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鵝知道 | 這個地方可能比火星和月球,更適合太空殖民

這兩天不斷有中國太空探索的好消息傳來:

1月15日,嫦娥四號上搭載的生物科普試驗載荷發布了最新試驗照片,照片顯示試驗搭載的棉花種子已經長出了嫩芽,這也標誌著嫦娥四號完成了人類在月面進行的首次生物實驗。

1月14日,國家航天局副局長、探月工程副總指揮吳豔華介紹,以嫦娥四號任務圓滿成功為標誌,中國探月工程四期和深空探測工程全面拉開序幕。嫦娥五號月面采樣返回任務將於今年年底左右實施,中國首次火星探測任務將於2020年前後實施。

月球和火星,是離我們最近也是探索最為頻繁的兩顆天體,以馬斯克為代表的企業家,一直把“火星殖民計劃”掛在嘴邊。騰訊新聞精選知乎答主的優質回答,詳細解答火星和月球哪個更適合成為人類第一個外星永久殖民地。

知乎用戶ncc21382:拉格朗日L4、L5點比月球、火星都適合

月球的一天等於地球上一個月,這給人生活作息和利用太陽能都帶來不便。

火星相對遠,沙塵暴也阻礙太陽能的利用,還會影響設備壽命。那稀薄的大氣層很坑人,一方面導致降落需要熱防護系統,一方面又因為稀薄低導致降落傘等氣動減速效果差,增加了風險。

此外,火星上可能存在或者可能曾經存在生命也是嚴重的潛在生化汙染風險,NASA計劃用4級生化安全等級(和埃博拉病毒同等待遇)設施處理以後從火星獲取的樣本。

基於此,太空殖民先驅——普林斯頓大學物理教師吉拉德·奧尼爾(Gerard K. O'Neill,1927-1992)提出用月球、小行星提供材料,在地-月拉格朗日L4、L5點建太空殖民地最合理。

拉格朗日L4、L5點是地球-月球引力平衡的位置,非常穩定,無需任何推進劑就能永久保持位置,同時有永遠不間斷陽光照射,可以充分利用太陽能。

從近地小行星和月球獲取材料在L5、L4點建巨型空間站作為太空城市、太空工廠在短期內無疑是最佳選擇。這樣的空間站每個可容納的人口至少上萬,甚至可以有幾十萬、上百萬。

太空殖民空間站能輕鬆提供提供巨大的宜居環境,內部連續打空間可能會比月球、火星上的城市寬敞(微重力下施工方便),通過緩慢的旋轉模擬人工重力。

奧尼爾教授認為L5點太空殖民社區巨大而舒適的居住面積、豐富的資源、無限的能源(太陽能)將會有效解決地球上領土爭端、資源糾紛、人口爆炸等問題。

總結一下拉格朗日L4、L5點殖民的優勢:

1、交通方便最省力,需要的速度增量和地球前往月球軌道差不多,比從地球去月球表面著陸低的多,更不要說跟去火星比了。這能大大降低運輸成本,更好的是從月球去L4、L5點也非常方便,有利於月球礦產的運輸,可以說從L4、L5去月球、去地球都容易,如同交通樞紐一樣。具體關係見下圖:

2、有幾乎不間斷的日光照射,不受日夜和惡劣氣象(例如火星上肆虐的超級沙塵暴)影響,提供了充沛而免費的能源(太陽能發電),有助於生活和生產,當然這是遠一些的日-地拉格朗日點,而地-月拉格朗日點還是會有極短時間被地球陰影遮擋的影響(相當於月食,時間自己感受),但比月球、地球的日夜變化好很多很多了,請問誰喜歡每個月連續15天白晝再連續15天黑夜?

3、不用擔心各種例如地震、滑坡等破壞巨大的地質災害影響,月球就有力道不小的月震。

4、微重力環境下便於建設施工,微重力和高真空本身也對製造業例如、蛋白質晶體、半導體芯片、冶金等非常有價值,可以輕鬆生產地面乃至月球無法生產的獨特高品質產品。這方面不難查,月球火星表面不是失重。

5、無需擔心潛在地外生物感染危害,火星上因為可能存在或者可能曾經存在生物,而存在微生物感染危害人生命健康的風險(想想埃博拉恐怖不恐怖)。

6、在合適的半徑和轉速的情況下,巨型殖民空間站居住區的模擬人工重力和地球相同,都為1G,而不是火星和月球的低重力,有助於健康避免骨質疏松等問題。自旋產生的模擬人工重力無需燃料維持,慣性永遠轉動,因為沒有阻力。

7、可以任意擴大面積,用小行星和月球的礦產建空間站不佔用任何星球的土地,太空的空間很大,能放數不清的空間站。

8、工業無需擔心環保問題,哪怕是最危險的核廢料在高真空、荒無人煙、浩瀚的太空中也危害不了生物圈,真空無法燃燒,泄漏的汙染物也會被太陽風吹出太陽系。

9、大規模太空工業有助於以後進一步開發宇宙,特別是殖民空間站積累的經驗可用於恆星際飛行的世代船上。使得人類離開太陽系定居其他恆星的行星。

10、通訊方便,無需中繼衛星,始終能對著地球,也不存在明顯的難以忍受的通訊延遲(火星距離遠就有嚴重的通訊延遲)。

拓展一下,木星和太陽的拉格朗日L4、L5點還有大量小行星,被稱為木星特洛伊小行星,最大的木星特洛伊小行星達225千米,NASA計劃2021年發射的露西號飛船就要去那裡探測。

知乎用戶雷奕安:二選一的話肯定是月球(北京大學物理學院副教授)

認為火星更合適成為第一個殖民地來自於傳統思維,也就是認為人類在外星應該像在地球上一樣生活。

這種思維的出發點是:

火星有大氣,晝夜變化跟地球差不多,氣候比月球更溫和,有更多的水,有二氧化碳,適合種植。所以更適合人類生存。

但是這種思維沒有考慮到,即使火星的生物生存條件看起來比月球好很多,仍然比地球差非常多(大氣壓只有地球的百分之一)。要改變星球環境到與地球類似,適合地球生命生存,困難巨大(工程量巨大,能源沒有保障),不可能是一個短期能完成的工作。所以改變全球表面環境不是一個選擇。

展開來說,第一個任務,增加火星的大氣總量,困難巨大。需要俘獲大量彗星才行,這是一個遙遠的未來才能完成的任務,如果要加熱火星本身的乾冰,相當於大規模改變一個星球的溫度,而且要相當大幅度地提高。溫室效應的效果有多強,也很難說,火星表面的二氧化碳濃度已經遠大於地球了。火星也無法維持住一個更濃密的大氣層,因為火星的磁場太弱,無法保護大氣不被太陽風剝離,而建立火星的磁場,又是一個遙遠的未來才能完成的任務。

在無法改變星球表面環境的條件下,火星上更溫和的氣候沒有意義。人還是不能在表面自由生存。還是只能建立窄小的太空站,站外必須穿太空服。

如果要長期生存,火星表面和月球表面沒有太大的差別,一樣充滿來自宇宙空間的有害異塵餘生。如果要殖民,在沒有濃密大氣的條件下,只能在地下生存,因為唯一有效阻斷異塵餘生的辦法就是厚的材料,即土壤(或大氣)。地下的生存環境更溫和,幾乎沒有溫度變化,異塵餘生很弱。

如果要在地下生存,月球更好。因為月球更小,重力小,任何工程消耗的能量少,在地下洞穴中,支護洞穴需要的材料強度要求低,用量少。表面建設施也更容易,且沒有大氣的破壞,建好後幾乎不需要維護。

月球的優勢還包括:

1、距離地球近,優勢巨大。開始的時候,必然有大量設備貨物運輸,月球火星差別太大。

2、距離太陽更近,太陽能板效率高,能源充足。

3、沒有大氣是一個重要的優勢,包括:

a) 沒有腐蝕,侵蝕,大氣環流帶來的灰塵問題。

b) 真空環境,可以開發基於真空環境的冶煉,加工技術。這類技術在地球上只有附加值極高的情況下才會使用,但是在月球上,各種真空加工技術,如焊接,鍍膜,活潑元素加工,都非常簡單。

c) 因為沒有大氣,可以直接利用電磁軌道加速發射進入太空,根本不需要火箭技術。因為月球重力小,降落也可以採用向空中拋灑粉塵輔助降落,所以也會比火星降落簡單。

4、月球上的地質活動已經停止,不用擔心地震,再加上重力小,可以大量開發地下空間,也可以開發尺寸很大的空間,讓人們感覺更空曠,更舒適。

5、在地下空間中,由於自然存在重力約束,可以很容易地維持較大密度的空氣。星球表面的空間站或者太空的空間站只能在狹小空間中做到。

6、只有具備了較大的空間,才能談論生物圈。幾個氣泡是肯定不行的。這也是生物圈2號失敗的原因,生物圈需要足夠的複雜性和體量。

7、月球芯部有大量各種金屬。由於月芯溫度已經不高,而且固化,我們可以直接鑽探到芯部,以獲取大量地球上難以開採的貴金屬,如釕、銠、鈀、鋨、銥、鉑等。

月球的不利因素之一是晝夜周期長。所以開始的時候,最好的地點在南北極附近,這裡不但有月球上最重要的資源——水,還因為月球的自轉傾角小,有些地方常年都可以被太陽照射到,也就是沒有夜晚。也可以稍微建高一點,反正月球重力小,又沒有風雨。以後可以全球電力聯網,反正人在地下活動,上面是白天還是晚上並不重要。

至於氦三,到現在為止,看不出有什麽意義,還極難開採。

火星還有一個劣勢是她的軌道偏心度大,自轉軌道傾角也大,因此季節變化就很大。考慮到火星的一年是地球的兩年多,季節變化更極端,定居點就會有很長一段時間很難熬。

因為現在我們很快將跨入人工智能時代,如果不考慮住人,上面提到的火星表面上的優勢都沒有了。月球是唯一的選擇。根本不需要考慮。火星礦產開發和冶金都很困難,因為能源不足。

所以,無論住人不住人,月球都是人類宇宙開發前哨站的第一選擇。火星有可能是第一個改造成能住人的星球,但是必然在大規模開發月球之後。

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