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[科技新闻] 条件恶劣的月球环境 能承载多少殖民人口?

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 楼主| 发表于 2019-10-7 19:02:32 | 显示全部楼层 |阅读模式

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月球是距离地球最近的天体,因此最容易被想象成我们未来的家园。但是,这一愿景与现实相符吗?月球有一天会成为热门的居住地吗?如果是的话,条件恶劣的月球环境能实际支持多少人的生活?



回答这个问题的一个简单方法是考虑月球的面积。月球的表面积约占地球陆地总面积的15.9%(不包括地球被海洋覆盖的面积)。从理论上讲,如果我们以地球上人口最多的城市的密度来填充这片区域,那月球表面可以容纳数万亿人口。

但是,月球表面能容纳多少人,与月球表面能支持多少人生存是截然不同的问题。在这方面,月球绝对可以算是地球的“穷亲戚”。

“这是一个相当贫瘠的地方,”美国亚利桑那州行星科学研究所高级科学家达尔比说,“每个物种都在寻求扩大自己的生态位。但是这一新的‘生态位’,也就是月球,对人类来说非常不适宜居住。”。



与地球不同,雨水不会自由地降落在月球表面。更至关重要的是,月球也缺乏提供可呼吸空气的大气层。这颗地球的天然卫星也没有现成的生态系统,可以方便地支持农业开发。此外,月球还特别容易受到太阳风暴的影响。太阳表面的爆发会发出电磁辐射,而没有磁场的保护,月球无法使这些辐射偏转。月球表面还具有巨大的温差,黑夜与白天交替的时间也非常长

在1995年的月球殖民地的概念图中,月球采矿设施正在澄海(Mare Serenitatis)盆地的火山土壤中开采氧气。这是一片广阔的熔岩平原,资源丰富。



所有这些都使在月球生活看起来极难实现。然而,令人惊讶的是,事实并非如此。理论上,在月球上寻求人类生存的基本要素,包括空气、水、食物和住所等,并不像你想象的那么遥不可及。

以空气为例。要养活月球上最初的几百人,我们首先必须把空气输送到月球表面,这可以通过将空气泵入密封结构中来实现。欧洲空间局月球项目经理马库斯•兰德格拉夫(Markus Landgraf)表示,这看起来似乎不可持续,但在短期内,这种方法实际上是相当划算的。“一开始人们不需要太多的空气,在很长一段时间内,我们不需要在月球上制造空气。我们可以把空气从地球带过来,”他说,“运输成本仍在可控范围内。”

然而,如果人口增长到数万,我们就需要在月球上合成氧气,这将是一个成本高昂的过程。但兰德格拉夫表示,未来几十年太空探索的发展可能会使这一过程更加经济。他认为,这主要是因为推进宇宙飞船需要氧气,如果需求增加的话,“在月球上建造氧气发生器供火箭推进剂使用,而不是为人们提供饮用水和空气,在经济上更有意义”。这将降低氧气的生产成本,使月球居民更容易获得可呼吸空气。



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 楼主| 发表于 2019-10-7 19:02:33 | 显示全部楼层


水,到处是水

那么,人类生活所必需的水呢?直到几十年前,研究人员还认为月球是完全干燥的。但后来的研究发现,月球表面分布着数量惊人的水。

“我们认为水是月球形成时留下来的。我们还知道,彗星基本上就像一个脏雪球,会周期性地撞击月球表面,”达尔比说,“有许多证据表明,彗星撞击月球表面形成的环形山中仍然存在水冰。”她还表示,水的另一个来源是咆哮着穿越太空的太阳风。这些携带质子的粒子在月球上与电子碰撞,形成了氢。

所有这些加起来就形成了相当数量的月球水,也许足够养活相当数量的人口。我们已经在国际空间站上开发了水回收系统,可以将宇航员的淋浴水、尿液和汗水处理为饮用水。该系统甚至可以回收他们呼吸出来的水分。在月球上,循环回收技术可以为居民创造一个闭环水源。



然而,即使回收利用,这些水的储量也不是无限的。一遍又一遍地循环用水确实会带来一些损失,所以需要不时地补充储备。此外,戴尔指出,通过粉碎月球岩石,以及从深坑中挖出冰来提取月球的水,将需要大量昂贵的能源。

“我个人的感觉是,月球的殖民化是否成功,将取决于我们能否把氢带到那里,”戴尔说道。然而,运输氢的成本也很高:每千克大约22万美元。

如果不知道现在的月球表面有多少水,就很难估计月球基地能养活多少人。但我们至少知道,为月球提供一个相对可持续的水源是可能的。兰德格拉夫估计,月球开拓者至少在最初的5到10年里都不需要开采月球的水资源;因为第一批定居月球的可能只有十几人,将他们所需的水运输到月球上并循环利用的成本不会太高。

兰德格拉夫表示,对于月球农业,我们可以用“几乎像生态系统一样的封闭圆顶”来模拟地球的环境条件。经过长时间的日照和循环用水的培育,月球农作物有可能扩大规模,养活数千人。已经有大量的研究表明,在太空种植农作物是可行的。

带我飞向月球

关于人类如何实现这一切,仍有许多未知数。从理论上讲,月球的自然资源可以支持成千上万甚至数百万人的生活。那么,为什么直到现在还没有人居住在月球上,注视着地球呢?

兰德格拉夫表示,殖民月球的最大障碍并不一定是自然资源的限制,而是用航天器把人送到月球的巨大成本。更经济地实现这一目标将需要更大胆的技术飞跃,比如太空电梯的发明。如果我们拥有这些技术,“就意味着有成千上万的人可以在月球上生活,”兰德格拉夫说,“所以,水并不是限制因素,是运输限制了我们。”

然而,我们还是需要迅速回到现实:目前,殖民月球还不是我们现实的目标。当然,我们可以把月球看作是地球末日时的诺亚方舟,但目前,各国的航天机构并未把月球视为远离灾难的前哨站,而只是一个研究中心,一个潜在的基地,从那里可以探索太阳系的其他部分。

或许我们可以在南极洲寻找人类如何定居月球的线索。南极洲可能是地球上最像月球的地方,这里居住的人口数量随季节变动,大约有1千到4千名研究人员。他们在寒冷干燥的环境中生活,完成他们的工作。目前的研究也推动了对人类定居月球的规划,关于未来几十年内会有多少人移居月球,更现实的想法是:一次几千人,而不是数百万或数十亿人。



戴尔表示,随着时间的推移,即使是研究南极的人群也可能逐渐减少,被更廉价、更高效的机器人所取代。她说:“随着科技的进步,几乎没有真的需要派人去做科学研究。”

这并不意味着我们的月球殖民梦已经结束。一个重要的因素是,人类有着不可抑制的探索动力。这可能会推动未来的几代人殖民月球,或将其作为其他太空探险的中转站。“人类是少数几个不断在探索的物种之一,即使没有必要,”兰德格拉夫说,“(我们)在这一策略上非常成功。我们会改变这一点吗?我不这么认为。”
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