撰文 萨拉·斯科尔斯(Sarah Scoles) 翻译 王昱

《光明日报》( 2023年12月21日 14版)

【环球视野】

美国航空航天局(NASA)希望能在几年之内让宇航员重返月球,他们正在大力投资“阿尔忒弥斯”(Artemis)登月计划来实现这一目标。而更加宏伟的目标——在地球之外建立永久人类基地,也是计划的一环。为此,美国联合发射联盟(United Launch Alliance)等公司正在设计人类月球栖息地的基础设施。美国太空探索技术公司(SpaceX)也宣布将会殖民火星。但这些计划是否切实可行?前往太空寻找新家园定居是一个宏伟的梦想,但离开地球却面临着生理、心理、经济、伦理等诸多方面的挑战。考虑到外太空似乎在处处针对人类,生活在地球之外将会有多困难?

从模拟开始

经过演化,人类已适应了地球上的环境。一旦离开地球,无论在身体上还是心理上,我们都将遭遇风险。而宇宙射线带来的癌症风险、微重力对人体的影响等诸多问题可能会从根本上遏制移居太空。此外,想要在地外世界维持生存,目前也没有可靠的经济模式。从历史的角度来看,支持在这方面花很多钱的人并不多。很多人对太空殖民持乐观态度,但他们仍未解决这一过程带来的棘手伦理问题。

在美国亚利桑那州图森市附近,研究人员建造了一座封闭的地球生物圈实验设施“生物圈2号”(Biosphere 2),用以模拟太空基地。今年这里举办了模拟宇航员大会,科学家和太空爱好者都齐聚于此。对于他们而言,所有的问题似乎都可以迎刃而解,未来的发展也早已是定局:太空是人类的归宿,是我们终将抵达的目的地。

与会者都清楚,这是一个宏伟的梦想。生物圈2号的首席架构师菲尔·霍伊斯在会议的开场演讲中总结了他们的展望:“将你的心丢向前方,然后迎头赶上。”这是几十年前第一批队伍在这里扎营时发表的祝酒词。几十年后,他又引用了这段话。

但问题仍然是,我们是否有能力追得足够快?而更根本的疑问是,我们有意愿追上吗?

太空旅行削弱身体

1991年,8个人进入生物圈2号,并在其中生活了两年。这个奇特的设施其实是一座人造绿洲,占地约12700平方米,科学家在这里重建了不同的陆地环境。人造绿洲里有海洋、红树林、热带雨林、稀树草原和雾沙漠,就像杂草丛生的植物园一样,但所有这些都与它们模拟的星球隔离开来。除了理解生态和地球本身之外,实验的另一个目标是探索人类未来该如何在太空中生活。显然,在太空中,人类必须为自己创造一个能自给自足、自我维持的环境。为此,研究人员在生物圈1号(我们赖以生存的地球生物圈)中建立了人造的生物圈2号,并在这里开展了生态实验。遗憾的是,这场实验并没有成功。封闭的环境无法为其中的居民带来足够的氧气、水或食物——当然,未来月球或火星上的居民也可能会遇到这一系列问题。同时,居民之间的人际冲突和心理问题也影响了第一次任务和几年后的第二次任务。

如今,参与生物圈2号等项目(在地球上模拟长期太空旅行)的人被称为模拟宇航员。尽管这是一项小众追求,但它也很受欢迎:南极洲、美国的犹他州、夏威夷州和得克萨斯州都有类似的设施。阿曼、肯尼亚和以色列也正建造和规划建设类似的设施。他们都有一个共同的目标:在地球上学习如何在地外生活。

沙漠的斜阳在人造绿洲的玻璃外墙上投射出粉红色的光影,露台上的人们模糊于其中,他们都是模拟世界的一部分。其中的一些人参与过模拟项目,或者自建过模拟宇航员设施;另一些人只是对模拟宇航员感兴趣。天文学家、地质学家、退伍军人、快递员、医务工作者、艺术家、律师、音乐家等各行各业的人齐聚一堂,当晚,他们换上了《星球大战》(Star Wars)的服装。太阳落山后,许多人看着升起的月亮,心中期待人类未来能在那里定居。

人类的躯体确实无法应对太空。太空飞行会损害DNA,改变微生物组,扰乱昼夜节律,损害视力,增加癌症风险,导致肌肉和骨骼流失,抑制免疫系统,削弱心脏功能。除此之外,微重力还会让体液流向头部,长期来看,这可能会对大脑产生病理性影响。

美国加利福尼亚大学旧金山分校的医学研究员索尼娅·施雷普弗曾深入研究过困扰太空探索者的两种病症。利用国际空间站中飘浮的小鼠,她发现通向大脑的血管会在微重力下变得更僵硬。这就是为什么现在的宇航员在返回地球后,无法径直走出太空舱。在火星上也会发生同样的状况,但宇航员抵达那里后,却没人能将他们运送到新的庇护所。不过,施雷普弗和同事确实发现了一种分子信号通路,或许能预防心血管硬化。她说:“我试图理解的问题是,我们需要这样做吗?”施雷普弗认为,也许血管硬化是一种身体自我保护的机制,而软化血管反而会导致其他问题。

她还希望找出帮助宇航员应对免疫系统减弱的方法。在太空中度过一段时间后,宇航员的免疫系统会老化,这导致他们更难修复身体的组织损伤。施雷普弗说:“免疫系统在微重力环境下的衰老速度相当快。”她在年轻且健康的人群中采集了生物样本,并存放到组织芯片上,然后将其发送到地球轨道,追踪这些样本的老化情况。

太空旅行更为严重的一个副作用则是视力和骨骼问题。当宇航员在太空中停留一个月或更长时间时,他们的眼球会变得扁平,这是航天神经眼综合征(spaceflight-associated neuro-ocular syndrome,SANS)的症状之一,可能会对视力造成长期损害。在地球上,人体的肌肉和骨骼早已习惯始终存在的重力,为了抵抗重力而进行的站立和移动也可以防止肌肉萎缩,同时刺激骨骼生长。但在太空中,由于没有外力的驱动,宇航员骨骼流失的速度会超过生长速度,他们的肌肉也会萎缩。因此他们每天必须进行数小时锻炼,并使用专门的设备模拟地球上的重力,但即使这样也不能完全避免所有影响。

然而,身处外太空最令人担忧的可能是辐射问题。对于在近地轨道飞行的宇航员来说,身体接受辐射的强度是可以控制的。但对于远距离、长时间太空旅行的人来说,这将是一个严峻的问题。太阳喷射出的一些粒子可能会损坏他们体内的DNA,尤其是在太阳风暴期间。美国贝勒医学院教授、空间健康转化医学研究所(TRISH)所长多里特·多诺维尔说:“这可能会让你病得很重,引发急性辐射综合征。”

未来的宇航员或许可以用水来保护自己免受辐射粒子的侵害。但问题在于,科学家并不清楚太阳何时会喷发大量粒子。多诺维尔说:“假如此刻宇航员正在探索月球表面,而太阳粒子事件即将发生,我们最多只能提前20到30分钟预测它。”这意味着,我们需要更好的预测和监测太阳活动的能力,同时需要宇航员靠近他们的水盾。

如果宇航员没有及时找到安全的庇护所,首先会出现恶心的症状。“你会吐到宇航服里,” 多诺维尔说,“这可能会危及生命。”因为呕吐物可能会干扰生命维持系统,或者你可能会因吸入呕吐物而窒息。接着,中性粒细胞和红细胞等细胞会耗尽,这意味着你无法再有效地对抗细菌,或为身体组织提供氧气。你会感到疲倦、贫血,同时继续呕吐,而体内会暴发感染——你或许会因此死亡。

还有另一种辐射——银河宇宙线,即使有很多水也无法阻挡它们。这种辐射由高速移动的粒子组成——大部分是氢原子核,但也包含元素周期表中的每一种天然元素。这些射线来自超新星等天体,其能量和质量远超单纯的质子。多诺维尔表示,“我们无法完全保护宇航员”免受它们的辐射。而这种情况会使问题变得更糟:这些宇宙线在撞击到障碍物时会分裂,产生更多、更小的粒子。

对于前往火星的宇航员,旅途中接收的银河宇宙线辐射剂量通常相当小。但如果你在宇宙飞船或行星表面待了很多年,这些影响就会积少成多。多诺维尔说,想象一下,你在一个只有几只蚊子(无法打死)的房间里。5到10分钟可能还好。但几天?几个月呢?你会被叮更多的包,变得奇痒难耐。而在外太空,积攒的则是更高的癌症风险。

然而,对宇宙线实现完全隔离是不现实的,因此多诺维尔的空间健康转化医学研究所正在研究如何帮助宇航员修复辐射损伤,并研发修复DNA损伤的药物供宇航员口服。多诺维尔说:“所有人都在等身体接受辐射后引发癌症,然后思考如何战胜癌症,但我们想采取预防措施。”

但即使解决了宇航员大部分的身体问题,大脑仍是一个问题。根据对现有宇航员和模拟宇航员的研究,一篇于2021年发表在《临床神经精神病学》上的综述论文列出了宇航员在太空航行中面临的心理风险:情绪调节能力下降,适应能力降低,焦虑和抑郁加剧,团队内部沟通越发困难,睡眠障碍加剧以及压力导致的认知和运动功能下降。为什么会出现这些问题?请想象一下自己和一小群人一同待在一个密封的罐子里,外部是致命的环境,内部则是一成不变的日程安排、不自然的昼夜节律和任务指挥人员的持续监视。这些因素都很容易导致心理问题。

未知的经济挑战

身体和心理问题虽然严重,却并不一定是实现定居太空最直接的障碍。更大的问题是经济成本,应该由谁来支付这样高昂的成本?那些太空企业的亿万富翁可不一定会因为利他主义或冒险精神资助太空殖民。商业航天公司是企业,而企业的目标是盈利。“有商业案例可以证明这类投资可能盈利吗?”美国哈佛大学商学院教授、太空经济学研究项目的负责人马修·魏因齐尔问道。

在过去的几年里,魏因齐尔和同事布伦丹·鲁索一直在探究太空探索、离开地球的需求究竟是什么。魏因齐尔说:“太空旅行服务的供应在增长,成本也在下降,但需求方是谁呢?”毕竟,太空公司历来是孤立的:一群专家为另一群专家创造东西,而不是面向更广阔的世界提供商品或服务。即使是SpaceX这样的商业公司,在大多数时候也是依靠政府合同的支持。这些公司的领导时常忘记他们应该贯彻的资本主义——开拓市场,获取盈利。他们只是对火箭、零件之类的技术感到兴奋。鲁索说:“但技术可行性与强有力的商业案例并不一定是等价的。”

如今,一些私营航天公司正提供商业航天旅行服务,他们的目标客户是一些游客,而不是联邦合同。但与政府支持的宇航员不同,这些游客并没有受到同样安全的监管规定的保护,一起意外事故就可能扼杀太空旅游业。同样令人窒息的是,可能只有一部分有钱人愿意定居在火星这样的地方,而不是在大气层上方短暂地乘飞船旅行一圈。因此,永久性太空殖民地的商业案例也会失败。

人们倾向于将太空探索比作地球上的开疆拓土。但在地球领土的边缘,人们寻求的是黄金矿产,或是更多适用于耕种的土地。而在太空中,探索者根本无法确定目的地的价值。魏因齐尔指出:“因此,我们必须谨慎地思考,不能假定太空探索一定有所回报。”

魏因齐尔和鲁索发现,人类未来会定居太空的想法很鼓舞人心,但从经济学角度看,他们无法确定这会在何时、以何种方式实现。毕竟,鼓舞不能支付账单。鲁索说:“我们很乐意看到这种事情发生——我想大多数人都会喜欢的——只要不是我们出钱。”

尽管太空爱好者可能会难以接受,但大多数人并不那么重视宇航员的太空冒险。2018年,皮尤民意调查要求受访者为NASA的9项关键任务进行重要性评级,分别为“最高优先级”“次优先级”或“不太重要/建议放弃”3类。结果显示,只有18%和13%的人认为将人类送上火星或月球是当务之急,位列优先级列表的底部。相较之下,监测地球气候变化、监视危险的小行星和太空基础科学研究都更受欢迎一些。

美国晨间咨询公司2020年的一项民意调查发现,只有7%到8%的受访者认为将人类送上月球或火星应该是首要任务。尽管历史倾向于认为,上一次月球探索时代的人们对太空飞行热情高涨,但民意调查表明事实并非如此:“在整个20世纪60年代,多数美国人都认为阿波罗计划付出的代价是不值得的,只有1969年7月阿波罗11号登月时进行的民意调查出现过一次例外。”历史学家罗杰·劳尼厄斯在一篇发表于《太空政策》的论文中这样写道:“在这十年中,始终有45%到60%的美国人认为政府在太空方面投入过多,这也表明他们对太空旅行计划缺乏信心。”

当航天局的工作人员谈论起为什么人们应当关心太空探索时,他们经常会说这是为了人类的利益。有时他们会列举一些由太空旅行发展而来的对公众有益的技术,比如望远镜镜片的创新推动改进了激光眼科手术。但对于NASA的合作顾问琳达·比林斯而言,这种论述并没有意义。她表示,如果对发展某项技术感兴趣,应该直接投资私营企业,而不是通过航天机构间接地投资,后者的开发不可避免需要耗费更多的时间、更高的成本,却无法很轻易地应用在地球上。她说道:“我没有看到NASA提供的任何证据能够表明,(定居太空)会造福人类。”

至少美国圣塔克拉拉大学的布莱恩·帕特里克·格林认为,税收是否应该用于支持太空旅行是一个科学伦理问题。格林在马绍尔群岛担任教师时,对科学伦理问题产生了兴趣。美国曾在那里引爆过核武器,对环境和当地人的健康造成了持续的伤害。现在,这些岛屿正面临海平面上升的威胁,海水很可能会淹没大部分基础设施,侵蚀海岸并缩减可用的土地面积。他说道:“这让我对技术在人类社会中的作用非常感兴趣。”

科学伦理的疑问

在太空旅行中,“为什么?”或许是最重要的伦理问题。格林问道:“来这里的目的是什么?我们要实现怎样的目标?”他自己的回答是这样的:“最大的价值在于让我们知道,我们可以做到这件事——如果我们很努力,就能实现自己的目标。这会让人们凝聚在一起。”但这样哲学性的好处必须与更具体的成本一起考量和权衡,例如其他项目——地球科学研究,向其他星球发送机器人的任务,或者在我们这颗星球上盖一些经济适用房——如果资金都流向月球、火星或是半人马座阿尔法星,这些目标就都无法实现了。

格林也提出了一个更简单的伦理问题:“我们真的应该派人去做这些事吗?”除了面临罹患癌症和身体机能退化等重大风险外,前往另一个世界定居的宇航员很可能会失去生命。即使能够存活,他们能拥有怎样的生活质量也是一个问题。格林说:“生存是一回事,能够享受生活又是一回事。生活在火星上会不会等同于酷刑?”

如果仍要尝试太空旅行,我们也必须理解这对天体也存在威胁——不论是对于宇航员想去的那些行星,还是他们最终需要返回的这颗行星。月球、火星以及欧罗巴可能会被地球微生物污染。尽管NASA为了“行星保护”曾尝试根除航天器上的微生物,但却从未成功过。

而如果外星世界存在未知的生命,那么有害的外星微生物也可能会随宇航员或航天器一起返回地球,这种针对行星安全的风险也被称为“反向污染”。为了维持探索者发现的地方原封不动,他们应尽到怎样的义务?撇开我们能否在地外生存的问题,为了自身和宇宙,我们是否应该这样做,也值得考虑。

在这个问题上,科幻小说家加里·韦斯特法对太空旅行的内在价值提出了质疑。在深入分析过科幻小说后,他开始认为这项宏图的逻辑和动机是有缺陷的。在谈到创作《反太空案例》这篇文章的动机时,他讲道:“我总是碰到相同的观点:太空旅行代表了人类的命运。”和留在家乡的人相比,太空探索者通常被描绘成更勇敢、更优秀的人,他们是推动文明前进的人。韦斯特法说:“从哲学上来说,我反对‘探索未知的人是人类最优秀、最聪明的代表’‘只有大胆进入未知领域,才能取得进步’这些观点。”毕竟,很多聪明、高效的人(更不用说很多快乐、稳定的人)不会在逃亡中度过一生。他总结道:“显然,历史证明,旅行和美好品质之间没有关联。人类自身的历史早已给出了明确的提示:进步来自地球上持续且稳定存在的生命,而一项庞大的太空旅行计划将导致人类进入一段新的停滞期。”

但在某些方面,对简单生活的渴望也是太空探索的驱动力之一。宇航员只能和少数几个人相处,否则会感到痛苦不安——这是在村庄中更常见的集体生活方式。他们必须像网络购物出现之前的人一样,凑合着用附近的物资,或者自己动手建造。与那些超出接触范围的人沟通,也会变得异常缓慢且困难。他们有着严格却简单明确的工作时间表。但想实现任何事都需要挣扎;没有任何便利可言。与身处信息数字化联通的现代环境不同,他们的注意力不再会被分散到多个地方,而是集中在当下。至少,这是模拟宇航员阿什莉·科瓦尔斯基在SIRIUS 21任务中的感受。这是一项为期8个月的美俄联合“月球任务”,在莫斯科的一个封闭空间内进行。

在生物圈2号模拟宇航员大会上,科瓦尔斯基讲述了她参与这项任务的经历,她的演讲标题为《仅八个月》。这八个月的目标是研究隔离对生理和心理的影响。她和队友需要定期提供血液、粪便和皮肤样本,以便研究人员了解他们的压力水平、代谢功能和免疫系统的变化。研究人员还让他们进行心理测试,探查他们的时间感知能力、认知能力以及社交能力的变化。在实验中,他们必须像宇航员一样吃东西,狼吞虎咽地吃下西西里比萨凝胶或是汉堡凝胶。科瓦尔斯基更喜欢把它们挤到汤中,让餐食更丰富。借助温室种植,他们6个人每3周能吃上一顿沙拉。

科瓦尔斯基当然怀念自由、美食和朋友,但真正的煎熬却是隔离结束后回到现实世界。她在大会上说,“重返地球,而不是重返大气层”是最困难的。她不记得如何交朋友,不记得自己的爱好和工作,在处理来自任务控制中心以外的各种任务时都感到很困难。在演讲后的问答环节,台下的地质学家塔拉·斯威尼对科瓦尔斯基讲述那段经历表达了感谢。斯威尼刚刚结束南极洲的长期驻留,也不太清楚如何再融入更宜居的、热情好客的环境。他们都很想念“地球”,毕竟这才是真实的世界。但回到现实总是很难。

尽管考虑了可能面临的诸多困难,模拟宇航员大会的与会者仍然很乐观。“我们接下来会去哪里?”会议创始人、真正的宇航员沙恩·普罗克特发问道。这时,观众会应声指向天空:“去月球!”

模拟宇航员的工作并不能解决有关太空旅行最棘手的那些问题——医疗问题、经济问题、伦理问题等。当所有人都在等待,看看我们是否会离开地球、是否应该离开地球时,这些地球上的宇航员虽不能彻底离开,却仍会继续逃离地球。

(撰文:萨拉·斯科尔斯(Sarah Scoles) 翻译:王昱)

(本版图文由《环球科学》杂志社供稿)