旅行到时空边缘：探索宇宙飞船

第30章　宇宙“飞船”

承载着生命在宇宙中飞行的，不是一艘宇宙飞船吗

早期恒星的死亡形成了富含重元素的星云，大约50亿年前，一个新的行星系统在这样的星云中诞生，它就是太阳系。宇宙创造进入了第三阶段—支持生命的系统开始形成，太阳系是其中之一。

从某种角度看，太阳系就像一个宇宙飞船系统。承载着生命在太空运行的，不就是宇宙飞船吗？只不过这个飞船系统是宇宙打造的，和人工智能的作品大异其趣，人类智慧甚至难以想象它的完美，因而有些人不习惯这种表述方式。

接下来我们将从飞船的角度来欣赏这个宇宙生命系统。这种表述，也许能够最真实地体现生命与宇宙天体的关系。

大自然的飞船

假如你在地球轨道附近的太空远眺，会看到一个蓝色小点移动而来，越来越大，越来越亮，发出绚丽的蓝色光芒，遮蔽了半个天空，然后又向空间深处滚滚飞驰而去，这就是地球。

如果把地球比作一艘宇宙飞船，我们会发现，这简直是一艘无与伦比的飞船，它足够大，足够舒适，足够耐久，而且全自动运行，实在是大自然为地球生命准备的完美飞船。

形状、大小与质量

飞船是球形的，这不是人类熟悉的飞船造型，却是宇宙中最简洁最优美的形状，它具有完美的动力学特性，旋转起来极其平稳，重力分布也非常均匀。球形飞船还具有自动修复功能，无论表面如何改变，总能在重力作用下自动恢复，永远也不必担心变形。这使得飞船总能保持近乎完美的球形，如果把地球缩成直径1米的球，上面最高的山峰也只有0.7毫米。

地球飞船很大，直径12000多公里，表面积超过5亿平方公里。这广阔的表面，就是乘客居住的甲板。即便飞船乘载了亿万的乘客，他们也不会感觉狭小和压抑。事实上，他们根本感觉不到，也很难意识到，自己竟然居住在一个快速飞行的旋转大球上。

飞船很重，有60万亿亿吨。这样重的好处是，飞船表面产生的引力把乘客和飞船上的所有物体，以一种恰到好处的重力固定在甲板上，乘客们从来没有为失重而烦恼，每一个物件总是静静地待在它应有的位置。在通常的人造飞船里，失重是很伤脑筋的事情。另一方面，飞船表面的引力又没有太大，乘客们没有一点重压感，他们可以在水中轻松地游动，在陆地欢快地奔跑，在天空自由地翱翔。

飞船虽然庞大，却是迅捷而轻灵的，运行速度很快，一秒钟飞行30公里，一小时就是10万8千公里；将近24小时旋转一周，表面转动最快的地方—赤道，每小时转过1600多公里，是大型客机的两倍。但飞船的航行如此平稳，乘客们感觉不到一丝震颤和颠簸，也没有一点噪音，比澄静湖面上的小船还要轻盈。

地球飞船一刻不停息地在太空运行，日复一日，年复一年，从亘古一直到永远。飞船上的乘客一代过去，一代又来，生生不息，交替繁衍，直到有一种能够直立行走的生命站立在飞船甲板上。他们通过几千年的观察和思考，发现了自己居住的坚如磐石的大地，原来是在太空中飞行的星球，就把它称为地球。

大气层—飞船的舷窗

太空是寒冷的，一艘宇宙飞船必须保证它的乘客的温暖。地球有一个大气层，大气总重量达5000万亿吨，在飞船外表形成了一个厚达上千公里的气体保护层。气体材料的一个巨大优点是透明性非常好，白天，太阳光可以几乎毫无遮挡地照射到地球飞船的甲板；夜晚，乘客们可以欣赏幽暗太空射来的灿烂星光。这样的大气层就像为飞船安装了一层透明的舷窗，既方便乘客眺望宇宙太空，又起到了很好的保温效果，还具有各种防护功能。同人类制造的宇宙飞船上那狭小的瞭望窗口相比，地球的大气舷窗显得大气得多。

地球飞船质量很大，这有一个显而易见的好处，它用重力就可以吸附住大气，一点儿也不必担心空气泄漏。在人造飞船里，携带空气并防止泄漏，是个复杂而艰巨的课题。而地球大气层能够完美实现一艘宇宙飞船的舷窗功能，却又不用安装，不用维护，不会脱落，不会老化，不怕撞击，实在是让人难以思量的大自然智慧杰作。

从太空的某个角度，可以清晰地看到地球的大气层，它发出淡而柔和的辉光，形成一个优美如虹的弧，流露出大自然奇妙构思的灵动之气，实在是一个完美的飞船舷窗。

保温功能

宇宙太空是非常寒冷的，一艘宇宙飞船必须给它的乘客提供适宜的温度，地球的大气层就起到了给地球表面保温的作用。

地表的热量主要来自太阳光，它可以透过大气层畅通无阻地照射到地面。然而，单有太阳的照射还不行，因为地球会向外辐射热量，如果不把它们留住，地球就热不起来。大气层里含有二氧化碳、水蒸气等温室气体，它们能吸收地面辐射的热量并存储起来，使其不向太空逃逸，就像为地球盖了一层玻璃温室，使地表维持在适宜的温度。

温室气体在大气层中含量其实很小，但也恰到好处。比如二氧化碳仅占大气总量的0.03％，但就是这少量的温室气体，使地表平均温度升高了33度；如果大气层中没有二氧化碳，地球表面的平均温度将会是摄氏零下18度，地球就将成为一个冰窖。相反，如果二氧化碳的含量扩大到0.06％，地球就会成为一个酷热难耐的星球。

大气层还是一个巨大的空气调节器，流动的气体把地表的热量混合均匀，温度变化非常温和。如果没有大气，地球昼夜温差就会非常大。比如月亮，表面没有大气，白天温度可以升到摄氏120度以上，夜间则降到摄氏零下180度以下，昼夜温差达300摄氏度。如果没有空气传导热量，即使在白天，同一个物体的阳面和阴面也会有巨大的温差，就是一个人的前胸和后背的温差就难以承受。轻柔流动的大气把热量带到了地球的每个角落，使地表的热量混合得均匀而柔和，生命在这个星球上舒适而自由。

防流星体撞击功能

宇宙太空并不安全，到处流窜着大大小小的流星体颗粒，一艘太空飞船必须能抵御流星体的袭击。在人类制造的飞船里，乘客需要躲在狭小的船舱里，出舱要穿上厚厚的宇航服。地球飞船的乘客居住在外表的甲板上，如何确保安全呢？它的大气层舷窗给乘客们提供了极为安全的防护。

当流星体高速向地球袭击而来时，首先闯入的是地球大气层，大气分子开始阻挡它。这些透明稀薄似有若无的气体，能产生无比坚强的力量，它们与流星体颗粒剧烈摩擦，产生的热量很快就会使其熔化。当流星体侵入到距地面约120公里高空时，大地虽已遥遥在望，但流星体也开始燃烧和毁灭；在距地面约40公里时，大多数流星体已经化为灰烬了。如果是在夜晚，人们就会在夜空里看见一道亮光一闪而过，那是地球飞船大气舷窗的保护机制在起作用，它使来袭者灰飞烟灭，同时给飞船的夜空奉献一道美丽的流星。

和很多人想象的不同，流星体颗粒大都很小。不到0.01克的颗粒，就可以产生划过天际的闪亮流星；还有更多细如微尘，它们的闪光过于微弱而难以察觉。据估计，每天有上百亿颗流星体袭击地球，速度比子弹快上百倍，如果没有大气舷窗的保护，地球上的一切生命都将被无情杀戮。

袭击者中也有来者不善的，就是那些重量较大者，比如几公斤、几吨甚至更重的，它们发出明亮的闪光，呼啸而下，砸落地面，形成陨石。大陨石在下落过程中会发生爆裂，碎块宛如冰雹一般倾泻而下，形成陨石雨。陨石和陨石雨是危险的，但它们发生的概率却很小。直径在1米左右的陨石撞击，大约每年会发生一次，因为地球表面大部分是海洋、荒无人烟的沙漠和山区，所以陨石撞击的危险性微忽其微。

1976年3月8日，中国吉林省发生了一次陨石雨，陨石爆裂后的成千上万个小碎块，落在吉林市北郊人口密集的工业区和邻近的县和乡，覆盖范围将近500平方公里，却没有任何人员和房屋损伤。有一户农家房子，四块陨石沿四个屋角落下，硬是没有砸到屋顶的瓦片；一位农民上山打柴回来，一块陨石砸在背后的柴捆上，农民却毫发未损；一群鹅在麦田里寻食，三块陨石砸在鹅群中，也没有一只鹅受伤。

2013年2月15日，一颗重约7000吨的陨石以54000公里的时速落向俄罗斯车里雅宾斯克市上空，陨石燃烧着穿越大气层，在几十公里的高空发生猛烈爆炸，释放了相当于50万吨TNT炸药的能量。这次事件造成1，491人受伤，但受伤的原因主要是震碎的玻璃划伤和建筑物震动，并没有一人被陨石击中。

防核辐射功能

核辐射是太空另一个巨大的危险。核辐射的最大来源是太阳，太阳上不停地吹来含有原子核的太阳风，在地球轨道处朝向太阳的每平方厘米平面上，每秒钟就会遭遇数亿个太阳风原子核袭击。

如何抵御这些核辐射呢？地球飞船有一个铁和镍组成的金属核心，地球的快速旋转使金属核心产生磁场。磁场产生的磁力线向外延伸，在飞船外围构建起一道看不见的防护罩，这就是磁层，它把太阳风抵御到几万公里之外，远远地为地球建立起一道保护屏障。

太阳风吹来的带电粒子流受磁层阻碍，在磁层顶上游形成了弓形的激波面，就如航船前方的水波那样。大部分太阳风粒子因受磁层激波的阻挡，沿着磁层掠过地球而去，到了背向太阳的一侧，磁层则形成一个越来越细的磁尾，延伸到几百万公里的远方。当太阳活动剧烈时，太阳风也变得强烈，磁层防护罩在防御过程中被大大压缩，到地球的距离甚至可以被压缩一半，即便如此，磁层这道防护罩依然能把核辐射抵御在三万公里之外。

会有一部分核辐射深入到地球大气层来，不过它们只能沿着磁力线，来到两极附近的高空。这时候大气分子奋起反击，与入侵的核辐射粒子碰撞，发出美丽的辉光，映亮了地球的大气舷窗，这就是极光。

防紫外辐射功能

一艘宇宙飞船还必须要能防止紫外线辐射。紫外线比普通可见光能量要高很多，能够杀伤生命，太阳光中就含有大量的紫外线，地球飞船的大气舷窗正好可以防护它。

实现这一功能的是大气层里一种叫臭氧的成分，这是一种带有一股鱼腥味的特殊氧气，在大气层里含量只占1/100000000，主要分布在距地表20至30公里的高空，人们称之为臭氧层。就是这极微量的臭氧，就可以吸收掉太阳光中99％以上的紫外线，同时把它们转变成热能，有效保护了地球飞船的生命。

然而，紫外线对生命也有重要的作用，阳光中的紫外线可以杀灭细菌和病毒，如果没有它，地球表面将是细菌和病毒肆虐的世界，那对于大型生命来说是极其致命的。缺乏紫外线，维生素D也不能合成，生物的骨骼系统将变得非常软弱。

大气层对紫外线的过滤处理得非常好，臭氧层并不是把所有的紫外线全部阻挡，它让不到1/100的微量紫外线透过大气层射到地面，于是阳光便有了杀菌消毒的作用，环境对生命变得相当友好。

臭氧那1/100000000的含量真是恰到好处。如果臭氧再少，生命就会暴露在紫外线辐射中，这固然不行，但如果臭氧含量再高一些，紫外线就会被过滤掉太多，阳光将不能起到很好的杀菌消毒作用，细菌和病毒就会永远统治这个星球。

奇妙的照明装置

地球飞船还需要一个照明系统，完成这一任务的依然是飞船的大气舷窗。

从太阳照射来的光子，被大气分子散射开来，半个大气舷窗的一半都变得很明亮，整个天空便成为一个极为均匀而柔和的照明体。大地万物在这样的光照下，显得清晰、柔和而且层次分明。如果没有大气的散射，即便有太阳，天空也是黑暗的，太阳和星星将会同现天宇，地面的明暗对比也是非常极端的，太阳光直接照射的地方是明亮的，而太阳光不能直接照射到的地方就是黑暗的，没有大气层的月球的表面就是如此。

大气舷窗还是一个极好的延时调光开关。倘若没有大气，早晨当太阳从地平线升起时，地面上瞬间就从黑夜变成白昼；晚上当太阳沉下地平线时，地面又转瞬间从白天变成黑夜。明暗的变化是突变式的，如电灯开关一般。

由于有了大气的折射和散射，早晨，在太阳从东方地平线上升起之前，天空在朝霞中渐渐变亮；傍晚，太阳落下西方地平线之后，天空才在晚霞中慢慢暗淡下去。光线的变化非常均匀而且持续的时间足够长，地球飞船的乘客们可以在这种缓慢的光度变化中，早晨从容起床做工，傍晚又从容收工休息，一切都显得那么和谐。

输水系统

水是每一艘太空飞船必须携带的。地球飞船携带了140亿亿吨的水，飞船甲板表面的70％都被水覆盖，以至于从太空看，这艘圆圆的飞船呈现出美丽的蓝色。

水量虽然充足，如果只是存贮在固定区域，用处也不会太大，远离水源的广大区域还是无法让乘客生存的，地球飞船有一套全自动循环输水系统。

太阳光照射过来，蒸发江河湖海以及地面的水，液态的水变成气态升上天空。在气流作用下，这些水汽被空运至地球飞船甲板的上方各处，这就是云。从太空看地球，这个晶莹的蓝色星球被白云覆盖，那就是飞船的输水装置在运行。这些水汽在太空中常常被搬运数千公里，再以雨雪等形式降落下来。在这一过程中，水还被蒸馏净化，于是地球表面各处经常能够得到新鲜水的供应，森林、草原等各种植被得到自动灌溉，湖泊补充水量，灌溉之后剩余的水再沿着江河返回大海。地球飞船的这一套全自动输水系统，每年运送的水量约500万亿立方米，相当于500条长江的输水量。

氧气和食物

一艘宇宙飞船还必须携带充足的氧气和食物。地球飞船携带的氧气超过了1000万亿吨，约占大气总量的21％，其余大约78％的是氮气，氧气与氮气的比例也调和得恰到好处。试想一下，如果氧气和氮气的比例颠倒过来，地球表面的森林和植被就会一次次地毁于火海，生命就不可能在地球上生存了。

地球飞船携带的食物是在旅途中生产出来的，这可以确保食物总是新鲜的。

在地球飞船的甲板上，生长了无数的植物，它们有无数绿色的叶片，那其实是一片片轻巧而高效的太阳能帆板。这些太阳能帆板里装配了一种叫叶绿体的元件，这种元件极为精密，只有几微米大，是一种光化学反应元件，能够把光能转化为化学能。一片叶子里装配的叶绿体元件数量多达上亿个，每一株绿色植物都有无数个这样的光化学反应元器件在工作。植物叶片小而轻薄，层层叠叠，可以最大限度地接收太阳光的照射。

绿色植物通过光合作用生产出了大量的粮食，就是植物的种子，供给地球上亿万的乘客—人类、飞鸟、走兽等食用。如此大规模的生产活动，几乎是在不知不觉中进行的，没有一丝噪音，也没有一点污染。更为奇妙的是，植物生产过程中利用的原料气体，恰是动物呼吸产生的废气二氧化碳，植物生产过程中排放的废气，恰好是动物呼吸需要的氧气。这实在是一个完美的循环，它确保了生产和消耗活动能够长久地保持平衡，以支持地球飞船的漫漫旅途。

要维持这艘巨大太空飞船运转，需要惊人的能量，能量从哪里来呢？大自然为地球这艘大飞船预备了一个非常理想的能源—一个无比庞大的核聚变反应堆。