目录

    献词

    推荐序一

    推荐序二 科学家眼中的未来

    序言

    前言 成为多星球物种

    第一部分 离开地球

    第1章 准备起飞(发射)

    第2章 太空旅行的新黄金时代

    第3章 开采天堂

    第4章 火星，还是失败

    第5章 火星：花园行星

    第6章 气体巨行星、彗星和其他

    第二部分 星际之旅

    第7章 太空中的机器人第8章 建造一艘星际飞船

    第9章 开普勒与行星世界

    第三部分 宇宙中的生活

    第10章 长生不老

    第11章 超人类主义和技术

    第12章 寻找地外生命

    第13章 先进文明

    第14章 离开宇宙献词

    献给

    我挚爱的妻子静江

    以及我们的女儿米歇尔和艾莉森

    推荐序一

    “我是谁？我从哪里来？我要到哪里去？”被视为人类思考的

    终极问题。人类作为宇宙中的一员，必然也与宇宙的终极问题紧

    密相关。茫茫宇宙，浩瀚星空，自古至今，吸引了很多人思考着

    宇宙的终极问题。2000多年前，屈原就在《天问》中写道：“遂

    古之初，谁传道之？上下未形，何由考之？”试图追问宇宙诞生

    之理。

    纵观人类历史，在智人走出非洲的几十万年间，人类凭借着

    肉眼直接观察宇宙，得到的认知非常有限。一直到大约400多年

    前的17世纪初，望远镜的偶然发明为我们认识宇宙打开了一扇新

    的窗口，认知的边界在缓慢扩大。到了20世纪20年代，人类对宇

    宙的认知加速，并且发生了翻天覆地的变化。美国天文学家哈勃

    通过当时世界上最大的2.5米的胡克光学望远镜，发现仙女座星云

    原来是一个河外星系，从而验证了岛宇宙模型的正确性。之后不

    久，哈勃又发现了更为重要的宇宙膨胀现象，为之后的宇宙大爆

    炸理论提供了观测基础，而60年代宇宙微波背景辐射的发现，最终使得“屈原之问”得以解答。

    在宇宙起源问题得以回答之后，科学家们开始尝试回答关于

    人类自身的问题——我是谁？我从哪里来？美国天文学家卡尔·萨

    根说“人是星尘”，但没有生命的有机物是如何演化成具有鲜活生

    命的个体的？随着生物技术能够在基因层面上进行操作，回答这

    些问题逐渐变得可能。

    要想回答“我要到哪里去”这样的问题，涉及知识非常广。现

    在看来，要想回答这个问题的基本知识差不多均已具备，由美籍

    物理学家加来道雄所写的这本《人类的未来》就是试图对这一问

    题进行解答。说实话，在看到这本书之前，我从来没有认真地考

    虑过人类作为一个种族的命运，也从来没有仔细地思考过地球不

    太适合人类居住这样的问题。

    不知是不是刚刚过完生日的缘故，最近有一个问题时常在我

    的脑海里盘旋：“我还能活多久？”按照中国最新的平均寿命来

    算，我的人生已经过半了。死亡，自古以来都是一个令人畏惧的

    话题。古有徐福寻仙、葛洪炼丹，古埃及人做木乃伊，都是为了

    追求肉体或精神上的长生不老。如今，追求长生不死、青春永驻

    依旧是生物学的重要研究课题之一。虽然不时有生物学家说人类

    即将通过某种手段获得永生，但是这些人中的绝大多数只是为了

    吸引眼球而已，至少目前生老病死依然是一个无法打破的自然规

    律。对一个人如此，对于一个社会、人类文明亦如此。本书作者

    曾采访过经典科幻小说《基地三部曲》的作者阿西莫夫。当被问

    到为何要写这部小说时，阿西莫夫说，因为他在曾盛极一时的罗

    马帝国的兴衰中想到了人类。而这一回答也是激发本书作者从科学角度撰写人类未来的一个动机。

    本书所撰写的人类未来的时间尺度可以说是相当的长，可能

    是几万年、几十万年，也可能是几十亿年，更可能是上百亿年。

    相较于我们人类自身的寿命，这里涉及的时间尺度可谓异乎寻常

    地长，长到现在看来我们似乎无须考虑，甚至看起来有点杞人忧

    天。然而，为了遥远的某一天，人类可以顺利地离开无法生存的

    地球，地球上的人类必须从现在开始着手准备。

    区别于地球上其他生物，人类最大的优势在于能够使用技

    术。所以当地球面临灾难，不太适合人类居住之时，人类就有希

    望利用科技手段离开这个星球，找到新的集聚地，从而让人类的

    生命基因在宇宙中得以延续。

    为了离开地球并到达我们的目的地，我们需要足够先进的航

    天技术。本书的开始章节介绍了人类火箭技术的发展历史，以及

    探索太阳系不同星球的雄心。

    在电影《星际穿越》中，也有人类探索宜居星球的类似场

    景。当时地球面临灾难，美国宇航局派出宇航员去寻找可能的人

    类未来栖息地，最终失败而归，令人很是遗憾。不过地球上的天

    文学家早已未雨绸缪，做着这方面的探索。自从90年代起，天文

    学家通过多方面的努力，已经探测到将近4000颗系外行星，而其

    中有10多颗与地球非常类似，并且宜居，很有可能成为人类未来

    移居的目的地。可以预见，进行星际旅行时所需要的技术肯定会

    与我们目前所使用的技术完全不同，否则我们将很难抵达最终的

    目的地。本书中，作者也就未来的各种可能技术做了一番总结，包括虫洞和曲率加速等。

    在电影《星际穿越》中，人类利用人造虫洞快速抵达了距离

    银河系130亿光年之外的地方。未来的人类是否能够具有这样的

    能力，或许这与一个文明的智能程度有很大关系，这也是本书探

    讨的主题之一。

    在移居其他星球之前，人类还面临着一个很重要的问题，那

    就是，让人类延续是要同时保留人类的肉体形式，还是仅仅让人

    类的意识以数字形式存在？而且很有可能，其他星球上的环境会

    与地球有所不同，我们的身体很可能不太适应新的环境，那么这

    将需要我们人类对基因进行相应的改造。

    尽管我在余生无法看到书中所畅想的种种未来，然而我还是

    为作者所描述的未来而激动。或许，地球环境终有一日会变得极

    度恶劣，人类将无法在地球栖居，然而在未来航空和众多技术的

    帮助下，人类会像蒲公英一般，在我们的这个宇宙中，甚至在其

    他的多重宇宙中繁衍生存下去。这本书是我看过的众多类似主题

    的书中写得最好的一本，有一种一旦开始、就想一股脑全部读完

    的冲动。如果你偶尔动了宇宙之心，而且对人类的未来命运感兴

    趣，那么读完此书，你肯定能得到一些意想不到的收获。故推荐

    之。

    中国科学院国家天文台研究员、《中国国家天文》杂志执行总编

    苟利军

    推荐序二 科学家眼中的未来畅谈过《爱因斯坦的宇宙》《平行宇宙》，说到过《超空

    间》《不可思议的物理》，展望过《物理学的未来》《心灵的未

    来》，雄心勃勃的美籍日裔物理学家加来道雄又将注意力转向对

    人类终极命运的探索，推出了新作《人类的未来》。其主旨依然

    关涉科学怎样决定人类的命运并改变我们的生活，以及我们应该

    怎样应对未来的各种挑战。

    身为理论物理学家和弦理论创始人之一的加来道雄，可谓知

    名科学家中的一个另类。他科研做得很棒，在学界广有影响；他

    所撰述的多部科普著作十分畅销，广受赞誉；他还长年主持一档

    全美联网的科学广播节目，以科学家严谨的态度阐释科学。他甚

    至以记者的身份去采访他的科学家同行，进行富有启示的对话、交流，这样做打开了他观察世界的全新视野，同时大大拓展了他

    的研究、思考的疆界。这在某种程度上也形成了加来道雄作品的

    一种独特品质。

    加来道雄认为，完全准确地预测将来是不可能的，最好的方

    式就是钻进处于科学研究的前沿、正在为创造未来而辛勤工作的

    科学家的大脑里，他们是使人类文明发生变革的人。他坦言，他

    的书之所以精确，很大程度上受益于他为写书而采访过的很多科

    学家的智慧和远见。我们来看，在《人类的未来》一书中，类似

    这样的话语比比皆是：

    我曾经就这一问题采访过已故的天文学家卡尔·萨根，询问

    他对这种威胁的看法。他向我强调，“我们生活在一个宇宙的打

    靶场中”，被潜在的危险包围着。他告诉我，一颗小行星早晚会

    撞击地球，一切只是时间问题。我曾问过古斯博士，是否有可能在实验室里创造出一个婴儿

    宇宙。他回答说自己确实做了相关计算，这必须在某一点集聚大

    量的热量。如果在实验室里形成了婴儿宇宙，它会在大爆炸中剧

    烈爆炸。

    马文·明斯基曾为人工智能写下一些奠基性论文。他在20世

    纪50年代曾做出乐观的预测，但他在我最近的一次采访中透露，他不再愿意预测具体日期，因为人工智能研究人员过去常常犯错

    误。

    发明家、畅销书作家雷·库兹韦尔是最佳愿景的一位支持

    者。每次我采访他时，他都会描述一个清晰、富有吸引力但充满

    争议的未来愿景。他相信，到2045年，我们将到达“奇点”，即

    机器人的智力水平与人类相当或超越人类的时间点。

    加来道雄作品的另外一个鲜明特色，是常常穿插讲述大量的

    科幻故事和构想。他将其视为一种“讲授技巧”，并坦承这是受到

    了一位物理学同行多年前在一次演讲中谈及科学普及工作时的启

    发。

    当代前沿科学，尤其是物理学中一些非常重要而又艰深的思

    想，往往因为难以形象浅显地解说而不易为公众所了解。40多年

    前，诺贝尔物理学奖得主伊西多尔·拉比在一次有关物理学的讲座

    中，有感于美国科学教育的糟糕状况，批评物理学界在向公众，特别是青少年普及科学进展上忽视了自己的职责。他甚至告诫

    道：科幻作家们比所有的物理学家做了更多的科学普及工作。如何让复杂的科学概念变得通俗易懂？科幻小说的阅读体验

    给加来道雄带来了灵感启示。他早已注意到，一些在过去属于科

    幻范畴的概念，如时间旅行和平行宇宙，现在已被物理学家重新

    评估。回想150年以前那些被当时的科学家宣布为“不可能”的科

    技，如今又有多少已经发展成为我们日常生活中的一部分？同时

    正是基于在自己的人生历程中，已经一次又一次目睹了看起来不

    可能的事情成为确定无疑的科学事实，加来道雄将“不可思议”的

    事物划分为三个类别：

    第一类，他称为“一等不可思议”：现在不可能实现，但是它

    们并不违背已知的物理学理论。它们有可能在21世纪或22世纪以

    改良后的形式成为可能，它们包括隐形传送、反物质发动机、某

    些形式的心灵感应、意志力和隐形。

    第二类，他定义为“二等不可思议”：它们是一些游走于我们

    现在了解的物理学领域边缘的技术，人类或许能在一千年或数百

    万年后真正弄明白它们。它们包括时间机器、超空间旅行和穿越

    虫洞。

    第三类，他称为“三等不可思议”：它们是一些违背人们现在

    已知的物理学定律的技术。如果它们最终被证实有可能实现，那

    么将标志着我们对于物理学的认识发生了根本性转变。

    加来道雄之所以感到这个分类至关重要，是因为科幻小说中

    有如此之多的科技被科学家不屑地视为全然不可能，然而他们事

    实上想说的是：这些科技对于如人类这般“原始”的文明而言是不

    可能的。如果我们通过某种途径遇见一种比我们领先100万年的文明，他们的常用科技对我们来说是否会显得“像魔法一样”？某

    些事物会仅仅因为在今天是“不可能的”，就在未来的数百年或百

    万年中仍旧是不可能的吗？

    在《人类的未来》一书中，也有数个篇章探讨了诸多包含科

    幻意味的前沿科学话题，例如，会不会出现不受约束的、可自我

    复制的机器人，反物质飞船、太空电梯是否能够建成，数字化永

    生、基因改造的“超人类”将给人类社会带来哪些影响，等等。

    有些人通过个人利益、个人关系或个人经历寻求自己人生的

    意义。然而，在加来道雄看来，能有幸得到领悟自然终极奥秘的

    智慧，才能赋予生命充分的意义。从个人角度而言，致力于发现

    一种最终能够回答当今科学领域一些最困难的“不可思议”问题

    的“终极理论”，着实让他感到兴奋。“我仍然陶醉于我与不可思议

    的事物的终身恋爱，并且想知道这些不可思议的事物中是否有一

    些能进入日常生活的范畴。”

    加来道雄知识广博、学养深厚、思想旷达，对科学的本质洞

    察入微，对科学的思维方式有着精深的理解。这也使得他的作品

    往往立意高远、视野开阔、引人入胜，呈现出多姿多彩的科学景

    象。在我看来，《人类的未来》便是这样一部耐人寻味的佳作。

    尹传红

    《科普时报》总编辑、中国科普作家协会常务副秘书长

    序言大约7.5万年前的一天，人类几乎就灭绝了。

    发生在印度尼西亚的一场惊天动地的火山喷发将一团巨大的

    火山灰送上了天空，火山岩屑覆盖了几千英里[1]。这次多巴火山

    的喷发是如此猛烈，是过去2500万年时间里最猛烈的火山喷发事

    件。它不可思议地把670立方英里的灰尘喷入了大气层，致使马

    来西亚和印度的大片地区被30英尺[2]

    厚的火山灰覆盖。最终，这

    些有毒的烟尘还飘到了非洲，仿佛留下了一条死亡和毁灭的轨

    迹。

    想象一下，这次灾难性事件所引发的混乱。我们的祖先生活

    在炙热的和被火山灰云层遮挡的暗淡太阳的恐怖环境中。许多人

    因这些烟尘窒息而亡或被毒死。之后，温度急剧下降，引发了一

    季“火山寒冬”。人们眼睁睁地看着植物和野生动物相继死去，留

    下了一派荒凉且毫无生气的景象。人们和动物需要在荒凉的土地

    上四处寻觅一点点食物残渣，结果大多数人被饿死了。看上去就

    像整个地球正在死去。少数幸存者只有一个目的：从世界的死亡

    之地逃走，逃得越远越好。

    这次灾荒的残酷证据也许能从我们的血液中找到。

    遗传学家已经注意到一个奇特的事实，那就是任何两个人都

    有几乎相同的DNA(脱氧核糖核酸)。相比之下，任何两个黑猩

    猩所携带的基因之间的差异都比整个人类群体之间的差异大。从

    数学上看，解释这种现象的一个理论是，假设在那次火山爆发时

    大部分人都死了，只留下了我们中的一小部分——大约2000人。

    出乎意料的是，这群肮脏、衣衫褴褛的人将成为古代的亚当和夏娃，他们的后代最终遍布整个地球。我们所有人几乎都是另一个

    人的克隆体，是一小群强壮人类后代的兄弟或姐妹，这群人少到

    可以很轻松地被一家现代旅馆的舞厅容纳。

    当他们艰难地穿越贫瘠的地带时，他们根本没想过有一天自

    己的子孙后代会占领我们这个星球的每一个角落。

    今天，当我们畅想未来时，我们发现7.5万年前发生的那一幕

    实际上可能是未来大灾难的一场大彩排。我是在1992年回想起这

    些的，当时我听到了一个令人震惊的消息：一颗环绕着遥远恒星

    运转的行星首次被发现。有了这个发现，天文学家就可以证实在

    太阳系之外也存在行星。这是我们了解宇宙模式的重大转变。但

    当我听到接下来的消息时又十分悲伤：这颗陌生星球环绕的是一

    颗死亡的恒星——一颗脉冲星，它经历过一次超新星爆发，很可

    能毁灭了住在那颗行星上的所有生物。科学已知的任何生物都无

    法禁受邻近恒星爆发时所产生的毁灭性核能量冲击波。

    意识到了他们的母恒星正在死亡后，我想象那颗星球上的一

    种文明紧急集合起一支庞大的宇宙飞船舰队，可以把他们运送到

    另一颗恒星系统上。那颗星球上绝对是一片混乱，人们处于极度

    的恐慌和绝望之中，拼命往上爬，并抢占即将起飞的飞船上的最

    后几个座位。我想象着当他们的母恒星爆发时，那些被抛在后面

    的人感受到的恐惧。

    这像物理定律一样无法逃避，有一天，人类也会面对某种类

    型的灭绝性事件。但是我们会像我们的祖先一样，疾驰向前，坚

    定地生存下来并走向繁荣吗？如果我们能够细数所有在地球上存在过的生命形式，从微生

    物细菌到高耸入云的森林、笨拙的恐龙和雄心勃勃的人类，我们

    会发现超过99.9%的物种最终都灭绝了。这意味着物种灭绝是一

    种常态，这种可能性已经重重地压在我们身上。当我们挖开我们

    脚下的土壤，直到地下的化石，我们看到许多古代生命形式存在

    的证据。然而它们只有很少一部分存活到了今天。数以百万计的

    物种曾经在我们之前出现，它们也曾有过繁荣的日子，之后凋

    零，最终走向死亡。这就是生命的故事。

    无论我们多么珍视那些浪漫动人的落日景色，海洋微风的清

    新味道，还有那夏日的温暖，总有一天它们都会结束，然后这颗

    星球将不再适合人类生物居住。大自然终将如此对待我们，就像

    它对待所有其他灭绝的生命种类一样。

    地球上生命印迹的悠久历史显示，当面对一种恶劣的环境

    时，生命体将不可避免地面对三种选择——离开那种环境，改变

    适应那种环境或者接受死亡。但是如果我们用更长远的眼光来看

    就会知道，我们终将面对一场巨大的灾难，这场灾难是任何形式

    的改变或适应都不可能改变的。我们必须离开地球或者等待毁

    灭。没有其他的出路。

    这些灾难曾经在过去反复出现，未来，它们的出现也将不可

    避免。地球已经经历了5次大型灭绝过程，每一次都有超过90%的

    生命形式从地球上消失。只要太阳还会升起，昼夜还在交替，更

    多的灾难就不可避免。

    在几十年的时间里，我们面临的威胁并非来自自然界，而很大程度上是由我们自身的愚蠢和短视造成的。当地球的大气层与

    我们敌对时，我们就会面临全球变暖的威胁。我们面临现代战争

    的威胁，因为核武器在全球最不安定的一些区域扩散。我们面临

    微生物武器的威胁，如通过空气传播的埃博拉病毒，它可以通过

    一次简单的咳嗽或喷嚏来传播，这就已经可以毁灭多达98%的人

    类。此外，我们面临的人口大爆炸正以不可思议的速度消耗着资

    源。人类也许会在某一时刻超过地球的承载能力，我们会发现自

    己置身于生态学的末日战争，争夺着地球上仅剩的资源。

    除了我们自己制造的灾难，还有自然灾难，我们一点儿办法

    也没有。在一个上千年的时间跨度内，我们面临另一个冰河时期

    的开始。在过去的10万年里，地球的表面被厚达半英里的冰层覆

    盖。那种阴郁冰冷的陆地环境致使许多动物灭绝了。之后，在1

    万年前，天气开始转暖。这段短暂的温暖时期迎来了现代文明的

    出现，人类抓住这一时期繁衍兴旺起来。但是这个繁荣发生在一

    个间冰期，也就意味着我们很可能在未来几万年的时间里将进入

    下一个冰河时期。当它来临时，我们的城市会消失在雪山之下，文明也会被冰川毁灭。

    我们还会面临黄石国家公园下的超级火山从长久的休眠中苏

    醒的可能性，火山爆发会令美国支离破碎，并将地球湮没在令人

    窒息的有毒烟尘云和岩屑残渣中。之前的火山爆发分别发生于63

    万年、130万年和210万年前，每次喷发大约间隔70万年。因此，我们预期下一次火山大爆发会在接下来的10万年内发生。

    在以百万年为单位的时间尺度上，我们还面临被流星或彗星

    撞击的危险，就像6500万年前恐龙灭绝的那次一样。那个时候，一块大概6英里的岩石坠入了墨西哥的尤卡坦半岛，天空中腾起

    了巨量炙热的碎片，之后它们如雨水般落回地球。随着多巴火山

    的爆发，更大的尘埃云最终使太阳光变得暗淡，使全球温度下

    降。植物的凋零使食物链断裂。植食性恐龙被饿死，很快便轮到

    它们的肉食性表亲。最终，地球上90%的生命形式在那场灾难性

    事件中灭亡了。

    几千年来，我们快乐地无视这样一种现实：地球飘浮在一群

    具有潜在死亡威胁的岩石中间。直到最近几十年，科学家才开始

    测算出一次巨大撞击的真正威力。我们现在知道存在几千个与地

    球轨道相交的近地天体，它们威胁着我们星球上的生命。截至

    2017年6月，有16294个近地天体被记录下来。但这些仅仅是我们

    已经发现的，天文学家估计，太阳系可能有几百万颗未标记的天

    体会经过地球。

    我曾经就这一问题采访过已故的天文学家卡尔·萨根，询问他

    对这种威胁的看法。他向我强调，“我们生活在一个宇宙的打靶

    场中”，被潜在的危险包围着。他告诉我，一颗小行星早晚会撞

    击地球，一切只是时间问题。如果我们能以某种方式照亮这些小

    行星，我们将看到夜空中布满数千个具有威胁的亮点。

    即使我们避开了所有这些危险，也有另一个更加巨大的危

    险。从现在起的50亿年后，太阳将会膨胀成一颗红色巨星占据整

    个天空。太阳将会非常巨大，地球的轨道也会处于这个火焰球的

    体内。在这个火球的炙热能量下，生存将不再可能。

    不像这颗星球上其他的生命形式，它们只能被动地听天由命，我们人类是自己命运的主宰者。幸运的是，我们现在正在研

    发各种工具，以抵御自然的逆境，让我们不会成为注定灭绝的

    99.9%的生命形式之一。在本书里，我们将遇到一些有能量、有

    远见，还有资源来改变人类命运的先驱者。我们也将遇到一些梦

    想者，他们相信人类能在外太空生存并繁衍。我们将分析一些技

    术上的革命性进步，正是它们，将使我们离开地球并在太阳系其

    他地方甚至更远的地方定居成为可能。但如果说有什么是我们能

    以史为鉴的，那就是人类在面对威胁生命的危机时，会迎难而上

    并达到更高的目标。从某种意义上讲，探索精神就在我们的基因

    里，是我们灵魂里与生俱来的东西。

    但现在我们面临的大概是有史以来最艰难的挑战：离开地球

    的范围并在外太空畅游。物理定律说得很清楚：我们将不得不直

    面威胁我们生存的全球性危机，或早或晚。

    生命太珍贵了，不能都放在一个星球上，任由其被小行星撞

    击的危险摆布。

    萨根告诉我，我们需要一个保险机制。他总结说我们应该成

    为一个“两星球物种”。换句话说，我们需要一个后备计划。

    在这本书里，我们将涉及历史、挑战，还有摆在我们面前可

    能的解决方法。这条道路注定不会平坦，必定充满挫折，但我们

    没有选择。

    从大约7.5万年前的最近一次灭绝来看，我们的祖先冒险向前

    并开始移民整个地球。我希望，本书能拟定我们在将来不可避免遇到的障碍，指出征服它们的必需步骤。也许我们的命运是成为

    一个多星球物种，居住在星际。

    [1] 1英里≈1.609千米。——编者注

    [2] 1英尺≈0.305米。——编者注

    前言 成为多星球物种

    如果我们的长期生存受到威胁，那么去其他世界冒险是我们

    对人类的基本责任。

    ——卡尔·萨根

    恐龙灭绝了，因为它们没有太空计划。如果我们也因为没有

    太空计划而灭绝，那么，活该。

    ——拉里·尼文

    小时候，我读过艾萨克·阿西莫夫的《基地三部曲》。它被誉

    为科幻史上最伟大的传奇之一。阿西莫夫让我惊叹的，不是他对

    激光枪战争以及与外星人太空大战的描写，而是那个简单却深邃

    的问题：人类文明将在5万年后走向何方？我们的终极命运是什

    么？

    在他开创性的三部曲中，阿西莫夫描绘了一幅横跨银河系的

    人类图景，数百万个有人居住的行星被一个巨大的银河帝国维系

    在一起。我们已经到达异常遥远的地方，这个伟大文明诞生的最

    初家园的坐标，已经消失在史前时代的迷雾中。而在整个星系中分布着那么多先进社会，有那么多人被一个复杂的经济网络联系

    在一起，如此巨大的样本量，使利用数学方法来预测未来成为可

    能，就像预测分子运动一样。

    多年前，我曾邀请阿西莫夫博士到我的大学演讲。听了他充

    满智慧的话，我对他渊博的知识感到惊讶。而后，我问了一个我

    从小就感兴趣的问题，是什么启发了他写作“基地”系列小说，他

    是如何想到一个包含了整个银河系的巨大主题的。他毫不犹豫地

    回答说，灵感来自罗马帝国的兴衰。在帝国的故事中，人们可以

    看到罗马人的命运如何终结在动荡的历史中。

    我开始考虑人类是否也有自己的宿命。也许我们的宿命是最

    终创造一个跨越整个银河系的文明，也许我们的命运真的在恒星

    之间。

    在更早的时候，奥拉夫·斯塔普尔顿就在其开创性的小说《造

    星者》中探讨过阿西莫夫作品的许多主题。在这部小说中，我们

    的主角幻想着他以某种方式在太空翱翔，一直到达遥远的行星。

    他用纯意念飞越整个星系，从一个恒星系统漫游到另一个恒星系

    统，见证了奇异的外星帝国。他们中的一些人走向伟大，开创了

    和平与富足的时代，一些人甚至用他们的宇宙飞船创造了星际帝

    国。另一些人则在痛苦、冲突和战争中走向毁灭。

    斯塔普尔顿小说中的许多革命性概念，都融入了后来的科幻

    小说中。例如，《造星者》中我们的主角发现，许多超级先进的

    文明故意向低等文明隐藏自己，以防止他们的先进技术意外地影

    响低等文明。这一概念与“星际迷航”系列中的联邦的指导原则之一——最高指导原则相一致。

    我们的主角也遇到了一个很复杂的文明，它的成员将其母恒

    星包围在一个巨大的球体中，以充分利用它的能量。这一概念后

    来被称为“戴森球”，现在已是科幻小说的主要题材之一。

    他遇到了通过心灵感应相互联系的种族。他们中的每个人都

    知道别人的隐秘想法。这一想法早在《星际迷航》的博格种族之

    前就已经存在了，而在那里，每个人的精神都是相通的，并且服

    从于母体(Hive)的意志。

    在小说的结尾，他遇到了造星者本人——一个创造和调整整

    个宇宙的仙人，而每个宇宙都有自身的物理定律。我们的宇宙只

    是多重宇宙中的一个。在敬畏中，我们的主角见证了造星者的工

    作，他召唤出新的、令人兴奋的王国，抛弃那些令他不悦的王

    国。

    对那个连收音机都被认为是科技奇迹的时代来说，斯塔普尔

    顿的这部开拓性的小说令人震惊。在20世纪30年代，实现太空文

    明的想法似乎是荒谬的。在那个时代，螺旋桨驱动的飞机是最先

    进的交通工具，它好不容易才能在云层上面冒险，所以飞向星星

    的可能性遥不可及。

    《造星者》立即获得了成功。阿瑟·C. 克拉克称它是迄今为

    止已出版的科幻小说中最优秀的作品之一。它激发了整整一代战

    后科幻小说作家的想象力。但在普通大众中，这部小说很快就被

    遗忘在“二战”的混乱和野蛮之中。在太空中寻找新的行星

    现在，“开普勒号”宇宙飞船(或开普勒太空望远镜)与地球

    上的天文学家团队已经发现了大约4000颗行星围绕着银河系其他

    恒星运行，人们开始想知道斯塔普尔顿所描述的文明是否真的存

    在。

    2017年，NASA(美国国家航空航天局)的科学家发现了7颗

    地球大小的行星在围绕一颗邻近恒星运行，它们与地球的距离仅

    为39光年。在这7颗行星中，有3颗离母恒星足够近，可以形成液

    态水。很快，天文学家就能确定它们以及其他行星上是否具有含

    水蒸气的大气。由于水是一种“通用溶剂”，是能混合构成DNA分

    子的有机化学物质，科学家也许能够证明，存在生命的条件在宇

    宙中是很普遍的。我们也许正处在寻找行星天文学的圣杯——外

    层太空中地球孪生兄弟的边缘。

    大约在同一时间，天文学家又有了另一项能改变游戏规则的

    发现：在比邻星(Proxima Centauri)周围，发现了一颗地球大小

    的行星比邻星b(Proxima Centauri b)。而比邻星距离我们只有

    4.2光年，是离太阳最近的恒星。科学家一直推测，这颗恒星将是

    最早被探索的恒星之一。

    太阳系外行星这本巨大的百科全书几乎每星期都在更新，这

    些行星只是其中新增添的一些条目。百科全书中包含奇特的、不

    寻常的恒星系统，连斯塔普尔顿都只在梦中见过，其中包括4颗

    或更多的恒星彼此旋转的系统。许多天文学家认为，如果你能想

    象出任何奇异的行星形成方式，那么它就可能存在于银河系的某个地方，只要它不违反什么物理定律。

    这意味着我们可以粗略计算出银河系有多少个地球大小的行

    星。由于银河系拥有大约1000亿颗恒星，因此仅在我们的星系中

    就可能有200亿颗类地行星围绕着类似太阳的恒星运行。而可以

    用仪器观测到的星系有1000亿个，因此可以估计，在我们可见的

    宇宙中，地球大小的行星有惊人的2×1021个。

    意识到银河系中可能充满了宜居行星，你大概再也不会以同

    样的方式仰望夜空了。

    一旦天文学家找到这些地球大小的行星，下一个目标将是分

    析它们大气中的氧气和水蒸气，因为这是生命的标志。同时还要

    接收它们的射电信号，因为这标志着一个智慧文明的存在。这样

    的发现将会是人类历史上最伟大的转折点之一，堪比驭火。它不

    仅会重新定义我们与宇宙其余部分的关系，还将改变我们的命

    运。

    太空探索的新黄金时代

    所有这些已经发现的系外行星，以及新一代梦想家带来的新

    奇想法，正在重新点燃公众对太空旅行的兴趣。最初，推动太空

    计划的是冷战和超级大国的竞争。公众并不反对我们惊人地把美

    国联邦预算的5.5%花在阿波罗登月计划上，因为当时美国的威望

    受到了挑战。然而，这种狂热的竞争不可能一直持续下去，而且

    经费最终也崩塌了。

    美国宇航员上一次登上月球大约是45年前。现在，土星5号火箭和航天飞机都已经被肢解并成了博物馆和垃圾堆里锈迹斑斑

    的碎片，它们的故事也在布满灰尘的历史书中渐渐失去吸引力。

    在之后的时间里，NASA被批评为“哪里也不去的局”。它的轮子

    转了几十年，大胆地去了每个人都去过的地方。

    但是经济状况已经开始改变。太空旅行的价格一度太高，以

    致国家预算瘫痪。但现在它已经稳步下降，很大程度上是因为越

    来越多的企业带来了能源、资金和热情，由于对NASA缓慢的步

    伐失去耐心，埃隆·马斯克、理查德·布兰森和杰夫·贝索斯等亿万

    富翁已经打开他们的支票夹，开建新的火箭。他们不仅是为了赚

    钱，更是想实现飞向星星的童年梦想。

    现在，国家的意志正在复苏。问题不再是美国是否将会把宇

    航员送到那颗火星上去，而是什么时候。美国前总统巴拉克·奥巴

    马声明，宇航员大约会在2030年之后踏上火星表面，现任总统唐

    纳德·特朗普则要求NASA加快进度。

    能够进行星际旅行的舰队火箭和太空舱，比如NASA的太空

    发射系统(SLS)推进火箭和“猎户座号”太空舱，以及埃隆·马斯

    克的“战隼号”重型运载火箭和“龙号”太空舱，已经处于早期测试

    阶段。它们将会载重升空，载着我们的宇航员到月球、小行星、火星，甚至更远的地方。事实上，这一任务产生了如此多的宣传

    和热情，围绕它已经展开了竞争。不同团队在争夺在火星土壤上

    插上第一面旗帜的机会，火星上也许会发生交通堵塞。

    有些人曾写道，当探索宇宙在被忽略了几十年后再次成为国

    家议程中激动人心的一部分时，我们进入了一个太空旅行的新黄金时期。

    展望未来，我们能看到科学家如何改变太空探索的轮廓。由

    于现代科技在很大范围上的革命性发展，我们现在能推测我们的

    文明有一天能进入外太空，在其他行星上创建类似地球的环境，并实现在恒星间的旅行。虽然这是一个长期的目标，但现在有可

    能给出一个合理的时间表，并预测收获每一个宇宙里程碑的时

    间。

    在这本书里，我将研究实现这一宏伟目标的必需步骤。但是

    发现我们的未来如何被展开的关键，是理解所有这些奇迹般的进

    展背后的科学。

    技术革命的浪潮

    考虑到我们面前有如此长足的科学进步，这可能有助于展望

    人类历史的广阔前景。如果我们的祖先能够看到今天的我们，他

    们会怎么想？人类在大部分的历史里都过着恶劣的生活，在一个

    充满敌意、不受关注的世界里挣扎，那时的人类寿命估计只有二

    三十年。我们通常是流浪者，把我们所有的财产背在背上。每天

    为了获得食物和一处藏身之所而挣扎。我们生活在不间断的恐惧

    中——恶毒的捕食者、疾病和饥饿。但是如果我们的祖先能看到

    今天的我们，可以瞬间跨过整个地球发送图片，用火箭把我们带

    到月球甚至更远的地方，还有自动驾驶的汽车，那么他们可能会

    认为我们是巫师和魔术师。

    从历史上看，科学的革新是一波一波地出现的，往往随着物理学的进展一步步地展开。在19世纪，建立了机械和热力学理论

    的物理学家使第一波科学技术浪潮成为可能。这让工程师能制造

    出蒸汽机，带来火车头和工业革命。这项意义深远的技术变革使

    得文明从无知的诅咒、辛苦的劳作和贫困中脱离出来，把我们带

    入机械时代。

    在20世纪，掌握了电磁规律的物理学家引领了第二次浪潮，由此开创了电气时代。这使得我们城市的电气化成为可能，出现

    了发电机、电视、收音机和雷达。第二次浪潮催生了现代的太空

    项目，使我们登上了月球。

    在21世纪，第三次科学浪潮以高科技的形式出现，以发明晶

    体管和激光的量子物理学家为先锋。这使得超级计算机、互联

    网、现代电信、GPS(全球定位系统)和微小芯片的爆炸式出现

    成为可能，它们已经渗透我们生活的方方面面。

    在本书中，我将讲述那些带我们探索行星甚至更远恒星的技

    术。在第一部分，我们会讨论如何建造一个永久的月球基地还有

    移民火星，并创建类似地球的生存环境。为了做到这些，我们必

    须开拓第四次科技浪潮，它由人工智能、纳米技术和生物技术组

    成。在火星上建立生存环境的目标超过了我们今天的能力，但是

    22世纪的技术将会让我们把这个荒凉、寒冷的沙漠变成一个可居

    住的世界。我们将会考虑使用可自我复制的机器人，高强度、轻

    便的纳米材料，以及生物工程作物，以大幅降低成本，使火星成

    为一个真正的天堂。最终，我们将超越火星，并在小行星和气体

    巨行星木星和土星的卫星上建立定居点。在第二部分，我们将展望一个能飞出太阳系并探索周围恒星

    的时代。又一次，这项任务超越了我们当前的技术，但第五次技

    术浪潮将会使其成为可能，如纳米飞船、激光帆、冲压喷气聚变

    发动机、反物质发动机。NASA已经资助了实现星际旅行所必需

    的物理研究。

    在第三部分，我们将分析为了在群星中找到一个新家需要对

    我们的身体进行的改造。一场星际旅行可能要花费数十年甚至几

    个世纪，因此可能需要通过基因帮我们延长在遥远太空中生存的

    时间，也许是通过延长人类的寿命来实现。尽管长生不老泉在今

    天还不现实，但科学家已经在研究一些潜在可能的途径使我们减

    缓甚至停止衰老。我们的子孙后代也许能享受某种形式的永生。

    此外，也许我们必须对基因进行改造，才能让身体在遥远行星的

    不同重力、大气成分和生态环境下生长。

    多亏了人类连接体工程，它将绘制出人类大脑的每一个神经

    元，有一天我们也许能够把我们的连接体通过巨大的激光束发射

    到外太空，从而消除星际旅行中的许多问题。我把它称为激光传

    送，它能使我们的意识以光速自由探索星系甚至宇宙，因此我们

    不需要担心星际旅行中那些显而易见的危险。

    如果我们上一个世纪的祖先认为今天的我们是魔术师和巫

    师，那么我们会如何看待一个世纪后的子孙后代？

    更可能的是，我们会觉得自己的子孙后代像希腊众神。像墨

    丘利，能够在太空翱翔，拜访邻近的行星；像维纳斯，拥有完美

    不朽的身体；像阿波罗，能从太阳那里得到无限的能量；像宙斯，能够拥有精神的力量，并使自己的愿望成真。而且，他们将

    能够用基因工程召唤像飞马一样的神话中的动物。

    换句话说，我们的命运是成为我们曾经畏惧和向之祈祷的

    神。科学将给予我们按照自己的意愿来重塑宇宙的方法。问题在

    于，我们是否拥有所罗门国王的智慧来拥有这巨大非凡的力量。

    还有可能我们会接触到地外生命。我们将讨论如果遭遇了一

    个比我们先进百万年的文明，它们已经有能力在星系中漫游并改

    变时间太空的组织结构，那将会发生什么？它们可能将黑洞把玩

    于手中，并用虫洞来进行超光速旅行。

    2016年，天文学家和媒体对太空中先进文明的猜测达到了狂

    热的程度。天文学家宣布，发现了某种巨大的“超级建筑”的证

    据，它也许像戴森球一样大，围绕着远在数光年外的一颗恒星运

    动。虽然证据还不够确凿，但科学家有史以来第一次正视了在外

    太空也许真的有先进文明存在的证据。

    最后，我们还探讨了我们不仅要面对地球的终结，还要面对

    宇宙自身的终结的可能性。尽管我们的宇宙还很年轻，但我们能

    预见，在遥远的未来，我们可能会进入大冻结时期，那时温度会

    突降到接近绝对零度，我们所知的所有生命都可能不复存在。那

    时，我们的技术或许已经足够先进，能让我们离开宇宙，并通过

    超太空探索寻找一个新的、更年轻的宇宙。

    理论物理学(我自己的专长)提出了一个观点，认为我们的

    宇宙可能是飘浮在由其他宇宙泡组成的多重宇宙中的一个宇宙泡。也许在多重宇宙的其他宇宙中，有一个我们的新家园。凝视

    众多的宇宙，也许我们能揭示造星者的宏大设计。

    因此，科幻小说中那些曾被认为是空想家过热想象力的副产

    品的惊人设想，有一天也许会成为现实。

    人类即将展开可能最伟大的一次冒险。阿西莫夫和斯塔普尔

    顿的猜想与现实之间的鸿沟，也许会被科学中惊人和快速的发展

    填补。而当我们离开地球时，我们飞往外星的漫长旅行的第一步

    就开始了。正如古代中国谚语所说，千里之行，始于足下。这个

    飞往外星的旅行从第一艘火箭开始。

    第一部分 离开地球

    第1章 准备起飞(发射)

    无论是谁坐在这个世界上最大的氢氧燃料堆上，并知道他们

    将在下面点火，却一点儿都不着急，那这个人根本就没有搞清楚

    状况。

    ——宇航员 约翰·杨

    1899年10月19日，一个17岁的少年爬上了一棵樱桃树，然后

    灵光一现。他刚刚读了赫伯特·乔治·威尔斯的《世界大战》

    (War of the Worlds)，对书中火箭可以载着我们探索宇宙的想法

    感到激动。他想象着，如果能够造出一个飞到火星并以探索这颗

    红色星球为使命的设备，那该多么美妙。当他从树上爬下来的那一刻，他的生命被彻底改变了。这个男孩一生都在致力于制造一

    艘火箭，因为这能使他的梦想成为现实。在生命余下的时间里，他都将铭记10月19日这一天。

    他的名字是罗伯特·戈达德。他不断完善第一艘液体燃料多级

    火箭，让这项改变人类历史进程的项目运转了起来。

    齐奥尔科夫斯基：一位孤独的梦想家

    尽管孤独、贫穷，还遭到同行的嘲笑，但始终在逆境中前行

    并为太空旅行打下基础——戈达德是少数几位受到如此待遇的先

    驱之一。在这些远见卓识者中，有一位就是伟大的火箭科学家康

    斯坦丁·齐奥尔科夫斯基，他建立了太空旅行的理论基础，并为戈

    达德铺平了道路。齐奥尔科夫斯基生活得很清贫，靠在学校当老

    师勉强度日。年轻时，他大部分时间都泡在图书馆里，如饥似渴

    地阅读科学文献，学习牛顿的运动定律，并把它们应用到太空旅

    行上。他的梦想是到月球和火星旅行。在没有科学团队的帮助

    下，他凭一己之力推导出了火箭的数学原量、物理现象和机械运

    动，他计算了地球的逃逸速度，即逃离地心引力所需的速度是每

    小时2.5万英里。这比他那个时代靠马来实现的每小时50英里的速

    度快太多了。

    1903年，他发表了著名的火箭方程，让人们可以通过火箭的

    重量和燃料来计算它的最大速度。这个方程揭示了速度和燃料之

    间的指数关系。一般来说，我们会假设，如果想让火箭的速度加

    倍，你可以简单地增加一倍燃料。然而，你需要的燃料消耗量是

    随着速度变化呈指数增长的，所以额外提高速度需要大量的燃料。

    这个指数关系非常清楚地说明，你需要大量的燃料才能离开

    地球。通过这个公式，齐奥尔科夫斯基第一次计算出了去月球所

    必需的燃料数量，但这离真正实现他的梦想还有很远的距离。

    齐奥尔科夫斯基的指导哲学是：“地球是我们的摇篮，但是

    我们不能永远待在摇篮里。”而且他信奉宇宙论，该理论认为，人类的未来就是探索外太空。他在1911年写道：“让一个人的脚

    踏上小行星的土地，亲手从月球上捡起一块石头，在太空建造移

    动的空间站，在地球、月球和太阳周围组织起宜居带，以几十英

    里的距离观察火星，然后降落在它的卫星上，甚至降落在它的表

    面——还有比这更疯狂的事吗!”

    齐奥尔科夫斯基太贫穷，无法使他的数学方程转变成真实的

    模型。接下来的工作由罗伯特·戈达德接手。他真的建造了火箭原

    型，并在日后成为太空旅行的基础。

    罗伯特·戈达德：火箭研究之父

    当他还是个孩子时，罗伯特·戈达德就对科学产生了兴趣。他

    目睹了家乡的电气化过程，由此相信科学将会彻底改变我们生

    活。他的父亲支持他发展自己的兴趣，给他买了望远镜、显微

    镜，还给他订了《科学美国人》(Scientific American)杂志。一

    开始，他用风筝和气球做实验。有一天，当他在图书馆读书时，无意中发现了艾萨克·牛顿著名的《自然哲学之数学原理》

    (Principia Mathematica)一书并学习了移动规律。他的注意力很快就转移到把牛顿定律应用到火箭科学上。

    通过引入三项创新，戈达德把这种好奇心系统地变成一个有

    用的科学工具。首先，戈达德试验了不同种类的燃料，并意识到

    粉末燃料是低效的。中国人在几个世纪前就发明了火药并将其用

    在火箭上，但是因为火药的不均匀燃烧，这种火箭基本上就是玩

    具。他的第一项天才工作就是用液体燃料替换了粉末燃料。液体

    燃料可以被精确地控制，因此可以清洁稳定地燃烧。他制造了一

    个带有两个燃料箱的火箭。其中一个燃料箱装着燃料，比如酒

    精；另一个装着氧化剂，比如液氧。这些液体通过一系列的管道

    和阀门被注入点火室，在精准控制的情况下发生爆炸，其能量能

    推动一艘火箭升空。

    戈达德意识到，随着火箭升入天空，它的燃料会逐渐耗尽，燃料箱就没用了。于是他的下一项创新是提出了多级火箭，也就

    是丢掉用光了的燃料箱，这样做能在太空旅行中减少一些静态负

    载。这极大地增加了它们的航程和效率。

    他的第三项创新是引入陀螺仪。陀螺仪一旦开始自转，它的

    轴总是指向同一个方向，即使你干扰它。例如，如果开始时它的

    轴指向北极星，你将它调转方向，那么它的轴会继续指向北极星

    的方向。这意味着，如果一艘航天飞船的航线发生偏离，那么可

    以调整火箭来弥补这个偏航，然后使它回归初始路线。戈达德意

    识到，可以使用陀螺仪来帮助火箭保持航线。

    在1926年，他创造了历史，首次成功发射了一艘液体燃料火

    箭。它上升到41英尺的高度，飞行了2.5秒，在184英尺外的卷心菜田地里着陆。(这个确切着陆地点现在是每个火箭科学家的圣

    地，并且已经被评为美国国家历史名胜。)

    戈达德在克拉克大学的实验室中构建起所有化学火箭的基本

    构架。我们今天从发射台看到的雷鸣般的巨兽，就是他建造的原

    型的直系后代。

    面对嘲笑

    尽管取得了成功，戈达德还是成了媒体嘲笑的理想对象。当

    1920年他认真考虑太空旅行的消息被传出后，《纽约时报》发表

    了一篇批评文章，其尖酸刻薄的程度可能会击垮任何心理脆弱的

    科学家。《纽约时报》嘲讽道：“那位戈达德教授坐在他克拉克

    大学的‘椅子’上……不知道作用力与反作用力的关系，也不知道

    需要有些比真空更好的东西来产生反作用，也就是说那很荒唐。

    当然，他看起来只是缺乏一些在中学里学的日常的知识。”然后

    在1929年，当他发射了一艘火箭后，伍斯特当地的报纸列出了一

    个带有侮辱性的标题：月球火箭偏离目标238799.5英里。显然，《纽约时报》和其他人并不理解牛顿的运动定律，而且错误地认

    为火箭不能在外太空的真空环境里运动。

    牛顿第三定律指出，每一个作用力都存在一个大小相等并方

    向相反的反作用力。这决定了太空旅行可能实现。这个定律任何

    一个孩子都知道。只要他吹一个气球，然后松开手，就能看到气

    球不规则地飞出去。这个作用力是突然从气球里冲出去的空气，反作用力就是气球自己向前的运动。类似地，在一艘火箭里，作

    用力就是从尾端喷射出的热气体，而反作用力就是推动火箭向前运动的推力，即便在太空的真空环境中也是如此。

    戈达德于1945年去世，没有机会看到1969年“阿波罗号”登月

    后《纽约时报》编辑写的道歉声明。他们写道：“现在清楚确定

    了火箭在真空中也可以像在大气层中一样工作。《纽约时报》对

    自己的错误感到懊悔。”

    为了战争与和平的火箭

    在火箭科学发展的第一阶段，我们有像齐奥尔科夫斯基这样

    的梦想家，他计算出了太空旅行的物理和数学原理。在第二阶

    段，我们有像戈达德那样的人，能实际制造出这些火箭的第一代

    原型。在第三阶段，火箭科学家引起了政府的注意。韦纳·冯·布

    劳恩重拾前辈们的方案、梦想和模型，先是在德国政府后是在美

    国政府的支持下，制造出巨大的火箭，成功地把我们送上月球。

    所有火箭科学家里最有名的一位出身贵族。韦纳·冯·布劳恩

    男爵的父亲是魏玛共和国时期德国的农业部长，他的母亲祖上可

    以追溯到法国丹麦、苏格兰和英格兰的皇室。冯·布劳恩在孩童时

    期颇有钢琴天赋，甚至还创作过原创音乐作品，他可能差一点儿

    就成了一位有名的音乐家。但自从他的母亲送给了他一架望远镜

    起，他的命运随之改变。他开始对太空着迷。他如饥似渴地阅读

    科幻小说，并深受装有火箭推进器的汽车创下的速度纪录的启

    发。12岁的一天，他把一组烟花绑到了一个玩具车上，然后点燃

    了烟花，这在柏林拥挤的大街上制造了一场混乱。他非常高兴地

    看到玩具车像火箭一样飞了起来。然而，警察对此可没什么好印

    象。冯·布劳恩被拘留了，但由于他父亲的影响力又被释放了。若干年后，他激动地回忆：“那超乎我最大胆的想象。玩具车疯狂

    地颠簸着，喷出的烟火轨迹像一颗彗星。当烟花烧尽后，最后的

    闪烁像一次壮丽的霹雳，玩具车剧烈翻滚后停了下来。”

    冯·布劳恩承认，他数学一直不是非常好。但是，想要完成火

    箭的动力驱使他掌握了微积分、牛顿定律，还有太空旅行的机械

    学。他曾经告诉他的教授：“我计划到月球去旅行。”

    他成为一名物理专业研究生并在1934年拿到了博士学位。但

    是他的大部分时间都花在了柏林火箭爱好者协会上，那是一个利

    用业余时间在城区外300英亩[1]

    的荒地上建造和测试火箭的组

    织。那一年，他们的协会成功地将一艘火箭升到空中，并飞行了

    2英里。

    冯·布劳恩本来也许会成为德国某所大学的一名物理学教授，撰写关于天文学和航天学的研究文章。但空气中弥漫着战争的味

    道，所有德国的社会组织，包括大学在内，都被军事化了。与他

    的前辈罗伯特·戈达德不同，他向美国军方申请经费被拒绝了，却

    在纳粹政府那里得到完全不同的待遇。德国相关军需部门一直在

    寻找新式战争武器，它们注意到了冯·布劳恩，并为他提供了充足

    的基金。他的工作过于敏感，以至他的博士论文被军方列为机

    密，直到1960年才发表。

    据各方面的说法，冯·布劳恩是不关心政治的。火箭科学是他

    的爱好，如果政府资助他的研究，他就会接受。纳粹向他承诺的

    是：由他管理一项建造未来火箭的巨大工程，预算几乎无上限，他还可聘请精英的德国科学家。这是他一生的梦想。对冯·布劳恩而言，被邀请加入纳粹党甚至党卫军只是政府工作者的通行仪

    式，并不是他的政治表达。但是当你与魔鬼做了交易，魔鬼总是

    会索取更多。

    V–2火箭的升空

    在冯·布劳恩的带领下，齐奥尔科夫斯基杂乱的手稿和草图，还有戈达德制造的火箭原型，变成了V–2火箭(复仇武器2型火

    箭)。这种先进的战争武器可以炸掉整个城市街区，使伦敦和安

    特卫普陷入恐惧。V–2型火箭的强大令人不可思议。它使戈达德

    的火箭相形见绌，让它看着就像玩具一样。V–2火箭直立起来有

    46英尺高，2.76万磅[2]

    重。还有着惊人的速度：每小时3580英

    里，能达到的最高高度大约是60英里。它能以三倍的音速击中目

    标，除了在打破音障时发出两声刺耳的响声外，没有任何警告。

    它的射程范围达到了200英里。反制措施对它无效，因为没有人

    能跟踪它，也没有飞机能追上它。

    V–2创造了多项世界纪录，碾压了过去在火箭速度和航程方

    面的所有成就。它是第一个远程的弹道制导导弹，第一艘打破音

    障的火箭。最令人印象深刻的是，它还是第一艘冲破了大气层边

    界并进入外太空的火箭。

    英国政府官员被这种先进的武器搞得惊慌失措，不知道该说

    什么。他们编造故事说所有这些爆炸都是由煤气管道故障造成

    的。但是因为这些恐怖的爆炸明显来自天上，所以公众讽刺地称

    呼它们为“飞翔的煤气管道”。直到纳粹宣布是他们向英国投放了

    一种新式战争武器后，温斯顿·丘吉尔才被迫承认英格兰已经被火箭袭击了。

    突然，欧洲及西方文明的未来，似乎就掌握在冯·布劳恩带领

    的这一小群与世隔绝的科学家手中。

    战争的恐怖

    德国新式武器的成功带来了巨大的人员伤亡。超过3000枚V–

    2火箭被投向盟军，造成9000人死亡。据估计，死亡的人数甚至

    要更高——至少有1.2万人，还有在奴隶集中营里制造V–2火箭的

    囚犯们。魔鬼想要得到回报，但冯·布劳恩意识到这一点时已经太

    晚了。

    当他看到火箭的制造地时被吓坏了。冯·布劳恩的一个朋友引

    用他的话说：“这就是地狱。我的第一反应是找党卫军的人谈

    谈，却被严肃而不留情面地告知应该管好自己的事，否则就会发

    现自己穿着同样的条纹服!……我意识到任何以人道理由解释的

    尝试都是无效的。”当被问到冯·布劳恩是否批评过死亡集中营

    时，他的另外一个同事回答道：“我认为，如果他说过就会被就

    地枪决。”

    冯·布劳恩成了自己协助创造的恶魔的爪牙。1944年，当战事

    处于困境时，有一次他在宴会上喝醉了，然后谈起战争进行得不

    怎么好，他只想做火箭方面的工作。他后悔它们被用来当作武器

    而不是宇宙飞船。不幸的是，宴会上有一名间谍，他将布劳恩酒

    后说的话报告给了政府，然后布劳恩就被盖世太保抓了起来。有

    两周时间，他被关在波兰的牢房里，不知道是否会被枪决。其他的指控，包括他曾是共产党的同情者的传言，也在这个时候被公

    开。一些官员担心他会叛逃到英格兰，并破坏V–2火箭。

    最终，阿尔贝特·施佩尔直接向希特勒求情，救了冯·布劳恩

    的命，因为他认为冯·布劳恩对V–2的工作仍然至关重要。

    在那个时代，V–2火箭太先进了，其技术领先了几十年，因

    此直到1944年年末它才被全力投入战斗，但这已经来不及阻止纳

    粹帝国的倒塌了，当时苏联红军和盟军已经在柏林会师。

    1945年，冯·布劳恩和他的100多名助手向盟军投降。他们连

    同装了300节火车车厢的V–2火箭零件被偷运回美国。这是一项名

    为“回纹针行动”的秘密计划的一部分，目的是将前纳粹科学家秘

    密引入美国。

    美国军方仔细检查了V–2，它最终成了红石火箭的基础，冯·

    布劳恩和他助手们的纳粹记录也被“洗白”。但是冯·布劳恩在纳粹

    政府中非常模糊不清的角色始终困扰着他。喜剧演员莫特·萨尔用

    一句俏皮话总结了冯·布劳恩的职业生涯：“我寻找星星，但有时

    却击中了伦敦。”歌手汤姆·莱勒写了几句歌词：“火箭一旦升空，谁还在乎它们落在哪里，那不归我管了。”

    火箭科学和超级大国的竞争

    在20世纪20年代和30年代，美国政府官员们没有认识到戈达

    德在他们的后院里完成了预见性的工作，因此错过了一次战略机

    遇。当战后冯·布劳恩到达美国时，他们第二次错过了战略机遇。

    20世纪50年代，他们把冯·布劳恩和他的助手搁置一边，没有给他们任何真正的关注。最终，军种间的竞争发生了。陆军在冯·布劳

    恩的带领下造出了红石导弹，而海军有了“先锋号”导弹，空军有

    了大力神导弹。

    当卸下了对陆军的直接义务后，冯·布劳恩开始对科学教育感

    兴趣。他和华特·迪士尼制作了一系列电视动画特辑，激发了一批

    未来火箭科学家的想象力。在这个系列剧里，冯·布劳恩描绘了一

    个巨大科学项目的轮廓，其目的是登上月球以及组建能够抵达火

    星的舰队。

    当美国的火箭项目断断续续地进行时，苏联已经遥遥领先。

    约瑟夫·斯大林和尼基塔·赫鲁晓夫把握住了太空项目的战略意

    义，并把它放到了第一位。苏联的项目是在谢尔盖·科罗廖夫的带

    领下完成的，他的身份一直是最高机密。多年来，他一直只是被

    神秘地称为“首席设计师”或“那位工程师”。苏联也吸引了一些V–

    2的工程师，并把他们转移到苏联。在这些工程师的带领下，苏

    联采用了基本的V–2设计，很快制造出一系列火箭。至此，美国

    和苏联军火库里的火箭都是基于对V–2火箭的修改或捆绑，而它

    们又都基于戈达德的开创性原型。

    美国和苏联的主要目标之一都是发射第一颗人造卫星。首先

    提出这个概念的是艾萨克·牛顿本人。在一张著名的图表中，牛顿

    指出，如果你从山顶发射一颗炮弹，它将会落在山脚附近。然

    而，根据他的运动学方程，炮弹的速度越快，它将飞得越远。如

    果你能以足够快的速度发射炮弹，它将会绕着地球转一整圈并成

    为一颗卫星。牛顿创造了这个历史性的突破：如果你用月球替换

    这个炮弹，那么他的运动方程将能够精确地预言月球轨道的状态。

    在他的炮弹思想实验里，他问了一个关键问题：如果苹果会

    落下来，月亮会不会也落下来？既然炮弹在围绕地球公转的时候

    会自由落下，月球也一定会自由落下。牛顿的洞察力引发了历史

    上最伟大的革命之一。牛顿现在可以计算炮弹、月球、行星以及

    几乎所有东西的运动。例如，使用他的运动定律，可以很容易证

    明你必须以每小时1.8万英里的速度发射炮弹，才能使它绕着地球

    转。

    1957年10月，苏联发射了世界上第一颗人造卫星“史普尼克

    号”，牛顿的想象成了现实。

    史普尼克时代

    在得知史普尼克号成功发射后，美国人受到了巨大的心理冲

    击，这是不可低估的。美国人很快就意识到，苏联在火箭科学领

    域是世界领先的。两个月后，当美国海军的“先锋号”导弹在国际

    电视上遭受灾难性失败时，这种羞辱感变得更加严重。我清楚地

    记得，小时候我问妈妈能不能熬夜看导弹发射，她不情愿地答应

    了。我惊恐地目睹了先锋号导弹升起4英尺，然后又落了回来，翻倒，最后在一次巨大的刺眼的爆炸中毁了它的发射台。我清楚

    地看到导弹顶部的头椎体，里面装有卫星，它轰然倒塌，然后消

    失在一团火球中。

    耻辱还在继续，几个月后，先锋号的第二次发射也失败了。

    这成了媒体的比赛日，它们称这个导弹为“Flopnik”和“Kaputnik”(意思都是失败了的卫星)。苏联驻联

    合国代表甚至开玩笑说，苏联应该给美国一些援助。

    为了从这次巨大的媒体打击中挽救国家声望，冯·布劳恩被命

    令尽快使用“朱诺I型”导弹发射一颗卫星“探索1号”。“朱诺I型”基

    于红石火箭，而红石火箭又是以V–2为基础的。

    但是苏联手里有一大把王牌。在接下去的几年里，其创造的

    一系列的历史“首次”占据了新闻头条：

    1957年：“史普尼克2号”首次搭载动物，一只名叫莱卡的

    狗进入轨道

    1957年：“月球1号”成为第一艘飞越月球的火箭

    1959年：“月球2号”第一次击中月球

    1959年：“月球3号”成为第一艘为月球背面拍摄照片的火

    箭

    1960年：“史普尼克5号”首次安全地把动物从太空带回

    1961年：“金星1号”成为首个飞越金星的探测器

    1961年，当尤里·加加林安全地绕地球飞行后，苏联太空项目

    取得了最辉煌的成就。

    我清楚地记得，在那些年里，史普尼克号引发的恐慌遍及整

    个美国。他们想，苏联那样一个看起来似乎落后于我们的国家，怎么能突然跑到我们的前面去了？

    评论员总结说造成这场惨败的根源是美国的教育体系。美国

    学生被苏联学生远远抛在后面。必须开展一场应急行动，这样金

    钱、资源和舆论才能集中投入培育新一代美国科学家，他们才能

    与苏联竞争。那时的文章是这样说的：“伊万能识字读书，但是

    约翰尼不能。”[3]

    在这个困难时期，史普尼克一代应运而生，这群美国学生认

    为他们的国家使命就是成为物理学家、化学家和火箭科学家。

    在巨大的压力下，为了让军方从看似倒霉的平民科学家手中

    夺回对美国太空项目的控制权，时任总统德怀特·艾森豪威尔勇敢

    地坚持继续由民间监督，并成立了NASA这一机构。之后的美国

    总统约翰·F. 肯尼迪为了回应加加林的太空旅行，呼吁加快步

    伐，在10年内把人类送上月球。

    这个要求刺激了全美。到1966年，美国将联邦预算中惊人的

    5.5%投入月球计划。NASA一如既往地谨慎行事，进行了数次发

    射，改善了实现登陆月球所需的技术。首先是一艘名为“水星

    号”的单人载人飞船，然后是可载双人的“双子星号”，最后是可载

    三人的“阿波罗号”。NASA也谨慎地部署了太空旅行的每一步。

    首先宇航员安全地离开他们的宇宙飞船，然后实现第一次太空行

    走。之后宇航员实现了从一艘飞船到另一艘的复杂搬运工作。接

    下来，宇航员完整地绕月飞行但没有降落到月球表面。最后，NASA已经准备好直接将宇航员送上月球。冯·布劳恩被招募进来以帮助建造“土星5号”的研发，这将是

    有史以来最大的火箭。这个火箭真的是一件工程上的非凡杰作。

    它直立起来比自由女神像还要高60英尺，可以把31万磅重的有效

    载荷送入地球轨道。最重要的是，它可以把大量有效载荷以超过

    每小时2.5万英里的速度送出，这是地球的逃逸速度。

    NASA曾考虑过发生致命性灾难的可能性。时任美国总统理

    查德·尼克松要在电视上宣布“阿波罗11号”任务的结果，为此他准

    备了两份演讲稿。其中一份是报告这次努力失败了，美国宇航员

    牺牲在月球上。实际上，这个场景差一点儿就发生了。在登月舱

    即将着陆的最后几秒，计算机警报在太空舱内响起。尼尔·阿姆斯

    特朗手动控制宇宙飞船并缓缓地在月球上着陆。后来的分析显

    示，他们只剩下维持运行50秒的燃料了，太空舱甚至可能会坠

    毁。

    幸运的是，1969年7月20日，尼克松总统用上了另外一份演

    讲稿，祝贺宇航员成功着陆。即使在今天，土星5号也是唯一一

    艘搭载人类飞出地球轨道的火箭。令人惊讶的是，它的表现完美

    无瑕。“土星”系列火箭一共建造了15艘，其中的13艘飞上了天

    空，没有一次事故。全部算起来，从1968年12月到1972年12月，土星5号一共送出24位宇航员，他们或者在月球登陆，或者绕月

    飞行。阿波罗号的宇航员被誉为英雄，他们恢复了美国的国家名

    誉。

    苏联人也踊跃地参与了登月竞赛。但是，他们遇到了许多困

    难。苏联火箭项目的指挥官科罗廖夫在1966年去世了。雪上加霜

    的是：准备把苏联宇航员送上月球的N–1火箭出现了4次失败。但或许最具决定性的事实是，苏联经济在冷战中已经捉襟见肘，无

    法与经济规模超过其两倍的美国竞争。

    迷失在太空

    我还记得当尼尔·阿姆斯特朗和巴兹·奥尔德林踏上月球那一

    刻。那是1969年7月，我在美国军队服役，正在华盛顿的路易斯

    堡进行步兵训练，以为自己可能会被送去越南打仗。我非常兴奋

    地得知，历史就在我们的眼前被创造出来，但是也非常不安地知

    道我可能会死在战场上，我将不能把登陆月球的这一历史记忆与

    我的孩子们分享。

    在1972年土星5号完成最后一次发射后，美国公众开始关注

    其他事情。反贫困战争如火如荼地进行，越南战争吞噬了越来越

    多的金钱和生命。当你的邻居开始遭受饥饿或在海外战死时，去

    月球似乎是一种奢望。

    太空项目费用的天文数字是无法维持的。后阿波罗时代的计

    划已经做出。有几项提议已经提上议事日程。一个优先的项目是

    发送非载人火箭到太空去，这是一个由军事、商业和科学团队领

    导牵头的项目。他们对英雄主义不那么感兴趣，而对有效载荷更

    感兴趣。另一个提案强调把人类送入太空，因为严峻的现实是，说服美国国会和纳税人支持把宇航员送上太空似乎比让他们支持

    那些无名的太空探测器要更容易。正如一位国会议员总结

    的：“没有巴克·罗杰斯[4]

    ，就没有美元。”

    载人和载物两个领域都想快速而经济地进入外太空，而不想变成耗时多年的昂贵任务。但最后的结果是产生一个奇怪的混合

    体，这让大家都不高兴。那就是宇航员将和货物一起被送入太

    空。

    妥协的方案是采用航天飞机的形式，这个方案从1981年开始

    运行。这个航天器是一项工程奇迹，吸收了过去几十年的所有教

    训和先进技术。它能够发射6万磅的有效载荷进入轨道，然后与

    国际空间站对接。不同于每次发射后就退役的阿波罗太空模块，航天飞机的有些部分是可以重复使用的。它可以把7名宇航员送

    入太空，并带他们重返地球家园，就像一般的飞机一样。之后，太空旅行在人们眼中逐渐变得很平常。美国人开始习惯看到宇航

    员在最近一次访问国际空间站时向我们挥手，这本身就是许多为

    这项航天事业支付账单的国家之间的一种妥协方案。

    随着时间的推移，航天飞机的问题出现了。其一就是，尽管

    初衷是为了省钱，花费仍然不断增长，每次发射都要花费大约10

    亿美元。用航天飞机发射任何东西到近地轨道的花费大约为每磅

    4万美元，约等于其他运载系统花费的4倍。公司抱怨说用传统的

    火箭来发射它们的卫星会便宜很多。另一方面，飞行并不频繁，每次发射都要间隔数月。美国空军对这些限制感到沮丧，并最终

    取消了一些航天飞机的发射计划而改用其他方法。

    对于航天飞机为什么不能满足我们的期望，美国普林斯顿大

    学高等研究院的物理学家弗里曼·戴森有自己的看法。当我们回顾

    铁路的历史时，会看到它最初是作为运输工具，运输包括人和商

    业产品在内的所有货品。铁路运输这个行业在商业和消费者领域

    有着不同的优先重点和关注点，最终分成两个领域，这既提高了运输效率又降低了运输费用。然而，航天飞机从来没有将这两者

    分开，仍然将商业和消费者利益混合在一起。它没有成为“每个

    人的一切”，而是成了“对任何人都没有用”的一种存在，特别是它

    有成本超支和航班推迟的问题。

    在“挑战者号”和“哥伦比亚号”的悲剧发生后，事情变得更

    糟，两次事件夺去了14位勇敢的宇航员的生命。这些灾难减弱了

    公众、个人和政府对太空项目的支持。作为物理学家，詹姆斯和

    格雷戈里·本福德写道：“国会把NASA主要看作一个解决就业的

    项目，而不是一个研究机构。”他们还发现，“在空间站没有完成

    什么有用的科学研究……空间站成了太空野营地，而不是让人在

    太空生活”。

    没有了冷战的东风，太空项目的前进很快就失去了资金和动

    力。回顾阿波罗登月计划的全盛时期，有个笑话是说NASA到国

    会去申请基金资助，只需要说一个词：苏联!国会就会打开它的

    支票夹，然后询问：“要多少？”但那些日子已经一去不复返了。

    艾萨克·阿西莫夫曾经说过，我们只要努力触地得分一次，然后就

    可以拿起橄榄球回家了。

    事情最终在2011年到了危急关头，时任美国总统巴拉克·奥巴

    马发动了一个新的“情人节大屠杀”。在这场凶猛的行动中，他停

    止了星座项目(为了取代航天飞机)、探月项目，还有火星项

    目。为了减轻公众的纳税负担，他不再资助这些项目了，并希望

    由私人部门来弥补这些差额。太空项目的2万资深员工瞬间被解

    雇了，NASA最优秀、最聪明的集体智慧被抛弃了。最大的耻辱

    是美国的宇航员们，他们在经历了与苏联宇航员几十年的白刃战后，现在将被迫搭乘俄罗斯发射的火箭。似乎，太空探索的全盛

    时期结束了，一切都跌入谷底。

    问题可以用一个4个字母的单词来总结——c–o–s–t(花

    费)。基本上，把任何一件1磅重的物品送到近地轨要花费1万美

    元。想象一下，你的身体是用纯金做成的——那大约就是把你送

    入太空轨道所需的费用。而如果是去月球，花费大约为每磅10万

    美元；去火星的费用更高，大约为每磅100万美元。因此，把一

    名宇航员送到火星的总费用大约为4000亿～5000亿美元。

    我住在纽约。对我来说，当航天飞机被搬到这座城市的时

    候，那是悲伤的一天。好奇的游客们排成队，看着停在大街上的

    航天飞机欢呼雀跃，但事实上，这意味着一个时代结束了。这架

    航天飞机放在那里做展览，最终停在了第42大街的柱子边。在看

    不到任何替代者的情况下，这感觉好像我们放弃了科学，也放弃

    了我们的未来。

    回过头来看那些黑暗时期，会让我回想起15世纪伟大的中国

    船队的遭遇。那时候，中国人是科学和探索领域无可争议的领导

    者。他们发明了火药、指南针，还有印刷术。他们在军事力量和

    技术上也是空前的。与此同时，中世纪的欧洲饱受宗教战争摧

    残，陷入了宗教法庭、巫术审讯和迷信的困境，就连伟大的科学

    家和梦想家，如布鲁诺和伽利略，要么被活活烧死，要么被软

    禁，他们的作品也被封禁。那时候的欧洲是技术的纯输入者，而

    不是创新的源头。

    在商船领路人郑和的带领下，中国皇帝派出了有史以来最雄心勃勃的海军探险队，这支队伍由317艘大船组成，还有2.8万名

    水手，每一艘船都比哥伦布的船大5倍。这样的场景在之后的400

    年里没有再次上演。1405—1433年，郑和不是一次，而是七次穿

    过已知的世界航行，环绕东南亚，经过中东，最终到达东非。有

    一些古代奇怪动物的木刻，像长颈鹿，就是他在航行中发现并带

    回宫廷中展示的。

    但是当这位皇帝去世后，新的统治者认为探索和发现无用武

    之地。他甚至下令任何一个中国国民都不能拥有船只。舰队船只

    被丢弃，任由其腐烂或被烧毁，郑和的伟大成就被尘封起来。后

    面的皇帝奉行闭关锁国政策。中国开始封闭，这带来了灾难性的

    后果，最终导致国力衰退、政权崩塌、混乱、内战，还有革命。

    我有时候想，一个国家在享受了几十年的安逸之后，是多么

    容易陷入自满和毁灭。科学是繁荣的发动机，那些放弃科学和技

    术的国家最终会走向衰败。

    美国的太空项目同样陷入了衰退。但是现在，政治和经济环

    境在改变。一套崭新的角色阵容正在走向舞台中心。勇敢的宇航

    员们正在被冲劲十足的亿万富翁企业家替代。新思想、新能源和

    新资金正在推动这次复兴。但是私人资金和政府资助的结合能铺

    平通向天堂的路吗？

    第2章 太空旅行的新黄金时代

    你的光芒是我精神的源泉。你是我的太阳，我的月亮以及我

    所有的星星。——E.E. 卡明斯

    不像中国海洋舰队经历了几世纪的没落，美国载人太空项目

    在冷落了十年后，正在经历重生。许多因素正在扭转这一趋势。

    其中一个是来自硅谷的企业家注入的资源。私人资金和政府

    财政的罕见组合使制造新一代的火箭成为可能。同时，太空旅行

    花费的减少使得一系列的项目变成可能。公众对太空旅行的支持

    也达到了最高点，因为好莱坞电影和电视剧重新点燃了美国人对

    太空探索的热情。

    而且最重要的是，NASA最终重新找回了工作重点。2015年

    10月8日，在经过多年的混乱、动摇和犹豫不决后，NASA终于宣

    布了它的长期目标：把宇航员送上火星。NASA甚至给自己描绘

    了一组粗略的目标，从回到月球开始。即使不是一个最终的目

    标，月球只是登陆火星这个更宏伟目标的一个跳板，这也让这个

    曾经漫无目标的机构突然有了方向。分析人士为这个决定欢呼，并将此举总结为NASA再一次夺回了太空探索的领导地位。

    所以首先，让我们来谈谈离我们最近的天体邻居——月球，然后再飞向更遥远的深空。

    回到月球

    NASA回到月球的信心是SLS(太空发射系统)重型推进火

    箭和猎户座号太空舱的组合，它们都是时任美国总统奥巴马在21

    世纪初，经费削减后遗留的项目。那时他取消了星座计划，但是

    NASA还是挽救了星座计划的太空舱、猎户座号太空舱，还有SLS重型推进火箭。当时它们还处于计划阶段，而且由完全不同

    的项目发起，最后修补到一起成了NASA的基本发射系统。

    当前，SLS猎户座号火箭被列入2020年中期载人月球飞行计

    划中。首先，你会注意到这个组合系统看起来一点儿也不像它的

    直系前任——航天飞机，反而有点儿像土星5号火箭。在大约45

    年的时间里，土星5号已经成了一件博物馆展品。但在某种意义

    上，它又以SLS重型推进火箭的形式复活了。看着这个组合系

    统，你会有某种似曾相识的感觉。

    SLS能够承载130吨的负荷。它有322英尺高，可以和土星5号

    火箭相媲美。与坐在航天飞机火箭一侧的飞船里不同，坐在推进

    火箭顶端的太空舱里，就像土星5号上的阿波罗号宇宙飞船那

    样，因为SLS猎户座号的设计主要是为了运送宇航员而不是货

    物。此外，SLS猎户座号的设计不仅仅是为了到达近地轨道。它

    还要像土星5号一样，速度能达到地球的逃逸速度。

    猎户座号太空舱可以搭载4～6名成员，而土星5号火箭运载

    的阿波罗号太空舱只能容纳3人。像阿波罗号太空舱一样，猎户

    座号太空舱的内部也很狭窄。它的直径有16英尺，高11英尺，重

    5.7万磅。(因为空间是第一优先考虑要素，所以历史上的宇航员

    都是小个子。例如，尤里·加加林只有1.57米。)

    此外，不像土星5号火箭，是专门为飞到月球而设计的，SLS

    火箭几乎能把你带到任何地方——月球、小行星，甚至火星。

    亿万富翁们受够了NASA官僚作风的缓慢步伐，想尽快把宇航员送到月球甚至火星上去。时任总统奥巴马的提案迷惑了这些

    年轻的企业家，因为提案说私人企业可以接管载人太空项目。

    NASA的拥护者声称其谨慎的步伐是出于安全的考虑。由于

    航天飞机两次带来灾难性的后果，国会听证会几乎在公众的强烈

    反对声中完全关闭了太空项目。所以只要再有一次这种程度的失

    事就会终结这个项目。此外，他们还指出，在20世纪90年代，NASA曾试图采用“更快，更好，更便宜”的标语。然而，1993

    年“火星观察者号”在即将进入火星轨道时，由于燃料箱破裂而失

    去了控制，于是许多人认为，NASA可能对此项目太过仓促了，而后“更快，更好，更便宜”的标语被悄悄地放弃了。排列的这组图片比较了最初把宇航员带到月球的土星5号火箭和航天飞机，以

    及其他正在测试中的推进火箭。

    因此，需要在想要加快步伐的急性子人群和对安全与失败代

    价风声鹤唳的官僚中找到一个微妙的平衡。

    尽管如此，两位亿万富翁已经在快速发展太空项目方面占据

    了领先位置：亚马逊的创始人兼《华盛顿邮报》的老板杰夫·贝索

    斯，还有Paypal(在线支付服务商)、特斯拉和美国太空探索技术公司(SpaceX)的创始人埃隆·马斯克。

    媒体已经开始炒作有关“亿万富翁争夺战”的话题。

    贝索斯和马斯克都想把人类送到外太空去。而马斯克已经将

    眼光瞄准了火星，贝索斯则有一个更直接的目标——到月球上

    去。

    去月球

    来自四面八方的人聚集到了美国佛罗里达州，希望能看一眼

    第一个把宇航员送上月球的登陆舱。月球登陆舱在人类历史上史

    无前例地在一次航行中搭载三名宇航员，与另一个天体相遇。到

    达月球的旅行要花费三天时间，宇航员将经历前所未有的体验，例如失重。在经历了一次英勇的航程后，飞船会安全地落到太平

    洋上，飞船上的成员将会以英雄的身份凯旋，为世界历史翻开新

    篇章。

    所有的计算都用牛顿定律完成了，并确保了一次精确的航

    行。但是有一个问题，事关儒勒·凡尔纳1865年出版的一本具有预

    见性的小说《从地球到月球》中的一个故事。那时美国南北战争

    刚刚结束。月球之旅的组织者不是NASA的科学家，而是巴尔的

    摩枪支俱乐部成员。

    真正卓越的是儒勒·凡尔纳在第一次登月的100多年前，就能

    够预言那么多月球航行的实际特点。他能够正确描绘太空舱的尺

    寸、发射的地点，还有回到地球时着陆的方法。他这本书唯一的瑕疵是使用了一门口径巨大的火炮来把宇航

    员送到月球。发射时的瞬时加速度大约是引力的2万倍，这是飞

    船上任何一位成员都无法承受的。然而，在液态燃料火箭出现之

    前，凡尔纳没有其他方法来想象这个旅行。

    凡尔纳还假设了宇航员会经历失重，但这只有当他们处于月

    球和地球中间的某个点上时才会发生。他没有意识到宇航员在整

    个航程中都是处于失重状态的。(即使今天，评论员还是会对失

    重问题犯错误，有时说那是由于太空中没有引力造成的。事实

    上，太空有非常强大的引力，足以驱使像木星一样巨大的行星围

    绕太阳转。失重是由这样一种事实造成的：每样东西都以同样的

    速率下落。所以在宇宙飞船中的宇航员将会以和飞船一样的速率

    下落，并产生一种错觉，认为引力消失了。)

    今天，并不是巴尔的摩枪支俱乐部成员的私人财富在推动着

    这项新的太空竞赛，真正的推动力是像杰夫·贝索斯这样的富翁的

    支票夹。他没有等待NASA用纳税人的钱来建造火箭和发射架，而是成立了自己的公司“蓝色起源”。他用自己的钱来建造这些东

    西。

    这个项目已经完成了计划阶段。蓝色起源公司已经建造了自

    己的火箭系统，名为“新谢泼德号”(New Shepard)(以第一位通

    过亚轨道火箭进入太空的美国人艾伦·谢泼德的名字命名)。事实

    上，新谢泼德号火箭是世界上第一艘成功回到初始发射平台的亚

    轨道火箭，一举打败了埃隆·马斯克的战隼号火箭(第一艘可重复

    使用并向地球轨道输送有效载荷的火箭)。贝索斯的新谢泼德号火箭只是亚轨道火箭，这意味着它不能

    以每小时1.8万英里的速度进入近地轨道。虽然它也不能带我们到

    月球上去，但可能是第一艘可以带游客看一眼太空的美国火箭。

    蓝色起源近期发布了一段视频，是在新谢泼德号上的假想视频，看上去就像你在一艘豪华游轮的头等舱里。当你进入太空舱后，它宽敞的空间将给你留下深刻的印象。远不像科幻电影里看到的

    狭窄空间，那里有充裕的空间留给你和其他5位旅行者坐上豪华

    的躺椅，那时你会立刻陷入黑色的真皮座椅中。你可以通过2.4英

    尺宽、3.5英尺高的巨大窗子往外看。“每个座位都有窗子，那是

    太空最大的窗子。”贝索斯声称。太空旅行从未如此华丽。

    因为将要进入外太空，你必须准备一些预防措施。在旅行的

    两天前，你要飞到得克萨斯州的范霍恩，那里有蓝色起源公司的

    发射装置。在那里，你将遇到你的旅行伙伴，并听取机组人员的

    简短讲话。因为这个旅行是完全自发的，机组成员并不随旅行者

    一起飞上天空。

    你的指导员向你解释整个旅行将耗时11分钟，你将垂直升空

    62英里，到达大气层和外太空的边界。在那里，天空将会变成暗

    紫色，然后变得一片漆黑。一旦太空舱到达外太空，你就能解开

    座位安全带，然后体验4分钟的失重。你会像一名杂技演员一样

    飘浮，不受地球引力的束缚。

    有些人在体验失重的时候会晕机并呕吐，但这不是什么问

    题，指导员如此解释道，因为这个旅行的时间非常短。

    (为了训练宇航员，NASA使用了“呕吐彗星”，那是一架能够模拟失重的KC–135飞机。呕吐彗星会在垂直升起后突然关闭

    它的引擎大约30秒，然后落下。宇航员就像被扔到空中的石头，经历自由落体运动。当飞机重新启动引擎后，宇航员会落到地板

    上。这个过程会重复几个小时。)

    在新谢泼德号旅行的最后，太空舱会打开降落伞然后用它自

    己的火箭缓缓降落，回到地面。它没有在海洋中降落的必要，也

    不像航天飞机，而是有一个安全系统。如果在发射过程中发生误

    点火，你可以从火箭中被发射出去。(“挑战者号”航天飞机就没

    有这样一种发射系统，7名宇航员因此丧生。)

    蓝色起源还没有公布这次进入太空的亚轨道旅行的价格表，但是分析专家认为初始价格可能是每位旅行者20万美元左右。这

    是另一位亿万富翁理查德·布兰森正在开发的一款亚轨道火箭单次

    旅行的价格。他曾在太空探索史上留下了自己的印记。布兰森是

    维珍大西洋航空公司和维珍银河系公司的创始人，他还支持了航

    空工程师伯特·鲁坦的探索。2004年，鲁坦的“宇宙飞船1号”因赢

    得4000万美元的安萨里X奖而登上头条。宇宙飞船1号能够到达地

    球表面70英里之上的大气层边缘。尽管“宇宙飞船2号”在2014年

    飞越莫哈韦沙漠上空时发生了一次致命的事故，但是布兰森还是

    计划继续测试火箭并把太空旅行变成现实。时间将告诉我们，哪

    个火箭系统会获得商业成功。但似乎很明显，太空旅行将会成为

    生活的一部分。

    贝索斯正在制造另一艘火箭，用它把人类送入地球轨道。那

    是“新格列号”火箭，它以第一位进入地球轨道的美国宇航员约翰·

    格列的名字命名。这艘火箭将会是一个三级火箭，立起来有313英尺高，能产生380万磅的推力。尽管新格列号火箭还处于设计

    阶段，贝索斯已经暗示他正计划制造一艘更加先进的火箭，名

    为“新阿姆斯特朗号”。也许它能飞越地球轨道，然后一直到达月

    球。

    当他还是个孩子的时候，贝索斯就梦想着到外太空去，同行

    者主要是《星际迷航》里“企业号”的成员。他希望参与到基于这

    部电视剧而创作的戏剧中，扮演斯波克，柯克船长，哪怕是里面

    的计算机角色。高中毕业时，大部分青少年可能会幻想他们的第

    一辆汽车或者毕业舞会，但那时他拟定了下一个世纪的梦想计

    划。他说自己想“在太空建造旅馆、游乐场、游艇和移民地，让

    两三百万人绕着地球飞行”。

    “这个想法就是保护地球……目的是让人类能够撤离。这颗

    星球将成为一个花园。”他写道。正像贝索斯看到的，地球上的

    污染行业最终会被转移到太空中去。

    为了用实际行动证明自己，成年后，他成立了蓝色起源公司

    来建造未来的火箭。他的火箭公司的名字指的就是地球这颗行

    星，因为从外太空看，它是一颗蓝色的球。他的目标是“为付钱

    的顾客开发太空旅行项目。蓝色的梦想非常简单”。他说道：“我

    们想看到上百万的人在太空生活和工作。虽然那将花费很长时

    间，但是我想那是一个值得实现的目标。”

    2017年，他宣布了蓝色起源的一个短期计划，为月球建立一

    套传输系统。他规划了一项宏大的工程。就像在亚马逊网站只要

    点击一下鼠标就能迅速地投递许多种不同的商品，这个工程可以向月球投递机器、建筑材料以及商品和服务。月球曾经被认为是

    太空中一所孤独的前哨站，现在将成为一个热闹的工业和商业中

    心，配有永久的人类基地和制造业。

    这段不经意的关于在月球上建造城市的对话，可能会被一般

    人当成古怪的疯言乱语而被忘掉。但是当它是从地球上最富有的

    人嘴里说出来，而他的听众是总统、国会和《华盛顿邮报》的编

    辑们时，这件事情就会被非常认真地对待。

    永久的月球基地

    为了支付这些远大工程的开销，天文学家已经研究了在月球

    上采矿的物理条件和经济性，并注意到至少有三个潜在的资源值

    得开发。

    20世纪90年代，一次不经意的发现引起了科学家的注意：在

    月球的南半球存在大量的冰。在那里，在大型山脉和陨石坑的阴

    影里，有一处永久的黑暗之地处于冰点之下。这片冰的起源大概

    是在太阳系早期历史上的一次彗星碰撞。彗星主要由冰、尘埃和

    岩石构成，所以任何一个撞到这些月球阴影区域的彗星都可能留

    下这片水和冰。这些水反过来可以转化成氧和氢(这恰好是火箭

    燃料的主要成分)。这可以使月球成为一个宇宙加油站。这些水

    还可以净化后用来饮用，或者用来建设一个小型的农场。

    事实上，另一群硅谷的企业家已经成立了一家名为“月球快

    车”的公司，用来推进从月球采冰的准备工作。这是史上第一家

    得到政府许可开始这种商业活动的公司。然而，月球快车的主要目标非常审慎。这家公司计划将一辆月球车送到月球上，系统地

    寻找冰矿场的存在。这家公司通过私人基金筹集了足够多的钱来

    完成这项计划。随着资金的到位，所有的系统都将开始运转。

    科学家已经分析了阿波罗号宇航员带回的月球岩石，并且相

    信月球上存在其他具有显著经济意义的元素。稀土元素对电子工

    业至关重要，但大都只有在中国才能找到。(稀土元素在世界各

    地都有小量分布，但中国的稀土行业占据了全世界交易量的

    97%。中国的稀土储量大约占全世界储量的30%。)有估计表

    明，这类稀土元素供应将在未来几十年里枯竭，因此迫切需要寻

    找替代元素。在月球的岩石里已经发现了稀土矿，所以有一天可

    能从月球上提取它们会更划算。铂是另一种对电子工业非常重要

    的元素，在月球上也发现了类似铂的矿物，它可能是古代小行星

    撞击留下的。

    最后，还有可能找到在核聚变中非常有用的氦–3。氢原子在

    极端高温条件下聚合到一起，这种反应就是氢的核聚变，会产生

    氦和大量的能量。这些多出来的能量可以用来驱动机器。然而，这一反应过程也会产生大量的中子，这是非常危险的。在聚变过

    程中加入氦–3的优点是，这个过程会释放一个质子。而质子可以

    很容易地用电磁场控制和转向。热核反应堆还是高度试验性的，而且至今为止，地球上还不存在。但是如果能成功地开发它们，就可以从月球上开采氦–3，就能为将来的热核反应堆提供原料。

    但是这也引出了一个棘手的问题：在月球采矿是否合法。或

    者说，可以在那里划界宣布主权吗？1967年，美国、苏联和许多其他国家签署了《外层太空条

    约》，禁止任何国家声明对月球这样的宇宙天体享有所有权。它

    禁止在地球轨道使用核武器，也禁止在月球或太空其他任何地方

    使用核武器。对这些武器的试验也被禁止。《外层太空条约》是

    第一个也是迄今唯一一个这类协议。

    然而，这个协议没有提到任何关于私人拥有土地或使用月球

    资源进行商业活动的内容，这大概是因为那些起草协议的人不相

    信私人有能力到达月球。但是这些问题必须尽快解决，特别是现

    在太空旅行的价格在持续下降，那些亿万富翁想要将外太空开发

    利用商业化。

    中国人已经宣布，他们将在2025年把宇航员送上月球。如果

    中国人能在月球插上自己的旗子，那将是具有象征性的。但是如

    果一些私人开发者通过他们的私人宇宙飞船到达月球后，划界宣

    布个人所有权，那将会发生什么？

    一旦解决了这些技术和政治问题，下一个问题就是，真的住

    在月球上会怎么样？

    住在月球

    我们最早的宇航员只在月球上待了很短的时间，通常是几

    天。为了建造第一所载人前哨站，未来宇航员将要在那里度过更

    长的时间。他们将需要调整以适应月球条件，那里和地球上的条

    件完全不同。

    限制我们的宇航员在月球上停留时间的因素有食物、水和空气的供应等，因为他们几个星期就将耗尽所携带的补给。一开

    始，所有的东西都必须从地球上运输过去。月球无人探测器还要

    每隔几周就给空间站运送补给。这些运输系统将成为宇航员的生

    命线，所以它们发生的任何事故都可能变为紧急事件。建设月球

    基地，即使只是一个临时基地，为宇航员要做的第一件事可能就

    是生产呼吸用的氧气和种植他们自己的食物。有许多化学反应可

    以释放氧气，水源的出现提供了现成的供应。而且这个水源也可

    以用在水田里种植农作物。

    幸运的是，与地球间的通信将不会是什么问题，因为无线电

    信号从月球到地球只需要几秒钟。除了这一点点的延迟，宇航员

    还可以像在地球上一样使用他们的手机和互联网，所以他们可以

    和自己亲密的人保持联系，并接收最新的消息。

    一开始，我们的宇航员必须住在太空舱的内部。当他们出去

    探险时，第一件事就是展开太阳能电池板收集能量。因为月球上

    的一天相当于地球上的一个月，月球上的任何地方都是两周白天

    接着两周黑夜。因此他们需要大块的电池来储存那两周“白天”收

    集的能量，以便在接下来的漫长“黑夜”中使用。

    一旦到了月球，有几个原因会促使宇航员想到极区去。在极

    区的几座山峰上，太阳是永远不落的，所以一个配有几千个太阳

    能板的太阳能农场能提供持续稳定的能量。宇航员也许还能获得

    在极区巨大山脉和陨石坑的阴影处的水源。有估计认为，在北极

    地区也许能找到6亿吨的冰。一旦开始开采作业，就可以大量收

    集这些冰，并将其净化为饮用水使用，这些冰还可以用来制造氧

    气。开发月球上的土壤也是可能的，那里含有惊人储量的氧气。事实上，每1000磅月球土壤中就含有大约100磅氧气。

    宇航员还必须调整适应月球的低重力。根据牛顿的引力理

    论，任何星球的引力大小都和它的质量相关。月球的引力大约是

    地球的16。

    这意味着，在月球上，即便移动很重的机器也很容易；逃逸

    的速度也慢很多，所以火箭在月球上的起飞降落也将容易很多。

    在将来，人类很有可能在月球上建造一座繁忙的太空港。

    但是我们的宇航员还必须重新学习简单的动作，比如走路。

    阿波罗号宇航员认识到在月球上走路是非常别扭的一件事。他们

    发现，最快能掌握的动作是蹦。因为月球上的低重力，你蹦一下

    比迈一步移动得更远，而且也更容易控制你的运动。

    另一个需要应对的问题是辐射。持续几天的任务并不是什么

    严重的问题。但是如果宇航员需要在月球上待几个月，他们的身

    体就得长时间暴露在辐射中，这可能严重地增加他们患癌症的风

    险。(在月球上，再简单的疾病问题也可能升级成对生命的威

    胁。所以所有宇航员必须进行急救训练，他们中的一些人可能还

    是医生。例如，如果一名宇航员在月球上心脏病发作或者患上阑

    尾炎，医生很可能将利用特殊工具与地球建立远程会议系统，通

    过遥控的方式来进行手术。机器人也可以被带去，通过地球上技

    术高超的医生的引导，做多种形式的显微手术。)宇航员还需要

    从监控太阳活动的天文学家那里获得每天的“天气报告”。这些天

    气预报不需要指出即将到来的暴风雨，但需要对活跃的太阳耀斑

    活动给出警报。这些活动将向太空发出炙热的辐射流。如果太阳上发生大爆炸，宇航员就会被告知寻找掩蔽体。警告发出后，宇

    航员将有几个小时的时间，在一场致命的亚原子带电粒子风暴袭

    击基地前做好准备。

    规避辐射的一种方法大概是在月球的熔岩洞穴里挖一座地下

    的基地。这些地下洞穴是古代火山的遗迹，可能很大，直径可达

    1000英尺，可以提供足够的保护，使宇航员免受来自太阳和外太

    空的辐射。

    一旦宇航员建立起临时的防护，就会有大量来自地球的机械

    和补给运输，为建造永久的月球基地做好准备。运输已经预先建

    造的材料和可充气的物品将会加速这个进程。(在电影《2001太

    空漫游》中，宇航员住在巨大的现代化地下月球基地中，里面配

    有着陆平台可用于火箭着陆，也可作为协调月球采矿作业的总

    部。我们的第一座月球总部的功能也许不会那么全面，但电影里

    出现的场景大概不久就会实现。)

    在建造这些地下基地的过程中，你将不可避免地想要具备建

    造和修理机器的能力。尽管推土机和起重机这样的大型设备必须

    从地球运输过来，但是通过3D打印，宇航员也能在现场制造小型

    的塑料机器零部件。

    理想的情况下，工厂将会用金属建造而成。但是不太可能建

    一座高炉，因为无法提供熔炉需要的空气。然而，实验表明，月

    球的土壤在被微波加热后，可以熔化和熔融，制成像岩石一样硬

    的陶瓷砖块，这些砖块可以用作整个月球基地的基本建筑材料。

    原则上，所有的基础设施都可以用这种材料来建成，这种材料可以直接从月球土壤里采集。

    月球上的娱乐消遣

    最后，还有一些消遣项目可以帮助宇航员释放压力。当“阿

    波罗14号”在1971年登陆月球时，NASA并不知道指挥官艾伦·谢

    泼德秘密地将一支6号高尔夫球杆偷偷带进了太空舱。当他把球

    杆拿出来然后在月球表面用一个高尔夫球打出200码[5]

    时，所有

    人都非常吃惊。这是第一次也是仅有的一次人类在另一个天体上

    从事一项体育活动。(这支高尔夫球杆的复制品现在被陈列在华

    盛顿特区的史密森尼学会的国家航空航天博物馆。)由于月球表

    面缺乏空气和重力，因此在上面进行体育活动的确是一种特殊的

    挑战，但这也将带来非凡的体育成绩。

    阿波罗15、16和17号让我们的宇航员得以在满是灰尘的月球

    表面开着漫步车移动了17～22英里。这不仅是一项有价值的科学

    任务，还是一项刺激的探险，他们可以看到外面雄伟壮观的陨石

    坑和山脉，而且他们是第一批看到过这些令人震惊的景象的人。

    在未来，开着这些沙丘轻型车不仅有助于对月球表面进行调查研

    究，安装太阳能板和建设第一座月球站，它也会成为一种娱乐活

    动，甚至会使首届月球运动会成为可能。

    外星地貌的奇特景观可能会使月球旅游和探险成为一种流行

    的娱乐活动。在低重力的条件下，远足旅行者即使长途跋涉也不

    会感觉累。登山者用很小的力气就能用绳索从山崖边上下来。在

    陨石坑和山脉的山顶上，他们将会看到前所未有的月球地貌景

    观。毫不夸张地说，那里几十亿年来都未曾有人到达。那些喜欢探索洞穴的人将会非常激动地研究月球上交错的巨大岩浆洞穴

    网。在地球上，这种洞穴是由地下河流雕刻而成的，并以钟乳石

    和石笋的形式保留了古代水流过的证据。但是在月球上，没有明

    显的液态水存在。因此月球上的洞穴被熔化的岩浆流重塑。它们

    和我们在地球上看到的山洞是完全不同的。

    月球从何而来？

    一旦采矿作业成功地开发出在月球表面勘探到的资源，我们

    的目光就不可避免地转向更加富饶的地下财富。找到它们将会改

    变经济格局，就像在地球上碰巧意外发现了石油一样。但是月球

    的内部是什么样的？为了回答这个问题，我们必须思考另一个问

    题，月球从何而来？

    在上千年的时间里，月球的起源一直吸引着人类。因为月亮

    统治着黑夜，人们常常将它和黑暗还有疯狂联系到一起。疯狂

    (lunatic)这个单词来自月(luna)，即拉丁语月亮的意思。

    古代的海员痴迷于月球、潮汐和太阳的联系，并且正确地确

    定了三者的紧密关联。

    古人还注意到另一个有趣的事实：你只能看到月球的一侧。

    想想一直以来你看到的月亮，你就会意识到自己一直在看月亮的

    同一侧。

    艾萨克·牛顿最终把这些谜一样的碎片拼到了一起。他计算了

    由月球和太阳对地球海洋的吸引力引起的潮汐现象。他的理论表

    明，地球也会在月球上引发潮汐效应。因为月球是由岩石构成的，没有海洋，它实际上是在被地球挤压，而这种力量使它轻微

    地隆起。它曾经一度在绕着地球旋转的轨道上自转。最终，这种

    旋转变慢，直到月球的自转被地球锁定，因此它朝向我们的总是

    同一面，这就叫潮汐锁定。这种现象在整个太阳系都会发生，包

    括木星和土星的卫星。

    使用牛顿定律，你还能确定潮汐力正在使月球缓慢地沿螺旋

    路线远离地球。它的轨道半径每年增大1.6英寸[6]。若想测量这个

    微小的变化，我们可以通过向月球发射激光，然后计算这束激光

    返回地球所需的时间——我们的宇航员在月球上留下了一面镜

    子，可以帮助我们完成这个试验。这个来回只需要大约两秒，但

    是这个数值正在逐渐增加。如果月球正在螺旋式飞离，那么，通

    过倒推法，我们就能估算出它过去的轨道。

    一个快速的计算表明，月球是在几十亿年前和地球分离的。

    现代证据表明，45亿年前，在地球形成后不久，地球和某一颗巨

    大的小行星发生过一次惊天动地的碰撞。这颗小行星，我们叫

    它“忒伊亚”(Theia)，大小和火星差不多。计算机模拟让我们对

    这次碰撞有了深入的了解，它把地球撞下来巨大的一块，然后把

    它抛到了太空中。但是因为这次碰撞是一次侧面撞击而不是正面

    对撞，所以没有带走太多地球内部的铁芯。因此，尽管月球上也

    含有一些铁元素，却没有明显的磁场，因为它缺少一个熔融状态

    的铁核。

    在碰撞后，地球就像吃豆人游戏里的那个小人，被吃掉巨大

    的一角。但是由于引力的作用，月球和地球最终又都被塑造成了

    球形。碰撞理论的证据是由宇航员提供的，他们在登月的历史性旅

    途中带回了重842磅的岩石。天文学家发现，月球和地球有着近

    乎相同的化学成分，包括硅、氧和铁。相比之下，对小行星带上

    的岩石的随机分析却显示，它们的成分和地球非常不一样。

    在伯克利辐射实验室做理论物理研究生时，我接触到了月球

    的岩石。我有机会在高倍显微镜下观察，我对我看到的景象感到

    吃惊。这些岩石上有微型陨石坑，这是几十亿年前撞到月球上的

    微流星造成的。然后，更深入地，我看到陨石坑内的陨石坑，这

    里面甚至还有更小的陨石坑。在地球上，像这种在一连串的陨石

    坑内还有陨石坑的结构是不可能存在的，因为微流星在通过大气

    层时就被蒸发了。但是，因为月球没有大气层，这些微流星能撞

    到月球的表面。(这意味着，微流星可能也是宇航员登月时面临

    的一个问题。)

    因为月球的组成成分和地球很相似，所以事实上，如果你想

    在月球上建造城市，从月球内部开采才真正有意义。如果月球岩

    石只提供我们已有的东西，那么把它带回地球可能过于昂贵了，但是月球上的物质对于在月表建造建筑物、道路和月球高速公路

    等基础设施可能有极大的价值。

    在月球上行走

    如果在月球上脱下宇航服会发生什么？没有了空气，你可能

    会窒息，但是还有一些更令人不安：你的血液会沸腾。

    在海平面上，水会在212华氏度[7]

    或100摄氏度沸腾。水的沸点随着大气压强的下降而下降。在孩提时代，我有一天在上山露

    营的时候就生动地验证了这个原理。我们用平底锅煎蛋。这些蛋

    在锅里咝咝作响，看起来很好吃。但是吃它们时我差点儿吐出

    来。它们尝起来很糟糕。然后我才知道，当登上高山时，大气压

    强开始下降，水的沸点随之降低。尽管鸡蛋被煎得起泡，看起来

    像煎熟了，但它们永远也不会熟透。这些煎蛋根本不够热。

    小时候过圣诞节时，我也遇到过类似的事情。我们家里有老

    式的圣诞节彩灯，它的电子固定装置的上面都有垂直的细水管。

    打开时非常好看，管子中色彩鲜艳的水开始沸腾。然后我做了一

    件愚蠢的事。我用手指直接去握那些有沸水的管子。我立刻想到

    会被沸腾的水的高温烫伤，但是我几乎没有什么感觉。多年后，我意识到当时发生了什么。水管内是半真空的，因此水的沸点降

    低，即使一个很小的电子固定装置的热量都可以使液体沸腾，但

    是那沸腾的水一点儿也不热。

    如果宇航员的宇航服在太空或月球上漏气了，那他们将会遇

    到同样的物理状况。随着空气从宇航服中泄漏出去，里面的压强

    下降，水的沸点也随之下降。最终，宇航员体内的血液将开始沸

    腾。

    坐在地球的椅子上，我们忘记了每平方英尺几乎有15磅重的

    气压压在我们的皮肤上，因为我们头顶上有一大团空气。为什么

    我们没有被压垮？因为我们身体内有15磅重的压力在向外推。它

    们达到了平衡。但是如果是在月球上，我们身上那15磅重的压力

    就消失了。而我们只有来自体内向外的15磅重的压力。换句话说，在月球上脱下宇航服是一种非常难受的体验。最

    好一直都穿着它。

    一座永久的月球基地是什么样子的？遗憾的是，NASA还没

    有发布任何正式的蓝图，所以我们只能把科幻作家和好莱坞编剧

    的想象作为粗略的向导。但是一旦建立起月球基地，我们就会尽

    力使它完全实现自给自足。这样一个系统将极大地降低花费。但

    它也需要大量的基础设施：建造大楼的工厂，提供食物的巨大温

    室，产生氧气的化学工厂，还有提供能量的巨大太阳能板。为了

    能负担得起这些，人们需要收入来源。因为月球大部分是由和地

    球一样的矿物构成的，所以我们需要把目光放得更远，寻找收入

    来源。这也是硅谷的企业家已经把他们的目光放到了小行星上的

    原因。太空中有上百万颗小行星，它们也许就是数不清的财富之

    源。

    第3章 开采天堂

    “杀手”小行星是自然的提问方式，“那个太空项目进展如

    何？”

    ——佚名

    托马斯·杰斐逊被深深地困扰着。

    他刚刚和拿破仑签订了超过1500万美元的合同，这在1803年

    是很大一笔钱，是他担任美国总统以来最具争议和涉及数额最大

    的决定。他使美国的国土面积增加了一倍。现在这个国家将一直

    延伸到落基山脉。购买路易斯安那州将可能是他总统生涯中最大的成就，也可能是最大的失败。

    看看地图，这次花巨资购买的土地在地图上还没有被完全标

    记出来，他在纠结将来是否会后悔这个决定。

    最终，他给梅里韦瑟·刘易斯和威廉·克拉克委派了一项任

    务，那就是去考察他买的土地。那里到底是一个等待移民的荒野

    天堂还是一片荒凉的废墟？

    私下里，他承认，无论如何可能都要花上1000年才能让人们

    在这么大的一片土地上定居下来。

    几十年后发生的一些事情改变了这一切。1848年，在美国加

    利福尼亚州的萨特山发现了金子。这个消息迅速传开，超过30万

    人像潮水一般涌入这个荒野之地寻找财富。来自各地的船只在旧

    金山港口成排地停泊。该州的经济规模迅速扩大。转年，加利福

    尼亚州申请成立州府。

    农民、大牧场主和商人紧随其后纷纷到来，这使得建成西部

    第一大城市成为可能。1869年，铁路修到了加利福尼亚，把它与

    美国的其他地区连接起来，支撑起了运输和贸易，促进了这个区

    域人口的快速增长。19世纪，人们的口头禅是：“去西部吧，年

    轻人。”淘金热极大地促进了人们对美国西部的开发和到那里定

    居，并使得所有这一切成为现实。

    今天，有些人怀疑对小行星带的开采可能会引发另一波在外

    太空的淘金热。私人企业家已经对开发这个区域和它说不清的财

    富表现出很大兴趣，而NASA已经资助了好几个这样的项目，目标都是把一颗小行星带回地球。

    下一次大扩张是小行星带？如果是这样，我们会如何运作和

    维持这种新型的太空经济？在19世纪西部蛮荒的农业供应链和未

    来的小行星供应链之间，人们可以想象一种潜在的类比。在19世

    纪初，成群的牛仔把西南地区农场主的牲口赶向1000英里外的城

    市，比如芝加哥。在那里，人们将牛肉加工好，然后用火车送到

    东部地区以满足城市地区的需要。就像早期这些牛仔将西南和东

    北地区联系起来一样，也许会有一个经济体把小行星带和月球及

    地球联系起来。未来月球将会像芝加哥一样，加工来自小行星的

    富有价值的矿物，然后把它们运送到地球。

    小行星带的起源

    在我们进一步探讨开采小行星的细节之前，先澄清一些我们

    经常混淆的术语也许是有帮助的，这些术语是流星、陨石、小行

    星和彗星。流星是划过天空时在大气层燃烧起来的岩石。流星的

    尾巴，指向运动的相反方向，这是由空气摩擦引起的。在晴朗的

    夜晚，你抬头凝视，几分钟就可以看到一颗流星划过。

    真正落到地球上的岩石叫作陨石。

    小行星是太阳系里的岩石碎片。它们大部分处在小行星带，是火星和木星之间一颗未成形行星的残骸。所有已知小行星的质

    量加起来只有月球质量的4%。然而，这些物体中的大部分还没有

    被我们探测到，它们可能高达几十亿个。大部分小行星运行在小

    行星带稳定的轨道上，但是偶尔会有一些小行星偏离轨道飞入地球大气层，燃烧起来成为一颗流星。

    彗星是一块含冰岩石，起源于地球轨道之外很远的地方。小

    行星都位于太阳系内部，但许多彗星的轨道达到了太阳系外层边

    缘的柯伊伯带，甚至超出太阳系延伸到奥尔特云之中。我们在夜

    空中看到的彗星是它们之中沿着轨道运行到太阳附近的成员。当

    彗星接近太阳时，太阳风会把彗星上的冰和尘埃粒子吹离彗星，形成一条背向太阳的尾巴，而不会偏离运动方向。

    多年来，对太阳系是如何形成的，我们已经有了大致图像。

    大约50亿年前，太阳是一团缓慢转动的巨大气体云，主要由氢

    气、氦气和尘埃构成。它的直径达到7光年(1光年是光走一年的

    距离，约6万亿英里)。因为质量巨大，它逐渐在引力作用下收

    缩。随着体积减小，它转得越来越快，就像花样滑冰选手在把他

    们的手臂收紧时会转得更快一样。最终，这团气体云凝聚成一个

    以太阳为中心的快速旋转的圆盘。环绕着它的气体尘埃盘开始形

    成原行星，随着它们持续吸收物质而变得越来越大。这个过程解

    释了为什么会出现所有的行星沿着同样的方向，在同一个平面绕

    着太阳旋转的现象。

    人们相信其中一颗原行星离最大的行星木星太近了，以致被

    它强大的引力撕裂，形成了小行星带。另外一种理论认为，小行

    星带可能起源于两颗原行星的碰撞。

    太阳系可以被描绘成围绕太阳的4个带：最内侧是由岩石行

    星构成的带，包括水星、金星、地球和火星；然后是小行星带；

    在这之外是气体巨行星带，由木星、土星、天王星和海王星组成；最后是彗星带，也被称为柯伊伯带。而在这4个带的外面，有一个名为奥尔特云的球状彗星云包围着太阳系。

    水是一种简单的分子，在太阳系早期是一种常见的物质，但

    是因与太阳的距离远近而呈现不同的物态。我们在水星和金星上

    发现，当水离太阳很近时，会蒸发变成蒸气。地球距太阳要远很

    多，所以水以液态形式存在。(有时候它也被称为“金发姑娘

    带”[8]

    ，那里的温度适合液态水的存在。)在这个距离之外，水就

    变成冰了。所以火星以及在那之外的行星和彗星上的水主要是冰

    冻形态。

    开采小行星

    了解小行星的起源以及它们的成分，对开采作业起着决定性

    作用。

    开采小行星的想法并不像它看上去那么荒谬。我们其实对它

    们的组成有相当程度的了解，因为它们中的一些撞到了地球上。

    小行星由铁、镍、碳和钴组成，而且它们还含有大量的稀土和贵

    金属，比如铂、钯、铑、钌、铱和锇。这些元素天然地存在于地

    球上，但是它们非常稀少和昂贵。地球上这些资源的供应将在未

    来几十年内枯竭，从小行星带中开采它们将是非常经济的选择。

    而且小行星一旦被轻推进入月球轨道，就可以被随意开采。

    2012年，一群企业家成立了一家名为行星资源的公司，从小

    行星上提取贵重矿物并把它们带回地球。这个雄心勃勃并且有着

    潜在巨大利润的计划获得了硅谷一些大佬的支持，包括谷歌母公司Alphabet股份有限公司的CEO(首席执行官)拉里·佩奇，及其

    执行总裁艾瑞克·施密特，还有奥斯卡最佳导演奖得主詹姆斯·卡

    梅隆。

    从某种意义上讲，小行星就像一座在外太空飞行的金矿。例

    如，2015年7月，有一颗小行星飞到了离地球100万英里之内的距

    离，大约是地月距离的4倍。它的直径大约为900米(或者说3000

    英尺)，据估计，它的核心含有9000吨的铂，价值5.4万亿美元。

    行星资源公司估计，一颗直径为39米的小行星含有的铂，价值就

    可达250亿～500亿美元。这家公司做了充足的功课，做出一份列

    表，标记了邻近地球适宜开发的小行星。如果它们中的任何一颗

    能被成功地带回地球，都相当于一座矿物母脉，能为投资者提供

    丰厚的回报。

    在这约1.6万颗被认为是近地天体(那些轨道穿过地球轨道的

    小天体)的小行星中，天文学家鉴定甄选出12个非常适合带回地

    球的候选天体。它们每一个直径都在10英尺至70英尺之间，我们

    可以通过细微改变它们的轨迹，诱导其进入月球或地球轨道。

    但是近地之外还有许多其他的小行星。2017年1月，在一颗

    新的小行星即将从地球旁呼啸而过的几个小时内，天文学家意外

    地发现了它。它飞过地球时仅距离我们3.2万英里(或者说是地月

    距离的13%)远。幸运的是，它的直径只有20英尺，即使撞到我

    们也不会引发严重的灾害。然而，它的确进一步证实了有很多小

    行星会与地球擦肩而过，而它们中的大部分还没有被探测到。

    探索小行星小行星非常重要，NASA已经把探索它们作为火星计划的第

    一步目标。2012年，在行星资源公司大型新闻发布会公布其计划

    后的几个月，NASA就宣布了小行星机器人探矿者项目，这一项

    目将会分析从小行星采矿的可行性。而后，在2016年秋天，NASA发射了价值10亿美元的探测器——OSIRIS–REx，以飞赴小

    行星贝努。那是一颗直径1600英尺的小行星，它将在2135年经过

    地球。根据当时的估计，到2018年，这个探测器将会围绕着贝努

    运行，并在其表面着陆，然后将2～70盎司[9]

    的岩石带回地球进

    行分析。这个计划并不是没有风险，NASA担心即使轻微扰动贝

    努的轨道也可能使它在下一次经过地球时撞上地球(如果它撞上

    了地球，撞击的威力将相当于1000颗广岛原子弹)。但是这项任

    务能为拦截和分析太空物体提供宝贵的经验。

    NASA还在开发小行星转向任务，目标是从太空实际取回小

    行星石块。虽然经费还没有落实，但人们希望这个计划能为太空

    项目开辟一个新的收入来源。这一项目有两个阶段。首先，一个

    无人探测器会被送入深空，以拦截一颗小行星，这颗小行星已经

    用地球上的望远镜仔细地分析过了。在对其表面进行详细的调查

    研究后，探测器将在上面着陆，然后用钳状钩子抓取一块大石

    头。之后，探测器将点火飞向月球，用绳索把岩石拖回去。

    与此同时，一艘载人火箭会使用SLS重型推进火箭和猎户座

    号太空舱离开地球。太空舱和无人探测器都在月球轨道上运行，太空舱会停靠在探测器上。宇航员将离开猎户座号太空舱，进入

    探测器提取样本进行分析。最后，猎户座号太空舱会与无人探测

    器分离，然后返回地球，落到海洋里。这个任务一个可能的复杂之处在于，我们对小行星的物理结

    构还不是很了解。它们可能是固体，也可能是一些由引力束缚在

    一起的岩石块，如果是后者，当我们试图在上面着陆时，它们自

    己可能会散开。由于这个原因，在开展这项任务前，需要进行进

    一步的调查。

    小行星有一个值得注意的特征是，它们的形状极其不规则。

    它们常常看起来像变形的土豆，而且体积越小，形状越倾向于不

    规则。

    因此，这引出了一个孩子们经常问的问题：“为什么星星、太阳，还有行星都是圆的？为什么恒星和行星不会变成立方体或

    金字塔的形状？”由于很小的小行星质量很小，因此重塑它们需

    要的引力也很小，而大的天体，比如行星和恒星有强大的引力

    场。这个引力场是均匀的，而且是向内吸引的，因此会把一个不

    规则形状的物体挤成一个球形。所以，行星在几十亿年前不一定

    是圆的，但是随着时间的推移，引力场的吸引会把它们挤压成光

    滑的球形。

    孩子们经常提出的另一个问题是，当太空探测器穿过小行星

    带时，为什么它们不会被撞毁。在电影《星球大战》里，我们的

    英雄差一点儿就被四处乱飞的巨大岩石块撞倒。虽然好莱坞的描

    述令人激动，但幸运的是它并不能真正代表小行星带的密度。事

    实上，小行星带主要处于一个真空环境中，偶尔有飞过的岩石。

    当未来的开采者和移居者在寻找新大陆的过程中勇敢地面向外太

    空时，大部分时间，他们会发现小行星带是相对易于航行的。如果按照计划执行这些小行星的开发步骤，那么我们最终的

    目标将会是建立一座永久的基站以维护、再供给和支持未来的任

    务。小行星带中最大的天体谷神星可能是这个行动的最佳地点。

    像冥王星一样，谷神星(它的名字源于希腊神话中的农业女神，它也是单词谷物的来源。[10])最近被重新划分成一颗矮行星，而

    且我们认为它永远无法聚集足够多的物质来和周围的行星竞争。

    作为一个天体，它很小，大约是地球的14，没有大气层也几乎没

    有重力。然而，作为一颗小行星，它又是巨大的；直径大约580

    英里，或者说大概和得克萨斯州差不多大，质量占整个小行星带

    所有质量的13。考虑到它的弱引力，因而可能是一个理想的空间

    站，因为火箭将很容易着陆和离开这颗小行星，而这正是建造空

    间站非常重要的因素。

    NASA的“黎明号”小行星探测器于2007年发射，自2015年开

    始进入谷神星轨道。该计划发现谷神星是一个有大量陨石坑的球

    体，主要由冰和岩石构成。理论认为很多小行星和谷神星一样包

    含冰，可以用于加工提取出氢和氧，再作为燃料。最近，利用

    NASA的红外望远镜设备，科学家发现小行星忒弥斯女神24号完

    全被冰层覆盖，其表面存有机化学物质的迹象。这些发现增加了

    这个推测的真实性：小行星和彗星可能在几十亿年前把原始的水

    和氨基酸带到了地球上。

    与月球和行星相比，小行星很小，因而它们很可能不会发展

    成永久的移民城市。在小行星带建立一套稳定的通信将会非常困

    难。在小行星带的大部分地方，没有空气可以呼吸，没有水喝，没有能源可用，也没有土壤可以种植食物，更不用提那里没有重力了。因此，小行星更可能会成为采矿者和机器人的临时住所。

    但是小行星能为主要任务——载人火星任务提供一个必要的

    跳板。

    第4章 火星，还是失败

    火星就在那里，等着我们去。

    ——布斯·阿尔德林

    我想要死在火星上——但不是被撞击而死的。

    ——埃隆·马斯克

    埃隆·马斯克是有点儿标新立异，一个企业家却有一个宇宙使

    命：建造将来能带我们飞到火星的火箭。齐奥尔科夫斯基、戈达

    德，还有冯·布劳恩都曾梦想去火星，但是马斯克可能真的会实现

    这一目标。在这个过程中，他打破了所有的游戏规则。

    他幼年在南非时，就已经爱上了太空项目，甚至还自己建造

    了一艘火箭。他的父亲是一名工程师，支持他的这个兴趣。刚开

    始时，马斯克的结论是要避免人类的终结只能通过到达其他星球

    来实现。因此，他为自己制定了一个目标——“使生命多星球

    化”，这也成了他职业生涯的主旋律。

    除了火箭科学，他还有两项其他热情，那就是计算机和商

    业。他从10岁开始编程，并在12岁时以500美元的价格卖出了他

    的第一款电子游戏——爆破工。他烦躁不安，始终希望有一天能到美国去。17岁时他自己移民去了加拿大。当他从宾夕法尼亚大

    学拿到了物理学学士学位时，他纠结于两种职业选择。一种是成

    为物理学家或工程师，设计火箭或其他高技术设备。另一种是从

    商并利用他的计算机技术来积聚财富，这能让他为自己的梦想获

    取资金。

    1995年，当他在斯坦福大学开始应用物理的博士学习时，这

    个两难的困境走到了最后关头。仅仅两天之后，他毅然退学并投

    入互联网创业的世界中。他借了2.8万美元成立了一家软件公司，该公司为新闻出版行业制作了一个在线的城市向导。4年后，他

    把这个公司以3.41亿美元卖给了康柏集团。他从中获得净利2200

    万美元，之后他立刻充满干劲，把这些钱投入一家名为X.com的

    新公司，这家公司后来发展成了PayPal。在2002年，eBay(易

    贝)以15亿美元的价格买下PayPal，马斯克从中得到了1.65亿美

    元。

    他终于有了充足的资金来实现他的梦想，他成立了美国太空

    探索技术公司和特斯拉公司。他一度将个人全部净资产的90%投

    入这两家公司。不像其他的航天企业，是基于现有的技术来制造

    火箭，美国太空探索技术公司为可循环使用火箭首创了革命性的

    设计。通常火箭在每次发射后都会被丢弃，而马斯克的目标是通

    过反复使用推进器，把太空旅行的花费降低至原来的110。

    几乎是从零开始，马斯克开发了战隼号(是以《星球大战》

    中的“千年隼号”来命名的)，它可以推进一艘龙号太空舱进入太

    空(根据一首歌《喷，魔法龙》命名)。2012年，美国太空探索

    技术公司的战隼号火箭创造了历史，它是第一艘到达国际空间站的商业火箭，也是第一艘在成功完成了一次轨道飞行后又在地球

    着陆的火箭。他的第一任妻子，贾斯汀·马斯克说过：“我喜欢把

    他比作终结者。他设定了程序，然后就不会停止了。”

    在2017年，他实现了另一项伟大胜利，成功地将一艘已经使

    用过的火箭再次发射升空。这艘火箭曾经在发射台着陆，然后被

    清洗维修，并为第二次发射做好准备。反复使用火箭可能给太空

    旅行的经济性带来革命性影响。想想二手车买卖市场。在“二

    战”后，汽车的价格对许多人来讲还是难以承受的，特别是对军

    人和年轻人而言。二手车行业让大众消费者也能买上汽车，并改

    变了所有事情，包括我们的生活方式和社交关系。今天，在美

    国，每年大约有4000万辆二手车被卖出，是卖出新车数量的2.2

    倍。同样，马斯克希望他的战隼号火箭能改变航天市场，并使火

    箭的价格大幅下降。大部分的组织不会在乎用于发射卫星的火箭

    是全新的还是被使用过的。它们会选择最便宜和最可靠的方法。

    完成第一艘可再次利用的火箭是一个里程碑，但是当马斯克

    公布他那个飞向火星的宏伟计划的细节时，还是让听众感到很震

    撼。他期望在2018年向火星发射无人火箭，接着在2024年发射载

    人火箭，领先NASA十年。他的终极目标不仅是在火星上建设一

    个前哨站，而且还要建立一整座城市。他希望发射一个由1000艘

    改装过的战隼号火箭组成的舰队，每一艘火箭可搭载100名移民

    者。他们将在那颗红色星球上建立第一个定居地。马斯克计划的

    关键是大幅减少太空旅行的花费并优化革新。一次火星发射计划

    的价格一般在4000亿～5000亿美元，但是马斯克只用100亿美元

    就能建造并发射火星火箭。一开始，火星之旅的票价会很贵，但是由于太空旅行价格的下降，从地球到火星往返一次的价格最终

    会降到每人20万美元。这与仅仅到达地球上空70英里处的维珍银

    河太空船2号的价格相当，而用俄罗斯火箭抵达国际空间站的价

    格估计在2000万～4000万美元。

    马斯克提出的火箭系统最初名为“火星移民运输者”，但是后

    来他将其改名为“行星际间运输系统”，因为正如他所说，“这个系

    统将真正帮助你实现去太阳系任何一个地方的自由”。他的长远

    目标是建立一个联系各行星的网络，就像连接美国各个城市的铁

    路那样。

    马斯克看到了他亿万帝国中各部分协同运作可能带来的潜

    力。特斯拉公司开发了一款先进的全电动车，马斯克大量使用了

    太阳能，而这将是任何火星前哨站的主要能量来源。因此，马斯

    克处在一个理想的位置，可以提供用于推进火星移民所需的电力

    机械和太阳能板。

    虽然NASA的缓慢和迟钝经常令人苦恼，但企业家仍相信他

    们能很快地带来全新的、革命性的想法和技术。“有一个愚蠢的

    说法，在NASA，失败不是一个选项，”马斯克说道，“在这里，(美国太空探索技术公司)失败是一个选项。如果事情没有失

    败，那说明你没有做到足够的创新。”

    马斯克也许代表着当前太空项目的特点：鲁莽、无畏，除了

    创新和聪明之外，他还打破了常规。他是一类新型的火箭科学家

    ——亿万富豪企业家型的科学家。他常常被比作托尼·斯塔克，这

    是钢铁侠的另一个身份，一个自信而世故的工业家和发明家，斯塔克在家时就像一个商业大亨和工程师。事实上，《钢铁侠》电

    影中的第一部分就是在洛杉矶的美国太空探索技术公司总部拍摄

    的。参观者只要来到这里，就会见到穿着钢铁侠盔甲的托尼·斯塔

    克真人大小的塑像。马斯克甚至影响了男装设计师尼克·格雷厄姆

    在纽约时装周上的太空主题发布会，他解释道：“他们说火星是

    新的流行时尚——在每个人的雄心壮志中，火星是一种令人难以

    置信的顶级潮流。”这个想法就为了展示2025年秋季系列，这是

    埃隆·马斯克希望第一批人登陆火星的年份。

    马斯克这样总结他的理念：“对于积累个人财富，我真的没

    有任何动力。”他说：“我只想在生命实现多星球生存方面，尽我

    所能。”XPRIZE(一家通过设计和实施创新竞赛模式以解决世界

    最严峻挑战的全球领先组织)的彼得·戴曼迪斯曾说过：“这比仅

    仅盈利有着更大的驱动力。(马斯克的)愿景令人陶醉，也很有

    吸引力。”

    登陆火星的新太空竞赛

    这个关于火星演讲的所有内容，当然会引发竞争。波音公司

    的首席执行官丹尼斯·米伦伯格曾说道：“我确信第一个踏上火星

    的人将会搭乘一艘波音火箭。”他在马斯克宣布其火星计划后的

    一周做出这一惊人的评论，这大概不是巧合。马斯克也许抢占了

    所有的头条，但是波音公司在太空旅行方面有着悠久的成功历

    史。毕竟是波音公司为著名的土星5号制造了推进火箭，它载着

    宇航员到达了月球，而且还有制造SLS重型推进火箭的合同，要

    知道，那是NASA火星任务计划中的基石。NASA的支持者曾指出，对于过去主要的太空项目来说，公

    共资助是关键，例如太空项目的一个珍品——哈勃太空望远镜。

    私人投资者会投资这样一个充满危险、对股东来说没有回报希望

    的项目吗？大型企业、官方的支持对这一冒险事业是必要的，因

    为它对私人企业来说太过昂贵了，或者没有产生回报的希望。

    在这些互相竞争的项目上，各家都有自己的优势。波音的

    SLS可以把130吨重的东西送到外太空，比马斯克的战隼号重型运

    载火箭能发送更多载荷，战隼号重型运载火箭只能承载64吨。然

    而，战隼号的成本也许更容易负担。现在，美国太空探索技术公

    司的太空发射成本最低，大约是每磅1000美元，或者说是通常的

    商业太空运送成本的10%。随着美国太空探索技术公司进一步完

    善其可重复利用火箭这一技术，这个价格可能会继续降低。

    NASA发现自己处在令人羡慕的位置上，有两个请愿者在竞

    争一个美差项目。它原则上还可以在SLS和战隼号重型火箭之间

    做出选择。当被问起来自波音的挑战时，马斯克说：“我想这是

    件好事，可以有多种方式到火星……有很多事情同时进行。你知

    道的，越多越好。”

    NASA发言人曾说过：“NASA赞赏所有那些想取得下一步巨

    大飞越，推进火星之旅的人……这个旅程将需要最好和最聪明的

    人……在NASA，过去的几年我们一直在努力制订一个可持续的

    火星探索计划，并建立一个由国际和私人机构共同组成的合作联

    盟来支持这项梦想。”最后，竞争精神可能会成为太空项目的一

    项财富。然而，对这项竞赛有一些颇具诗意的裁判。太空项目，通过

    迫使电子器件的小型化，打开了计算机革命的大门。这些由计算

    机革命所催生出的亿万富翁，被童年时期对太空项目的记忆鼓

    舞，兜了一圈把他们的财富重新投入太空探索。

    欧洲人、中国人和俄罗斯人都表示，要在2040年到2060年开

    展火星载人航天项目，但这些项目的资金还是问题。然而，比较

    肯定的是，中国人会在2025年登上月球。毛主席曾经感叹中国如

    此落后，连一个土豆都不能送到太空中。自那时起，事情有了彻

    底的变化。中国从俄罗斯买入20世纪90年代的火箭，将其改进后

    把10名宇航员送入地球轨道。中国还在进行宏伟的计划，要建造

    一座空间站，并在2020年研发出像土星5号一样强大的火箭。在

    其各种类型的5年计划里，中国认真地沿着俄罗斯和美国率先采

    取的步骤前进。

    即使最有希望的梦想家也十分清楚，在火星旅程中宇航员将

    面临许多危险。当被问起是否会亲自去火星时，马斯克也知道，在第一次飞向这颗行星的旅程中牺牲的可能性“非常高”，他说他

    还想看着自己的孩子长大成人。

    太空旅行可不是周末野餐

    载人火星任务的潜在危险是令人生畏的。

    首先是灾难性的失败。我们进入太空时代已经超过50年了，然而火箭发生灾难性事故的可能性仍然有1%左右。在火箭内部有

    成百上千的活动部件，它们中的任何一个都可能导致发射失败。在航天飞机总共135次的发射中，发生过两次可怕的事故，或者

    说存在大约1.5%的失败率。太空项目的总死亡率是3.3%。在544

    名去过太空的人中，有18位牺牲了。只有非常勇敢的人才会想坐

    在100万磅重的火箭燃料上面，等着以每小时2.5万英里的速度被

    发射到太空里，而且不知道自己能否重返地球。

    还存在一个“火星魔咒”。我们发射到火星的太空探测器有34

    根本不会到达那里，这主要是因为距离遥远、存在辐射、机械故

    障、通信中断、微小流星等问题。即使如此，在这方面美国的纪

    录也比俄罗斯要好得多。俄罗斯人在试图到达这颗红色星球的过

    程中经历了14次失败。

    另一个问题是火星之旅的时长。乘阿波罗号去月球只要3

    天，但是去火星的旅程单程就需要9个多月，而一次完整的往返

    旅行将花费大约两年时间。我曾经到NASA位于俄亥俄州克利夫

    兰市外的训练中心参观，那里有科学家团队分析太空旅行人体承

    受的压力。当宇航员在外太空度过很长时间时，失重的影响会使

    他们的肌肉和骨骼萎缩。我们生活在地球上，重力对身体来说是

    恰到好处的。如果地球重力增大或降低几个百分点，我们的身体

    就必须重新设计才能生存下去。我们在外太空的时间越长，身体

    就会变得越糟糕。俄罗斯宇航员瓦利里·波利亚科夫创造了在太空

    中生活437天的世界纪录，返回地球时他只能勉强爬出太空舱。

    一个有趣的现象是宇航员在外太空会变高几英寸，这是由于

    他们的脊柱变长了。一旦回到地球，他们的身高就会恢复正常。

    宇航员在太空中可能会每个月损失1%的骨量。为了降低这个损

    失，他们必须在一种健身器上每天锻炼两个小时。即使如此，每次在国际空间站工作6个月后，宇航员就需要一整年的时间来恢

    复——而有时候，他们永远也无法恢复到原来的骨量。(失重更

    严重的后果是对视神经的损害，这个问题直到最近才被重视。过

    去，宇航员只注意到他们的视力在执行长时间的太空任务后会退

    化。对他们眼睛的详细扫描显示，其视神经常常会发炎，这大概

    是由于眼睛内液体的压力造成的。)

    将来，我们的太空舱可能需要自转，这样离心力就能产生人

    造引力。我们每次去游乐场坐自转的海盗船时都会有这种经历。

    离心力产生了人造引力，把我们推回到海盗船上。当下，建造一

    艘能自转的宇宙飞船过于昂贵，还有这个概念很难执行。转动舱

    需要足够大，否则离心力的分布就会不均匀，那样宇航员就会感

    到晕船，分不清方向。

    在太空里还存在辐射的问题，特别是来自太阳风和宇宙射线

    的辐射。我们常常忘记地球是被厚厚的大气层包裹着，还有磁场

    来保护着我们。在海平面，我们的大气层吸收了绝大部分的致命

    辐射，但是即使在一架横跨美国的普通飞机上，我们每小时也会

    额外吸收1毫雷姆辐射——我们每做一次横跨美国的飞行就相当

    于做了一次牙科X射线检查。宇航员飞往火星必须穿过环绕地球

    的辐射带，这将使他们暴露在大量的辐射中，增加他们患病、提

    前衰老和患癌症的可能性。在一次为期两年的行星际旅行中，一

    位宇航员将会比他在地球上的同胞兄弟接受多于两百倍的辐射。

    (然而，这个统计应该联系具体的背景情况。宇航员一生中发生

    癌症的风险将从21%升高到24%。这个变化并不是无关紧要的，但与宇航员在一次单纯的事故或不幸中面临的致命危险相比，这个威胁显得那么微不足道。)

    有时候，来自外太空的宇宙射线非常强烈，宇航员甚至用肉

    眼就能看到轻微的闪光，这是因为亚原子粒子电离了他们眼球中

    的液体。我曾经采访过几位宇航员，他们描述这些闪光说，它们

    看起来很漂亮，但也对眼睛造成了严重的辐射损害。

    2016年传来了辐射对大脑的影响的坏消息。加州大学尔湾分

    校的科学家把老鼠暴露在相当于两年深空环境所接收的大剂量的

    辐射中。他们发现了不可逆转的大脑损伤。实验的老鼠出现了行

    为问题，并且变得激动不安和机能失调。至少，这些结果证实了

    宇航员必须在深空中得到充足的防护才行。

    此外，宇航员必须担心强烈的太阳耀斑。1972年，当阿波罗

    17号已经准备好出发去月球时，一次强烈的太阳耀斑击中了月球

    表面。如果宇航员那个时候正在月球上行走，他们可能会被杀

    死。与随机的宇宙射线不同，科学家可以从地球上监测太阳耀

    斑，所以可以提前几小时向宇航员发出预警。曾发生过这样的事

    例，国际空间站的宇航员接收到太阳耀斑即将到达的通知，并被

    下令转移到空间站防护设施更好的分区。

    另外还有微流星，它们可以撕破宇宙飞船的外壳。仔细检查

    航天飞机就可以发现，微流星撞击其陶瓷表面的许多痕迹。一张

    邮票大小的微流星以每小时4万英里的速度飞行，它的力量足以

    在火箭上撞开一个洞，并导致火箭迅速失压。把太空舱分隔成不

    同的房间也许是非常明智的，那样被击穿的部分能够迅速地与其

    他部分隔离。心理上的困难将带来另一种障碍。一小群人被关在一间狭小

    的、受束缚的太空舱里很长一段时间，这是很有挑战性的。即使

    通过一系列的心理测试，我们也不能绝对预测人们将会如何合

    作，或者是否会合作。最终，你的生活可能会取决于某些让你心

    烦的人。

    去火星

    在经过几个月的深思熟虑后，NASA和波音终于在2017年公

    布了前往火星计划的细节。比尔·格斯滕迈尔，NASA的人类探索

    和行动部门理事透露了一个令人吃惊又雄心勃勃的时间表，包含

    把我们的宇航员送上这颗红色星球的必需步骤。

    首先，在经过几年的测试后，SLS猎户座号火箭将于2019年

    升空。它们将是全自动的，不载有任何宇航员，但是它将进入月

    球轨道。4年之后，在经过了50年的空白期后，宇航员将最终重

    返月球。这项任务会持续3周，但是它只是绕月飞行，不会在月

    球表面着陆。这主要是为了测试SLS猎户座号的可靠性，而不是

    探索月球。

    但是在NASA的新计划中，有一个意外之处令许多分析家感

    到吃惊。SLS猎户座号事实上只是一项热身运动。它只是宇航员

    离开地球飞向外太空的主要联系环节，但是一整套新的火箭将会

    带我们去火星。

    首先，NASA设想建造深空通道。它与国际空间站没有什么

    不同，除了要小很多，在月球轨道而不是地球轨道上之外。宇航员将会依靠深空通道，它将会成为飞向火星或小行星任务的燃料

    补给站。它将成为一座人类在太空存在的永久的基站。这一月球

    空间站的建设将于2023年开始，然后将于2026年投入运行。建造

    这样的空间站需要4次SLS飞行任务。

    但是主要的动作将由把宇航员送入火星的真正火箭来完成。

    这将是一套全新的系统，名为深空运输，它主要是在外太空建

    设。2029年，深空运输将完成第一次主要性能测试，绕月飞行

    300～400天。这将提供关于长时间太空任务的非常有价值的信

    息。最后，深空运输在经过严格的测试后，将于2033年把我们的

    宇航员送上火星轨道。NASA的深空通道将会绕月运行，并成为飞向火星或更远小行星任务的燃料补

    给站。

    NASA的项目已经获得了许多专家的称赞，因为它有条不

    紊，一步一步地计划在月球上建立细致又复杂的基础设施。

    然而，NASA的计划与马斯克的梦想形成了鲜明对比。

    NASA的计划是仔细地搭建起来的，包括在月球轨道上建设一座

    永久的基础设施。但是它很慢，也许比马斯克的计划要长十年。

    美国太空探索技术公司完全绕开了建设月球空间站而是直接飞向

    火星，最早也许在2022年就能实现这个目标。然而马斯克的计划

    中有一个不利条件，那就是龙号太空舱比深空运输号小很多。时

    间将会告诉我们哪种方法更好，还是把这些方法结合起来更好。

    去火星的第一次旅行

    因为第一次火星任务有更多的细节，现在我们可以猜测到达

    这颗红色星球的必需步骤。让我们描绘一下NASA的计划在未来

    几十年里的发展历程。

    完成这项历史性火星任务的第一批人大概已经出生了，也许

    他们正在高中学习天文学，也许还有几百个希望成为第一批登陆

    另一颗行星任务的志愿者。在经过严格的训练后，根据受训者的

    技术和经验，也许会有四名候选者被选中。他们大概会包括一名

    经验丰富的飞行员、一名工程师、一名科学家和一名医生。

    2033年的某一天，在被媒体进行了一系列的热切采访后，他

    们最终将登上猎户座号太空舱。尽管猎户座号太空舱比最初的阿波罗号太空舱大50%，但内部仍然很狭窄。但这没有关系，因为

    到月球的旅行只要三天时间。当宇宙飞船最终点火升空时，他们

    将感受到SLS重型推进火箭里燃料燃烧带来的剧烈震动。到目前

    为止，整个旅行看上去和感觉上都与最初的阿波罗登月计划非常

    相似。

    但之后就不一样了。从那一时刻开始，NASA的计划走上了

    一条与过去完全不同的路。随着宇航员进入月球轨道，他们将看

    到世界上第一座环绕月球的空间站——深空通道，宇航员将登上

    深空通道，并在那里休息一会儿。

    之后他们会转移到深空运输号上，它和历史上的宇宙飞船看

    起来一点儿都不一样。这艘飞船和船员们的住所像一支长铅笔，一端是橡皮(那里包含宇航员生活和工作的太空舱)。沿着这支

    铅笔，有一系列巨大的又长又窄的太阳能电池组，因此，火箭从

    远处看起来像一艘帆船。猎户座号太空舱的重量大约是25吨，而

    深空运输号重41吨。

    在之后的两年里，深空运输号将成为他们的家。这个太空舱

    比猎户座号大很多，宇航员有足够的空间伸展一下。这非常重

    要，因为他们必须每天锻炼以防止肌肉萎缩和骨量流失，否则他

    们到达火星时会瘫痪。

    一登上深空运输号，他们就会启动火箭的发动机。但他们不

    会感受到强大的推力带来的颠簸，也不会看到巨大的火焰从火箭

    的尾部喷出，因为离子发动机会缓缓地加速，逐步达到所需速

    度。从窗户向外看，宇航员只会看到热离子发出的柔和的光从飞船的发动机里持续地喷出。

    深空运输号使用了一种新型的推进系统把宇航员送入太空，它被称为太阳电动推进器。巨大的太阳能电池板捕捉到太阳光然

    后将其转化为电能。这通常会把气体(比如氙)的电子剥离，产

    生离子。然后一个电场将会从发动机的一端把这些带电离子发射

    出去，产生推力。与只能点火几分钟的化学发动机不同，离子发

    动机能缓慢加速几个月甚至几年。

    之后就开始了这段漫长而枯燥的火星之旅，这将耗时大约9

    个月。宇航员面临的主要问题就是无聊，因此他们必须坚持锻

    炼，做一些活动保持警惕，练习运算，和他们的亲人聊天、上网

    等。除了常规的轨迹修正，在实际的航行中没有什么太多需要做

    的。然而，他们偶尔可能会被要求做一些太空行走，做一些细微

    的修理或更换旧的零部件。然而随着旅行的推进，发射无线电信

    号到地球的用时逐渐增加，最终会达到大约24分钟。这可能会让

    宇航员感到有点苦恼，因为他们已经习惯于即时通信。

    当他们凝视窗外时，会看到红色的星球渐渐进入视野，在他

    们面前依稀可见。飞船上的活动将迅速加快，因为宇航员开始做

    准备了。在这个时候，他们会给火箭点火使飞船减速，那样他们

    就能稳妥地进入火星轨道。

    从太空中，他们将看到一幅完全不同于地球的火星全景图。

    没有蓝色的海洋、绿色植被覆盖的高山，也没有城市的灯光，相

    反他们将看到贫瘠荒凉的景色，到处都是红色的沙漠、雄伟的山

    脉、比地球上大得多的巨型峡谷，还有巨大的沙尘暴，有些甚至能吞没整个行星。

    一进入轨道，他们就会登上火星舱，然后与主飞船分离，主

    飞船将继续环绕火星运动。随着太空舱进入火星大气层，舱内温

    度将急剧升高，但是舱外覆盖的热保护层会吸收由空气摩擦所产

    生的大量的热。最终，热保护层会被弹射出去，太空舱将会点燃

    它自己的制动火箭，然后缓慢地降落到火星表面。

    一旦离开太空舱踏上火星的表面，他们会成为翻开人类历史

    新篇章的先锋，将朝着让人类成为多星际物种的目标迈出历史性

    的一步。

    他们将在这颗红色的星球上度过几个月，等待地球转到合适

    的位置再踏上归程。他们有时间来考察一下地形，做一些试验，比如寻找水和微生物生命的迹象，还有架设好太阳能电池板。一

    个可能的目标是在永久冻土层钻探冰，因为地下冰层也许有一天

    会成为饮用水、呼吸所需的氧气，还有燃料所需的氢的重要来

    源。

    在完成任务后，他们将返回太空舱，然后点火。(因为火星

    的弱引力，比起离开地球来说，太空舱只需要很少的燃料。)他

    们将会登上火星轨道的主飞船，然后为返回地球的9个月旅程做

    准备。

    他们返回地球时，会降落到海洋的某个地方。一踏上陆地，他们就会作为英雄被欢迎，因为他们迈出了建立人类新分支的第

    一步。正如你能看到的，在通向这颗红色星球的路上我们将面临许

    多挑战。但是有了公众的热情，还有NASA和私人机构的承诺，我们很可能会在未来的十年或二十年实现载人登陆火星的梦想。

    这将开启下一个挑战：把火星变成一个新家园。

    第5章 火星：花园行星

    我认为当人类抽时间去火星上探索建设城镇的时候，就是人

    类最伟大的时刻之一，那是人类踏上另一个世界并自由建设他们

    自己世界的时刻。

    ——罗伯特·祖布林

    在2015年的电影《火星救援》里，马特·达蒙扮演的宇航员面

    临着终极挑战：独自在一个寒冷、荒凉、没有空气的星球上生

    存。他意外地被队友落在了后面，只能维持几天的供给。他必须

    鼓起所有勇气并用上所有知识，坚持到救援队找到他。

    这部电影非常真实，足以让观众感受到移民火星会遇到的困

    难。举个例子，强烈的沙尘暴就像红色的滑石粉席卷了整颗行

    星，在电影中几乎掀翻了宇宙飞船。火星大气层几乎完全是由二

    氧化碳组成的，其大气压只有地球的1%。所以如果宇航员暴露在

    火星的稀薄空气里，他将在几分钟内窒息，而且他的血液会开始

    沸腾。为了制造足够多的氧气以供呼吸，马特·达蒙必须在他加压

    的空间站内设计化学反应产生氧气。

    而且因为食物很快将被耗尽，他还必须在一座人造花园里自

    己种植作物。为了给农作物施肥，他必须用到自己的排泄物。一步一步，火星上的这名宇航员经过极其痛苦的过程建立了

    一套在火星上必需的生态系统，这个系统足以维持他的生命。这

    部电影展示了新一代的想象力。但是人类对火星的迷恋实际上有

    一段漫长而有趣的历史，可以追溯到19世纪。

    1877年，意大利天文学家乔瓦尼·斯基亚帕雷利注意到火星上

    有奇怪的线状斑纹，看起来像通过自然过程形成的。他把这些斑

    纹称作“canali”，即意大利语的海峡。然而，当意大利语被翻译成

    英语时，单词最后的“i”被丢掉成了‘canals’。它有着完全不同的意

    思：它们是人造的，不是天然的。一个简单的错误翻译引发了大

    量的推测，神奇“火星人”的神话迸发了。富有又古怪的天文学家

    珀西瓦尔·洛厄尔提出一种理论，认为火星是一颗垂死的行星，火

    星人挖出了运河，绝望地试图从极地冰盖引来水源灌溉干涸的田

    地。洛厄尔终其一生求证他的推测，用他可观的私人财产在阿里

    索纳沙漠的弗拉格斯塔夫修建了一座顶尖水准的天文台。(他从

    未证明这些运河的存在。在多年后，太空探测显示那些运河其实

    是光学假象。但是洛厄尔的天文台在其他方面取得了成功，为发

    现冥王星做出了贡献，还提供了宇宙正在膨胀的第一手资料。)

    赫伯特·乔治·威尔斯在1897年的时候写了《星际战争》。在

    小说中，火星人计划消灭人类并“重塑”地球，使地球的气候变得

    像火星一样。这本书创造了一种新的文学流派，你可以称之

    为“火星入侵”流派，此时专业天文学家那些无聊、神秘的讨论突

    然就变成人类生存的大问题了。

    在1938年万圣节前一天，奥森·韦尔斯对这部小说做了一些摘

    录，形成一系列简短兼有戏剧性和现实主义的广播节目。这个节目呈现的是，地球似乎真的被敌对的火星人入侵了。一些人开始

    惊慌失措，收听入侵的最新消息——军队的武装力量如何被致命

    射线击倒，火星人如何聚集到纽约城的一个巨大的三脚架上。受

    到惊吓的听众迅速在全国散播谣言。在这场混乱的余波中，主流

    媒体约定再也不广播这种看似真实的恶作剧。这项禁令至今仍有

    效。

    许多人沉浸在对火星的狂热中。年轻的卡尔·萨根就被有关火

    星的小说迷住了，例如火星系列里的约翰·卡特。1912年，因人猿

    泰山系列小说而出名的埃德加·赖斯·巴勒斯尝试了科幻小说，写

    下了一位内战时期美国士兵被运到火星的故事。巴勒斯猜测约翰·

    卡特将会变成一个超人，因为火星的重力比地球小。他能跳跃出

    不可思议的距离，并击败外星人塔卡斯，拯救了美丽的德佳·索丽

    斯。文化历史学家相信对约翰·卡特超级力量的解释，于是形成了

    超人故事的原型。在1938年发行的《动作漫画》中，超人首次出

    现，其超能力是地球的引力比他出生的氪星弱导致的。

    在火星上生活

    在火星上定居听起来也许像科幻小说里那样浪漫，但是真实

    情况却令人畏惧。在这颗星球上定居的一个主要策略就是利用现

    有的东西，比如冰。因为火星是冰冻的固体，因此你需要做的就

    是向下挖几英尺直到碰到永久冻土层，然后就可以开采冰，融化

    它，接着净化成饮用水，或者提取呼吸用的氧气和取暖用的氢，还有火箭的燃料。为了抵御辐射和沙尘暴，移民者也许需要深挖

    岩石层来建立地下防护所。(因为火星的大气层非常稀薄，而且

    磁场也非常弱，来自太空的辐射不会像在地球上那样被吸收或折射，因此这是一个实际的问题。)或者比较方便的做法是在火山

    附近的巨大熔岩洞里建立第一个火星基地，就像我们讨论在月球

    上所做的一样。考虑到火星上火山非常多，很可能这种熔岩洞也

    大量存在。

    火星上的一天和地球上的一天差不多。火星相对于太阳的倾

    斜也和地球的一样。但是定居者需要适应火星的引力，它大约只

    有地球引力的40%。此外，像在月球上一样，他们还必须进行严

    格的训练来避免肌肉萎缩和骨量流失。他们还要与寒冷的天气斗

    争，并一直与之斗争下去，以免被冻死。火星上的温度很少超过

    水的冰点，太阳落山后，有可能降到零下127摄氏度或零下197华

    氏度，因此，任何能源故障或断电都会带来生命危险。

    即使我们能在2030年完成第一次载人任务，但因为这些障

    碍，也许我们要到2050年或更遥远的时候才能组织起足够多的设

    备和供给在那个星球上建立永久的前哨站。

    火星上的运动

    为了防止肌肉退化，锻炼是至关重要的，因此火星上的宇航

    员必须进行严格的运动。在那里，他们将会非常高兴地发现，自

    己拥有超人的能力。

    但是这也意味着，运动场将要完全被重新设计。因为火星上

    的引力只比地球引力的13多一点，原则上人们在火星上跳起的高

    度会是在地球上的三倍。人们在火星上还可以把球扔得比地球上

    远三倍，因此，篮球场、棒球场，还有足球场都必须放大。此外，火星上的气压大约是地球的1%，这意味着棒球和足球

    的空气动力学会彻底被改变。主要的复杂之处在于精确地控制球

    路。在地球上，收入上百万的运动员之所以拥有高薪，就是因为

    他们能不可思议地控制球的运动，这需要多年的练习。这项技术

    与他们操控球自转的能力有关。

    一个球在空气中运动时，会在其轨迹里产生涡流，微小的涡

    流引起球的轻微转向和减速。(对棒球来说，这些涡流是由球上

    的缝线产生的，缝线决定了球的旋转。在高尔夫球上，它是由球

    表面的凹槽产生的。对于足球来说，这是由于其表面上小块足球

    皮的连接产生的。)

    橄榄球选手在投球的时候会让球在空中快速旋转。旋转减少

    了橄榄球表面的涡流，这样它就能更准确地冲破空气，不会晃

    动，还能飞得更远。此外，快速的旋转使它就像一个小的陀螺

    仪，能稳定地指向一个方向，这就使得橄榄球在运动时能保持正

    确的轨迹，更容易被接住。

    利用空气流动的物理规律，还可以证明许多棒球投掷时产生

    的神奇现象是真的。一连好几代，都有棒球投手声称他们可以投

    出不旋转球和曲球，这样他们就可以控制球路，这看起来有违常

    识。

    慢镜头显示这是真的。如果一个棒球被投出时只有最小的旋

    转(比如不旋转球)，涡流达到最大，球的轨迹就会变得不确

    定。如果一个棒球飞快地旋转，那么棒球一侧的气压可能大于另

    一侧的气压(通过伯努利定律可以知道)，球将会以某种特定的方式转向。

    所有这些都意味着，对地球上的世界级运动员来说，火星上

    的低气压可能导致他们失去控制球的能力，因此一群全新的火星

    运动员可能会取代他们的位置。地球上某项运动的大师到了火星

    上可能什么都不是。

    如果把奥林匹克运动会里的项目做个列表，我们会看到，每

    一项运动都必须考虑火星上引力和气压的减小，没有例外。事实

    上，一个新的火星奥林匹克运动会可能会出现，包括那些在地球

    上从物理学角度看行不通甚至根本不存在的激烈运动。

    火星上的条件还可能促进其他一些运动的艺术性和优雅性。

    例如，一名花样滑冰运动员在地球的空气中只能转四周，还没有

    人能完成一次空中转体五周跳。这是因为跳起的高度是由起跳时

    的速度和引力的大小决定的。在火星上，花样滑冰运动员能跃起

    三倍的高度并完成令人赞叹的跳跃和转体动作，都是引力和气压

    变小的原因。地球上的体操运动员可以在空中表演非凡的旋转翻

    腾，因为他们的肌肉力量超过了他们身体的重量。但是在火星

    上，他们的力量将会极大地超过他们变轻的体重，他们可以在空

    中表演从未有过的更大幅度的旋转翻腾动作。

    在火星上旅游

    当我们的宇航员成功地通过了在火星上生存的生死考验之

    后，他们就可以体验一下这颗红色星球带来的美学享受了。

    因为这颗星球的弱引力、稀薄大气，还有缺乏液体水，相比于受地球约束的山峰，火星上的山脉真的能达到宏伟的规模。火

    星的奥林匹斯山是太阳系内已知的最大火山山脉。它比珠穆朗玛

    峰高和宽大约2.5倍。如果将它移到北美洲，它将会从纽约一直延

    伸到加拿大的蒙特利尔。弱引力也意味着登山运动员即使背上很

    重的背包也不觉得那是个负担，而且还能像月球上的宇航员一样

    有惊人的忍耐力。

    挨着奥林匹斯山有三座小一点儿的火山连成一条直线。这些

    小火山的存在和位置揭示了火星上有古代的地壳活动。地球上的

    夏威夷群岛是个有效的佐证。太平洋之下有个稳定的岩浆池，随

    着地壳板块在岩浆池上运动，来自岩浆的压力周期性地穿过地壳

    喷涌出来，形成了夏威夷群岛链上最新的岛屿。但是火星上的板

    块运动似乎在很久以前就停止了，这是这颗行星内核已经冷却的

    证据。

     ......