1 生活在地球
地球有很多优势。它有水，气候温暖，而这两个生命的 关键元素在我们所知的任何其他行星或其卫星上似乎都不存在。例如，冥王星[1]有水，有大量的水，但都以冰的形式存在。它也没有温暖的气候。它离太阳非常遥远，以至阳光看起来就像一道孤独的微光。金星很温暖，大约有800度的暖人温度。华氏度还是摄氏度？也许并不重要，因为金星上再也没有水了。水都被烧成了气体，然后被太阳风吹散。所以，照目前情况来看，地球是广袤浩瀚宇宙中唯一拥有合适温度且有水的地方，这个温度范围让水呈现为液态，或者说流体，从而有利于生命存在。木星和土星的一些卫星上可能在固态冰下存在海洋，可以孕育生命，火星可能也一样；液态水存在的证据很充分，但它们适合生命存在的可能性还只是推测。
地球还有你可能想不到的其他魅力。地球有大气层，没有多少天体有这种东西。地球大气层将地球的温度保持在刚好合适的水平，并允许其循环变化。月球就不是这样。月球的温度可以变化数百度，这取决于太阳的照射位置，因为月球没有大气层来保持空气、产生风，并使热量循环起来。此外，地球大气层阻挡了伽马射线、X射线和大部分太阳紫外线到达地球表面。这些射线会导致细胞突变，使生命无法在陆地上立足，更不要说繁衍生息了。我们的大气还提供压力，使液态水无法自由膨胀为气态。在火星上，如果暴露在加压宇航服之外的环境中，你血液里的水会在几秒钟内“沸腾”。就这一点而言，人类的太空定居点选在一颗遥远、寒冷的叫作泰坦（即土卫六）的土星卫星上可能更加容易，因为土卫六有厚厚的大气层，能提供自然的压力感，你所需要的就是氧气和非常保暖的衣服（有关土卫六的更多内容见第7章）。
地球还有一个磁层，一个巨大的磁场，可以让太阳粒子和宇宙射线偏转方向，射向太阳系之外，从而不会杀死地球上的生命。它还可以防止大气被太阳粒子吹走。月球和火星呢？显然没有，它们没有磁层。土卫六也没有，但土星的磁层延伸到了土卫六以外，可以弥补这一不足。
地球上还有一样恰到好处的东西，那就是重力。如果说ISS就如何在太空生活教会了我们什么（坦白地说，除了这件事，其他真的没教给我们什么），那就是零重力对于我们的健康是可怕的。我们骨骼里的钙会流失；我们的肌肉会萎缩；我们的眼睛最终会停止工作，因为血管变弱，形状扭曲变形；等等。月球和火星上的重力分别约为地球的1/6和1/3，这是否足以让我们保持健康？
我们完全不知道。
可以看出，地球对于我们来说刚刚好，就像一副适合我们的手套——我说的不是那种笨重的宇航服手套，它让我们几乎拿不起螺丝刀，更不用说吉他了。我说的是一副十分合体的手套。地球是为人类而造的，因为这是我们进化的地方。在这个宇宙中，无论我们走到哪里，都需要以水、暖度、氧气、辐射防护、重力和气压等形式带着地球的一部分——哦，也许还需要一把吉他。
为何要冒险出走？
所以，我们必须要问，为什么要离开地球去其他地方生活呢？当然，只是去月球或火星看看也不错。但是，如果在那里定居并且在那里生儿育女，让他们暴露在缺乏地球保护的所有风险之下，又没有充分的理由，这不是疯了吗？自己去冒险是一回事，带着全家老小去一颗小行星定居则完全是另一回事。这是反对太空定居的一个合理论据。另一个论据是，我们在地球上还有很多问题没有解决，为什么要去太空？根据世界卫生组织（WHO）的数据，在地球上，有超过20亿人无法获得干净的水，而为了确保少数几个到访月球的人有水喝，却要花掉这么多钱，你怎么证明其合理性呢？这在道德上似乎很难选择。有一点无论怎样强调都不过分：政府每天要为造访ISS的每位宇航员支付大约750万美元。[2]
但是，太空探索并不是造成地球苦难的原因，追求太空探索也不等于逃避和忽视地球上的问题。事实上，太空生活有助于地球上的生活。我坚信，空间科学就是地球科学，它从一开始就是我们的目标。我们在污染以及温室气体方面积累的了解来自空间观测。通信和气象卫星方面的空间技术提高了每个人的生活水平，而不仅仅是富人的生活水平。与机器人和其 他机器相比，人类在太空中的存在，是造成太空活动天文价格的主要原因……目前来说是这样。
太空活动倡导者就为什么必须进入太空提出了不少观点，对此我大多表示反对。一种观点认为是人口问题：人口太多，资源太少。21世纪初，世界人口超过了70亿大关，根据联合国的估计，到2100年将接近120亿。[3]但无论出于何种原因，如果我们没有能力在地球以外的其他任何地方生活，那么人类再这样持续繁殖下去，最终会导致整个系统的崩溃。在最坏的情况下，事情可能在短时间内就会变得糟糕，会发生食物和水短缺，以及争夺资源的小规模战争——但人类物种不会消失。人口自然会趋于平衡从而与资源相匹配。不能将移民太空视作减少地球人口的一种手段，而应该将太空视作一个允许人口达到数万亿甚至更大规模的地方。
21世纪可能出现的人口情况是，全球将有更多的人摆脱贫困，但是生育数量减少，全球人口增速放缓。这是目前的趋势。人口统计学家的统计数据表明，随着各地预期寿命的延长、随着妇女文化和受教育程度的提高、儿童死亡率的下降，以及科技的发展，人们不再需要一个大家庭来种植或采集食物，人口生育下降到一个稳定的人口替换水平，即平均每个妇女生育2.33个孩子。[4]技术将极大改善食物分配体系，用污染更少的可再生资源取代化石燃料，将沙漠恢复成绿洲，在上面建造房屋、开垦农田。只要我们提高效率，地球就能多容纳数十亿或更多的人口。目前由人口带来的污染和饥饿问题，其最主要原因是效率低下。美国扔掉了40%的食物，而且浪费掉了其开 采的2/3以上的能源。[5]这只是一个国家。我们还有很大的改进空间。
归根结底，要解决人口过剩问题，太空移民是非常不切实际的想法。在我们拥有在太空养活数十亿人口的技术之前（这是显著减少地球人口所需的数量），其他解决方案早就出现了。但是，如果我们想要生存空间（Lebensraum），那么小行星带的资源可以养活100万亿人（详见第5章）。[6]
太空旅行狂热分子提出的另一种观点，是某种灾难（可能是天灾也可能是人祸）将会毁灭生命。这在短期内也不太可能发生。到目前为止，瘟疫无论多么可怕，都未能做到这一点。由鼠疫杆菌引起的黑死病杀死了欧洲一半以上的人口，在中国也造成了巨大灾难，但世界其他地区却得以幸免（欧洲文艺复兴的灵感，部分来自那场毁灭性瘟疫所带来的世界观的转变，尤其是在意大利的佛罗伦萨。这场瘟疫在短短12年里夺去了60%的人口，约7万人的生命[7]）。由欧洲人带到美洲的天花病毒，消灭了几乎所有的土著人。但是仍有一些人幸存下来。再看看其他物种，我们发现所有非人类影响和非外来天体造成的物种灭绝发生得非常缓慢，原因多来自它们进化成了一个新物种，或被大量捕食，或失去了栖息地。
的确，大规模的核战争会杀死大多数人。但也有一小部分人可以在防御严密的掩体中，或者在极地附近受核冬天影响较小的偏远地区生存下来。大气和海洋学家欧文·布莱恩·图恩（Owen Brian Toon）估计，全球核战争后，由于地球变得太黑暗太寒冷，无法维持农业，将有90%的人死于饥饿。难以想象的恐怖。然而地球上仍然会有7.5亿人生存下来。[8]即使只有1%的人幸存，也会留下数百万人。只有当火星已经是一个自给自足的殖民地时，它才会成为地球核灾难的避难所。而真正的自给自足（即不需要来自地球母亲的食物或工具），最乐观的估计也要几个世纪以后。没错，你必须从某个时间开始。但是现在开始建立火星殖民地的需求并不紧迫。的确，只有在技术完全允许的情况下，才更容易在火星定居；也就是说，如果2050年可以借助3D打印和人工智能技术，以我们今天无法理解的水平建造临时定居点，那么在200年的时间里，从2020年开始与从2050年开始相比，并不一定会让我们获得30年的先机。与此同时，我们只能寄希望于核威胁将在今后几代人中减少。[9]如果不能，那么21世纪建造的依赖于地球的火星殖民地将只能惊恐地看着地球母亲被毁灭，而他们也开始数着日子走向末日，就像一只没有蜂巢的蜜蜂那样。
小行星一直持续威胁着地球上的生命。地球已经被撞击了很多次，每一次巨大撞击都导致了生命的大范围灭绝。需要知道的是，远处有一颗巨大的小行星正处在与地球碰撞的轨道上，它肯定会在未来10万年内撞上地球。但更有可能的是，在一个世纪之内，在拥有能够自我维系的太空殖民地之前，我们就已经拥有探测及消除小行星威胁的技术，而在此之前小行星也有可能偷偷溜进来，但发生的概率极低。如果真的发生了，是否意味着人类的终结？恐龙不知道如何生存下去，但人类知道。此时此刻，一些非常富有的人已经拥有地下掩体，可以在地下生存数年度过核冬天。民选官员和他们的家人也是如此。焦虑和偏执的人也在进行储备，等待世界末日善恶大决战的到来，不管这场大决战会以什么样的方式到来。在整个世界都陷入火海的情况下，他们能至少维持一年。大多数人会死亡，但也有相当一部分人会幸存下来。
艺术家想象的“奥陌陌”
奥陌陌是类似小行星的天体，是第一个被确认的星际闯入者。它来自一个未知的恒星系，从我们的太阳系穿过。这个独特天体是在2017年10月19日被发现的。未来的人类后代可能会在小行星内核深处构筑起保护完好的城市，乘着小行星去往其他恒星系。
有趣的是，2017年，外太空一个非常大的“物体”进入了太阳系，并与地球擦肩而过。正式代号为1I/2017 U1，绰号“奥陌陌”（Oumuamua），它是一块400米长的雪茄形状的石头，来自星际空间，让人想起阿瑟·C.克拉克（Arthur C. Clarke）1973年的小说《与罗摩交会》（Rendezvous with Rama）中神秘的外星飞船。[10]假如该天体撞上地球（当时它连接近地球都算不上），那么冲击点附近几百公里范围内的所有生命就会被烧成灰烬，造成难以想象的严重破坏，但依然不会造成人类灭绝。[11]
还有一个威胁，即气候变化，却是真实且可怕的。联合国报告指出，气候变化正在影响着每一个大陆上的每一个国家，其形式包括不断变化的天气模式、不断上升的海平面和不断增加的极端天气事件，所有这些都威胁着粮食安全和清洁用水的获取。[12]在最坏的情况下，到2100年，地球上的平均气温可能上升4℃（7.2℉）以上，这听起来不多，但实际上会带来一系列巨大变化。[13]极地冰盖将会融化；海平面会上升数米；密克罗尼西亚以及其他地方的小岛将被吞没；大多数沿海地区也将被淹没，无法居住。森林将变成不毛之地，林火频发，数以亿计的难民将涌到现在人口稀少的北极和南极地区寻求庇护。[14]然而，这并不是人类的末日。至于我们的太空逃亡，关键问题在于：你要有钱，而且要有个运转良好的政府来建立并维持太空定居点；但在上述灾难情况下，全球市场将陷入混乱，没人拿得出钱离开地球启动太空殖民。当地球无法帮助到你的时候，你真的想待在火星上吗？
因此，同样的逻辑也适用于气候变化，就跟核战争和小行星撞击一样：我们至少需要100年的时间才能拥有自我维系的太空定居点，一种即使地球毁灭也能繁荣发展的定居点。然而100年后，如果我们拥有了全体生活在太空的技术，那么我们很可能也会拥有减轻甚至逆转气候变化影响的技术，比如超级高效的太阳能电池板、核聚变和将二氧化碳变废为宝的地球工程。也就是说，如果我们有技术将火星或月球地球化，那么我们也应该有技术将地球再地球化回地球。如果我们能生活在那里——一个地球化的伊甸园或一个舒适的穹顶世界——那么我们也能以同样的方式生活在这里。在太空中有其他选择很好，但这并不是把人类从气候变化中拯救出来的必要条件。
对地球生命来说，一个真正现实的、不可避免的威胁很少被讨论，那就是附近伽马射线暴（Gama Ray Burst）的直接冲击。几乎每天都能探测到来自遥远星系的伽马射线暴，这些射线暴是由灾难性事件产生的，比如形成黑洞的大质量恒星的爆发，或者两颗中子星的合并。如果伽马射线暴发生在银河系内，距地球不超过7000光年，且朝向地球的方向，就可以立即消耗掉保护地球的大部分臭氧层，引发酸雨，并且由于地球的快速冷却以及杀死细菌的紫外线辐射的大量涌入，许多物种都将被毁灭。[15]可能正是伽马射线暴导致了4.4亿年前奥陶纪晚期的大灭绝（发生在使恐龙灭绝的小行星撞击地球之前很久），其间70%的海洋物种灭绝了。[16]你可以使小行星偏离轨道，但你无法阻止伽马射线暴。事实上，引起你警觉的东西——即击中太空探测器的高能光子——也正是几毫秒后杀死你的东西。短期内遭受这种打击的可能性极其罕见，但愿这能给你一些安慰。我们可以监测附近宇宙中任何即将死亡的大恒星。
2017年，著名理论物理学家史蒂芬·霍金曾说过，如果我们在100年后不离开这颗星球，人类就会灭亡。这一说法修正了他在2016年发表的言论。他当时说我们有1000年的时间来寻找新家园。[17]他列举了战争和瘟疫。这个聪明的家伙，在他2018年3月去世后，当然值得纪念。但是，以如此速度消灭人类物种的灭绝场景需要一个好莱坞式的惊悚情节，理论上是可能的，但不太可信。
同样，伟大的卡尔·萨根（Carl Sagan）在他的《暗淡蓝点》（Pale Blue Dot）一书中写道：“所有文明要么进入太空，要么灭绝。”这也不太准确。不管我们做什么，人类都会灭绝。库尔特·冯内古特（Kurt Vonnegut）在他的小说《加拉帕戈斯群岛》（Galápagos）中设想，我们的进化之路可能会让我们变成脑容量更小、以捕鱼为生的水生动物。作者在书中质疑了人类大脑的优势。或者更有可能的是，我们会进化成一个更高级的物种，从主观上讲，就像我们之前的直立人和海德堡人一样。100万年后，居住在周围其他星系行星上的人类后裔将不再是人类，我们在那之前很久就进化成新的物种了。
因此，尽管人类物种面临的不可否认的生存威胁徘徊在我们现世，但直接威胁仍然不太可能，无法迫使或激励人们迅速建立太空定居点。这仅仅是科幻小说里的情节和世界末日的猜测。我们真的没有冒险进入太空的迫切性。事实上也正因如此我们现在才没有在太空，当然除了我们的ISS——如果你把那称作太空的话。我们的空间站飘浮在地球上方250英里，是与月球距离的1/1000（如果你把地球想象成小学时代的地球仪，ISS就在地球仪表面几毫米高的地方——只比纽约到华盛顿特区的距离远一点点）。
地球上海拔最高的山峰——珠穆朗玛峰
登顶珠峰已成为人类终极奋斗的象征。但是没有人住在珠穆朗玛峰上。月球、火星和太阳系中的其他天体仅仅“因为它们就在那里”就成为需要征服的对象吗？人们会住在那里吗？
然而，人类太空探索有一个不可忽视的激励因素，那就是好奇心，即探索的欲望。一部分人类被前沿事物所吸引，愿意去冒险。让我们套用攀登珠穆朗玛峰的著名登山家乔 治·马洛里（George Mallory）的话，只不过把他的观点移植到一个完全不同的领域——人类最初去南极洲的原因只有一个：因为南极洲就在那里。我们去南极洲，长途跋涉到南极点，纯粹是为了挑战和好奇，而不是为了利益。直到20世纪50年代，才有许多国家出于军事原因加强了在南极洲的存在，我将其称为“冰上竞赛”，这比太空竞赛早了10年。如果利润更高的话，出现在南极洲的人会更多。但我们不能否认，最初去南极洲是出于好奇和挑战。
马洛里关于登顶珠峰的原因，来自其1923年3月18日在《纽约时报》发表的一篇文章——“因为山就在那里”。记者接着又问，以前的探险是否为登顶创造了金钱或科学价值，马洛里回答说：“第一次探险进行了非常有价值的地质调查，两次探险都进行了观察，而且收集了地质学和植物学的标本。”但是，马洛里把科学探索看作一种副产品，他接着说：“珠穆朗玛峰是世界上最高的山，还没有人到达过它的顶峰。它的存在就是一项挑战。答案是，或者一部分是，人类征服宇宙的本能或欲望。”[18]
值得注意的是，一年后，马洛里在尝试登顶的过程中遇难。又过了29年，埃德蒙·希拉里（Edmund Hillary）和丹增·诺盖（Tenzing Norgay）才在1953年成为登顶珠峰的第一人。从那时起，成千上万的登山者登上了顶峰（超过200人在尝试中死亡）。马洛里的精神鼓舞了他们，我认为它将继续鼓舞那些冒险进入太空的人。没有其他原因，就是因为太空就在那里。
但冒险是一回事，留下并定居又是另一回事。我们并没有住在珠穆朗玛峰的顶点。我们很可能去火星上插一面旗帜，然后离开，因为火星就在那里，挑战在召唤着我们。但是如果没有留在火星的理由，我们就不会生活在火星上。
太空生活的前奏
如前所述，要冒险进入太空，我们需要带上一部分地球，比如空气、水、食物和各种各样的保护。为准备好这次航行，研究人员正试图把太空的各种困难集中到地面实验中，有些实验是自然实验，也有些实验是极端实验。也就是说，在地面营造太空环境进行大量实验，研究人们在遥远的环境中（如南极基地），如何在寒冷、封闭或孤立的情况下执行任务和相互交流。
南极洲的发现和随后的探索，能够在很大程度上反映我们冒险进入太空时所预期的情况。早在2000多年前，亚里士多德和其他人就已经推测出南极这片冰封大陆的存在。他们的推测仅仅基于地球的对称性，以及南半球一定有类似于北半球的陆地的假设。在接下来的1000年里，“未知的南方大陆”（Terra Australis Incognita）就像它的名字一样让探险家们痴迷不已。亚里士多德在这方面很幸运。陆地并不是对称分布的，但南极洲却在“下面”等待着被发现。1773年和1774年，詹姆斯·库克（James Cook）距离成功又近了一步，他的船进入南极圈，看到了岛屿。南极大陆通常被认为是费比安·戈特利布·塔迪厄斯·冯·别林斯高晋（Fabian Gottlieb Thaddeus von Bellingshausen）——一名具有德国血统的俄罗斯海军军官，于1821年发现的［尽管英国的爱德华·布兰斯菲尔德（Edward Bransfield）和美国的纳撒尼尔·帕尔默（Nathaniel Palmer）可能分别于1820年发现过这片大陆］。
早期基于海洋的探险很快就跟上了，整个南极大陆的地图在19世纪末基本上就被绘制出来。随后在1897～1917年，南极探险进入了英雄时代。在这段时期，人们绘制出了南极内陆地区的地图，并到达了南极的磁极和地磁极。我们之所以称之为“英雄”，是因为许多探险家都牺牲了，包括罗伯特·法尔肯·斯科特（Robert Falcon Scott）领导的著名探险队。1911年，在罗尔德·阿蒙森（Roald Amundsen）到达南极的33天后，斯科特在返回途中去世。这一时代以欧内斯特·沙克尔顿（Ernest Shackleton）试图首次横越南极大陆的尝试而告终，这次尝试虽然未能成功，但却用沙克尔顿团队的英雄壮举以及活着 回来，成功激励了下一代探险家。
在接下来的40年里，在诸如空中飞行和医疗耐用设备等新技术允许建立永久性科学基地之前，探险活动非常少，间隔也很长。首先，对南极探索更持久的回归计划是由于地缘政治。德国和其他许多国家一样，在20世纪初探索过南极洲，希望建一个捕鲸站来获取鲸油，用于生产人造黄油、润滑剂和甘油（用于制造硝酸甘油）。那是1939年，战争即将爆发。德国开辟了一个他们称之为新斯瓦比亚（New Swabia）的地区。[19]这些计划没有持续多久，捕鲸站也没有建立起来。但是这一举动——加上德国与阿根廷的亲密关系，阿根廷靠近南极洲——让英国人感到不安。1943年，英国人发起了“塔巴林计划”（Operation Tabarin），在南极洲建立了一个庞大的永久性基地。这反过来又在“二战”后引发了一场土地争夺战，或称冰上竞赛。不到10年的时间，邻近的智利和阿根廷建立了基地，苏联、挪威、瑞典、法国和美国也都建立了基地。
冰上活动在升温。到1959年，已经有十几个国家提出了土地主权要求，只是为了参与其中，甚至没人知道这是一场什么游戏。南极洲有什么好处？没人清楚。经过几十年的勘探，发现了矿藏和其他有价值的资源，如煤和石油。但是，严酷的气候环境以及与全球市场遥远的距离，使这些资源变得昂贵、危险，从而不适于开采。
尽管如此，在冷战前夕，土地就意味着权力，紧张局势开始蔓延。由于以前是欧洲的殖民地，智利和阿根廷对北半球国家的主权要求尤其感到恼火。南美洲的顶端距南极洲只有1200公 里，其与南极洲的距离大约是到新西兰或澳大利亚距离的1/5。不同寻常的是，也许是考虑到潜在的冲突，在南极洲有重要利益的12个国家在1959年签署了《南极条约》（Antarctic Treaty）。该条约禁止在南极洲进行军事活动，并将南极洲划为科学保护区。截至2015年，已有50多个国家签署了该条约。[20]
你可能已经注意到，南极洲和月球间的相似性太多：遥远、环境恶劣、资源丰富、一个天然的实验室。如果一个国家设法在那里插上一面旗帜，建立一个基地或定居点，就会成为民族自豪感的源泉。从人类第一次踏足南极洲到建立永久性基地，大约用了50年。而且，你瞧，从人类第一次踏上月球到计划永久返回月球，也是用了50年。
现在还不清楚人们什么时候第一次意识到南极洲和月球之间的相似之处，但前者无疑为后者提供了一个模板。与《南极条约》类似的是《外层空间条约》（Outer Space Treaty），其正式的名称是《关于各国探索利用包括月球和其他天体在内的外层空间活动的原则条约》（Treaty on Principles Governing the Activities of States in the Exploration and Use of Outer Space，Including the Moon and Other Celestial Bodies）。该条约是在月球竞赛过程中制定的。当时各国都在担心会出现一场脱缰式的（月球）圈地，或者更糟糕，在月球上建立军事基地。《外层空间条约》第二条规定：“外层空间，包括月球和其他天体，不受国家主权要求以及使用或占领或任何其他手段的支配。”[21]从本质上讲，《外层空间条约》为月球像南极洲一样成为一个巨大的科学实验室奠定了基础（后面我将讨论为什么一些人认为该条约阻碍了太空商业化）。我们完全有理由相信，至少在开始阶段，在月球工作将跟在南极洲工作完全一样。甚至还会出现旅游业。正因如此，南极洲成了月球和太空探索的试验田。下面让我们更仔细地研究一下。
冰上生活
南极洲是地球上最后一块尚未被开垦的大陆。没错，有人在那里生活，在几乎没有阳光的冬季有1000人左右，夏季4000人左右，12月到来年2月之间达到高峰。但是没有永久居民。有些人会待上一两年，在几乎或完全黑暗的6个月的时间里维持科学基地。然后他们就会回家。在过去几十年，有数个国家在南极建立了捕鱼定居点。这些定居点也不是一直有人居住。根据《韦氏词典》（Merriam-Webster）的定义，只有当南极洲有“一群人生活在新的领地上，但仍与母国保持联系”，南极洲才有可能成为“殖民地”。但没有人在那里养家糊口。在我看来，相较于科学前哨站或工作场所，“家庭”这个概念是对殖民地更完整的定义。在我的书中，殖民就是建立一个社区，成年人可以在那里生活、工作、养家糊口，说得很直白。
我跟大家说一说阿根廷和智利是如何对外宣布对南极洲拥有殖民权的。这件事可能不重要。为了确保他们对南极洲土地的权利，两国在南极大陆各建立了一个民用基地，这是非民用科学前哨站中唯一的两个民用基地。智利人将他们的基地［星星别墅（Villa Las Estrellas）］称为城镇。智利人可能会在那里过冬，维持附近的非民用科学基地，但他们在那不会停留超过几年。1977年，阿根廷在埃斯佩兰萨站（Esperanza Base）安置了五个家庭；1978年，埃米利奥·帕尔马（Emilio Palma）成为在南极大陆出生的第一人。该“殖民地”更多的是噱头或白日梦，而非现实。它很快就解散了。南极洲还有八座教堂：四座天主教教堂，三座东正教教堂，一座无教派基督教教堂。然而，牧师和其他工作人员一样，只待一两年。
谁会去南极洲？这些人与去往月球的人是同一类型：科学家、工程师，以及寻求冒险或逃避的穷光蛋，还有富有的游客。有些会待上几个月，有些会待上几年维持基地。大约有30个国家在南极洲拥有70个科考站，其中45个全年运行。到目前为止，最大的是美国主导的麦克默多站（McMurdo Station），夏季约有1200人，冬季约有250人。南极大陆上的科学研究从天文学到动物学都有。在南极洲进行的一些实验，在地球上其他任何地方都无法进行得那么好。在这些科考站中包括冰立方中微子观测站（IceCube Neutrino Observatory），它可以观测到称作中微子的几乎没有质量的基本粒子。人们在这些粒子穿过南极1000米厚的纯冰时对其进行观测。另外，通过分析深埋在冰层中的二氧化碳和其他分子，我们还可以研究地球将近100万年前的气候。沃斯托克湖（Lake Vostok）是一个极其诱人的地方。这是一处位于地球最寒冷地区4000米厚冰层下的液态湖泊。科学家曾尝试采集湖水，他们在水样中发现了生命存在的证据，但也有可能是样品受到了钻头上细菌的污染。沃斯托克湖已经冰封了数百万年，可能就像木星的卫星木卫二（Europa，欧罗巴）和土星的卫星土卫二（Enceladus，恩克拉多斯）上被冰层覆盖的海洋一样。如果冰层下面有生命，那么在这些卫星上存在生命的可能性也会增加。
南极洲也是最容易找到火星陨石的地方，因 为那里一切都是白色的，深色的火星陨石很容易被发现。其中一颗陨石叫艾伦·希尔斯84001（Allan Hills 84001），它所包含的结构看起来像是微小的外星人化石，但大多数科学家认为相关证据并不令人信服。
2014年4月，南极研究科学委员会（Scientific Committee on Antarctic Research）召集了来自22个国家的数十名科学家和决策者，为未来几十年的南极研究确定优先事项。该小组确定了6个优先事项，包括气候学和天文学。[22]冰上科学的一个自然副产品，就是提高了人们对极端环境下生活、工作的认识水平，而这些知识可直接应用于在月球和更远地方的生活。想想那些冬季在阿蒙森-斯科特站（Amundsen-Scott South Pole Station）工作的50位强者的生活吧。太阳在3月22日左右下山，一直到9月21日才会再次升起。在这段时间里，没有人来，也没有人走。从2月中旬到10月下旬，没有飞机，因此物资无法空运进来；天气实在太恶劣了，无法飞行。气温下降到接近-73℃（-100℉）。狂风撕扯着为避免被积雪掩埋而抬高的南极基地。在户外工作，尤其是在黑暗的冬季，需要的装备又厚又笨重，就像穿着宇航服一样。
南极设施内的生活可以很舒适，但在漫长的冬季有点单调。阿蒙森-斯科特站的越冬人员相对较多，这有助于保持站内的活力。俄罗斯人管理的东方站（Vostok），在冬天只剩下13人。挪威的托尔站（Troll）只有6名骨干成员。这些都是“火星任务”式的人数。在这种令人难以忘怀的隔离状态下保持礼貌和工作效率，可以学到很多东西。有互联网是一件幸事，但连接可能既慢又不可靠。
保持情绪高涨的一个要素是食物，尤其是新鲜食物。我在2005年为国际劳工组织撰写的有关工作场所膳食计划的书中，描述了麦克默多站的餐饮服务。[23]和其他南极基地一样，新鲜食物是在11月至次年2月的夏季高峰期，大多是从新西兰空运到麦克默多站的。生活是美好的。这里的食物美味而且免费。因为管理层明白，在偏远的工作场所吃上一顿好饭可以鼓舞士气，这是他们从世界各偏远地区采矿作业中学到的经验。然而，在冬天供应新鲜食物却相当困难。至少有7个月的时间，新鲜食物无法送达。冬季，工作人员必须依靠干制、罐装以及冷冻食品生存。这类食物往往缺乏新鲜蔬菜那种脆生生的口感，缺乏一种心理上的愉悦。
菲尔·萨德勒（Phil Sadler）是一名机械操作工，也是一位“万事通”，拥有植物学背景。20世纪90年代，他开始在麦克默多站进行室内水培温室试验，为站里提供新鲜食物。水培温室最后发展成为一间200平方米的温室，在隆冬季节每月可生产超过145千克的食物，如绿叶蔬菜、西红柿、黄瓜、草莓和甜瓜，所有这些食物都是在LED灯下种植的。该温室一直维持到2013年。那年，美国国家科学基金会（National Science Foundation）开通了飞往麦克默多站的冬季航班，新鲜食物可以空运进来，对温室的需求也就不存在了。阿蒙森-斯科特站仍然有一间温室，确切地说是一间生长室，完全依靠人工照明，而不是太阳光。这间温室也是萨德勒建立的，然后他与亚利桑那大学受控环境农业中心（Controlled Environment Agriculture Center，CEAC）的同事进行了拓展。《南极条约》禁止 进口土壤，因此所有植物都是水培的。不管怎样，水培法是一种可在有限空间内种植各种蔬菜水果的很不错的系统，前提是要有足够的能源来提供照明。
从太空看到的南极洲
这片冰雪覆盖的大陆，其面积几乎是澳大利亚的两倍，但居民不到4000人，而且都是临时的。火星更冷，更干燥，而且缺乏可供呼吸的氧气和合适的气压。人类会不顾挑战，选择在火星定居吗？
萨德勒生机勃勃的温室试验，最初是用一些边角料完成的。这些试验在世界上最恶劣的环境中取得了巨大成功，因此萨德勒和其他研究人员正在为地球其他边远地区开发自动化系统——显然也考虑到了太空。萨德勒和受控环境农业中心已经有了一个成熟的月球-火星温室原型，可以生产1000千卡的热量和一个人每天所需的氧气。这部分内容我将在第4章详细讨论。回到冰上后，德国人安装了一间船运集装箱大小的生长室，在人工照明下种植植物，不需要土壤。由欧洲发起的这项计划由阿尔弗雷德·韦格纳研究所（Alfred Wegener Institute）的亥姆霍兹极地与海洋研究中心（Helmholtz Centre for Polar and Marine Research）领导。2018年1月，用于太空安全食物生产的植物栽培技术地面示范实验室（Ground Demonstration of Plant Cultivation Technologies for Safe Food Production in Space，EDEN ISS）被送往德国诺伊迈尔3号站（Neumayer III），作为在沙漠、地球低温地区以及未来人类登陆月球和火星任务中种植作物的试验田。到2018年8月，在南极的隆冬季节，EDEN ISS每周可生产几千克西红柿、黄瓜、甘蓝、萝卜和其他蔬菜，供那里的10名工作人员食用——相当于大约每周每人一份沙拉，或满足大约10%的热量需求。也出现过一些问题，比如风暴导致电力中断并损坏了一部分系统。但站里的工作人员对它们进行了修复。在火星上也要做这样的工作。[24]
最早将于2030年建立起来的月球科考站，看上去会跟南极的一样：那些从事天文、太阳物理、地质和材料科学研究的无畏的研究人员，为商业开发和最终的旅游业奠定了基础。他们将尽量减少户外活动时间，主要工作和生活在狭窄的栖息地，食物从地球运来，辅以在人工照明的月球温室里种植的蔬菜。水将从月球当地的资源中获取。工作人员可能会在 那里待上几个月到几年。巧合的是，建立月球基地的最佳地点之一将是月球的南极（我将在第4章关于月球的内容里对此进行详细叙述）。
海底生活
尽管南极洲的环境恶劣，但这片冰封的大陆仍然有一样东西是月球和火星所没有的，那就是空气。当我们进入太空时，我们需要携带空气，或者以其他方式制造空气——不仅是为了呼吸，也是为了给宇航服加压。这是生活在地球之外的另一项挑战。
然而，地球上有一个地方与深空完全一样。这是一个脱离尘世的环境，完全黑暗，低温，异常的环境压力，没有自然供应的可供呼吸的氧气，狭窄的空间，令人恐惧的与世隔绝，与其他任何人联系的能力有限——在这里你和其他艇员要自己发电供照明和设备使用，自己制造供呼吸的空气和供饮用的水，并且要保持食物供应的完善。我所指的环境就在地球海洋深处的核潜艇上。
核潜艇上的生活是最接近在月球、另一颗行星或太空航行生活的例子。核潜艇上的人们一直与四周的恶劣环境进行着生死搏斗。这样说一点也不夸张。这是一种痛苦的、让人心惊胆战的生活。任何一次事故——火灾、失压、船体泄漏、气体泄漏——都可能导致全体艇员死亡。发生在海底一英里处的灾难如同发生在太空数百万英里处的灾难一样神秘莫测。
第一艘核潜艇的设计者肯定没有考虑过太空定居的问题，但这些潜艇包含了太空生活所需要的所有技术。通过这些技术的使用，我们学会了如何在一个完全人工、自给自足的环境中生活。事实上，这些潜艇是有史以来最为复杂的工程杰作之一。它们的核心是一台结构紧凑的核发动机，在不添加燃料 的情况下可为潜艇及其所有子系统的运转提供25年的动力。第一艘核潜艇是1954年命名的美国海军“鹦鹉螺号”（Nautilus）核潜艇，可以用4千克核燃料航行10万千米，相当于环绕地球2.5圈。美国海军“宾夕法尼亚号”（Pennsylvania）是目前服役的最大的核潜艇之一，它可以将17000吨重的钢架船体加速到45千米/小时以上，且仅用拳头大小的铀块就可为这艘170米长的核潜艇上的无数机器设备提供数年的动力。[25]一次航行通常持续3个月，基本上都在水下。这艘潜艇重新浮出水面只是为了补充食物或让艇员见见家人。
NASA正在研究核潜艇的设计，目的是探索木卫二上被冰覆盖的海洋，以及土卫六上的碳氢化合物湖泊。这些任务可能几十年后才能实现。仅仅是核裂变所提供的燃料效率，就会促使航天机构考虑应当采取什么样的类似方式为月球和火星基地提供廉价可靠的动力。在尘土飞扬的火星上获取可靠、丰富的太阳能依然是个问题，我们将在第6章进行详细阐述。而在火星之外，从遥远的太阳那里获取太阳能是很不现实的，只有核裂变才是最有可能的燃料来源（除非研发出核聚变发动机）。
然而，从核潜艇学到的更重要的一课不是能源，而是如何利用能源：在不利于人类生活的环境中创造出一个自给自足的人工“地球”。在水下或太空生活的第一个要求是生成氧气。拥有150名艇员的潜艇，每人每天至少需要550升氧气。如果没有氧气发生器，潜艇内的氧气7天就会用完。[26]在核潜艇上，珍贵氧气的来源之一就是周围的海水。每个水分子（H2O）包含2个氢原子（H）和1个氧原子（O）。采用电解的方法，机器将电流加到蒸馏过的海水中从而产生氧气（O2），并将氢气（H2）释放回海洋。这个过程或许模拟了在月球和其他地方从水冰沉积物中提取氧气的过程。
当然，产生氧气只是第一步。我们吸入氧气，但呼出二氧化碳（CO2）。潜艇必须在空气中的二氧化碳含量上升到有毒水平之前将其清除。由于没有植物可以自然吸收二氧化碳，只能用一台机器让气体通过单乙醇胺（一种分子式为HOCH2CH2NH2的有机化合物）水溶液，“去除”空气中的二氧化碳（顺便说一句，不要陷到化学里，但要注意分子式里的N，N代表氮。美国海军表示，核潜艇上的空气比你在陆地上呼吸到的空气更干净，但这只说对了一半。没错，那里的氧气相当纯。但是任何一位经验丰富的潜艇人员都会告诉你，潜艇上弥漫着有机胺一样的恶臭。这是在滤除二氧化碳的过程中由氮生成的东西）。另外，我们还会呼出水蒸气，必须在封闭系统里用除湿器将其去除。而机器们也在呼气。炉灶会产生少量的一氧化碳（CO），即使微量的一氧化碳也是有毒的。而电池会释放氢气。这两种气体都需要过滤、收集并燃烧掉。
NASA曾经花了好几年时间模仿美国海军设计的空气回收模块，并将该技术发展到了一个新高度，现在是美国海军回过头来请NASA帮助他们改善潜艇的空气质量，主要是实验各种去除二氧化碳的方法。[27]植物可以帮助吸收二氧化碳，产生氧气。但在潜艇或太空栖息地这样的封闭系统中，每人需要 几百株植物才能复制这种自然循环。而且在室内种植植物需要电力照明，因此还是电解水更可靠，所需能量更少。植物最多作为机械空气交换的补充，减少点气味，增加点氧气。
潜艇上的饮用水也来自海水，通过高能耗海水淡化过程获得。当潜艇从水面潜至半英里深的巡航深度时，也需要能量来保持1个大气压的恒定气压。这种压力调节在某种程度上与飞机和太空所需要的压力调节正好相反，太空天体上的压力很小或没有压力。以海平面为例，地球大气层的全部重量都压在我们身上，压力约为15磅力/英寸2（PSi）。我们把这个量称作1个大气压，这样用起来很方便。在珠穆朗玛峰的顶部，气压只有5磅力/英寸2，即1/3个大气压，因为压在你身上的空气变少了。
火星上的气压大约为0.09磅力/英寸2，因为那里几乎没有空气；在月球上，气压基本上为0。但是你一旦到了水下，水和空气的压力都压在了你身上。水深每增加10米，压力就增加1个大气压。所以，在半英里或800米深的地方，压力高达80个大气压。出了潜艇的安全范围，你会立刻被碾碎。潜艇由双壳系统保持恒定压力，包括外部防水船体和内部耐压船体，全部用坚韧的钢或钛制成。人们用一个可保持各种空气量或水量的先进压载系统来防止船体被压缩变形。
核潜艇很先进，同时也是危险的野兽。危险不仅潜伏在寒冷黑暗的海洋深处，也潜伏在潜艇内部。毕竟，大多数 核潜艇是武装到牙齿的战争机器。火很容易引发爆炸，把潜艇炸开。2000年8月12日，一艘叫“库尔斯克号”（Kursk）的俄罗斯潜艇就遭遇了这样的悲剧：过氧化氢泄漏引发了一系列的弹头爆炸，随后煤油被点燃，引起的大火将潜艇撕裂。118名艇员中的大多数在最初的爆炸中就已丧生，还有23名艇员显然在潜艇的另一端存活了几小时，直到又一次爆炸耗尽了剩余的所有氧气，使他们窒息而死。
航天机构从潜艇人员的生存和死亡中吸取了经验教训。俄罗斯政府对“库尔斯克号”灾难的调查报告，几年后发表在俄罗斯官方日报《俄罗斯报》（Rossiyskaya Gazeta）上，披露了“各级指挥部门令人震惊的疏忽、违纪行为，以及劣质、陈旧并且维护不善的设备”[28]。也就是说，这次事故完全可以避免。在这方面，NASA对ISS工作场所的安全采取了军事化的管理方式，即每天要进行超过一小时的例行安全检查。在“库尔斯克号”事故发生后不久，即从2002年起，NASA正式与美国海军合作，开展NASA/海军标准化交流，其中包括来自NASA安全与任务保证办公室（Office of Safety and Mission Assurance，OSMA）以及海军07Q潜艇安全与质量保证处（07Q Submarine Safety and Quality Assurance Division，SUBSAFE）的高级代表。该小组确定了NASA从SUBSAFE的成功经验中获益的多个项目。[29]如果致命事故可以发生在地球上，可以发生在海底，那么它也可以发生在太空。
航天机构对潜艇上的生活安排也非常感兴趣，因为太空生活，至少在早期，也是十分拥挤闭塞的，也有可能造成心理焦虑。潜艇的保密性要求更高，他们称其为“沉默舰队”。核潜艇要对全球范围的监视网隐身，因此艇员不能给家里打电话，也不能像ISS上的宇航员那样与亲人或好奇的学童视频聊天。在执行任务的第一天，当你走进其中一艘潜艇，听到身后的舱门关闭，一种幽闭恐惧症的感觉可能会瞬间袭来。美国海军的“宾夕法尼亚号”可能是世界上最大的核潜艇，长170米（大约两个足球场的长度），但宽度只有13米，龙骨深度12米。那里没有窗户，只有朦胧的人工照明引导你穿过迷宫般的狭窄通道，从地板到天花板布满似乎永无尽头的金属配件、管道和电线——非常原始，就像一个未完工的建筑项目。几乎所有东西都是灰色的，像是专为压力训练而设。机器间里发出持续不断的嗡嗡声，润滑油和柴油的气味与无处不在的胺的气味混合在一起，形成了独特的“苏马林水下香水”（eau de sous-marin）。净空低，不到6英尺——最好不要太高。日复一日都是同样的面孔。睡觉的床铺是三层的，9个人住在一间比牢房还小的房间里。没有太阳来指引你的生物钟，你可能要等上90天才能再次见到阳光。
正如在南极洲所见，用餐可以提升士气。美国潜艇艇员声称，到目前为止，他们的餐食是美国海军中最好的。除此之外，美妙单调乏味的日常工作，以及对“库尔斯克号”悲剧的记忆，让艇员们保持了继续工作下去的动力：向站点报告，检查机器，进行维护、清洁，从床上跳起来完成突击演习，训练，体能锻炼，从床上跳起来完成另一次突击演习，吃饭，睡觉，不断重复。新手要取得大量任职资格才能成为一名潜艇专业人员，才能“赢得海豚勋章”。海豚勋章是一种制服胸针，是三大主要服役作战勋章中的一种。赢得海豚勋章在 美国海军可是一件大事。让潜艇艇员保持头脑清醒的还有一个因素是他们强烈的使命感，即控制一部能够发动核打击、行动隐秘的战争机器所产生的令人敬畏的责任感。
潜艇艇员经常哀叹他们没有窗户。要安装承受巨大压力的窗户实在太难了，而且起不了什么作用，因为1000米以下的海洋中根本没有光。但他们的抱怨成为ISS安装窗户的主要原因，这对宇航员来说主要是一种慰藉。
美国海军研究了潜艇艇员的心理健康状况，发现拥挤的环境会导致睡眠不良、易怒、抑郁。这并不令人意外。创造一种空间更大的假象，拥有更整洁的娱乐场所，比如食堂和卧铺，可以提高幸福感。[30]对潜艇艇员来说，一次出海的时间很少超过3个月。拥挤的火星之旅预计将持续9个月，然后要在狭窄的栖息地度过两年，再然后是拥挤的长达9个月的回家之旅。乘员小组会出现什么样的状况？NASA与美国海军在康涅狄格州格罗顿的潜艇基地启动了一个项目，试图找出答案，详见下文。[31]
显微镜下的生活
幽居症。监狱狂人。人类越是封闭和孤立，就越容易出现行为问题或精神障碍。据说，阿根廷南极洲布朗海军上将站（Almirante Brown）的一名医生在1984年为了避免在那里再过一个冬天，一把火烧了科考站，差点置自己和同伴于死地。[32]在去往火星的长途旅行中，这种情况会如何演变呢？你肯定能想到《阿波罗13号》（Apollo 13）与《闪灵》（The Shining）中的噩梦场景。这种恐惧是真实存在的，而且有的人认为，这是我们探索太阳系深处的一个致命障碍，因为这个问题在太空中可能会加剧。太空中缺少重力会影响睡眠，会让宇航员更加暴躁。在任何一个“夜晚”，宇航员的踏实睡眠通常都不会超过6小时。美国和俄罗斯的航天机构都注意到，ISS和“和平号”空间站（Space Station Mir）上的宇航员有明显的幽居症症状。已经有宇航员“心理封闭”的案例记录了。在这些案例中，病人有选择地与一两个任务控制人员互动，而不理睬其他人，就好像他们是敌人一样。[33]关于俄罗斯人在“和平号”和“礼炮号”（Salyut）任务期间发生的传言很难证实，但其中的奇闻逸事包括：宇航员故意一连数日关闭无线电通信，令人不安地梦见自己牙痛或得了阑尾炎，在不是完全安全的情况下冲动地冲出空间站。[34]据报道，宇航员瓦连京·维塔利耶维奇·列别杰夫（Valentin Vitalyevich Lebedev）和阿纳托利·别列佐沃弗（Anatoly Berezovoy）在其“礼炮号”飞船211天的飞行中，大部分时间都在沉默中度过，因为他们都无法忍受对方。[35]
为了解宇航员在此类航行中及随后遥远世界的营地中如何互动，并就此做出相应的改进，NASA创造了被称为模拟物的人工环境，以模拟预期的旅程。简而言之，研究人员像研究笼子里的实验动物一样研究志愿者。其中一个这样的“笼子”被称为人类探索研究模拟项目（Human Exploration Research Analog，HERA，赫拉），一个大约两居室公寓大小的太空舱，位于休斯敦约翰逊航天中心（Johnson Space Center，JSC）的一个普通仓库里。4名志愿者大部分互不相识，每次在“赫拉”栖息地/飞船上居住和工作45天，有时 更长。他们不能离开，除非要完成一次“太空行走”，那里甚至还有一个气闸。在志愿者执行“任务”时，NASA的研究人员收集他们的视频和音频记录，有时还会把磁带送到位于格罗顿的海军潜艇实验室，利用海军跟踪潜艇艇员行为的专业知识来分析志愿者的行为。
NASA的人类探索研究模拟项目（HERA）
“赫拉”位于得克萨斯州休斯敦的约翰逊航天中心的一个仓库里，由一个中央核心实验室舱段及一个与之相连的用作生活区的第二层和第三层组成。付费参与者每次在这个单元里住上几个月，模拟火星或小行星之旅。
听起来有点像电视真人秀。具有讽刺意味的是，这类真人秀电视节目并不真实，而“赫拉”实验却是精心设计的，以便在休斯敦尽可能逼真地模拟真实的火星之旅。任何有“戏剧成分”的潜在参与者都会被果断拒绝，决不会因其 娱乐价值而被选中。潜在参与者从普通人中选拔；但是像所有宇航员一样，他们必须是健康的；要有一个好的身体，体质指数要小于29，理想身高低于74英寸；视力要能矫正到20/20[36]，而且没有梦游史；必须拥有工程学、生物科学、物理科学或数学方面的至少一个硕士学位。有了这些基本资质，你就可以登记，申请在“赫拉”里待上45天，以每小时10美元的酬劳昼夜不停地做一些普通的工作，比如虚拟维护检查、假装太空行走，甚至驾驶静止不动的“赫拉飞船”。你在固定自行车上锻炼，吃冻干食物，有时每晚只睡5小时，只允许给家人和朋友打简短的、计划好的、有延迟的电话。NASA有时也会制造一些紧急情况，让你在紧急情况下驾驶一两次飞船。一个不错的工作，收入比最低工资高一点点。
NASA每年都要实施几次“赫拉”实验。他们可能会模拟在小行星上着陆，也有可能模拟一次火星之旅。工程、医疗和团队任务将模拟真实任务中可能发生的情况。我们已经从“赫拉”项目学到了很多东西。例如，NASA的研究人员已经找到通过全天调节灯光来改善睡眠和行为表现的方法。并通过改进栖息地的设计——即同样的空间、不同的布局——减少幽闭恐惧症的感觉。
“赫拉”只是NASA及其国际合作伙伴的十几个模拟项目中的一个，其中每个项目模拟太空生活的某一个方面。还有NASA极端环境任务行动（NASA Extreme Environment Mission Operations，NEEMO），该项目的“水下作业员”要在佛罗里达海岸附近的水下生活、工作一个月，模拟其他行星及其卫星上的低重力环境。他们穿着特殊的衣服在水下行走，收集土壤样本，测试工具和其他设备，然后返回他们的水下基地“宝瓶号”（Aquarius）。“宝瓶号”与ISS生活区的大小差不多，放置在水下60英尺的地方。由欧洲航天局（European Space Agency，ESA）领导的南极康科迪亚站（Concordia），是世界上最为偏远的基地，就距离来说比ISS还要远。康科迪亚站主持了一些项目，测试在6个月的冬季不可能撤离的情况下，在寒冷的隔绝环境中工作的效果。NASA主导的称作VaPER的卧床休息研究，让志愿者花30天时间躺在头向下倾斜6度的床上，并且呼吸含有0.5%二氧化碳的空气（该二氧化碳含量是常规空气的10倍），模拟高二氧化碳环境及超流体压力对眼睛和视神经的影响。这些正是宇航员在太空驻地所要经历的东西。这些都是志愿者和研究人员必须忍受的极端情况，撤走地球上环绕我们的舒适感。
由NASA资助的另一个模拟项目HI-SEAS也值得一提。HI-SEAS一词从夏威夷太空探索模拟与仿真（Hawaii Space Exploration Analog and Simulation）缩写而来。这是打了类固醇的“赫拉”升级版，专注于火星生活。HI-SEAS栖息地位于夏威夷岛莫纳罗亚火山上贫瘠、干旱、高海拔、类似于火星的地方。那里可不是什么天堂。基地紧邻一串曾喷发过火山灰和熔岩的火山锥。悬崖上几乎没有植被，也没有任何生命迹象。由破碎玄武岩构成的富铁土壤，在质地和生锈的颜色上都很像火星。事实上，NASA还出口同一山坡上采集的粉碎的熔岩，用于测试在类火星条件下机动车的机动情况和蔬菜种植情况。NASA的天体生物学家克里斯托弗·麦凯（Christopher McKay）指出，莫纳罗亚火山的确是一处与火星条件很相像的地方。
HI-SEAS穹顶单元大约有13000立方英尺（370立方米）的居住空间，大致相当于24英尺×24英尺×24英尺的体积，由一层和阁楼组成，两层的可用面积加起来约1200平方英尺。不是很宽敞。在穹顶内生活和工作的6名任务成员（有男有女）模拟在火星上执行任务。他们每天穿着笨重的加压服外出采集样本，进行科学实验，就像在火星上一样；他们要照料太阳能电池板；每天大部分时间在室内做实验；很少吃到开胃食物；等等。每名任务成员在阁楼层配有一个小小的私人睡眠区。他们共享一个公共区域，有厨房、厕所、淋浴、锻炼区、实验室、模拟气闸，还有一个类似于玄关的地方。[37]与外界的任何通信都要延迟20分钟，以模拟在地球和火星之间发送无线电波往返所需的平均时间。与“赫拉”一样，NASA希望从压力管理、问题处理和士气方面了解任务成员的动态。
NASA与康奈尔大学、夏威夷大学马诺阿分校合作，已经实施了多项HI-SEAS任务。第一项任务HI-SEAS 1号于2013年启动，由6名成员组成。他们被隔离了4个月，主要进行食物准备。具体来说，他们对预先包装好的“即食”食品与任务成员利用耐储存、大包装原料制作的食品进行了比较。按照NASA人类研究计划路线图（Human Research Program Roadmap）的定义，这是为了解决所谓的认知差距。然而，一些国会议员认为这个项目是在浪费钱。为什么要把他们关在夏威夷的山顶上进行品尝味道的实验呢？他们问道。谁也给不出一个很好的答案，但根据HI-SEAS 1号任务成员——指挥官安吉洛·韦尔默朗（Angelo Vermeulen）的反馈，我们确实知道一种叫作“功夫鸡”的食品是最不受欢迎的预制食品。[38]
HI-SEAS 2号也持续了4个月，目的是检查团队里的技术、社会以及任务角色如何随时间变化而变化，以及任务角色如何影响任务的实施。[39]通过这项任务，人们确立了各种例行工作的内容，包括食物准备、锻炼和科学研究，根据NASA行星探测预期标准进行野外地质调查，测试设备，以及跟踪食物、电力和水等资源的利用情况。HI-SEAS 3号将停留时间延长到8个月，而HI-SEAS 4号则持续了整整一年。任务仍在继续，每项任务都会调整生活安排以减少压力，同时为了完善火星之旅也在进行着一些新的实验。例如在HI-SEAS 2号任务期间，没有受过正规医学训练的任务成员成功运用3D打印方式打印出热塑手术器械，并且完成了模拟外科手术任务。[40]在HI-SEAS 3号任务中，任务成员使用了一种叫作虚拟空间站的东西，这是一套通过计算机运行的交互式的心理训练和治疗程序，以一种私密方式自我诊疗初发的压力或抑郁。[41]在所有这些任务中，NASA的工作人员几乎把成员们在公共场所的每一个动作都记录了下来，并特别注意那些显露出厌烦或厌恶情绪的面部表情。
HI-SEAS栖息地的压力水平应当低于真正的火星任务，因为任务成员处于生命威胁风险很低的环境中。环境中不存在会杀死他们细胞的宇宙射线。如果宇航服破裂，也不用担心肺里的水会在极低压力环境下几分钟就蒸发掉。如果他们再也不能忍受这种隔离，或者遇到紧急医疗情况，可以在一小时内用直升机撤离。能在紧急情况下离开是一种安慰，这在火星上显然是不可能的，甚至从地球发射升空一天之后、不能再实施U型转弯的时候，就不可能撤离了。2018年进行的HI-SEAS 4号任务确实发生了严重事故。任务刚进行4天就有一名参与者触电。医护人员赶到现场并撤离了受伤的参与者，整个任务实际上也就结束了。考虑到实施HI-SEAS 4号任务需要几个月的准备工作，这次事故绝不是一件小事。
那些真正要去火星的人会因为他们要去火星而感到安慰。到达这颗红色星球的第一人将得到永生。而那些被困在地球上的HI-SEAS栖息地的人只会默默无闻。他们在严酷环境下度过了生命中的一年，而这一切都是为了科学，或者说是为了另外某个人的荣耀。这本身就是一种压力。事实上，NASA已经发现HI-SEAS参与者的“四分之三现象”（third-quarter phenomenon）：一项长期任务进行到一半时，新奇感已经消失，而事情还没有结束，人便会变得更加焦躁，动力和士气也逐步下降。
西普里安·维尔苏（Cyprien Verseux）是HI-SEAS 4号任务的成员，是一位太空生物学家。他很好地总结了这种情绪。或许是巧合，他恰恰在任务完成一半的时候进行了这次总结。“如果在火星上，我们知道自己是历史的一部分，”他说，“但是在这里，哪怕我们在历史书中能有一个注脚，就已经很幸运了。”说得对，维尔苏先生。你的第一个注脚，或者更准确地说，你的第一个尾注来了。[42]愿你拥有更多的注脚或尾注。这是你应得的东西。[43]
来自俄罗斯
拥有隔离室、可以研究长期封闭环境对心理和生理影响的机构，NASA并不是独一家。俄罗斯生物医学问题研究所（Institute of Biomedical Problems）与ESA合作，启动了一项名为“火星500”（Mars500）的项目，想从头到尾模拟一次载人火星任务。该项目于2007年启动，耗资1500万美元，于2010年达到高峰。当时有6名国际任务成员进入一个密封装置，执行为期520天的任务。最初250天在一个模拟火星飞船中度过。该飞船带领任务成员进行一次虚拟的火星之旅。在接下来的20天里（他们成功着陆了），他们在一个独立的柱形舱里探索了火星。这个柱形舱专为该实验任务而设计。在完成基本实验并把旗帜插到火星之后，宇航员回到第一阶段的太空舱，进行为期250天的返回地球之旅。
我事先应该解释一下，首次尝试此类实验任务并不顺利。俄罗斯在1999年就进行过尝试，但是斯芬克斯-99（Sphinx-99）任务很快陷入混乱。4名俄罗斯人在模拟器里待了180天后，一名来自加拿大的女性科学家和两名分别来自日本和奥地利的男性科学家也加入进来。头几个星期还可以忍受。然后，一场伏特加刺激下的新年聚会让场面失控。于是，这项研究没有获得任何重要数据。
于是俄罗斯决定排除女性，“火星500”项目也就变得 更加顺利。但是项目完成已近10年，还是没有什么数据发表。该项目设施建在生物医学问题研究所的一个仓库内，该研究所隶属于著名的俄罗斯科学院，位于莫斯科。也就是说，6名任务成员在世界最大城市之一的核心地带，与其他人类分离了一年半，而那里生活着1100万莫斯科人。这个超现实的设施有5个部分，或者说5个舱。其中3个舱——生活舱、医疗舱和存储舱——作为往返火星的“飞船”。这些舱让人想起潜艇，又长又窄，每个舱宽3～4米，长12～24米。令人费解的是，这些舱与火星飞船的任何建议尺寸都不匹配，而且使用了舒适的木质护墙板和地板。火星着陆舱约6米长、6米宽，有3层铺位和有限的工作空间，要简陋得多，与首个火星着陆器的预想外观更为接近。在火星着陆舱为期20天的探险中，有3名宇航员住在里面（着陆舱在任务的后半部分也塞满了食物，又不得不清空，这是该项目规划另一个奇特之处）。
来自40个国家的6000多人申请了这个项目——一个连续17个月看不到蓝天而且呼吸不到新鲜空气的项目。[44]他们需要向亲人告别，而且更糟的是，在整个任务的后半程他们只能吃俄罗斯食品。不过，这份工作的报酬很诱人：完成整个任务的报酬是99000美元。由于任务期间无处可花，这笔钱可能会直接存入银行。项目组织者选定的团队全部由男性组成：法国的罗曼·夏尔（Romain Charles），意大利的迭戈·乌尔比纳（Diego Urbina），中国的王跃，俄罗斯的苏赫罗布·卡莫洛夫（Sukhrob Kamolov）、阿列克谢·西特夫（Alexey Sitev）和亚历山大·斯莫列夫斯基（Alexander Smoleevskij）。他们相处得相当融洽，或许因为他们执行的是一项到处都镶着木板、条件 比较优越的任务。一个中国研究团队发现，任务成员对负面情况的反应比预期的更积极。[45]6名任务成员中有两名既没有表现出行为障碍，也没有报告有严重的心理困扰；6人中只有1人有严重的嗜睡和抑郁症状，这可能是失眠造成的。[46]此外，任务成员有困倦、无聊和急躁方面的表现。没有出现意外，没有拳脚相加，也没有关于如何提高士气的报告，因为除了520天的时长之外，作为一项模拟任务它看来并不真实。
植根于现实？
有些人质疑这些模拟研究的实用性，因为这些模拟研究要给参与者付费，而且几乎不会受到严重伤害的威胁。因此，作为对这些模拟研究的补充，研究人员希望通过研究几个世纪前伟大探险家的日记来确定太空旅行中可能存在的心理压力。[47]杰克·斯塔斯特（Jack Stuster）是一位文化人类学家，也是NASA人体工程学领域的首席研究员。他认为困在被冻住的小木船里和被困在飞往火星的铁罐子里没有什么区别。他通过研究北极和南极的探险日志，发现导致士气低落的因素与如今在ISS上的完全吻合：缺乏与外部世界的沟通、废物处理、个人卫生、单调，等等。在危险时期，让船员们团结在一起的是以平等为基础的强有力的领导，而这在船舶管理专制时代是不常见的。[48]
让我们看一下弗雷德里克·A.库克（Frederick A. Cook）的部分日记。他是1898～1899年比利时南极探险队的医生。1898年5月20日，队员们被困在冰中间过冬，他写道：
哪怕只是彼此分开几小时，也许我们就能学会从新的角度看待同伴并对其产生新的兴趣；但这是不可能的。事实上，此时我们对彼此的陪伴感到厌倦，正如我们对黑夜的寒冷和食物的单调感到厌倦一样。我们时不时会郁郁寡欢，然后又试着用一种表面上的兴高采烈来激励彼此，但这种表面上的快乐情绪是短暂的。然后我们身体上、精神上，也许还有士气上，都会很沮丧，很低落。根据我过去在北极的经历，我知道这种沮丧和低落会随着夜幕的降临而加剧，一直持续到明年夏天黎明到来前。[49]
此时至少有一位成员已经死亡，似乎是出于绝望。其他人则表现出偏执或痴呆的迹象。一人则陷入歇斯底里的状态，失去了说话或倾听的能力。起初，库克尝试通过锻炼来治疗他们的疾病。但绕着船在冰面上行走，却变成了所谓的“精神病院散步”（madhouse promenade）。后来库克发明了一种名为“烘烤疗法”（baking treatmeat）的治疗方式：让病人每天坐在船上温暖的火炉前一小时。这种倾尽全力服务大家的奉献精神鼓舞了队员。库克推测，心情不好的部分原因是缺乏光照和维生素。暴露在炉火前，再加上饮食中加入了新鲜的企鹅肉，可能会扭转这一局面，但库克最终得出的结论是：燃起希望和培养“良好的幽默感”才是让这些人熬过冬天的真正原因。这种策略被后来的探险队所采用。[50]
结论是，进入深空的旅程将会非常艰难；飞船设计得好，心情可能会轻松一点；选择合适的团队成员以及领导者，可能是防止暴动或叛乱的最重要因素。但是，一旦在其他星球着陆，我们能否像科幻小说和科幻电影里那样，以建立永久的、受保护的、封闭的城市为长远目标，建立起自给自足的栖息地？从一项声名狼藉的地面研究来看，这可能也很困难。
玻璃下的生活
沿着77号公路从亚利桑那州图森市向北行驶，匆忙修建起来的郊区和购物中心一闪而过，取而代之的是一片阳光普照的沙漠灌木丛的景象，有假紫荆树、牧豆树、墨西哥刺木以及无数的仙人掌。当你从卡特琳娜州立公园经过的时候，几乎看不到人造建筑，直到你来到寂静的奥拉克尔小镇，看到在高速公路右边很远的地方，有一处由金字塔和穹顶组成的庞大钢构玻璃建筑群——被称作生物圈2号（Biosphere 2）。生物圈2号采用未来主义设计风格，覆盖3英亩的沙漠，并将之转化为多种生物群落——有珊瑚礁的海洋、红树林湿地、热带雨林、热带草原、沙漠以及农场——该设计令人想起古巴比伦的空中花园，同时向新时代运动致敬，注重整体观念和神圣的地球母亲。生物圈2号是有史以来人类建造的最大的封闭生态系统，是一个完全封闭的、自我维持的植物园，也就是我们在火星上定居需要的那种，与外界没有空气交换。它是20世纪90年代的一项工程奇迹，同时也是一次巨大的失败。但是这一失败具有巨大的教育意义，详见下文。
某个年龄段的读者可能还记得生物圈2号的起源，以及那8位热情的理想主义者。他们穿着时髦的蓝色连身裤，告别了生物圈1号（也就是地球），在生物圈2号上生活了两年。生物圈2号将成为另一星球上的工作居住地的原型——人们把地球上的所有东西都塞进了这3.14英亩，蜂鸟、猴子、蚯蚓，以及将近4000种其他动物和植物。生物圈2号工程无疑是坚固的，是一座雄伟的生态水晶巨大建筑。项目创始人约翰·艾伦（John Allen）和艾德·巴斯（Ed Bass）招募专家来建造这座巨大的密闭温室及包含其中的生物群落或生活环境，如受人尊敬的瓦尔特·阿迪（Walter Adey）——史密森尼学会的地质学家，负责海洋方面的事务。世界著名植物学家、后担任纽约植物园园长的吉尔林·普兰斯（Ghillean Prance）爵士，负责管理热带雨林。
生物圈2号的钢架和玻璃板的连接比以往任何建筑都要紧密，空气交换损失甚至少于ISS。私人生活区宽敞、现代；厨房华丽，采光充足。整个结构的基础是不锈钢，以防止与下面的土壤进行任何交换。隐藏的地下一层让空气和水循环起来，并提供能量。那里有大量管道、电缆以及空气处理设备，是所谓的技术领域，其阴森森的坟墓一般的氛围与上面郁郁葱葱的生活形成了鲜明对比。这个建筑用了4年的时间，到1991年初才完工，费用为1.5亿美元，全部由巴斯出资。所有的动物、植物、真菌、藻类和细菌都被密封其中，等待那年晚些时候到达的第一批成员。其中年纪最大的是67岁的罗伊·沃尔福德（Roy Walford），是这个小组的医生。其他4名女性和3名男性都是二三十岁的年轻人，均具有理工科的教育背景。新闻媒体大张旗鼓地宣传这个项目，《探索》杂志更是称其为“自肯尼迪总统将我们送上月球以来，在美国进行的最激动 人心的科学项目”。这8人自称生物圈人（Biospherians），1991年9月26日走进了他们的新家园，承诺两年内不会走出来。
事情很快就变得糟糕起来。任务开始12天后，其中一个生物圈人在用脱粒机碾米时，她的中指指尖被切了下来。沃尔福德试图缝合，但不成功，最终她只能离开生物圈2号，到医院接受治疗。她回来的时候，偷偷带了一些神秘材料。后来，这些材料对玻璃下的生活起到了帮助作用。而且，任务开始后不久，大气中的二氧化碳含量就开始上升，最高时达到地球大气的20倍。起初没人知道为什么。动物开始死亡。传递花粉的昆虫——蝴蝶和蜜蜂——是最先死掉的（后来人们了解到，生物圈2号的玻璃减少了蜜蜂寻找花朵所需的偏振光的数量，这对蜜蜂在火星上生存是一个至关重要的经验教训，如果我们能到达那个阶段的话）。蔬菜产量很低，部分也是这个原因。而且鸡下的蛋也没有那么多。蛋鸡和奶羊很快就被杀掉了，因为它们吃进的比它们产出的要多。
为帮助分解落叶而特意引进的蟑螂大量繁殖。还有蚂蚁，许许多多亚马逊蚂蚁。没有人确切地知道那些蜂鸟到底发生了什么事，但猴子是罪魁祸首。虽然猴子也有自己的食物，但它们还是去抢夺蜂鸟的食物。蜂鸟死了，可能是死于饥饿。事实上几乎所有的脊椎动物都死了——鱼、鸟、哺乳动物。那8个生物圈人也快要饿死了。在30多种作物中，只有红薯长势良好。他们一日三餐吃红薯，摄入的β-胡萝卜素足以让他们的手变成橙色。他们也需要吃种子食物来生存。
有人彻底弄明白了O2—CO2的问题：大量淤泥和堆肥被运入穹顶来给农田施肥，其中的细菌就像人类一样吸入氧气，呼出二氧化碳，只是数量要大得多。更糟的是，珍贵的氧气正在慢慢消失。几个月后，实验成员们才搞明白，其中一个生物群落中的混凝土正在吸收氧气。在生物圈2号待了一年之后，氧气在大气中的比例从20%下降到13%，相当于登山者在1.7万英尺高空呼吸到的氧气水平。成员们一天到晚气喘吁吁，晚上还患上了睡眠呼吸暂停症。到了1993年初，他们必须打开气闸，让新鲜的氧气进入人造生物圈，从而破坏了这项任务的主要协议。同时，8名任务成员分裂成了两组，每组4人，在任务的最后一年里两组人员之间不说话，因为他们对项目的关键问题存在争议。但是他们都活了下来。在离开2年零20分钟后，他们回到了生物圈1号。他们平均瘦了30磅，但在其他方面都很健康。
第二项任务始于1994年，召集了一组新成员。但是，这次只持续了6个月。为了降低项目成本，人们雇用了史蒂夫·班农（Steve Bannon）（没错，就是那位史蒂夫·班农，后来在总统竞选中出了名的那位）后，冲突便层出不穷。然后是武装警卫解职管理层、蓄意破坏、污言秽语、法律诉讼、指责羞辱……就是典型的火星殖民那些玩意儿。哎呀，也许我们应该取消这个伊甸园计划。[51]
《时代》将生物圈2号列入“20世纪最糟糕的100个主意”的榜单。[52]然而，该杂志大错特错，因为无论 用什么理性标准来衡量，生物圈2号都是一个非常好的想法。失败更多的是因为管理不善和傲慢自大；但这并不能说明生物圈2号是个坏主意。该项目确实做了几件正确的事情。首先，生物圈2号成功营造了一个完全封闭的环境，这正是NASA后来从中学到的东西。其次，基础设施从来没有出过问题。该设施还回收了所有废水和污水。实现了NASA在ISS上从未实现过的水的完全回收利用。对所有太空栖息地来说，水的完全或接近完全回收利用非常重要。
亚利桑那州奥拉克尔小镇的生物圈2号
最初是为了证明封闭生态系统支持人类在外太空生活是否可行。20世纪90年代初，8位“生物圈人”在这里生活了两年。尽管实验并不顺利，大多数动植物都死了，氧气供应下降到接近致命的水平，但我们从生物圈2号学到了很多。
因为生物圈2号，我们如今知道在火星和其他地方不应该做什么。不要把农场和生活空间混在一起，要把它们放在单独的穹顶里。不要依赖植物为你提供所有的氧气，至少一开始不要。不要建得太大，要从小的开始，逐渐扩展。不要以为可以通过引进某种动物来控制另一种动物，从而掌控生命之网。不要低估细菌的力量。还有，看在上帝的分上，请不要再种牵牛花了。它们会霸占你的整个雨林。
1995年，哥伦比亚大学接管了生物圈2号的管理工作，希望把它变成一个巨大的研究实验室，但这一关系在2009年结束。2011年，亚利桑那大学接管了所有权和管理权，并且从艾德·巴斯那里获得了额外的2000万美元来支持相关研究。亚利桑那大学的科学家们在这个目前未封闭的设施中工作，研究气候变化、水流动力学和能源可持续性。他们正在进行一些独特的实验，例如在景观演化观测站（Landscape Evolution Observatory）“观察泥土的生长”，研究物理和生物过程如何在极长时间内相互作用，影响景观的演化。因南极温室而出名的菲尔·萨德勒，希望在生物圈2号的一个房间里建造火星栖息地。具有讽刺意味的是，这曾是一项野心勃勃的计划：要创建一个迷你地球。
因此，无论是从心理学和工程学的角度，还是从我们在地球上掌握的现有知识来看，建立太空定居点将非常困难，但随着新技术的出现，又将具有可控性。但是从人类生物学角度呢？太空会杀死我们吗？在我们起飞之前，这个问题值得研究。
[1] 2006年，国际天文联合会正式定义行星概念，将冥王星排除出行星行列，重新划为矮行星。——译注
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[9] 目前地球上约有1万枚核弹头，大大少于20世纪70年代的约7万枚，这显然是一个积极的趋势。
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