本文发表于《大众科学》之前的博客网络，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点
人类在太空的未来会怎样？去年，首次登月50周年纪念日出现了一系列旨在将宇航员送往远超1972年以来限制人类太空探索的近地轨道的私人和政府项目。中国在2019年将第一个航天器降落在月球背面，计划将宇航员送往月球。印度在2019年将一个着陆器撞毁在月球上，也梦想着这样做。俄罗斯似乎没有太多正在进行的宇航员计划，但仍然提供火箭和发射设施，使宇航员可以进入国际空间站。特朗普政府提议建立一个月球基地，作为将宇航员送往火星的关键一步。埃隆·马斯克和杰夫·贝佐斯在未来的载人太空任务上花费了大量资金。事实上，马斯克已经创建了一个蓬勃发展的火箭业务，美国宇航局用它来为地球表面以上250英里的空间站进行补给。
将人类送入更远的太空的这些努力会带来什么好处？作为20世纪50年代的孩子，我们对1957年开始绕地球运行的卫星、20世纪60年代沿着类似路线前进的第一批宇航员以及1965年进行的首次太空行走感到兴奋和鼓舞，而这最终成为载人航天的高潮：美国宇航局从1969年到1972年对月球表面进行了六次宇航员探索。除了任何科学回报之外，这些努力提升了人类的精神，在1969年7月20日达到顶峰，当时尼尔·阿姆斯特朗在月球上留下了人类的第一个脚印。在20世纪60年代，我们成为天文学家，对探索宇宙充满热情。
但是，过去的五十年教会我们一个关于如何最好地探索宇宙的明确教训。进入太空的人类是脆弱的：他们需要持续供应氧气、水、食物和住所。他们必须忍受长时间的失重状态。他们的身体能力在几代人之间保持不变。而且，当他们发生损失时，会给我们原本的探索喜悦蒙上一层阴影。相比之下，自动化航天器只需要一个电源。它们的成本远低于人类，而且我们知道如何每年改进它们。如果它们失败了，我们只会损失金钱和科学成果。
关于支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关塑造当今世界的发现和思想的具有影响力的故事的未来。
自从首次登月以来，我们已经向整个太阳系发送了数百个探测器，从最内部的水星到遥远的柯伊伯带天体（之前昵称为“终极图勒”）。航天器已经在水星、金星和火星上着陆，在木星和土星周围轨道上运行多年，并勘测了天王星和海王星。日本的隼鸟2号航天器将很快飞过地球，释放一个装有来自小行星龙宫（太阳系中最古老的成员之一）的物质的舱体。多项月球任务绘制了月球背面的地图，检测到使“月亮上的人”始终面向地球的引力异常，并在月球两极的土壤中发现了大量冻结的水。
宇航员被限制在近地轨道上，基本上对在太空栖息地中生活的危害和要求进行了广泛的实验。到目前为止，人类在太空最伟大的成就，是五次维修任务，使宇航员能够修复哈勃太空望远镜上的仪器，该望远镜在地球轨道上运行，其最大高度是现在已停用的航天飞机可以将其送达的高度。天文学家比任何人都更欢迎这些努力，他们仍然深深地意识到一个具有讽刺意味的事实：哈勃望远镜因靠近我们的星球而受到影响，我们星球反射和发射的辐射极大地阻碍了望远镜清晰而深入地观察太空的能力。计划明年取代现已摇摇欲坠的哈勃望远镜的詹姆斯·韦伯太空望远镜，将被指向在天文上更有利的“L2点”（第二个拉格朗日点），距离地球一百万英里。在L2点的航天器可以轻松地保持稳定的轨道，避免太阳和月球的引力拖曳在其他地方产生的缓慢漂移。天文学家已经在L2点维护了航天器，以观察红外线、紫外线和X射线中的宇宙，不受我们自己星球的干扰。
那么，为什么我们不应该期望未来的宇航员，如果被要求，去修复将要发送到L2点的众多太空仪器中的一个呢？宇航员前往L2点修复其中一个伟大的天文台的探险活动，其复杂性至少与登月一样——而且可能比创建和发射一个新的、改进的观测平台花费更多。事实上，修复哈勃望远镜的任务花费远远高于用更新更好的版本替换它。但是这些任务提升了我们的精神，而放弃望远镜将会是一个深刻的挫败——提醒我们公众舆论在决定我们的政府选择做什么方面发挥着至关重要的作用，公众舆论会鄙视后者的行动，同时庆祝前者，这是可以理解的。
随着我们改进小型化、虚拟现实和人工智能能力，宇航员和自动化太空任务之间的对比将变得更加强烈。今天，在月球上受过训练的地质学家可以像机器人探测器一样出色地工作，但是对其他世界进行地质调查的未来在于我们火星探测器的改进版本。这些探测器将部署多种工具来探测岩石和矿物，其记忆能力等于——并且很快将优于——任何人类。它们将在月球或火星表面穿越数十年，不断学习地形、地震活动以及地质地层的整体和详细分布。概念上类似的机器人最终将能够在L2点修复航天器，而其他机器人则可以在太空中建造复杂的结构，包括在无线电安静的月球背面的一系列射电望远镜。
将人类送入宇宙的根本问题不是询问宇航员在深空中修复仪器的难易程度，他们在月球上着陆并建立基地的速度有多快，或者他们为什么要前往火星并尝试在那里建立栖息地。相反，它询问，我们为什么要进行所有这些？作为对这个问题答案的四种主要动机值得特别关注。
提升人类精神。将人类送入太空为我们的生活增添了荣耀。克服长期太空飞行中的重重挑战会激励和愉悦我们。几乎每个人都会自然地对英雄般的成就做出反应，我们中的许多人会将人类登陆火星视为我们物种的最高成就。但是，对于许多科学家以及一些公众而言，这种强烈反应无法证明这些任务的成本和危险是合理的。
我们应该注意到，在推动宇航员前往我们天体邻居的探险活动背后，还有其他几种动机。其中包括超越竞争对手的愿望、认为太空最终可以成为免受衰弱地球影响的避难所的信念以及渴望利用附近太阳系中的原材料。我们认为，这些论点中的每一个都支持不与人类一起进行探险，而是与我们不断改进的航天器和机器人探测器一起进行——至少在为选定人口避难的栖息地准备好之前是这样。
民族自豪感。冷战时期，俄罗斯人可以通过建立月球基地来“抢占制高点”的说法从未有道理，因为任何试图利用太空发射武器的国家都会尝试在靠近地球的地方这样做，而不是在25万英里以外的地方。一个国家可能会因为将第一批人类送往其他世界而感到自豪，就像唐纳德·特朗普总统赞美未来“当美国宇航员将在火星表面插上我们美丽的星条旗”时一样，将拥有权自豪感添加到人类成就的激动之中。
人类生存。在史蒂芬·霍金于2018年去世前不久，他表示“分散开来可能是唯一能将我们从自身拯救出来的事情。我深信人类需要离开地球。”最近，贝佐斯表示，人类需要太空旅行，因为“我们正在破坏这个星球”。除其他结果外，他还设想了巨大的太空殖民地，每个殖民地都将允许数百万人生活在太空中。
对于他们的拥护者来说，巨大的太空殖民地和火星上的人类栖息地不仅提供了发展更好社会的地方，还提供了我们可以改变人类自身的地方，部分原因是为了适应火星上较低的重力，或者在许多情况下，适应在百万人口“后人类环境”的巨大旋转轮内产生的伪重力，在其中，基因工程可以尝试减少疾病并延长人类寿命。
这些未来的计划吸引了那些认为地球未来充满不确定性甚至绝望的人。然而，稍加思考就会发现（a）我们能够从地球上的错误中吸取教训以便在太空中生存的想法是天方夜谭的乐观主义，以及（b）留下的数十亿人民应该得到更多的考虑。如果我们无法解决我们家园星球上人类的问题，那么我们似乎极不可能通过在太空中建立自己来解决这个问题。
原材料。虽然在更广阔的世界中较少被提及，但推动我们探索近地太阳系天体的一个重要动力源于一个古老的、坚定的愿望：为了利润而寻求原材料。将人类送回月球的一个理由集中在他们开采氦-3（一种稀有的氦同位素）的潜力上。与更常见的稳定同位素氦-4不同，氦-3核一旦达到足够高的温度，就会很容易地发生聚变。由于这种聚变会释放大量能量，而且没有放射性副产品，氦-3核可以提供几乎理想的核燃料。在地球上，氦-3核仅占稀缺氦核的百万分之一，但在月球土壤中的相对丰度却高出100倍。有远见的人们设想未来社会将依靠来自月球的氦-3核运行，这些核的数量足够提供世界当前几个世纪的电力消耗。
小行星同样提供了通往财富的道路。虽然大多数小行星的成分与地球相似，但其中一些主要由铁、镍和钴等金属组成，以及少量银、金和铂。一颗仅有房屋大小的富含金属的小行星将包含一百万磅的金属，其中包括100磅的铂、金和其他稀有金属。我们可以想象未来的太空任务将利用更丰富的矿物来建造采矿殖民地，但其大部分利润来自于将最珍贵的金属运回地球。
现有的国际协议是否处理了这些问题？1967年，一些国家批准了联合国《外层空间条约》，其正式全称包括“月球和其他天体”。批准该条约的100多个国家包括未来几十年内可能进行太空探索的所有国家（可能伊朗除外，伊朗签署了该条约但未批准）。
该条约的关键条款禁止在月球、轨道或其他外层空间放置大规模杀伤性武器。他们还规定，天体应仅用于和平目的，并且“不受任何手段的国家专属占有”，并且所有缔约方在与外层空间的探索和利用有关的活动中将遵守国际法。人们很容易看出，太空律师（他们未来的发展前景越来越广阔）可以对“国家专属占有”一词提出异议，因为这个词似乎并没有排除不直接增加国家财富的私人团体的运营。此外，当前的地缘政治环境表明，该条约的条款可能无法完全约束任何国家或私人团体的行为。
让我们按照与我们提出这些论点的相反顺序来检查支持将人类送入太空的论点。
原材料和行星表面的改造。2015年，美国国会通过了一项立法，非正式地称为《太空法案》（SPACE Act），该法案否认任何对宇宙物体的管辖权主张，但促进美国公民（自然包括公司）的权利，使其“不受有害干扰地进行太空资源的商业回收……但须经联邦政府的授权和持续监督”。“回收”这个词在矿产开采领域很常见，它往往掩盖了此类活动所产生的明显影响。从道德基础上讲，我们作为人类、美国公民或私人个人或公司，是否拥有改变甚至破坏其他天体景观的权利？对于某些人来说，答案是显而易见的：当然可以。这些世界的资源属于那些首先能够利用它们的人。
反对的道德论点始于这样的想法，即人类不应轻率地开展这些活动，因为无论我们做什么都可能无法修复。对于科学家来说，从“回收”其他世界的资源所带来的最大威胁在于，人类的活动可能会永远蒙蔽我们对太阳系生命起源和分布的了解。无论我们在哪里着陆，都不可避免地会留下我们自身生命形式的痕迹。自从第一次月球探测器以来，美国宇航局就一直担心这个问题，并已尽力避免其他世界的生物污染，但该机构知道永远不可能完全成功。然而，大规模的开采活动如果没有这种污染，就永远无法进行。即使是现在对生命不友好的月球或小行星，也可能包含过去生物活动的痕迹。
对于火星上的殖民地——即使是目的纯粹为探索的“无害”殖民地——问题也会急剧增加：大多数专家都同意，当水在其表面自由流动时，火星上可能存在生命，并且它可能仍然存在于地下水池中。在附近的星球上发现生命应该通过比较其 DNA 或等效物质来揭示太阳系中的生命是单独起源还是通过陨石或小行星从一个星球转移到另一个星球。如果我们在火星上发现类似地球的生物，如果我们无法分辨这种转移是发生在最近几年还是很久以前，我们将失去辨别能力。
主张开发其他世界的人经常指出，在工程师对行星进行“地球化改造”以产生更像地球的条件之后，火星上将有一个光明的未来。通过释放足够大量的目前存在于岩石和火星适度的极地冰盖中的二氧化碳，以及其他更擅长捕获热量的气体，我们可以产生“温室效应”，这将提高行星表面温度并增加其大气压力，从而使液态水能够再次在火星表面流动。那些反对改造整个行星的人首先会认真审视人类对地球进行的“地球化改造”所做的事情。
人类生存。除了建立可持续的、拥有百万人口的殖民地（需要足够的长期遗传变异）所面临的巨大困难之外，任何月球或行星殖民者都将带来与地球上造成问题的相同的人类特性。此外，将 80 亿同胞留在垂死星球上的计划可能会引发足以破坏该项目的动乱。
民族自豪感。一个人无需成为世界主义者就能认识到，探索附近天体（尤其是开发太空资源）的民族竞争未能为理性探索提供可持续的基础。通过将我们地球上的竞争输出到太空，我们增加了两个领域发生冲突的可能性。
提升人类精神。关于将人类送入太空的明智之举的辩论不可避免地会回到人类从跟踪宇航员探索其他世界中获得的巨大推动力。尽管这些情绪是不可否认的，但它们几乎没有解决问题。剩下的关键问题是，这种精神上的提升是否远远超过了航天器可以发送的任何消息，从而使得在太空中的人类值得付出代价，以及污染其他世界的危险，以及鼓励为了经济利益而开发这些世界。
大约 3% 的开始太空之旅的宇航员没有幸存下来。” 虽然我们对如何安全发射和返回航天器的理解加深可能会降低这个百分比，但“太空旅游”——这个词表明普通人可以享受在地球周围甚至更远的地方旅行的刺激——掩盖了实际的风险。太空旅行者将长期更像特技摩托车手伊夫·克尼维尔，而不是儒勒·凡尔纳的虚构冒险家菲利亚斯·福格。
那些认为我们的自动化行星探测器永远无法接近人类在提升我们精神方面的体验的人可能会在我们的火星机器人探测器中找到一些适度的反驳，这些探测器在红色星球上度过的岁月里引起了广泛的关注，甚至一些人类的认同感。例如，美国宇航局的机遇号探测器在火星上度过了 15 年多的时间，并以几乎肯定低于人类同等探险队今天花费的 1% 的价格，穿越了复杂的地形 20 多英里。此外，我们可以合理地期望大众文化将扩大我们对我们奇妙的航天器的认同感。
私人探险。此讨论假设存在一个论坛来辩论人类在太空中的利弊并得出（或多或少）合乎逻辑的结论。那么那些不受此类约束的超级富豪呢？太空原材料的开发为私人团体和公司之间的建设、破坏和对抗提供了广泛的空间。如果这些团体选择采取行动，谁能阻止他们？我们应该尝试吗？人类历史表明，不乏志愿者到来，包括那些很乐意因成为第一个登陆火星（例如）的人而获得名气的人，而没有任何返回的希望。
那么，应该做什么呢？公众是否应该面对这些论点并试图影响政府的决策？我们是否要监管太空探险——如果是，应该如何监管？还是我们更愿意让“太空前沿”自行发展？私人个人虽然意识到了我们提出的考虑事项，但在他们的太空探险中无需对任何人负责，只需对自己负责。马斯克和贝佐斯的声明证明了他们对人类在太空中的活动的坚定信念，他们显然认为这甚至不需要理由。马斯克已经深深地接受了只有太空中的人类才能满足人类探索其他世界的愿望的信念，以至于他发推文“核爆火星！”来表达他计划使用核武器来释放储存在火星土壤和极地冰盖中的二氧化碳，从而创造温室效应来温暖行星。
马斯克和贝佐斯提出的壮举是否会激励我们在地球上做出更大的努力——或者使我们认为我们可以忘记地球上的问题——仍然是一个悬而未决的问题。由于几乎没有希望阻止这些努力，我们不妨让它们像太空的主人所希望的那样前进，我们必须始终相信，人类很快就会看到最明智的前进方式。
我们的讨论和建议都没有超出未来几十年，这是一个足够长的时间跨度，足以让我们警惕预测的准确性。如果人类文明成功克服当前的问题并实现长期稳定，我们肯定会将人类送往太阳系中的其他世界。如果我们发现更快的推进方式，或找到延长人类寿命的方法，或者发明出一种在跨越多个世纪的旅程中诱导无限期生命暂停的方法，我们就可以将人类送往最近的恒星及其行星系统。如果我们在太空中建立人类殖民地，那里的居民可能会发生进化上的改变，使他们更适应太空旅行。如果像很可能很快发生的那样，我们可以随意操纵人类基因组，我们可以制造出一系列为太空旅行而设计的新型生物。
这些“如果”都不能告诉我们在未来几年内我们应该做什么。它们也没有排除机器比我们可能发明的任何人类都更优越的可能性。现在已经存在一些航天器的设计，包括摄影和无线电通信设备，但重量只有三十分之一盎司。这些航天器可以被激光加速到光速的 20%，并在几十年内到达最近的恒星。这个概念引出了一个令人难以置信，但并非不可能的想法，即最终我们可以将人类意识（从个体下载或由人工智能创造）发送到纳米探测器上，这些探测器将以人类的名义在浩瀚的太空中漫游。可能，它们会遇到并与其他文明的类似探测器互动。
与此同时，我们最好仔细思考一下，我们目前对近地领域的自动化探测器相对于其人类同行的优势。