文/加來道雄

我們在宇宙海洋的岸邊已經流連夠久,終於,我們做好準備要航向眾星了。
──卡爾.薩根

神話中的眾神,在強有力的雙輪馬車上,漫遊通過奧林匹克山的天庭。古挪威諸神,在強大的維京船上,通過宇宙海洋,向神的居所阿斯加爾德(Asgard)前進。

同樣地,到了二一○○年,人類將到達太空探險新時代的邊緣:航向眾星。夜間所見的星星,像是在附近對人眨眼睛,實際上卻遙不可及。到了本世紀末,它們將是火箭專家聚焦的目標。

但是,建造星艦之路將是障礙重重。人類目前的處境就像是有一個人,舉手捫星辰,卻雙足陷泥潭。一方面,在這個世紀裡,當我們送衛星去找出太空中與地球相同的行星、探測木星的衛星、甚至是拍攝到宇宙大爆炸初期的影像時,我們會見到一個機器人太空探險的新時代。但另一方面,載人到外太空探險,雖是好幾代夢想家和有遠見的人的嚮往,卻也是某些失望之源。

太陽系以外的星球

太空計畫中最了不起的成就之一,就是外太空的機器人探測,大大地拓展了人類文明的眼界。

這些機器人的首要任務,將是搜尋太空中與地球條件類似的、可以庇護生命的行星──那是太空科學的聖杯。

為了發現行星,天文學家搜尋星球軌道上的一些細小晃動。這些陌生的太陽系,有點像是一個旋轉的啞鈴,兩個球體互相繞著轉;其中一個代表恆星,可以在望遠鏡中清楚見到,而另一個代表木星大小的行星,環繞著中心的啞鈴,望遠鏡可以清楚看到它在晃動。這個方法,已經成功地識別出數百個太空中的巨大氣體,但它仍然過於粗略,難以偵測出較小的如地球般的行星。

以地球為基地的望遠鏡所發現的最小行星,是於二○一○年找到,比地球大了三至四倍。令人興奮的是,這個「超級地球」是第一個在它繞行的太陽軌道的適居帶中──例如,在會有液態水的適當距離。

有了二○○九年克卜勒任務(Kepler Mission)望遠鏡,和二○○六年「對流旋轉行星凌計畫」(又稱COROT計畫)衛星的發射,這方面的發展改變了。這些太空探索,是在尋找恆星光因為較小行星在前面通過而引起的微小波動。經過仔細掃描數千個星球,以尋求這種微小的波動,這些太空探索將可以偵測到也許數百顆類似地球的行星。一旦找到,這些行星將被分析,以便知道它們有沒有液態水──這可能是太空中最珍貴的東西。

新聞記者在追探醜聞時說:「跟著錢走。」但天文學家在探查太空中的生命時說:「跟著水走。」

輪到克卜勒衛星,將被其他更敏感的衛星取代──例如「類地行星搜尋者」(Terrestrial Planet Finder)。雖然發射日期數度延後,它仍然是延續克卜勒目標的最佳候選者。

「類地行星搜尋者」將以更進步的光學,在太空中尋找類似地球的孿生兄弟。

所以,在不久的未來,我們將會有包含數千行星的百科全書,其中約有數百顆的大小和組成,將與地球相似。這些又會回過頭來引發科學家更多興趣,打算有一天要送出一個探索器到這些遙遠的行星。我們將會付出很大的努力,去看這些類地球的孿生兄弟,有沒有液體水的海洋,以及有沒有無線電波由有智能的生命發射出來。

載人太空任務

在機器人任務將會繼續為太空探索打開新的遠景的過程中,載人任務則將面對較大障礙。這是因為機器人任務,相對於載人任務,成本較低而又具有多功能;可以探索危險的環境;不需昂貴的保護生命設備;以及更重要的一點──不必回來。

回到一九六九年,好像我們的太空人已經準備好要探索太陽系了。尼爾.阿姆斯壯(Neil Armstrong)和巴茲.艾德林(Buzz Aldin)剛在月球漫步,人們已經在夢想著前往火星,甚至更遠。彷彿我們已經到了眾星的門檻。人類的新世紀已經開始。

然後,夢想破滅了。

如同科幻小說家艾西莫夫所寫的,我們觸地得分,撿起橄欖球,然後回家了。今天,那老舊的土星推進火箭呆立於博物館中,或在廢物堆積場鏽蝕。一整個世代的頂尖火箭科學家任其消散了。太空競賽的動力也慢慢地消散了。今天,你只能在布滿灰塵的歷史書籍中,找到著名的月球漫步的參考資料。

發生了什麼事?許多事,包括越戰、水門事件等等。但是,當所有的紛擾沉寂之後,最後縮減為一個辭彙:成本。

我們有時候會忘記,太空旅行很昂貴,非常昂貴。要把一磅重的任何東西放到最接近地球的軌道上,就要花費一萬美元。你只要想像太空人約翰.格林(John Glenn)的等身純金像的價值是多少,就能知道太空旅行的成本。到月球的話,每磅需要大約十萬美元。若是火星,每磅需要大約一百萬美元(約等於與你等重的鑽石)。

不過。所有這些都被與俄國競爭的興奮和戲劇性掩蓋住了。勇敢的太空人的壯麗太空絕技隱藏了太空旅行的真正成本,因為如果國家的榮譽面臨考驗,國家願意付出昂貴的代價。但即使是超級強權,也難以維持連續數十年的這種花費。

更糟的是,火箭必須為自己攜帶燃料,這又增加了它的重量。飛機可以就地取材,從機外的空中舀取氧氣,在它的引擎中燃燒。但因為太空中沒有空氣,火箭必須攜帶自己的氧和氫的儲存槽。

這一點不僅是使太空旅行昂貴的原因,也是我們沒有噴氣背包和飛天汽車的原因。

無重力狀態的傷害性

雖然「星座計畫」已經被歐巴馬總統取消,但他仍然對某些選擇保持開放。本來要帶太空人回到月球的「獵戶座」太空船,現在正被考慮來當作國際太空站的逃生艙。在未來的某些時候,當經濟復甦時,另一個政府可能願意再將月球列入其遠景,包括一個月球基地。

在月球表面建立一個永久存在的基地,要面臨諸多困難。首先是微隕石。由於月球沒有空氣,來自太空的岩石常會擊中它。我們只要看它的表面被隕石打得遍布凹痕(其中有些發生在數十億年前),就可以發現這一點。

無重力狀態也是一個問題,特別是對長期的太空任務而言。我曾有機會訪問 NASA 在俄亥俄州克里夫蘭的訓練中心,太空人在那裡接受密集的測試。在我目睹的一個測試中,一個受測者被安全帶懸掛著,身體與地面平行。然後他開始在一個有垂直跑道的踏車上跑。透過在這個踏車上的跑步,NASA 的科學家既能測試受測者的耐力,又能模擬無重力狀態。

當我與 NASA 的一個醫生談話時,我知道了無重力狀態的傷害性,比我以前的想像還要嚴重。一個醫生對我解釋說,在觀察了美蘇兩國太空人數十年承受的長期無重力生活之後,科學家現在相信身體會受到無重力影響而有顯著改變:肌肉、骨骼和循環系統發生退化。我們的身體生活於地球的引力場中,已有數百萬年的進化,當被長期置身於較弱引力場時,我們原本的生理進程就亂掉了。

在太空待過大約一年的俄國太空人,在回到地球時極度虛弱,以致只能爬行。即使他們在太空中天天運動,他們的肌肉仍會萎縮,骨骼中的鈣流失,循環系統也開始轉弱。某些太空人需要數個月才能由這個傷害中恢復,有些傷害則永遠存在。一趟到火星的旅程,可能需要兩年,可能耗盡太空人的元氣,以致於到達火星時無法執行任務。(一個解決辦法是轉動太空船,使它在艙內產生人造重力。這也與你能在頭上轉動一桶水而水不會溢出的理由相同。但這樣做的代價太高,因為必須有很重的機器在艙內轉動,而每一磅額外重量增加一萬美元成本。)

火星任務

二○一○年,歐巴馬總統前往佛羅里達宣布取消月球計畫時,卻維持了火星任務的前景。他支持為一個尚未公布細節的重型推進火箭提供經費,使它未來有可能將空人送到月球以外。

在太陽系所有的行星中,只有火星比較像地球,足以庇護生命。水星已被太陽烤焦,我們已知道它可能對生命極不友善。而那些氣體巨人(木星、土星、天王星、冥王星和海王星),都因太冷而無法支持生命。金星是地球的孿生兄弟,但失控的溫室效應已經造成一個地獄般的地方:溫度升高到華氏九百度,大氣中二氧化碳濃度比地球高一百倍,而且還有硫酸雨。走在金星表面,你會窒息,並破碎死亡,屍體會被熱氣燒成灰燼,然後被硫酸溶解。

另一方面,火星曾經跟地球一樣,是個有水的行星。它有消失已久的海洋和河床。今天,它是個冰凍的沙漠,沒有生物。也許微生物數十億年前曾經在那裡繁殖,或者可能在地底下的溫泉中活著。

一旦美國決定強力支持前往火星,還要在花二十至三十年才能真正完成任務。但是,到火星遠比到月球困難得多。相較於月球,火星代表著難度的量子大躍進。到月球只要花三天,而到火星卻要花六個月至一年。

在二○○九年七月,NASA 的科學家,很難得地讓我們看到,真正的火星任務會是怎樣。太空人將會花六個月以上的時間飛到火星,然後花十八個月在火星上,回程再飛六個月。

由於任務過於複雜,必須分成幾個步驟。因為攜帶返航火箭燃料代價太高,另一個火箭將提前送至火星,攜帶燃料對太空船提供補給。(或者,如果可以從火星上的冰提取氫和氧,這也可作為火箭燃料。)

一旦上了火星,太空人可能要花好幾星期,去適應另一個行星的生活。火星的日夜週期與地球大致相仿(火星的一天是二十四.六小時),但一年則長兩倍。火星上的氣溫永遠不會高於冰的溶點。沙塵暴的威力極其兇猛。火星的沙和滑石粉的性質一致。沙塵席捲整個行星是常態。

經濟效益?

你千萬別幻想,殖民於月球和火星,能使我們立刻獲得巨大經濟利益。當哥倫布(Christopher Columbus)於一九四二年航行到新大陸時,他開啟了歷史性的意外之財的大門。很快地,征服者帶回劫掠自美洲原住民的大量黃金,而殖民者則送回對舊大陸有價值的原物料和農產。驚人財富所帶來的補償,遠遠高過遣送探險隊到新大陸的成本。

但是,在月球和火星的殖民完全不同。那裡沒有空氣、液態水或肥料,因而所有的東西都要由火箭帶去,所以樣樣都是異常昂貴。

還有,殖民於月球的軍事價值也不高,至少近期如此。這是因為由地球到月球來回,平均各須三天,但核子戰爭用洲際彈道飛彈只需作戰九十分鐘。一支在月球的太空機動部隊,遠水救不了近火,無法及時使戰爭改觀。因而,五角大廈並未編列任何經費支持武裝月球的緊急方案。

這意味著,如果我們在其他世界創立大規模的採礦作業,那將是為了太空殖民地的利益,而非為了地球。殖民者將會為自己提煉金屬和礦物,因為把它們送回地球的代價太高。唯有當我們有了自給自足的殖民地,可以自行運用這些原物料以後,在小行星帶採礦才有效益。而這個情況在世紀末(甚至更晚)以前不會發生。

太空旅行

那麼,什麼時候一般平民可以上太空?某些夢想家,像是去世不久的普林斯頓大學傑瑞德.歐尼爾(Gerard O’Neill),夢想著一個像是巨大輪子的殖民地(其中有生活單位、淨化水工廠、空氣再循環單位等等),可以解決地球上人口過多的問題。但是在二十一世紀,以太空殖民來舒緩人口問題的構想,頂多只能說是美好的想像。對大多數人類而言,至少再一個世紀或更久之內,地球仍是我們唯一的家。

不過,有一種方法可以讓普通人真正上太空:作為一個觀光客。

現在,魯坦期望以太空船二號開始測試,使商業太空飛行成為現實。維珍航空(Virgin Atlantic)的億萬富翁理查德.布蘭森(Richard Branson),已經創立維珍銀河公司(Virgin Galactic),並於新墨西哥州設立太空港。他有一大串顧客名單,願意花費二十萬美元來實現飛往太空的夢想。

太空船二號運用數種方法來降低成本。魯坦不用巨大的推進火箭攜帶物品進入太空,而將太空船放在飛機上,所以它可以讓標準「呼吸空氣」的飛機背負著。如此,你只要消耗大氣中的氧氣就能達到相當的高度。在近期的未來,到太空的一次旅行,也許花費不會比到非洲的一次狩獵旅行還貴。

不過如果要完全環繞地球,你顯然比須支付更多,才能做一次旅行。我有一次曾問微軟公司的億萬富翁查爾斯.西蒙尼(Charles Simonyi),他花多少錢去買一張前往太空站的票。媒體估計,約為二千萬美元。

出走地球?

到了二一○○年,我們可能已經送太空人到過火星和小行星帶,探索過木星的衛星,並且開始啟動送探測器前往其他恆星的第一步。

但人類自身又如何呢?我們會在外太空找到新家,以太空殖民地來舒緩人口問題嗎?人類會在二一○○年開始離開地球嗎?

不會。考慮到成本,即使到二一○○年和以後,大部分人類仍然不會登上太空船,去訪問其他行星。雖然有少數太空人會在行星中建立小小的前哨站,人類本身仍將被局限於地球上。

基於地球將是未來好幾個世紀人類的家這個事實,會產生另一個問題:人類文明本身將如何演化?科學將如何影響我們的生活形態、工作以及我們的社會?科學是繁榮的引擎,所以它會如何重塑未來的文明和財富?

※ 本文摘自《2100科技大未來》,立即前往試讀►►►

  • 用Line傳送