再见地球！我要坐着电梯去移民火星了
本文来自“远读重洋”（ID：readabroad），作者 王思涵
随着地球上自然资源的持续减少，探索移居外星也成了热门话题之一。
美国航天局 NASA 想要在 2030 年迈出人类移居火星的第一步。SpaceX 则是声称在 2024 年就能实现这个梦想。2015 年演员马特·达蒙（Matt Damen）出演的电影《火星救援》，也是为人类在火星生存带来了希望的曙光。
在 mars.nasa.gov 网站上，你可以看到一切 NASA 在进行的火星任务，主页还有火星的天气预报、照片和视频，一切关于这个星球的信息你都能找得到。
mars.nasa.gov 首页
在这个网站上，你还可以登记你的名字，在下一次 InSight（探测号，用来探测火星地壳内部）执行任务时，你的名字会被飞船带到火星，并永远留在上面！在 2015 年的 InSight 飞船上，一个 5 角硬币大小的金属上刻了 80 多万个名字。
下一次任务在 2018 年执行，已经收集了 270 多万名字。这些人来自 230 个不同的国家，其中有 26 万都来自中国，数量仅次于美国。
看来很多人对火星还是充满向往的。
凯丽·韦纳史密斯（Kelly Weinersmith）的新书《近在咫尺：十个会毁灭/造福地球的科技（Soonish）》，探索了十个前沿的科技研究，并用简单易懂的术语介绍给读者。这本书一上市就打榜纽约时报畅销书，深受追捧。远读会挑选其中最有趣的几个话题，呈现给大家。
书中指出：建造宇宙飞船的价格实在是太贵了，就算我们能移居火星，搬家的费用也是天文数字。
确实，搬家到外星没有搬到另一个城市那么方便，绝对不可能一次就把所有的东西都搬走。一次火箭发射能带多少东西、每斤“快递”要多少钱等，都是非常现实的问题。
以现在的科技，要想往太空送一斤的货物需要 1 万美金。
这已经很贵了对吧？然而，一个火箭只能装总重 3% 的货物，因为 17% 的重量是火箭本身，剩下的 80% 都是燃油。
占比最多的燃油是最便宜的，成本只有 30 多万美金。火箭本身才是最昂贵的，然而它在完成任务后直接沉入大海，无法二次利用，非常浪费。
所以，如果我们想要多装点“家具”带去火星，需要增加货物的占比、降低火箭成本。
你可能会问，既然燃油占了那么多空间，我们能不能少带点？
如果今天要从北京开车到西藏，我是一次性把所有要用的油都带上，还是在路上的加油站加油呢？不用问，肯定是路上加油最方便，一次性装满所有的油得多沉。
所以在宇宙加油站建好之前，燃油是一斤都不可少的，看来只能想办法回收火箭了。
一般的火箭在任务完成后就会落回地球，沉入大海。如果我们能够让它安稳的在地球上着陆，那么就能二次利用。
火箭回收最大的问题是它的修整成本。在完成了一次太空任务后，不是简单的擦干净就能再次起航。
可喜可贺的是，在 2016 年的 6 月，SpaceX 成功实现海上回收火箭猎鹰 9 号（Falcon 9）。猎鹰 9 号是 SpaceX 太空运载工具的计划之一，它的承载空间可在 8700 公斤到 24750 公斤之间。在 SpaceX 的人类移居火星计划中，猎鹰 9 号被作为载人往返太空的交通工具。
SpaceX 海上回收猎鹰 9 号
关于修整成本，总裁格温·肖特维尔（Gwynne Shotwell）说，猎鹰 9 号能够只用 7 成的费用修整火箭。这对于火箭二次利用无疑是天大的好消息。
其实，除了坐火箭去火星，科学家还提出了一个更酷炫的方案——坐电梯。
乘着电梯去宇宙
太空电梯可以又快又安全地，将人和货物从地面运送到太空站。一公斤运输的价格也会降到 250 美金，这下可方便了！
不仅如此，太空电梯还可以充当火箭发射站。只要将飞船从地面运送到大气层外足够高的地方，然后加一点速度就可以起航了。 这样一来，卫星发射、火箭发射都会变得既方便又便宜。或者用电梯把零部件带上太空站，直接在那里组装发射。
太空电梯这一概念由著名的火箭科学先驱者，齐奥尔科夫斯基（Knostantin Tsiolkovsky）提出。在 1959 年，科学家们将这一概念进行了改良。
它的原理是什么呢？想象在地球旁边有一块大石头，这个石头上绑了一条 10 万公里长的缆绳，一直延伸到地球表面。以大石头为平衡物，地球为大本营，两者被缆绳连起来。在这个电梯重量的中心，是在地球同步轨道上的空间站。
当一个物体在地球同步轨道时，它会和地球一起转。也就是说，无论你什么时候从赤道用天文望远镜看它，它都在同一个位置，因为它环绕地球的速度和地球自转的速度一样。
这样，这个太空电梯才能稳定的与地球保持平衡，不会在宇宙中甩来甩去。
示意图：一个在地球同步轨道上的卫星
那么，这样一个电梯又是如何运作的呢？
太空电梯构造：
基座建在赤道上，因为赤道离地球同步轨道上垂下来的距离最短，能缩短电梯的距离。
基座有固定式和漂移式两种选择。其中固定式的比较容易完善周边的硬件设施（发电器材、指挥所、太空港），而且更容易建在高山上。漂浮式飞行平台则更容易躲避恶略的天气和太空碎片。
缆绳的材质问题是阻挠太空电梯发展的最大因素，人类已知的材料没有一种能达到太空电梯所求的强度/重量比。
用来测量太空绳索比强度的的单位是 Yuri。一个理想的绳索需要 3 千万到 8 千万 Yuris。密度超高的钛合金只有 30 万 Yuris，而且长度一旦超过 2、30 公里就它就会断掉。就连凯芙拉（防弹衣布料）也只有 250 万 Yuris，飞行长度并不能超过 400 公里。
然而碳纳米管（carbon nanotubes）的诞生给了我们希望。这是一个纯碳原子组成的分子，呈吸管状，厚度只有头发的千分之一。如果我们能提炼出 100% 纯度的碳纳米管，它可以有 5 千万到 6 千万的Yuris。
但碳纳米管会是未来研究的专注项目，它的用处实在是太多了。而且早在 2005 年 3 月 23 日，美国宇航局就正式宣布太空天梯已成为世纪挑战的首选项目。
这么看，移居火星已经越来越靠谱了。
为什么火星生活这么难：七个因素
假设我们解决了所有的交通问题，我们的肉体在火星存活的概率有多高？
根据《时代周刊》发布的一组图，情况不是很乐观。
1. 辐射
在一个长达 180 天的火星活动中，宇航员受到的辐射是核电站工作人员一年的 15 倍。
而在电影《火星救援》里，主人公马克在火星上待了多 560 个地球日，那就是核电站工作人员一年的 45 倍。这么长时间的暴露，对他的健康应该带来了无法想象的伤害。
原书作者在采访中解释说，电影默认那时候的科技能让火星基地抵挡辐射。但是说实话，这么薄的防护在这么长的时间内，根本坚持不了。
如果我们移民火星，辐射的问题必须解决。
太阳风暴侵袭火星
2. 温度
地球的平均温度是 14 摄氏度，在火星是 -63 摄氏度。而且早晚温差非常的大，中午会高达 30 摄氏度。
所以我们的宇航服也要有非常灵敏的加热，和通风功能。
在电影中，马克的宇航服非常轻便，他的动作非常灵敏。然而原书作者指出这是不可能的，我们的宇航员还是需要身穿厚重的白色宇航服，才能保障安全。
3. 大气层
火星没有什么气体。地球的大气层密度是火星的 100 倍，78% 是氮气、21% 是氧气。而火星的 96% 都是二氧化碳。
值得一提的是，《火星救援》里开头的风暴是伪科学，作者自己也澄清过。就算风速达到了每小时 200 公里，在火星这个大气缺少的地方，真实的风也就是微风而已，根本不会有电影里的威力。
不过要是没有这个大风，这个作品就不复存在了。
众所周知，每个星球的引力都不一样。火星的引力只有地球的 38%。
因为引力小了，人体骨骼会发生改变，甚至变形。我们的心脏也不需要那么使劲的地跳动，血液循环需要的能量也少了。最终我们的心脏功能会衰退，让我们无法返回地球。
5. 太空细菌
人类一直在寻找外星生物，但是有很多微生物是致命的。很多单细胞生物能在非常恶略的情况下存活。
在阿波罗登月时期，前三批登月的宇航员在回到地球后，被隔离观察了 21 天，就怕他们带回来了危险生物，或者身体产生变化。
看来如果我们要移居火星，生物学可能会有极大的突破。
6. 基础设施
在火星上吃什么？电影里马克是个植物学家，所以他能种土豆吃，但是火星土壤真的安全吗？
今年 7 月，NASA 发布了一条消息，我们也许是可以在火星上种植食物的！火星探测探测器“好奇号”在土壤里发现了大量的水，每立方就有 35 升，看来我们不用像马克一样费劲找水了。
当然，火星的土并不具备所有的营养，在 6 月份更有研究指出火星的土还可能有毒。所以我们需要发明一种过滤方法，以及合适的化肥。
人在火星上做持续 500 天的任务都非常艰难，更不用提永远待在火星了。在火星上，地球化身成万千星星中的一个小光点，你的生活一去不复返。
这对一个人的心理打击是非常大的。在一个光秃秃的星球上，一眼望不到头，
虽然以现在的技术我们还不足以克服这些困难。但是就像人类第一次登月一样，在我们的不懈努力下，终有一天我们能够探索这个庞大的宇宙的更深处。
下周，我将带你继续探索《近在咫尺：十个会毁灭/造福地球的科技(Soonish)》。
