是否有可能,在人類還不能在宇宙其它星球上獲得資源,或者說成本大於收穫時,地球資源已無法再支持人類探索宇宙?


支撐到人類毀滅自身人類變得比地球更強大為止,這兩件事大概率花不了幾千年時間,實質上用不掉多少資源。

你對探索宇宙需要什麼資源可以有大概的認識:人類需要的資源里最主要的是能源,地球表面和近地軌道上總量最多的能源是太陽輻射

太陽對地球的照射功率約1.73E17瓦,一天時間照射到地球的能量約有1.49E22焦耳,約相當於五千零八十五億噸標準煤完全燃燒釋放的能量,約可供75.8億人類[1]使用8650天。

人類現在大量使用的化石燃料,是地球生物圈與岩石圈的一部分在過去漫長的時間裡從太陽輻射中的一小部分轉換並儲存的化學能。

人類和整個地球生物圈對太陽輻射的利用處於非常初等的狀態,潛力巨大。而且太陽在今後幾十億年里的輸出是徐徐增加的。按照目前的數據,太陽輸出的強化會在一千萬年內導致現在的人類無法承受,在十億年內摧毀地球生物圈。這需要人類的進步去解決。

現在,地球接收的太陽輻射功率里約有5.2E16瓦經大氣反射與散射、雲的反射、地表反射等直接返回太空,其餘使大氣和地表升溫、支持大氣圈與水圈的運行:約8.1E16瓦以熱輻射形式散入太空,約4E16瓦用於水循環,約3.7E14瓦用於大氣流動。地球生物圈利用的太陽能不到太陽入射功率的千分之一,大部分還是光合生物在搞(約4E13瓦),是人類文明總功率的兩倍。

陽光可以轉換為電、熱和分解水來製造燃料。電可以驅動地球上的載具,可以用磁軌炮發射航天器,也可以通過毫米波點燃空氣或加熱火箭上的水箱將火箭打上太空。分解水得到的氫和氧可以作為燃料驅動地球上的載具或發射火箭,也可以支持基於核爆炸而非可控核聚變的聚變推進系統。一個既沒有化石燃料又沒有可控核聚變的人類文明仍然可以向太空擴張。這些設備的材料來源主要是沙子、石頭和鐵礦石。

工業革命以來,人類文明的總功率每年增加約2.5%~3%。只用地球上的太陽能維持每年2.5%的功率成長的話,可以繼續這樣發展368年[2]。在此途中,約251年後,人類文明將成長為卡爾達肖夫文明等級指數Ⅰ型文明,估計其技術可以支持在內太陽系展開大量軌道建築與航天器。

地球接收的太陽輻射只是太陽總輸出的二十二億分之一。人類可以將太陽能電站鋪到太空,接收地球原本接不到的那些太陽輻射。平均距離到地球最近的行星是水星(而不是金星和火星),水星上有儲量巨大的金屬[3]和強烈的太陽輻射。保持每年2.5%的功率成長,300年內人類就會有能力用水星的材料鋪設反射鏡戴森雲,接收許多倍於整個地球上的太陽輻射的能源。

太陽目前的總輸出允許人類文明以每年2.5%的功率成長率從公元2020年開始發展1238年。在此途中,人類文明將成長為卡爾達肖夫文明等級指數Ⅱ型文明,估計其技術將可以在銀河系內宇航,擁有比任何利用太陽輻射的能源更加有效的黑洞引擎等高級能源,甚至造出初步可用的零點能引擎。


附:毫米波火箭發射系統簡介

毫米波可以將空氣電離產生爆轟推動航天器,航天器本身只需要極少的變軌燃料、緊急逃生燃料,大幅節約重量。也有不點空氣而是讓毫米波加熱火箭上攜帶的工質(可以是水)的方案、讓毫米波將火箭推到高層大氣再用化學火箭發動機入軌的方案。用帶聚光構造的被動吸氣脈衝爆震發動機代替現存火箭發動機及其燃料可以節約80%的重量。

左側入射的170GHz毫米波引起的等離子化大氣

適合在地球大氣中傳播的毫米波是35GHz、94GHz、140GHz、220GHz。直徑5米的現代毫米波天線可以在20千米內將波束直徑控制在5米,直徑120米的天線則可以在200千米內將波束直徑控制在5米,持續照射火箭。電離層對100GHz程度的毫米波幾乎沒有反射,3波共鳴、熱自聚焦之類非線性相互作用可以靠位相補償來解決。

這是1980年代才出現的想法,晚於激光推進。但由於核聚變方面多年來的應用需求,人類對迴旋管相關技術的掌握程度還好,現代迴旋管單個輸出可以達到2MW,單價數十萬人民幣,輸出效率大於50%,數十座到數千座集束在原理上沒有問題,使用5000小時才開始出現故障(一次發射只使用幾百秒)。如果建成大規模基地,散熱設備類似現代發電廠的水冷系統,儲能可以靠飛輪,可以短時間連續進行航天發射(如一天10發)。

現階段實驗顯示每個1MW迴旋管每次發射可以送1~2千克物體上近地軌道。集中10000座,幾天就能把百噸有效載荷打上近地軌道了。要是搞得到幾十萬座,一次把百噸有效載荷打上近地軌道也是可以的(此時儲電飛輪的建設費跟迴旋管同等。這種規模的毫米波發射系統非常嚇人,因為這些設備是集發射彈道導彈與攔截導彈·飛機於一體的)。現實中未來的萬噸級軌道太陽能發電系統可能用得上這樣的發射系統。

東京大學 10克級毫米波火箭模型 930千瓦單脈衝毫米波 飛行高度2米

東京大學 100克級毫米波火箭模型 570千瓦脈衝毫米波 平均推力30N

參考

  1. ^2020年03月13日,全球230個國家和地區的可統計人口總數為75億8520萬4179。
  2. ^在地球上,人類最多可以將地球接收到的1.33E17瓦太陽輻射自己使用再散入太空,而不減少水循環·大氣流動·生物圈使用的量。聯合國估計人類的人口將會在22世紀穩定於90億~110億。以100億人口計算,上述能量可以支持他們每個人用我們現在的平均能耗的五千倍來生活。
  3. ^鐵、金、鉑、鈾、釷的儲量都很好看


謝 @勒凡 邀:

比起資源,人類探索宇宙更須要是決心。如果沒有技術突破,人類只能用望遠鏡來探索宇宙,花的資源真不用多少。


我個人覺得很不樂觀,目前全世界都在內耗發展各種經濟,並沒有全力以赴進行整體科研攀爬,而是多數應用科技居多,容易獲得經濟價值。

從美國nasa和中國航天方面的投入就知道。

大部分科技發展方向都在被變相扭曲為霸權和經濟發展。

而且在理論物理框架突破前,太懸了。

可能數百年都止步於太陽系內耗當中,然後資源枯竭不足以離開太陽系


文明的意義在於為生存尋求確定性。

文明的意義導致文明是內向的,因此不會大規模的探索宇宙。

這是費米悖論的答案的重要支撐。


道非道,人非人,憐我輩,多煎熬!

顛覆你的認知,擊穿你的想像,歡迎光臨我的專欄,論證連載ING~```

探索與發現——地球人類命運共同體?

zhuanlan.zhihu.com圖標


眼光放大點,我們都是小白鼠,被很多外星文明入侵,他們甚至生活在你身邊


一切都在宇宙的算計中。如果地球全人類不再惡鬥(但目前看還不太現實,要斗到互相鬥不贏才會想要和平)。那全球分工合作,改造,開發別的星球進程會非常快。目前的地球的資源,足夠人類延續下去,而且地球也在不斷生產資源給人類使用。我看了咱們最近的幾顆行星的資料,火星改造相對是最簡單的,相對地球來說球體小了不少,也更年輕,自然擁有的時間更多。放心吧,在地球毀滅前,人類必然已經移民其他星球了。按照物理規律,地球統一了,會有外星人來和地球人鬥爭,這個外星人很可能就在咱們的銀河系裡。以此類推。。。。。。。


有沒想過有一天媒體擔心的不再是石油還有50年就被挖沒了,而是擔心太陽的聚變能源再有50年就被人類挖沒了。。。

探索一下太陽系就可以了,太遠的東西根本沒意義


推薦閱讀:
相关文章