零距離科學:人類移民外星,還要準備什麼?

零距離科學:人類移民外星,還要準備什麼?
科學家在地球上跟火星地形相似的地方進行實驗,讓太空人以實踐的方式預備應對在火星上會發生的問題。

我們想讓你知道的是

以長期考慮,若要讓人類長期生活在別的星球上,最直接的方法就是製造出和地球一樣的各種環境,維持最接近在地球上的生活方式。

文:馬學綸(香港中文大學微生物學系博士)
圖:香港電台

假設現在是二一零零年,你的歲數還是一樣,你參加抽獎時得到一張來回月球的機票,你會帶甚麽行李?如果得到的是來回火星的機票,你帶的行李會一樣嗎?你也許會立即想到,這視乎目的地有甚麼提供,如果是在地球上入住大城市的酒店,除了幾件衣物和一些個人用品,基本上人去了就行了。月球和火星有可能變得這麼便利嗎?

離開應有盡有的「生物圈一號」

「生物圈一號」是指我們的地球。人類在地球上生活,不知不覺地享受著地球上各種「垂手可得」的資源:陽光、水、空氣、鑛藏、化石燃料、各種動植物等。人類運用這些資源,先是由狩獵採集發展至農耕蓄牧,再由小村莊發展至城市;由工業革命、科技革命,到數碼化革命;由走遍地球到登陸月球,甚至可以把下一個目標指向火星。

人類一旦離開地球,即使還未到達其他天體,已即時像被流放孤島,沒根沒依。要向太空進發,人類第一步是製造了圍繞地球運行的國際太空站,讓太空人留守及進行各種人類如向在無重狀態下生活的研究。由於沒有可「就地取材」的資源,必需依賴來自地球的定期補給,而每次升空任務都所費不菲。所以,在太空站上的生活是把有限的資源運用到底,例如水份,不但會把太空人的尿液回收丶過濾、殺菌再用,更會從空氣中收集太空人呼出的和從皮膚表面蒸發的水份,而這些水份部份會被電解產生氧氣供太空人呼吸。

人類是能夠靠科技在太空中維生,但如果要持續發展,始終需要「腳踏實地」。

Mars_8
現時每次把人或物資送上太空都非常昴貴,科學家正研究可重用的太空船,以減低運輸成本。

太空旅程的一連串「落腳點」

以人類現有的科技,要一步到位走出太陽系或是到其他恆星,無論是就飛行器的種類、燃料需求、物資補給和對太空人的支援等,都是不切實際。既然人類已掌握登陸月球的技術,以月球作為人類在太空中的第一個「落腳點」也十分合理。 在月球「站穩陣腳」後,下一個合理的「落腳點」將會是另一個類地行星——火星。(畢竟一口氣跳過小行星帶實在太遠,而小行星帶外的各個氣態行星上沒有固態「落腳點」。)

Mars_1
人類若要在月球或火星表面探索,必需研發出比現在使用的更輕便和靈活的太空衣。

如前文所述,離開地球後,如何取得水源將是個大問題。如果是降落在月球或火星上,水份的問題好像變得簡單了些,因為科學家已在兩個天體表面發現水冰,相信下面也有液態水。不過,這些水份其實不易抽取,由於火星表面的低氣壓環境,冰塊要先被氣化成水蒸氣再冷凍收集成液態水,以防止流失到大氣中。同樣的資源,在不同地方採集則需要不同技術,因地制宜。

另一種同様必需,但不能以傳統方式反覆遠程運送的,是建造月球或火星基地本身的物料。有科學家提出可以把基地設計成可摺疊,運送時摺起來節省空間,到目的地才打開,也有建築師提出可以直接以火星的泥土造成混凝土,配以立體打印機直接建築成基地,就地取材。

Mars_4
有建築師提議在火星上就地取材,製造冰屋讓太空人居住,以水來阻擋致命輻射。

建好基地後,太空人需要面對的是重力問題。由於大小、組成成份等的不同,月球的重力只有地球上的約六份之一,火星上的只有地球上的約三份之一。這代表他們的肌內比在地球上更易鬆馳,需要進行大量操練來維持肌肉强度,以應付日常沈重的工作量。集合各種因素,早期在月球和火星基地工作的人類,對生活作息和工作日程都需要非常自律,這不是一般過慣了舒適隨意生活的現代人能輕易做到。

以長期考慮,若要讓人類長期生活在別的星球上,最直接的方法就是製造出和地球一樣的各種環境,維持最接近在地球上的生活方式。

Mars_5
科學家在地球上建立了模擬火星基地,讓太空人隔絕與外間的聯繫,以研究人類在這種環境下的心理健康。

從「生物圈二號」看見未來

1990年代,一群科學家建造了一個「與世隔絕」的温室,稱為生物圈二號(Biosphere 2.0)。這個生物圈除了陽光照射,在其他方面完全自給自足,農耕細作,水和空氣都經過過濾重用,也建立了各種花蟲魚的地貌和生態系統。不過,看得見的齊全並不代表沒有遺漏,裡面的人漸漸發現,他們建立的生態圈錯誤估計了圈內微生物吸入的氧氣量和放出的二氧化碳,最後需要用機器泵氧氣到生物圈內自救。人類以已掌握的科學知識,一步步實行,一步步學習。

Mars_6
科學家設計了Biosphere 2.0,測試人類能否在密封的環境下建立和維持和地球一樣的生態環境。

當生態圈裡的科學家正研究者圈裡的一切,他們也正是圈外另一班科學家的研究對象。人類本來就是群居生物,需要如不同的人交流和建立關係,長期跟同一群人守在一個有限範圍會帶來生理和心理上的壓力。即使做到衣食住行齊備,也難解思鄉情切。

「生物圈二號」的實驗,為人類在其他星球上的生活訂下了藍本,也讓人類盡可能做好各方面的準備。

在未來的數十年內,經過一番開荒,相信人類能夠在月球上建立一定規模的基地,發掘月球的各種資源自給自足,甚至把地球上缺乏的資源供應給地球。到二一零零年,筆者希望,如果要到月球基地小住幾天,一個輕便的行李箱就可了。

《零距離科學》(節目網站)集合世界各地有趣的科學紀錄片,網羅與大眾息息相關的科學資訊,啟發觀眾的好奇心和求知慾,節目逢星期五晚9時30分在港台電視31播映。本集於7月9日播出。港台網站及流動程式RTHK Screen視像直播及提供節目重溫。

責任編輯:Alvin
核稿編輯:Alex


Tags: