本文發表於《大眾科學》之前的部落格網路，反映了作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點
人類在太空的未來會怎樣？去年，首次登月50週年紀念日出現了一系列旨在將宇航員送往遠超1972年以來限制人類太空探索的近地軌道的私人和政府專案。中國在2019年將第一個航天器降落在月球背面，計劃將宇航員送往月球。印度在2019年將一個著陸器撞毀在月球上，也夢想著這樣做。俄羅斯似乎沒有太多正在進行的宇航員計劃，但仍然提供火箭和發射設施，使宇航員可以進入國際空間站。特朗普政府提議建立一個月球基地，作為將宇航員送往火星的關鍵一步。埃隆·馬斯克和傑夫·貝佐斯在未來的載人太空任務上花費了大量資金。事實上，馬斯克已經建立了一個蓬勃發展的火箭業務，美國宇航局用它來為地球表面以上250英里的空間站進行補給。
將人類送入更遠的太空的這些努力會帶來什麼好處？作為20世紀50年代的孩子，我們對1957年開始繞地球執行的衛星、20世紀60年代沿著類似路線前進的第一批宇航員以及1965年進行的首次太空行走感到興奮和鼓舞，而這最終成為載人航天的高潮：美國宇航局從1969年到1972年對月球表面進行了六次宇航員探索。除了任何科學回報之外，這些努力提升了人類的精神，在1969年7月20日達到頂峰，當時尼爾·阿姆斯特朗在月球上留下了人類的第一個腳印。在20世紀60年代，我們成為天文學家，對探索宇宙充滿熱情。
但是，過去的五十年教會我們一個關於如何最好地探索宇宙的明確教訓。進入太空的人類是脆弱的：他們需要持續供應氧氣、水、食物和住所。他們必須忍受長時間的失重狀態。他們的身體能力在幾代人之間保持不變。而且，當他們發生損失時，會給我們原本的探索喜悅蒙上一層陰影。相比之下，自動化航天器只需要一個電源。它們的成本遠低於人類，而且我們知道如何每年改進它們。如果它們失敗了，我們只會損失金錢和科學成果。
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自從首次登月以來，我們已經向整個太陽系傳送了數百個探測器，從最內部的水星到遙遠的柯伊伯帶天體（之前暱稱為“終極圖勒”）。航天器已經在水星、金星和火星上著陸，在木星和土星周圍軌道上執行多年，並勘測了天王星和海王星。日本的隼鳥2號航天器將很快飛過地球，釋放一個裝有來自小行星龍宮（太陽系中最古老的成員之一）的物質的艙體。多項月球任務繪製了月球背面的地圖，檢測到使“月亮上的人”始終面向地球的引力異常，並在月球兩極的土壤中發現了大量凍結的水。
宇航員被限制在近地軌道上，基本上對在太空棲息地中生活的危害和要求進行了廣泛的實驗。到目前為止，人類在太空最偉大的成就，是五次維修任務，使宇航員能夠修復哈勃太空望遠鏡上的儀器，該望遠鏡在地球軌道上執行，其最大高度是現在已停用的太空梭可以將其送達的高度。天文學家比任何人都更歡迎這些努力，他們仍然深深地意識到一個具有諷刺意味的事實：哈勃望遠鏡因靠近我們的星球而受到影響，我們星球反射和發射的輻射極大地阻礙瞭望遠鏡清晰而深入地觀察太空的能力。計劃明年取代現已搖搖欲墜的哈勃望遠鏡的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡，將被指向在天文上更有利的“L2點”（第二個拉格朗日點），距離地球一百萬英里。在L2點的航天器可以輕鬆地保持穩定的軌道，避免太陽和月球的引力拖曳在其他地方產生的緩慢漂移。天文學家已經在L2點維護了航天器，以觀察紅外線、紫外線和X射線中的宇宙，不受我們自己星球的干擾。
那麼，為什麼我們不應該期望未來的宇航員，如果被要求，去修復將要傳送到L2點的眾多太空儀器中的一個呢？宇航員前往L2點修復其中一個偉大的天文臺的探險活動，其複雜性至少與登月一樣——而且可能比建立和發射一個新的、改進的觀測平臺花費更多。事實上，修復哈勃望遠鏡的任務花費遠遠高於用更新更好的版本替換它。但是這些任務提升了我們的精神，而放棄望遠鏡將會是一個深刻的挫敗——提醒我們公眾輿論在決定我們的政府選擇做什麼方面發揮著至關重要的作用，公眾輿論會鄙視後者的行動，同時慶祝前者，這是可以理解的。
隨著我們改進小型化、虛擬現實和人工智慧能力，宇航員和自動化太空任務之間的對比將變得更加強烈。今天，在月球上受過訓練的地質學家可以像機器人探測器一樣出色地工作，但是對其他世界進行地質調查的未來在於我們火星探測器的改進版本。這些探測器將部署多種工具來探測岩石和礦物，其記憶能力等於——並且很快將優於——任何人類。它們將在月球或火星表面穿越數十年，不斷學習地形、地震活動以及地質地層的整體和詳細分佈。概念上類似的機器人最終將能夠在L2點修復航天器，而其他機器人則可以在太空中建造複雜的結構，包括在無線電安靜的月球背面的一系列射電望遠鏡。
將人類送入宇宙的根本問題不是詢問宇航員在深空中修復儀器的難易程度，他們在月球上著陸並建立基地的速度有多快，或者他們為什麼要前往火星並嘗試在那裡建立棲息地。相反，它詢問，我們為什麼要進行所有這些？作為對這個問題答案的四種主要動機值得特別關注。
提升人類精神。將人類送入太空為我們的生活增添了榮耀。克服長期太空飛行中的重重挑戰會激勵和愉悅我們。幾乎每個人都會自然地對英雄般的成就做出反應，我們中的許多人會將人類登陸火星視為我們物種的最高成就。但是，對於許多科學家以及一些公眾而言，這種強烈反應無法證明這些任務的成本和危險是合理的。
我們應該注意到，在推動宇航員前往我們天體鄰居的探險活動背後，還有其他幾種動機。其中包括超越競爭對手的願望、認為太空最終可以成為免受衰弱地球影響的避難所的信念以及渴望利用附近太陽系中的原材料。我們認為，這些論點中的每一個都支援不與人類一起進行探險，而是與我們不斷改進的航天器和機器人探測器一起進行——至少在為選定人口避難的棲息地準備好之前是這樣。
民族自豪感。冷戰時期，俄羅斯人可以透過建立月球基地來“搶佔制高點”的說法從未有道理，因為任何試圖利用太空發射武器的國家都會嘗試在靠近地球的地方這樣做，而不是在25萬英里以外的地方。一個國家可能會因為將第一批人類送往其他世界而感到自豪，就像唐納德·特朗普總統讚美未來“當美國宇航員將在火星表面插上我們美麗的星條旗”時一樣，將擁有權自豪感新增到人類成就的激動之中。
人類生存。在史蒂芬·霍金於2018年去世前不久，他表示“分散開來可能是唯一能將我們從自身拯救出來的事情。我深信人類需要離開地球。”最近，貝佐斯表示，人類需要太空旅行，因為“我們正在破壞這個星球”。除其他結果外，他還設想了巨大的太空殖民地，每個殖民地都將允許數百萬人生活在太空中。
對於他們的擁護者來說，巨大的太空殖民地和火星上的人類棲息地不僅提供了發展更好社會的地方，還提供了我們可以改變人類自身的地方，部分原因是為了適應火星上較低的重力，或者在許多情況下，適應在百萬人口“後人類環境”的巨大旋轉輪內產生的偽重力，在其中，基因工程可以嘗試減少疾病並延長人類壽命。
這些未來的計劃吸引了那些認為地球未來充滿不確定性甚至絕望的人。然而，稍加思考就會發現（a）我們能夠從地球上的錯誤中吸取教訓以便在太空中生存的想法是天方夜譚的樂觀主義，以及（b）留下的數十億人民應該得到更多的考慮。如果我們無法解決我們家園星球上人類的問題，那麼我們似乎極不可能透過在太空中建立自己來解決這個問題。
原材料。雖然在更廣闊的世界中較少被提及，但推動我們探索近地太陽系天體的一個重要動力源於一個古老的、堅定的願望：為了利潤而尋求原材料。將人類送回月球的一個理由集中在他們開採氦-3（一種稀有的氦同位素）的潛力上。與更常見的穩定同位素氦-4不同，氦-3核一旦達到足夠高的溫度，就會很容易地發生聚變。由於這種聚變會釋放大量能量，而且沒有放射性副產品，氦-3核可以提供幾乎理想的核燃料。在地球上，氦-3核僅佔稀缺氦核的百萬分之一，但在月球土壤中的相對丰度卻高出100倍。有遠見的人們設想未來社會將依靠來自月球的氦-3核執行，這些核的數量足夠提供世界當前幾個世紀的電力消耗。
小行星同樣提供了通往財富的道路。雖然大多數小行星的成分與地球相似，但其中一些主要由鐵、鎳和鈷等金屬組成，以及少量銀、金和鉑。一顆僅有房屋大小的富含金屬的小行星將包含一百萬磅的金屬，其中包括100磅的鉑、金和其他稀有金屬。我們可以想象未來的太空任務將利用更豐富的礦物來建造採礦殖民地，但其大部分利潤來自於將最珍貴的金屬運回地球。
現有的國際協議是否處理了這些問題？1967年，一些國家批准了聯合國《外層空間條約》，其正式全稱包括“月球和其他天體”。批准該條約的100多個國家包括未來幾十年內可能進行太空探索的所有國家（可能伊朗除外，伊朗簽署了該條約但未批准）。
該條約的關鍵條款禁止在月球、軌道或其他外層空間放置大規模殺傷性武器。他們還規定，天體應僅用於和平目的，並且“不受任何手段的國家專屬佔有”，並且所有締約方在與外層空間的探索和利用有關的活動中將遵守國際法。人們很容易看出，太空律師（他們未來的發展前景越來越廣闊）可以對“國家專屬佔有”一詞提出異議，因為這個詞似乎並沒有排除不直接增加國家財富的私人團體的運營。此外，當前的地緣政治環境表明，該條約的條款可能無法完全約束任何國家或私人團體的行為。
讓我們按照與我們提出這些論點的相反順序來檢查支援將人類送入太空的論點。
原材料和行星表面的改造。2015年，美國國會通過了一項立法，非正式地稱為《太空法案》（SPACE Act），該法案否認任何對宇宙物體的管轄權主張，但促進美國公民（自然包括公司）的權利，使其“不受有害干擾地進行太空資源的商業回收……但須經聯邦政府的授權和持續監督”。“回收”這個詞在礦產開採領域很常見，它往往掩蓋了此類活動所產生的明顯影響。從道德基礎上講，我們作為人類、美國公民或私人個人或公司，是否擁有改變甚至破壞其他天體景觀的權利？對於某些人來說，答案是顯而易見的：當然可以。這些世界的資源屬於那些首先能夠利用它們的人。
反對的道德論點始於這樣的想法，即人類不應輕率地開展這些活動，因為無論我們做什麼都可能無法修復。對於科學家來說，從“回收”其他世界的資源所帶來的最大威脅在於，人類的活動可能會永遠矇蔽我們對太陽系生命起源和分佈的瞭解。無論我們在哪裡著陸，都不可避免地會留下我們自身生命形式的痕跡。自從第一次月球探測器以來，美國宇航局就一直擔心這個問題，並已盡力避免其他世界的生物汙染，但該機構知道永遠不可能完全成功。然而，大規模的開採活動如果沒有這種汙染，就永遠無法進行。即使是現在對生命不友好的月球或小行星，也可能包含過去生物活動的痕跡。
對於火星上的殖民地——即使是目的純粹為探索的“無害”殖民地——問題也會急劇增加：大多數專家都同意，當水在其表面自由流動時，火星上可能存在生命，並且它可能仍然存在於地下水池中。在附近的星球上發現生命應該透過比較其 DNA 或等效物質來揭示太陽系中的生命是單獨起源還是透過隕石或小行星從一個星球轉移到另一個星球。如果我們在火星上發現類似地球的生物，如果我們無法分辨這種轉移是發生在最近幾年還是很久以前，我們將失去辨別能力。
主張開發其他世界的人經常指出，在工程師對行星進行“地球化改造”以產生更像地球的條件之後，火星上將有一個光明的未來。透過釋放足夠大量的目前存在於岩石和火星適度的極地冰蓋中的二氧化碳，以及其他更擅長捕獲熱量的氣體，我們可以產生“溫室效應”，這將提高行星表面溫度並增加其大氣壓力，從而使液態水能夠再次在火星表面流動。那些反對改造整個行星的人首先會認真審視人類對地球進行的“地球化改造”所做的事情。
人類生存。除了建立可持續的、擁有百萬人口的殖民地（需要足夠的長期遺傳變異）所面臨的巨大困難之外，任何月球或行星殖民者都將帶來與地球上造成問題的相同的人類特性。此外，將 80 億同胞留在垂死星球上的計劃可能會引發足以破壞該專案的動亂。
民族自豪感。一個人無需成為世界主義者就能認識到，探索附近天體（尤其是開發太空資源）的民族競爭未能為理性探索提供可持續的基礎。透過將我們地球上的競爭輸出到太空，我們增加了兩個領域發生衝突的可能性。
提升人類精神。關於將人類送入太空的明智之舉的辯論不可避免地會回到人類從跟蹤宇航員探索其他世界中獲得的巨大推動力。儘管這些情緒是不可否認的，但它們幾乎沒有解決問題。剩下的關鍵問題是，這種精神上的提升是否遠遠超過了航天器可以傳送的任何訊息，從而使得在太空中的人類值得付出代價，以及汙染其他世界的危險，以及鼓勵為了經濟利益而開發這些世界。
大約 3% 的開始太空之旅的宇航員沒有幸存下來。” 雖然我們對如何安全發射和返回航天器的理解加深可能會降低這個百分比，但“太空旅遊”——這個詞表明普通人可以享受在地球周圍甚至更遠的地方旅行的刺激——掩蓋了實際的風險。太空旅行者將長期更像特技摩托車手伊夫·克尼維爾，而不是儒勒·凡爾納的虛構冒險家菲利亞斯·福格。
那些認為我們的自動化行星探測器永遠無法接近人類在提升我們精神方面的體驗的人可能會在我們的火星機器人探測器中找到一些適度的反駁，這些探測器在紅色星球上度過的歲月裡引起了廣泛的關注，甚至一些人類的認同感。例如，美國宇航局的機遇號探測器在火星上度過了 15 年多的時間，並以幾乎肯定低於人類同等探險隊今天花費的 1% 的價格，穿越了複雜的地形 20 多英里。此外，我們可以合理地期望大眾文化將擴大我們對我們奇妙的航天器的認同感。
私人探險。此討論假設存在一個論壇來辯論人類在太空中的利弊並得出（或多或少）合乎邏輯的結論。那麼那些不受此類約束的超級富豪呢？太空原材料的開發為私人團體和公司之間的建設、破壞和對抗提供了廣泛的空間。如果這些團體選擇採取行動，誰能阻止他們？我們應該嘗試嗎？人類歷史表明，不乏志願者到來，包括那些很樂意因成為第一個登陸火星（例如）的人而獲得名氣的人，而沒有任何返回的希望。
那麼，應該做什麼呢？公眾是否應該面對這些論點並試圖影響政府的決策？我們是否要監管太空探險——如果是，應該如何監管？還是我們更願意讓“太空前沿”自行發展？私人個人雖然意識到了我們提出的考慮事項，但在他們的太空探險中無需對任何人負責，只需對自己負責。馬斯克和貝佐斯的宣告證明了他們對人類在太空中的活動的堅定信念，他們顯然認為這甚至不需要理由。馬斯克已經深深地接受了只有太空中的人類才能滿足人類探索其他世界的願望的信念，以至於他發推文“核爆火星！”來表達他計劃使用核武器來釋放儲存在火星土壤和極地冰蓋中的二氧化碳，從而創造溫室效應來溫暖行星。
馬斯克和貝佐斯提出的壯舉是否會激勵我們在地球上做出更大的努力——或者使我們認為我們可以忘記地球上的問題——仍然是一個懸而未決的問題。由於幾乎沒有希望阻止這些努力，我們不妨讓它們像太空的主人所希望的那樣前進，我們必須始終相信，人類很快就會看到最明智的前進方式。
我們的討論和建議都沒有超出未來幾十年，這是一個足夠長的時間跨度，足以讓我們警惕預測的準確性。如果人類文明成功克服當前的問題並實現長期穩定，我們肯定會將人類送往太陽系中的其他世界。如果我們發現更快的推進方式，或找到延長人類壽命的方法，或者發明出一種在跨越多個世紀的旅程中誘導無限期生命暫停的方法，我們就可以將人類送往最近的恆星及其行星系統。如果我們在太空中建立人類殖民地，那裡的居民可能會發生進化上的改變，使他們更適應太空旅行。如果像很可能很快發生的那樣，我們可以隨意操縱人類基因組，我們可以製造出一系列為太空旅行而設計的新型生物。
這些“如果”都不能告訴我們在未來幾年內我們應該做什麼。它們也沒有排除機器比我們可能發明的任何人類都更優越的可能性。現在已經存在一些航天器的設計，包括攝影和無線電通訊裝置，但重量只有三十分之一盎司。這些航天器可以被雷射加速到光速的 20%，並在幾十年內到達最近的恆星。這個概念引出了一個令人難以置信，但並非不可能的想法，即最終我們可以將人類意識（從個體下載或由人工智慧創造）傳送到奈米探測器上，這些探測器將以人類的名義在浩瀚的太空中漫遊。可能，它們會遇到並與其他文明的類似探測器互動。
與此同時，我們最好仔細思考一下，我們目前對近地領域的自動化探測器相對於其人類同行的優勢。