浅谈太阳系内各可殖民天体的优势与缺陷.docx

——重庆南开融侨中学初2018级9班 冉与时——浅谈太阳系内各可殖民天体的优势与缺陷重庆南开融侨中学初2018级9班 冉与时摘要：随着社会的发展和生产力的进步、环境危机的加剧，人类文明亟待进行外星殖民以延续自身在基于现实技术的合理假设框架下，进行了对太阳系内7颗可殖民天体的利弊分析关键词：星际移民 航天 殖民地 太阳系1、 引言 “我们的征途是星辰大海”在著名科幻作品《银河英雄传说》中，作者田中芳树这样写道在绝大多数太空科幻作品中，也都隐含着这样的信条：人类必将走进太空，殖民外星 而我以为，人类文明要想生生不息地长期延续下去，也必须走向太空试想，仅仅是众多悬在人类头上的达摩克里斯之剑之一——维持着脆弱平衡的核威慑，就足以引发一次世界末日级别的物种大灭绝事件更别说小行星撞击、伽马射线暴等等已然引发多次物种大灭绝的事件，以目前甚至可见的未来人类的技术水平，都无法进行有效的防御 著名理论物理学家斯蒂芬霍金也说过，“人类已经步入越来越危险的时期，我们已经历了多次事关生死的事件由于人类基因中携带的‘自私、贪婪’的遗传密码，人类对于地球的掠夺日盛，资源正在一点点耗尽，人类不能把所有的鸡蛋都放在一个篮子里，所以，不能将赌注放在一个星球上。

也正因为如此，我们——行星地球上的人类，需要走向太空、殖民外星 本文也将本着这个目标，列出系内各有潜力的可移民天体，再分别进行分析，论证得出各天体的优势与缺陷本文是基于现实技术的合理假设，在大范围使用化学推进器进行太空探索的今天，系外天体是极难进行殖民的，故本文只讨论太阳系内的天体）2、 名词解释AU Astronomical unit（天文单位），等于149,598,262kmAtm Standard atmosphere（标准大气压），等于101.325kpaN2 氮O2 氧Ar 氩，大气中含量最多的稀有气体，有良好隔热性CH4 甲烷，天然气主要成分，最简单的有机物CO2 二氧化碳H2 氢氦-3 3He，一种高效、清洁、安全、廉价的核聚变发电燃料芳纶纤维 又名凯芙拉，一种强度比钢还高的合成纤维反照率 被天体表面反射到空间的太阳能的份额石墨烯 目前发现的最薄、强度最大、性能最强的新型纳米材料 三、候选目标 基于已知的天文学知识，在下表中列出了太阳系内7颗有移民价值的天体，或是处于宜居带中的行星，或是有着部分接近于地球条件的巨行星卫星，或是有着丰饶矿产资源的矮行星或巨行星卫星。

名称月球Moon金星Venus火星Mars木卫二Europa土卫六Titan天卫三Titania谷神星Ceres平均轨道半径0.0026AU0.725AU1.52AU0.0045AU0.0082AU0.0029AU2.768AU赤道直径3,4762.2千米12,103.6千米6,794千米3,138千米5149.4千米1578千米约950千米表面积3.79×10^7平方千米4.6×10^8平方千米1.44×10^8平方千米3.1×10^7平方千米8.3×10^7平方千米7.82×10^6平方千米2.784×10^6平方千米表面气压可忽略92.1atm0.006atm可忽略1.45atm可忽略可忽略大气组成可忽略96%CO2,3%N295.9%CO2,1.93%Ar,1.89%N2可忽略94.2%N2,5.6%CH4,0.1%H2可忽略可忽略赤道重力加速度1.622m/s^28.78m/s^23.72m/s^21.314m/s^21.352m/s^20.378m/s^20.27m/s^2自转周期27.32D243.01D1.026D3.55D15.95D8.706D0.378D公转周期173D224.701D687D3.55D15.95D8.706D1680.5D逃逸速度3km/s10.4km/s5.02km/s2.025km/s2.64km/s0.77km/s0.51km/s轨道偏心率0.05490.0070.0930.00940.02920.00110.076表面温度-233~123℃465~485℃-63℃-163℃-179.16℃-213℃-43.5℃四、关于各候选目标的分析1.关于月球的分析 众所周知，月球（Moon/Luna）是地球的唯一一颗天然卫星，也是离地球最近的大型天体。

在许多的科幻作品中，也是太空殖民的好去处 但是，现实的月球真的如科幻小说描写的那么优越吗？实则不然生物圈二号的实验告诉我们：农业、工业都可以无人化，资源也可以靠运输，但一个宜居环境不能月球仅仅是一颗没有大气、昼夜温差极大、表面遍布陨石坑的卫星罢了，并不比其他卫星有更大的宜居价值 若在月球上建立长期的人居城市，就会不可避免地遇到陨石撞击、宇宙射线、舱室泄压等等问题，因为月球没有大气层为它抵御陨石撞击，也没有强大磁场来庇护自己不受太阳风侵害但是，月球上的矿产资源是非常丰富的，稀有金属储量甚至比地球还多例如富含铁、钛的月海玄武岩、富含钾、稀土和磷的斜长岩等，极具开发价值并且，月球土壤含有丰富的氦-3，利用氦-3与氚进行的可控核聚变不产生中子，也就不会产生有害辐射，十分适合用于发电或作为飞船燃料图4.1 氦-3聚变示意图所以，月球不是一个殖民的好去处，但却是人类进行星际移民的绝佳跳板2.关于金星的分析 被誉为地球的姊妹星球的金星，实际上是一个陷于温室效应的人间炼狱金星的表面气压达到了92.1atm，人类根本无法在这种高压环境下生存大气的构成有96%都是二氧化碳，可以说就是毒气。

而金星大气还存在着硫酸构成的不透明云，也没有磁场保护有害的宇宙射线可以说，金星表面就是酸性高压高热空气笼罩下的地狱 但是，殖民金星并非不可能NASA就曾提出一个计划，旨在用飞艇使殖民地悬浮在高层大气金星大气的主要构成是96%的二氧化碳和3%的氮气，比地球大气稠密50%就算我们用空气填充一个气球，它照样能漂浮在高层大气，更别说常规的填充物氦气了（氢气在金星大气的高温环境下容易爆燃，故不考虑） 所以，我们只需要一艘漂浮在距金星地表50-65km的氦气飞艇，便能基本建立一个人类殖民地在这个高度，飞艇远离了恐怖的硫酸云，金星大气的气压、温度也与地球相当，金星电离层也能起到磁场的作用，保护飞艇不受太阳风侵害只要能保护设备不受酸性气体侵蚀，便可利用太阳能板发电（金星低层大气的反照率高达70%，又进一步提高了太阳能板工作效率）、获取二氧化碳作为农业所需图4.2 NASA的金星探索飞艇计划示意图 然而，这个方案也有其局限性：飞艇的材料必须极耐高温和腐蚀，否则就会在金星大气的极地涡旋中粉身碎骨并且，一个在空中漂浮的殖民地绝不算是真正的殖民，其生产力定会严重受限3.关于火星的分析火星——这颗在科幻作品中出场率极高的红色星球，在小说中被描绘成一个绝佳的殖民地，甚至在罗伯特·海因莱因大师的青年科幻作品中，也被描述成一个环境近似侏罗纪地球、有人居住的殖民地。

图4.3.1 想象中的火星殖民地然而，火星真的如大众想象那般宜居吗？事实并非如此人首先离不开呼吸，而呼吸的一个重要因素，就是气压去过青藏高原的读者们应该都知道，在高海拔地区，随着气压的降低，人会产生高原反应，如果没有适当的防护，还会发展成为肺水肿、脑水肿，进而失去意识，最终死亡可供人类生存的地球高原尚且如此，更何况气压不及地球百分之一的火星呢？火星大气之稀薄，甚至不能说主要成分是二氧化碳的火星大气是毒气若要保持一个人类适合的正常环境，就务必要有相关的设备、构造相关的复杂建筑结构、高难度的施工要求，才能构建一个如同高压锅般的加压舱室要建筑这样的舱室，其成本不言而喻是非常之高，也大大限制了建材、空间等等有关生产力的关键因素人员要想出到外部火星环境，也必须通过繁琐的气闸、穿上如同宇航服般笨重的加压服，既麻烦，又昂贵人如果要生存除了呼吸，离不开的就是水而水又能作为灌溉农业的支柱，还能通过电解轻易制取工业所需的氢和呼吸用的氧在历史上，人类聚集点的建立、纷乱的战争，无一不是围绕着水源展开的而在火星，绝大多数的水都被封冻在两极冰盖之下，地质以荒漠和丘陵为主，实在是一片蛮荒之地，极难进行水资源的采集图4.3.2 火星氢元素分布示意图，其中蓝色表示0%，赭红色表示100%而对于农业，火星虽有大气中丰富的二氧化碳和矿物质丰富的土壤，但也因前文提到的水资源的匮乏而只能种植耐旱作物，产量严重受限。

再来看住房问题由于火星并没有磁场，也不像金星那样有厚重大气的电离层，根本得不到保护，太阳风、宇宙射线便能长驱直入，危害殖民地人类的健康因此，要建设火星殖民地，除了要考虑前文提到的加压问题，还要做好充足的辐射防护工作，综合下来其成本不比建设太空舱便宜多少所以说，火星并不像大众们想象的那样，是一个殖民圣地，相反，它就是一个终年沙尘弥漫的红色荒漠罢了4.关于木卫二的分析 与大多数人所认为的地球是太阳系内水最多的天体相反，木卫二欧罗巴的冰层下方存在着液态水海洋，其深度比马里亚纳海沟还要深96公里，储量是地球的两倍还多也正因为如此，木卫二被视为一颗极有可能存在生命的星球美国亚利桑那大学科学家理查德-格林博格等人的研究甚至指出，其海洋可能生活着近300万吨类鱼生物图4.4.1 木卫二海洋剖面图 但是，木卫二虽有可能是当地生物的伊甸园，却不大可能成为人类的乐土其虽然拥有大量的水资源，也可以用其制取氢、氧，但也无法逃避气压等问题 要移民木卫二，最关键的问题除了气压，还有辐射虽然有着木星强大磁场的庇护，杜绝了太阳风的侵扰但木星的庇护也是致命辐射的关键所在：木星除了在反射太阳光，自身也在对外进行辐射！先驱者10号传回的数据就告诉我们，由于木星的强大辐射，导致其停止工作了很长一段时间，再次取得联系时已有部分设备损毁。

这使得在木卫二上建设殖民地，其成本要和火星差不多图4.4.2 将要发射的朱诺号航天器与木星磁场，据信木星辐射将极大损害朱诺号 木星的巨大引力也为地球与殖民地间的运输造成了极大障碍事实上，整个木星系统就像一个微缩太阳系，要想从木卫二到木卫四，所需燃料也与地球到火星差不多了这使得在殖民地建设初期，地球方面向殖民地运输补给将成本高昂5.关于土卫六的分析 被列在《天体生物学》杂志所刊登的“宜居星球排行榜”榜首的土卫六泰坦，是一颗有着浓密、富氮大气的卫星实际上，土卫六是太阳系内唯一一颗有着浓密大气的卫星、除地球外唯一一颗有着富氮大气的天体 土卫六1.45个标准大气压的大气为建设在其上的殖民地提供了有力保障和前文提到的大多数候选天体不同，土卫六本来就有着土星磁场的强力保护，根本不用担心辐射问题再加上土卫六大气中的甲烷含氢，而氢本身也是极好的辐射屏障，即使土卫六运行到磁场的保护范围之外，也无需过忧辐射防护同时，浓密大气能在摩擦中熔毁撞击的陨石，殖民地也不需要担心陨石撞击 土卫六浓密的大气，也让殖民地建设不用考虑泄压问题1.45atm的气压，仅相当于5m深的水池底。