忘掉火星吧。这才是我们应该建立第一个外星殖民地的地方

目前，全世界各国在太空方面的集体愿景似乎都是火星、火星、火星。美国在该行星上有两辆在役的探测车；NASA 的一颗探测器 MAVEN 和印度的一颗火星轨道器都将于本月晚些时候抵达火星轨道；欧洲、中国和 NASA 的其他任务也正在筹备中。与此同时，火星一号公司正在挑选首批火星殖民地的候选人，而 NASA 的重型运载火箭正在专门为将人类任务发射到深空而开发，火星是其主要的潜在目的地之一。

但是，红色星球真的适合建立人类殖民地的最佳目标吗？还是我们应该看向别处？我们应该选择一个离地球更近的世界，比如月球？或者一个表面重力接近地球的世界，比如金星？

为了探讨这个问题，我们首先要明确我们为什么要建立外星殖民地。并非仅仅因为在多个星球上有人类生活（尽管那会很酷）。也并非因为地球已经人口过剩（尽管确实如此）。而是因为外星殖民地可以提高人类文明在地球发生行星灾难时的生存几率。从这个角度来看，让我们考虑一下外星殖民地需要什么，并看看这些需求与不同地点如何契合。

建立火星殖民地

首先，让我们看看提议的火星定居方案提供了什么。红色星球拥有富含二氧化碳的大气层，二氧化碳可以转化为燃料，同时也能支持植物生长，制造食物和氧气。这些特性可以让火星殖民者自给自足。他们大部分时间可以生活在地下加压栖息地中，以抵御太空辐射，并在行星表面的加压穹顶内种植食物。

经过几十年的持续扩张，可以实现所谓的“部分地球化”（paraterraforming）。这意味着在火星表面创造一个类似地球的环境，其中不仅包含农场，还可以有公园、森林和湖泊，所有这些都将封闭起来以维持足够的空气压力。（火星自然大气层在行星表面的压力仅为 7 毫巴，相当于在地球上 21 英里高空！）

此外，除了足够的压力，我们还需要特定的气体混合物：足够的氧气来支持人类生命，以及氮气来稀释氧气，以避免火灾并允许微生物支持植物生长。虽然宇航员今天乘坐的小型飞船携带食物和氧气作为消耗品，并使用简单的化学方法清除空气中的二氧化碳，但这种生命支持系统无法应用于殖民地。就像在地球上一样，空气、水和食物必须通过碳、氮和水循环来获取。

虽然建造起来需要花费巨资，但在火星的部分区域内，在压力穹顶、洞穴和地下洞穴中，用地球生物圈的样本进行部分地球化，是我们可以在首批设备抵达后几年内实现的。超越部分地球化是一个更宏伟的目标，可能需要几个世纪，那就是全面的“地球化”（terraforming）。这意味着要对行星进行工程改造，使其能够支持人类和其他地球生命，而无需穹顶和其他封闭结构。

火星地球化需要增厚大气层并富含氮气和氧气，同时必须大幅提高行星的平均温度。为了开始，地球化者可能会向这个世界播种某些微生物，以增加火星空气中的甲烷含量，因为甲烷是一种比二氧化碳强得多的温室气体。他们还会在地表播种深色植物和藻类，从而使行星变暗，吸收更多阳光。

通过正确组合的植物和精心挑选的微生物，行星工程师可以产生所需的氧气和氮气。在地球化所需的整个过程中，殖民者将居住在部分地球化结构中并扩大其规模。

这是一个相对连贯的愿景。尽管如此，计划中仍有一些不理想的方面——事实上，这些方面可能会让我们将目光投向另一个目的地。

距离问题

一个完全与地球隔离的殖民地需要显著的基因多样性，以避免小型种群易患的疾病风险。根据今年早些时候发布的一项研究，一艘代际星际飞船载着将殖民一颗围绕附近恒星运行的行星的人类后裔，至少需要 10,000 人，可能接近 40,000 人。

据报道，埃隆·马斯克希望建立一个拥有 80,000 人口的火星殖民地。这肯定能满足人口要求，但更远的距离在燃料和时间方面都是一个挑战。首先是燃料。马斯克计划包括发送多艘飞船，每艘飞船的总有效载荷为每趟 15 吨。将其转换为船上的人员，考虑到这仅略低于 NASA 新型猎户座飞船载荷的一半，而猎户座飞船最多可搭载六名宇航员。这给了我们每人约 5 吨的比例。

吨位的一部分是加速飞船从低地球轨道达到逃逸速度所需的燃料，这在火星和月球等更近的地点之间可能没有区别。但每人的吨位也很大程度上取决于旅行时间，因为生命支持和消耗品相关的其他问题，所以公平地说，对于给定的航行次数，我们将能够将更多人迁移到地月系，而不是火星。

其次，运输定居者所需的时间。殖民计划只有在每艘运输飞船都能多次往返时才能高效。马斯克计划中 15 吨的有效载荷目前相当于每艘飞船搭载三名殖民者，但为了乐观起见，我们假设可以将这个数字增加到 20 人。在这种情况下，将 10,000 人运送到火星（健康基因多样性所需的最低人数）需要 500 次往返，而达到 80,000 人里程碑则需要 4,000 次往返。假设我们只建造其中的一小部分，并让飞船来回穿梭，我们可以预期等待飞船返回地球一年或两年才能装载新一批定居者。当然，先进推进技术的出现，将地球和火星之间的旅行时间从一年左右缩短到几周，将改变这些考虑因素，但目前各种火星殖民提案（至少是已开发的）都基于老式的化学发动机，正是这些发动机将 MAVEN 探测器以乌龟般的速度送往火星。

往返两年的时间和 25 艘船组成的船队，需要 50 年才能转移 10,000 人，需要 400 年才能转移 80,000 人。当然，早期殖民者生育孩子会缩短时间框架，技术也能加速该计划，但考虑到我们要花费数十年才能达到基因多样性里程碑，为月球做类似的计算是值得的，月球的往返时间仅为一周。这样，在相同的计划下（25 艘船，每艘载 20 人），我们可以在不到六个月的时间内将第一批 10,000 人送往月球，在不到四年内将第一批 80,000 人送往月球。

最后，靠近地球也有助于实现与地球之间快速的持续往返。这听起来可能有些矛盾，因为目标是建立一个自给自足的殖民地。但要达到这一点可能需要一些时间，而且初期可能需要疏散一些殖民者。殖民地应该具备日益增长的医疗能力，但最初非常严重的疾病和某些伤害可能在地球上得到更好的处理。如果旅行时间以月甚至周为单位，这将是不可能的。如果早期殖民地在地球上发生行星灾难怎么办？从靠近地球的位置，殖民地实际上可能提供一些帮助。

近在咫尺

另一方面，月球上的殖民地将触手可及。与火星一样，月球也有洞穴和岩洞，可以封闭进行部分地球化，还有可以用压力穹顶封闭的陨石坑。

一个迷人的月球殖民地提案将利用月球南极的沙克尔顿陨石坑，封闭一个直径 25 英里、天花板高达 5,000 英尺的穹顶城市。该位置的殖民地将拥有大量水冰资源，并位于月球阳光和黑暗的边界。其支持者估计，沙克尔顿穹顶殖民地在自主机器人组装 15 年后可以支持 10,000 名定居者。

如果发生全球性灾难，疏散人员到月球比到火星容易得多。另一个更近的选择是自由空间殖民地。这些殖民地将使用从月球或近地小行星开采的材料建造。殖民地可以位于地月系中，那里有引力优势，被称为拉格朗日点。在这些区域，殖民地与地球和月球，或与地球和太阳的距离和方向将保持不变。利用地月拉格朗日点，相对容易将月球材料运输到计划殖民地的地点并建造它，从地球到那里只需几天的旅行时间，以当前技术而言。

重力问题

所有行星和大型卫星都有足够的重力来维持大气层，因此从理论上讲，地球化是广泛可行的。但就人类生活而言，并非所有重力都是平等的。

在火星上，你的体重是你地球上体重的 0.38 倍，我们并不完全确定这对人类健康有什么影响。例如，为了防止火星居民的骨骼脱钙，他们可能需要每天在大型离心机内锻炼。到目前为止，NASA 和其他组织通过抛物线飞行在短时间内（不到一分钟）产生火星和月球重力，对人类进行了有限的局部重力影响研究。

对于长期影响，在失重状态下，不仅包括骨骼脱钙，还包括肌肉萎缩、免疫系统影响以及身体其他并发症，在地球上无法复制局部重力。我们可以通过各种装置来模拟它，这些装置让研究人员能够研究在火星等世界上的行走情况。我们可以让人们长时间躺在床上，床的角度模拟火星或其他世界上的流体转移。但直到我们将动物送到这些环境中，我们才能真正确定各种系统（包括生殖）会发生什么。胚胎的发育依赖于重力，已知在失重状态下会受到干扰，但我们不知道在地球重力分数之一的环境中会发生什么。

虽然火星重力对于人类生理和运动来说较低（你可以在火星上跳得很高，那会很有趣），但它又足够高，以至于飞船在从行星起飞或降落时会消耗大量能量。同样，虽然大气层对于维持人类生命来说太稀薄了（直到我们对其进行地球化），但它仍然足够厚，可以引起可能损坏殖民地机械的沙尘暴。因此，考虑到空气和重力以及与地球的距离，火星实际上可能不是建立外星殖民地的最佳选择。

减轻负担

金星在这方面比其他世界有一个优势：它的重力，在地表略低于地球。在金星表面，拉力大约是地球表面的 91%。这已经足够接近了，以至于很难预测由于重力差异造成的任何长期不利健康影响，这是一个很好的优势。另一方面，在任何人能够在地表生活之前，金星必须进行地球化，因为高压和高温不允许进行部分地球化。然而，我们可能能够像火星一样轻易地地球化金星。

与火星地球化相反，金星项目将从行星工程师干预数十亿年前导致该行星被烤焦的失控温室效应开始。该过程可能从使用耐热微生物和各种化学技巧开始，以去除我们不希望存在的过量的二氧化碳和其他气体。

另一个重力方面的解决方案可以在自由空间殖民地中找到。我们已经说过，这些殖民地可以用月球或小行星材料建造，但另一个优势是我们可以以任何形状建造它们。如果建成甜甜圈状，这样的殖民地可以以精确的速度旋转，产生与我们在地球上感受到的相同的重力拉力——这意味着保持我们的骨骼、心脏和其他身体系统健康，就像在地球式跑步机上跑步、做几个倒立、打网球或任何你喜欢的体育活动一样容易。

太阳系中的新家

我支持积极的火星探索计划。我们有充分的理由向那里发送一个又一个探测器：从地质上看，这个行星与地球相似，而且曾经更加相似。此外，它是太阳系中最有趣和最重要的天体生物学场所之一。很可能，红色星球将成为我们首次确认地外微生物生命存在的地点，为我们提供第二个生物学样本。由于我们所知的地球上所有生命基本上都具有相同的化学性质，与新发现的系统进行比较可以极大地促进地球生物技术和医学的飞跃。

但是，虽然火星科学必须全速前进，但这并不意味着同一个星球是定居家庭和孩子的最佳首个地点。鉴于我们已经讨论过的一切，在我们拥有更快的推进系统之前，我认为殖民应该从离地球更近的地方开始，无论是月球，还是地月系中的自由空间殖民地，具体取决于早期月球基地研究告诉我们关于月球重力长期影响的信息——包括重要的是，月球上是否可能实现健康的怀孕。

毕竟，无论我们选择哪个地点，我们都要考虑子孙后代。