探索太阳系时会把水星作为前哨基地吗
未来会有很多太空梦想家在关注水星,因为这颗资源丰富的行星离太阳很近,而且它拥有大量的能源。现在让我们想象一下,水星将如何成为我们探索太阳系及其他星系的跳板。
阶段 1确定基地
水星,太阳系中距离我们最近的行星,对我们来说曾经是个谜。多年来,由于水星离太阳太近,天文学家一直无法观测到它。但太空时代的到来改变了这一切。美国航天局的信使号于2004年发射,信使号是第二个探测水星的探测器。2011年至2015年,“信使”号对水星进行了轨道探测,并发回了地球数据,使我们第一次对水星有了准确的认识。
特异行星
水星每88个地球日绕太阳一圈,每59个地球日自转一圈。直到20世纪60年代,科学家们才知道这些基本事实。如果你站在水星表面的任何地方,你不会看到太阳每59个地球日升起一次,因为水星年(88天)太过短暂。由于水星离太阳太近,潮汐力锁定了水星的自转周期:三个水星日等于两个水星年。结果是:无论你站在水星表面的什么地方,你只能每176个地球日才能看到一次日出。
如果你真的能站在水星上,粗略地看一看,水星可能看起来像月球:一个小的、没有空气的世界,布满岩石的表面被巨大的古代陨石坑扭曲。但在水星表面的不同位置,地貌细节因成分不同而不同。水星表面的一些线性悬崖状的特征就像风干后苹果表面的皱纹。一些科学家推测,这种水银景观的形成类似于苹果的空气干燥过程:当水银冷却时,水银会收缩1公里,从而产生皱纹。
水星引力可能会让你大吃一惊。虽然水星只比月球大一点点,但水星的引力是月球引力的两倍。和地球一样,水星曾经是一个有着铁和岩石地幔的物质世界。与另一个年轻天体的剧烈碰撞可能剥离了水星的大部分地幔,使水星拥有一个超级铁芯和更高的行星密度。
如果你能站在水星上,你在水星上看到的太阳将是地球上太阳的两倍大。水星没有大气来保护你,或者在晚上为你保温。中午,水星的表面热到足以融化铅。午夜时分,水星的表面温度突然下降到零下173度℃. 毫不奇怪,信使的设计考虑到了这些极端挑战,“信使”号被阳光照射的前方温度可以达到300度℃, 而未暴露在阳光下一侧的绝大多数部件温度都接近室温。
你可能认为人类不可能在水星居住。但事实并非如此。水星的自转轴几乎没有倾斜,因此水星没有季节划分。这意味着在水星两极,可能会有太阳永远无法照耀的陨石坑“信使号在水星上发现了一个奇迹——水冰,水冰是由彗星撞击水星并冻结在陨石坑的永久阴影中的。这些冰可能为未来的水星定居者提供生命支持。但是,除了科学探索和一些极端的旅游目的之外,我们还有没有别的理由去水星呢?
阶段 2 建设太空港
这可能看起来很奇怪,但水星有可能是一个采矿好去处。如果我们想离开地球生存,一个日益大规模的行星际文明无疑需要资源(原材料和能源)。水星有充足的能量-强烈的阳光。
在水星上1平方米面积的太阳能电池所捕捉的能量,在地球上需要6平方米的太阳能电池才能捕获。
谷神星(Ceres)经常被吹捧为收集资源的候选行星,但在谷神星上,太阳能电池需要达到60平方米才能达到同等水平。
资源丰富
说到资源,我们非常关注采矿对地球的影响——环境成本。此外,将从地球收集的资源发射到太空的费用也非常昂贵。因此,最好在太空中使用局部材质。这一愿景可能离我们越来越近。由美国国家空间学会发起的“空间发展联盟”已经成立。他们正在向国际组织申请立法和制定发展目标,以便开发空间资源。
但是,去哪里采矿呢?一眼看上去最明显的选择是月球。虽然月球缺少像水这样的挥发性物质,但它的表面充满了有用的东西,如氧、钙、镁、钾,甚至钛、铝等金属。水星地幔的成分非常相似。因此,在月球上开发的采矿技术可以很容易地转移到水星上。此外,水星接收到的大量太阳能可以用来推动采矿项目,也可以用质量加速器向太阳系各个部分发射资源包。质量加速器是由美国著名科幻作家阿瑟·克拉克首先提出的一种电磁弹射器。用它来开发遥远的水星要比用它在地球表面刻伤疤容易得多。水星巨大的核心主要是铁,但它也富含其他金属。在水星上的一些地方,地表以下600公里是核心。月核心较小,可能在月球表面以下1400公里。
当然,还有更多富有想象力的想法。水星的阳光可以作为一种自由的推进机制。想象一下一个坚固、轻便的太阳帆,它或许可由开采于水星的铝制作。
当阳光照射到太阳帆的反射面上时,会产生一种光压——光子从太阳帆表面反弹,推动太阳帆前进。效果很小,但它是有用的、连续的和免费的。在地球等远离太阳的地方,直径800米的太阳帆接收到约5牛顿的光压,相当于美国宇航局“黎明”号飞船上使用的低离子驱动发动机的推力。离太阳越近,推力就越大。在水星附近,实现这种推力所需的太阳帆直径不到400米。如果想驾驶太阳帆到海王星,太阳系中最遥远的行星,最好先去水星,获得更多的加速度,接着再向外飞。
总有一天,水星可能会成为太阳系中最大的船坞和重要的太空港。让我们展望未来,我们的梦想将更加大胆。
阶段 3 把水星改造成地球
我们能把水星变成第二个地球吗?把不适宜居住的世界变成像地球一样适合居住的世界,叫做地球化。一般来说,地球转变的目标被认为是火星。但是水星确实有一些天然的优势,甚至比火星还要好。
大胆设想
物理学家、科幻作家罗伯特·霍华德在1984年的科幻小说《蜻蜓飞翔》中,提出了在水星上建造并发射太阳帆飞船的设想:“一个非常巨大的机器,依靠非常巨大的光束,把机组甩向太阳系以外。霍华德设想的推进系统的核心是1000个激光站,每个直径30公里,环绕水星运行。它们一起捕获太阳能并将其转化为激光束。综合能量相当于地球接收到的太阳总能量的1%,带动直径1000公里的太阳帆快速前进。
然而,水星在未来可能会有更大的奇迹。我们能把水星变成第二个地球吗?把不适宜居住的世界变成像地球一样适合居住的世界,叫做地球化。
一般来说,地球转变的目标被认为是火星。火星的轨道与地球相当。火星日的长度与地球日相似。火星也有一些生命的必要条件,比如水和碳。但是水星确实有一些天然的优势,甚至比火星还要好。水星相对较强的引力至少能固定部分引入的大气。水星也有一个相对较强的磁场。它没有地球磁场强,但比火星或金星强。水星的磁场可能是其巨大铁心的产物。就像地球上的情况一样,这样的磁场可能有助于从水星表面转移有害的太阳辐射。
另一方面,将水银的液态铅和真空表面转化为地球环境是一个巨大的挑战。为了模拟阳光普照的地球表面,水星入射的阳光必须减少约84%。也许你可以用一个巨大的偏振器来实现,但是镜子必须和水星一样宽。汞缺乏水分和其他挥发物。即使水星极地有水冰沉积,其数量也可以忽略不计。让一颗直径300公里的土卫六(土星卫星)的解体可能会满足这些需求。但即便如此,地球上的生命仍将受到水星日夜循环的影响。不过,上述问题也可以通过使用环绕水星轨道的空间屏蔽或空间镜来解决。
一个更持久但更复杂的解决方案是加速水星的自转。同样大胆的做法是,将水星拖离太阳更远,就可以解决光线过多的问题。这些想法在科幻小说中被探讨过。例如,发射大质量物体(如月球碎片)穿过行星,利用天体引力场旋转或拖动行星。未来的文化,比我们现在先进得多,可能会想出更好的主意。
水星离太阳更近,看起来像月亮,它似乎令人失望地成为地球化的目标。然而,汞是如此丰富的潜在矿物质和能源。有朝一日,水星将在行星际发展乃至行星际文明的建立中发挥如此重要的作用,这样一个难以想象的项目将被比我们更丰富、更强大的未来文明所考虑和实施。
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