水星遐想

劉安立

2016年5月9日，水星10年來首次從地球與太陽(yáng)之間穿過，引起天文學(xué)界關(guān)注。2017年，歐空局等航天機(jī)構(gòu)將發(fā)射迄今為止第三艘水星探測(cè)器——“貝皮·科倫布號(hào)”。太空夢(mèng)想家以未來眼光看待水星，原因是這顆富含資源的行星靠近太陽(yáng)，而且它的能源也很豐富?，F(xiàn)在，就讓我們?cè)O(shè)想一下：水星將怎樣成為我們探索太陽(yáng)系以及太陽(yáng)系之外的跳板。

階段 1確定基地

在太陽(yáng)系中最靠近太陽(yáng)的行星——水星，對(duì)我們來說曾經(jīng)是一個(gè)謎。多年來，由于水星太靠近太陽(yáng)，天文學(xué)家難以觀測(cè)它。但太空時(shí)代的到來，改變了這一切。2004年，美國(guó)宇航局的“信使號(hào)”升空，它是前往水星的第二艘探測(cè)器。2011～2015年，“信使號(hào)”對(duì)水星進(jìn)行了環(huán)繞探測(cè)，它發(fā)回地球的數(shù)據(jù)，讓我們首次獲得了對(duì)水星的確切認(rèn)識(shí)。

特異行星

水星每88個(gè)地球日環(huán)繞太陽(yáng)一圈，每59個(gè)地球日自轉(zhuǎn)一圈。直到20世紀(jì)60年代，諸如此類的基本事實(shí)才為科學(xué)家所知。如果你站在水星表面任何地方，你都不會(huì)看見太陽(yáng)每59個(gè)地球日升起一次，這是因?yàn)橐粋€(gè)水星年（88天）太過短暫。正因?yàn)樗翘拷?yáng)，所以潮汐力鎖定了水星的自轉(zhuǎn)周期：3個(gè)水星日等于2個(gè)水星年。其結(jié)果是：不管你站在水星表面任何地方，你都只能每176個(gè)地球日才能看見一次日出。

如果你真能站在水星上，粗略看去，水星可能會(huì)像月球：一個(gè)小小的、沒有空氣的世界，布滿巖石的表面被巨大的古老隕擊坑扭曲。但在水星表面的不同位置，隨著成分的不同，地貌細(xì)節(jié)也不同。水星表面的一些線型懸崖狀特征像蘋果風(fēng)干后的表面皺褶。有些科學(xué)家推測(cè)，這種水星地貌的形成也跟蘋果的風(fēng)干過程相似：隨著水星冷卻，水星收縮了1千米，因而出現(xiàn)了皺褶。

水星引力可能會(huì)讓你驚訝。盡管水星只比月球大一點(diǎn)點(diǎn)，水星引力卻是月球引力的兩倍。像地球一樣，水星曾經(jīng)也是一個(gè)有鐵核和巖石地幔的大質(zhì)量世界。與另一顆年輕天體之間的猛烈碰撞，可能曾經(jīng)剝離了大部分水星地幔，剩下的水星有一個(gè)超大鐵核，行星密度也更高。

如果你真能站在水星上，看到的太陽(yáng)將會(huì)是從地球上看去的太陽(yáng)的兩倍大。水星上沒有大氣層來護(hù)佑你，或者在夜間為你保存熱量。正午時(shí)分，水星表面熾熱到足以熔化鉛的程度。午夜時(shí)分，水星表面溫度猛降到近-173℃。毫不奇怪，“信使號(hào)”的設(shè)計(jì)當(dāng)初考慮到了這些挑戰(zhàn)。“信使號(hào)”被陽(yáng)光照亮的正面溫度可達(dá)300℃，而沒有被陽(yáng)光照到的一側(cè)的絕大多數(shù)元器件溫度接近室溫。

你或許會(huì)因此以為，人類絕無(wú)可能在水星上居住。但事實(shí)可能并非如此。水星自轉(zhuǎn)軸幾乎沒有傾角，所以水星上沒有季節(jié)之分。這就意味著，在水星兩極，可能有陽(yáng)光永遠(yuǎn)照射不到的隕擊坑。“信使號(hào)”發(fā)現(xiàn)了水星上的一個(gè)奇跡——水冰，它們是由撞擊水星的彗星帶給水星的，并且凍結(jié)在了隕擊坑的永久陰影中。這些水冰可能會(huì)為未來的水星定居者提供生命支持。但除了科學(xué)探索和某種極端的旅游目的之外，我們還有沒有別的理由去水星呢？

階段 2 建設(shè)太空港

也許看似奇怪，但水星有可能是一個(gè)采礦好去處。如果我們要離開地球去生活，一個(gè)規(guī)模越來越大的行星際文明無(wú)疑需要資源（原材料和能源）。水星有充足的能源——高強(qiáng)度的陽(yáng)光。在水星上1平方米面積的太陽(yáng)能電池所捕捉的能量，在地球上需要6平方米的太陽(yáng)能電池才能捕獲。有一顆矮行星——谷神星經(jīng)常被宣揚(yáng)為采集資源的一個(gè)好候選地，但在谷神星上，太陽(yáng)能電池要達(dá)到60平方米才能等效。

資源豐富

說到資源，我們對(duì)在地球上采礦的影響有一大擔(dān)憂——環(huán)境代價(jià)。此外，要想把采集自地球的資源發(fā)射到太空的話，成本很高昂。因此，在太空就地取材更好。這一愿景可能離我們?cè)絹碓浇?。由美?guó)國(guó)家太空學(xué)會(huì)發(fā)起的“太空開發(fā)聯(lián)盟”已經(jīng)成立，它們正在向美國(guó)和國(guó)際組織申請(qǐng)立法及確立開發(fā)目標(biāo)，以獲準(zhǔn)開發(fā)太空資源。

但是，去哪里采礦呢？一眼看上去最明顯的選擇是月球。雖然月球缺乏像水這樣的揮發(fā)性材料，但是月球表面充滿有用的東西，例如氧、鈣、鎂、鉀，甚至還有像鈦和鋁這樣的金屬。水星地幔的組成與此很相似。因此，在月球上研發(fā)的采礦技術(shù)很容易搬到水星。除此之外，水星接收到的大量太陽(yáng)能可被用來推動(dòng)采礦工程，以及推動(dòng)質(zhì)量加速器，發(fā)射資源包到太陽(yáng)系各處。質(zhì)量加速器是一種電磁彈弓，它最早是由美國(guó)著名科幻作家亞瑟·克拉克提出的。用它開發(fā)遙遠(yuǎn)的水星，比用它在地球表面刻下傷痕容易被人們接受得多。水星的巨大內(nèi)核大部分是鐵，但也富含其他金屬。在水星上的一些地方，地面下600千米就是核。而月球核較小，可能位于月面下1400千米。

當(dāng)然還有更具想象力的設(shè)想。水星上的陽(yáng)光可被用作一種免費(fèi)的推進(jìn)機(jī)制。想象一只結(jié)實(shí)而又輕薄的太陽(yáng)帆，它或許可由開采于水星的鋁制作。當(dāng)陽(yáng)光擊中太陽(yáng)帆的反射性表面，它會(huì)施加一種光壓——光子從太陽(yáng)帆表面反彈，推動(dòng)太陽(yáng)帆前進(jìn)。這種效果很小，卻很有用，持續(xù)且免費(fèi)。在像地球這樣遠(yuǎn)離太陽(yáng)的地方，直徑800米的太陽(yáng)帆接收的光壓大約為5牛頓，這相當(dāng)于用在美國(guó)宇航局“黎明號(hào)”飛船上的低驅(qū)離子引擎的推力。離太陽(yáng)越近，這種推力越大。在水星附近，獲得如此推力所需的太陽(yáng)帆直徑不到400米。如果你想駕駛太陽(yáng)帆去最遙遠(yuǎn)的太陽(yáng)系行星——海王星，最好先造訪水星，獲得更大的加速，接著再向外飛。

有朝一日，水星可能會(huì)變成太陽(yáng)系最大的船塢和重要太空港。讓我們把目光投向更遠(yuǎn)的未來，我們的夢(mèng)想自然會(huì)更大膽。

階段 3 把水星改造成地球

我們能否把水星變成第二個(gè)地球？把不可居住的世界轉(zhuǎn)化成像地球那樣的可居住世界，這叫做地球化改造。通常，地球化改造的對(duì)象被考慮是火星。但水星也的確有一些天然優(yōu)勢(shì)，甚至優(yōu)于火星。

大膽設(shè)想

在其1984年的科幻小說《蜻蜓飛翔》中，美國(guó)物理學(xué)家兼科幻小說家羅伯特·佛華德提出了在水星上建造和發(fā)射太陽(yáng)帆飛船的設(shè)想：“一部非常巨大的機(jī)器，依賴一根非常巨大的光束，把機(jī)組甩向太陽(yáng)系以外?！痹诜鹑A德設(shè)想的推進(jìn)系統(tǒng)核心，是1000個(gè)激光站，每個(gè)直徑30千米，分布于環(huán)繞水星的軌道中。它們一起捕捉太陽(yáng)能，轉(zhuǎn)化為激光束，其合并能量相當(dāng)于地球接收的太陽(yáng)光總能量的1%，推動(dòng)直徑1000千米的太陽(yáng)帆飛速前進(jìn)。

然而，水星未來還可能有更大的奇跡。我們能否把水星變成第二個(gè)地球？把不可居住的世界轉(zhuǎn)化成像地球那樣的可居住世界，這叫做地球化改造。通常，地球化改造的對(duì)象被考慮是火星。火星軌道與地球軌道有可比性，一個(gè)火星日的長(zhǎng)度與一個(gè)地球日相似，火星還擁有生命所需的一些必備條件，例如水和碳。但水星也的確有一些天然優(yōu)勢(shì)，甚至優(yōu)于火星。水星相對(duì)強(qiáng)的引力，將能固定至少一部分被引入的大氣層。水星還有相對(duì)強(qiáng)的磁場(chǎng)。它不如地球磁場(chǎng)強(qiáng)，但強(qiáng)于火星或金星磁場(chǎng)。水星磁場(chǎng)可能是它的巨大鐵核的產(chǎn)物。正如地球上的情況，如此一個(gè)磁場(chǎng)可能有助于讓有害的太陽(yáng)輻射偏離水星表面。

但另一方面，要想把水星的液態(tài)鉛和真正真空的表面轉(zhuǎn)為成地球環(huán)境，的確是極大的挑戰(zhàn)。為了模擬陽(yáng)光明媚的地球表面，水星入射陽(yáng)光必須減少大約84%。也許，通過一面巨大的偏光鏡可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，但鏡面直徑需要與水星直徑一樣寬。水星缺乏水和其他揮發(fā)物。就算水星極地存在水冰儲(chǔ)藏，但數(shù)量也微不足道。讓一顆直徑300千米的土衛(wèi)（土星衛(wèi)星）解體，可能會(huì)滿足上述需求。但就算這樣，引到水星的地球生命也會(huì)因水星極其漫長(zhǎng)的晝夜周期而深受其害。不過，采用在軌道中環(huán)繞水星的太空盾或太空鏡，上述難題或許也能解決。

一種更永久但也更復(fù)雜的解決辦法，就是讓水星的自轉(zhuǎn)加快。以同樣的大膽思路，光照太強(qiáng)的問題可通過把水星拖曳到離太陽(yáng)更遠(yuǎn)的地方來解決。這些理念在科幻小說中都得到了探討。例如，發(fā)射大質(zhì)量天體（如月球的碎片）經(jīng)過行星，利用天體引力場(chǎng)旋轉(zhuǎn)或拖曳行星。比我們現(xiàn)在先進(jìn)得多的未來文化，可能會(huì)想出更好的主意。

距離太陽(yáng)更近、外形像月球的水星作為地球化改造的對(duì)象，看似令人失望。但水星潛在的礦物質(zhì)和能源如此豐富，水星有朝一日在行星際開發(fā)甚至行星際文明建立當(dāng)中的作用如此之大，以至于如此令人難以想象的浩大工程，將會(huì)被比我們現(xiàn)在富裕許多許多、也強(qiáng)大許多許多的未來文明考量并實(shí)施，那該多么美好。