地表环境的辐射水平评估的另一项结果却令人沮丧。辐射评估探测器设备首席科学家唐纳德·哈斯勒等人发表在《科学》杂志上的另一篇文章称，考虑在数百万年的时间尺度上，火星地表环境中的辐射水平对于任何生活在火星地表乃至浅地表数米深土壤层之中的微生物而言都将是致命的。

对人类而言，如果火星之旅在一年以上，则可能因为太空辐射而引发癌症、中枢神经受损、白内障、不育症、长时间失重引发骨质疏松、肌肉萎缩、视力下降和极度孤独引发心理问题等。当然，这些问题随着科学的发展可能会得到解决，例如，提高航天推进系统的能力以缩短在太空旅行的时间，以及研制更能防止太空辐射的航天器。但是，目前的技术只能研制抵御来自太阳高能粒子辐射的太空飞行器，却对银河系宇宙线难以阻挡，就算飞船的外壳用30厘米厚的铝板制成，也不会降低多少辐射剂量。

太空中吃什么？

移民太空还必须解决吃饭问题。

中国此次到达太空的航天员景海鹏和陈冬吃什么呢？当然不是太空为他们预备了如地球上那样的美味佳肴，而是从地球上带去的航天食品，保质期在一年以上。所以，即便航天员可以享受如同在家中生活一样一日三餐的待遇，吃饭时间与地面同步，包括主食、副食等六大类产品，酱牛肉、鱼香肉丝等传统菜肴，5天之内菜谱不会重样等，但口感也有可能与地面的并不一致。

不过，最大的问题是，如果不靠从地面上带食物，能否在太空，如空间站或其他星球，如火星上种植庄稼，生产食物，自给自足。现在，国际空间站已经开始尝试种植蔬菜，并且有了结果。

1983年美国总统里根首先提出国际空间站（ISS）的设想，后来共有16个国家参与，于1993年完成设计，开始实施。这16个国家中，既有美国、俄罗斯、加拿大、比利时、丹麦、法国、德国、意大利等国，也有南非、巴基斯坦、马来西亚等国家，但中国被排斥在外。

2015年8月生活在国际空间站内的航天员们首次品尝了他们在太空种植出来的生菜。这些生菜的种子是此前由“龙”号宇宙货运飞船送入空间站的，航天员们在特殊的“蔬菜盒子”里种植这些种子，“蔬菜盒子”是美国威斯康星的麦迪逊轨道技术中心设计出来的。

“蔬菜盒子”的底层由土壤和化肥组成，由于在太空不能给蔬菜浇水，底层的下层设计有特殊的灌溉系统，盒子内还安装了红绿蓝三色的LED灯以模拟地球上的日照来促进蔬菜生长。生菜的种子被撒放在底层上，共生长了33天。在生菜成熟后，国际空间站的航天员林德格林戴着蓝手套，用镊子从盒子里面收获了这些生菜，他自己和其他几名航天员都品尝了生菜。

品尝太空生菜后的航天员认为“味道好极了”，有些像“芝麻菜”。国际空间站能种植生菜意味着未来也能种植其他蔬菜，如西红柿、豆角和水果，如蓝莓，甚至种植粮食作物，这也为未来移民火星提供了现实基础。因为，到达火星和其他星球需要耗时数月、甚至数年，并且到达火星和其他星球后也面临食物的问题，这就需要在火星及其他星球上种植作物。

其他困难

但是，现在研究人员还不能证实火星上是否能种植作物。

美国国家航空航天局早就在进行模拟移民火星的试验，最著名的就是“夏威夷太空探索模拟和仿真”试验项目，由美国国家航空航天局人类研究项目、夏威夷大学以及康奈尔大学共同开展，旨在观察试验成员心理和生理上的情况，以评估在未来的火星之旅中，航天员可能遭遇到的风险。

这个项目已进行过4次试验，最初两次为期4个月，第3次在2014年开展，持续了8个月。2015年8月又进行了时间最长的一年时间的试验，有美国、德国和法国的6名研究人员参加。他们于2015年8月29日进入位于夏威夷冒纳罗亚火山的圆顶屋，进行为期一年的模拟火星移民生活。

夏威夷冒纳罗亚火山被认为是最接近火星生存环境的地区之一。该地区海拔2400多米，非常贫瘠，几乎寸草不生。研究人员在熔岩区一座直径11米、高6米的圆顶屋里生活。这个圆顶屋密闭性绝佳，通过回收利用室内空气，实现氧气自给。圆顶屋旁还装有用于供电的太阳能板。研究人员拥有自己的小房间，可以放下一张轻便小床和桌子。

研究人员平日的生活也尽量“假装在火星”，如果需要走出圆顶屋，必须穿上宇航服。但是，遗憾的是研究人员在一年内吃的食物大部分都是冰冻、去水分的加工食品，如奶酪粉和金枪鱼罐头。因此，研究人员并不能试验是否在火星上可以种植庄稼。尽管如此，试验组成员之一、法国的科学家西普里安称，在不远的未来，移民火星是可以实现的，无论科技上还是身体上的阻碍，都可以克服。

话虽如此，但如果不能解决食物供给，移民火星其实是一句空话。生存的基础在于食物和能量供给，如果在火星上不能种植和饲养牲畜以实现食物的自给自足，就不能在火星生存。目前看来在火星上种植作物的可能性极其微小。作物的生长需要水、土壤、空气、阳光、肥料，甚至还需要重力。目前，作物生长的这些条件在火星上都不具备。以重力而言，火星上的重力比地球上要小很多。

不过，在火星那样的微重力情况下作物是否正常生长，还需要实验证明。而且可以参照国际空间站种植蔬菜的方法种植作物，但是需要特殊的种植盒子。此外，在火星上大面积种植粮食作物还需要设计大棚，就像地球上的温室大棚一样。这也需要实验来验证。

另一方面，现在和未来的研究还必须彻底弄清到底火星上的辐射环境是否对人类无害，并且要解决在火星上生存的另一些大问题，如火星上白天和夜晚相当可怕的温差，在白天时火星赤道附近的温度为21℃;但是由于大气层很薄，到了晚上温度会骤降到平均-73℃;同时，火星上还缺氧，火星上的大气层有约95%的二氧化碳，要让火星大气中的氧含量和地球相同，可能需要花上1000年的时间。

因此，即便人类可以移民火星，也将是时间遥远，道阻且长，并非2030年就可实现。不过，所有的困难也可能不会阻碍铁了心要探索和移民火星的人类。

【责任编辑】张田勘

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