移民外星球,選火星還是月球?

火星地表 (來源 維基百科)

探索太空與移民到外星球,一直是自20世紀以來的目標,也是電影的常見主題之一,如:《絕地救援The Martian》,但是我們到底怎樣才能移民到外星球?有許多科學家都指出地球會被人類消耗殆盡,所以有必要及早開發科技到外星球居住。而居住外星球需要些什麼呢?需要適合人類居住的環境,人類需要哪些條件才能生存呢?例如:

1. 陽光:太空中及外星球最不用解決的就是陽光了,但是有可能陽光照射太久會太熱,太久沒照射會太冷。

2. 空氣:最困難的問題,目前只探勘到火星有大氣層,且空氣組成與地球有落差。

3. 水:地球生物的必需品。

4. 食物:有了前三者之後,就有機會生產食物。

5. 重力:每個星球都有,但是與地球都有落差,重力太小體重會太輕,跳一跳會飛出去,重力太大體重會太重,會把自己壓斷腿或是對內臟有影響。順帶一提,重力小應該可預期長更高,因為不會壓斷腿。

6. 距離:在有生之年可以達到的距離,星球之間的距離都太遠,單程過去的時間都要以年為單位,如果冬眠技術成功或太空船速度提高(目前太空船速度在太空時速3萬公里)就可以有效解決距離的問題。

7. 宇宙射線:太多未知的影響,需要避免。

8. 維生的各式補給物難以攜帶:科技提升後可以有效攜帶更多各式補給物。

9. 外星生物:未知的危險性,需要避免。

10. 社交需求:需要人群互動。

有些電影提到除了外星球外,還可以住在太空站、或是超大塊隕石上面。而住在太空站、或是超大塊隕石的概念就像是「瓶中花園」,就是一個密閉的瓶子中有著完整的生態,其內部與外部完全沒有關係。如果要住在沒有空氣的太空中就需要一個巨大的瓶中花園。

我們受限於星球間的距離,使得我們移民其他星球的選擇只能在地球附近的金星、月球、火星,但是金星實在太靠近太陽因而太熱(平均攝氏464度),所以放棄去金星的選擇。月球雖然近但是沒有大氣層,而火星雖然有大氣層但距離地球6000萬~4億公里之間(因繞太陽公轉)。但是相信到未來科技提升後我們可以太空旅行到太陽系的每一個星球,見圖1。而作者是認為火星比較有機會能成為另一個可居住的星球。

圖1:地球往九大行星的藍圖,出自NASA

【火星移民】

火星任務是美國及SpaceX的太空目標。火星任務除了登陸火星,還包括火星殖(移)民,及火星地球化使環境更適合地球人居住。但是火星任務,還有著許多要克服的問題:

1. 因為沒有臭氧層,會對人類有宇宙射線及游離輻射產生的影響。

2. 長期處於低重力(火星是地球重力的約38%)的環境下對人體造成的影響。

3. 因為沒有臭氧層,火星溫差大(極度熱與冷),令人要長期處於昏暗環境下,對人類造成的影響未知。

4. 醫療設備難以及時補給。

5. 可能有未知生物造成的危害。

6. 運載建築器具耗時耗力。

7. 大氣層很稀薄,火星大氣總質量為25兆噸,而地球為5148兆噸。空氣相對地球來說非常少。而且大氣的組成是二氧化碳 95.32%,氮氣 2.7% ,氬氣 1.6% ,氧氣 0.13%,一氧化碳 0.07%,水氣 0.03%,一氧化氮 0.013%,相當不利於人類居住,可以考慮在火星種植植物來綠化環境,將二氧化碳轉變為氧氣。如果能順利建造基地,就是火星殖民的重要第一步。美國太空總署規劃的火星人類居住基地如下,見圖2。

圖2:構想的火星人類居住基地 -- 可以看到屋子、探測車、以及太空裝(抗輻射)。

【為何選火星移民,為何不選月球移民】

在此大家一定會思考為何選火星移民,而不選月球?作者認為,我們的確應該選火星,優點如下:

1. 重力接近,是地球的38%

2. 有大氣層

3. 有水。

缺點:

1. 溫差極大,使人一天能在外面活動的時間不多。

可能的解決方案:如果植被覆蓋率增加,或許可以使大氣層更為豐富,進而有足夠的臭氧來抵禦太陽帶來的射線及高溫,並在背對太陽時留住溫度。

2. 距離太遠,不易建造基地。

可能的解決方案:製造基地可以短時間內噴射上百台太空船,運載器具到火星開始建築足夠大的基地供人類活動。

3. 距離太遠,人類過去火星後短時間無法返回地球。兩者軌道最接近的周期是約2年2個月一次,來回一次要將近3年,人類是否可以長時間離開社交圈在火星墾荒3年,是一個嚴重的問題。

可能的解決方案:利用網路影像通訊來解決部分問題。

為什麼不該選月球,優缺點如下:

優點:

1. 月球與地球距離近,來回約7天,補給方便。

2. 月球離地球相當近,建造基地也相對快速。

缺點:

1. 沒有空氣,沒有空氣意味著是真空狀態。

    可能的解決方案:建造密閉式月球基地,來解決沒有大氣的問題。

2. 水非常稀少,沒有水將難以維生。

    可能的解決方案:地球帶過去,並有效回收再利用。

3. 重力只有地球1/6,重力太低將使得骨頭太過脆弱,跳一跳可能會離開月球。

    可能的解決方案:將太空衣增加負重。

4. 溫差非常大,溫差大難以生存。

    可能的解決方案:惡劣的溫度環境時,可以躲到地洞。但是在月球大多數時間都是惡劣的溫度,大多數時間都要躲在地洞。

火星與月球的比較表

 

                        火星

                        月球

 一天(太陽兩次升起的時間)

 1.026地球日(24小時),24小時37分鐘,與地球類似

 27.3地球日左右

 重力

 地球38%

 地球16%,跳太用力就離開月球了

 空氣

 有,但是95.32%二氧化碳

 沒有

 水

 南北極有冰層,目前已在部分地表的土壤發現水分子。

 南北極才有冰層

 來回一次

 3年

 7天

 溫度變化

 攝氏-143°C與35°C之間 

 平均攝氏-63°C

 攝氏-173°C到117度之間

 平均攝氏-53°C

 與地球的距離

 6000萬~4億公里

 38.4萬公里

 通訊延遲時間

 (單程傳遞訊號時間)

 3.3~22.2分鐘

 1.28秒

 大氣壓力

 (單位:帕pa,

 1牛頓/平方公尺)

 火星6.36百帕(hpa),地球是101千帕(kpa),換句話說地球的氣壓是火星的158.8倍, 火星氣壓是地球的0.6%。

 只有10−7帕( Pa), 氣壓極低近乎0

作者認為火星條件比月球好,不過有趣的是,在這些情況之下,還是分成兩派的開發計畫,美國NASA與美國私人SpaceX公司選擇移民火星,見圖3。而中國與歐盟ESA則是選擇開發月球,因為ISS國際太空站將在2024年退役,因此ESA想在月球開發一個新的太空站。

在此作者認為火星的居住環境優於月球,有綠化星球與居住的可能性,而月球可能要做成地洞中的瓶中花園的密閉空間才能居住,並且氣體、水必須由地球帶去,所以作者認為還是火星比較好。

圖3:SpaceX的火星計畫的移民基地

【為何要往太空及外星球發展,而不永續地球】

有些科學家質疑為何要往太空及外星球發展,而不發展地球,如果好好永續經營,就不用往太空及外星球發展了。作者認為是因為地球有壓力、溫度、亂流等等因素,不管軟硬體都還在努力中(軟體指數學部份、硬體指工具部份),無法克服環境,所以無法更進一步研究地球。而太空相對於地球這些問題,太空中不像是大氣層太多干擾,幾近真空的環境讓物理、數學能有效的完美利用,所以科學家喜歡往太空發展,往移民外星球而努力。同時這是兩派的科學是可以雙邊進行研究,並互相借鑑,所以並不是沒有發展地球。Elon Musk認為地球總有一天會毀滅,所以要尋找人類可居住的其他星球。

作者認為地球永續是難以達成的,只要有某些國家在破壞環境,這樣就不可能地球永續。同時要做到全部國家都做同一件事情,豈不是世界大同,或是世界大一統,顯然都是短時間內難以達到。況且如果真的地球大一統,能否監察到全世界各地也仍是未知。何況從歷史來看,各國的利益難以整合,要永續地球變成難以達成的目標。故往太空及外星球發展,比永續地球容易。

【為何選火星而不去更好的星球,即便很遠】

為何選火星而不去更好的星球,即便很遠?這問題其實是一個很容易的問題,因為冬眠技術未開發成功,生命的問題比太空的問題還來得困難。沒有克服冬眠問題,就無法長期太空旅行。如果距離那麼遙遠,太空船到達該處都已經過了數十年,所以在冬眠技術完成前,我們都不用思考火星、月球以外的星球移民。

【火星虛擬實境與Google map看其他行星】

如果移民火星比較有可行性,那麼我們可以先認識一下火星。Google與NASA的火星探測車好奇號合作,正在打造火星虛擬實境(火星VR),見圖4,有助於大家認識火星的地貌。而其他的行星如水星、金星、月球、火星,Google map有利用衛星、或是航行者拍攝的圖片來介紹,有興趣的人可以自行操作與玩看看,將有助於我們認識其他星球。

圖4:火星VR,取自NASA

【結論】

有關於太空殖(移)民去月球還是火星,美國與歐盟有不同的看法,但是最近美國總統川普又提到要再次去月球。所以NASA的計畫,可能由單純的火星計畫,變成火星計畫與月球計畫並行。但是美國的私人公司SpaceX一直以火星為目標,希望在2030之前完成初步的火星殖民,就讓我們拭目以待。