【科技.未來】為了前往火星 應先重返月球?

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隨着美國當年踏出了那人類一大步,在太空競賽戰勝蘇聯,載人登月這昂貴旅程似乎再難找到足夠理由。1972年阿波羅17號任務結束以來,月球已四十多年未見人類足迹。然而,近年不但美國高呼2024年重返月球,其他國家和太空科技公司也密謀緊隨其後。正如美國太空總署(NASA)前首席歷史學家Roger Launius指出,重返月球「最根本的問題不是何時或用什麼方法,而是為什麼」。

承接上文:
50年後重返月球 重探阿波羅未解之謎

美國對在2024年登月似乎志在必得。副總統彭斯曾說:「若NASA現時沒有能力在五年內送美國人登陸月球,我們要改變的是這機構而不是任務。」但美國總統特朗普真正要登的是什麼「球」?6月時,他在Twitter發文:「我們花的所有錢,NASA都不應只說用來登月,我們五十年前已經做過。他們應該專注於更大的事,包括火星(月球是它的一部份)。」

引起全球恥笑後,NASA署長布列登斯廷(Jim Bridenstine)澄清:「之後我打給他,我說得很清楚,『我想確認大家立場一致』。他也清楚答我:『我知道你要先去月球,才去到火星,但你需要提及火星。』」並指特朗普告訴他,火星是「世代性的成就,可感染所有美國人」。布列登斯廷已準備執行特朗普的要求,上月中,他在一個阿波羅五十周年慶典上透露:「我們正努力組成一個廣泛的計劃,有關我們如何以在月球測試的科技執行火星任務。記住,月球是演練場,火星是目的地。」

NASA署長布列登斯廷(左2)澄清,特朗普(前排右1)及彭斯(後排右1)強調美國這次重返月球,必需為了前往火星。(Getty Images)

這似乎已是各國共識,那為什麼不乾脆直接前往火星?歐洲太空總署(ESA)人類及機器探索總監David Parker解釋,人類已從興建和營運地球400公里上空軌道運行的國際太空站上,學懂如何駕馭地球附近的太空。「對比之下,月球在地球400,000公里外運行,遠1,000倍。要在那麼遠的距離駕馭一個惡劣的環境,需要克服所有技術障礙。然後,我們可以準備得更好,開始往4億公里外的火星看,那是地球與國際太空站距離100萬倍遠。這將是一個長久過程。」

希望可逗留月球

Blue Origin創辦人貝佐斯(Jeff Bezos)提醒,並順道反擊想直接前往甚至「死於火星」的馬斯克(Elon Musk):「我真心希望大家堅持重返月球,這一次要留下來,因為這是前往火星的最快方法。以為可以跳過這一步只是幻覺。」他又認為從月球前往火星較有效率:「在月球升起1磅物件,所需能量少過在地球24倍。當你需要攜帶很多補給、燃料、大型物件前往火星的話,最好在月球發射而非地球。」

科學家已証實月球上有水源,是人類建立永久據點的重要資源,除了維持生命外,也可作為燃料。(NASA圖片)

貝佐斯之所以可以這樣說,是因為我們發現月球上的資源愈來愈吸引。去年,NASA分析印度月船1號(Chandrayaan-1)收集的數據,證明月球兩極確有水冰存在,主要藏於不見天日的月球南極坑洞,溫度永不高於華氏250度。這既可能潛在珍貴飲用水源,水也可被分解為氫和氧,不但可供人類呼吸,亦可用作火箭推進燃料。因此,月球在未來或可成為前往太陽系更深處的中轉站。「做到的話,Gateway(NASA興建中的月球太空站)將會成為燃料補給站。」布列登斯廷說。此外,在月球的土壤上也可挖到氦的同位素「氦-3」(helium-3),可用作未來核融合反應器的燃料。

這些資源和前景吸引多個國家。中國預計有四個月球任務接踵而來,最早可於今年12月發射嫦娥五號,帶回月球的岩石和土壤。據《中國日報》報道,國家航天局局長張克儉在4月的中國航天日慶典上聲稱,中國將在十年內於月球南極設置研究基地,以太空人在月球表面執行任務。ESA希望2050年在月球建立「月球村」,讓各國互相照應和合作科研。

太空公司也看到了商機。Orion Span希望2022年發射第一間太空酒店Aurora Station; SpaceX去年宣布,將於2023年運載首名旅客圍繞月球飛行;維珍銀河(Virgin Galactics)售價25萬美元的來回船票,已有超過700人買票排隊;日本公司iSpace亦計劃建立「地月交通平台」,並在月球上展開「兩極水源探索」。加上NASA在6月初宣布,最快於2020年開放它位於國際太空站(ISS)的部份予公眾旅遊之用。瑞銀(UBS)估算,太空旅遊市場總值到2030年將達30億美元。

健康風險成疑問

當公私營太空機構已視太空為人類必然的未來,更重要的科研自然在於到底我們可否成為「多行星生物」。首先,在如何使用月球水冰之前,我們仍然未知道它們是以什麼形式存在,是巨大冰塊還是與月球土壤混和的結晶?亦不知道為什麼水冰會藏在兩極,對月球為什麼會有水更是眾說紛紜。「我們已經有點想法,但仍未測試互相爭持的理論。」科羅拉多大學波德分校天體物理學家Paul Hayne說。

與與雙胞胎兄長Mark Kelly比較,Scott Kelly自太空居住一年回到地球後,出現多種身體變化。(Getty Images)

健康是另一大問題。ESA去年一份報告提到:「太空人在星體間太空活動累積的輻射量,比身處地球的人類所累積的高數百倍,也比在國際太空站工作的太空人高幾倍。」2011年NASA派遣好奇號(Curiosity)探測車時發現,若要前往火星,光是單程就會令太空人暴露於額外0.3西弗(sievert)輻射下,相當於照24次電腦斷層掃描(CT),是核電廠工人每年可接受輻射上限的15倍。儘管並非致命(每1西弗與增加5.5%癌症風險相關;8西弗足以致命),但輻射效果以至如何在太空航程中減少接觸輻射仍然未明。曾離開地球磁場保護的人就只有阿波羅任務太空人,但約翰霍普金斯大學表觀遺傳學家Andy Feinberg說:「當時沒有在太空人身上做基因組研究。」

Feinberg參與了NASA雙胞胎健康研究—比較在太空生活約一年後的太空人Scott Kelly與地球上孖生大哥的身體變化。Kelly回到地球後出現不少問題,例如認知能力測試分數降低。此外,研究人員不知道Kelly的基因表達改變對其健康有何影響,約翰霍普金斯大學生物學家說Lindsay Rzzardi指,這通常是身體的壓力反應,「但我們不知道極限在哪裏。」

曾在太空逗留一年的人已少之又少,要了解長期在太空生活或前往火星的風險,將需要更多人重返太空作更長期實驗。(Getty Images)

雙胞胎實驗很難有結論,畢竟只有一位測試者,且實驗只維持一年,若要執行為期兩、三年的任務,對人體又有何影響?NASA的人類研究路線圖(Human Research Roadmap)列出了人體在太空的風險,光是輻射就仍有極多未知之處,例如他們仍在努力找出太空人患上嚴重疾病前可承受的最高輻射量,以及這輻射整體上對太空人的免疫系統有什麼影響。NASA又不知道太空人因太空航程而不育的機會率;亦不知道骨質流失有多少是輻射導致;又或是輻射會否導致或惡化神經疾病。

或許人類可身處太空的時間有某個上限,想找出上限就要送更多太空人執行一年以上的任務。惟連同Kelly在內,至今只有六人曾在太空連續逗留超過340日。而更大的未知之處可能是心理健康上的風險。太空旅途需要讓幾個人逼在一個比國際太空站更小的太空船中,而且隨距離地球愈遠通訊愈延遲,這很可能會是一個漫長、孤獨、食物難吃、不自然的燈光令你睡不好的旅途。這些人的精神狀況會否因而有所改變?

NASA派人重返月球到前往火星的計劃(資料來源:NASA)

賓夕法尼亞大學心理學家Mathias Basner負責Kelly的認知測驗,他曾研究困於南極洲過冬的人的腦部有何變化:「你可以看到這些人的腦部在功能和結構上有變化……我們見過腦體積減少,基本上擴散至整個腦。」這些轉變在冬天結束後回復原狀,但在太空就無從稽考,因此也不知道如何治療。「太空人將經歷心理問題,因為他們是人。」 Feinberg說。

隨着各大太空機構和公司在月球為人類設下永久據點,將會有更多重大問題需要回答。或正如約翰霍普金斯大學地球學家Brett Denevi所說:「我們明白月球已經好過很多地方,但仍有問題尚待回答。月球的確是前往其他星球的踏腳石,即使這種說法已是老生常談,但完全是事實。」

上文節錄自第176期《香港01》周報(2019年8月19日)《月亮誘惑 太陽系博物館遍布資源》。

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