地球並非永遠適宜居住。我們知道，大約20億年後，膨脹的太陽會蒸發我們的海洋，使我們在宇宙中的家園變得不再適宜居住——除非我們還沒有被仙女座星系毀滅。仙女座星係正朝著與銀河系相撞的方向運行，預計碰撞週期將長達數十億年。此外，至少有三分之一的直徑達數千英里的小行星會以大約每30萬年一次的頻率撞擊地球，最終會與地球相撞。
為什麼？
事實上，1989年，一顆體積小得多的小行星——其撞擊威力仍相當於1000顆核彈——在地球掠過地球軌道僅六小時後也穿過了我們的軌道。生命之舟基金會（Lifeboat Foundation）最近的一份報告將這種三十萬分之一的災難性撞擊比作玩俄羅斯輪盤賭：「如果我們一直扣動扳機，最終會自取滅亡，而且無法保證下一次扣動扳機就不會是爆炸。」該基金會的數百名研究人員追踪著十幾種不同的人類生存風險。
鑑於人類對地球構成的風險，我們或許有一天會離開地球，只是為了保護它。許多可能促使我們考慮地球以外居住方式的威脅實際上都是人為造成的，而且未必會在遙遠的未來發生。我們每年消耗的資源量已經遠遠超過地球的承載能力，世界自然基金會估計，到2030年，我們每年消耗的自然資源將相當於兩個地球的總量。國際人道組織「災害流行病學研究中心」報告稱，過去十年中，乾旱、地震、大暴雨和洪水的發生次數是20世紀80年代的三倍，幾乎是1901年（首次收集此類數據）的54倍。一些預測顯示，氣候變遷將導致嚴重的水資源短缺、沿海地區被淹沒以及大規模飢荒。此外，世界也可能因致命病原體、核戰或如「生命之舟基金會」所警告的那樣，「濫用日益強大的技術」而終結。鑑於人類對地球構成的風險，我們或許有一天會離開地球，只是為了保護它，讓地球成為一種自然保護區，我們偶爾會去那裡參觀，就像去優勝美地國家公園一樣。
我們面臨的威脅並非遙不可及。例如，氣候變遷已成為人類事務中的重要因素，而我們的星球先前至少經歷過一次因小行星撞擊造成的物種大滅絕。 「恐龍滅絕是因為它們太愚蠢，無法建立起足以進行太空旅行的文明，」國防承包商通用動力公司高級資訊系統部門的研究工程師、生命之舟基金會太空定居委員會85名成員之一的蒂哈默·托特-費耶爾說道，「到目前為止，我們與它們之間的差距幾乎可以忽略不計。 2005年，時任美國國家航空暨太空總署署長麥可·格里芬也曾以類似的措辭描述了國家太空計畫的目標。 「如果我們人類想要生存數十萬年甚至數百萬年，最終就必須在其他星球上繁衍生息，」他說。 “總有一天，我不知道那一天是什麼時候，但生活在地球之外的人類數量將會超過生活在地球上的人類數量。”
在哪裡？
我們有很多選擇。擁有超過12,000名成員、致力於在太空建立定居點的美國國家航天協會認為，我們很可能會先前往一個擁有維持生命資源的星球。美國國家航空暨太空總署（NASA）在2000年完成了一項耗資2億美元的研究後報告稱，可以在月球表面以下數英尺處挖掘一個殖民地，或者將其覆蓋在現有的隕石坑內，以保護居民免受高能量宇宙輻射的持續轟擊。宇宙輻射會損害我們的DNA並導致癌症。 NASA的研究設想在月球上建造核電廠、太陽能板陣列，以及各種從月球表面提取碳、矽、鋁和其他有用材料的方法。美國國家航太協會在其2008年發布的報告《太空定居路線圖》中也指出，月球是合乎邏輯的初始目的地，並指出月球上存在維持生命的冰，這為建立永久性月球基地、酒店甚至賭場奠定了基礎。
其他太空定居倡議者建議完全放棄月球。雖然月球距離我們更近，我們已經成功登陸月球，但木星、土星、天王星和海王星的衛星被認為含有不同程度的水、碳或氮。然而，太陽系中最像地球的目的地是火星。 「火星之於月球，就像上一個航海探險時代北美洲之於格陵蘭島一樣，」火星協會主席羅伯特·祖布林說道。該協會致力於推動前往火星的探險和定居活動。與月球不同，火星擁有少量大氣層，可以抵禦宇宙射線，重力約為地球的40%。
2002年，NASA的火星奧德賽號探測器在火星地表探測到大陸大小的水冰區域；2008年，鳳凰號火星著陸器拍攝的照片證實了冰的存在。火星土壤中還含有足夠的碳，足以種植植物，白天的溫度偶爾會達到宜人的華氏70度（約攝氏21度）。隨著時間的推移，火星或許可以被“改造”，利用地下冰層中的水（或從冰小行星上進口）形成一片稀薄的海洋，並在很久以後，創造出能夠提供可呼吸空氣並更好地抵禦宇宙輻射的大氣層。 「在一顆行星上定居遠比建造一顆行星容易得多，」祖布林說。 “克里斯托弗·哥倫布乘船橫渡大洋。想像一下，如果他到達美洲大陸後還要建造它，那該有多難。”
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然而，所有這些建議的方案都可能屬於艾薩克·阿西莫夫所說的「行星沙文主義」範疇。我們完全可以建造一個軌道棲息地，在太空中建造我們未來的家園，並根據我們自身的嚴格要求設計其每一個細節。即便在技術上並非不可能，但從地球發射建造大型軌道結構所需的材料數量，在經濟上也是不可能的。然而，這樣的棲息地可以主要利用從近地小行星上開採的資源來建造，而這些小行星本身提供的類地物質種類和潛在表面積，比我們太陽系所有行星加起來還要豐富。 1974年，普林斯頓大學物理學家傑拉德·奧尼爾提出了一種大型獨立式軌道棲息地的設計方案，該方案由繞軸旋轉的大型圓柱體組成，旋轉速度約為每分鐘一圈——剛好足以模擬其內表面的重力——並通過與另一個反向旋轉的圓柱體連接來消除扭矩。在無重力的外太空，即使規模大到足以容納成千上萬的居民，這些棲息地也能保持結構完好。歐尼爾設想建造兩個圓柱體，長度為 20 英里，內部表面積為 500 平方英里。
美國太空總署艾姆斯研究中心的承包商阿爾‧格洛布斯維護著一個頗具聲望的太空定居網站。他將奧尼爾圓柱體比喻為一個高檔封閉式社區：陽光充足，視野開闊，居住空間寬敞，圓柱體軸線附近還設有專門的零重力娛樂區。為了避免近親繁殖，這些太空船上的人口數量將保持在150人以上，理想情況下，這些旋轉居住艙將以社交互動集群的形式存在。此外，當基因庫需要增加多樣性時，居民也可以使用儲存的DNA。
軌道棲息地的一大優點在於它不一定需要一直停留在軌道上。如果太空船耗盡了附近小行星的資源，或者需要逃離一顆垂死的恆星，它可以加裝核反應爐或太陽帆，然後飛往任何遙遠的目的地。目前已知的500顆圍繞太陽系外恆星運行的行星中，沒有一顆被認為擁有能夠維持人類生存的大氣層，但幾乎所有這些行星都是在過去十年中發現的。這使得兩位天文學家在最近的一篇論文中得出結論：到2264年，找到一顆擁有與地球幾乎相同宜居環境的系外行星的機率高達95%。今年9月，由美國太空總署和國家科學基金會資助的利克-卡內基系外行星巡天計畫的天文學家團隊宣布，他們在天秤座發現了一顆距離地球約20光年的行星，這顆行星圍繞其恆星運行，其軌道位於我們地球軌道的「宜居帶」內。
對於生活在封閉船上的世代居民來說，他們留在地球軌道上還是花費數百年時間前往系外行星之一，或許都無關緊要。他們可能只是乘坐「世代太空船」在太空中漂浮，沿途從小行星和彗星上採集物質。
如何？
首要挑戰在於擺脫地球引力的束縛。 「如果你的飛船能進入軌道，你就已經成功了一半，」作家羅伯特·海因萊因曾說過。太空梭每次飛行成本約為4.5億美元，而如今將無人有效載荷送入軌道仍然需要花費約每磅1.2萬美元，其中大部分成本都來自於最初一百英里飛行過程中消耗的燃料。
為了克服這道巨大的初始障礙，工程師們構思了許多無火箭發射系統。冷戰高峰時期，美國海軍在其高空研究計畫中，曾研究使用巨型大砲將酬載送入軌道的可行性。同時，物理學家德里克·蒂德曼設想使用一種他稱為「彈射器」的巨型離心機，使物體旋轉直至達到足以將其拋出地球引力井的速度。許多工程師還設想建造一座“太空電梯”，它沿著一條長達62000英里的纜繩向上運行，纜繩像旋轉的套索一樣，由向心力懸空。 2000 年，美國太空總署先進概念研究所向 Carbon Designs 公司的創始人布拉德愛德華茲提供了 57 萬美元，用於研究如何建造這種裝置。他估計，一旦有人開發出製造構成該線路的極細、極堅固的管子所需的奈米技術，他就可以建造一個這樣的裝置，成本不會超過 140 億美元。
其他創新或許能大幅減輕酬載重量，讓太空飛行更具可行性。一家名為「太空製造」（Made in Space）的公司表示，其提出的巨型3D列印機可以將從地球運送或從太空垃圾中回收的原料轉化為衛星或飛船，但這些印表機在零重力環境下的表現仍有待觀察。奈米技術的進一步突破也可能有所助益。分子奈米技術專家、獨立科學家兼作家J·斯托爾斯·霍爾（J. Storrs Hall）以我們用於導電和電線的大量銅為例。透過在分子尺度上控制物質，可以利用純碳製造石墨烯導體，晶體管甚至電腦也是如此。
殖民太空「不僅僅關乎生存，更關乎繁榮發展」。一旦我們飛出近地軌道，或許就能找到化學火箭以外的方式，進行遠距離旅行。去年11月，《大眾科學》雜誌報導了前NASA太空人富蘭克林·張·迪亞茲（Franklin Chang Díaz）的專題報導。他正在研發一種由機載離子引擎驅動的火箭，據他估計，這種火箭可以將火星之旅的時間從六個月縮短到一個多月。去年12月，一艘由46英尺寬的太陽帆推進的日本探測器飛掠金星。這面太陽帆由厚度僅0.0075毫米的鍍鋁塑膠製成，利用太陽光子的壓力推動。日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）表示，該探測器目前正在繞太陽運行，並將於五年後返回金星軌道。如果我們能夠發展出某種形式的聚變推進器，許多人認為我們或許可以利用從月球或其他天體開採的氦-3來為其提供燃料。美國太空總署先進概念研究所正在資助一項研究，以了解太空船是否可以搭乘 40 顆週期性經過地球和火星的小行星中的一顆，在 6 到 10 個月內無需能源即可到達目的地。
美國太空總署推進物理學家馬克·米利斯（Marc Millis）同時也是「零度陶基金會」（Tau Zero Foundation）的負責人，該基金會是一個由科學家、工程師和記者組成的志工團體，致力於實現星際飛行。他建議我們對更先進的方法保持開放的態度，例如蟲洞傳送和超光速曲速引擎。他指出，雷射技術的進步使我們能夠（至少在短時間內）創造出可能產生可觀測的空間扭曲效應的能量水平，並檢驗這一概念的理論基礎是否正確。
美國國家太空協會的馬克霍普金斯提出，未來或許可以將能夠自我複製的奈米機器人送往小行星，它們會鑽穿表面並開始採礦；或者將它們送往月球或遙遠的行星，在那裡繁殖擴散，最終建立一個完整的工業文明，迎接人類的到來。人類的DNA甚至可以與這些文明建造奈米機器人一同攜帶，在時機成熟時用來繁衍後代。他認為，沒有理由不把人類的生物進化看作一個過渡階段；未來某一天，我們或許都會被改造為有感知能力的機器，我們的身份資訊將被上傳並傳輸到深空，屆時，小型化的飛船將不再需要提供輻射防護、封閉式居住艙或寬敞的腿部空間。我告訴霍普金斯，他設想的最終邊疆——一個無性別、無形體的文明——似乎並不浪漫。 “嗯，也許吧，”他承認道，“但你又沒問我浪漫的事。”
當我與其他人探討太空定居問題時，他們都堅持認為，過度關注未來可能發生的事情會阻礙我們著眼於當下能夠實現的事情。華盛頓州立大學的天體生物學家德克·舒爾茨-馬庫赫（Dirk Schulze-Makuch）最近與人合著了一篇發表在《宇宙學雜誌》（Journal of Cosmology）上的文章，他在文中指出，如果我們放棄返回的想法，載人火星任務在經濟和技術上已經實現。他表示，我們可以發射火箭，搭載少量永久定居者，這些先驅者將透過機器人任務獲得補給，並且每隔四到六年就會有新一批移民加入，壯大他們的隊伍。
20年後，人類本來可以在火星上建立永久基地。他承認，成本是一大障礙，美國NASA缺乏政治意願也是一大難題。但他強調，火星定居點將確保我們物種的延續，並激勵地球上無數的人們。文章發表後的幾週內，他和他的合著者收到了100多封電子郵件，寄件者年齡從16歲到65歲不等，每一封都表示隨時準備出發。
什麼時候？
目前，太空定居的大部分進展都由私營部門完成。去年12月，伊隆馬斯克的SpaceX公司成功完成了可重複使用載人太空船的試飛，該太空船最多可搭載7人。該公司還與NASA簽訂了合同，以遠低於當前價格的每磅成本向國際太空站運送貨物。維珍銀河、太空探險公司和其他一些公司已經開始提供近地軌道飛行和太空站短期停留服務，而畢格羅宇航公司計劃在2015年前推出一款充氣式「太空酒店」。
太空前沿基金會聯合創始人里克·圖姆林森認為，只有當太空探索具有強大的獲利潛力時，我們才能真正開拓新的疆域。該基金會由一群企業家組成，他們希望利用私人企業的力量，在他們認為規避風險、缺乏方向的美國太空總署（NASA）未能取得成功的領域取得成功。他列舉了太空旅遊、地外採礦以及將太陽能從太空傳送回地球等案例，認為這些都是離開地球的最佳經濟理由。 “只有當人們能夠從中獲利時，我們才能實現人類的永久定居，”他說道，“沒有錢，就沒有巴克·羅傑斯（美國科幻電影《巴克·羅傑斯》中的角色）。”
儘管預算更加緊張，但美國國家太空計畫仍在探索地球之外生命存在的可能性。去年春天，歐巴馬總統宣布了載人登陸近地小行星的計劃，目標是在2025年前實現，並在2030年代中期登陸火星。 10月，五角大廈的研發部門——高級研究計畫局（DARPA）發布新聞稿，宣布與艾姆斯研究中心合作，研究建造「百年星艦」的可能性，他們稱之為「太空探索新時代的第一步——星際之旅」。
當我問美國太空總署蘭利研究中心首席科學家丹尼斯布希內爾關於我們太空探索前景的問題時，他給了一個更冷靜的答案。他強調，我們對宇宙輻射和零重力對人體和精神的影響仍然知之甚少，甚至連能夠防護輻射的太空衣都沒有。 「便宜的不一定安全；安全的不一定便宜，」他一再強調，彷彿在念咒語。
當然，布希內爾的說法沒錯──至少目前是這樣。但探索的本質決定了它需要承擔風險。加州大學歐文分校物理學教授、美國太空總署長期顧問格雷戈里·本福德表示，對風險與回報之間平衡的擔憂不應阻止我們追求殖民宇宙這一非凡的夢想。他引用了比哥倫布早五個世紀首次踏上北美大陸的維京探險家萊夫·埃里克森的例子，強調邁出第一步是不夠的。 “我們美國人自認為基本上就是太空領域的哥倫布，不斷做出重大發現，”本福德說，“但我擔心我們可能會成為萊夫·埃里克森。我們出發，嘗試一些事情，然後這些嘗試大多就被遺忘了。”
那些幾乎可以肯定我們最終會移居太空的研究人員、工程師和天文學家，將此視為生存的必然要求和人類發展的自然進程，他們往往對時間持有一種彈性視角。我們曾以猿猴的身份爬上陸地，走出非洲大草原，揚帆遠航探索新世界——我們怎能不期待有朝一日生活在土衛六的殖民地或遨遊深空的星際飛船中呢？無論離開地球需要多久，無論由誰將我們送上太空，這項努力將為地球上的人們帶來無數立竿見影的好處。
設計閉環永續棲息地可以幫助我們解決貧困人口的溫飽問題；先進的推進技術或許能徹底改變地球上的交通運輸；太空太陽能可以大幅降低我們對化石燃料的依賴；而對小行星更深入的了解或許能為我們提供寶貴的資源，並有可能在未來改變一顆正朝我們飛來的行星的軌道。 Tau Zero公司的馬克·米利斯表示，殖民太空「不僅是為了生存，更是為了繁榮發展」。他還補充說，太空中仍然充滿冒險，人們可以為公共利益做出卓越的貢獻。對米利斯而言，關鍵問題很簡單：“我們能做些什麼，才能創造一個令人興奮的未來？一個讓你每天早上醒來都為自己活著、為自己身為人類而感到欣慰的未來？”
