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移民火星 — SpaceX公司的方法和理由

董老师 · 2016-03-25
这是有关埃隆·马斯克(Elon Musk)公司的四部分系列文章的第三部分。

这是有关埃隆·马斯克(Elon Musk)公司的四部分系列文章的第三部分。关于该系列文章产生的缘由以及马斯克如何参与文章的撰写过程,请参见第一部分

文前说明:十周前,我开始撰写这篇文章。起初,我未曾预料到会遇到如此严峻的考验。但就像那篇特斯拉的故事那样,当我意识到以下两点后,就下定了决心:这是个极为重要的主题,在未来必然会更加引人关注,同时,这也是绝大多数人不熟悉的领域。经过数周的研究以及与马斯克等人的探讨,对于所谓的"人类和太空的故事",我有了深入系统的了解,它再一次彻底重塑了我脑海中对未来的构想。在我构思这篇文章内容时,我要确保每位Wait But Why的读者在读完时都能获得相同的知识,并能以此为基础继续他们的探索。毕竟在面对即将到来的一切时,这些知识都是我们所需要的。因此,就像特斯拉的故事那样,这篇文章成为了一个完整的体系。就连最终促成本文发表的进度更新也成为了一个完整的体系。

文章概况:文章分为三部分。第一部分介绍了梗概和背景,第二部分探讨了移民火星的理由,而第三部分则深入探讨了移民火星的方法。

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目录

第一部分:人类和太空的故事

第二部分:马斯克的任务

第三部分:如何在火星上建立殖民地

  • 第1阶段:想办法将东西送入太空
  • 第2阶段:彻底改变太空旅行的成本
  • 第3阶段:移民火星

公元2365年,木卫三

出发的前一天。眼前的景象是如此不真实,她依然觉得难以置信。这里有她之前听说过的一切:包括百年前第一批登陆木卫三的人类所建造的建筑、房子般大小的动物、她所知的面积跟整个地球差不多的海洋、热带沙滩、蓝色的天空以及近到能够灼伤皮肤的巨大太阳,最诡异的是,居然没有木星在头顶上盘旋。由于在众多电影里看到过这些事物,所以,她觉得自己好像在参观一部传奇电影的布景地。对这一切,她的脑袋有些应接不暇。现在,她需要考虑自己是不是已经获得了自己需要的一切,并向其他人告别。毕竟下一次再来,可能要很久以后了。

第一部分:人类和太空的故事

约600万年前,一只重要的母类人猿诞下两只幼崽。其中一只将成为所有黑猩猩的共同祖先。而另一只,则将繁衍出一支物种,这支物种终将进化成全人类。尽管第一只幼崽的后代将保持正常猴子的样子,但随着时间的推移,另一只幼崽的后代会发生奇妙的变化。

我们并不清楚原因,但在接下来的600万年里,我们的祖先开始尝试地球上的生物之前从未尝试过的事情——它们觉醒了。

这一切发生的速度很缓慢,是通过几千代循序渐进的演化实现的,就好比一个人刚睡醒时,大脑需要有几秒钟的时间恢复清醒。伴随着意识逐渐明朗,我们的祖先开始环顾四周,第一次,他们开始思考。

从36亿年的梦境醒来后,地球上的生命第一次开始思考问题。

我们所在的这个巨大的空间是什么?谁把我们放在了这里?头顶这个明亮的黄色光圈是什么?这个光圈晚上去了哪里?大海的尽头在何处?如果到达那里,会发生什么?为什么所有死去的人都消失了?他们去了哪儿?

我们提出了人类最伟大而神秘的问题——我们在那儿?我们渴望找到解决这一问题的办法。

当人类的意识变得更加清晰,我们逐渐总结出看似合理的答案。也许我们正站在一块漂浮的圆盘上,而一只巨大的海龟正驮着它。或许,夜晚在我们头顶上闪耀的那些微弱光点是来自巨大空间之外的一束光束,而那也是我们死后将去的地方。如果我们能找到巨大空间的天花板与地板的交接处,我们就能伸出头看看外面的世界,发现这片天地之外的种种精彩与神奇。

Description: Flammarion

约1万年前,分散独立的人类部落开始走向融合,形成第一座人类城市。在更大的集体中,人们有机会与他人探讨这个奥秘,展开部落间、代际间的交流。随着学习方法的日益丰富和各种线索的不断累积,人们有了新的发现。

这个世界显然是一个球的形状,而不是个圆盘。也就是说,所谓的天花板,实际上是围绕在我们四周的更大的球面。我们身在一个球体之中,漂浮在这个球体外的其他物体不仅硕大无朋,与我们的距离也是完全超乎想象的。此外,还有一点事实令我们沮丧——

那就是,太阳并不是以我们为中心在旋转,是我们在绕着太阳旋转。

这是一个重大的发现,清晰明确,却令我们感到失望。我们为什么不是宇宙的中心?这说明什么?

我们在哪里?

我们所在的地球已经庞大到令人不安,如果它并不是宇宙的中心,那么我们生活的这个星球难道只是宇宙中一个毫无来由、偶尔存在的球体吗?这一切当真如此吗?

这令我们感到恐惧。

于是,情况变得更加复杂了。

如此一来,地球边缘那些光点就并非我们所想的那样,它们显然是其他星球,类似于我们的太阳。它们就像我们的太阳那样漂浮着。这同时也说明,我们并不是在地球的里面。不仅我们的星球不是宇宙的中心,就连我们的太阳都不过是宇宙中一个偶然存在的家伙而已,不是中心,而是被包围在虚无中。

Description: Tiny Sun

这令我们感到恐惧。

看起来,我们的太阳是一片更庞大的事物中的一小部分。这个更庞大的事物是一片由数十亿个太阳组成的巨大而美丽的星云。万物皆在其中。

Description: Milky Way

最终,我们得出了上图所示的结论。然而,后来我们又发现,真实的情况是下图这样:

Description: Milky Way small

一片黑暗。

随着工具和知识的进步,我们的视野更加开阔,更多的事物呈现在我们眼前。在敢冒风险解决"我们在哪里?"这个问题时,我们发现,我们居然是孤独的。我们身在孤岛中的孤岛,深埋在隔离层中,找不到其他可以交谈的生物。

这就是我们的宇宙。

人类产生至今只有200万年左右,与地球历史相比是十分短暂的,在最近2万年里,,我们成为了地球上第一个了解到宇宙的生物,而从那一刻起,集体的生存危机问题就一直萦绕在我们心中。

这并没有什么好责怪的。从对宇宙一无所知到发现宇宙的存在,要接受的信息量何其庞大。

我们中的大多数人都安于生活在错觉中,欺骗自己我们所在的地球会一直生机盎然和充满温暖。我们就像这个

Description: tumblr_inline_nbou58vCQg1sglrr4

新视野号名列首位,因为它刚刚大显身手。2006年,新视野号发射,开始了长达十年的冥王星之旅(2007年飞越木星时借助其引力得到了大幅加速),最终于2015年7月14日抵达冥王星。它并未登陆冥王星,但飞得离它很近,首次向我们清晰展示了冥王星的庐山真面目:

Description: Nh-pluto-in-true-color_2x_JPEG

接下来,新视野号将继续向柯伊伯带飞去,以发回彗星和矮行星的图片。你可以在此处追踪新视野号的位置。

尴尬的是,由于冥王星在新视野号发射时还属于行星,因此在冥王星降级之后的这些年里,大家都不敢与新视野号团队有眼神接触。虽然我很理解大家对于冥王星降级的伤感情绪,但事实上,冥王星可能应该庆幸自己竟然冒用了76年行星的名号,在此期间掩盖了大量柯伊伯带天体的身影,使得同级别的柯伊伯带矮行星阋神星一直寂寂无名,直到2005年才被发现。

2)好奇号(火星,NASA)

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好奇号现在是一台非常著名的探测器。好奇号是一台汽车大小、可爱的自动登陆设备,2012年降落在火星表面,目前正在一个大型陨坑中研究各种事情,而它的首要目标则是弄清楚火星上是否存在过生命。早前的两台火星探测器,机遇号和勇气号,带着为期90天的任务计划在2004年实现了登陆。这两台火星探测器都超期服役了很久,而且机遇号目前在运行。表现太优秀了。

另外还有许多环绕火星运行的探测器,但是好奇号才是重点。

在研究过程中,我看到了一段视频,它来自于一部叙述勇气号探测器从地球发射到火星表面全过程的影片,我认为这是有史以来最精彩的视频。但我后来又发现了这段讲述好奇号登陆火星的视频,竟然更精彩。

3)朱诺号(木星,NASA)

Description: Juno

2011年,朱诺号离开地球,绕了一大圈后,在2013年又回到地球以获得重力助推(过程中它拍摄了一段月球环绕地球的精彩视频),目前正在前往木星,并将于2016年7月抵达。

Description: Juno's_interplanetary_trajectory

一旦抵达之后,朱诺号将环绕木星运行,拍摄照片并利用传感器来探究所有氤氲云带下到底在发生着些什么。它将坠向木星自行销毁,而且有望在燃尽之前迅速拍下木星在大气层内的模样并将照片传回,以便人们能制作出虚拟现实视频,让你可以体验降落木星表面的过程。

4)卡西尼号(土星,NASA /欧洲航天局/意大利航天局合作项目)

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1997年,卡西尼号发射前往土星,土星是太阳系唯一有芭蕾舞短裙般光环的行星。2004年,卡西尼号抵达土星,成为有史以来首个环绕该行星运行的探测器,并发回了一些让人惊叹的照片,例如这张:

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还有这张:

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这张靠近光环的照片:

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这张太阳在土星背后的超精彩照片:

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2005年,卡西尼号投下的惠更斯号登陆器降落在土星最大的卫星土卫六上。以下为惠更斯号拍摄的一张土卫六表面的实景照片(能看到像土星卫星这样遥远神秘天体的真实表面,感觉非常奇妙):

Description: Huygens_surface_color_sr

5、6)旅行者1号、2号(木星、土星、天王星海王星,NASA)

Description: spacecraft_highres

这两颗旅行者号探测器发射于1977年,是首批采集太阳系四个巨大带外行星图像的探测器。旅行者2号目前仍是唯一探访过天王星和海王星的探测器,并分别拍下了以下这些神奇的照片:

Description: TheIceGiants

旅行者号有一点特别棒,就是即使最初的任务已经过去很久了,但它们现在仍在向外飞行。它们现在都已经离地球非常遥远了,并且速度非常快。旅行者1号在两者之中速度较快,其速度高达38000英里/小时(61000公里/小时),这意味着它五分钟即可飞越大西洋,而且它是离地球最远的人造物体,目前离地球131天文单位。它也是首个飞出太阳系的人造物体。按照这个速度,旅行者1号将在约73000年后抵达离太阳系最近的恒星比邻星(Proxima Centauri)。

旅行者号还有一点也特别棒,就是在发射前,卡尔•萨根(Carl Sagan)领导的一个NASA委员会在每个探测器上都搭载了一个时间胶囊,胶囊上面带有许多符号、声音、地球的图片(以及播放和观看的符号指南),因此这两个探测器哪天可以告诉外星生命我们在做什么。或许是浪费大家的时间,但谁知道呢。

7)罗塞塔号(彗星,欧洲航天局)

Description: rosetta-comet-spacecraft

罗塞塔号(Rosetta)于2004年发射,2014年8月抵达彗星67P,并在数月之后成功在彗星上投下了菲莱号(Philae)小型登陆器,引起广泛关注。探测结果表明彗星67P差不多就是一块大岩石(长2.7英里/4.3公里),但罗塞塔号拍摄的照片非常精彩:

Description: 150131-rosetta

8)黎明号(灶神星和谷神星,NASA)

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黎明号很难相信自己会上榜。我让它上榜的原因是因为我不确定人们是否知道小行星带中存在大小几乎与行星相当的巨大天体。小行星带是数百万小行星组成的环状区域,包含750000多颗直径1公里以上的小行星,位于火星和木星轨道之间(切勿与环绕外太阳系、远大于小行星带的柯伊伯带混淆)。在小行星带众多小行星中,谷神星是一颗矮行星,直径为月球27%、质量占小行星带总质量三分之一,而灶神星则是该小行星带中的第二大天体,仅次于谷神星,是夜空中最明亮的小行星带天体。过去我并没有真的觉得谷神星和灶神星有什么。总之,黎明号2007年发射,2011年环绕灶神星运行了9个月,随后前往谷神星,并于2015年3月抵达(因此成为首个环绕过两个不同天体的探测器)。

太空中还有其他少数探测器。例如,信使号,该探测器环绕水星运行了七年,最后于2015年4月自行撞击水星结束使命;拂晓号,这颗日本探测器本来预计于2010年开始环绕金星,但尝试失败,今年将再次进行尝试;许多波澜不惊环绕月球运行的探测器,包括中国的嫦娥3号,该探测器在月球上投下了1976年以来的首颗登陆器;以及其他一系列观测太阳的探测器。以下是过去和现在所有探测器的详细清单,以及各国探测器总数的形象化示意图(点击图片可放大):

Description: NatGeoGraphic

观察了解手段2:望远镜

17世纪早期就已经出现了望远镜,接下来的400年,随着其功能越来越强大,它们成为了人们阅读《我们在哪里?》的首要手段。

但是地基望远镜后来还是遇到了观测能力的极限,无论它有多么先进。你知道,透过玻璃杯中的水看灯,灯是多么扭曲奇怪吧?这就是星星一闪一闪的真正原因,只不过我们不是透过水,而是透过地球大气在观察。大气对光线的扭曲没有水那么厉害,但恒星和星系在天空中只是微小的光点,因此任何程度的模糊都会是巨大的问题,这就好像从游泳池水底往上看,想观察天上飞翔的鸟群一样。

20世纪60年代,人类拥有了将望远镜发射到太空的能力,在太空中,望远镜可以向我们展示完全清晰的恒星图像,这是有史以来的首次。1990年,NASA发射了首个牛哄哄的太空望远镜——哈勃。

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哈勃太空望远镜重13吨,长度相当于一辆校车,其直径7.9英尺(2.4米)的主镜非常精确,足以将激光束投射到200英里外的一毛硬币之上,观察能力也非常强大,可以从波士顿看到东京的一对萤火虫(如果地球是平的)。哈勃望远镜位于地球上空340英里的轨道上,在那里没有任何大气或光污染,正如NASA所言,处于"终极顶峰"之上。这一切赋予了哈勃望远镜前所未有的宇宙视野,让它在最近25年内不断发回极其震撼的观测照片,这些照片带给人梦幻般的感觉。例如,这个壮丽的星系:

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或者,这两个正处于缓慢融合进程中的星系:

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或者这个无比巨大的"创造之柱"(Pillars of Creation)(左侧的柱子非常庞大,从顶端到底部的距离是四光年,也就是说,如果你坐飞机从下往上飞行,需要450万年才能到达顶端):

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或者在哈勃望远镜将主镜对准方框内的天空时(下图通过与月球的对比显示矩形的大小),似乎空无一物:

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你将发现成千上万的星系:

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哈勃望远镜和其他太空望远镜观测到的图像展现了与我们在哪里、我们如何来到这里这两大问题有关的全新信息世界,从暗能量到宇宙的起源、年龄与大小,到与地球相似、可能也拥有生命的行星的数量,在各方面不断扩展着我们的认识。

40多年来,支持地球产业以及持续观察了解这两大目标始终是我们与太空关系的全部。

由于这两大目标都最适合用无人太空旅行器来完成,因此人类与太空的故事最近阶段的主角都是太空探测器,而人类的戏份都发生地球上或者离地球很近的地方,只是用操纵装置进行控制而已。

自阿波罗17号1972年返回地球以来,人类需要上太空的唯一原因就是,有时我们才需要送人上太空,完成机器无法胜任的某些任务。在进入过太空的550人之中,400多人都是在后太空竞赛时代进入太空。但自从阿波罗计划以来,上太空的原因都非常实际,科学家和技术人员上太空就是为了完成某些工作。因此,近40年来,每次载人航天任务都在紧贴地球薄薄的一圈太空——近地轨道中进行。

国际空间站

现在,每次载人航天任务的目标几乎都是到国际空间站(ISS)接送宇航员。

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国际空间站是16个国家参与的合作项目,始于1998年,建设了十年。空间站在近地轨道底层环绕地球运行,高度在205到255英里(330到410公里)之间,约等于冰岛的宽度,空间站离地面如此之近,因此在夜晚用肉眼就能轻松看到。空间站比人们印象中要大,其重量相当于320辆汽车,长度相当于一个美式橄榄球场:

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宇航员在国际空间站到底做些什么?蓝色部分

开始写这篇博文时,我发现自己并不真正了解设立国际空间站的目的或者宇航员在其中做些什么。每次我观看空间站内部状况的视频时,印象都是某个成年人漂在空中玩耍。

幸好还有国际空间站大会这样的东西,正巧上个月就在波士顿召开。于是我就去了。大会由美国空间科学发展中心(CASIS)主办,该机构负责管理美国在国际空间站中的工作。我在大会了解到以下几点:

国际空间站是一个科学实验室。它跟其他实验室没什么区别,只是飞翔在太空而已,因此它是一个可以在零重力状态下进行测试的实验室(实际上并非零重力,而是微重力,关于这一点,我将在本文稍后进行解释)。

大多数国际空间站实验都有一个共同点,那就是为了获得理想的重力条件,但除此之外,它们还有各种各样的目的,从了解表现为宇航员骨骼萎缩的骨质疏松症(因为他们不需要对抗重力),到测试设备如何承受太空环境,到分析流体在没有其他任何外力影响下的表现以及相互作用,到利用重力变化诱导细菌显现是哪些基因使其对特定药物免疫等等,不一而足。

国际空间站的宇航员一周的时间安排都非常紧张有序。总的说来,他们不是在睡觉(8.5小时)、吃饭(早餐/晚餐1.5小时,午餐1小时)、锻炼(强制规定每天2.5小时),就是在做实验(每天9小时),我拿到的这张照片就是目前国际空间站三位宇航员的时间安排表。周末会放假,但可能也不会太有趣,你只能一直飘来飘去,看着窗外。

并非只有我非常想去国际空间站玩,因此NASA挑选人员进入国际空间站的过程极具竞争性。成千上万人申请,只有100人入选最终面试和体检,而最后只有一两个人能获得通过。极少数情况下,私营企业或个人可以花钱进入空间站待上几天,但费用约为6000万美元。

如果你想更加了解在国际空间站生活的感觉,请观看一位飘浮宇航员的国际空间站导览视频

到目前为止,共有15个国家的216人上过国际空间站:

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如何将东西送上太空

我们已经大致了解了太空中的情况,但是要如何才能让东西 太空?你是否问过自己,GPS卫星这样的东西最初是如何上天的?答案就是,共有九个国家具备将物体发送到轨道的能力:俄罗斯、美国、法国、日本、中国、印度、以色列、伊朗以及朝鲜,另外还有一个非国家性组织——欧洲航天局。如果一颗卫星能进入太空,那是因为有人付费给以上十大实体中的某个实体,让其在巨大、昂贵的火箭顶部携带卫星升空(或者因为国家为了自身用途而发射卫星上天)。

至于送上太空,有史以来只有三个国家完成过——俄罗斯、美国以及中国(在太空领域发展迅猛的后起之秀)。自60年代以来,俄罗斯利用联盟号飞船将人送到太空,美国继1972年完成阿波罗计划之后,在1981年利用航天飞机计划恢复了送人进入轨道的能力。

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接下来的30多年里,美国总共向近地轨道发射了135架航天飞机,其中成功了133次。两次意外事故是美国历史上非常惨痛的回忆——1986年的挑战者号以及2003年的哥伦比亚号

2011年航天飞机计划结束。现在,只有两个国家能将人送入轨道——俄罗斯和中国。由于自身没有能力,美国,这个曾经在全世界面前成功将人送上月球的国家,现在不得不看俄罗斯的脸色,利用俄罗斯的火箭送宇航员进入太空。

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我们应该如何看待人类与太空的故事?这个故事有点奇怪。1970年,这个故事是这个样子:

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按照推测,故事应该这样发展:

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但到了2015年,结果故事是这样发展的:

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当我审视今天人类与太空的故事的发展状况,还是会觉得难以置信。仅在苏联发射首个人造物体进入轨道58年之后,我们现在就拥有了大量环绕地球运行的高科技设备,在观测和通信方面获得了神奇的能力。而且还有一系列探测器,它们的足迹遍布太阳系,不断向我们发回它们的发现。巨大的太空望远镜高悬在地球上空,向我们展示可观测宇宙的真实面貌。我们头顶250英里之上是一个橄榄球场大小的科学实验室宇航员在里面工作。

我说的这一切都非常

要是人类与太空的故事真是这个样子——

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——那么我会对我们目前在宇宙大环境中的表现赞不绝口

但不幸的是,60年代来了。因此后来它发展成了这样:

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Description: magic10

好的魔术表演应遵循一个简单的准则——渐入佳境。如果你无法调动审美疲劳度不断上升的观众,那么他们很快就会舍你而去。

在部分领域,人类与太空的故事这场魔术表演持续稳步升温。例如,在寻求知识与了解的过程中,我们不断超越自我,每隔十年,我们对宇宙的认识都得到了显著的加深。人类的探索精神经久不衰,并且自阿波罗计划以来,在太空领域日益发扬光大。

然而,虽然我们对探索很着迷,就像我们渴望了解《我们在哪里?》一书中隐藏的所有秘密一样,但对于获得真正的激励和鼓舞、激发肾上腺素而言,探索无法与冒险相提并论。探测器和望远镜可以让我们大开眼界,激发我们的好奇心,但是没有什么能像看到自己物种进入人类从未到达的领地一样触发我们的内在野性。在这个领域,过去四十年让我们感到空无一物。看惯了人类登月之后,后来穿梭国际空间站的载人航天任务,正如罗斯•安德森所说:"感觉就像看到哥伦布在家门口的地中海航行。"

正因为如此,在当今的世界,人类与太空的故事已经淡出了我们的关注焦点。这个本应让我们感动得五体投地的主题结果变成了枯燥的杂耍。如果你问10个自己认识的、受过良好教育的人,太阳系探测器、国际空间站、NASA或者SpaceX都在做些什么,大多数可能都无法告诉你多少东西。有些人甚至不知道人类上过太空。人们之所以不知道,是因为不关心。由于后来每况愈下的表现,人类与太空的故事让人感觉很失望。看看现在我们周围的世界,人们很容易根据直觉预测太空故事未来的发展将继续像今天这样得过且过:

Description: graph5

许多人并不认为这是一件坏事。他们会问:"地球上的问题这么多,我们为什么还要花那么多钱把人送到遥远的太空?"马萨诸塞州议员巴尼•弗兰克三十年来都在美国预算决策方面扮演关键角色,对于宏伟的载人航天计划,他认为"充其量只是一种国家不宜涉入的奢侈行为"、"完全、彻头彻尾的金钱浪费"以及"纯属无用之功"。自太空竞赛结束以来,NASA预算的大幅削减,这就说明弗兰克并不是唯一持这种看法的美国政治人物。

关于第一次评估,弗兰克非常理性,毕竟,面对医疗、国家安全、教育、贫穷等诸多问题,我们是否真的要为"冒险预算"腾出空间?因此,上图中人类与太空未来的发展趋势极有可能延续目前的方向。

最近几个月,我几乎不停地阅读、讨论和思考这个故事未来可能的发展状况,现在我对于未来的预测已经有了巨大改观。

我认为我们都在等待一个巨大的惊喜。

第二部分:马斯克的任务

与大家一样,埃隆•马斯克也有一些人生目标。与大家不太一样的是,他的目标中有一项是将100万个人送到火星上去。

最近几个月,在我向朋友说明这一系列博文在探讨什么的过程中,只要我提到这件与火星有关的事情,总会遇到一种截然不同的情形。他们的反应从"什么——",到"太糟糕了,听你说之前,我一直都觉得埃隆•马斯克非常了不起,都不知道他原来是一个古怪愚蠢的亿万富翁",到"我可以笑吗,蒂姆你没开玩笑吧,他会生气吧?",什么都有。

就是没见过这样的反应:"太酷了,非常有意义。"

现在我明白了——但直到最近我一样也是这么想的。通常,带有火星这个词的语句都是关于某种深奥的天文学知识或者某个枯燥的科幻故事。而殖民这个词通常都是出现在与历史有关的语句中。这两个词不大可能在现实中出现在一起。

为了解释为什么马斯克想要送一百万人上火星,我先说说银河系另一边某类地行星上生活的两个外星人——Zurple和Quignee:

Description: Z&Q

Zurple和Quignee所在的行星Uvuvuwu形成比地球晚12亿年,但是因为Uvuvuwu上简单单细胞生物进化到复杂单细胞生物只用了3亿年(地球上用了16亿年),因此Uvuvuwu上的生命已经后来居上,在1100万年前就进入了人类程度的智慧阶段。今天,Uvuvuwu上的生命远比我们在地球上能想象的任何东西先进。

Zurple和Quignee自从240万年前读研究生认识起就一直是朋友,他们最喜欢的一项活动就是观察银河系中的新兴智慧生命,并且打赌这些生命是否将会灭绝或者"通关"(凭借我们无法理解的先进技术,他们有办法实时观察到所有行星)。

最近, Zurple和Quignee迷上了行星143-Snoogie(他们为地球取的名字)上发生的事情。他们对143-Snoogie的兴趣始自约350000年前,当时Zurple从IntelligenceWatch应用程序上得到了一条警示:

143-Snoogie上的生命已经进入了胎儿智慧阶段。

当时他在和Quignee吃午餐,当他提起这条警示时,Quignee说道:"我用1赔2的赔率赌他们会灭绝。"于是Zurple立刻握手成交。为什么不赌?找一些物种来追踪和支持总是很好玩的。

但最近,从约100年前开始,这两个外星人一直在密切关注143-Snoogie上的生命形式,而现在,地球上发生的事情深深地吸引了他们。

为了找出原因,让我们想想他们的赌局,想想什么会导致他们中的一个人赢得赌局。Quignee希望人类灭绝。这很糟糕。Zurple则希望人类能够"通关",不管这意味着什么。稍后我们将回来继续这个话题。

他们可能在关注的就是整个143-Snoogie生命史中灭绝事件的模式。我们也来看一看吧。

宇宙中的恐怖事件

物种灭绝有点像人类死亡,缓慢而又稳定。但是对于物种来说,大灭绝事件就像人类的战争或者大规模流行病,一次异常事件就能消灭大量人口。人类从未经历过大灭绝事件,如果一旦发生,很有可能会导致人类灭绝,这要么是因为事件本身导致人类灭绝(例如与足够大的小行星产生碰撞),要么是因为事件的影响导致灭绝(例如某件事严重破坏食物供应或者大幅改变温度或大气构成)。下面的灭绝图显示了历年来的动物灭绝情况(以海洋生物灭绝为指标)。我标出了五次重大灭绝事件,以及每次事件中损失物种的总百分比(此图未包括许多人认为由人类影响导致的、正在形成、正在发生的新一轮大灭绝):

Description: 1062px-Extinction_intensity

许多原因都可以导致自然发生的灭绝事件。宇宙是一个充满暴力和敌意的地方,我们是一群在精确条件下形成的微妙平衡之中生活的脆弱生物。现在我们还存在,那是因为宇宙目前允许我们存在。以下是一些可能会导致我们灭绝的事件:

附近出现超新星。超新星是宇宙中规模最大的爆炸,会在巨星死亡时发生。如果在距离我们30光年之内的地方出现超新星,这种事情大概每2.5亿年会发生一次,可能就会要了我们的命。

伽马射线爆发。伽马射线爆发是宇宙中亮度最高的物理现象。如果大质量恒星内核聚合成越来越重的元素,直到最终无法继续聚合,恒星就会坍塌成黑洞,产生极其狂暴的双向爆发,从而在几秒内释放出相当于太阳在100亿年生命期中所释放能量总和的巨大能量,这就是所谓的伽马射线爆发。伽马射线爆发比超新星要罕见得多,每个星系一百万年只会发生几次,但是与超新星(在像银河系这样的星系一个世纪大概会发生两次)不同的是,伽马射线爆发从很远很远的地方就能严重摧毁我们的生活,无论在银河系的任何地方,只要发生时方向正好对着我们。据推测,上图五次大灭绝中的第一次可能就是由伽马射线爆发所导致。

太阳超级耀斑。太阳耀斑随时都在发生,只是地球磁场一般会替我们挡掉(因此产生了北极光),但是我们观察到在其他类太阳恒星上,偶尔会发生强度超过普通太阳耀斑数百万倍的超级耀斑。如果我们的太阳发生超级耀斑,会非常可怕。既然说到地球磁场——

地球磁场反转。只要地球磁场想要得到关注,这种事情随时都可能会发生,平均而言,大概每50万年会发生一次。反转本身并不是问题,但问题是转移过程非常危险。如果磁场处于反转过程中,那么在100到1000年的时期内,磁场会减弱到只有正常强度的5%左右。由于我们需要磁场提供保护,因此这可能给生命带来毁灭性打击。科学家说明了磁场反转与大灭绝之间存在关联。

流氓黑洞。偶尔,这种奇怪的东西会不请自来地光临太阳系并带来浩劫。即使流氓黑洞不经过地球附近,只要在10亿英里远的地方出现,就会将地球拉入一个极其椭圆的轨道,导致我们的夏季温度升高到约150华氏度(65摄氏度),冬季温度下降到约-50华氏度(-45摄氏度)。这可不行。

外星人的破坏。我引用已故物理学家杰拉德•奥尼尔(Gerard O'Neill)的话来概括:"先进的西方文明曾经对其接触到的所有原始文明造成了破坏性影响,即使过程中人们想尽一切办法来保护捍卫原始文明。我找不到任何理由来证明同样的事情不会发生在人类身上。"

全球性流行病。如果全球性流行病爆发,但没有出现好莱坞大片式的皆大欢喜结局。

小行星。呃。在这个要点中说不完,因此下面提供了一段蓝色背景的说明:

小行星撞击很可怕(蓝色部分)

太阳系中到处都有小行星和彗星,大小从卵石到矮行星不等,但大部分都在三个地方:­1) 火星与木星轨道之间的小行星带(本可以自己聚结成行星,但由于附近木星重力能量的影响而无法实现),2) 海王星轨道之外、规模大得多的柯伊伯带,3) 规模远远大于前者的奥尔特云,这是包围太阳系的物体所组成的一个巨大云团。

天体大小快速入门:如果太阳系是一分的硬币(直径=2厘米),海王星是环绕硬币边缘运行的一个小点(地球轨道太小,因此看起来就像中心一个微小的点),那么小行星带就是用削尖的铅笔在硬币中心画出的一个细小的圆圈,直径仅约2毫米。柯伊伯带是硬币外侧很平的一个圆圈(像土星光环),粗细大概就像你用指尖画出来那样。奥尔特云并不像以上两者一样属于碟形,而是球形,从距离硬币30厘米(1英尺)开始向各个方向伸展,一直向外延伸到30(100英尺)的地方,因此略大于地球号飞船。我们在这里,但最近的恒星也离硬币90米(295英尺),略小于硬币到奥尔特云外侧距离的三倍。因此,如果太阳系硬币在橄榄球场一端的球门区,那么最近的恒星也在另一端的球门区,运动速度最快的人造物体旅行者1号已经离开我们38年了,但也仅从硬币飞出了4厘米,即使这样,也是有史以来跑得最远的人造物体。我得打住,回到博文,但这很难,因为我很想在这段多说点。

无论如何,还是继续讲小行星吧。

我们可能会被偏离正常轨道的小行星或者彗星撞击(本文接下来用"小行星"代指这两种天体),它们偏离轨道是因为受到碰撞或者某种重力摄动(可能由木星或者经过的恒星所导致)。

Description: Asteroid

小行星不需要太大,便可毁灭一切。1908年,一个直径60米的小型小行星在西伯利亚上空3到6英里(5到10公里)处爆炸。即使从那么高的地方,它还是荡平了8000万颗树。如果它坠落到地球,爆炸能量将会超过1000颗广岛原子弹。直径仅半英里(0.8公里)的小行星就能让大量灰尘飞到空中,足以让地球温度在许多年间大幅下降,而这会带来各种严重影响。1989年,一颗这样大小的小行星从六小时前地球所处的位置穿过地球轨道。如果小行星体积更大,撞击会产生怎样的影响?只需要记住,每个这样的小行星都会在木星产生大小约相当于地球的撞击痕迹:

Description: Jupiter_showing_SL9_impact_sites

导致恐龙灭绝的著名小行星直径约为6英里(10公里)。如果我们被这样的小行星撞击,首先会遭受到一波炽热的热浪,这种热浪在撞击点附近温度比太阳表面温度高十倍,它以100倍于子弹的速度从天而降,猛烈压缩下面的空气。然后几乎在一瞬间,震波会向外传播,荡平数百英里范围内所有方向上的一切东西。此时,凭借超过10亿颗广岛原子弹的能量,爆炸将把一千立方公里的岩石从小行星和撞击点抛向天空,在那片区域中每个人面前竖起一堵高耸入云的黑墙。当这些岩石通过大气层落下时,会变成成千上万颗巨大的火球,使得地球上到处的城市和森林都陷入火海。很快,整个地球会烧得滚烫,一连串地震将会爆发,到处都会有火山喷发,不可思议的巨大海啸将会冲击每段海岸。随之而来的将是全球各地尘雾四起,可能会遮挡太阳数月甚至数年,使得地球温度大幅下降,而且气候1000多年都不会恢复到现在的样子。

所有这一切都源自一次撞击,而且如果地球如同一栋三层楼房般大小,则撞击物的大小只相当于一颗豌豆。

Description: dinosaur asteroid

地球本身不会因为撞击而受到太大的影响,但地球表面的状况会受到巨大的影响,因为地表状况无比脆弱。这段压抑的视频演示了我刚才所说的过程。

格外恐怖的是小行星在太空中几乎看不见,很难探测。航天机构和业余天文爱好者都在太空中追踪一些存在潜在威胁的小行星,但许多情况下,在小行星从天而降之前,我们不会知道它在向地球逼近。

因此,即使看起来我们像是住在宁静宇宙中一个安全的小星球之上,但实际上更像是在一片眼下还算安静平和的森林之中,偶尔树林中会跳出一只可怕的嗜血猛兽,对大量生命进行蹂躏,将其消灭。上面的大灭绝事件图告诉了我们过去五段恐怖的历史,在那些时期,我们宁静的地球已经成为为当时生活着的所有生命制造噩梦的环境。并且它还会再次发生——就在这里,就在你坐的地方。唯一的问题是什么时间发生。

我们完整地来看一下6亿年来动物和大灭绝事件的历史:

Description: Extinction timeline

看着时间轴,我们可以发现,虽然未来肯定隐藏着可怕的事情,但疑似发生点的时间尺度非常大,因此在不久的将来发生危及人类生存的自然灾难的概率很低。会有多低呢?

为了弄清楚这个问题,我们可以根据历史推测,未来5000万年内很有可能会发生一次大灭绝事件,这意味着未来1000年内发生一次大灭绝事件的概率大约是五万分之一。如果把时间尺度缩小一下,这可以比作一个人在地上画了一个叉,然后告诉你下一个月内某个时间闪电很有可能会劈到这个地方。一个月的五万分之一约等于一分钟,因此下一分钟闪电劈中这个地方的概率与未来1000年内地球上发生一次大灭绝事件的概率相同。也就是说,未来1000年待在地球上的安全性在感觉上就如同在知道闪电这一个月内某个时间会劈中这个地方的情况下,下一分钟还是就站在这里。

如果说在这个闪电的比方中,1000年相当于1分钟,那么人的寿命大概就是5秒钟。那么问题就变成,你在这个地方站5秒钟是什么感觉?在这个地方待多长时间我都不会特别害怕,那5秒钟可能会有一点紧张,但我也知道自己基本上不会有什么事。这大概就是面对危及人类生存的自然灾难时,我们有生之年生活在地球上的感觉。

无论你只是考虑自己的生命,还是考虑到未来十代子孙的生命,待在地球上都没有什么问题。

但如果把人类作为一个物来看待,你就必须换个角度来思考。如果人类要作为一个物种永远待在地球,就相当于一个人计划要在画叉的这个地方站上好多个月。由于上面的灭绝图告诉我们,闪电每两个月就会劈中这个地方一次,那么这可不是一个好的长期计划,对吧?也许技术能让我们被闪电当头劈上几次也没事,但这种经历仍然会很不愉快,而且每次闪电都有把我们从地球上抹去可能性。

我们换一种方式来看看吧。我们想象地球是一个硬盘,上面的所有物种,包括我们自己,都是硬盘上一份份装满数万亿行数据的微软Excel文档。使用缩小的时间尺度,那么5000万年=1个月,于是我们得出以下几点:

现在,时间是2015年8月

硬盘(即地球)诞生于7.5年前,也就是2008年初

一年前,2014年8月,硬盘加载了Excel文档(即动物起源)。从那时起,新的Excel文档不断创建,而一些旧的文档则发出错误信息并且无法打开(即灭绝)。

2014年8月以来,硬盘已经崩溃了五次(即灭绝事件):2014年11月、2014年12月、2015年3月、2015年4月、2015年7月。硬盘每次崩溃后,都会在几个小时后重启,但重启后大约70%的Excel文档都消失了。2015年3月的那次崩溃除外,因为那次95%的文档都消失了。

现在是2015年8月中旬,而智人Excel文档约创建于两小时前。

现在问题就是,如果你有一块硬盘,上面有一个特别重要的Excel文档,而且你知道这块硬盘几乎确定每一两个月就会崩溃一次,而最后一次崩溃就发生在五周前,那么你接下来显然要做什么?

你会把文档复制到另一块硬盘上。

这就是埃隆•马斯克想送一百万人上火星的原因。

为什么是一百万人?因为根据马斯克的粗略估算,这是创造一个完全自我维持的人类群体所需的最少人口数量。在这里,自我维持的定义非常简单,它意味着如果地球消失了,火星上的人类仍将有能力生存并且繁荣发展。他们什么事都不需要依靠地球。需要采矿?火星上的人类需要知道如何建造矿井的人才和采矿的矿工。需要建设新的医院?需要发射火箭修理出故障的互联网卫星?需要扩大农业生产来处理食物短缺问题?需要应急措施来应对战争爆发?火星上的人类需要自己解决所有以上问题。马斯克认为一万人或者十万人不够,但一百万人应该足够。

让人类以自我维持的方式在多个行星上生存,这种概念通常被称为"行星冗余"。马斯克称之为物种人寿保险。我称之为硬盘备份。

当然,火星这块硬盘并不比地球这块硬盘更可靠。它也容易遭受地球上发生的大多数灾难,它也会每一两个月就崩溃一次。但大多数情况下,两块硬盘不会同时崩溃。如果一块发生了非常严重的崩溃,而且上面的Excel文档丢失了,那么另一块硬盘仍然存在,很可能还有足够的时间安排一次新的备份。

现在你已经把珍贵的Excel文档保存在两块硬盘上。你的感觉会好很多。但如果这份文档对你足够重要,你可能还不会满足于只保存在两块硬盘上。你会希望将它复制到更多硬盘上。但我们还有哪些选项?不妨来看看蓝色背景中的说明:

哪些行星适合人类生存?

我们来逐一检视一下。

水星

Description: Mercury_Globe-MESSENGER_mosaic_centered_at_0degN-0degE

很不幸,水星是离太阳最近的行星,它就好像是坐在一个重达450磅、冲动好斗的壮汉旁边。如果你在水星上,白天将会处于800华氏度(430摄氏度)的气温之中,在如此高的温度下,如果你放一块铅在地上,它就会熔化成液体。水星上几乎没有大气,因此在你要烧死的过程中,你会处于近乎真空的环境中,这会导致你肺中的空气迅速被抽干,皮肤中的水分开始蒸发。缺少大气还意味着,太阳辐射会对你造成严重的伤害(太阳在天空中看起来比地球上看起来大2.5倍)。好的一点是,水星重力仅为地球的38%,因此你在立即死去的过程中可以傻乎乎地跳来跳去。这时候,你会非常迫切地期待夜晚来临,但你会很失望地得知水星昼夜周期竟然长达58个地球日。

一个月后,当夜晚终于来临时,你会无比沮丧地发现温度低达-280华氏度(-170摄氏度),比地球有史以来有记载的最低温度(南极沃斯托克站)还要低152华氏度。这是因为没有大气来保存太阳的热量或者将热量分散到行星上的每个地方。而且你仍然很不舒服地待在真空里。你不得不一个月都处于要冻死的环境之中,然后在日出后,又再次进入要烧死的境地。

在水星上你最好的办法就是待在极点附近,在那里,虽然极度寒冷而且常年黑暗,但至少有冰,因此可以获得水分。理论上,可以在那附近建造人类基地,但意义不大。

我向马斯克问起水星时,他称之为"地狱",这段对话也随之戛然而止。

金星

Description: venus_PIA00104_240x240

与金星相比,水星可谓小巫见大巫,在水星上生活简直就像坐在夏威夷海滩上吃烤虾。

与金星上完全相反的状况相比,真空竟然显得可爱了,因为金星的大气密度高得令人难以置信。以下开始金星之旅:

首先,大气96%为二氧化碳,不可呼吸。

其次,在金星气压是地球表面气压的90多倍,瞬间就能将你压扁的时候,谁会去关心空气是否可以呼吸呢。这个气压与海面下1公里深处的感觉相同,但这个深度比潜水器潜水深度纪录深三倍。如果你还能站起来,由于空气阻力太大,你抬胳膊时会感觉就像在水中。

第三,在知道温度高达870华氏度(465摄氏度)时,谁还会去关心前两条呢。想象一下,将烤箱烧到炽热得能熔化铅的温度,还得加热138度,才到达整个金星的温度。在夜晚(也得要等一段时间——金星上一天比一年还要长),金星的温度与白天完全一样,因为浓密的大气将热量保存在里面。

白天,在橘红色云层的笼罩下,你在体验上述一切时只能照射到暗淡的光线。太阳看起来只是天空中一块朦胧、偏亮、偏黄的区域。夜晚,你会生活在星光全无的黑暗之中,同时又在一个咝咝作响的熔炉里被不断压扁。至少那里不会有任何虫子。

由于存在上述那么多恶劣条件,因此我超级佩服苏联探测器金星13号投下的那个非常厉害的登陆器,它于1982年径直降落在金星表面,并竭力存活了127分钟,这段时间已经足以拍下以下两张照片,也是我们仅有的两张金星表面照片:

Description: Venus pics

金星表面不存在风的问题,在那里你只会感觉到极其轻柔的微风,但如果你通过大气层上升,情况会迅速改变。金星的上层大气是一种新的地狱,风速为地球最强飓风两倍的大风不断地吹,硫酸液滴(与通下水道的强酸相同)到处都是,高速扑面而来。典型的金星环境。

然而奇怪的是,如果你直接上升到金星痛苦大气层的顶部,就会惊喜地获得舒适宜人的环境。金星云层顶部的温度和压力正巧与地球上相似,因为氧气和氮气都会在金星浓密的大气中上升(就像氢气在地球上一样),该层中的空气可能实际上接近于可以呼吸的水平。这让一些科学家开始认真探讨人类如何移民金星高层大气,建造"漂浮在金星大气层中约五十公里高处的城市"。

我向马斯克问起金星时,很惊讶地听到他认真地提出,"通过极其艰苦的努力",这颗行星可以变得适合人类居住。他表示,很久以后,凭借足够先进的技术,人类可以有办法把金星的大部分大气清除掉,并且可能使其成为遥远未来的一个移民去处。

火星

Description: mars

如果火星是地球上的一个地方,那么永远没有人想去。但探讨移民地外行星时,所有行星都是噩梦,唯有移民火星的前景听起来特别靠谱。

火星基本上就是一个更加寒冷的南极洲,看起来像亚利桑那州的沙漠,空气无法呼吸,如果长期间暴露在阳光下,辐射会致人死亡。火星上任何地方的宜居性都远低于地球最不宜居的地方。但其条件足以让你凭借一个人造"居住舱",一个小的温室菜园,以及一套足够好的太空服,就能真正在火星上存活下来。火星上甚至还有水,并且非常多,就封存在火星两极,而且如果你在一年之中合适的时间在这个行星上合适的地点,还能享受到70华氏度(21摄氏度)的美好天气。或者,至少在你透过居住舱窗口向外看时,会知道外面还不错。

一个火星日(太阳日)约为24.5小时,非常适合人类和植物。重力为地球的38%,你的生理功能大体上可以正常运转。你会获得一些有趣的低重力特殊技能,例如在15英尺高的篮筐上灌篮,或者早晨从公寓二楼窗口直接跳下来去上班(约1/3的重力意味着,从地球上X英尺高的窗台上跳下来的感觉等于在火星上从3X英尺高的窗台上跳下来的感觉)。

太阳系最酷的旅游景点也在火星上——太阳系最高山峰,奥林帕斯山(Olympus Mons):

Description: olympus-mons3

这座山可以覆盖亚利桑那州,让珠穆朗玛峰看起来像个小山丘:

Description: olimpysDescription: olimpys

更别说火星峡谷,它让地球上的大峡谷看起来像个小划痕:

Description: canyon

我们稍后将会继续深入这个话题,但是理论上,凭借艰苦的努力和先进的技术,人类可以地球化火星,而且未来某个时间就会有一个比较舒适的行星可以居住,有树林和海洋,在室外也无需穿着太空服。

行星相对距离(深蓝部分)

我们接下来要前往的行星距离太阳要远得多,因此我们来对距离打个比方。为此,你可以将太阳系分成大致相等的三段,每段长约10亿英里,或者10天文单位(一个天文单位为太阳到地球的距离):

第1段:太阳到土星
第2段:土星到天王星
第3段:天王星到海王星

因此,如果太阳系长度为1码,那么土星、天王星和海王星分别位于每英尺的末端。木星距离太阳6英寸(约5天文单位),正好平分第一段,而另四颗行星全都挤在第一英尺的前两英寸之中:

Description: Solar System Distances

木星、土星、天王星、海王星

Description: gas giants

我希望之前脚踏实地的感觉你还喜欢,因为接下来的行星根本连地面都没有。下面将说明这四颗遥远的行星如何变得如此怪异:

46亿年前,太空中存在着一团巨大的气体云,某种扰动触发了它的坍缩过程。宇宙中的物质非常清楚这意味着什么——这就是一场突发灾难,就是一场看谁吸纳到最多物质的疯狂竞赛。所有恒星和行星都会告诉你,关键在于先下手为强。如果你一开始就拥有最多的质量,就会更容易聚集更多质量,越变越大,进一步扩大优势。一旦领先优势确立,就很难追赶。

恒星才是最终的赢家,其他的都会变成只能干瞪眼的行星小跟班,得绕着恒星转上100亿年,直到最后恒星渐渐衰退,新的一轮游戏才会开始。

在我们太阳系,太阳胜出,吸纳了气体云所有物质的大约99.8%。此时,争抢残渣的血战开始了。能获得足够多物质的至少会有幸成为行星。而失败者将会作为行星的小跟班——孤独的卫星,屈辱地渡过100亿年。

那些既没成恒星,又没成行星,甚或连卫星都成不了的倒霉蛋将注定成为小行星(太阳系的无家可归者)或者被吸入较大天体,从而彻底丧失身份。这是一个很残酷的世界。

在这场激烈的竞赛中,会发生一件很可笑的事情。有时有些物质经验不足,不知道太阳系形成的黄金法则——认输。水星、金星、地球和火星早早地看清了形势,明白太阳已经独霸天下,便缴械投降,弃暗投明。

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