深度解析—马斯克究竟要如何移民火星—第一部分：人类和太空的故事
如今看来，移民火星是一件近乎科幻的事情，但SpaceX创始人马斯克似乎并不这么想。本文是Tim Urban的专栏Wait But Why中有关马斯克系列文章中的一篇，通过作者对马斯克本人的采访和深入探讨。详细介绍了马斯克致力于火星移民的详细原因以及方式和未来图景，由于马斯克本人的参与，本文是你在公众媒体上能够读到的最详尽科普文之一，关注航天的你不容错过。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。
今天将展示第一部分，浅谈航天探索的昨天和今天。
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
太空探索的未来
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。在古代人的眼里，我们的宇宙是这个样子的：
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。
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。
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：
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。
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。
自第二次世界大战结束以来，科学的发展极大的推进了人类对于太空的认识。得益于美苏之间意识形态的斗争，冷战大幕就此拉开。对于苏联，比美国更早的发射一颗卫星进入太空是证明苏联科技水平超越美国的强有力证明，并以此来证明共产主义制度比资本主义制度更加优越。而对于美国，如何在大气层外强有力的回击太平洋另一端的阵营自然也是头等大事，因此NASA诞生了。为了回击尤里加加林成为第一位太空人，美国展开了庞大的阿波罗计划，让人类的脚步自这个物种诞生几万年来第一次踏上另一个星球。不过记录这段历史的文章汗牛充栋，再多说就来不到正题杀那个了，所以在这里不再废话。
自波澜壮阔的阿波罗计划之后，人类与太空互动最主要的原因并非出于兴趣。而是利用太空的特定用途来支持地球上的工业生产——主要是人造卫星。今天被火箭发射至低地轨道的绝大部分载荷都是为了能够掉头俯视地球，而非飞往遥远浩渺的深空。但是也不乏继续太空探索这未竟事业而继续探索的观察和了解浩渺宇宙的先行者，让我们回顾一下：
观察了解的手段1：发射环绕太阳系的探测器
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（这几乎是今年最火的一张天文图片了）：
当然还有这张：
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）
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，而且机遇号目前仍在运行。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。但我后来又发现了一段讲述好奇号登陆火星的视频，竟然更精彩。（有兴趣的可以自行搜索一下）
3)朱诺号（木星，NASA）
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。
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）
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：
还有这张：
这张靠近光环的照片：
这张太阳在土星背后的超精彩照片：
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）：
5、6)旅行者1号、2号（木星、土星、天王星、海王星，NASA）
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：
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）
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：
8)黎明号（灶神星和谷神星，NASA）
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。
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。
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：
或者，这两个正处于缓慢融合进程中的星系：
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）：
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：
你将发现成千上万的星系：
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。
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：
宇航员在国际空间站到底做些什么？
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。
到目前为止，共有15个国家的216人上过国际空间站：
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 上太空？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）。
至于送人上太空，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。
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。
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（纵坐标是公众对于太空探索的热情程度）：
按照推测，故事应该这样发展：
但到了2015年，结果故事是这样发展的：
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棒。
要是人类与太空的故事真是这个样子——
——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：（小编：下面漫画表现的是一场先出压轴大戏的魔术表演，先变出鲸鱼，然后是变兔子和扑克的小把戏，观众最终深感失望而散去，隐喻太空探索的历史进程）
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：
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！
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