水星遐想

刘安立

2016年5月9日，水星10年来首次从地球与太阳之间穿过，引起天文学界关注。2017年，欧空局等航天机构将发射迄今为止第三艘水星探测器——“贝皮·科伦布号”。太空梦想家以未来眼光看待水星，原因是这颗富含资源的行星靠近太阳，而且它的能源也很丰富。现在，就让我们设想一下：水星将怎样成为我们探索太阳系以及太阳系之外的跳板。

阶段 1确定基地

在太阳系中最靠近太阳的行星——水星，对我们来说曾经是一个谜。多年来，由于水星太靠近太阳，天文学家难以观测它。但太空时代的到来，改變了这一切。2004年，美国宇航局的“信使号”升空，它是前往水星的第二艘探测器。2011～2015年，“信使号”对水星进行了环绕探测，它发回地球的数据，让我们首次获得了对水星的确切认识。

特异行星

水星每88个地球日环绕太阳一圈，每59个地球日自转一圈。直到20世纪60年代，诸如此类的基本事实才为科学家所知。如果你站在水星表面任何地方，你都不会看见太阳每59个地球日升起一次，这是因为一个水星年（88天）太过短暂。正因为水星太靠近太阳，所以潮汐力锁定了水星的自转周期：3个水星日等于2个水星年。其结果是：不管你站在水星表面任何地方，你都只能每176个地球日才能看见一次日出。

如果你真能站在水星上，粗略看去，水星可能会像月球：一个小小的、没有空气的世界，布满岩石的表面被巨大的古老陨击坑扭曲。但在水星表面的不同位置，随着成分的不同，地貌细节也不同。水星表面的一些线型悬崖状特征像苹果风干后的表面皱褶。有些科学家推测，这种水星地貌的形成也跟苹果的风干过程相似：随着水星冷却，水星收缩了1千米，因而出现了皱褶。

水星引力可能会让你惊讶。尽管水星只比月球大一点点，水星引力却是月球引力的两倍。像地球一样，水星曾经也是一个有铁核和岩石地幔的大质量世界。与另一颗年轻天体之间的猛烈碰撞，可能曾经剥离了大部分水星地幔，剩下的水星有一个超大铁核，行星密度也更高。

如果你真能站在水星上，看到的太阳将会是从地球上看去的太阳的两倍大。水星上没有大气层来护佑你，或者在夜间为你保存热量。正午时分，水星表面炽热到足以熔化铅的程度。午夜时分，水星表面温度猛降到近-173℃。毫不奇怪，“信使号”的设计当初考虑到了这些挑战。“信使号”被阳光照亮的正面温度可达300℃，而没有被阳光照到的一侧的绝大多数元器件温度接近室温。

你或许会因此以为，人类绝无可能在水星上居住。但事实可能并非如此。水星自转轴几乎没有倾角，所以水星上没有季节之分。这就意味着，在水星两极，可能有阳光永远照射不到的陨击坑。“信使号”发现了水星上的一个奇迹——水冰，它们是由撞击水星的彗星带给水星的，并且冻结在了陨击坑的永久阴影中。这些水冰可能会为未来的水星定居者提供生命支持。但除了科学探索和某种极端的旅游目的之外，我们还有没有别的理由去水星呢？

阶段 2 建设太空港

也许看似奇怪，但水星有可能是一个采矿好去处。如果我们要离开地球去生活，一个规模越来越大的行星际文明无疑需要资源（原材料和能源）。水星有充足的能源——高强度的阳光。在水星上1平方米面积的太阳能电池所捕捉的能量，在地球上需要6平方米的太阳能电池才能捕获。有一颗矮行星——谷神星经常被宣扬为采集资源的一个好候选地，但在谷神星上，太阳能电池要达到60平方米才能等效。

资源丰富

说到资源，我们对在地球上采矿的影响有一大担忧——环境代价。此外，要想把采集自地球的资源发射到太空的话，成本很高昂。因此，在太空就地取材更好。这一愿景可能离我们越来越近了。由美国国家太空学会发起的“太空开发联盟”已经成立，它们正在向美国和国际组织申请立法及确立开发目标，以获准开发太空资源。

但是，去哪里采矿呢？一眼看上去最明显的选择是月球。虽然月球缺乏像水这样的挥发性材料，但是月球表面充满有用的东西，例如氧、钙、镁、钾，甚至还有像钛和铝这样的金属。水星地幔的组成与此很相似。因此，在月球上研发的采矿技术很容易搬到水星。除此之外，水星接收到的大量太阳能可被用来推动采矿工程，以及推动质量加速器，发射资源包到太阳系各处。质量加速器是一种电磁弹弓，它最早是由美国著名科幻作家亚瑟·克拉克提出的。用它开发遥远的水星，比用它在地球表面刻下伤痕容易被人们接受得多。水星的巨大内核大部分是铁，但也富含其他金属。在水星上的一些地方，地面下600千米就是核。而月球核较小，可能位于月面下1400千米。

当然还有更具想象力的设想。水星上的阳光可被用作一种免费的推进机制。想象一只结实而又轻薄的太阳帆，它或许可由开采于水星的铝制作。当阳光击中太阳帆的反射性表面，它会施加一种光压——光子从太阳帆表面反弹，推动太阳帆前进。这种效果很小，却很有用，持续且免费。在像地球这样远离太阳的地方，直径800米的太阳帆接收的光压大约为5牛顿，这相当于用在美国宇航局“黎明号”飞船上的低驱离子引擎的推力。离太阳越近，这种推力越大。在水星附近，获得如此推力所需的太阳帆直径不到400米。如果你想驾驶太阳帆去最遥远的太阳系行星——海王星，最好先造访水星，获得更大的加速，接着再向外飞。

有朝一日，水星可能会变成太阳系最大的船坞和重要太空港。让我们把目光投向更远的未来，我们的梦想自然会更大胆。

阶段 3 把水星改造成地球

我们能否把水星变成第二个地球？把不可居住的世界转化成像地球那样的可居住世界，这叫做地球化改造。通常，地球化改造的对象被考虑是火星。但水星也的确有一些天然优势，甚至优于火星。

大胆设想

在其1984年的科幻小说《蜻蜓飞翔》中，美国物理学家兼科幻小说家罗伯特·佛华德提出了在水星上建造和发射太阳帆飞船的设想：“一部非常巨大的机器，依赖一根非常巨大的光束，把机组甩向太阳系以外。”在佛华德设想的推进系统核心，是1000个激光站，每个直径30千米，分布于环绕水星的轨道中。它们一起捕捉太阳能，转化为激光束，其合并能量相当于地球接收的太阳光总能量的1%，推动直径1000千米的太阳帆飞速前进。

然而，水星未来还可能有更大的奇迹。我们能否把水星变成第二个地球？把不可居住的世界转化成像地球那样的可居住世界，这叫做地球化改造。通常，地球化改造的对象被考虑是火星。火星轨道与地球轨道有可比性，一个火星日的长度与一个地球日相似，火星还拥有生命所需的一些必备条件，例如水和碳。但水星也的确有一些天然优势，甚至优于火星。水星相对强的引力，将能固定至少一部分被引入的大气层。水星还有相对强的磁场。它不如地球磁场强，但强于火星或金星磁场。水星磁场可能是它的巨大铁核的产物。正如地球上的情况，如此一个磁场可能有助于让有害的太阳辐射偏离水星表面。

但另一方面，要想把水星的液态铅和真正真空的表面转为成地球环境，的确是极大的挑战。为了模拟阳光明媚的地球表面，水星入射阳光必须减少大约84%。也许，通过一面巨大的偏光镜可以实现这一点，但镜面直径需要与水星直径一样宽。水星缺乏水和其他挥发物。就算水星极地存在水冰储藏，但数量也微不足道。让一颗直径300千米的土卫（土星卫星）解体，可能会满足上述需求。但就算这样，引到水星的地球生命也会因水星极其漫长的昼夜周期而深受其害。不过，采用在轨道中环绕水星的太空盾或太空镜，上述难题或许也能解决。

一种更永久但也更复杂的解决办法，就是让水星的自转加快。以同样的大胆思路，光照太强的问题可通过把水星拖曳到离太阳更远的地方来解决。这些理念在科幻小说中都得到了探讨。例如，发射大质量天体（如月球的碎片）经过行星，利用天体引力场旋转或拖曳行星。比我们现在先进得多的未来文化，可能会想出更好的主意。

距离太阳更近、外形像月球的水星作为地球化改造的对象，看似令人失望。但水星潜在的矿物质和能源如此丰富，水星有朝一日在行星际开发甚至行星际文明建立当中的作用如此之大，以至于如此令人难以想象的浩大工程，将会被比我们现在富裕许多许多、也强大许多许多的未来文明考量并实施，那该多么美好。