第2章
太空旅行的新黄金时代

你的光芒是我精神的源泉。你是我的太阳，我的月亮以及我所有的星星。

——E.E.卡明斯

不像中国海洋舰队经历了几世纪的没落，美国载人太空项目在冷落了十年后，正在经历重生。许多因素正在扭转这一趋势。

其中一个是来自硅谷的企业家注入的资源。私人资金和政府财政的罕见组合使制造新一代的火箭成为可能。同时，太空旅行花费的减少使得一系列的项目变成可能。公众对太空旅行的支持也达到了最高点，因为好莱坞电影和电视剧重新点燃了美国人对太空探索的热情。

而且最重要的是，NASA最终重新找回了工作重点。2015年10月8日，在经过多年的混乱、动摇和犹豫不决后，NASA终于宣布了它的长期目标：把宇航员送上火星。NASA甚至给自己描绘了一组粗略的目标，从回到月球开始。即使不是一个最终的目标，月球只是登陆火星这个更宏伟目标的一个跳板，这也让这个曾经漫无目标的机构突然有了方向。分析人士为这个决定欢呼，并将此举总结为NASA再一次夺回了太空探索的领导地位。

所以首先，让我们来谈谈离我们最近的天体邻居——月球，然后再飞向更遥远的深空。

回到月球

NASA回到月球的信心是SLS（太空发射系统）重型推进火箭和猎户座号太空舱的组合，它们都是时任美国总统奥巴马在21世纪初，经费削减后遗留的项目。那时他取消了星座计划，但是NASA还是挽救了星座计划的太空舱、猎户座号太空舱，还有SLS重型推进火箭。当时它们还处于计划阶段，而且由完全不同的项目发起，最后修补到一起成了NASA的基本发射系统。

当前，SLS/猎户座号火箭被列入2020年中期载人月球飞行计划中。首先，你会注意到这个组合系统看起来一点儿也不像它的直系前任——航天飞机，反而有点儿像土星5号火箭。在大约45年的时间里，土星5号已经成了一件博物馆展品。但在某种意义上，它又以SLS重型推进火箭的形式复活了。看着这个组合系统，你会有某种似曾相识的感觉。

SLS能够承载130吨的负荷。它有322英尺高，可以和土星5号火箭相媲美。与坐在航天飞机火箭一侧的飞船里不同，坐在推进火箭顶端的太空舱里，就像土星5号上的阿波罗号宇宙飞船那样，因为SLS/猎户座号的设计主要是为了运送宇航员而不是货物。此外，SLS/猎户座号的设计不仅仅是为了到达近地轨道。它还要像土星5号一样，速度能达到地球的逃逸速度。

猎户座号太空舱可以搭载4~6名成员，而土星5号火箭运载的阿波罗号太空舱只能容纳3人。像阿波罗号太空舱一样，猎户座号太空舱的内部也很狭窄。它的直径有16英尺，高11英尺，重5.7万磅。（因为空间是第一优先考虑要素，所以历史上的宇航员都是小个子。例如，尤里·加加林只有1.57米。）

此外，不像土星5号火箭，是专门为飞到月球而设计的，SLS火箭几乎能把你带到任何地方——月球、小行星，甚至火星。

亿万富翁们受够了NASA官僚作风的缓慢步伐，想尽快把宇航员送到月球甚至火星上去。时任总统奥巴马的提案迷惑了这些年轻的企业家，因为提案说私人企业可以接管载人太空项目。

NASA的拥护者声称其谨慎的步伐是出于安全的考虑。由于航天飞机两次带来灾难性的后果，国会听证会几乎在公众的强烈反对声中完全关闭了太空项目。所以只要再有一次这种程度的失事就会终结这个项目。此外，他们还指出，在20世纪90年代，NASA曾试图采用“更快，更好，更便宜”的标语。然而，1993年“火星观察者号”在即将进入火星轨道时，由于燃料箱破裂而失去了控制，于是许多人认为，NASA可能对此项目太过仓促了，而后“更快，更好，更便宜”的标语被悄悄地放弃了。

因此，需要在想要加快步伐的急性子人群和对安全与失败代价风声鹤唳的官僚中找到一个微妙的平衡。

尽管如此，两位亿万富翁已经在快速发展太空项目方面占据了领先位置：亚马逊的创始人兼《华盛顿邮报》的老板杰夫·贝索斯，还有Paypal（在线支付服务商）、特斯拉和美国太空探索技术公司（SpaceX）的创始人埃隆·马斯克。

媒体已经开始炒作有关“亿万富翁争夺战”的话题。

贝索斯和马斯克都想把人类送到外太空去。而马斯克已经将眼光瞄准了火星，贝索斯则有一个更直接的目标——到月球上去。

去月球

来自四面八方的人聚集到了美国佛罗里达州，希望能看一眼第一个把宇航员送上月球的登陆舱。月球登陆舱在人类历史上史无前例地在一次航行中搭载三名宇航员，与另一个天体相遇。到达月球的旅行要花费三天时间，宇航员将经历前所未有的体验，例如失重。在经历了一次英勇的航程后，飞船会安全地落到太平洋上，飞船上的成员将会以英雄的身份凯旋，为世界历史翻开新篇章。

所有的计算都用牛顿定律完成了，并确保了一次精确的航行。但是有一个问题，事关儒勒·凡尔纳1865年出版的一本具有预见性的小说《从地球到月球》中的一个故事。那时美国南北战争刚刚结束。月球之旅的组织者不是NASA的科学家，而是巴尔的摩枪支俱乐部成员。

真正卓越的是儒勒·凡尔纳在第一次登月的100多年前，就能够预言那么多月球航行的实际特点。他能够正确描绘太空舱的尺寸、发射的地点，还有回到地球时着陆的方法。

他这本书唯一的瑕疵是使用了一门口径巨大的火炮来把宇航员送到月球。发射时的瞬时加速度大约是引力的2万倍，这是飞船上任何一位成员都无法承受的。然而，在液态燃料火箭出现之前，凡尔纳没有其他方法来想象这个旅行。

凡尔纳还假设了宇航员会经历失重，但这只有当他们处于月球和地球中间的某个点上时才会发生。他没有意识到宇航员在整个航程中都是处于失重状态的。（即使今天，评论员还是会对失重问题犯错误，有时说那是由于太空中没有引力造成的。事实上，太空有非常强大的引力，足以驱使像木星一样巨大的行星围绕太阳转。失重是由这样一种事实造成的：每样东西都以同样的速率下落。所以在宇宙飞船中的宇航员将会以和飞船一样的速率下落，并产生一种错觉，认为引力消失了。）

今天，并不是巴尔的摩枪支俱乐部成员的私人财富在推动着这项新的太空竞赛，真正的推动力是像杰夫·贝索斯这样的富翁的支票夹。他没有等待NASA用纳税人的钱来建造火箭和发射架，而是成立了自己的公司“蓝色起源”。他用自己的钱来建造这些东西。

这个项目已经完成了计划阶段。蓝色起源公司已经建造了自己的火箭系统，名为“新谢泼德号”（New Shepard）（以第一位通过亚轨道火箭进入太空的美国人艾伦·谢泼德的名字命名）。事实上，新谢泼德号火箭是世界上第一艘成功回到初始发射平台的亚轨道火箭，一举打败了埃隆·马斯克的战隼号火箭（第一艘可重复使用并向地球轨道输送有效载荷的火箭）。

贝索斯的新谢泼德号火箭只是亚轨道火箭，这意味着它不能以每小时1.8万英里的速度进入近地轨道。虽然它也不能带我们到月球上去，但可能是第一艘可以带游客看一眼太空的美国火箭。蓝色起源近期发布了一段视频，是在新谢泼德号上的假想视频，看上去就像你在一艘豪华游轮的头等舱里。当你进入太空舱后，它宽敞的空间将给你留下深刻的印象。远不像科幻电影里看到的狭窄空间，那里有充裕的空间留给你和其他5位旅行者坐上豪华的躺椅，那时你会立刻陷入黑色的真皮座椅中。你可以通过2.4英尺宽、3.5英尺高的巨大窗子往外看。“每个座位都有窗子，那是太空最大的窗子。”贝索斯声称。太空旅行从未如此华丽。

因为将要进入外太空，你必须准备一些预防措施。在旅行的两天前，你要飞到得克萨斯州的范霍恩，那里有蓝色起源公司的发射装置。在那里，你将遇到你的旅行伙伴，并听取机组人员的简短讲话。因为这个旅行是完全自发的，机组成员并不随旅行者一起飞上天空。

你的指导员向你解释整个旅行将耗时11分钟，你将垂直升空62英里，到达大气层和外太空的边界。在那里，天空将会变成暗紫色，然后变得一片漆黑。一旦太空舱到达外太空，你就能解开座位安全带，然后体验4分钟的失重。你会像一名杂技演员一样飘浮，不受地球引力的束缚。

有些人在体验失重的时候会晕机并呕吐，但这不是什么问题，指导员如此解释道，因为这个旅行的时间非常短。

（为了训练宇航员，NASA使用了“呕吐彗星”，那是一架能够模拟失重的KC–135飞机。呕吐彗星会在垂直升起后突然关闭它的引擎大约30秒，然后落下。宇航员就像被扔到空中的石头，经历自由落体运动。当飞机重新启动引擎后，宇航员会落到地板上。这个过程会重复几个小时。）

在新谢泼德号旅行的最后，太空舱会打开降落伞然后用它自己的火箭缓缓降落，回到地面。它没有在海洋中降落的必要，也不像航天飞机，而是有一个安全系统。如果在发射过程中发生误点火，你可以从火箭中被发射出去。（“挑战者号”航天飞机就没有这样一种发射系统，7名宇航员因此丧生。）

蓝色起源还没有公布这次进入太空的亚轨道旅行的价格表，但是分析专家认为初始价格可能是每位旅行者20万美元左右。这是另一位亿万富翁理查德·布兰森正在开发的一款亚轨道火箭单次旅行的价格。他曾在太空探索史上留下了自己的印记。布兰森是维珍大西洋航空公司和维珍银河系公司的创始人，他还支持了航空工程师伯特·鲁坦的探索。2004年，鲁坦的“宇宙飞船1号”因赢得4000万美元的安萨里X奖而登上头条。宇宙飞船1号能够到达地球表面70英里之上的大气层边缘。尽管“宇宙飞船2号”在2014年飞越莫哈韦沙漠上空时发生了一次致命的事故，但是布兰森还是计划继续测试火箭并把太空旅行变成现实。时间将告诉我们，哪个火箭系统会获得商业成功。但似乎很明显，太空旅行将会成为生活的一部分。

贝索斯正在制造另一艘火箭，用它把人类送入地球轨道。那是“新格列号”火箭，它以第一位进入地球轨道的美国宇航员约翰·格列的名字命名。这艘火箭将会是一个三级火箭，立起来有313英尺高，能产生380万磅的推力。尽管新格列号火箭还处于设计阶段，贝索斯已经暗示他正计划制造一艘更加先进的火箭，名为“新阿姆斯特朗号”。也许它能飞越地球轨道，然后一直到达月球。

当他还是个孩子的时候，贝索斯就梦想着到外太空去，同行者主要是《星际迷航》里“企业号”的成员。他希望参与到基于这部电视剧而创作的戏剧中，扮演斯波克，柯克船长，哪怕是里面的计算机角色。高中毕业时，大部分青少年可能会幻想他们的第一辆汽车或者毕业舞会，但那时他拟定了下一个世纪的梦想计划。他说自己想“在太空建造旅馆、游乐场、游艇和移民地，让两三百万人绕着地球飞行”。

“这个想法就是保护地球……目的是让人类能够撤离。这颗星球将成为一个花园。”他写道。正像贝索斯看到的，地球上的污染行业最终会被转移到太空中去。

为了用实际行动证明自己，成年后，他成立了蓝色起源公司来建造未来的火箭。他的火箭公司的名字指的就是地球这颗行星，因为从外太空看，它是一颗蓝色的球。他的目标是“为付钱的顾客开发太空旅行项目。蓝色的梦想非常简单”。他说道：“我们想看到上百万的人在太空生活和工作。虽然那将花费很长时间，但是我想那是一个值得实现的目标。”

2017年，他宣布了蓝色起源的一个短期计划，为月球建立一套传输系统。他规划了一项宏大的工程。就像在亚马逊网站只要点击一下鼠标就能迅速地投递许多种不同的商品，这个工程可以向月球投递机器、建筑材料以及商品和服务。月球曾经被认为是太空中一所孤独的前哨站，现在将成为一个热闹的工业和商业中心，配有永久的人类基地和制造业。

这段不经意的关于在月球上建造城市的对话，可能会被一般人当成古怪的疯言乱语而被忘掉。但是当它是从地球上最富有的人嘴里说出来，而他的听众是总统、国会和《华盛顿邮报》的编辑们时，这件事情就会被非常认真地对待。

永久的月球基地

为了支付这些远大工程的开销，天文学家已经研究了在月球上采矿的物理条件和经济性，并注意到至少有三个潜在的资源值得开发。

20世纪90年代，一次不经意的发现引起了科学家的注意：在月球的南半球存在大量的冰。在那里，在大型山脉和陨石坑的阴影里，有一处永久的黑暗之地处于冰点之下。这片冰的起源大概是在太阳系早期历史上的一次彗星碰撞。彗星主要由冰、尘埃和岩石构成，所以任何一个撞到这些月球阴影区域的彗星都可能留下这片水和冰。这些水反过来可以转化成氧和氢（这恰好是火箭燃料的主要成分）。这可以使月球成为一个宇宙加油站。这些水还可以净化后用来饮用，或者用来建设一个小型的农场。

事实上，另一群硅谷的企业家已经成立了一家名为“月球快车”的公司，用来推进从月球采冰的准备工作。这是史上第一家得到政府许可开始这种商业活动的公司。然而，月球快车的主要目标非常审慎。这家公司计划将一辆月球车送到月球上，系统地寻找冰矿场的存在。这家公司通过私人基金筹集了足够多的钱来完成这项计划。随着资金的到位，所有的系统都将开始运转。

科学家已经分析了阿波罗号宇航员带回的月球岩石，并且相信月球上存在其他具有显著经济意义的元素。稀土元素对电子工业至关重要，但大都只有在中国才能找到。（稀土元素在世界各地都有小量分布，但中国的稀土行业占据了全世界交易量的97%。中国的稀土储量大约占全世界储量的30%。）有估计表明，这类稀土元素供应将在未来几十年里枯竭，因此迫切需要寻找替代元素。在月球的岩石里已经发现了稀土矿，所以有一天可能从月球上提取它们会更划算。铂是另一种对电子工业非常重要的元素，在月球上也发现了类似铂的矿物，它可能是古代小行星撞击留下的。

最后，还有可能找到在核聚变中非常有用的氦–3。氢原子在极端高温条件下聚合到一起，这种反应就是氢的核聚变，会产生氦和大量的能量。这些多出来的能量可以用来驱动机器。然而，这一反应过程也会产生大量的中子，这是非常危险的。在聚变过程中加入氦–3的优点是，这个过程会释放一个质子。而质子可以很容易地用电磁场控制和转向。热核反应堆还是高度试验性的，而且至今为止，地球上还不存在。但是如果能成功地开发它们，就可以从月球上开采氦–3，就能为将来的热核反应堆提供原料。

但是这也引出了一个棘手的问题：在月球采矿是否合法。或者说，可以在那里划界宣布主权吗？

1967年，美国、苏联和许多其他国家签署了《外层太空条约》，禁止任何国家声明对月球这样的宇宙天体享有所有权。它禁止在地球轨道使用核武器，也禁止在月球或太空其他任何地方使用核武器。对这些武器的试验也被禁止。《外层太空条约》是第一个也是迄今唯一一个这类协议。

然而，这个协议没有提到任何关于私人拥有土地或使用月球资源进行商业活动的内容，这大概是因为那些起草协议的人不相信私人有能力到达月球。但是这些问题必须尽快解决，特别是现在太空旅行的价格在持续下降，那些亿万富翁想要将外太空开发利用商业化。

中国人已经宣布，他们将在2025年把宇航员送上月球。如果中国人能在月球插上自己的旗子，那将是具有象征性的。但是如果一些私人开发者通过他们的私人宇宙飞船到达月球后，划界宣布个人所有权，那将会发生什么？

一旦解决了这些技术和政治问题，下一个问题就是，真的住在月球上会怎么样？

住在月球

我们最早的宇航员只在月球上待了很短的时间，通常是几天。为了建造第一所载人前哨站，未来宇航员将要在那里度过更长的时间。他们将需要调整以适应月球条件，那里和地球上的条件完全不同。

限制我们的宇航员在月球上停留时间的因素有食物、水和空气的供应等，因为他们几个星期就将耗尽所携带的补给。一开始，所有的东西都必须从地球上运输过去。月球无人探测器还要每隔几周就给空间站运送补给。这些运输系统将成为宇航员的生命线，所以它们发生的任何事故都可能变为紧急事件。建设月球基地，即使只是一个临时基地，为宇航员要做的第一件事可能就是生产呼吸用的氧气和种植他们自己的食物。有许多化学反应可以释放氧气，水源的出现提供了现成的供应。而且这个水源也可以用在水田里种植农作物。

幸运的是，与地球间的通信将不会是什么问题，因为无线电信号从月球到地球只需要几秒钟。除了这一点点的延迟，宇航员还可以像在地球上一样使用他们的手机和互联网，所以他们可以和自己亲密的人保持联系，并接收最新的消息。

一开始，我们的宇航员必须住在太空舱的内部。当他们出去探险时，第一件事就是展开太阳能电池板收集能量。因为月球上的一天相当于地球上的一个月，月球上的任何地方都是两周白天接着两周黑夜。因此他们需要大块的电池来储存那两周“白天”收集的能量，以便在接下来的漫长“黑夜”中使用。

一旦到了月球，有几个原因会促使宇航员想到极区去。在极区的几座山峰上，太阳是永远不落的，所以一个配有几千个太阳能板的太阳能农场能提供持续稳定的能量。宇航员也许还能获得在极区巨大山脉和陨石坑的阴影处的水源。有估计认为，在北极地区也许能找到6亿吨的冰。一旦开始开采作业，就可以大量收集这些冰，并将其净化为饮用水使用，这些冰还可以用来制造氧气。开发月球上的土壤也是可能的，那里含有惊人储量的氧气。事实上，每1000磅月球土壤中就含有大约100磅氧气。

宇航员还必须调整适应月球的低重力。根据牛顿的引力理论，任何星球的引力大小都和它的质量相关。月球的引力大约是地球的1/6。

这意味着，在月球上，即便移动很重的机器也很容易；逃逸的速度也慢很多，所以火箭在月球上的起飞降落也将容易很多。在将来，人类很有可能在月球上建造一座繁忙的太空港。

但是我们的宇航员还必须重新学习简单的动作，比如走路。阿波罗号宇航员认识到在月球上走路是非常别扭的一件事。他们发现，最快能掌握的动作是蹦。因为月球上的低重力，你蹦一下比迈一步移动得更远，而且也更容易控制你的运动。

另一个需要应对的问题是辐射。持续几天的任务并不是什么严重的问题。但是如果宇航员需要在月球上待几个月，他们的身体就得长时间暴露在辐射中，这可能严重地增加他们患癌症的风险。（在月球上，再简单的疾病问题也可能升级成对生命的威胁。所以所有宇航员必须进行急救训练，他们中的一些人可能还是医生。例如，如果一名宇航员在月球上心脏病发作或者患上阑尾炎，医生很可能将利用特殊工具与地球建立远程会议系统，通过遥控的方式来进行手术。机器人也可以被带去，通过地球上技术高超的医生的引导，做多种形式的显微手术。）宇航员还需要从监控太阳活动的天文学家那里获得每天的“天气报告”。这些天气预报不需要指出即将到来的暴风雨，但需要对活跃的太阳耀斑活动给出警报。这些活动将向太空发出炙热的辐射流。如果太阳上发生大爆炸，宇航员就会被告知寻找掩蔽体。警告发出后，宇航员将有几个小时的时间，在一场致命的亚原子带电粒子风暴袭击基地前做好准备。

规避辐射的一种方法大概是在月球的熔岩洞穴里挖一座地下的基地。这些地下洞穴是古代火山的遗迹，可能很大，直径可达1000英尺，可以提供足够的保护，使宇航员免受来自太阳和外太空的辐射。

一旦宇航员建立起临时的防护，就会有大量来自地球的机械和补给运输，为建造永久的月球基地做好准备。运输已经预先建造的材料和可充气的物品将会加速这个进程。（在电影《2001太空漫游》中，宇航员住在巨大的现代化地下月球基地中，里面配有着陆平台可用于火箭着陆，也可作为协调月球采矿作业的总部。我们的第一座月球总部的功能也许不会那么全面，但电影里出现的场景大概不久就会实现。）

在建造这些地下基地的过程中，你将不可避免地想要具备建造和修理机器的能力。尽管推土机和起重机这样的大型设备必须从地球运输过来，但是通过3D打印，宇航员也能在现场制造小型的塑料机器零部件。

理想的情况下，工厂将会用金属建造而成。但是不太可能建一座高炉，因为无法提供熔炉需要的空气。然而，实验表明，月球的土壤在被微波加热后，可以熔化和熔融，制成像岩石一样硬的陶瓷砖块，这些砖块可以用作整个月球基地的基本建筑材料。原则上，所有的基础设施都可以用这种材料来建成，这种材料可以直接从月球土壤里采集。

月球上的娱乐消遣

最后，还有一些消遣项目可以帮助宇航员释放压力。当“阿波罗14号”在1971年登陆月球时，NASA并不知道指挥官艾伦·谢泼德秘密地将一支6号高尔夫球杆偷偷带进了太空舱。当他把球杆拿出来然后在月球表面用一个高尔夫球打出200码 时，所有人都非常吃惊。这是第一次也是仅有的一次人类在另一个天体上从事一项体育活动。（这支高尔夫球杆的复制品现在被陈列在华盛顿特区的史密森尼学会的国家航空航天博物馆。）由于月球表面缺乏空气和重力，因此在上面进行体育活动的确是一种特殊的挑战，但这也将带来非凡的体育成绩。

阿波罗15、16和17号让我们的宇航员得以在满是灰尘的月球表面开着漫步车移动了17~22英里。这不仅是一项有价值的科学任务，还是一项刺激的探险，他们可以看到外面雄伟壮观的陨石坑和山脉，而且他们是第一批看到过这些令人震惊的景象的人。在未来，开着这些沙丘轻型车不仅有助于对月球表面进行调查研究，安装太阳能板和建设第一座月球站，它也会成为一种娱乐活动，甚至会使首届月球运动会成为可能。

外星地貌的奇特景观可能会使月球旅游和探险成为一种流行的娱乐活动。在低重力的条件下，远足旅行者即使长途跋涉也不会感觉累。登山者用很小的力气就能用绳索从山崖边上下来。在陨石坑和山脉的山顶上，他们将会看到前所未有的月球地貌景观。毫不夸张地说，那里几十亿年来都未曾有人到达。那些喜欢探索洞穴的人将会非常激动地研究月球上交错的巨大岩浆洞穴网。在地球上，这种洞穴是由地下河流雕刻而成的，并以钟乳石和石笋的形式保留了古代水流过的证据。但是在月球上，没有明显的液态水存在。因此月球上的洞穴被熔化的岩浆流重塑。它们和我们在地球上看到的山洞是完全不同的。

月球从何而来？

一旦采矿作业成功地开发出在月球表面勘探到的资源，我们的目光就不可避免地转向更加富饶的地下财富。找到它们将会改变经济格局，就像在地球上碰巧意外发现了石油一样。但是月球的内部是什么样的？为了回答这个问题，我们必须思考另一个问题，月球从何而来？

在上千年的时间里，月球的起源一直吸引着人类。因为月亮统治着黑夜，人们常常将它和黑暗还有疯狂联系到一起。疯狂（lunatic）这个单词来自月（luna），即拉丁语月亮的意思。

古代的海员痴迷于月球、潮汐和太阳的联系，并且正确地确定了三者的紧密关联。

古人还注意到另一个有趣的事实：你只能看到月球的一侧。想想一直以来你看到的月亮，你就会意识到自己一直在看月亮的同一侧。

艾萨克·牛顿最终把这些谜一样的碎片拼到了一起。他计算了由月球和太阳对地球海洋的吸引力引起的潮汐现象。他的理论表明，地球也会在月球上引发潮汐效应。因为月球是由岩石构成的，没有海洋，它实际上是在被地球挤压，而这种力量使它轻微地隆起。它曾经一度在绕着地球旋转的轨道上自转。最终，这种旋转变慢，直到月球的自转被地球锁定，因此它朝向我们的总是同一面，这就叫潮汐锁定。这种现象在整个太阳系都会发生，包括木星和土星的卫星。

使用牛顿定律，你还能确定潮汐力正在使月球缓慢地沿螺旋路线远离地球。它的轨道半径每年增大1.6英寸 。若想测量这个微小的变化，我们可以通过向月球发射激光，然后计算这束激光返回地球所需的时间——我们的宇航员在月球上留下了一面镜子，可以帮助我们完成这个试验。这个来回只需要大约两秒，但是这个数值正在逐渐增加。如果月球正在螺旋式飞离，那么，通过倒推法，我们就能估算出它过去的轨道。

一个快速的计算表明，月球是在几十亿年前和地球分离的。现代证据表明，45亿年前，在地球形成后不久，地球和某一颗巨大的小行星发生过一次惊天动地的碰撞。这颗小行星，我们叫它“忒伊亚”（Theia），大小和火星差不多。计算机模拟让我们对这次碰撞有了深入的了解，它把地球撞下来巨大的一块，然后把它抛到了太空中。但是因为这次碰撞是一次侧面撞击而不是正面对撞，所以没有带走太多地球内部的铁芯。因此，尽管月球上也含有一些铁元素，却没有明显的磁场，因为它缺少一个熔融状态的铁核。

在碰撞后，地球就像吃豆人游戏里的那个小人，被吃掉巨大的一角。但是由于引力的作用，月球和地球最终又都被塑造成了球形。

碰撞理论的证据是由宇航员提供的，他们在登月的历史性旅途中带回了重842磅的岩石。天文学家发现，月球和地球有着近乎相同的化学成分，包括硅、氧和铁。相比之下，对小行星带上的岩石的随机分析却显示，它们的成分和地球非常不一样。

在伯克利辐射实验室做理论物理研究生时，我接触到了月球的岩石。我有机会在高倍显微镜下观察，我对我看到的景象感到吃惊。这些岩石上有微型陨石坑，这是几十亿年前撞到月球上的微流星造成的。然后，更深入地，我看到陨石坑内的陨石坑，这里面甚至还有更小的陨石坑。在地球上，像这种在一连串的陨石坑内还有陨石坑的结构是不可能存在的，因为微流星在通过大气层时就被蒸发了。但是，因为月球没有大气层，这些微流星能撞到月球的表面。（这意味着，微流星可能也是宇航员登月时面临的一个问题。）

因为月球的组成成分和地球很相似，所以事实上，如果你想在月球上建造城市，从月球内部开采才真正有意义。如果月球岩石只提供我们已有的东西，那么把它带回地球可能过于昂贵了，但是月球上的物质对于在月表建造建筑物、道路和月球高速公路等基础设施可能有极大的价值。

在月球上行走

如果在月球上脱下宇航服会发生什么？没有了空气，你可能会窒息，但是还有一些更令人不安：你的血液会沸腾。

在海平面上，水会在212华氏度 或100摄氏度沸腾。水的沸点随着大气压强的下降而下降。在孩提时代，我有一天在上山露营的时候就生动地验证了这个原理。我们用平底锅煎蛋。这些蛋在锅里咝咝作响，看起来很好吃。但是吃它们时我差点儿吐出来。它们尝起来很糟糕。然后我才知道，当登上高山时，大气压强开始下降，水的沸点随之降低。尽管鸡蛋被煎得起泡，看起来像煎熟了，但它们永远也不会熟透。这些煎蛋根本不够热。

小时候过圣诞节时，我也遇到过类似的事情。我们家里有老式的圣诞节彩灯，它的电子固定装置的上面都有垂直的细水管。打开时非常好看，管子中色彩鲜艳的水开始沸腾。然后我做了一件愚蠢的事。我用手指直接去握那些有沸水的管子。我立刻想到会被沸腾的水的高温烫伤，但是我几乎没有什么感觉。多年后，我意识到当时发生了什么。水管内是半真空的，因此水的沸点降低，即使一个很小的电子固定装置的热量都可以使液体沸腾，但是那沸腾的水一点儿也不热。

如果宇航员的宇航服在太空或月球上漏气了，那他们将会遇到同样的物理状况。随着空气从宇航服中泄漏出去，里面的压强下降，水的沸点也随之下降。最终，宇航员体内的血液将开始沸腾。

坐在地球的椅子上，我们忘记了每平方英尺几乎有15磅重的气压压在我们的皮肤上，因为我们头顶上有一大团空气。为什么我们没有被压垮？因为我们身体内有15磅重的压力在向外推。它们达到了平衡。但是如果是在月球上，我们身上那15磅重的压力就消失了。而我们只有来自体内向外的15磅重的压力。

换句话说，在月球上脱下宇航服是一种非常难受的体验。最好一直都穿着它。

一座永久的月球基地是什么样子的？遗憾的是，NASA还没有发布任何正式的蓝图，所以我们只能把科幻作家和好莱坞编剧的想象作为粗略的向导。但是一旦建立起月球基地，我们就会尽力使它完全实现自给自足。这样一个系统将极大地降低花费。但它也需要大量的基础设施：建造大楼的工厂，提供食物的巨大温室，产生氧气的化学工厂，还有提供能量的巨大太阳能板。为了能负担得起这些，人们需要收入来源。因为月球大部分是由和地球一样的矿物构成的，所以我们需要把目光放得更远，寻找收入来源。这也是硅谷的企业家已经把他们的目光放到了小行星上的原因。太空中有上百万颗小行星，它们也许就是数不清的财富之源。 RLF7OtHHyEuRKwlX9lqiRMrhDQqt8vnAxOwKy+Rsgq5asiVMuRMojByqIRj4RjYF