殖民行星和气态行星的卫星之间的差异

太阳系内的一些候选和他们的关键词:

  1. 火星
  2. 木星卫星:需要大量的燃料进出行星系统
    1. Europa:强烈的来自木星磁层的有害辐射,几乎无大气,冰层下可能有海洋,表面 −170 °C 很冷(冰层之下温度会高),表面引力 0.134g,可能的原著民微生物,Artemis Project
    2. Ganymede:太阳系已知最大的卫星,有磁层(然并卵),几乎无大气,表面冰层,下有海洋,表面引力 0.146g
    3. Callisto:相比于上面两个辐射更低,几乎无大气,表面冰层,表面引力0.126g
  3. 土星卫星:需要大量的燃料进出行星系统
    1. Titan:很多跟地球相似的地方,最重要的是有陆地而且有 1.41 个大气压(目前发现的太阳系中唯一一个有显著大气的卫星),表面引力 0.14 g
    2. Enceladus:液态水,有大气,表面引力 0.0113g

整体而言,在木星土星周围相比于火星最大的问题就是进出需要消耗大量的燃料。 关于这个问题可以看看下面的这个 DeltaV 比较,图标中 Intercept 是从地球发射过去之后被引力捕获所需要的 DeltaV,LO 指的是进入 low orbit 需要的 DeltaV,On 是降落在天体表面所需的 DeltaV。

从地球出发到其它星球的 DeltaV。土星木星卫星所需要的 DeltaV 非常多。关于更多的太阳系 DeltaV 信息(包括一份地图)请参考:太阳系 Delta V Map · Issue #70 · InterImm/InterImmBook · GitHub.

从地球出发到其它星球的 DeltaV。

大量的燃料消耗可能使得殖民这些卫星显得不那么实惠,不过由于这些外太阳系的天体上总体来说有些我们稀缺的资源,是否值得殖民,需要权衡得失。

另外,土卫六——泰坦具有厚重的大气,这是卫星系统里面相对于火星有优势的一点,而且比金星的大气状况要好得多。下面会详细说。

木星土星系统的另外一个优势是,有大量的可以用于核聚变的氘氚,被祖布林(火星直击计划的提出者)称为太阳系的“波斯湾”。而火星就没有这样的优势。

其它的一些对比

  1. 由于卫星所接收到的 planetshine 很强烈,所以卫星在背对太阳的一侧可能会接收到很多的来自行星的反射光。这样夜间就不是那么黑暗了。(不利于天文观测……)这点有没有优势取决于我们的技术能发把这些微弱的光利用起来。
  2. 卫星系统有节奏复杂的昼夜,不利于人类的节律的维持,节律混乱对于人类来说会导致很多问题。
  3. 磁场,这个在后面专门说一下。
  4. 卫星上面由于行星的存在,形成的长期的“日食”,以及夜晚 planetshine 提供给卫星能量,这回导致更加复杂的气候,即便地球化之后,气候模型也会复杂些,长期预报什么的可能不容易。然而这些都是不那么重要的讨论话题了。

大气层

上面提到了大气层的差异,下面这张图展示了不同的星球的大气层状况。

各大行星以及泰坦和冥王星的大气压和成分。图作者和协议见图右下角,原作者不允许翻译,因此保留英文。

火星上的大气层很薄弱,平均只有 0.006 个大气压,也就是说几乎没有。而泰坦的却有 1.45 个大气压,这是卫星里面相比于其它的卫星非常有优势的一点。加上土星系统有丰富的可用于核聚变的氢的同位素。

辐射问题

木星土星系统的卫星由于这些气态行星强烈的磁层活动会有很强烈的辐射。而在火星上,每天只有大约 22millirads。按照火星这种辐射强度,三年就达到了 NASA 所规定的安全计量标准。

相比一下火星,木星卫星 Io 周 围的每人每天接受到的辐射计量可以高达 36Sv (3.6×10^6 millirads),只需要不到一小时就会达到 NASA 的安全计量标准。而在 Europa 附近也有 5.4Sv (5.4×10^5 millirads)。虽然 Ganymede 有磁层(是太阳系中唯一的有磁层的卫星),但是相比于木星的磁场来说,这个磁场太弱了,并不能像地球一样屏蔽高能带电粒子。

木星的辐射问题

仅仅来自木星磁层的辐射(可以对比上面提到的火星的辐射来思考)

  • Io: 36Sv 每天
  • Europa:5.4Sv 每天
  • Ganymede:0.08Sv 每天
  • Callisto:10 milirads 每天

因此如果开发木星土星周围的卫星,我们需要非常有效的辐射屏蔽手段。

参考和扩展阅读

  1. “References & Documents”. Human Adaptation and Countermeasures Division, Johnson Space Center, NASA. Archived from the original on May 30, 2010.
  2. Chandler, D. L. (20 October 2002). “Thin ice opens lead for life on Europa”. http://NewScientist.com.
  3. 关于太阳系的开发,请关注《星际移民之书》