另一种太空殖民：漂浮于谷神星之上

牧夫天文

中国最早的天文社区网站1小时前

　　原文作者：Brandon Specktor

　　翻译：杨伯顺

　　校对：张宇辰 王婧彧 王茸 张砚斌

　　美编：徐⑨坤

　　后台：库特莉亚芙卡 李子琦 胡永葳

　　原文链接：

　　https://www.livescience.com/megasatellite-colony-ceres-oneill-cylinder.html

　　人类是否应该在矮行星谷神星旁建立一个巨型栖息地呢？听上去毫无道理，其实不然。

　　这幅NASA插图展示了一个“奥尼尔圆筒”：它由美国物理学家杰拉德·奥尼尔在1977年提出，是环绕在外星球上的一种人类栖息地。一篇最新的文章提议在谷神星周围建造一个奥尼尔圆筒。

　　Credit:  Rick Guidice courtesy of NASA

　　今天的航天机构与天马行空的亿万富豪们比以往任何时候都更专注于为人类寻找一个新家园。火星是一个显而易见的候选家园，因为它距离地球近，昼夜循环接近24小时，大气中含有丰富的二氧化碳。然而，有一派科学家认为，在任何一颗异星表面殖民都会麻烦不断，得不偿失。

　　最近在arXiv上发表的一篇论文提出了一个有创意的想法：抛弃火星，在谷神星附近建立一个巨大的漂浮人类基地。

　　论文的其中一位作者，赫尔辛基的芬兰气象研究所的天体物理学家Pekka Janhunen描述了他的愿景：在小行星带中的最大天体——谷神星轨道上搭建一个盘状框架，成千上万的巨大圆筒状航天器通过框架相连。每一个圆筒栖息地能够容纳5万人，提供人造大气，并通过自转离心力产生一种类似地球上的重力的力。

　　Janhunen的巨卫星包括一个由相互连接的圆筒栖息地（中部）组成的盘面，两侧都有巨大的镜面，将阳光照入栖息地。

　　Credit: Pekka Janhunen

　　但为何是谷神星？Janhunen在文中解释到，它和火星同地球的平均距离相近，这使空间航行相对容易。但是这颗矮行星还有一个巨大的优势：它富含氮气，这对营造环基地大气层有关键作用（地球大气中，79%是氮气）。定居者并不需要在这颗微小星球表面建立基地，因为谷神星的半径只有地球的1/13，所以定居者可以用太空电梯将原材料从这颗星球上传送到基地。

　　轨道生活还可以解决火星殖民带来的最大风险：低重力对健康的影响。

　　“我担心，由于火星引力过低，火星上成长的孩子不管是在肌肉还是骨骼方面可能都会发育不健全，”Janhunen提到。“所以，我想找一种两全其美的替代方案。”

　　即便如此，有研究人员指出，Janhunen的方案也有着它本身的风险，可能会对谷神星基地产生威胁。

　　这幅NASA插图展示了奥尼尔圆筒内部的可能模样。每一个栖息地都有人造大气、类地球重力、以及都市与农业空间。

　　Credit: Rick Guidice courtesy of NASA

　　欢迎来到盘状世界

　　根据Janhunen的方案，每一个圆筒栖息地长10公里，半径1公里，每66秒旋转一周，以自转产生的离心力模拟地球重力。

　　Janhunen说，一个单独的圆筒在保障人类舒适的前提下，最大可容纳57000人。它们通过强大的磁力与周围的圆筒保持相对稳定的位置，类似磁悬浮技术。

　　Janhunen表示：这种连接指向了巨卫星生活的另一优越之处，“殖民地”边缘可以不断添加新的圆筒，近似无限扩张。火星的表面比地球的要小，因此它无法为庞大的人口和经济扩张提供足够的空间。而谷神星基地则能容纳几百万个栖息地。

　　看到曙光

　　除了圆筒和巨大盘状框架之外，殖民地的另一主要特征是两面巨大的玻璃镜，与盘面呈45度角，将充足的阳光反射进栖息地中。每一栖息地都会有一部分用来种植庄稼和树木，它们种植在从谷神星上剥离的土壤层中，土壤层厚1.5米。自然光会使植物快速生长。（同时，每一个圆筒的“城市”区都要依赖人造光模拟地球的昼夜循环。Janhunen并没有提到氧气从何而来。）

　　这个漂浮的社会，圆筒状的乌托邦，听起来可能有一点古怪，但是它也有其拥护者。在2019年，杰夫·贝佐斯（Jeff Bezos，亚马逊CEO，私人航天公司“蓝色起源”创立者）在华盛顿特区举行的一场活动中提到了类似Janhunen所描述的“奥尼尔殖民地”的优点。但贝佐斯认为在有生之年不能见证这种殖民地的诞生，“我们该如何建造奥尼尔殖民地？我不知道，在座的各位都不知道。”

　　然而，Janhunen更加乐观。在一封邮件中，他说第一批人类定居者可以在15年内向谷神星出发。

　　未来是光明的，有朝一日你也可以居住在数百万公里之外的栖息地中。

　　Credit: Don Davis courtesy of NASA

　　谷神星的未来？

　　Manasvi Lingam是弗洛里达技术研究所的一位天体生物学助理教授，研究行星的宜居性，他称谷神星的方案提供了月球或火星殖民以外的另一种可行的选择，但是依旧缺少一些关键的因素。

　　“要我说，有三个问题。首先除了氮气，还需要其他基本元素，”Lingam说。

　　论文中没有提到的一个关键元素是磷。人体需要磷元素来产生DNA、RNA以及ATP（细胞中重要的能源物质）。地球上的所有有机体——包括殖民地打算种植的所有植物——都需要通过某些方式获得磷，但是Janhunen的方案中没有说明在哪里以及如何获取这种关键元素。

　　第二个问题是技术。从谷神星上获取氮气和其他原材料，要求殖民者在该星球表面采矿，从岩石中提取这些关键元素。如果谷神星上没有部署自动采矿车队，以及指引它们抵达元素丰富矿床的卫星，这个行动便没有成功的可能。Lingam说，这个想法是可行的，但是我们暂未达到这种技术水平。就在最近（1月15日），NASA火星车“洞察号”配备的“鼹鼠”钻头未能钻入火星表层5米深处，结束了为期两年的任务。

　　这些技术限制引出了Lingam的第三个问题，即时间安排。Janhunen的方案提出，巨卫星的第一批环绕栖息地可以在谷神星矿石开采之后的22年之内建成。但是这个估算假设基地的可用能源供应每年呈指数增长，能立即启用且绝对不会因为技术、物流原因停止。Lingam说，这个估计“并非不可想象”，但是不应该被视为理所当然。

　　Lingam表示：“22年可能是理想情况下的最短时间，但是实际所需时间会比这长得多。” 

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