《征服宇宙》第五章 人造太阳与木卫三开发

杨振高

太阳就是恒星中的一种，恒星是一种由发光球体的等离子体，通过其自身重力保持在一起的天体。离地球最近的恒星是太阳。一些科学家认为恒星的生命始于主要由氢、氦和微量重元素组成的气态星云的引力坍塌。当恒星核足够致密时，氢通过核聚变稳定地转化为氦气，从而释放出能量。太空中的星形闪耀的恒星由于热核聚变的氢进入氦在其核心，释放能量横穿恒星的内部，然后辐射到太空。恒星都是气态星球。晴朗无月的夜晚，且无光污染的地区，一般人用肉眼大约可以看到6000多颗恒星，借助于望远镜，则可以看到几十万乃至几百万颗以上。

    恒星的最终归宿：小质量的恒星（如太阳），起先会膨胀，在这个阶段的恒星我们称之红巨星，然后会塌缩，变成白矮星，辐射、丧失能量，再成为黑矮星，最终消失。大质量的恒星，≥7个太阳密度的恒星则会变成红超巨星，它会选择以超新星爆发的形式结束生命，最终会成为中子星或黑洞（中国古代历史书有记载“由于超新星光量大，一颗超新星爆发，古人连续几个月都可以在晚上看到”），而中子星最终丧失能量，形成黑矮星。而一些科学家认为黑洞会向外射粒子，或许会变成白洞，或许会完全蒸发。

    宇宙由各种元素如碳、氢、氧、氮、氦和硫等组成，动植物要在地球、太阳系、银河系甚至宇宙中生存和发展，需要大量的光能和各种元素，这就是能源。恒星是人类赖以生存的能量来源，它可以给植物提供光合作用合成各种元素，可以给人类提供温暖和能量，地球上一切的能源都是恒星的光能所创造。动植物通过光和能源生存和发展，它们生命结束后经过千百万年地壳运动被埋在地下，于是变成煤和石油。而成煤和石油只是存储太阳能的两种形式。

    太阳系中除了地球外别的星球陆地上没有发现生命，一是别的星球离太阳太远没有足够的阳光照射，也可以说没有足够的温度。二是别的星球没有水。所以水、温度以及碳等各种元素是生命诞生必须的前提条件。太阳几乎是热等离子体与磁场交织着的一个理想球体。太阳质量的大约四分之三是氢，剩下的几乎都是氦，包括氧、碳、氖、铁和其他的重元素质量少于2%，太阳采用核聚变的方式向太空释放光和热。

    “国际热核聚变实验堆（ITER）计划”是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一，建造约需10年，1998年计划耗资400亿人民币左右。ITER装置是一个能产生大规模核聚变反应的超导托克马克，俗称“人造太阳”。2006年5月24日，中国国家科学技术部代表我国政府与欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国六方一起，在比利时首都布鲁塞尔草签了《国际热核聚变实验堆（International Thermonuclear Experimental Reactor）联合实施协定》。这标志着ITER计划实质上进入了正式执行阶段。ITER计划将历时35年，其中建造阶段10年、运行和开发利用阶段20年、去活化阶段5年。该计划集成当今国际上受控磁约束核聚变的主要科学和技术成果，首次建造可实现大规模聚变反应的聚变实验堆，将研究解决大量技术难题，是人类受控核聚变研究走向实用的关键一步，核聚变研究是当今世界科技界为解决人类未来能源问题而开展的重大国际合作计划。与不可再生能源和常规清洁能源不同，聚变能具有资源无限，不污染环境，不产生高放射性核废料等优点，是人类未来能源的主导形式之一，也是目前认识到的可以最终解决人类社会能源问题和环境问题、推动人类社会可持续发展的重要途径之一。

    木星的4颗较大卫星，即伽利略卫星，从内向外排列依次为木卫一、木卫二、木卫三、木卫四，它们与木星一起组成了一个小型的“太阳系”。木卫一，是木星的四颗伽利略卫星中最靠近木星的一颗卫星，它的直径3642 公里，是太阳系第四大卫星，表面环境极其恶劣，其表面星罗棋布地散落着超过400座活火山，所以硫磺四布。木星磁层的范围大而且结构复杂，在距离木星140-700万公里之间的巨大空间都是木星的磁层；而地球的磁层只在距地心5~7万公里的范围内。木星的四个大卫星都被木星的磁层所屏蔽，使之免遭太阳风的袭击。人类征服谷神星后，随着人类越来越多的卫星和探测器对木星、木卫二、木卫三和木卫四的研究取得重大和完整的探测进展，人类又打算研究和利用木星、征服木卫二、木卫三和木卫四。

    木星是太阳系八大行星中体积最大、自转最快的行星，从内向外的第五颗行星，中国古代称之为“岁星”。它的质量为太阳的千分之一，是太阳系中其它七大行星质量总和的2.5倍，所以木星是太阳系中的巨无霸。由于木星与土星、天王星、海王星皆属气体行星，因此四者又合称类木行星（木星和土星合称气态巨行星）。木星是一个气态巨行星，占所有太阳系行星质量的70%，主要由氢组成，占其总质量的75%，其次为氦，占总质量的25%，岩核则含有其他较重的元素。

    木星大气层中氢和氦的比例非常接近原始太阳星云的理论组成，然而，木星大气中的惰性气体是太阳的二至三倍。太阳星云是太阳和太阳系形成前在宇宙空间由气体和弥散的固体颗粒组成的星云。卡麦降提出的太阳星云演化的一种假说认为：“开始时太阳星云为一旋转的球状星云,然后形成一个盘状,由于强烈对流和其他机制作用,使角动量向外转移,并在其中心部分通过凝聚作用而形成太阳,由内往外形成类地行星和大行星。”近年有人提出质疑,说太阳星云是由于它附近的超新星爆发的辐射压力和冲击波,使之凝聚成太阳和太阳系。所以研究和探索木星有利于人类了解太阳早期活动情况、了解太阳是怎样形成的。这对人类能源利用和开发太阳能有着巨大的促进作用和巨大的价值，也是完善和加快人类核聚变的巨大契机，也许人类从木星上可以找到很多人造太阳和利用人造太阳的原理和知识。

    时间来到2041年，国际热核聚变实验堆（ITER）计划取得了成功，人类历史翻开了崭新的一页。清洁无污染的核能时代真正到来，核聚变不仅可以用于核电站发电，还可以小型化，广泛用于飞机、汽车、高能电灯（人造月亮），宇宙航天器和宇宙探测器等等。当然“人造太阳”的成功也标志着人类征服太空技术已经成熟。

    人类打算开发利用木星上巨大的、取之不尽的氢资源，氢是无色无味无臭，极易燃烧的由双原子分子组成的气体，氢气是最轻的气体。医学上用氢气来治疗疾病。氢气的爆炸极限：4.0~74.2%。氢气既可以做为燃料，又可以作为氢汽车动力的能源，还可以作为火箭和宇宙飞船的发动机燃料。木星有一个石质的内核，被一层含有少量、主要是氢元素的液态金属氢包覆着。金属氢是一种亚稳态物质，可以用它来做成约束等离子体的“磁笼”，把炽热的电离气体“盛装”起来，这样，受控核聚变反应使原子核能转变成了电能，而这种电能将是廉价的又是干净的，在地球上就会方便地建造起一座座“模仿太阳的工厂”，而人类现在正在实行的“人造太阳计划”，确是用强大的人造磁场把炽热的电离气体“盛装”起来，“人造太阳计划”既然取得了成功，人类将最终解决能源问题和对外太空星球改造问题。

    金属氢还是超导材料，用金属氢输电，可以取消大型的变电站而使输电效率在99%以上，可使全世界的发电量增加四分之一以上。如果用金属氢制造发电机，其重量不到普通发电机重量的10%，而输出功率可以提高几十倍乃至上百倍。金属氢问世，就如同当年蒸汽机的诞生一样，将会引起整个科学技术领域一场划时代的革命。不过木星深处的金属氢温度高达几千度左右，人类要获取木星大量的金属氢必须要有耐几千度高温以上的容器和机械臂才行。当然人类的宇宙飞船或者航天飞机还有克服木星巨大的大气压。

    木星中心的压力非常大，有人说：“如果人类在木星表面勺一勺液态氢，把它带回地球，它所释放的能力相当于几颗氢弹。”当然，也有人说：“太空没有气压，所有木星的液态氢被取起来的同时压力也到了释放，越越远离木星、液态氢的压力释放越多，所以危险是可控的。”

    人类的深海探测器如“中国蛟龙号”可以承受深海巨大的大气压，“中国蛟龙号”已经可以下到地球最深的海底遨游探测。人类打算下木星的氢气表面的海洋里遨游。于是中国联合世界各国研发像加强版的“中国蛟龙号”一样的氢海探测仪器，先用无人驾驶航天飞机送到木星大气层表面，然后放出由金刚石肯石墨制造的海探测仪器来探测木星表面的大气压和温度。当然人类也可以利用大量的抗高温和高压的感应仪器和高清摄像头来观察木星表面甚至内部。

    木星磁场十分强大，其背对太阳一面的磁场甚至延伸至土星轨道。木星已知卫星总数达到79 个，这证明其可用供人类开发利用的卫星非常多，其中最有潜能的是木卫二、木卫三和木卫四。木卫二、木卫三和木卫四于1610年由伽利略发现，称之为伽利略卫星。

    木卫一（伊奥），是木星的四颗伽利略卫星中最靠近木星的一颗卫星，它的直径3642公里，是太阳系第四大卫星，有科学家认为木卫一表面环境极其恶劣，其表面星罗棋布地散落着超过400座活火山，地表形态塑造周期较短。但是也有科学家有不同观点。

    与不少外太阳系的卫星不同，木卫一与类地行星有不少相似的地方，其表层由硅酸盐熔岩所构成，根据伽利略号所观测的数据中，它的内核可能由硫化铁所组成，其半径估计最少有900公里。 人们以前一直认为，木卫一表面定拥有不少环形山。可是从旅行者1号于1979年传回地球的照片中，木卫一表面的环形山并不多，并非如人们所想，这是因为其火山活动使它的地形不断改变。于是，人们便把它不断更新的表面看成是“年轻”的，因为这些地形是新近形成。

    除了火山外，木卫一其它的景观，仅有一些普通的山脉、溶化硫湖泊、深度达数百公里的破火山口，以及长达数百公里的低黏度液体在流动，可能是液态硫或是硅酸盐。此外，木卫一的硫磺及其化合物拥有多种不同的颜色，形成了它独特多变的外观。

    有些科学家从两艘旅行者号传回的多张照片作出分析，相信木卫一表面的熔岩流，主要由融化了的硫化物所组成。但是从地面的红外线研究结果中，测得木卫一热点的温度可高达2000K，比硫的沸点还要高出1300K，因此有指这些熔岩不太可能是硫，木卫一的整体平均温度为130K，比热点温度低得多，而最新的理论也指出那些熔岩流是由硅酸盐组成，所以肯定这些熔岩流是像地球一样的岩浆。根据哈勃太空望远镜的观测结果，这些物质可能富含金属元素钠，在不同地方也可能含有不同的物质。木卫一的火山喷发有点像早期地球的火山喷发。

    木卫一大气层极端稀薄，只有地球大气压力的十亿分之一，主要的成分是二氧化硫，  氯化钠、一氧化硫及少许氧。其他伽利略卫星均拥有固态水，木卫一所含的水却极少，有人认为是早期的木星温度很高，其热力可以蒸发木卫一上的水，但其他大型卫星的水则不足以蒸发。而我认为是木卫一内部温度过高导致火山喷发频繁而蒸发了大量的水。

    有科学家认为木卫一所有活动所需要的能量可能来自于它与木卫二、木卫三及木星之间的交互引潮力。这三颗卫星的共动关系固定，木卫一的公转周期是木卫二的一半，后者是木卫三的一半。虽然木卫一就像地球的卫星月球一般，只用固定的一面朝向其主星，由于木卫二与木卫三的作用使它有一点点不稳定。它使木卫一扭动、弯曲，大约有100米长，并在复原扭曲的循环中产生能量。

    木卫一同样切割木星的磁场线，生成电流。对于引潮力而言由此产生的能量不多，但电流的功率仍有1兆瓦特。它也剥去了一些木卫一的物质，并在木星周围产生强烈的凸起状辐射。在凸出面中脱离的粒子部分地造成了木星的巨大磁层。

    木卫二比地球的卫星月球稍微小一点，木卫二有一个含氧的稀薄大气，与类地行星相似，主要由硅酸盐岩石组成。木卫二其外层分布着厚度达100公里的冰层，由于其存在内部能量源，冰下深处或拥有液态水世界，这层液态的水有一百千米深左右，由引潮力带来的热量保持液态，所以木卫二冰层下面的海洋拥有像地球早期一样的海底生物。木卫二表面非常“光滑”，只能看到极少的数百米高的地形，撞击坑数量较少，这说明“欧罗巴”星球的地质构造比较活跃，木卫二有一个小型金属内核。木卫二表面没有陆地，而在厚厚的冰层之下存在着一个覆盖全球的海洋，木卫二的海洋正在吸收大量的氧气，它所吸收的氧气量比此前的模拟预测结果还要多得多。而这些氧气足够支持多种生命形态的存在。木卫二是除地球之外，太阳系中唯一一个有大量的液态水存在的地方。木星的第一颗卫星上有大量的火山，而第二颗卫星上却有大量的冰川，木星轨道真是冰火交加。

    木卫三公转周期约为7天，是太阳系中最大的卫星，直径大于水星，质量约为水星的一半，木卫三主要由硅酸盐岩石和冰体构成，分层明显，拥有一个富铁的、流动性的内核。木卫三体积大于水星，是太阳系中已知的唯一拥有磁圈的卫星。木卫三的冰盖下有一片咸水海洋，液态水含量超过地球。木卫三拥有一层稀薄的含氧大气层，其中含有原子氧，氧气和臭氧。木卫三是由近乎等量的岩石和水构成的，水主要以冰体形式存在，冰体的质量占卫星总质量的46-50%。

    木卫四由近乎等量的岩石和水所构成，平均密度约为1.83克/厘米。木卫四表面物质包括冰、二氧化碳、硅酸盐和各种有机物。木卫四内部可能存在一个较小的硅酸盐内核，同时在其表面下100千米处有一个液态水构成的地下海洋存在。

    世界各国的科学家又聚集一堂讨论如何征服木卫二、木卫三和木卫四，一些科学家说：“木卫二表面有大量的干冰，可以把它变成海洋用来养鱼和研究观察木星的前沿基地。”一些科学家说：“说到养鱼最适合的可能是木为四，木为四表面全部由厚冰覆盖，乃当之无愧的水星。木卫四离木星较远，在木卫四上建立基地的好处在于它的较低辐射、地质上的稳定性。”一些科学家说：“既然木卫三主要由硅酸盐岩石和冰体构成，那木卫三就具备有地球的很多资源，如硅酸盐就是硅、氧与其它化学元素 （主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等）结合而成的化合物的总称。它在地壳中分布极广，是构成地球多数岩石（如花岗岩）和土壤的主要成分。硅酸盐大多数熔点高，化学性质稳定，是硅酸盐工业陶瓷、玻璃、搪瓷、水泥、耐火材料等各种成品和材料的主要原料，中国广西的北流市就是一个硅酸盐很多的城市。硅酸盐制品和材料广泛应用于各种工业、科学研究及日常生活中。我们既可以利用木卫三上的冰分解氧气、氢气和二氧化碳，又可以利用硅酸盐分解制造铝、铁等金属，以及分解利用钙、镁、钾、钠等动植物营养液。还可以利用硅酸盐制造陶瓷、玻璃、搪瓷、水泥、耐火材料等各种成品和材料，这样就解决了人类生活必需品问题。我们大量分解木卫三的冰后，因为木卫三有磁场，所以可以留住很多氢气和氧气以及二氧化碳，木卫三有了大量的气体后温度就会不断升高，到那时候木卫三就是第四个地球了。”大家欢呼雀跃。另外一些科学家说：“有了木卫二、木卫三和木卫四做为基地，我们可以更加方便快捷探测和利益木星上巨大的氢能源。”大家又欢呼鼓掌。

    此时，人类科学技术更加厉害，人类于是在谷神星制造大量有人驾驶飞船和无人驾驶飞船，人类纷纷发射登陆器登录木卫四、木卫三和木卫二，探测木卫四、木卫三环和木卫二境安全后人类又像征服谷神星一样，先在木卫三上建设光伏发电站和激光发射场，因为木卫三有磁场，再加上木星亦具有很强的磁场，所以木卫三也受到木星磁场的一定保护。木卫三磁层和木星磁场的相互影响与太阳风和地球磁场的相互作用在很多方面十分类似。木星和木卫三的磁场能够阻挡大部分太阳风和将宇宙中的带电粒子挡在地球大气层外，所以在木卫三上工作的宇航员、工程师和各种专家学者及施工人员得到了保护。

    因为木卫三离太阳有点远，太阳能又比谷神星弱很多，木卫三处于木卫二和木卫四中间，人类于是通过详细的计算先把核聚变（人造太阳）装置运送到木卫三的合适轨道上，因为人造太阳太小，所以人类可能要在木卫三静止轨道发射十颗左右人造太阳才可以照射到半个木卫三。人类用在木卫三上的强激光发射器不断给人造太阳点火，随着点火成功，木卫三轨道上突然“嘭”的一声巨响，出现了一个巨大的火球，这就是人造太阳。人类一个个的给轨道上的人造太阳点火，一直到照射到半个星球为止。这样核聚变人造太阳发出的巨大光源分散照射到木卫三。木卫三有了足够的光源和温暖的环境后，冰和岩石、土壤开始分化，木卫三形成了大海、陆地和河流，随着水蒸气大量蒸发，木卫三上空开始形成云层，而木卫二木卫四上空也出现了大量空气。于是木卫三上各种有机物开始出现，而且大量繁殖，接着大量单细胞生物开始出现，接着就是大量多细胞生物开始出现。当然木卫二和木卫四的海底下也出现了更多生物。人类改造星球就好像中国古书《三五历纪》所说的那样：“天气蒙鸿，萌芽兹始，遂分天地，肇立乾坤，启阴感阳，分布元气，乃孕中和，是为人也。”

    征服了木卫三后，人类又建造了几艘像海陆两用的大飞机一样的航天飞机，准备深入木星气体表面探测研究。木星外大气层明确依纬度分为多个带域，各带域相接的边际容易出现乱流和风暴，最显著的例子是大红斑。航天飞机从木卫三出发，徐徐降落在木星多个带域上面空气里面，随着下降的深度越来越多大，航天飞机承受的压力也越来越大，下到极限的压力承受点后，航天飞机放出中国加强版的蛟龙号探测器，继续往下探测木星的内部情况，探测器发现越往下，木星氢的密度越大，氢气的温度也越高。蛟龙号探测器下到压力的极限位置，于是得到木星中部的各种各样的数据，航天飞机上的电脑不断把各种探测数据传回木卫三，人们欢呼雀跃。完成各种科学探测后，蛟龙号探测器吸满几吨的气态氢后缓缓收回，航天飞机上的电脑感应到蛟龙号探测器回收到舱内后，起飞返回木卫三。

    科学家开始观察和研究木星的深层氢气，发现主要成分真的是氢，其次为氦，再其次就是甲烷、氨、重氢、乙烷、水。科学家们欢呼雀跃。一些科学家说：“木星那么大，氢气更是非常庞大，如果人类从木卫三上制造发射大量无人驾驶宇宙飞船和无人驾驶航天飞机到木星轨道上空收集大量的木星空气氢气，那我们将会有用不完的氢能”。一些科学家说：“木星这样大量的氢气也可以作为人类星际飞行的能源中继站”。另外一些科学家说：“木星有大量的氢而木卫二和木卫四却有大量的冰水，那木星与木卫二和木卫四就成为了人类太空探索和旅行的能源供应站点，以后人类的宇宙飞船或者航天飞机从地球、火星和谷神星来木卫二、木卫三和木卫四旅行和移民费用将大幅降低，因为不需要再携带返程能源。当然，木星、木卫二、木卫三和木卫四大量氢、水和冰资源的开发利用也为人类征服木星以外的外太空提供强大的能源基础。”

    人类于是源源不断的从地球、火星、谷神星移民木卫三，开拓土地，建设房子。人类源源不断移民木卫三，也开始大面积种植蔬菜、开辟牧场，随着移民越来越多，木卫三出现了城镇、商业中心和各种娱乐设施，人类于是在木卫三修建大量的工厂来提炼各种矿产资源，有了大量工厂后木卫三的温室效应使得木卫三越来越暖和，越来越像地球，由于移民的大量涌入和人口的大量繁殖，木卫三又变成了人类的一个巨大的市场，很多地球、火星和谷神星上的企业纷纷在木卫三上投资建厂，木卫三不久又变成了人类新的乐园。人类征服海洋导致的地理大开发，促使了人类第一次功业革命的爆发。而由于太阳系里人类生存繁衍的大移民，人类的第五次工业革命和科技革命也爆发。