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下一站,行星!要進行太空移民會碰到哪些困難呢?──《人類大未來》

y編按:快問快答,你覺得未來是什麼樣子?我們都在前往未來的路上,前面的道路會如何開展?景色又如何呢?泛科學2018年11月選書《人類大未來:下一個五十年,科技如何讓人類更幸福?》邀請多位科學家以及研究學者,一起描述未來,探討那些關於能源、科技、太空、氣候變遷、生物醫學……的真實與想望,讓我們邊前進邊一起共譜未來吧!

想移民外太空?先搞定太空船吧!

我們打造的太空船越快、力量越大,抵達其他星體的機會就越高,最終目標就是建造一艘能以接近光速的速度載著船員飛向太空的飛船。

這有兩個明顯的優點,第一點顯而易見,這段旅程會耗時較少,只需幾年就能到達附近的行星。第二個優點是,如果你航行的速度是光速的百分之九十九點五,根據愛因斯坦的相對論,時間本身就會變慢為原來的十分之一。所以在橫越一百光年的星際旅程中,太空人只會老十歲。但缺點就是,當他們回到地球時,他認識的每個人都老了一百歲。

像這樣的船隻需要力量強大到難以置信的推進引擎,也需要極其堅實的護盾來保護船身,承受小行星和太空垃圾的高速撞擊。從另一個角度看,與其努力變得更快,或許我們可以放慢腳步,好好利用這趟旅程的時間。假設太空船以百分之零點二的光速前進,便能在一萬年之間抵達好幾個行星,而人類將會在這樣的「世代飛船」(Generation ship) 上繁衍一個又一個世代。

人類將會在這樣的「世代飛船」(Generation ship) 上繁衍一個又一個世代。
圖/Pixar Wiki

世代飛船要載著數千位乘客撐過數千年嚴苛的太空生活,不僅要夠堅固,還得完全自給自足。所有人類賴以維生的能量、食物、空氣、水,以及值得信賴的電腦系統,完全由船上的「居民」來維護。船員以家庭為基本單位,孩子會在船上出生並受訓,準備有一天接手他們父母和祖父母的工作,維護並駕駛太空船。除了要克服硬體設備的技術問題,這些人同樣要面對重大的生物、社會和道德困境,尤其是關於自我價值的實現或規劃— 開創世代將無法活著看到自己的任務完成,中間世代則註定在過渡狀態下度過一生,死前無法看到努力的實際成果。在「中間世代」出生的孩子要如何感覺並面對自己被迫在這樣一艘船上生活的事實?

要解決這個問題,也許另一個方法會是更好的選擇,那就是讓多數或所有船員在睡眠艙內進入冬眠或假死狀態。

這樣一來,所有人都能活到旅程的終點。或是設計某種攜帶胚胎的星際船,將冷凍或休眠狀態的人類胚胎或 DNA 運送到目的地。但是這個方法顯然有漏洞,抵達目的地之後,誰要來養育這些人類胚胎?所以果然還是航行時間與人類生命週期相當的太空船最恰當。

讓多數或所有船員在世代飛船的睡眠艙內進入冬眠或假死狀態,就能讓所有人都能活到旅程的終點。
圖/imgur

理論物理學家弗里曼.戴森 (Freeman Dyson) 就構想了這樣一艘船,他稱之為獵戶座計畫太空船 (Project Orionship),動力來自核融合或核分裂。或者,我們可以建造以太陽能為動力的太空船。由已逝世物理學家史蒂芬.霍金 (Stephen Hawking)、Facebook 創辦人馬克.祖克柏 (Mark Zuckerberg)、俄羅斯富商尤里.米爾納 (Yuri Milner) 與美國太空總署合作的「突破星擊」(Breakthrough Starshot) 任務,計畫打造一個由光能推動的迷你機器太空船原型機。

太空船的主體只有晶片大小,外接超薄太陽帆,速度可達光速的百分之二十,比現有的所有無人太空探測船都更快。研究團隊計畫在二十年內發射這艘太空船前往南門二星系,以這樣的速度來看,需要二十年才能抵達目的地。

或許等待科技趕上我們對宇宙的渴望不是唯一的選擇。說不定科幻小說已經找到答案了?我們可以追隨《接觸未來》(Contact) 與《星際效應》(Interstellar) 這些電影的旅行思維,「只要」找到蟲洞就好了。無論這聽來多麼不可能,但我們都無法完全否認透過蟲洞通道隨意跳躍宇宙的理論可能性。然而,就算我們確實發現了一個蟲洞,目前仍沒有證據證明這個方法確實有用,或是對人類這樣脆弱的生命體算不算得上安全。

只要找到蟲洞,或許可以解決我們對宇宙的渴望。
圖/pixabay

時間還不是最磨人的:煎熬的太空船生活

除了科學技術的發展與巨額的花費,人類的太空探索計畫還有另一項挑戰,亦即人類脆弱的身體是否能承受如此漫長的旅程。假如未來的太空旅行者必須長期或甚至無期地在太空中滯留並且求生,我們就得了解太空旅行對人類的生理系統會造成什麼樣的影響和衝擊。這需要在實際狀態下測試,而實驗對象就是暫時住在國際太空站上的太空人。

在國際太空站上的太空人。source:wikipedia

人類需要太空船上的人造維生系統提供空氣、水、食物,以及維持船艙內舒適的溫度與壓力,還需要厚實堅固的外殼抵禦宇宙輻射和直衝而來的小隕石及太空垃圾。儘管科幻小說描寫的太空站有堅固的旋轉結構能藉由離心效應來產生人造重力,但是這種太空船規模太大了,目前尚未能建造出來。所以,在太空中缺乏重力這件事,仍舊是太空人必須處理的首要健康問題。

人類身體對於失重狀態的適應能力其實相當不錯,但在太空中生活越久,失重對身體的影響就越深。在太空站上的太空人處於微重力 (Microgravity) 狀態,代表他們的身體不再需要努力對抗地球的重力,自然會變得放鬆,結果反而讓肌肉逐漸萎縮、鈣質隨著尿液流失而導致骨質疏鬆等。

在太空中漂浮看來很輕鬆、很有趣,但如果太空旅行者只是成天飄浮的話,最終會虛弱而亡。他的脊椎會因為在太空生活而被拉長(平均可以長高二點五公分),還會因為體液逆流而出現臉部浮腫,甚至擠壓到眼睛而產生問題。幸虧一旦回到地球、腳踏實地之後,這些症狀多半都能恢復。不過,萬一在漫長甚至跨越世代的太空旅程中沒有這個選項,或是未來定居的行星重力比地球更小,該怎麼辦?

人類需要太空船上的人造維生系統提供空氣、水、食物,以及維持船艙內舒適的溫度與壓力。圖/LAVANGUARDIA

另一項同樣重要的條件是心理健康。生活在宇宙中,第一個要面對的挑戰就是如何長時間生活在狹小的空間中。太空人要忍受孤獨、疏離、單調的作息、活動受限、睡眠受到干擾、個人衛生條件不佳,以及和同一群人每天面對面。個人空間和隱私在外太空可是很奢侈的。目前最佳也是唯一的典範就是國際太空站,其規模大概等於一間有五、六個臥室的房屋。要「關」在室內六個月或更久,不論心理或生理上都不容易調適。所以人們假設並且希望,未來任何長程太空任務所使用的飛船,都要比國際太空站的規模更大。太空生活每天都有風險,這樣的精神壓力可能造成憂鬱、失眠、焦慮、人際衝突,甚至精神疾病。然而太空人和跑遠洋的水手一樣,早已知道自己必須面對樣的情況,也會事先做些心理建設。

大家應該都能想像,一包包的脫水太空食物有多乏味,而且調味料只有胡椒。太空冰淇淋和真正的冰淇淋完全無法相比!糧食種類有限,每天吃的菜色都差不多,長期下來有可能導致太空人沒有胃口,食慾不振,攝取的熱量和營養太少,導致體重下降及營養不良。所以任何長程星際旅行都需要大量新鮮好吃的餐點選擇,這不僅僅是為了滿足口腹之慾而已。

太空人要面對的挑戰之一是如何長時間生活在狹小的空間中。
圖/LAVANGUARDIA

未來的居住地在哪裡?

讀到這裡,讓我們暫停腳步,體會一下人類朝著未知的未來至今已經走了多遠。

自從一九六一年尤里.加加林 (Yuri Gagarin) 首次進入太空,我們接著將人類送往月亮,將探測機器人送往金星與火星;我們檢視了最大型的小行星,拍攝了木星與其巨大衛星的特寫照片,飛越了土星環和土衛二 (Enceladus) 的冰冷噴流;我們拍攝了天王星和海王星的詳細照片,終於揭露冥王星真實冰凍的美;我們甚至跳上了移動中的彗星一探究竟。

我們對太陽系的探索讓我們做好準備,開始認真考慮在地球之外建立一座自給自足的聚落。但根據我們目前的科技,不論在太陽系何處建立新基地都會是巨大挑戰。要想讓數百甚至數千人在充滿威脅的環境中存活,就需要克服這些挑戰。


作者簡介:露易莎.普瑞斯頓 (Louisa Preston)

英國太空署 (UK Space Agency) 極光研究員,在倫敦大學伯貝克學院 (Birkbeck, University Of London) 研究天體生物學。她曾參與美國、加拿大、歐洲及英國太空署的研究計畫,研究地球上的生命體如何在極端嚴苛的環境中生存,作為外人生命形式的藍圖並模擬可能的棲息條件。她曾受邀至 2013 年 TED 大會和大家談論如何尋找火星生命。她的第一本書籍創作為 Goldilocks and the Water Bears: The Search for Life in the Universe

 

 

本文摘自《人類大未來:下一個五十年,科技如何讓人類更幸福?》,三采文化,2018  年 11 月出版。


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