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流浪家园:如何打造太空方舟?Comments>>

发表于 2011-06-09 05:57 | Tags 标签:


每个文明都是离家出走的孩子

我时常想,假如站在地球、站在全部生命的立场上,人类到底给地球带来了什么好处。想来想去只有一条:假如有一天太阳爆炸了(或者变成红巨星),没有人类的话地球直接死定,只有人类才可能给地球带来一线生机……所以假如我是女娲、盖亚或者Xel'Naga(萨尔那加,游戏《星际争霸》中的神秘种族,创造了神族和虫族),造人类出来只有一个目的:滚出地球去!

若以此为前提的话,那么人类的太空生存就必须是长期的、稳定的且不依赖于地球或者任何一颗特定的行星。实现这一目的有两种思路:开放体系、封闭体系。(孤立体系没有讨论的必要了吧。)

封闭体系


[封闭体系中的缩微地球]

所谓封闭体系,就是和外界只有能量交流,没有物质交流。我们运气很好,地球自己几乎就是一个现成的封闭体系,所以只需做一个缩小版的地球就可以了……

但是这个“只需”二字还真是轻描淡写啊。要打造一个缩小版的地球其实是不可能的,因为会遭遇万恶的尺度问题。

现实中的地球并不是仅有生物圈这么一个薄薄的壳层,地球的每一个成分都是至关重要的。这里只举一个例子:大家平常大概会很痛恨板块运动,没有板块运动的话火山地震这些自然灾害就会基本消失,多好啊!可是长远来看,板块运动却对地球的碳循环至关重要;而一个迷你地球却无法有效地维持这样的运动。

我们知道,硅酸岩的化学风化过程,是空气中的二氧化碳溶解了硅酸钙等物质,变成水溶性的碳酸氢根离子和硅酸;而这些离子流入大海之后由于离子浓度和pH值的变化,大部分会变成不溶的碳酸钙和二氧化硅,沉积在海底。全过程相当于空气中的二氧化碳被变成了海底的石灰岩,而这些石灰岩正常情况下是永远不能得见天日的。这个过程很慢,对减少人类几十年内的碳排放量没有多大帮助,然而放任它继续下去的话,只需一万年就可以耗尽现在空气中所有的二氧化碳,再过三十万年连海洋里溶解的二氧化碳也可以吃光,到时候绿色植物就完全无法生存了,更别提动物了。

不过地球已经存活了四十多亿年了,哪怕从绿色植物登陆算起也有四亿多年,好像一切都安然无恙啊,没听说出现过二氧化碳耗竭的事故。原因就在于板块运动:火山可以直接释放出大量的二氧化碳,岩浆的变质作用也可以使石灰岩成分改变,把二氧化碳还给大气。这几种力量的均衡维系了地球上碳的长期循环。不夸张地说,没有板块运动,地球就不会有生命。一般人只熟悉生物圈光合作用和呼吸作用形成的短期碳循环,现在人类使用化石燃料干扰的其实也是短期。但是太空生存嘛,怎么说也得以子子孙孙无穷匮也为目标吧……必须考虑到长期的影响。

遗憾的是,板块运动的根本动力来自于灼热的地幔,而地幔的运动是严重受到尺度影响的,不能随意放大缩小。且不讨论那些复杂的流体力学计算,光是最简单的一点就够麻烦了:如何维持地幔的温度。在这里无情的平方-立方定律又一次发威了:一个球的半径如果减半,那么表面积缩小到四分之一,可是体积却要缩到八分之一。既然热容量和体积成正比,那就意味着降温的速度是原来的两倍。(考虑到地幔对流因素的话,可能不是精确的两倍;但无论如何降温速度会变快的。)

我们的老邻居月球和地球几乎形成于同一时间,它的半径是地球的四分之一还多,可是现在已经冷成一块大石头,完全没了地质运动,磁场也几乎消失(只有表面的岩石存留一些磁性,没有类似地球的磁极),更不要说火山和岩浆了。人类应该不太可能造出一个月球那么大小的迷你地球,那么冷却速度就会更快。而这仅仅是一个例子而已,真正的问题远不止这一条。


[“生物圈二号”结构图]


[“生物圈二号”实物图]

解决方法倒也不是没有:抛开地球的模板,另起炉灶,从头构建一个生物圈——就像美国人做的“生物圈二号”那样。不过生物圈二号可悲地失败了……显然人类现在根本没有能力去事无巨细地“管理”一个生态系统;而不管理的话,这个山寨版生态圈很可能自发地演变到别的状态——一个让里面的生物依然繁盛、但不再适合人类居住的状态。也许我们可以向太空中发射一些这样的生态种子,但是没有人来掌管的话我觉得它们基本没有成功的可能。

但哪怕不考虑人的问题,小生态圈依然有一个致命的问题:太小(废话!)。岛屿生物地理学早有结论,越小的岛屿上生物灭绝的可能性越大,其中重要的原因是小岛上支持不了太多的生物个体,很容易因偶然因素而导致绝灭。一个由几只麻雀组成的种群很可能死得不明不白纯属偶然,比如传染病、被气枪打下来或者是撞到飞机上;但是全国的麻雀不可能同时出现意外事故。而一个物种一旦绝灭,就没法死里复活了。反过来说,越小的岛屿上,新物种形成的可能性也就越小,因为没有那么多遗传多样性,也没有那么多新生态位。总体而言,物种多样性是入不敷出的,难得长远。

也许将来自动化技术和生态学知识发达的时候,人类可以通过全方位调节来保证生态系统的稳定性,甚至完全抛弃自然生态系统,一切物质循环都由机器来完成。可惜目前咱们还做不到啊。假如世界末日现在降临,人类是造不出一个能用的封闭体系的。

开放体系


[利用恒星资源的“戴森球”的一种]

要维持一个开放的体系就容易得多了,因为不用担心物质回收的问题。现实中最典型的大规模开放体系就是城市了:每天城市都要吞入大量的食物、水、空气,吐出大量的各种废弃物与污染物,但是它依然活得好好的,因为有周边的乡村地带作为它的缓冲。而在太空中,要维持大刘笔下《吞食者》那样的体系,也远比构建一个封闭可自持的生态圈要简单。

开放体系当然是不怎么道德的,有点像海盗那样一路航行一路抢,不过既然宇宙本身已经是黑暗森林了,恐怕也顾不上道德;本来道德就是以生存为前提的。真正的麻烦在于这种方式能否真正地养活自己。

假设我们的宇宙海盗科技较弱,没有可自持的工农业,必须依靠不断掠夺其它的文明来养活自己,如同吞食者文明那样,那么情况就不是很乐观。1961年,加州大学的德雷克提出了著名的德雷克方程,又名“绿岸方程”,用来推算银河系中的文明数目。按照他当初计算使用的参数,全银河系大概也只有10个文明,这样是几乎不可能“可持续发展”的。也许其它星系会好一些,但是很难想象就靠这10个文明能积累出足以跨星系旅行的物质基础,正如在近海开单桅帆船小打小闹的小海盗攒不起钱来驶向新大陆一样。当然,如果找到了能用的虫洞或者发明了空间跃迁那又是另一回事了。

更靠谱的可能性是:不依赖于具体文明,而尽量靠星际物质求得生存。已知的地外行星大约有百分之一含有水或水蒸气或冰,这比起有文明的星球来说概率大得多。假如这类“基本物质”能够找到充足来源,那么我们的海盗只需要自备全套工农业生产体系就可以,不用带上整个生物圈。但是这么做的风险是,依然难以保证掠夺的稳定性。

航行到汪洋大海之中却断水断粮是最可怕的事情,而假如一个太空海盗没有母港,可以说迟早会遇到这种事件。别的不说,农业产生的甲烷就是大麻烦:目前全世界的牛每年产生约五万吨甲烷,自然情况下大部分甲烷是和对流层里的羟基自由基反应从而消耗掉,但只有工农业、没有全套生态系统的宇宙飞船根本没有对流层,这些甲烷也就难以处理。所以,虽然名义上是开放体系,但是依然不能像城市那样放肆,起码要具备一个小规模的生态圈和足够强的物质循环能力(不过不需要百分之百回收)。

多体系平衡


[分布式群体网络舰群]

不管是封闭体系、开放体系还是有一定自我维持能力的“半开放体系”,都有一个老问题:对极端风险的抵抗能力太低。太空冷酷而凶险,各种五花八门的意外事故从黑洞到小行星群到超新星爆发,层出不穷,没有任何一艘飞船敢于宣称自己永不沉没。而一旦体系崩溃,就没有恢复的机会了。把鸡蛋放在同一个篮子里,迟早会一起打碎。

但是简单地增加篮子的数量也不是好办法。毕竟上面说过,越小的体系越不稳定,越容易出危险;而假如每艘飞船都是相互独立,不相往来的话,对形势的帮助也不很大。个人以为,要想万世长存,最佳的情况是大量的小飞船形成一个分布式群体网络。

其实人类历史上也没有几个群体长盛不衰的,风水轮流转,只要一个群体存在时间足够长,肯定会倒霉。但是如果有足够多的有差异的群体,你方唱罢我登场,而且群体之间存在紧密联系,失败的可能性就会大大降低。哥伦布在葡萄牙碰了钉子还可以去找西班牙王室,郑和要是没了皇帝资助就完全抓瞎,区别即在此。不过要想让小飞船有效地联络,它们的距离就不能太远;而距离过近的话又会出现资源竞争。最理想的情况是,在掠夺资源时并不竭泽而渔,使得被一艘飞船掠夺过的行星,隔一段时间下一艘飞船到来时依然有价值。(比如,可以在掠夺二氧化碳和水的同时把飞船上的甲烷就地排放在行星上,利用行星自身大气层完成物质循环。)

假如这幅图景真的能够实现,那么我们就从宇宙海盗变身为宇宙游牧民:驾驶着一群群飞船,在行星群之间穿梭往来,收割资源,同时把废料排放在行星上待其自然循环。但是,为了防止公地悲剧,这对庞大的飞船群管理也提出了很高的要求:要保证把足够的物质回馈给行星,要保证排放的废料不会引发行星本身大气结构剧变(比如显然不能把氧气大规模排放到还原性大气中),要保证不把持续危害性的物质(比如长半衰期的核废料)大规模排放到行星上,要保证不对某几颗行星过度掠夺。这需要游牧民之间存在极强的相互监管体系和惩罚机制,甚至可能需要一套全新的宇宙道德。

这应该是最可持续也最安全的太空生存方式,不依赖于任何一艘船,不依赖于任何一颗具体的行星,不惧怕任何局部性的突发事件,唯一依赖的只有我们自己对人类社会的掌控能力。我只希望,到那时人类会比现在更聪明,更有自控力。其实大刘的想法很对,决定宇宙图景的未必是物理学,很可能是社会学。

部分图片来源: 《EVE 霸主》;mavericuniverse.wikia.com;STARGATE•ATLANTIS设定

本文已发表于 果壳网 微科幻主题站流浪家园:如何打造太空方舟?》

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61 Responses to “流浪家园:如何打造太空方舟?”

  1. 大型熊类说道:

    挽尊.

  2. laoma说道:

    大刘的《流浪星球》提供了一个可持续的封闭体系的解决方案。

    • laoma说道:

      《流浪地球》讲的是人类在太阳变成红巨星之前,驾驶地球到达比邻星的故事。

    • Ent说道:

      大刘那篇文章我没有提,因为作为现实的解决方案有很多不现实……

      就现有的知识来说,推动地球离开太阳系,那么地球生态系统一定早已全灭了。如果人类在这样的情况下还能生存,那么也就不需要带地球走了,宇宙飞船也够用……

      另外大刘那篇貌似也没考虑多船形成舰队的可能。

      • 无头学姐异闻录说道:

        流浪地球除了场面比较壮观以外,其他都太不现实

      • zzzevazzz说道:

        宇宙飞船可以保护人类三、五百年,更长就不行了。
        带走地球的目的是到达比邻星后恢复生态。

      • 123说道:

        是啊,人类如果真要这么做,也许只有一种可能--我们技术太先进了,除了移民以外,再顺便带上地球收藏...

  3. 北京青年说道:

    人类变成半机器人的话,太空生存就容易多了

    • charleswangga说道:

      其实太阳变成红巨星还有四十多亿年吧,人类搞不好已经灭绝了。
      怎么可持续发展,而不至于给人类早早掘坟,我觉得更近也更实际。
      当然,支持天马行空的幻想。

  4. chester说道:

    直接电子化,类似黑客帝国一般最好,还顺便获得了永生的能力。

  5. 拼音佳佳说道:

    制造智能机器,代替我们好了...即便最差的情况,人类全灭,机器也可以用基因序列重建人类生命(在合适的环境下).只不过把这件事交给自主意识的机器,他不做这件事,就傻眼了...

  6. lancaster说道:

    第一张图是EVE的

  7. 编客网说道:

    总归是要开发其他星球的,人类拯救不了地球。

  8. 星云说道:

    话说未来人类能不能在月球开发一个地下城市?利用聚变作为能量提供源,采集南北极的冰甚至过往彗星上的冰来提供水,至于废气废料什么的直接发送到太阳上去。

  9. ar.w说道:

    哇靠,那个图片不是EVE里的普罗维登斯货舰吗??还是升级版?

  10. 二手科学家说道:

    好吧……看到我想自己搞个封闭的小生态圈是不可能的了,还是自己攒个飞船吧

  11. jrlay说道:

    我擦,星际之门亚特兰蒂斯

  12. sssh说道:

    人类的维生系统太麻烦了,未来的宇宙必将是属于机器人的。

  13. overcash说道:

    所有的生存都是有代价的

  14. 贝雅特丽齐的但丁说道:

    第一反应就是《流浪地球》

  15. Zzz说道:

    看到方舟级战略货舰... 还有那个版本翻译做霸权...

  16. 二次元说道:

    这篇真霸气,图片很喜欢。到底是游牧于太空呢,还是定居于某颗行星只有看那是的人类技术和能利用的资源了

  17. theta说道:

    最后一个配图是星际之门-亚特兰蒂斯中古人的舰队。该舰队可通过从更高维度吸取能量的电池驱动的方式可以航行几百万光年。当距离尺度不是问题的时候,维持一个自循环生态系统的必要性就不存在了。人类星际移民的节点是星球,而不是大舰。

  18. yutouguai说道:

    表示膜拜。

  19. 歌者说道:

    也许可以量子形态旅行,吃喝拉撒都免了

  20. 阿毛说道:

    听起来不错,可人类真能做到么?

  21. 无欢说道:

    太空游牧吗...
    认真的想一想,游牧的问题在哪里?游牧民的人口!

  22. 生命收割者说道:

    将地球改成飞船算了……

  23. 梦游说道:

    现在我们还滚不出去,所以还是先保护好环境吧

  24. piccolo说道:

    非常好的文章,很喜欢。

  25. 海盗说道:

    部分图片来源: 《EVE 霸主》 ..... 不是霸主啊 是《霸权》....

  26. nipper说道:

    这个还需要很多积累啊。先建人工漂浮岛,更现实些。

  27. 狐狸糊涂说道:

    人的进化难道还只是局限于肉身的进化吗?人类文明的发展难道不应该也被列入我们进化的一部分吗?

  28. 带你到高潮说道:

    看看现代医学,你就知道机器人会实现的。

  29. 带你到高潮说道:

    一切的担心都是多余的。面对未来,我的看法是及时行乐。现实永远不可能完美。人类社会何去何从,那些所谓永恒的价值,很多时候只是看似正确或者暂时正确,一放到现实,就有点走样。即便是科学,也是这样,你看我们消耗了多少的能源。开始提倡环保的同时,商业力量也在悄悄崛起。

  30. 带你到高潮说道:

    我就是星际海盗,仅存的人类。

  31. 西莫君说道:

    我记得美国有个改造火星计划。不过你这种“放牧星球”的构思确实不错。

  32. 西莫君说道:

    要想完成远航的确必要完成对人类自身的修改。

  33. 文明将委说道:

    维持现在这样的整个人类太难,那就改造人类自己,改造到生存能力足够强,像小说中的仙人一样。或者是像机器人一样。

  34. 幻风说道:

    噗……
    封闭体系……地球……是在个TT里边么?……

  35. 科學信仰说道:

    是啊,人類快速進化以適應更大範圍宇宙環境是必須的,目前人類的適應力實在太弱了

  36. David说道:

    铺盖!!!!(书面语言:被子。)

  37. David说道:

    铺盖!!!!(书面语言:被子。)

  38. David说道:

    铺盖!!!!(书面语言:被子。)

  39. David说道:

    铺盖!!!!(书面语言:被子。)

  40. leavr说道:

    EVE
    星际之门亚特兰蒂斯

  41. Bryce说道:

    我在标题图利看到了EVE中Amarr货舰 普罗维登斯···恩,很漂亮!

  42. 说道:

    我觉得与其等全面发展后当游牧民,还不如刚发展起来的时候就派一些人去改造一些有足够资源的类地行星。不需要改造整个星球,建立一个大型基地类型的就够了,农业单独封闭管理,收集产生的废气利用或废弃

  43. 康康说道:

    把大脑和生殖系统留下,其余都机械化

  44. Loners说道:

    请问为什么不直接把甲烷排放到太空中?

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