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》

國民法官生存指南：用足夠的智識面對法庭裡的一切。

• 文／林彥興｜EASY 天文地科小站主編、清大天文所碩士生，努力在陰溝中仰望繁星

2021 年底，美國政府宣布再次延長國際太空站（ISS）的服役年限，讓它繼續運作到 2030 年，續寫這座人類史上最大人造衛星的傳奇。與此同時，NASA 的「商業近地軌道太空站」（Commercial Leo Destinations, CLD）也正如火如荼地展開，旨在創造多元而蓬勃的近地軌道經濟圈。

舉世唯一的微重力實驗室：國際太空站

國際太空站絕對夠格問鼎當代最偉大的工程奇蹟之一。由美國、俄羅斯、日本、歐洲與加拿大共同打造，ISS 的質量約 450 公噸，大小相當於一座美式足球場，是歷史上最大最重的人造衛星，二十多年來以約 7.6 km/s 的高速，在 400 多公里高的近地軌道上繞行地球。太空站上常駐約 7 名左右的太空人，負責維護太空站的運作，並且在這獨一無二的微重力環境下，進行各式各樣的科學研究。

這樣一個龐然大物，世界上沒有任何一款火箭有辦法一次就把它送上軌道。因此 ISS 的建造，是一次一個地把艙段發射到軌道上，然後讓它在茫茫太空中，精準地與之前發射的其他艙段對接，像拼樂高一樣，一步一步地把整個太空站組裝起來。從 1998 年到 2011 年，多國團隊一共花了 13 年的時間、31 次發射，才完成 ISS 的建造。

然而，光是「建造」太空站是不夠的，為了維持太空站的運作，太空站上必須要有太空人常駐，因此每隔幾個月，多國團隊就得發射載人任務，把新一批太空人送上太空站，並讓前一批太空站上的太空人返回地球。同時，為確保這些太空人能在太空正常生活，它們還得更頻繁地發射無人貨運太空船，為太空人帶來食物、水、維修零件等資源。

截至 2021 年底，已發射了超過 66 批「遠征隊」（expeditions）輪班駐守 ISS，並且發射 144 趟無人貨運任務。每一趟任務背後，都要耗費數億美金的火箭發射成本，及數百噸的火箭推進劑。再加上太空人的訓練、基礎設施建造、早期的研究與試驗、多國間的協調合作……等等，這個計畫的規模之宏大可見一斑。

自由市場的力量：商業補給與運載服務

國際太空站的建造與運作是如此的昂貴，即使是全世界資源最豐富的太空機構：NASA，要長年維持它的運作也顯得力不從心。

其中一個重要的原因，在於 NASA 當年用於運補國際太空站的主力——太空梭（STS）。太空梭不僅操作危險，成本也非常昂貴。面對這種情況，NASA 想到：「也許我們可以從最簡單運送補給物資開始，培養一批民間太空公司，等它們的成長茁壯之後，就可以把這些「日常瑣事」外包出去給它們做。」

在自由市場的競爭壓力下，這些民間太空公司自然會拚命地找出效率最高的辦法達成目標。如此一來，NASA 省了錢，又培育了國內的航太科技實力，豈不是一舉兩得？

於是，2006 年，NASA 啟動了「商業軌道運輸服務」（COTS）計畫，讓民間太空公司在 NASA 專業人員的幫助之下，自行設計一套火箭與太空船參與競爭。

每達到一個 NASA 設定的里程碑，就可以拿到相當可觀的資助，進行下一階段的開發，由此一步一步地完成整套系統的開發。經過激烈的競爭，最終由老牌太空公司「軌道科學」（Orbital Science）與當時的新創太空公司 SpaceX 奪下勝利，取得「商業補給服務」（CRS）合約。時至今日，雙方的「天鵝座」（Cygnus）與「天龍號」（Dragon）系列貨運太空船，仍是補給國際太空站的主力。

有了 CRS 的成功經驗，NASA 決定打鐵趁熱，在 2011 年啟動「商業載人服務」（CCP），讓商業太空公司負責難度更高的載人太空飛行任務。

經過多年競爭，這次脫穎而出奪得合約的是 SpaceX 與波音兩家公司。然而，命途多舛的波音「CST-100 星際航線」（Starliner）太空船頻頻發生問題，至今（2022 年 2 月）仍未成功執行任務。另一邊，SpaceX 的「載人版天龍號太空船 Crew Dragon」太空船則相對順利得多，不僅已經 4 度成功把太空人送上 ISS，更將 Crew Dragon 用於太空旅遊，在「靈感 4 號」（Inspiration 4）任務中讓 4 位民間太空人體會了 3 天的軌道飛行，並且未來還會執行更多類似任務。讓我們看到這些為政府機構打造的太空船，其實有著巨大的商業潛力。

商業近地軌道太空站：打造蓬勃的近地軌道經濟圈

時光飛逝，歲月如梭，國際太空站轉眼間已經服役超過 20 年。整體而言，太空站的狀態還算良好，但是大大小小的故障仍時有耳聞。因此，即使美國政府宣布讓 ISS 持續服役到 2030 年，尋找國際太空站的接班人仍是刻不容緩。

對此，NASA 故技重施，啟動了「商業近地軌道太空站」（Commercial Leo Destinations, CLD）計畫。這次不只運貨、載人，而是要讓商業太空公司自行設計、建造與運營商業太空站。經過第一階段的評選，目前有 3 組團隊獲選，它們分別是：

1. Orbital Reef，此為藍色起源（Blue Origin）與內華達太空公司（Sierra Space）、波音、Redwire Space、Genesis Engineering Solutions 等多家公司組成的聯合團隊所提出的方案。它擁有大直徑的艙段、大直徑的對接口，能夠支持 6 名太空人的生活，無論是技術或是商業規劃上都相當有野心。

2. Starlab，此為 Nanoracks、Voyager Space 和洛克希德·馬丁（Lockheed Martin）組成的聯合團隊提出的方案，特色是使用了一個巨大的充氣式艙段，讓整座太空站只需發射一次就能進入軌道，不需要多次發射再對接。

3. 第三個是諾斯洛普．格魯曼提出的太空站計畫，不過它目前還沒有一個閃亮的名字。相較於上述 2 項方案，諾斯洛普的計畫就顯得相當中規中矩。它們使用了大量現成的技術以降低開發風險，避免計畫延宕，但就顯得缺乏亮點，商業計畫也相對不被 NASA 看好。

最後，當廠商們的技術發展成熟（預計是在 2025 年以後），NASA 就會從指導者變成客戶，付錢購買廠商們的服務。除了角逐 CLD 計畫的 3 個團隊之外，還有另一組人馬——Axiom Space，也是商業太空站大賽的選手之一。比起剛剛起步的 CLD 三家，Axiom Space 不僅已經拿到 NASA 的合約，而且太空站怎麼建造也都已經有了相當完整的規劃。若進展順利，應該會成為第一個成功入軌的商業太空站。

蓬勃發展的近地軌道經濟圈

國際太空站是 21 世紀初人類的太空技術結晶，是世界各國耗時 13 年、斥資上千億美金完成的偉大工程。然而時過境遷，這座龐然大物逐漸顯露疲態。值得慶幸的是，得益於 15 年來商業太空領域的高速發展，民間太空公司已經一步步掌握火箭、貨運、載人太空船，乃至於太空站的開發與運營技術，讓太空不再是政府機關的專利，也讓 ISS 不怕後繼無人。

隨著資源與人力的不斷投入，一個生機勃勃的近地軌道經濟圈，也許並沒有我們想像的那麼遙遠！

參考資料與延伸閱讀

• Biden-Harris Administration Extends Space Station Operations Through 2030
• Spacewalkers Complete Multi-Year Station Battery Upgrades | NASA
• International Space Station Facts and Figures | NASA
• Visiting Vehicle Launches, Arrivals and Departures | NASA
• NASA Selects Companies to Develop Commercial Destinations in Space | NASA
• Commercial LEO Destinations (CLD) | NASA
• Three Winners for Commercial LEO Destinations Awards – SpacePolicyOnline.com
• How 20 Years of Life On The ISS Began With Expedition One
• The Story of How NASA Went From Space Shuttles To SpaceX & Commercial Rockets
• Every Spacecraft Which Has Visited The Space Station
• NASA & Axiom Space Designing Commercial Expansion Of Space Station
• Axiom Commercial Space Station（內有已建成的艙段零件照片）
• 輕鬆認識太空運載火箭
• 【貨運太空船系列】COTS 與 CRS
• 太空站故障 NASA 緊急進行太空漫步

國民法官生存指南：用足夠的智識面對法庭裡的一切。

• 文／陳子翔｜現就讀師大地球科學系， EASY 天文地科團隊創辦者

維珍集團創辦人布蘭森（Richard Branson），和亞馬遜公司創辦人貝佐斯（Jeff Bezos），上個月相繼搭乘自家公司太空船飛上太空，成了備受矚目的焦點。

然而可能是因為兩位富豪本身的財力與名氣，讓這場太空公司競爭被自家老闆搶盡鋒頭，很多相關討論話題都聚焦在布蘭森和貝佐斯展現「有錢人的任性」、「搭乘富豪版大怒神」之類的。但這兩次太空任務的成功對於太空發展的未來，以及並非超級富豪的我們，背後的意義遠不只是「富豪間的炫富」那麼簡單。

這是第一次有人到太空觀光嗎？

布蘭森和貝佐斯的競爭，看起來好像是為了搶先爭奪「太空人」的頭銜，但事實上布蘭森、貝佐斯和這次一同上太空的人，並不是第一批到太空的遊客。第一位「太空觀光客」早在 2001 年就付費搭乘俄羅斯聯盟號（Soyuz）太空船上過太空了，在 2001 至 2009 年間，也陸續有人透過這樣的方式到國際太空站體驗太空生活。

然而不論是聯盟號或是國際太空站，都不是為接待觀光客而打造的，職業的太空人也有很多的任務和工作要進行。因此其實這樣的太空旅遊方式，有點像搭著公務車是跑去別人的辦公室觀光，想必不適合大量開放。另一方面，用這樣管道上太空的人，需要通過基本的訓練，身體條件的限制也會比較嚴格。

綜合前面的因素，使即便有許多財力雄厚的人想上太空旅遊，能實際前往太空一遊的人還是少之又少，這樣「供不應求」的情況，也讓布蘭森、貝佐斯等太空公司老闆看見商機。

維珍銀河和藍色起源的太空觀光競爭

也許比大家想像中早很多，貝佐斯其實早在西元 2000 年就成立了藍色起源（Blue Origin）公司，而布蘭森則是在 2004 年成立維珍銀河（Virgin Galatic）。兩家公司都經過了多年的研發，才終於在今年七月用自己研製的火箭完成首次的商業太空任務。可以想像在這之前，兩家公司在幾乎沒有任何收益的情況下，投入的資本有多大！也必須說這樣的事的確應該也只有像布蘭森、貝佐斯這樣同時擁有驚人財力，又對太空充滿熱忱的企業家才可能辦得到。

而這次的商業太空競賽，與其說是布蘭森和貝佐斯在較勁誰能先上太空，不如說是維珍銀河和藍色起源這兩家公司，在太空觀光市場競爭先機，也是一次打響知名度與博得關注的大型宣傳。

不過，同樣是完成短時間的載人太空飛行，兩家公司使用的方式卻截然不同。接著就讓我們簡單認識維珍銀河和藍色起源，以及它們在這次的載人飛行採取的策略各自有哪些特點吧。

維珍銀河與太空船二號

維珍銀河的主要業務就是聚焦於太空觀光，而像是小型衛星發射這樣的任務，維珍集團旗下則有另有一家名為維珍軌道（Virgin Orbit）的公司經營。

而此次維珍銀河執行任務的太空船，名為太空船二號（SpaceShip Two），最大的特色就是採用「機載空中發射」。出發時，太空船會先懸掛在一架名為白騎士二號（White Knight 2）的特製飛機上。由白騎士二號掛著太空船二號，像是一般飛機一樣起飛，將太空船送到約 14 公里的高空，並在到達指定位置後釋放太空船。

太空船二號從飛機釋放後，會點燃火箭引擎開始快速向上爬升大約一分鐘。火箭引擎關閉後，太空船就會呈拋體運動，並隨者慣性爬升到約 90 公里高的頂點。直到太空船一路再次重返濃厚的大氣為止。

從火箭引擎關閉到落回較濃厚的大氣這四分鐘，太空船上的乘客就能感受失重狀態，體驗太空中漂浮的感覺，同時太空船二號也會刻意將飛行姿態調整為「倒飛」的樣子，讓乘客可以從飛機頂部與側面的窗戶鳥瞰地球。此外太空船二號將尾翼設計成可變形的形式，讓太空船能夠在重返大氣的不同階段中提供良好的控制。

飛行的最後階段，飛行員會駕駛太空船以無動力滑翔的方式返回機場降落，完成任務。

而另一個有趣的地方是，太空船二號基本上是純手動駕駛的飛行器，甚至連太空船的控制系統也不是採取今日多數飛機使用的線傳飛控（Fly by wire），而是傳統的機械式操控，可說是尖端科技與傳統飛行技術的結合，相當特別。

藍色起源與新雪帕德號

不同於維珍銀河，藍色起源的業務範疇就不局限於太空觀光，火箭和火箭引擎的設計與製造也是該公司的業務，像是美國的聯合發射聯盟（ULA）下的下一代的主力運載火箭火神號（Vulcan），就將採用藍色起源公司設計的BE4火箭引擎。同時藍色起源也正在設計一型可重複使用的重型運載火箭──新葛倫號（New Glenn）。總體而言，藍色起源的業務範圍相對與知名的 SpaceX 比較類似，是一家服務範圍相當廣的太空公司。

而這次包含貝佐斯在內的四位乘客，所搭乘的新雪帕德（New Shepard）號，是垂直發射式的火箭，也是目前最常見的火箭形式。火箭本身為單節式，使用液態氫、液態氧做為推進劑。而乘客所乘坐的太空艙則在火箭推進器頂部，每次旅程最多可以乘坐六位乘客。與太空船二號截然不同的是，新雪帕德號是全程自動控制的，因此太空艙內所有人都不用做任何操作，就能完成整趟旅程。

搭乘新雪帕德號整趟旅程大約只有十分鐘，火箭發射後引擎會持續點燃大約 140 秒，在火箭熄火後，太空艙就會自動與推進器分離，進入拋物線的軌道。太空艙飛行的最大高度大約會來到 110 公里，與飛行高度大約 90 公里的太空船二號相比，新雪帕德號有越過 100 公里高的「卡門線」。至於乘客體驗失重狀態的時間，則與太空船二號差不多都是四分鐘，因此兩者實際上在太空中的體驗與視野應該是相差不遠的。而新雪帕德號太空艙返回大氣的方式，則是利用三具降落傘進行減速，緩緩飄回地面降落。

另一方面，由於推進器下落時的阻力較小，新雪帕德號的推進器會比太空艙還早返回地面。而新雪帕德號的推進器擁有如同鋼鐵人般「懸停降落」的本領，在降落的最後一刻，推進器會用自身火箭動力懸浮於降落基地上方再緩緩落地，相當壯觀。有趣的是，雖然火箭用自身動力垂直降落是 SpaceX 獵鷹九號火箭（Falcon9）的招牌，但其實 2015 年 11 月時，新雪帕德號硬是比獵鷹九號早了一個月達成這樣的成就喔！不過由於獵鷹九號是軌道發射載具，飛行的速度和高度都遠高於幾乎只是直上直下的新雪帕德號，因此兩者技術上的難度其實還是有不小的差距。

此外，新雪帕德火箭擁有相當好的安全設計。舉例來說，如果推進器在發射過程中發生問題、可能有爆炸風險時，太空艙本身設有的逃生火箭就可以將太空艙帶離推進器並安全降落。另外在這次載人任務成功前，新雪帕德號也已經累積了 15 次成功的無人試飛任務。

私人公司百花齊放的新太空時代

由於成本和技術難度都非常高，在過去，發射火箭到太空可說是只有傾國家之力（而且是少數的大國）才有辦法完成的事。然而近十年，這樣的狀況有了相當大的變化。

除了維珍銀河、藍色起源在太空觀光的領域取得了初步的成功，馬斯克（Elon Musk）成立的 SpaceX 也已經在過去十幾年間完成了衛星發射、太空站補給、低地球軌道載人太空飛行等等，只有少數「國家」完成過的壯舉。另外，這幾年新興的太空公司也如雨後春筍般地冒出，也都希望能在太空市場中殺出一片天。

商業太空發展這能為我們帶來什麼好處呢？

首先，商業太空公司的發展會使許多新的市場被開闢與創造，而新市場的出現就會吸引更多人與更多企業投入其中，帶來很多新的可能性。例如在這次維珍銀河與藍色起源所競爭的「太空觀光業」，就是過去不曾出現過的新事物，而像是訂閱式衛星網際網路服務、商業太空望遠鏡等等，也都是正逐漸成形的「新太空服務」。

再來，商業發展下由於企業的相互競爭與追求獲利，會讓前往太空的成本持續降低。過去需要幾千萬甚至上億美金才能夠讓自己的衛星上太空，現在最低甚至一百萬美金有找。而私人太空公司也正設計著更多可重複使用的太空載具，期望進一步壓低前往太空的成本。如同馬斯克說，如果飛機是一種不可重複使用的交通工具，那麼一張機票的價格想必會貴的不可思議。過去太空運載火箭就是一種不可重複使用的載具，因此發射衛星和太空船的價格當然居高不下。這次為太空旅遊設計的太空船二號、新雪帕德號都是完全可重複使用的，而 SpaceX 能夠發射衛星的獵鷹九號火箭，也能夠重複使用第一節火箭。這些都能大幅的降低前往太空，以及發射衛星的成本。

截至今天，太空發射的成本目前已經可以壓低到「讓許多有錢人能上太空旅遊」的程度。或許未來有一天，太空旅行的費用能讓多數人都能夠負擔，而發射衛星的成本也大幅降低，讓各式各樣的產業與服務都能在太空有新的可能性。

如同數十年前搭乘飛機旅行，或是一百年前乘坐汽車都是富豪的專利，但在技術不斷精進以及商業的競爭下，如今搭乘飛機和汽車早已不再是遙不可及的白日夢。同時公路運輸、航空運輸也都成了現今人類社會中不可或缺的命脈，但相信在動力車輛、動力飛行器剛剛問世時，也很難預期它們會成為現今的模樣。

當然，當太空產業快速發展，就如同過去所有新興產業的快速成長一樣，除了能帶來好處與利益，同時也會形成許多外部成本。但人類的科技與文明一直以來就是在進步的同時面對新的問題，在推進的過程嘗試找到平衡，但當我們回過頭一看，常常就會發現世界已經在這樣的過程中，變得更加便捷與進步。

因此，其實維珍銀河與藍色起源這次的商業首飛任務成功，除了對於布蘭森、貝佐斯是好消息外，對於世界而言，也是又一次看見商業太空時代發展的可能性，也讓我們期待未來能夠看到一個不一樣太空新時代，並享受其帶來的好處與便利。

參考資料

1. SmallSat Rideshare Program
2. Spaceflight Pricing
3. Space Launch to Low Earth Orbit: How Much Does It Cost?

延伸閱讀

1. New Shepard VS SpaceShipTwo – Everyday Astronaut
2. 一閃一閃亮晶晶，滿天都是人造衛星 – 泛科學
3. 【時事新聞】聯合號太空飛機首次動力飛行成功 – EASY 天文地科小站
   

「飛向宇宙，浩瀚無垠！」這是玩具總動員裡巴斯光年的經典台詞，當巴斯說著他在太空的種種光榮事蹟時，你是否幻想過自己到外太空生活的樣子呢？人類在外太空的是怎麼生存的呢？身體會不會被改變呢？

在國際太空站 （ISS） 工作的美國太空人史考特 （Scott Kelly） ，或許可以告訴你答案！

史考特擁有一個待在地球的雙胞胎兄弟馬克凱利（Mark Kelly），當他結束太空站一年多的任務，科學家比對了兩人的基因和身體狀況，發現史考特不但骨質密度降低了，連體內的DNA、端粒（Telomere）、腸道微生物相都變得很不一樣！

除此之外，史考特也表示他的雙腳痠痛不已，回到地球 3 個月後，仍然沒有完全恢復，嚴重時，甚至無法到公園散步。

這還只是在「太空站裡」生活的結果唷！如果史考特在太空站外面工作呢？會不會像《 JOJO 的奇妙冒險》中的卡茲一樣，當他被射到大氣層外後，被宇宙的環境溫度凍結身體，而化為礦石與生物之間的生命體，永遠在宇宙中徘徊呢？

畢竟對於地球生物而言，一旦少了太空站的保護，等於暴露在一個充滿紫外線輻射、真空、溫度波動範圍大的環境，到處都是生命威脅啊！

這項有趣的研究已經登上了頂尖期刊《Science》，讓我們開始深思，太空旅行可能沒有我們想像的那麼美好，同時帶給人體極大的負擔。想要到地球以外的地方生存？也許我們的身體需要更多的訓練或是改造。

此時，科學家也開始把地球的各種生物丟到外太空去，仔細觀察這些地球生物是否會產生奇～妙～的變化。

出發吧！地球生物的先鋒部隊！

2015年，科學家們將「抗輻射奇異球菌」放到了太空站外，一年過後，他們驚奇的發現，這種細菌不只活著，竟然還活跳跳的！

抗輻射奇異球菌（Deinococcus radiodurans）是一種對輻射有免疫力的地球細菌，可以在極端環境中生長、繁殖，承受人類致死劑量的 1500 倍輻射，與蟑螂無法抵抗的 15 倍輻射。

當時，有國際團隊在日本實驗太空艙 （The Japanese Experiment Module）^註1外進行 Tanpopo 任務，為了測試這些頑強的細菌，科學家將他們脫水後，送往國際太空站外的特殊平台^註2，讓抗輻射奇異球菌暴露在外太空的環境之中。

這個平台僅有非常非常微弱的保護措施：一扇可以阻擋波長低於 190 奈米紫外光的玻璃窗，透過這個玻璃窗，科學家模擬了行星保護 （planetary protection）（註3）的情況，就像讓細菌待在其他星球大氣層裡面一樣（例如火星大氣層，即會吸收波長低於190-200 奈米的紫外線輻射）。

回來之後，咦？你怎麼長得不太一樣！

經過一年的輻射、極冷又極熱的溫度變化以及無重力環境的摧殘後，科學家終於把這些可憐的細菌樣本從低地球軌道 （Low Earth orbit, LEO）^註4 接回地球，和在地球上生活了一年的同種細菌樣本（也就是對照組）作比較。

科學家指出，與對照組相比，雖然從 LEO 回來的細菌樣本存活率低了許多，但存活下來的似乎都「還不錯」。

此外研究者也發現，回到地球後開始恢復的細菌們，表面覆蓋著一些囊泡（vesicles） ，而且某些蛋白質和 mRNA 變多了，尤其是那些負責調節及運輸功能的蛋白質和 mRNA ，更明顯！

雖然研究團隊還不確定這些囊泡是怎麼來的，但他們認為這也許就是細菌在太空環境存活下來的關鍵。

研究者在論文裡表示，囊泡化可以視為細菌面對生存壓力的一種反應，引發多種修復細胞的機制，將造成壓力的物質移走，以增強生存能力。

除此之外，外膜的囊泡也可能包含一些蛋白質，它們對營養獲取、毒素運輸等很重要，也能夠活化暴露在太空後的抗性機制，幫助修復損傷的 DNA。

在地球外生存，或許不再是「腦洞大開」

研究結果表示，當細菌暴露在太空環境時，可能會誘導它們重組細胞裡代謝反應與調節的分子，其中，抗輻射奇異球菌能夠長期生存在沒有波長低於 200 奈米的紫外線的環境中，例如具二氧化碳大氣層的火星。

「這類型的研究幫助我們更了解生命在地球外生存的機制及過程，擴展了我們在外太空的惡劣環境生存與適應的認識。」維也納大學生物化學家 Tetyana Milojevic 說。

研究團隊也表示，像抗輻射奇異球菌這樣具有高效分子反應系統的生命，也許可以在外太空中存活更久，甚至是到更遠的地方去。

看來是很有成為 JO 級生物的潛力啊～（誤）

註解

1. The Japanese Experiment Module，簡稱 JEM，又稱 Kibo ，是日本航空局在國際太空站 （ISS） 上的第一個人類太空設施，用來進行天文觀測及科學實驗。
2. 此平台稱為 Exposed Facility，是國際太空站 （ISS） 的一個特殊設計的平台，位於加壓艙外，暴露在太空環境中。
3. 行星保護 （planetary protection） 指的是設計行星飛行任務的指導原則，目的在於保護天體免受地球生命樣本的污染，並保護地球免受其他天體的污染。
4. 低地球軌道 （Low Earth orbit, LEO），是相對靠近地球表面的軌道，通常處於不到 1000 km 的高度，但可能高出地球 160 km 。與其他軌道相比雖然較低，但仍遠高於地球表面。也是國際太空站 （ISS） 使用的軌道。

參考資料

1. Ott, E., Kawaguchi, Y., Kölbl, D., Rabbow, E., Rettberg, P., Mora, M., … & Milojevic, T. (2020). Molecular repertoire of Deinococcus radiodurans after 1 year of exposure outside the International Space Station within the Tanpopo mission. Microbiome, 8(1), 1-16.
2. 國際太空站 (International Space Station)：Kibo Laboratory
3. The European Space Agency (ESA)：Low Earth orbit
4. This bacterium survived on the outside of the Space Station for an entire year
5. Garrett-Bakelman, F. E., Darshi, M., Green, S. J., Gur, R. C., Lin, L., Macias, B. R., … & Piening, B. D. (2019). The NASA Twins Study: A multidimensional analysis of a year-long human spaceflight. Science, 364(6436).
6. 週日閱讀科學大師系列講座：抗輻射奇異球菌（Deinococcus radiodurans）

國民法官生存指南：用足夠的智識面對法庭裡的一切。

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。

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。

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。

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。

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？

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。

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。