地球并非永远适合居住。我们知道，大约在二十亿年后，膨胀的太阳会蒸发掉我们的海洋，使我们在宇宙中的家园变得不适宜居住——除非，在那之前，我们已经被仙女座星系灭绝，它正以数十亿年的速度与我们的银河系碰撞。此外，在我们轨道上飞驰的数千英里宽的小行星中，至少有三分之一最终会撞击我们，平均每三十万年一次。
为什么？
事实上，1989年，一颗远小于此的小行星，其撞击力相当于1000颗核弹，在我们经过地球仅仅六小时后就擦过了我们的轨道。生命方舟基金会最近的一份报告指出，该基金会有数百名研究人员追踪着十几种对人类生存构成威胁的风险，他们将这种三十万分之一的灾难性撞击概率比作俄罗斯轮盘赌：“如果我们足够长地扣动扳机，我们就会毙命，而且不能保证下一次就不会毙命。”
考虑到人类对地球造成的威胁，我们也许有一天会离开地球，仅仅是为了保护它。许多可能促使我们考虑地外居住安排的威胁实际上是人造的，而且不一定在遥远的未来。我们每年的消耗量已经远远超出地球的承载能力，世界自然基金会估计，到2030年，我们将每年消耗相当于两个地球的自然资源。国际人道主义组织灾难流行病学研究中心报告称，过去十年干旱、地震、特大降雨和洪水的影响是20世纪80年代的三倍，是1901年（数据首次收集时）的近54倍。一些情景预测，气候变化将导致严重的水资源短缺、沿海地区被淹没以及广泛的饥荒。此外，世界可能因致命病原体、核战争或生命方舟基金会警告的“滥用日益强大的技术”而终结。考虑到人类对地球造成的威胁，我们也许有一天也会离开地球，仅仅是为了保护它，让我们的地球成为一个我们偶尔会去参观的自然保护区，就像我们可能会参观优胜美地一样。
我们面临的威胁都不是特别牵强。例如，气候变化已经是人类事务中的一个主要因素，而我们的星球以前至少经历过一次由小行星撞击导致的大规模灭绝。“恐龙灭绝是因为它们太愚蠢，无法建立一个足够先进的太空文明，”国防承包商通用动力公司先进信息系统部研究工程师，生命方舟基金会太空定居委员会85名成员之一的Tihamer Toth-Fejel说。“到目前为止，我们和它们之间的区别几乎可以忽略不计。”纽约大学化学家Robert Shapiro发起的“拯救文明联盟”项目认为，几种灾难性事件的必然发生意味着我们必须准备一份文明的备份，并将其转移到外太空，远离危险——这是我们文化成就和传统的备份。2005年，时任美国国家航空航天局局长Michael Griffin用类似的措辞描述了国家航天计划的目标。“如果我们人类想生存数十万年或数百万年，我们最终必须殖民其他行星，”他说。“总有一天，我不知道是哪一天，但生活在地球之外的人类将比生活在地球上的人类多。”
在哪里？
我们有很多选择。国家空间学会拥有12,000多名致力于在太空建立定居点的成员，他们认为我们可能会首先前往一个拥有支持生命资源的行星。在2000年完成一项耗资2亿美元的研究后，美国国家航空航天局报告说，殖民地可以挖掘在我们自己的月球表面以下几英尺处，或者覆盖在现有的陨石坑内，以保护居民免受高能宇宙辐射的持续轰击，这种辐射会损害我们的DNA并导致癌症。美国国家航空航天局的研究设想了一个就地核电站、太阳能电池板阵列以及从月球表面提取碳、硅、铝和其他有用材料的各种方法。国家空间学会还在其2008年的报告“太空定居路线图”中，将月球确定为逻辑上的首个目的地，并引用了那里存在维持生命的冰作为建立永久月球基地、酒店甚至赌场的先决条件。
其他太空定居倡导者建议完全跳过月球。虽然我们的月球更近，我们已经有人登陆过，但人们认为木星、土星、天王星和海王星的卫星含有不同程度更多的水、碳或氮。但在我们太阳系中，最像地球的目的地是火星。“与月球相比，火星就像前海事探索时代中的北美洲与格陵兰岛相比，”火星学会的负责人Robert Zubrin说，该学会致力于推动火星探险和定居。“与月球不同，火星有一点大气层，可以提供一些免受宇宙射线侵害的保护，并且重力大约是地球的40%。
2002年，美国国家航空航天局的火星奥德赛探测器在火星地表发现了大陆规模的水冰区域，2008年，凤凰号火星着陆器拍摄的照片证实了那里存在冰。土壤中还含有足够的碳来种植植物，白天的温度偶尔能达到宜人的70华氏度（约21摄氏度）。也有可能，随着时间的推移，这颗行星可以被“地球化”，利用地下冰的水（或从冰质小行星进口）形成一个薄薄的海洋，然后更晚的时候，创造一个提供可呼吸空气和更好宇宙射线防护的大气层。“定居一颗行星比建造一颗行星容易得多，”Zubrin说。“克里斯托弗·哥伦布乘船横渡大西洋。想象一下，他到达那里后还得自己建造美洲大陆。”
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然而，所有这些建议的路线都可能属于艾萨克·阿西莫夫曾经称之为“行星沙文主义”的范畴。我们也可以建造一个轨道栖息地，在太空中建立我们的未来家园，并根据我们严格的规格工程化其每一个细节。在经济上，如果不是技术上，从地球上发射建造大型轨道结构所需的材料是不可能的。但这样的栖息地可以主要由从近地小行星提取的资源建造，这些小行星本身比我们太阳系所有行星加起来提供的陆地品种和潜在表面积还要多。1974年，普林斯顿大学物理学家Gerard O’Neill提出了一个巨大的独立轨道栖息地的设计，由大型圆柱体组成，以大约每分钟一转的速度绕轴旋转——足以模拟其内表面的重力——并与其他反向旋转的圆柱体连接以消除扭矩。在零重力的外太空，栖息地即使在能够容纳数千甚至数百万居民的尺寸下也能保持结构稳定，O’Neill设想了一个长20英里、内表面积500平方英里的双圆柱体。
Al Globus，美国国家航空航天局艾姆斯研究中心的一名承包商，维护着一个备受好评的太空定居网站，他谈论O’Neill圆柱体，就像谈论一个高档封闭社区一样，一个拥有持续阳光、壮丽景色、宽敞的房间，以及圆柱体轴附近用于零重力娱乐的专用区域的地方。这些飞船上的人口将保持在150人以上，以避免近亲繁殖的后果，尽管理想情况下，旋转的栖息地将存在于社会互动群落中。居民也可以在基因库需要更多多样性时使用储存的DNA。
轨道栖息地的主要优势在于它不一定需要停留在轨道上。如果一艘飞船耗尽了附近小行星的资源，或者必须逃离垂死的太阳，它就可以装备核反应堆或太阳帆，并被发送到任何一个遥远的目的地。我们太阳系以外恒星的500颗已知行星中，没有一颗被认为拥有能够维持人类生命的大气层，但其中几乎所有行星都是在过去十年中发现的，这使得两位天文学家在最近的一篇论文中得出结论，到2264年找到一个与地球栖息地几乎相同的系外行星的概率为95%。9月，一组由美国国家航空航天局和国家科学基金会赞助的Lick-Carnegie系外行星调查的天文学家宣布，在天秤座发现了一颗距离地球约20光年的行星，它在其恒星的“宜居带”内运行，与我们自己的轨道相似。
对于生活在封闭飞船上的后代来说，他们是否留在地球轨道上，还是在几百年间前往其中一颗系外行星，可能并不重要。他们可能只是在太空中漂浮，在旅途中从小行星和彗星那里收集材料，进行他们的“世代飞船”之旅。
如何？
第一个挑战是摆脱地球自身的引力。“如果你能让你的飞船进入轨道，你就已经走到了一半路，”作家Robert Heinlein说。航天飞机每次飞行成本约为4.5亿美元，而今天将无人有效载荷送入轨道仍需每磅约1.2万美元，其中大部分成本来自前一百英里燃烧的燃料。
为了克服这个令人望而生畏的最初障碍，工程师们构思了许多无需火箭的发射系统。在冷战最激烈的时候，美国海军作为其高空研究计划的一部分，调查了使用巨炮将有效载荷发射到轨道的可能性。与此同时，物理学家Derek Tidman设想使用一个巨大的离心机，他称之为“吊索机”，通过旋转物体直到它们达到能够摆脱我们引力井的速度。许多工程师已经考虑建造“太空电梯”的可能性，它依靠一个62,000英里长的缆绳，通过离心力像旋转的套索一样被高高托起。2000年，美国国家航空航天局高级概念研究所向Carbon Designs公司的创始人Brad Edwards提供了57万美元，用于研究如何建造这样的设备，他估计建造一个设备不超过140亿美元——一旦有人开发出制造组成缆绳的非常薄、非常强的管子的纳米技术。
其他创新也可能足够减轻有效载荷的重量，使太空飞行更加实用。一家名为Made in Space的公司表示，其提出的巨型3D打印机可以将从地球运来的或从太空垃圾中回收的原料转化为卫星或飞船，尽管这些打印机在零重力下的表现如何还有待观察。进一步的纳米技术突破也可能有所帮助。J. Storrs Hall，一位专注于分子纳米技术的独立科学家和作家，以我们为导电和电线使用的大量铜为例。通过控制分子尺度的物质，可以从纯碳中创造出石墨烯导体，以及晶体管甚至计算机。
殖民太空“不仅仅是为了生存，更是为了繁荣”。一旦我们离开近地轨道，我们也许还能找到利用化学火箭以外的方式进行超长距离旅行的方法。去年11月，《大众科学》报道了Franklin Chang Díaz，一位前美国宇航员，他正在开发一种由离子发动机驱动的火箭，他估计这种火箭可以将前往火星的时间从六个月缩短到一年多。一颗由46英尺宽的太阳帆驱动的日本探测器，该太阳帆由0.0075毫米厚的铝化塑料制成，并由太阳光子的压力推动，于12月飞过金星。日本宇宙航空研究开发机构表示，该探测器现在正绕太阳运行，并将在五年后返回并进入金星轨道。如果我们能够设计出某种形式的聚变驱动器，许多人认为我们可以利用从月球或其他天体上开采的氦-3来为其提供燃料。美国国家航空航天局高级概念研究所正在资助一项研究，以确定飞船是否能够搭乘40颗定期经过我们行星和火星附近的小行星，飞船在不消耗能量的情况下，在六到十个月内到达目的地。
Marc Millis，一位美国国家航空航天局推进物理学家，也是Tau Zero基金会的负责人，该基金会是一个由科学家、工程师和记者组成的志愿组织，致力于实现星际飞行。他提议我们对更先进的方法持开放态度，包括虫洞传送和超光速曲速引擎。他指出激光技术的进步，至少能让我们暂时产生可能引发空间扭曲可观测效应的能量水平，并检验这个概念的理论基础是否正确。
国家空间学会的Mark Hopkins建议，自我复制的纳米机器人有一天可以被送到小行星上，在那里它们会钻入表面并开始采矿过程，或者它们可以被运送到月球或遥远的行星，在那里它们会繁殖并扩散，最终创造一个为人类到达时准备好的完整的工业文明。人类DNA也可能与这些文明建设纳米机器人一起打包，并在时机成熟时用于产生人类。他说，没有理由不将人类生物进化视为一个暂时的阶段；有一天我们都可能被重新工程化为有感知力的机器，我们的身份被上传并传输到深空，缩小化的飞船不再需要提供辐射保护、封闭式栖息地或腿部空间。霍普金斯对最终边疆的设想，没有性别之分，也没有身体之分，似乎并不特别浪漫，我告诉他。“嗯，也许不是，”他承认。“但你没有问我关于浪漫的问题。”
我与其他几位讨论太空定居的人交谈，他们坚持认为，关注未来可能实现什么会阻碍我们实现今天可以真正完成的事情。华盛顿州立大学的天体生物学家Dirk Schulze-Makuch最近在《宇宙学杂志》上发表了一篇文章，他认为载人火星任务在经济和技术上已经是可行的，如果我们放弃返回航班的想法。他说，我们可以派遣携带少数永久定居者的火箭，这些先驱者将由机器人任务提供补给，并每四到六年由进一步的移民潮加强。
二十年后，人类将在火星建立一个永久基地。他承认，成本是一个巨大的障碍，美国国家航空航天局缺乏政治意愿也是如此。但他强调，火星定居将确保我们物种的生存，并激励无数地球上的人们。文章发表后的几周内，他和他的合著者收到了100多封电子邮件，发件人年龄从16岁到65岁不等，每封邮件都表达了立即离开的意愿。
何时？
目前，太空定居方面的大部分进展都是在私营部门实现的。去年12月，埃隆·马斯克的SpaceX成功测试了其可重复使用的、可搭载七人的太空舱，该公司与美国国家航空航天局签订了合同，以远低于当前成本的价格将货物运往国际空间站。维珍银河（Virgin Galactic）、太空探险公司（Space Adventures）和其他公司已经开始提供低地球轨道飞行服务和在空间站的短暂逗留，Bigelow Aerospace公司计划在2015年发射一个充气式“太空酒店”。
太空边疆基金会（Space Frontier Foundation）的联合创始人Rick Tumlinson表示，该基金会是一个由企业家组成的不断壮大的团体，他们希望通过私人企业取得成功，因为他们认为风险规避、方向不明的美国国家航空航天局已经失败了。他认为，只有当存在引人注目的利润动机时，我们才会定居新的边疆。他列举了太空旅游、地外采矿以及将太空太阳能输送回地球等，认为这是离开地球的最佳财务理由。“当人们赚钱时，我们就实现永久人类定居，”他说。“没有钱，就没有巴克·罗杰斯。”
但国家航天计划，尽管预算收紧，也在探索地球以外生命的可能。去年春天，奥巴马总统宣布了在2025年前载人前往近地小行星、在2030年代中期载人前往火星的计划。10月，五角大楼的研发部门DARPA发布了一份新闻稿，宣布与艾姆斯合作的一个联合项目，研究创造“百年星舰”的可能性，他们称之为“新时代太空探索的第一步——一次星际之旅”。
当我问美国国家航空航天局兰利研究中心首席科学家Dennis Bushnell关于我们的太空前景时，他给出了一个更令人警醒的观点。他强调我们对宇宙辐射和零重力对人体身心影响的了解仍然很少，我们甚至没有能够抵御辐射的宇航服。“可负担的并不安全；安全的不可负担，”他反复说，就像一句口头禅。
Bushnell当然是对的——至少目前是这样。但探索的本质决定了需要承担风险。加州大学欧文分校物理学教授、长期担任美国国家航空航天局顾问的Gregory Benford说，关于风险与回报平衡的担忧不应阻止我们追求殖民宇宙的非凡梦想。他引用了哥伦布之前五个世纪第一个踏上北美洲的维京探险家，并坚称迈出第一步是不够的。“我们美国人认为我们是太空的哥伦布，做出了伟大的发现，”Benford说。“但我担心我们可能是勒if·埃里克森。我们去，尝试一些事情，然后就基本被遗忘了。”
那些坚信我们最终将在太空生活的研究人员、工程师和天文学家，他们认为这是生存的必然性和人类的自然发展，往往对时间持一种弹性的看法。我们 crawled 到陆地，以猿类的姿态走出非洲草原，扬帆驶向新世界——我们怎么能不期待有一天能在泰坦上建立殖民地，或在深空中巡航的星舰上生活呢？无论需要多久才能离开地球，或者谁能把我们带去，这项努力都将为地球上的人们提供无数的即时益处。
设计封闭式可持续栖息地可以帮助我们养活穷人；先进的推进方法可能会彻底改变地球上的交通；太空太阳能可以大大减少我们对化石燃料的依赖；对小行星的深入了解可能会为我们提供宝贵的资源，并有一天让我们能够改变一颗朝我们飞来的小行星的轨道。“殖民太空‘不仅仅是为了生存，更是为了繁荣’，”Tau Zero的Marc Millis说，他补充说，外面仍然有冒险等着我们去发现，一个人可以为共同利益做出英勇的工作。对Millis来说，驱动问题很简单：“我们能做什么来创造一个令人兴奋的未来？让你醒来时感到高兴地活着，成为一个人？”
