如何将宇宙中其他星球“地球化”改造行星的可能性

伤我心太深

人类想要在宇宙中移民，仅仅靠寻找类地行星实在太渺茫了，还有另一种可能性：就是改造行星，将其他星系“太阳系化”“地球化”，这是有可能的。

对太阳系的其他行星进行“地球化”改造，这个最早只出现在科幻小说中的情节如今已经推进到了现实研究。

近年来一些天文学家或天文爱好者频繁使用“地球化”一词。

什么是“地球化”呢？所谓“地球化”，是指在未来把不适合生物生存的其他天体环境改造成类似地球这样的生命世界。显然，“地球化”实质上就是一项巨大的环境工程。

关于“地球化”的概念，在很早以前就已存在了。17 世纪的英国诗人琼· 弥尔顿所写的《失乐园》一诗中，就有天使们让刚刚形成的地球的自转轴倾斜，从而给地球带来四季变化的描述。在英国作家奥拉胡· 斯坦普顿于1930 年发表的科幻小说《最初的也是最后的人类》中，则描述了未来的人类改造金星，使之“地球化”的构想。

至于“地球化”这个词，最早出现在1942年出版的美国作家杰克·威廉姆斯的科幻小说中。自那以后这个词的影响越来越大，在今天已经作为科学专用词被固定了下来。那么，是谁最早将“地球化”从虚拟世界推向现实研究的呢？这个人是卡尔·萨根。1961 年，他在自己有关金星最新观测的一篇论文中指出，金星大气中散布着一种单细胞藻类，它们长期分解金星大气中的二氧化碳，有可能产生游离的氧。

尽管其后的观测结果表明，萨根的这一构想实际上是不成立的，但以那篇论文为契机，很多研究者开始把改造太阳系其他行星作为自己研究的课题，最终引发了当今“地球化”研究的高潮。

改造行星

像火星和金星这样的地球型行星，是最适合进行“地球化”改造的行星。

科学家认为可以被“地球化”改造的行星应该是典型的地球型行星。地球型行星需要具备一些条件，比如像地球一样拥有适当的绝对质量和适当的公转轨道半径，并且行星的演化历程也和地球相似。行星“地球化”改造的首选对象是火星。

为什么首选火星？这是因为火星在各个方面堪称地球的“兄弟星”。地球上的一天是23 小时56 分，火星是24 小时37 分；地球的轨道面与赤道面的夹角是23 度27 分，火星是25 度11 分；地球和火星具有差不多相同的季节变化；在地球的两极终年覆盖着皑皑白雪，而在火星的两极则有由冻结的二氧化碳形成的洁白的极冠。

此外，在某种程度上说，火星的演变历史也与地球相似。火星的公转轨道半径平均值是地球的1.52 倍。如果只拿这一点跟地球相比，由于火星比地球距离太阳更远，所以到达火星的太阳能比地球少。但是，科学家推测，火星在诞生初期原本具有厚厚的二氧化碳大气层，能把入射的太阳能封闭在大气中，通过“温室效应”保持早期火星表面温暖的环境。

科学家还推测，早期火星表面也分布有海洋（事实上，近年来对火星的一系列探测已经基本证实早期火星的确存在海洋），海水会逐渐吸收二氧化碳，转化成碳酸钙之类的矿物堆积在海底。在地球上，被海水吸收的二氧化碳因火山作用重新被释放回大气中去，由此形成二氧化碳的循环。但是，在火星上，这种循环却无法长久维持，这是因为火星比地球小，其内核迅速冷却，火山活动在火星早期就已结束。

结果，大约在火星形成2 亿年之后，原本在维持温暖环境方面起重大作用的火星大气被海水吸收，造成火星迅速变冷和变干燥。当今的火星，地表气压为0.01 个地球大气压，平均气温为-50℃，对生命来说，是一个过于严酷的世界。

那么，能否把这个严酷的世界恢复到它原来的温暖湿润呢？科学家认为并非很难，只需要把入射火星的太阳能的不足部分用其他方式补足就可以了。例如，在火星北半球的沙漠地面之下，沉睡着数量庞大的永久冻土，它们是由火星上曾经存在的海洋冻结而成的。

只要融化冻土，使之变成水蒸气（水蒸气也是一种温室气体），就可以使火星大气升温。随着气温上升，冰融化成水蒸气的正反馈随之加强，火星大气的温室效应逐渐恢复，火星的环境当然就会发生剧变。

为此，有科学家提出：在环绕火星的轨道上布置反射镜卫星阵（由一系列卫星组成），以增加入射火星的太阳能量；或者，让适当大小的彗星撞击火星，利用撞击产生的巨大能量来气化被封闭在冻土中的冰。此外，还有另外一些加热火星的奇妙思路。

与火星相比，金星的“地球化”改造就要困难得多了。金星的公转轨道半径仅为地球的0.7 倍，金星表面每单位面积的太阳能入射量却是地球的1.9 倍（金星自转周期为243 天），这样一来，金星就变成了灼热的“地狱”。在金星上，不仅生命所必需的水被完全蒸发，就连铅这样的金属都被熔化了。由于金星上还有由二氧化碳构成的非常浓密的大气层，所以其温室效应异常强烈，由此导致金星地表气温高达460℃，地表气压为地球的90 倍。很明显，金星是一个高温、高压的恐怖世界。

要想让金星环境变得像地球，首要任务就是为金星降温，也就是说，要大大弱化金星大气的温室效应。怎样为金星降温呢？有一种方法，这就是部分清除金星大气，可以通过加速金星的自转来实现。还有科学家提出，可以让大小适当的小行星相继从适当的方向冲撞金星。

此外，为了让金星永久冷却，还可考虑在金星与太阳之间的重力平衡点（所谓的“拉格朗日点”）建造巨型遮阳伞，用其阴影遮住金星。至于金星缺水的难题，可以通过让彗星冲撞金星，从而将水带给金星。事实上，彗星含有大量的冰，地球上最早的水有可能就是由撞击地球的彗星带来的。

再造一个“太阳”

用“微型黑洞”启动木星内部的核聚变，木星将成为太阳系中的另一个“太阳”。

火星或金星的“地球化”改造说起来如此简单，缘于只需在其拥有的“先天”的天体环境中略加增减而已，对于火星而言是加温，对于金星而言是降温。但是，对于太阳系的其他行星来说，进行“地球化”改造就完全是另一回事了。

木星、土星、天王星等被称为“气体型行星”，名副其实，它们的表面只有以氢为主体的巨大气团，根本不存在固体。以木星为例，其直径是地球的1316 倍，表面重力在赤道上是地球的2.37 倍。木星没有固体表面，在大气层之下是液态木星幔。所谓“木星幔”，其实就是在巨大的压力下，氢变成液体，形成深达7 万公里的“氢海”。液体的氢旋转不息地流动，使木星具有强大的磁场。看来木星根本没有可能被“地球化”改造。那么，木星的卫星群又如何呢？

木星有4 颗卫星，从内侧数起，依次是木卫一（伊娥）、木卫二（欧罗巴）、木卫三（加尼梅丹）和木卫四（卡利斯特），直径分别是3630 公里、3138 公里、5262 公里和4800 公里，其中最大的加尼梅丹比水星（直径为4878 公里）还要大。

科学家认为，如果这些卫星能够确保能量的话，就有可能成为“地球化”改造的对象。但是，在木星周围，太阳能密度只等于地球轨道附近的3.7%，这么少的能量无论如何都满足不了使这些卫星“地球化”所需的能量。那么，有没有给这些卫星提供能量的手段呢？

人们常为木星没能成为太阳而感到惋惜。

假如木星的质量再大几倍的话，通过高压，其内部的氢应该就会开始核聚变了。要真是那样的话，太阳系就变成有大小两个太阳的双星系统了。

实际上，木星与其卫星群共同构成了一个“微型太阳系”，与太阳系的机制几乎完全一样。

有人据此认为，让木星像太阳那样发光并非不可思议。日本科幻作家小松提出，用正/ 反中微子束撞击木星的核，在核中心引发成对的湮没反应，从而在木星内部启动核聚变。另一位著名的科幻作家C·克拉克在其小说《2010 年》中，描述了从提高木星密度到引发木星核聚变反应的过程。虽然他的创意还停留在科幻阶段，但这种构想受到了一些专家的极大关注，还有专家以论文的形式发表了对有关木星“太阳化”的见解。

木星“太阳化”的设想是从“原初黑洞”开始的。在宇宙诞生之初，在大爆炸后的超高温、超高压环境中，有一部分物质在巨大的压力下被挤压成极其微小的“原初黑洞”，它们迄今仍飘流在空间各处。

1971 年，英国剑桥大学的斯蒂芬·霍金提出了“微型黑洞说”。他的理论是，黑洞辐射亚原子粒子，因而质量减小；随着黑洞质量减小，辐射日益增大；最终，黑洞的最后残余在强烈的辐射暴中消失；但黑洞或许还剩下少量质量因辐射停止而幸存下来，这就是所谓的“微黑洞”。如果真是那样的话，即使是最小的“原初黑洞”，其质量也应该在5 亿吨左右。

如果“原初黑洞”确实存在，并且正在辐射强烈的伽马射线，那么从宇宙背景的伽马射线强度可以推断，在现在的宇宙中，以平均每300 立方光年（光年是长度单位，1 光年是指光线在1 年中跑过的距离）1 个的密度幸存着质量为5 亿吨级的“原初黑洞”。

据此推断，距地球最近的“原初黑洞”应该位于冥王星轨道外侧的所谓“彗星仓库”中。

如果推断无误，那么距地球最近的“原初黑洞”或许就像彗星那样，在围绕太阳的长椭圆形轨道上运行。如果注意观察伽马射线辐射或空间重力异常，发现“原初黑洞”只是迟早的事。

一旦发现合适的“原初黑洞”，就可以用某些方法俘获它。例如，用大小合适的小行星与“原初黑洞”构成双星系统，在小行星上安装火箭发动机，将它作为引力拖船来拖曳“原初黑洞”；或者用带电粒子束照射“原初黑洞”，使之带电，再通过电磁陷阱来搬运黑洞。

接下来，将这个“原初黑洞”放在指定的轨道上，使之进入木星大气层。“原初黑洞”落在绕木星重心运行的轨道上，逐步吸入周围的氢，当吸入的氢的量达到黑洞质量的40% 时，黑洞就开始向周围辐射能量。假定“原初黑洞”

的质量是6×1020 千克，即地球质量的万分之一左右，那么它的物质吸收率是每秒400 吨，辐射能量是1022 瓦特。不久，木星从内部开始受热。

接着，木星开始辐射弱的红光。考虑到在木星内部引发的激烈干扰，木星的强大磁场届时将被消灭。随后，木星的4 颗卫星从内侧开始依次被加热，结冰的卫星表面融化，变成被大气包裹的卫星。

在这4 颗卫星中，位于最内侧的伊娥星表面存在剧烈的火山活动，因此不适宜居住。但是根据计算，第二颗卫星即欧罗巴星的冰开始融化后，辐射增大，而位于最外侧的卡利斯特卫星的温度将超过26℃。只需大约1.4 亿年的时间，欧罗巴、加尼梅丹和卡利斯特这3 颗木星卫星都可能成为人类的居住地。不过，这种令木星卫星“地球化”的方法实质上是把木星“太阳化”，而在辐射强烈的1.4 亿年之后，木星本身也有被消灭的危险。

给木星包一个壳

其实，人类要想移居外星，只需一个木星人造地壳就足够了。

把木星作为黑洞的“诱饵”，这种想法未免让人惶恐，因为一旦这样做，木星质量的1/130 将被消耗掉。另一方面，太阳至少还能继续维持地球文明上百亿年。在不久的将来，当人类完全掌握核聚变技术时，木星上大量存在的氦将作为理想燃料备受青睐。木星作为核聚变燃料的供应基地，是科学家眼中最具魅力的天体。

那么，这么有魅力的木星难道真的没有可能进行“地球化”改造，从而成为人类的另一个家园吗？至少在英国天文台的专家鲍尔·伯奇看来并非如此，他提出了一个绝妙的想法，要点是——为木星包上一层人造地壳。

显然，按常规方法是不可能在木星上为人造地壳筑起地基的。伯奇考虑的方法是，利用木星的引力场本身，在其轨道上放置大量的物质，通过这些物质的质量产生剩余离心力，用来支撑人造地壳的载荷。具体思路如下。

首先，在木星赤道上距木星中心大约为木星半径1.6 倍的地方，放一个围绕木星的空心环，环中充填大量物质。其内部物质通过马达驱动，维持环在轨道上的运行速度。环的半径之所以被定为木星半径的1.6 倍，是因为在这个距离上产生的木星重力加速度与地球上的相同。环内部的物质只作轨道运动，目的是继续保持环对木星重心的相对位置。如果环的运动量足够大，其产生的剩余离心力就能支撑大的载荷。

其次，沿着木星的经线方向，放与前一个环垂直的第二个环。接着，又在分别垂直于这两个环的经线方向上放第三个环，即用围绕木星的三个环把木星外层空间分成X、Y、Z 三个象限。

在完成这三条环之后，接着在平行于各环的方向上不断支起规模越来越小的环。这些环内部的物质在高速旋转中会产生一点离心力，但被其自身重量抵消。

一旦这项工程完成，木星就被由大大小小的环密密麻麻编成的“笼子”包围了。用一块块敲打成型的特制材料板填盖“笼子”的网眼，然后用凸起的板造山，用凹下的板造海。这样，木星的人造地壳就诞生了。至于板的材料来源，将木星的卫星打碎不就有了。

在火星或加尼梅丹星上，由于重力加速度过小，就算好不容易制造出了大气，随着大气分子的热运动，大气会逐渐逃逸到宇宙中。因此，必须想方设法制止这种“逃逸”才行。而木星因为有了这个人造的地壳，就可以完全免除上述的担心了。

在天体周围制造表面重力为1G（地球加速度）那样的人造地壳，则地壳面积计算公式为“天体人造地壳面积=（天体质量/ 地球质量）× 地球总面积”。由于木星与地球的质量比是316，所以木星的人造地壳面积是地球总面积的316倍。假定木星人造地壳的“地板”厚度是40 米，其总重量则为2000 京吨（1 京为1 亿的1 亿倍即1016）。人造地壳高速自转，产生剩余离心力，用这个离心力就可以支撑人造地壳本身的重量。

人造地壳完成之后，接下来自然是自转的问题。在木星周围建造的人造地壳相对于木星重力场来说一直是静止的，如果置之不理，那么在人造地壳上面的1 天就等于木星的公转周期，即12 年。因此，有必要让人造地壳产生自转，即按24 小时的周期自转。

为此，需要把所有环都不是做成单个的，而是做成双层的，各层环按相反方向旋转。如果各层环拥有的角动量完全一致，则环是静止的。假如角动量稍有差异，就会产生转矩，环就开始向一边转。只需调节好这个转矩，就能把任意速度设定为自转速度。

自转的问题解决了，还有太阳能的问题。

即使木星地壳上1 天的长度与地球上相同，但木星轨道附近的太阳能密度却只有地球上的3.7%，这显然不足以养育生命。因此，与金星的“地球化”情形正好相反，这次需要在木星与太阳之间的拉格朗日点附近放置面积为木星截面积20 倍以上的聚光镜以收集太阳光。这个透镜由镜子（在极薄的聚合物膜上真空镀敷金属）和支撑镜子的离心力环构成。将多面镜子做成圆锥状重叠，借助每面镜子的连接设计巧妙地反射太阳光。

这个面积极大却又极为轻薄的聚光镜本身受到来自太阳的光压（光的压力），被推到比拉格朗日点更靠近木星的地方。长此以往，镜子最终就会坠落在木星上。因此，需要在木星周围的轨道上安置反射镜，用反射光的光压抵御聚光镜受到的太阳的光压，从而阻止聚光镜飘移，让它保持在太阳一侧的位置上。

如此看来，建造完全覆盖木星的人造地壳是一项十分费力、极为浩大的工程。但是，具有地球表面积的316 倍和地球重力环境的木星人造地壳的确具有惊人的魅力。试想，假如将来因为资源匮乏、人口爆炸、生态灾难、天体碰撞和核灾难之类的原因，地球人真的需要移民外星，那么只需一个木星地壳就足够了，它不但可以提供绰绰有余的人类居住空间，而且木星上的各种资源也可谓取之不尽、用之不竭。

如果连木星也可以被改造，那么宇宙中还有哪里不可以成为人类的家园呢？事实上，只要人类将来能够开发出人造地壳技术，那么最终就有可能把存在于这个宇宙的一切天体都改造成适合地球人居住的环境。当然，在今天看来，这一切都还只是科学幻想，但它的确具有理论上的可行性。我们相信，人类大规模改造其他天体终会成真。