走出科幻

對太陽系的其他行星進行“地球化”改造，這個最早只出現(xiàn)在科幻小說中的情節(jié)如今已經(jīng)推進到了現(xiàn)實研究。

近年來一些天文學(xué)家或天文愛好者頻繁使用“地球化”一詞。

什么是“地球化”呢？所謂“地球化”，是指在未來把不適合生物生存的其他天體環(huán)境改造成類似地球這樣的生命世界。顯然，“地球化”實質(zhì)上就是一項巨大的環(huán)境工程。

關(guān)于“地球化”的概念，在很早以前就已存在了。17 世紀的英國詩人瓊· 彌爾頓所寫的《失樂園》一詩中，就有天使們讓剛剛形成的地球的自轉(zhuǎn)軸傾斜，從而給地球帶來四季變化的描述。在英國作家奧拉胡· 斯坦普頓于1930 年發(fā)表的科幻小說《最初的也是最后的人類》中，則描述了未來的人類改造金星，使之“地球化”的構(gòu)想。

至于“地球化”這個詞，最早出現(xiàn)在1942年出版的美國作家杰克·威廉姆斯的科幻小說中。自那以后這個詞的影響越來越大，在今天已經(jīng)作為科學(xué)專用詞被固定了下來。那么，是誰最早將“地球化”從虛擬世界推向現(xiàn)實研究的呢？這個人是卡爾·薩根。1961 年，他在自己有關(guān)金星最新觀測的一篇論文中指出，金星大氣中散布著一種單細胞藻類，它們長期分解金星大氣中的二氧化碳，有可能產(chǎn)生游離的氧。

盡管其后的觀測結(jié)果表明，薩根的這一構(gòu)想實際上是不成立的，但以那篇論文為契機，很多研究者開始把改造太陽系其他行星作為自己研究的課題，最終引發(fā)了當(dāng)今“地球化”研究的高潮。

改造行星

像火星和金星這樣的地球型行星，是最適合進行“地球化”改造的行星。

科學(xué)家認為可以被“地球化”改造的行星應(yīng)該是典型的地球型行星。地球型行星需要具備一些條件，比如像地球一樣擁有適當(dāng)?shù)慕^對質(zhì)量和適當(dāng)?shù)墓D(zhuǎn)軌道半徑，并且行星的演化歷程也和地球相似。行星“地球化”改造的首選對象是火星。

為什么首選火星？這是因為火星在各個方面堪稱地球的“兄弟星”。地球上的一天是23 小時56 分，火星是24 小時37 分；地球的軌道面與赤道面的夾角是23 度27 分，火星是25 度11 分；地球和火星具有差不多相同的季節(jié)變化；在地球的兩極終年覆蓋著皚皚白雪，而在火星的兩極則有由凍結(jié)的二氧化碳形成的潔白的極冠。

此外，在某種程度上說，火星的演變歷史也與地球相似?；鹦堑墓D(zhuǎn)軌道半徑平均值是地球的1.52 倍。如果只拿這一點跟地球相比，由于火星比地球距離太陽更遠，所以到達火星的太陽能比地球少。但是，科學(xué)家推測，火星在誕生初期原本具有厚厚的二氧化碳大氣層，能把入射的太陽能封閉在大氣中，通過“溫室效應(yīng)”保持早期火星表面溫暖的環(huán)境。

科學(xué)家還推測，早期火星表面也分布有海洋（事實上，近年來對火星的一系列探測已經(jīng)基本證實早期火星的確存在海洋），海水會逐漸吸收二氧化碳，轉(zhuǎn)化成碳酸鈣之類的礦物堆積在海底。在地球上，被海水吸收的二氧化碳因火山作用重新被釋放回大氣中去，由此形成二氧化碳的循環(huán)。但是，在火星上，這種循環(huán)卻無法長久維持，這是因為火星比地球小，其內(nèi)核迅速冷卻，火山活動在火星早期就已結(jié)束。

結(jié)果，大約在火星形成2 億年之后，原本在維持溫暖環(huán)境方面起重大作用的火星大氣被海水吸收，造成火星迅速變冷和變干燥。當(dāng)今的火星，地表氣壓為0.01 個地球大氣壓，平均氣溫為-50℃，對生命來說，是一個過于嚴酷的世界。

那么，能否把這個嚴酷的世界恢復(fù)到它原來的溫暖濕潤呢？科學(xué)家認為并非很難，只需要把入射火星的太陽能的不足部分用其他方式補足就可以了。例如，在火星北半球的沙漠地面之下，沉睡著數(shù)量龐大的永久凍土，它們是由火星上曾經(jīng)存在的海洋凍結(jié)而成的。

只要融化凍土，使之變成水蒸氣（水蒸氣也是一種溫室氣體），就可以使火星大氣升溫。隨著氣溫上升，冰融化成水蒸氣的正反饋隨之加強，火星大氣的溫室效應(yīng)逐漸恢復(fù)，火星的環(huán)境當(dāng)然就會發(fā)生劇變。

為此，有科學(xué)家提出：在環(huán)繞火星的軌道上布置反射鏡衛(wèi)星陣（由一系列衛(wèi)星組成），以增加入射火星的太陽能量；或者，讓適當(dāng)大小的彗星撞擊火星，利用撞擊產(chǎn)生的巨大能量來氣化被封閉在凍土中的冰。此外，還有另外一些加熱火星的奇妙思路。

與火星相比，金星的“地球化”改造就要困難得多了。金星的公轉(zhuǎn)軌道半徑僅為地球的0.7 倍，金星表面每單位面積的太陽能入射量卻是地球的1.9 倍（金星自轉(zhuǎn)周期為243 天），這樣一來，金星就變成了灼熱的“地獄”。在金星上，不僅生命所必需的水被完全蒸發(fā)，就連鉛這樣的金屬都被熔化了。由于金星上還有由二氧化碳構(gòu)成的非常濃密的大氣層，所以其溫室效應(yīng)異常強烈，由此導(dǎo)致金星地表氣溫高達460℃，地表氣壓為地球的90 倍。很明顯，金星是一個高溫、高壓的恐怖世界。

要想讓金星環(huán)境變得像地球，首要任務(wù)就是為金星降溫，也就是說，要大大弱化金星大氣的溫室效應(yīng)。怎樣為金星降溫呢？有一種方法，這就是部分清除金星大氣，可以通過加速金星的自轉(zhuǎn)來實現(xiàn)。還有科學(xué)家提出，可以讓大小適當(dāng)?shù)男⌒行窍嗬^從適當(dāng)?shù)姆较驔_撞金星。

此外，為了讓金星永久冷卻，還可考慮在金星與太陽之間的重力平衡點（所謂的“拉格朗日點”）建造巨型遮陽傘，用其陰影遮住金星。至于金星缺水的難題，可以通過讓彗星沖撞金星，從而將水帶給金星。事實上，彗星含有大量的冰，地球上最早的水有可能就是由撞擊地球的彗星帶來的。

再造一個“太陽”

用“微型黑洞”啟動木星內(nèi)部的核聚變，木星將成為太陽系中的另一個“太陽”。

火星或金星的“地球化”改造說起來如此簡單，緣于只需在其擁有的“先天”的天體環(huán)境中略加增減而已，對于火星而言是加溫，對于金星而言是降溫。但是，對于太陽系的其他行星來說，進行“地球化”改造就完全是另一回事了。

木星、土星、天王星等被稱為“氣體型行星”，名副其實，它們的表面只有以氫為主體的巨大氣團，根本不存在固體。以木星為例，其直徑是地球的1316 倍，表面重力在赤道上是地球的2.37 倍。木星沒有固體表面，在大氣層之下是液態(tài)木星幔。所謂“木星?！?，其實就是在巨大的壓力下，氫變成液體，形成深達7 萬公里的“氫?！?。液體的氫旋轉(zhuǎn)不息地流動，使木星具有強大的磁場?？磥砟拘歉緵]有可能被“地球化”改造。那么，木星的衛(wèi)星群又如何呢？

木星有4 顆衛(wèi)星，從內(nèi)側(cè)數(shù)起，依次是木衛(wèi)一（伊娥）、木衛(wèi)二（歐羅巴）、木衛(wèi)三（加尼梅丹）和木衛(wèi)四（卡利斯特），直徑分別是3630 公里、3138 公里、5262 公里和4800 公里，其中最大的加尼梅丹比水星（直徑為4878 公里）還要大。

科學(xué)家認為，如果這些衛(wèi)星能夠確保能量的話，就有可能成為“地球化”改造的對象。但是，在木星周圍，太陽能密度只等于地球軌道附近的3.7%，這么少的能量無論如何都滿足不了使這些衛(wèi)星“地球化”所需的能量。那么，有沒有給這些衛(wèi)星提供能量的手段呢？

人們常為木星沒能成為太陽而感到惋惜。

假如木星的質(zhì)量再大幾倍的話，通過高壓，其內(nèi)部的氫應(yīng)該就會開始核聚變了。要真是那樣的話，太陽系就變成有大小兩個太陽的雙星系統(tǒng)了。

實際上，木星與其衛(wèi)星群共同構(gòu)成了一個“微型太陽系”，與太陽系的機制幾乎完全一樣。

有人據(jù)此認為，讓木星像太陽那樣發(fā)光并非不可思議。日本科幻作家小松提出，用正/ 反中微子束撞擊木星的核，在核中心引發(fā)成對的湮沒反應(yīng)，從而在木星內(nèi)部啟動核聚變。另一位著名的科幻作家C·克拉克在其小說《2010 年》中，描述了從提高木星密度到引發(fā)木星核聚變反應(yīng)的過程。雖然他的創(chuàng)意還停留在科幻階段，但這種構(gòu)想受到了一些專家的極大關(guān)注，還有專家以論文的形式發(fā)表了對有關(guān)木星“太陽化”的見解。

木星“太陽化”的設(shè)想是從“原初黑洞”開始的。在宇宙誕生之初，在大爆炸后的超高溫、超高壓環(huán)境中，有一部分物質(zhì)在巨大的壓力下被擠壓成極其微小的“原初黑洞”，它們迄今仍飄流在空間各處。

1971 年，英國劍橋大學(xué)的斯蒂芬·霍金提出了“微型黑洞說”。他的理論是，黑洞輻射亞原子粒子，因而質(zhì)量減??；隨著黑洞質(zhì)量減小，輻射日益增大；最終，黑洞的最后殘余在強烈的輻射暴中消失；但黑洞或許還剩下少量質(zhì)量因輻射停止而幸存下來，這就是所謂的“微黑洞”。如果真是那樣的話，即使是最小的“原初黑洞”，其質(zhì)量也應(yīng)該在5 億噸左右。

如果“原初黑洞”確實存在，并且正在輻射強烈的伽馬射線，那么從宇宙背景的伽馬射線強度可以推斷，在現(xiàn)在的宇宙中，以平均每300 立方光年（光年是長度單位，1 光年是指光線在1 年中跑過的距離）1 個的密度幸存著質(zhì)量為5 億噸級的“原初黑洞”。

據(jù)此推斷，距地球最近的“原初黑洞”應(yīng)該位于冥王星軌道外側(cè)的所謂“彗星倉庫”中。

如果推斷無誤，那么距地球最近的“原初黑洞”或許就像彗星那樣，在圍繞太陽的長橢圓形軌道上運行。如果注意觀察伽馬射線輻射或空間重力異常，發(fā)現(xiàn)“原初黑洞”只是遲早的事。

一旦發(fā)現(xiàn)合適的“原初黑洞”，就可以用某些方法俘獲它。例如，用大小合適的小行星與“原初黑洞”構(gòu)成雙星系統(tǒng)，在小行星上安裝火箭發(fā)動機，將它作為引力拖船來拖曳“原初黑洞”；或者用帶電粒子束照射“原初黑洞”，使之帶電，再通過電磁陷阱來搬運黑洞。

接下來，將這個“原初黑洞”放在指定的軌道上，使之進入木星大氣層?！霸鹾诙础甭湓诶@木星重心運行的軌道上，逐步吸入周圍的氫，當(dāng)吸入的氫的量達到黑洞質(zhì)量的40% 時，黑洞就開始向周圍輻射能量。假定“原初黑洞”

的質(zhì)量是6×1020 千克，即地球質(zhì)量的萬分之一左右，那么它的物質(zhì)吸收率是每秒400 噸，輻射能量是1022 瓦特。不久，木星從內(nèi)部開始受熱。

接著，木星開始輻射弱的紅光?？紤]到在木星內(nèi)部引發(fā)的激烈干擾，木星的強大磁場屆時將被消滅。隨后，木星的4 顆衛(wèi)星從內(nèi)側(cè)開始依次被加熱，結(jié)冰的衛(wèi)星表面融化，變成被大氣包裹的衛(wèi)星。

在這4 顆衛(wèi)星中，位于最內(nèi)側(cè)的伊娥星表面存在劇烈的火山活動，因此不適宜居住。但是根據(jù)計算，第二顆衛(wèi)星即歐羅巴星的冰開始融化后，輻射增大，而位于最外側(cè)的卡利斯特衛(wèi)星的溫度將超過26℃。只需大約1.4 億年的時間，歐羅巴、加尼梅丹和卡利斯特這3 顆木星衛(wèi)星都可能成為人類的居住地。不過，這種令木星衛(wèi)星“地球化”的方法實質(zhì)上是把木星“太陽化”，而在輻射強烈的1.4 億年之后，木星本身也有被消滅的危險。

給木星包一個殼

其實，人類要想移居外星，只需一個木星人造地殼就足夠了。

把木星作為黑洞的“誘餌”，這種想法未免讓人惶恐，因為一旦這樣做，木星質(zhì)量的1/130 將被消耗掉。另一方面，太陽至少還能繼續(xù)維持地球文明上百億年。在不久的將來，當(dāng)人類完全掌握核聚變技術(shù)時，木星上大量存在的氦將作為理想燃料備受青睞。木星作為核聚變?nèi)剂系墓?yīng)基地，是科學(xué)家眼中最具魅力的天體。

那么，這么有魅力的木星難道真的沒有可能進行“地球化”改造，從而成為人類的另一個家園嗎？至少在英國天文臺的專家鮑爾·伯奇看來并非如此，他提出了一個絕妙的想法，要點是——為木星包上一層人造地殼。

顯然，按常規(guī)方法是不可能在木星上為人造地殼筑起地基的。伯奇考慮的方法是，利用木星的引力場本身，在其軌道上放置大量的物質(zhì)，通過這些物質(zhì)的質(zhì)量產(chǎn)生剩余離心力，用來支撐人造地殼的載荷。具體思路如下。

首先，在木星赤道上距木星中心大約為木星半徑1.6 倍的地方，放一個圍繞木星的空心環(huán)，環(huán)中充填大量物質(zhì)。其內(nèi)部物質(zhì)通過馬達驅(qū)動，維持環(huán)在軌道上的運行速度。環(huán)的半徑之所以被定為木星半徑的1.6 倍，是因為在這個距離上產(chǎn)生的木星重力加速度與地球上的相同。環(huán)內(nèi)部的物質(zhì)只作軌道運動，目的是繼續(xù)保持環(huán)對木星重心的相對位置。如果環(huán)的運動量足夠大，其產(chǎn)生的剩余離心力就能支撐大的載荷。

其次，沿著木星的經(jīng)線方向，放與前一個環(huán)垂直的第二個環(huán)。接著，又在分別垂直于這兩個環(huán)的經(jīng)線方向上放第三個環(huán)，即用圍繞木星的三個環(huán)把木星外層空間分成X、Y、Z 三個象限。

在完成這三條環(huán)之后，接著在平行于各環(huán)的方向上不斷支起規(guī)模越來越小的環(huán)。這些環(huán)內(nèi)部的物質(zhì)在高速旋轉(zhuǎn)中會產(chǎn)生一點離心力，但被其自身重量抵消。

一旦這項工程完成，木星就被由大大小小的環(huán)密密麻麻編成的“籠子”包圍了。用一塊塊敲打成型的特制材料板填蓋“籠子”的網(wǎng)眼，然后用凸起的板造山，用凹下的板造海。這樣，木星的人造地殼就誕生了。至于板的材料來源，將木星的衛(wèi)星打碎不就有了。

在火星或加尼梅丹星上，由于重力加速度過小，就算好不容易制造出了大氣，隨著大氣分子的熱運動，大氣會逐漸逃逸到宇宙中。因此，必須想方設(shè)法制止這種“逃逸”才行。而木星因為有了這個人造的地殼，就可以完全免除上述的擔(dān)心了。

在天體周圍制造表面重力為1G（地球加速度）那樣的人造地殼，則地殼面積計算公式為“天體人造地殼面積=（天體質(zhì)量/ 地球質(zhì)量）× 地球總面積”。由于木星與地球的質(zhì)量比是316，所以木星的人造地殼面積是地球總面積的316倍。假定木星人造地殼的“地板”厚度是40 米，其總重量則為2000 京噸（1 京為1 億的1 億倍即1016）。人造地殼高速自轉(zhuǎn)，產(chǎn)生剩余離心力，用這個離心力就可以支撐人造地殼本身的重量。

人造地殼完成之后，接下來自然是自轉(zhuǎn)的問題。在木星周圍建造的人造地殼相對于木星重力場來說一直是靜止的，如果置之不理，那么在人造地殼上面的1 天就等于木星的公轉(zhuǎn)周期，即12 年。因此，有必要讓人造地殼產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，即按24 小時的周期自轉(zhuǎn)。

為此，需要把所有環(huán)都不是做成單個的，而是做成雙層的，各層環(huán)按相反方向旋轉(zhuǎn)。如果各層環(huán)擁有的角動量完全一致，則環(huán)是靜止的。假如角動量稍有差異，就會產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，環(huán)就開始向一邊轉(zhuǎn)。只需調(diào)節(jié)好這個轉(zhuǎn)矩，就能把任意速度設(shè)定為自轉(zhuǎn)速度。

自轉(zhuǎn)的問題解決了，還有太陽能的問題。

即使木星地殼上1 天的長度與地球上相同，但木星軌道附近的太陽能密度卻只有地球上的3.7%，這顯然不足以養(yǎng)育生命。因此，與金星的“地球化”情形正好相反，這次需要在木星與太陽之間的拉格朗日點附近放置面積為木星截面積20 倍以上的聚光鏡以收集太陽光。這個透鏡由鏡子（在極薄的聚合物膜上真空鍍敷金屬）和支撐鏡子的離心力環(huán)構(gòu)成。將多面鏡子做成圓錐狀重疊，借助每面鏡子的連接設(shè)計巧妙地反射太陽光。

這個面積極大卻又極為輕薄的聚光鏡本身受到來自太陽的光壓（光的壓力），被推到比拉格朗日點更靠近木星的地方。長此以往，鏡子最終就會墜落在木星上。因此，需要在木星周圍的軌道上安置反射鏡，用反射光的光壓抵御聚光鏡受到的太陽的光壓，從而阻止聚光鏡飄移，讓它保持在太陽一側(cè)的位置上。

如此看來，建造完全覆蓋木星的人造地殼是一項十分費力、極為浩大的工程。但是，具有地球表面積的316 倍和地球重力環(huán)境的木星人造地殼的確具有驚人的魅力。試想，假如將來因為資源匱乏、人口爆炸、生態(tài)災(zāi)難、天體碰撞和核災(zāi)難之類的原因，地球人真的需要移民外星，那么只需一個木星地殼就足夠了，它不但可以提供綽綽有余的人類居住空間，而且木星上的各種資源也可謂取之不盡、用之不竭。

如果連木星也可以被改造，那么宇宙中還有哪里不可以成為人類的家園呢？事實上，只要人類將來能夠開發(fā)出人造地殼技術(shù)，那么最終就有可能把存在于這個宇宙的一切天體都改造成適合地球人居住的環(huán)境。當(dāng)然，在今天看來，這一切都還只是科學(xué)幻想，但它的確具有理論上的可行性。我們相信，人類大規(guī)模改造其他天體終會成真。

（本文圖片由美國宇航局提供）