未来人类如何利用水星？

火星是最受地球人青睐的可移居的候选行星。相比于火星，最接近太阳的行星水星能否为人类提供更多的生存机会？
2016年5月9日，水星再一次从太阳和地球之间掠过，距离上一次掠过已经10年了。对于地球人，位于太阳系最内侧的水星曾经是一个谜，因为它与太阳非常靠近，时常被猛烈、刺眼的太阳光淹没，使得我们很难仔细观察它。
但太空时代的来临改变了一切，尤其是美国宇航局发射的信使号探测器传回的数据让我们认识到水星的一部分真面目。而日本和欧洲航天局将于2017年联合发射第3个造访那里的探测器贝皮科伦坡号，对水星展开进一步的研究。
那么，水星有什么为人类服务的潜能呢？未来的人类又将如何利用它呢？在此之前，我们得先来了解一下这颗距离太阳最近的行星的基本特点。

这颗奇特的星球

直到19世纪60年代，人们才确定水星围绕太阳运行一周仅需88个地球日，而1个水星日，即水星的一天，大致相当于59个地球日。地球人每天都能看到太阳从东方升起（日出），可是水星的情况和地球则不太一样，“水星人”不是每天都能看到日出的。你知道这是为什么吗？那是因为水星离太阳太近了，它是太阳系中运动速度最快的行星，每自转3周才是一次昼夜（地球自转一周是一次昼夜），因此假如你站在水星表面上任意一点，那就需要3个“水星日”（约176个地球日）才会看到一次日出。与此同时，水星每自转3周时，正好公转了2周，因此水星上的一昼夜，等于水星的两年。
水星有很多类似于月球的特征：一颗无风的小星球，其岩石组成的表面上布满了许多凹凸不平、大小不一的陨石坑。但水星表面还有另外一个特点——有一种高低差达好几千米的特殊断崖地形，它们被称为皱脊。你可以把它们想象成苹果干瘪后表皮的褶皱，这种地形只有水星上才能看到。
水星的重力会让你感到惊讶。虽然这颗行星的体积仅比月球大一点，但它的重力却比月球大出1倍。人们猜测水星曾经是一颗更为庞大的星球，大小类似于地球，有一个主要由铁组成的内核和一个岩石状地幔。后来受到其他星球的大撞击，水星外壳和大部分地幔被碰掉了，只剩下一个特大号的核心，由于仅剩的这个核心具有较高的密度，因此它的重力比月球的大很多。
如果你能站在水星上，看到的太阳会是从地球上看到的约2倍大小，再加上水星几乎没有大气层，因此白天水星上的太阳辐射非常强，中午的地面温度能达到427°C，足以将人熔化掉，而夜间又没有大气来保温，深夜的温度将骤降到近-173°C。
此时，你也许会问，水星的环境与地球相差甚远，除了能进行科学探索和一些非常极端的太空旅游活动，我们为什么还要去水星呢？事实上，水星所处的位置，可能是太阳系中最具太空战略价值的位置之一。

获取丰富的资源

首先，如果我们离开地球发展星际文明，那么就得需要很多能源和原材料。
由于位置优势，水星接收到了大量的阳光，水星上1平方米范围内获取的太阳能相当于地球上6平方米所获取的太阳能。另一颗经常被吹捧为获取资源的最佳候选星球之一谷神星（一颗矮行星，位于火星和木星之间），则需要60平方米。
至于原材料，有人提议从地球上开采，但这种方法不但会破坏地球环境，并且从地球上提取材料再送到太空去的话，运输费用相当昂贵。因此，从经济角度上来讲，在太空中提取原材料更加划算。
那么，在太阳系众多星球中，哪些才是开采原材料的合适星球呢？大家第一个可能会想到月球。不错，根据我们对月球的了解，它的表面确实有钙、镁、钾，甚至像钛和铝等重金属元素，人类当然可以利用月球，但是月球的核心相对较小，矿产资源的开采深度最深可能只有1400千米，也许很快就会被用光。相比之下，水星的地幔中也有许多和月球一样的原材料，而且核心相对较大，也就是说，水星拥有更大的原材料开发潜力。
此外，水星接收到的大量太阳能可为采矿作业提供动力。将在水星开采的矿产资源打包后，利用太阳能运输工具，可将它们送往太阳系其他地方。

建一个太空港口

想象一个太阳帆，很薄但很结实，也许是用水星上的铝制作而成的。当阳光照到太阳帆上，就会产生一种推力，也就是太阳帆行驶需要的动力，使其得以飞行，然后带动载人航天器飞往其他星球。
在地球，800米宽的太阳帆将得到约5牛顿的光压力，相当于美国宇航局黎明号探测器（去往谷神星的探测器）使用的离子推进器产生的力。显然太阳帆越接近太阳，获得的推力就越大。在水星那里，直径不到400米的太阳帆就能得到相同的推力。
1984年，美国物理学家和科幻小说家罗伯特·福沃德在他的小说中，就曾提出一种围绕着水星的推进系统。福沃德的推进系统是一套激光站，总共1000个，每个宽30千米，它们将捕捉到的太阳能转换成总功率约1300太瓦的激光束，总量相当于地球获取的总太阳能量的1%，来推动太阳帆航行。
如果你想乘坐太阳帆去往海王星，你可以先造访水星，因为水星距离太阳最近，可以使太阳帆获得更大的推力，从而获取更大的加速度，使你能快速向海王星飞去。这样看来，水星有一天可能会成为太阳系的“造船厂”和中转“加油”的主要港口。
除了将水星打造成太空港口，水星的未来还能有更大的奇迹吗？我们能不能把它变成另一个地球？

水星地球化的优势

假如有一天地球不能再居住，人类的一个选择是在太阳系内复制出另一颗“地球”。此时，我们通常考虑的是火星。火星的轨道与地球相似，日长也差不多，还拥有一些必要的生存物质，比如水和碳。目前，火星是太阳系内的最佳选择。
但如果将火星排除在外的话，还有其他候选星球吗？科学家也考虑过谷神星和月球。不过太阳系的另一颗行星——水星其实也有一些自然的优势，例如，表面重力较强。地球有着厚厚的大气层，而像月球、谷神星、水星等星球，大气层非常稀薄，因此如果要将它们改造成另一颗“地球”，就要将类似地球的大气“进口”到该星球上。相比谷神星、月球等候选星球，水星具有更强的表面重力，能留住更多“进口”的大气，因此它会更像地球。

但是水星离太阳那么近，人类该怎么在如此猛烈的阳光下生活呢？有人计算过，如果将水星白天改造成地球白天那样，那么水星至少要减少平时所接收阳光的84%。于是人们想出了一个办法，利用一台巨大的偏转镜——跟水星本身差不多大的一面遮阳板，也许就能够挡住强烈的阳光。
水星上的昼夜温差将近600°C，如此之大的温差，你也许会认为人类永远不可能在水星上生活。但是，通过观测，科学家发现水星的两极有一些环型山，太阳永远照耀不到那里，黑暗的阴影区可能存在冰层——这是信使号探测器发现的一个奇迹，冰层规模大约有100千米宽。这些冰也许是未来殖民者的生活必需品，人类有机会利用两极的冰以及人工的保温装置，制造出人造的移民环境。


本文源自大科技*科学之谜 2016年第8期杂志文章、欢迎广大读者关注我们大科技的微信号：hdkj1997

据国外媒体报道，如果地球“陷落”，我们该怎么半？有着末日情节的一些科学家们一直在思考这个问题，来自气象学家的消息称，目前扭转气候变化的措施可能为时已晚，地球将变得不宜居住，星际移民可能是我们唯一的选择。对于天体物理学家和狂热的科幻小说迷而言，行星际移民显然非常有趣，而且足够令人兴奋，但如果真的要进入星际移民阶段，我们将面临更多的困难，是否还有更好的办法呢？
科幻小说已经为我们描绘了太空旅行的情景，大多数星际旅行都非常枯燥，因为宇宙空间实在是太大了，距离我们最近的比邻星为4光年，即便是光都要花4年的时间才能抵达，我们距离银河系中央大约2.7万光年，如果前往仙女座星系，则需要花200多万年。不幸的是，爱因斯坦的相对论限制了超光速飞船的出现，也就是光速上限，任何物体都无法超越光速，因此超光速飞船显然不可能诞生了。如果未来几百年内我们将面临星际移民，现在的物理和工程技术很可能无法满足需求。
在许多科幻作家的眼中，星际移民并不是件难事，因为虫洞、时空扭曲这些情节都可以化解这个困难，事实上虫洞并不是科幻作家想象出现的事物，在物理学家的方程中也允许虫洞的存在，至少我们已经发现虫洞在数学推到上的可行性。我们今天所认识的事物都是基于可预见的牛顿定律，但这个定律无法将人类带入更高级的文明，即便是再好的推进系统，都没有无法实现星际旅行，因此我们需要从时空上入手，通过时空捷径实现星际旅行。根据当前的航天技术，热核推进系统有望在可预见的将来出现，我们能够达到光速的百分之几的速度。
在星际移民前，我们还需要找到合适的行星，天体生物学家认为银河系内的宜居星球其实并不缺乏，平均数千颗恒星中就有一颗适宜居住的行星，但要找到与地球非常相似的行星仍然需要花一点时间。我们现在所面临的问题还处于比较基础阶段，比如如何降低航天活动的费用，规模化的航天产业和可重复使用的火箭有助于我们将入轨费用降低到可接受的程度，这样才能实现近地轨道资源的利用，这也是实现星际移民前的重要一步。

火星是最受地球人青睐的可移居的候选行星。相比于火星，最接近太阳的行星水星能否为人类提供更多的生存机会？

2016年5月9日，水星再一次从太阳和地球之间掠过，距离上一次掠过已经10年了。对于地球人，位于太阳系最内侧的水星曾经是一个谜，因为它与太阳非常靠近，时常被猛烈、刺眼的太阳光淹没，使得我们很难仔细观察它。

但太空时代的来临改变了一切，尤其是美国宇航局发射的信使号探测器传回的数据让我们认识到水星的一部分真面目。而日本和欧洲航天局将于2017年联合发射第3个造访那里的探测器贝皮科伦坡号，对水星展开进一步的研究。

那么，水星有什么为人类服务的潜能呢？未来的人类又将如何利用它呢？在此之前，我们得先来了解一下这颗距离太阳最近的行星的基本特点。

这颗奇特的星球

直到19世纪60年代，人们才确定水星围绕太阳运行一周仅需88个地球日，而1个水星日，即水星的一天，大致相当于59个地球日。地球人每天都能看到太阳从东方升起（日出），可是水星的情况和地球则不太一样，“水星人”不是每天都能看到日出的。你知道这是为什么吗？那是因为水星离太阳太近了，它是太阳系中运动速度最快的行星，每自转3周才是一次昼夜（地球自转一周是一次昼夜），因此假如你站在水星表面上任意一点，那就需要3个“水星日”（约176个地球日）才会看到一次日出。与此同时，水星每自转3周时，正好公转了2周，因此水星上的一昼夜，等于水星的两年。

水星有很多类似于月球的特征：一颗无风的小星球，其岩石组成的表面上布满了许多凹凸不平、大小不一的陨石坑。但水星表面还有另外一个特点——有一种高低差达好几千米的特殊断崖地形，它们被称为皱脊。你可以把它们想象成苹果干瘪后表皮的褶皱，这种地形只有水星上才能看到。

水星的重力会让你感到惊讶。虽然这颗行星的体积仅比月球大一点，但它的重力却比月球大出1倍。人们猜测水星曾经是一颗更为庞大的星球，大小类似于地球，有一个主要由铁组成的内核和一个岩石状地幔。后来受到其他星球的大撞击，水星外壳和大部分地幔被碰掉了，只剩下一个特大号的核心，由于仅剩的这个核心具有较高的密度，因此它的重力比月球的大很多。

如果你能站在水星上，看到的太阳会是从地球上看到的约2倍大小，再加上水星几乎没有大气层，因此白天水星上的太阳辐射非常强，中午的地面温度能达到427°C，足以将人熔化掉，而夜间又没有大气来保温，深夜的温度将骤降到近-173°C。

此时，你也许会问，水星的环境与地球相差甚远，除了能进行科学探索和一些非常极端的太空旅游活动，我们为什么还要去水星呢？事实上，水星所处的位置，可能是太阳系中最具太空战略价值的位置之一。

获取丰富的资源

首先，如果我们离开地球发展星际文明，那么就得需要很多能源和原材料。

由于位置优势，水星接收到了大量的阳光，水星上1平方米范围内获取的太阳能相当于地球上6平方米所获取的太阳能。另一颗经常被吹捧为获取资源的最佳候选星球之一谷神星（一颗矮行星，位于火星和木星之间），则需要60平方米。

至于原材料，有人提议从地球上开采，但这种方法不但会破坏地球环境，并且从地球上提取材料再送到太空去的话，运输费用相当昂贵。因此，从经济角度上来讲，在太空中提取原材料更加划算。

那么，在太阳系众多星球中，哪些才是开采原材料的合适星球呢？大家第一个可能会想到月球。不错，根据我们对月球的了解，它的表面确实有钙、镁、钾，甚至像钛和铝等重金属元素，人类当然可以利用月球，但是月球的核心相对较小，矿产资源的开采深度最深可能只有1400千米，也许很快就会被用光。相比之下，水星的地幔中也有许多和月球一样的原材料，而且核心相对较大，也就是说，水星拥有更大的原材料开发潜力。

此外，水星接收到的大量太阳能可为采矿作业提供动力。将在水星开采的矿产资源打包后，利用太阳能运输工具，可将它们送往太阳系其他地方。

建一个太空港口

想象一个太阳帆，很薄但很结实，也许是用水星上的铝制作而成的。当阳光照到太阳帆上，就会产生一种推力，也就是太阳帆行驶需要的动力，使其得以飞行，然后带动载人航天器飞往其他星球。

在地球，800米宽的太阳帆将得到约5牛顿的光压力，相当于美国宇航局黎明号探测器（去往谷神星的探测器）使用的离子推进器产生的力。显然太阳帆越接近太阳，获得的推力就越大。在水星那里，直径不到400米的太阳帆就能得到相同的推力。

1984年，美国物理学家和科幻小说家罗伯特·福沃德在他的小说中，就曾提出一种围绕着水星的推进系统。福沃德的推进系统是一套激光站，总共1000个，每个宽30千米，它们将捕捉到的太阳能转换成总功率约1300太瓦的激光束，总量相当于地球获取的总太阳能量的1%，来推动太阳帆航行。

如果你想乘坐太阳帆去往海王星，你可以先造访水星，因为水星距离太阳最近，可以使太阳帆获得更大的推力，从而获取更大的加速度，使你能快速向海王星飞去。这样看来，水星有一天可能会成为太阳系的“造船厂”和中转“加油”的主要港口。

除了将水星打造成太空港口，水星的未来还能有更大的奇迹吗？我们能不能把它变成另一个地球？

水星地球化的优势

假如有一天地球不能再居住，人类的一个选择是在太阳系内复制出另一颗“地球”。此时，我们通常考虑的是火星。火星的轨道与地球相似，日长也差不多，还拥有一些必要的生存物质，比如水和碳。目前，火星是太阳系内的最佳选择。

但如果将火星排除在外的话，还有其他候选星球吗？科学家也考虑过谷神星和月球。不过太阳系的另一颗行星——水星其实也有一些自然的优势，例如，表面重力较强。地球有着厚厚的大气层，而像月球、谷神星、水星等星球，大气层非常稀薄，因此如果要将它们改造成另一颗“地球”，就要将类似地球的大气“进口”到该星球上。相比谷神星、月球等候选星球，水星具有更强的表面重力，能留住更多“进口”的大气，因此它会更像地球。

但是水星离太阳那么近，人类该怎么在如此猛烈的阳光下生活呢？有人计算过，如果将水星白天改造成地球白天那样，那么水星至少要减少平时所接收阳光的84%。于是人们想出了一个办法，利用一台巨大的偏转镜——跟水星本身差不多大的一面遮阳板，也许就能够挡住强烈的阳光。

水星上的昼夜温差将近600°C，如此之大的温差，你也许会认为人类永远不可能在水星上生活。但是，通过观测，科学家发现水星的两极有一些环型山，太阳永远照耀不到那里，黑暗的阴影区可能存在冰层——这是信使号探测器发现的一个奇迹，冰层规模大约有100千米宽。这些冰也许是未来殖民者的生活必需品，人类有机会利用两极的冰以及人工的保温装置，制造出人造的移民环境。

本文源自大科技*科学之谜 2016年第8期杂志文章、欢迎广大读者关注我们大科技的微信号：hdkj1997