【探索18-8】人類要成為跨行星物種,往哪裡去?怎麼去?

講師|國立自然科學博物館館長 孫維新
整理撰文|趙軒翎

Sit back, relax, and enjoy your flight…

現在身為乘客的你,會在飛機上聽到這樣的機長廣播,未來你可能是坐在一艘飛離地球的太空船上,聽到這段話。而這個未來沒有你想像的遙遠。

國立自然科學博物館館長孫維新說,只要看歷史上人類走出非洲、航向大海、拓荒西部、開發南極、飛上天空、進入太空的發展歷程,就知道人類總有一天會走出地球到另一個星球。

●太空梭時代的結束與新時代的開始

我們要怎麼走出去?

搭太空梭往上衝是一個辦法。「起飛像火箭、回航像飛機」是科學家設計太空梭的準則。太空梭靠著外部助推器和主燃料箱產生動能,將本體帶離地表後,便將助推器和主燃料箱全部扔掉,留下一些些燃料供回航時使用。也因此每一次的回航,對於太空梭機長而言,都是一個巨大的挑戰,啟動引擎後只有一次機會將太空梭轉到對的角度,否則無法順利回地球,因為不能再次起飛。

除了一艘測試用、從未進過太空的企業號太空梭外,美國還建造了五艘實際執行過太空任務的太空梭。其中有三艘已經退役,分別展示在不同的博物館中,包括加州科學中心的「奮進號」、佛羅里達州甘迺迪太空中心的「亞特蘭提斯號」,以及華盛頓特區國家航空及航太博物館的「發現號」。另外兩艘則很遺憾地在任務過程中發生事故毀損,它們是1986年起飛時爆炸的「挑戰者號」,和2003年回航時失事解體的「哥倫比亞號」。孫維新說,有些人或許會嘲諷美國太空梭計畫每次發射得耗費12億美元,發生事故的機率卻高達40%,不過這樣的批評角度是不公平的,每艘太空梭都多次執行任務,只有這兩次出了意外,已是相當不容易。

太空梭時代在太空梭陸續退役後結束,現在NASA也正在積極發展新一代載人太空船「獵戶座」太空船,外型有點像早年的雙子星太空船,但是內部空間和設備大幅地提升。

民間公司也不再讓NASA專美於前,亞馬遜公司的老闆貝索斯(Jeff Bezos)創立的「藍色起源」(Blue Origins)太空公司,企業家馬斯克(Elon Musk)創立的Space X太空探索技術公司,都致力於開發能載人上太空旅遊、殖民的太空船。

那麼準備要從地球出發的我們,將要航向何方?

●月球:離我們最近,但我們只認識它的一半

人類第一個登上的天體,就是離我們最近的衛星-月球。阿姆斯壯登陸月球成功以來,探索月球的任務並沒有停歇。月球上目前就有20艘登陸艇,包括美國的測量者(Surveyor)系列阿波羅號(Apollo)系列、蘇俄的月球(Luna)系列及中國嫦娥三號登陸艇,以及它們帶過去的月球車,都在月球上跑來跑去執行探測任務。

近年最受矚目的是中國大陸所發射的「嫦娥」系列衛星,以「嫦娥二號」為例,不僅成功進入月球軌道、傳送觀測影像和數據,更前往日地軌道的拉格朗日點L2,以及探測小行星。明年即將發射的「嫦娥四號」將降落在從未被探索的月球背面,為了能突破在背面無法與地球聯繫的困境,大陸將另外發射一個通訊衛星到地月的拉格朗日點L2上。這個點是兩個天體(太陽與地球,或地球與月球)之間重力平衡的地方,永遠與這兩個天體保持一直線,中國大陸已經透過嫦娥二號的實際操作,確認有將衛星送到L2點的能力。

只是月球沒有大氣層,裸露的地表受著大量宇宙射線的轟擊,表面的砂礫多半帶電,很容易吸附到太空人的衣物和裝備上。又因為月球上既沒有風、也沒有水,不曾受到任何摩擦侵蝕的砂礫形狀都很尖銳,一不小心跑進人體、太空船,或儀器中就會造成傷害。不過月球的地底因為以往的熔岩侵蝕,留下了巨大坑道。若是未來人類有機會到月球居住,住在地底坑道中會比沒有大氣防護的地表好多了。

●火星:大量水冰可以建冰屋

「如果想要減肥,就去火星吧!地球上100公斤,到火星只有38公斤,不管是跑跳或參加奧運都會很厲害!」孫維新開玩笑地說。

火星一直是人類極力想去探索的太陽系行星,它比地球小很多,體積只有八分之一。只是這個探索歷程幾家歡樂幾家愁。歐洲太空總署(ESA)曾在十年前發射「小獵犬二號」(Beagle 2),試圖登陸火星,可是卻在登陸過程中失去訊號,消失得無影無蹤。焦急的ESA只好向NASA求助、幫忙搜尋,不過直到兩年前才發現小獵犬二號的蹤跡。小獵犬二號因為設計的太陽能板未能完全開啟,無法取得足夠的電力,也阻擋了它對地聯繫的無線電波訊號。

近年來,ESA又重新嘗試以太空船ExoMars搭載Schiaparelli登陸艇,再次前往火星。只可惜這次又發生了類似的狀況,載滿研究儀器的登陸小艇在落地前訊號又消失了。

雖然ESA這兩次的任務失敗了,仍還有許多火星探測任務持續執行當中。經過這些探索,我們現在知道火星表面以下有水冰,這些水冰和泥土混合在一起,這些水冰還不少,南極水冰的量甚至超過美國密西根湖的水量。利用冰抵擋輻射的特性,未來人類只要利用3D列印使用水冰建造冰屋,就有可能生活在火星上。

孫維新也特別點出了電影《絕地救援》當中,劇情設定登陸火星探勘的太空人因遭遇時速175公里的沙塵暴而撤退,明顯不符合科學家對火星的認識。火星的大氣壓力是地球的百分之一,所以風速即使很大,風力仍舊是很小的,因為單位體積裡的粒子數太少。哪天人類真的去到火星,也不會遇到把人和儀器吹得東倒西歪的沙塵暴。

●土衛二有冰噴泉 土衛六到處是甲烷海

土星的兩顆衛星特別受到科學家的青睞,一顆是土衛二,一顆是土衛六。土衛二上有冰噴泉,代表它既含有水,也具備熱量,才足以產生壓力讓水噴出來。土衛六「泰坦」則是太陽系中唯一有大氣層的衛星,更令人興奮的是它的大氣是由氮氣組成,與地球相比只欠缺了氧氣。

近年來更因為卡西尼號太空船,成功將登陸艇「惠更斯號」降落到土衛六表面,讓科學家能看到土衛六地表的實際狀況。土衛六的表面充滿了甲烷湖、甲烷海等甲烷構成的液態環境,這代表土衛六是個低溫、高壓的環境,才能讓甲烷維持在液體的狀態。

●霍金放話:50年內要到最近的那顆「比鄰星」去

4.2光年外,半人馬座南門二系統中的第三顆星,稱作「比鄰星」(Proxima),也是離地球最近的恆星。這顆恆星比太陽小一點,是顆紅色的暗星,更讓人矚目的是它旁邊有一顆系外行星,科學家很想知道這顆行星上有無生命?

物理學家霍金(Stephen Hawking)在2016年宣布,將攜手俄國富豪米爾納(Yuri Milner)和臉書創辦人祖克伯(Mark Zuckerberg),發起探索比鄰星系統的計畫。這個稱為「突破星擊」(Breathrough Starshot)的計劃,預計在20年後發射一隊只有郵票大小的微型飛行器,前往比鄰星。這些飛行器將藉由地球發射的雷射光供給動能,並且持續加速,在短時間內就能達到光速90%以上。原本透過傳統飛行器需要三萬年才能抵達比鄰星,這些微型飛行器只要20年就能達陣。微型飛行器上的攝影機以及無線傳輸系統,可以將現場影像傳輸回來,科學家就能在50年內看見比鄰星的系外行星表面的狀況。

除了比鄰星的行星外,科學家陸續發現了非常多位於適居帶的系外行星。前陣子引發熱潮討論的克卜勒452b(Kepler-452b),不僅行星大小與地球相似,它與母星的距離,以及母星本身的溫度都像極了我們的日地系統。

●要離開地球,你得先學著忍受太空人的生活

只不過想要到離開地球,抵達這些天體,不管是探險、旅行,或是居住,人類都得調整自己以適應太空中的生活。除了要能對抗密閉恐懼症,長時間待在空間狹小的太空艙裡,還要能忍受太空船起飛時的強大重力,以及能在宇宙中安然自得地在零重力的環境中生活。

在零重力的狀況下,生活一切都不太相同,你得在刷牙時把牙膏吞下去,上廁所沒對準馬桶中央面臨的是排泄物隨處飄散的困境,沒辦法好好沖個熱水澡,睡覺時得把自己綁起來……當你覺得這樣的生活痛苦不堪,看到地球想家想哭時,你的淚水溢出眼眶卻只會附著在你的眼睛表面,形成兩個水球,隨著眼淚越多水球越大,真正哭到淚眼模糊。

太空人的生活,並不是一個舒適、享受的旅程。你,準備好了嗎?

人類離開地球,真正成為「跨行星物種」的未來是可以期盼的,孫維新最後也說,希望將來年輕的一代,有機會站在不同的行星上,欣賞與地球不同風貌的日落!

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本文整理自:106/12/23 由孫維新老師在臺大思亮館國際會議廳所主講之「發展人類成為跨行星物種」演講內容。

 

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