月球改造和殖民计划

2023-11-06 12:55:02 字數 5350 閱讀 4909

最近,月球基地的建设已经提上日程。自太空时代开始以来,科学家和未来学家就一直在探索改造其他世界以满足人类需求的想法。这个过程被称为 "地球化改造",需要使用地质和环境工程技术来改变行星或月球的温度、大气、地形和生态,使其更像地球。而月球作为离地球最近的天体,一直被认为是一个合适的地点。

众所周知,与其他天体相比,月球殖民和/或地球化应该相对容易。由于距离较近,人员和设备往返于月球表面的运输时间将大大缩短,成本也将大大降低。此外,月球距离地球很近,这意味着月球上生产的可开采资源和产品可以定期运往地球,旅游业也应随之发展。

科幻**中的月球殖民

在月球上建立人类定居点一直是科幻**中最受欢迎的主题之一。虽然绝大多数故事都描述了利用密封穹顶在月球表面或地表下建造月球定居点的情况,但也有少数例子表明月球本身就是一个宜人和适合人类居住的环境。

最早的例子可能是法国作家奥塔夫-贝拉德(oct**e bellard)写的短篇**《21 世纪巴黎人的一天》(la journée d'un parisien au xxie siècle)。故事发表于 1910 年,讲述了月球大气层如何逐渐发生变化,以及如何种植植物使月球成为濒危物种和人类殖民者的天堂。

1936 年,美国作家 c. 摩尔创作了《失乐园》,*讲述了一个生活在殖民化太阳系中的走私者和太空护林员的故事。**将月球描绘成一个曾经肥沃的地方,并描述了它是如何逐渐变成不透气的沙漠的。1945 年,英国作家 c. lewis 写了一部**,描写月球上生活着一群极端优生主义者。

阿瑟-克拉克(arthur c. clarke)在 20 世纪 50 年代和 70 年**了几部关于月球殖民地的**和短篇**。1955 年,他创作了《地球之光》(earthlight),描述了地球与金星-火星联盟之间爆发战争,月球居民陷入战火之中。1961 年,他创作了**《月球尘埃》(moon dust),在这部**中,旅游巡洋舰 "塞琳娜号"(selene)坠入了月球尘埃的海洋。

1968 年,克拉克的著名**《2001 太空漫游》出版,其中部分情节发生在殖民地月球上,人们在那里发现了一块神秘的巨石(tycho 磁异常点)。1973 年出版的《与拉玛相会》也提到了被殖民的月球,它已成为太阳系行星组合的一部分。

罗伯特-海因莱因也写过月球上的人。他早期的作品包括《太空中的斯通一家》(1952 年),讲述了生活在月球上的斯通一家想要离开家园,探索太阳系的故事。1966 年,他的**《严厉的月亮》获得雨果奖,**中的月球地下殖民地为地球提供食物和矿物质。

当然,关于月球的**并不缺乏,无论是殖民地还是地球化的月球。但它们都是虚构的。让我们看看现实是怎样的。

月球殖民地的科学

在过去的几十年里,人们提出了许多在月球上建立殖民地(或多个殖民地)的方案。其中大多数方案都出现在太空时代的初期,苏联和美国都在阿波罗计划的发展过程中制定了相关计划。近年来,人们提出了更多在 2020 年代重返月球的建议,并对建立永久定居点重新产生了兴趣。不过,也有一些科学建议是在 20 世纪之前提出的。

例如,1638 年,英国牧师、博物学家和伦敦皇家学会成员约翰-威尔基斯主教写了《关于新世界和另一个星球的论述》,他在书中预言月球上会出现人类殖民地。康斯坦丁-爱德华多维奇-齐奥尔科夫斯基(konstantin eduardovich tsiolkovsky)是俄罗斯传奇的工程师、火箭制造者、科学家和宇航理论家,他在世时(1857-1935 年)曾提出建造太空电梯的建议,并认为月球殖民地将是人类征服太空的重要一步。

到了二十世纪五六十年代,这些提议开始像滚雪球一样越滚越大--随着阿波罗计划的出现,在月球上永久安置宇航员的计划也随之而来。1954 年,阿瑟-克拉克(arthur c. clarke)提议用充气舱建造月球基地,并在上面覆盖月球尘埃作为隔热层。

根据他的计划,第一个定居点需要建造类似冰屋的建筑和充气式无线电桅杆,然后再建造一个大型永久性穹顶。克拉克建议用藻类过滤器净化空气,用核反应堆发电,用电磁炮发射货物和燃料,以便在太空中建造星际飞船。

1959 年,科罗拉多矿业学院采矿研究实验室主任约翰-莱因哈特(john rinehart)在《英国星际共同体杂志》(journal of the british interplanetary community)上发表了题为《月球开发的基本标准》(basic criteria for the development of the moon)的提案。他提出的 "浮动基地 "概念包括两端带有半圆顶的半圆柱体,以及基地上方的微流星体防护罩。这个想法的依据是,当时人们认为月球上有些地方有一公里半深的尘埃海洋。

与此同时,出现了在月球上建立军事基地的计划。其中包括 "地平线计划",美国计划在 1967 年之前在月球上建造一个堡垒。美国空军也在2023年提出了 "月球计划"(project lunex),计划在2023年之前在月球上建造一个地下空军基地。

1962 年,约翰-德尼克(美国国家航空航天局高级项目经理)和斯坦利-赞恩(马丁航天分部月球基地研究技术主任)发表了一项建造月球基地的建议。他们的想法是在宁静海中建造一个地表下基地,依靠核反应堆提供动力和藻类过滤系统。

近年来,许多航天机构都提出了在月球上建造殖民地的建议。2006 年,日本承诺到 2030 年在月球上建造一个基地。俄罗斯在 2007 年也提出了类似的建议,计划在 2027-2032 年之前建立一个基地。2007 年,法国国际空间大学的吉姆-伯克提出了一个月球 "诺亚方舟",人类文明可以在其中度过灾难性事件。2023年8月,nasa与行业领袖会面,讨论在2023年前在极地地区建造月球基地的成本效益方法。2015 年,nasa 提出了建造月球定居点的概念,即在建造过程中依靠机器人工人(被称为 "变形金刚")和定日镜。2016 年,欧空局新任局长约翰-迪特里希-维尔纳(johan-dietrich werner)提议在月球上建造一个国际村,作为国际空间站的后继站。我国计划于2023年建立月球基地。

殖民月球的可能方法

月球地球化的机遇和挑战与水星非常相似。首先,月球的大气层非常稀薄,只能说是一个外大气层。其次,生命所需的挥发性元素(氢、氮和碳)非常稀缺。

要解决这些问题,可以捕获含有水冰和挥发性物质的彗星,并将它们送到月球表面。彗星会升华,分散这些气体和水蒸气,从而形成大气层。这些撞击也会释放出月球碎石中含有的水,这些水将积聚在月球表面,形成天然水体。

这些彗星的动量传递还能加速月球的自转,使卫星不再被潮汐锁定。月球的昼夜周期将加快到 24 小时,这将使殖民和适应生活变得更加容易。

此外,还有可能对月球的部分区域进行副改造,这与水星极区的改造类似。就月球而言,科学家已经发现水冰的沙克尔顿环形山就很合适。利用太阳镜和穹顶,可以把这个陨石坑变成一个有植物和可呼吸大气的小气候区。

殖民月球的可能优势

与太阳系中的其他行星和卫星相比,在月球上殖民并进行地球化改造有许多优势。最明显的是它离地球很近。与火星、金星、水星或外太阳系相比,往返月球运送人员和材料的成本和时间都要低得多。

此外,用彗星轰击月球表面所需的彗星数量也比火星和金星少,大约只需一百颗,而不是数千颗。

月球土壤中水冰的存在以及南极地区大量沉积物的存在,也将使得地表水的产生成为可能(一旦温室效应被激发)。随着彗星轰击月球表面,来自土卫六和柯伊伯带某处的甲烷和氨冰也可能被引入。由于月球距离较近,所需的基础设施较少,因此也更容易观察地球化过程。

与此同时,在月球上建立殖民地将具有许多优势。当地的资源基地将为利用原地资源以及深空任务所需的原材料提供机会。例如,由于月球的成分与地球相似,因此可以在月球上开采矿物并将其送往地球。在月球表面开采的月球土壤可以用来制造辐射防护罩(防止辐射),并在月球表面的穹顶下建造定居点。

月球水冰在南极地区特别丰富,可以作为殖民者的永久水源。月球碎石上层还有大量的氦-3,可用于聚变反应堆,为月球殖民地和地球提供源源不断的清洁能源。

月球基地可以作为太阳系任务的起点。据美国国家航空航天局(nasa)计算,建立一个月球基地,利用当地的水制造氢燃料,可以节省数十亿美元。这样一个前哨基地将成为载人火星任务和建设火星定居点基础设施不可或缺的一部分。

月球上的低重力和逃逸速度也意味着,从月球发射的飞行任务到达太空所需的火箭燃料要少得多。同样的优势还允许建造电磁炮、月球升降机或其他被认为在地球上建造成本过高的项目。任何这些结构都将使移动材料和卫星(如太空太阳能电池板)的成本降低数倍。

最后但并非最不重要的一点是,建造月球定居点还将为我们提供宝贵的信息,特别是关于在低重力环境中生活的长期影响的信息。这些信息对于在火星或其他表面重力小于 1g 的太阳系天体上建立永久基地非常有用。

月球上有稳定的熔岩管道,其规模足以容纳整个城市--这也是一个优势。这样的地下环境可以增压,以容纳可呼吸的大气,并提供太阳辐射防护。

殖民月球可能遇到的问题

月球地球化也会带来一些问题。首先,从太阳系外收集彗星和冰需要一个根本不存在的基础设施,而且建造成本高昂。事实上,收集所有资源需要数百艘航天器,而且这些航天器必须配备推进系统,使它们能够在短时间内完成旅行,而这种推进系统目前还不存在。

众所周知,长时间处于微重力状态会导致肌肉退化和骨密度下降,但目前还不清楚低重力的影响会如何影响常住人口以及在这种条件下出生的儿童。地球上的动植物可能需要经过基因改造才能在月球条件下生活,但这是否是一个成功的解决方案还不得而知。

当然,所有这一切的成本都将是天文数字,尽管比人们想象的要低,而且需要经过几代人的发展。几代人的连续性很难说,更不用说一个**或国际机构做出的承诺可能不会被下一个**或国际机构兑现。

在月球表面建立殖民地会遇到很多问题。漫长的月夜(长达 354 个小时)意味着,除了极地地区,其他任何地方都不可能依赖太阳能。此外,巨大的温度波动也需要对殖民地的设计进行修改。在月球表面的任何定居点也需要防止太阳辐射。

缺乏大气层会增加彗星撞击的几率,也更容易受到太阳耀斑的伤害。月球还会周期性地穿过地球的磁层,形成等离子体鞭,使地球表面**。从好的一面来看,电子的轰击会导致紫外线光子的发射和暗面负电荷的积累。这也会对表面的沉降造成一定的危险。

正如我们所指出的,其中一些问题可以通过在地表以下建造定居点来解决。但是,假设定居点将依赖太阳能,它们就必须建在极地附近,以利用这些地区的永恒光照。另一种选择是以氦-3 为燃料的聚变反应堆。但这同样是一个昂贵的选择,而且目前还无法实现。

为什么呢?我们已经谈过这个问题。但最重要的也许是人类登上月球。这一存在将成为人类登上火星、金星和太阳系其他地方的垫脚石。我们在星际甚至星际竞赛中又迈出了一步。

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