火星时代：人类拓殖太空的挑战与前景 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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原文作者： Leonard David

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• 太空探索
• 火星
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• 行星科学
• 航天工程
• 人类命运
• 科幻
• 太空拓殖
• 科学普及

　　
　　●与国家地理频道《火星时代》共同制作，以扎实的科学根据描述未来人类拓殖火星的大冒险
　　●由《阿波罗13号》导演朗・霍华撰写推荐序
　　●NASA科学家、研究员与太空人针对着陆火星、人体适应、外星生命等各种主题进行深入讲解
　　
　　翻开书页，展开一趟火星远征之旅。

　　本书以独特的叙事方式，搭配许多专家访谈与科学原理解说，将时间点设在未来，描述人类拓殖火星的故事。同时探讨许多问题，像是人体在长期太空旅行中会有怎么样的变化、如何在致命的新世界中生存、怎么寻找火星上的水源与外星生命，以及拓殖火星后的长期规划。本书将带领读者到数百万公里之遥的太空、数十年之后的未来，探勘人类在太阳系中的下一个居所。
　　
　　「50年后的人会大吃一惊，因为我们已清楚预见，人类和科学要进步到什么层次，才能前进火星，建造新的文明。」--朗・霍华，摘自序言
　　
　　火星正在唿唤我们，人类的下一场大冒险，是探索太阳系！

　　我们投身这趟旅程后，会浮现许多问题，要怎么抵达火星？为何而去？到了火星后，会发生什么事？

　　本书以更宏观、更长远的视角，解答人类拓殖火星的实际状况。透过许多摄自地球、太空和火星上的照片与地图，加上顶尖专家团队进行主题式探讨，带领我们到数千万公里之遥的远方，及数十年之后的未来，探看人类在太阳系中的下一个居所。

星际航行与文明的边界 本书深入探讨了人类迈向深空所必须面对的理论与实践难题，以及这一宏伟事业对人类文明形态的根本性影响。我们不再局限于太阳系内的探索，而是将目光投向了遥远的系外行星，试图理解在新的物理、社会和生物学环境下，人类文明将如何演化和生存。 第一部分：跨越光年的工程学奇迹 第一章：超光速的幽灵与曲速的可能 在本章中，我们将对当前理论物理学中关于超光速旅行的限制进行一次彻底的审视。爱因斯坦的狭义相对论构筑了我们对宇宙速度的理解基石，但人类对星际尺度的渴望，催生了一系列前沿且极具争议的理论构想，例如：阿库别瑞引擎（Alcubierre Drive）的数学模型及其对负能量密度（或称奇异物质）的依赖性。我们详细分析了当前实验物理学在产生或探测此类物质方面所遇到的瓶颈，并探讨了通过操控时空几何结构实现有效“捷径”的可能性，包括虫洞的理论构建与稳定性问题。这不是对科幻奇谈的简单罗列，而是对现有物理学前沿的严谨梳理，旨在区分“遥远但理论上可行”与“当前物理学框架下的不可能”。 第二章：恒星际推进系统的演化路径 考虑到现有化学火箭技术的局限性，本书转向对下一代推进系统的深度评估。我们将对比聚焦于几种最具潜力的技术路线： 核聚变脉冲推进（Orion Project的现代重构）： 探讨使用受控核聚变反应作为主要推力源的工程细节，包括如何设计一个能够承受连续、高能级爆炸冲击的航天器结构。重点分析了对聚变燃料的获取、反应的精确控制以及辐射屏蔽的必要性。 反物质推进的能量密度优势： 反物质湮灭提供了理论上最高的能量输出效率。本章细致考察了反物质的稳定储存（如彭宁阱技术）的工程难度，以及在星际尺度上持续、安全地制造和处理吨级反物质燃料所需要的资源投入和工业基础。 高效能光帆与激光推进阵列： 对于无需携带沉重燃料的无工质推进，我们分析了巨大尺寸、超轻量化材料的制造极限，以及围绕目标行星轨道部署兆瓦级激光阵列所需的全球协作与能源供给体系。 第三章：深空辐射与生命支持的极限 星际空间是一个极端恶劣的环境。本章聚焦于长期太空生存的物理挑战。我们不再讨论简单的微重力影响，而是深入研究高能宇宙射线（GCRs）和太阳质子事件（SPEs）对宇航员生理系统的长期、累积性破坏。分析了主动屏蔽（如等离子体或磁场偏转）和被动屏蔽（新一代复合材料）的效率与重量比的权衡。此外，对密闭生态生命支持系统（CELSS）进行了升级评估，重点考察了如何在数十年乃至上百年的航行中，实现真正意义上的物质闭环，避免关键营养素或微量元素的不可逆损失。 第二部分：文明的重塑与社会学边界 第四章：代际飞船上的社会契约 一旦任务周期跨越了人类的自然寿命，即进入“代际飞船”（Generation Ships）范畴，社会结构将面临根本性的颠覆。本章从社会学和伦理学的角度剖析了这种“移动的微型社会”的治理难题。核心议题包括：如何维持第一代人设定的初始目标与后续世代的现实诉求之间的连贯性？权力结构的演变（从指定船长到基于专业技能的临时委员会），以及如何在缺乏外部参照系的情况下，防止文化停滞或内部意识形态的极端化。我们研究了“航行者身份”的建构，以及如何通过教育和仪式来维持对“地球”这一遥远概念的敬畏与记忆。 第五章：星际殖民的“创世纪”难题 当人类抵达目标星系时，殖民的初期阶段将是人类历史上最脆弱的时刻。本章假设殖民地位于一个拥有可呼吸大气但生态系统完全陌生的行星。我们将探讨“原始干预”的伦理边界：是否应该立即进行地球化改造（Terraforming）以适应人类，还是应当首先进行数个世纪的生物适应性改造，以人类适应新的环境？殖民地决策的“中心化”与“去中心化”的平衡点在哪里？如何在新兴的、资源受限的环境中，设计一套既公平又高效的资源分配与法律体系，以避免早期社会崩溃。 第六章：信息滞后与星际通讯的认知鸿沟 在数光年之外，实时通讯成为不可能。本书探讨了这种信息延迟对政治、经济和文化交流的深远影响。对于一个恒星系内部的殖民地网络而言，信息的传递需要数年甚至数十年。这必然导致政治决策权力的下放，形成高度自治的“信息孤岛”。我们分析了这种延迟如何塑造“星际时间感”，以及如何通过高度冗余、自我包含的知识库来维持技术和文化水平，防止“知识的熵增”和技术退化。 第三部分：生命的形态与宇宙的哲学 第七章：生物适应性与人体的再工程 人类的生物学设计是为地球环境优化的。前往低重力、高辐射或不同光照周期的行星，将迫使我们重新思考“人类”的定义。本章详细评估了基因编辑（CRISPR的星际应用）在增强辐射抵抗力、优化骨骼密度以及调节生物钟方面的潜力。同时，探讨了赛博格化（Cyborgization）——将机械或非生物组件整合入人体以应对极端环境——作为一种更快速、更具适应性的进化路径，以及这种混合生命形式在伦理和身份认同上面临的挑战。 第八章：第一次接触的概率模型与社会冲击 本书摒弃了传统的戏剧化冲突叙事，转而关注我们“发现”外星智能的概率模型与随之而来的“认知冲击”。我们分析了费米悖论在星际探索背景下的新解释，并构建了基于资源获取模式和信息熵的接触情景分类。更重要的是，探讨了当人类面对一个在技术或哲学上远超自身的文明时，我们自身的科学基础、宗教信仰和人类中心主义如何被彻底解构的过程。这种冲击不仅是科学层面的，更是对人类自我认知的根本性挑战。 第九章：宇宙视野下的文明终局 最终，本书将目光投向更宏大的时间尺度。人类的星际扩张，是为避免“大过滤器”的单一风险，还是仅仅将风险分散到更广阔的尺度上？我们分析了恒星生命周期、星系尺度的灾难（如伽马射线暴）对文明存续的威胁。星际拓殖能否真正实现文明的“永生”，或者说，我们是否只是在创造一个更宏大、更分散的、最终仍将消亡的复杂系统？本书的结论是，星际时代的真正价值，不在于找到新的家园，而在于通过对极限环境的持续挑战，迫使人类文明突破其固有的认知和生物学限制，理解“存在”本身的深刻意义。

作者简介

李奥纳德‧大卫（Leonard David）

　　报导太空探索议题的资历已超过50年。曾获2010年美国国家太空俱乐部新闻奖（National Space Club Press Award），也曾任美国国家太空协会（National Space Society）刊物《迎向星空》（Ad Astra）及《太空世界》（Space World）的主编。他与巴兹・艾德林（Buzz Aldrin）合着有《前进火星：寻找人类文明的下一个栖息地》（Mission to Mars: My Vision for Space Exploration，中文版于2014年出版）。大卫也在Space.com撰写「太空内幕」（Space Insider）专栏，其作品常见于不同出版媒体。他目前与妻子芭芭拉住在美国科罗拉多州的戈尔登。

译者简介

姚若洁

　　台湾大学昆虫学硕士，英国布来顿大学视觉传达博士候选人。喜爱科学的理性想像也喜爱艺术的感性创造，目前以翻译与写作同时进行两方面的探索。从事科普翻译十余年，视翻译为促进不同世界沟通的有效方法。近期译作包括国家地理《火星零距离》（合译）、《图解太空》、及《科学人》杂志篇章。翻译《火星时代》期间，不仅满足了对登陆火星的好奇，也对人类在太阳系的未来更感兴趣。
 

《阿波罗13》导演朗・霍华序言推荐16
 
第一章 飞越太空 18
第二章火星人心 62
第三章火星基地 110
第四章生命迹象 150
第五章全球观点 196
第六章火星家乡 240
 
时间表 280
谢志 281
关于作者 281
图片出处 282
索引 284

序言

　　我从小就很喜欢开拓者的故事，例如老电影《西部开拓史》（How the West Was Won），或是欧洲探险家为了寻找未知的大陆，踏上漫长而危险的航海之旅，这一类的故事深深刺激着我的想像力。

　　阿波罗11号登陆月球时，我15岁时。我和全世界几亿名观众一样，大气都不敢喘一下，目睹尼尔和巴兹成为第一批踏上月球表面的人类。对于人类能够达成这个几乎不可能的任务，我深受感动。在那次转播中，控制中心也转播了尼克森总统打给太空人的电话。他说：「由于你们的成就，天界也成了人界的一部分。」

　　就此开启了全新的疆界。

　　那之后过了26年，我正在制作电影《阿波罗13》（Apollo 13）。这些现代探险家为了探索人类潜力的极限而冒上生命危险，因此，我很荣幸能讲述他们的个人故事。访问阿波罗13号的初代太空人与相关人员实在是难能可贵的经验，每次访谈都指向同一个结论：我们已经做了这么多，更应该继续下去。巴兹・艾德林（Buzz Aldrin）非常坚定地对我说：我们下一个努力实现的梦想，是把人类送上火星。

　　每个世代总有一些新的疆界，不论是空间或思想上的疆界，我们都必须去发现、探索与了解。这就是好奇心，它驱动着我们前进，是我们之所以为人的一大关键。我们会感到好奇，因而提出问题，为了回答这些问题，我们不断在学习与演进。

　　人类提出造访火星的问题，已经有好一段时间了。科幻作家从100多年前就在描写相关的故事。再过不久，科技就会追上我们的想像。

　　伊隆・马斯克（Elon Musk）等富有远见的人都认为，那一刻就是现在。也因此，现在正是诉说这个故事的最佳时机。当《火星时代》系列计画找上我和布莱恩・葛瑟（Brian Grazer）时，我们一想到这个主题多具生命力和创意潜力，就兴奋不已。这正是我们过去曾面对过，也一直在寻找的「说故事的挑战」。要透过人类心灵与心智的镜头，才能阐述这些故事，描述人类精神之宏伟辽阔。

　　在发展这个系列的构想时，我也开始以全新的观点来看待火星。这个系列不应只着眼于火星任务，许多电影和纪录片或多或少都呈现过这个面向；而是要从更雄大、长远与更如史诗般的视角，来探讨人类拓殖火星的实际状况。同时，我逐渐认识到：关于人类在火星上生活的可行性，其实已经累积了大量的研究。我就此深陷其中无法自拔。我要述说的，是一个全新的开拓故事。

　　在组织工作团队与发想的过程中，我们决定採用一个崭新的叙事角度：这个人类拓殖火星的故事，将由未来的时间点回顾，那时人类已经去了火星，而这就是我们如何来到这里的故事。为此我们结合纪录片与设计好的脚本，纪录片部分则是从虚构的未来回顾已发生的历史。把这两种类型以新的形式结合，除了能让观众对于前往火星和火星拓殖有更真实的感受，同时也是个令人热血沸腾的挑战。

　　每个伟大的任务都需要一个精良的团队，这个计画也不例外。我很感谢所有帮助这个计画实现的伙伴：布莱恩・葛瑟（Brian Grazer）和Imagine Entertainment的所有人；RadicalMedia每次都以最一流的方法执行制作；国家地理长久的努力，帮助我们更了解我们居住的世界，以及在那之外的领域。我非常感谢国家地理对于真实性与科学正确性的严格要求。在脚本写作的整个过程中，我们在工程学与科学方面的严谨程度除了令我们自豪，更是这个系列如此独特的部分原因。

　　这并不是一部科幻作品，而是确实存在的科学。在影集的纪录片部分，我们请到许多当前正在探讨这主题的顶尖人物，他们都是值得信赖的向导。我希望这个系列与这本书，将来会成为一份特殊的历史纪录，即使数十年后的人回顾起来，都会想说：「你看，就算没有全部说对，但他们当时就知道这么多了。」那正是我的目的：让50年后的人大吃一惊，因为我们已清楚预见，人类和科学要进步到什么层次，才能前进火星，建造新的文明。

　　我希望这本书可以激发想像力，让人见识到这独特的历史时刻背后需要多少力量，实现的可能性又有多大，借此启发下一个世代的开拓者。

　　我很荣幸能贡献一己之力，帮忙把这份愿景带给全世界。

飞越太空
 
2030年代，火星的红色大地上画过了一道不寻常的影子。
 
在这历史性的时刻，第一支地球远征队抵达了红色星球，许多力量推动他们的到来，包括火箭的推进力、坚定的意志，以及难能可贵的运气。接近地表时，太空船的着陆架张开。人类利用动力降落、平安地在火星着陆，可说是真金不怕火炼。
 
过去，无人太空船也曾来到这里。过去数十年来，人类送出的太空船以各种方式与火星接触：飞掠、绕行、坠落、雷达探测、摄影、监听、降落伞降落、还有弹跳滚动着陆、挖掘钻洞、嗅闻、加热、品尝、雷射照射。
 
截至目前为止，火星探索独缺最重要的一步：人类亲自踏上火星。在21世纪，这个遥远之地佈满沙尘的表面，正要印上第一批人类的足迹。
 
引擎的怒吼逐渐平息、终至完全静止，为长达数千万公里、为时数百天的旅程画下了休止符。到目前为止，全体成员在长途太空旅行中，承受了生理、心理，以及人际关系上的压力。但在前方等着他们的旅程，一方面意义重大，一方面也危机四伏。这些旅行者代表着地球上参与此创举的许多国家，而他们的到来，很有可能就此把太阳系的第三和第四行星永远连系起来。只不过，踏上火星是一回事，待在火星上则完全是另一个层次的挑战。
 
要让人类离开地球飞到火星，就得把非常庞大的重量扔上太空，只有靠着力量强大的火箭才做得到。送出这些人员和装备、进行为时数个月的旅程，也涉及许多准备工作：旅途中需要食物、水、运动器材，更不用说防辐射装备，以及非得送上火星的必要物资。
 
科学家和工程师已开始着手研究，火星上第一个人类前哨的理想地点。「最好的位置」不仅要考虑安全性，还必须具有科学研究上的优势，尤其要能探讨火星是否真能成为「第二个创世纪」发生的地点，孕育出生命。
 
为了延长人类待在那里的时间，火星的可用资源也受到了关注。现在已有许多新式太空船的构想，具有採集火星地下冰的设计；当然也少不了强而有力的轨道通讯卫星，在地球和火星之间传送讯息与影片。即使以光速传递讯息，两地的距离还是会使一来一往的对话有所延迟。

评分☆☆☆☆☆

（二） 坦白讲，《火星时代》这个书名，对我而言，是带有某种预言色彩的。毕竟，我们人类在地球上的资源消耗和环境问题，近年来是愈发严峻。移民火星，虽然听起来像是遥不可及的科幻，但从长远来看，或许是人类文明延续下去的一个重要选项。这本书的书名，让我联想到的是一种可能性——不仅仅是科技的进步，更是人类作为一个物种，在面对生存危机时的集体智慧与决心。我个人对于这类探讨人类未来命运的主题非常着迷。我期待这本书能够深入剖析，在实际的火星拓殖过程中，会遇到哪些我们现在可能还无法想象的难题。是技术层面的极端挑战，还是伦理道德上的两难抉择？比如，如果火星上发现了某种原始生命，我们该如何处理？殖民地的管理者是否拥有绝对的权力？再者，我想知道，作者是否会提及在火星上，人类社会可能会因为资源分配或者政治理念的不同而产生新的分裂与冲突。我倾向于认为，真正有深度的作品，不会仅仅停留在描绘辉煌的科技成就，更会深入挖掘人性在极端环境下的挣扎与蜕变。因此，《火星时代》这个书名，在我眼中，代表着对人类未来生存的一种严肃思考。

评分☆☆☆☆☆

（一） 老实说，一开始被《火星时代》这个书名吸引，纯粹是因为科幻小说里那种对未知宇宙的浪漫想象。我一直觉得，人类在地球上的挣扎，总有一天会需要一个更广阔的舞台。这本书名立刻勾起了我过去阅读《沙丘》或《基地》系列时的那种激动心情。我期待的是那种宏大叙事，关于人类如何克服重重困难，建立第一个火星殖民地，甚至可能引发星际间的冲突或合作。脑海里已经浮现出壮阔的火星地貌，身披笨重宇航服的拓荒者，以及那些充满智慧和勇气的科学家与工程师。我特别好奇，作者会如何构思火星殖民地的社会结构，经济模式，以及在那样极端环境下，人类的文化和价值观又会发生怎样的演变。会不会有全新的社会阶层出现？人类是否会发展出一种独特的“火星人”身份认同？这些都是我非常感兴趣的切入点。当然，我也隐约期待着一些技术上的突破，比如如何有效地改造火星大气，如何利用当地资源，甚至是关于意识上传或基因改造的可能性，这些科幻作品里常见的元素，总能让我大开眼界。总而言之，《火星时代》这个名字，在我心中已经勾勒出了一幅波澜壮阔的画卷，我迫不及待想知道，它会如何在我眼前徐徐展开。

评分☆☆☆☆☆

（五） 《火星时代》这个书名，在我看来，承载的是一种对人类未来的深刻忧虑，以及由此催生的解决方案。我们都知道，地球的资源终将有枯竭的一天，环境的压力也日益增大，而人类作为一个物种，如果想长久地延续下去，必须学会“走出摇篮”。火星，作为我们最近的邻居，自然成为了最有可能的“第二家园”。书名中的“挑战与前景”则精准地概括了这项伟大事业的两面性。我期待这本书能够深入探讨，在移民火星的征途中，人类究竟需要克服哪些严峻的“挑战”。这不仅仅包括工程技术上的难题，例如如何建造能够抵御严寒和辐射的居所，如何建立高效的能源系统，如何实现自给自足的食物生产；更重要的是，它会触及到人类社会结构、心理承受能力，以及国际合作等方面的“挑战”。作者是否有设想过，在资源有限的情况下，不同国家或组织之间的利益冲突，或者在漫长的太空旅途中，人类的心理会发生怎样的变化？同时，书名中的“前景”也给了我希望，我期待能够看到，通过克服这些挑战，人类文明能够获得怎样的“前景”。是开启一段全新的太空时代？还是为解决地球自身的问题提供新的思路？这个书名，让我感受到的是一份沉甸甸的责任感，以及一份对人类未来无限的探索与可能性的憧憬。

评分☆☆☆☆☆

（三） 《火星时代：人类拓殖太空的挑战与前景》这个书名，乍一听，就给我一种非常扎实、写实的科学报告感。我脑海里浮现的不是那种星际大战或者外星人入侵的场景，而是更偏向于现实的科技探索和工程难题。比如，如何安全地将大量人口和物资运送到火星？那里极低的温度、稀薄的大气和强烈的辐射，对人类的生存意味着什么？这本书名让我期待能够读到关于生命维持系统、能源供给、建筑材料选择、甚至是如何在火星上种植食物的详细介绍。我很好奇，作者是否会引用最新的科学研究成果，来描绘这些技术细节。是不是真的可以通过某种方式，例如利用火星上的水冰资源，或者通过生物工程来改造火星的环境？我尤其关注“挑战”这个词，它暗示着书中会有对困难的坦诚分析，而不是一味地歌颂科技的伟大。我希望这本书能给我一种“触手可及”的感觉，仿佛我真的能够理解，并且亲身参与到这场伟大的太空拓殖事业中。它让我联想到的是那些在实验室里不眠不休的科学家，以及在模拟环境中反复演练的宇航员，他们的付出与智慧，构成了这场宏大计划的基石。

评分☆☆☆☆☆

（四） 不得不说，《火星时代》这个名字，非常准确地捕捉到了我内心深处对于人类探索未知的好奇心。从小到大，我总是对宇宙充满了无限的遐想，而火星，作为离地球最近的行星，更是成为了我童年时代最常幻想的目的地。书名中的“拓殖”二字，则让我联想到的是一种全新的社会构建，一种脱离了地球固有框架的尝试。我期待这本书能够描绘出，当人类真正踏足火星，并开始建立第一个永久性聚居地时，会面临哪些前所未有的社会、经济和政治问题。例如，新生的火星社会，会如何制定法律？是否会形成新的国家，还是一个统一的全球性联合体？资源如何分配？权力的边界在哪里？我特别希望作者能够从社会学的角度，去深入探讨这些问题。这不仅仅是技术的问题，更是关于人类如何组织、如何协作、如何在异星生存并发展出一种新文明的哲学思考。我甚至会设想，在这种全新的环境下，会不会出现新的艺术形式，新的哲学思想，以及人类对于自身存在意义的全新理解。《火星时代》这个书名，在我看来，是对人类拓展生存空间，以及随之而来的深刻社会变革的一种极具吸引力的概括。