李水旺新一期視頻：
想像一個廣闊的、可自我維持的棲息地
漂浮在太空深處，
整個社區可以在這裡生活、工作
並在一個為他們的需求和
願望量身定製的花園公園世界中蓬勃發展。**伯納爾球體**是最早、最具標誌性的太空棲息地構想之一，由約翰·德斯蒙德·伯納爾於1929年提出。
這個大膽的構想呈現了一個直徑10英里、可自轉的球形結構，能夠在太空中容納數千人。球體的自轉將在其內壁產生人造重力，使居民能夠在類地球環境中生活和工作，
並配備農業區、居住區
以及利用太陽能的能源系統。
伯納爾球體為人類在地球之外定居提供了一套全面方案，解決了糧食生產、大氣控制
和輻射防護等基本需求。
伯納爾的構想為未來的太空建築師和科幻創作者提供了靈感，展現了在太空建立永久宜居前哨的願景。
它為後來更複雜的設計（如傑拉德·奧尼爾的太空棲息地）奠定了基礎，
並影響了更廣泛的太空殖民討論。
伯納爾球體體現了人類文明向星辰拓展的雄心，
構想的不僅是生存，
更是在宇宙中繁榮發展的可能。
今天我們將探討它的設計、優缺點，
以及我們是否、何時應該建造一個。
不過我們或許應該先澄清一個常見的誤解：
無論是在科學領域還是科幻作品中，
伯納爾球體都不是第一個空間站設計。
誰擁有這一頭銜很難說，
但愛德華·埃弗里特·黑爾1869年發表在《大西洋月刊》上的短篇小說《磚月亮》，
可以算作一個非常基礎的空間站或人造衛星。
而常被稱為科幻之父的雨果·根斯巴克，
則在1911年對軌道平台進行了簡短但更具科學性的探討。
赫爾曼·奧伯特——與齊奧爾科夫斯基、戈達德並列的火箭學先驅之一——
在1923年的著作（德語譯本名為《進入行星空間的火箭》）中進一步討論了它們的用途。
書中他探討了人類太空旅行的潛力，
以及將空間站作為行星際探索跳板的實際應用。
事實上，他還討論了利用離心力模擬重力的基本輪式設計，
這一設計後來被韋恩赫爾·馮·布勞恩拓展並推廣為**馮·布勞恩太空輪**。
他也是第一個提出用太陽能為空間站生命保障系統供電的人，
並認為這類空間站可以作為飛船停靠、然後駛向更遠航程的站點。
我們如今不太會把空間站看作補給站，
因為迄今為止我們現役或已退役的十幾個空間站中，
沒有一個承擔過這一角色。
但我認為今天值得一提這一點，
因為儘管伯納爾球體並非首個空間站設計，
但據我所知，它是第一個太空棲息地設計。
太空棲息地或許可以作為旅行者和貿易的中途站，
但其根本設計目的是供社區居住和生存。
我們更常討論**奧尼爾圓柱體**，
但實際上，圓柱體設計是奧尼爾的**三號島**設計。
**一號島**只是伯納爾原始球體的更新、細化且略小的版本，
而**二號島**則是對它的重新構想，
比球體更大、更細長。
這也是你最常看到的設計，
往往被稱作伯納爾球體，
儘管它與伯納爾的原始設計大相逕庭。
今天我們將逐一介紹這三種設計：
伯納爾的原始設計、一號島、二號島，
以及這一概念的其他一些實現方式。
多年來無數工程師研究過這一構想，
但伯納爾本人在論述時並未深入太多細節。
它出現在他1920年的文章《世界、肉體與魔鬼》中，
這篇文章與1959年的同名末世電影無關。
其拉丁語版本《Mundus, Caro et Diabolus》，
曾被聖托馬斯·阿奎那列為誘惑的三大源頭與靈魂的死敵。
你可能會好奇這和太空棲息地有什麼關係，
答案是關係不大。
文本討論的內容從太空棲息地
到無線電力、賽博格、超人類主義
乃至蜂巢思維，
還夾雜著大量他的個人政治觀點。
但在我看來，
關於伯納爾球體的小節——也就是真正令人難忘的部分——
幾乎像是喧賓奪主，
占據了整篇六節作品中第二節的大部分篇幅。
他本質上從談論現代科學對糧食生產的進步與效率，
轉向論述地球有限的陸地面積始終是增長的制約因素，
這裡還隱約出現了**戴森球**的概念，
因為他指出太陽釋放的陽光是地球接收量的20億倍。
因此他明確將其描述為
旨在讓更多人類生存的太空棲息地，
並認為我們應該建造許多這樣的棲息地，
它擁有公民，而非僅僅是雇員。
在我看來，
這比空間站的細節本身更具革命性，
因為它承認：
即使太陽系所有其他行星都變得宜居，
能為人類增加的居住面積也十分有限，
而建造太空棲息地所能利用的能源與資源，
則要高出好幾個數量級，
通常是一百萬到十億倍。
所以伯納爾球體不只是探索新世界的中途站，
或新奇的遊覽之地，
而是未來大多數人可能生活的地方。
事實是他的設計並不算特別出色，
尤其是當你對太空有更多了解之後。
例如，他提出通過引力場效應探測危險的大型隕石，
或用氣體射流、電子束將其汽化。
諷刺的是，
長期以來被認為在字面意義上最薄弱的環節，
是外部完全透明以讓陽光射入。
他基本構想了一個水晶球般的雪花玻璃球。
這在現代科學中稍微更可行一些，
因為製造像鑽石那樣超強且透明的外殼已成為可能。
他把外層想像成細胞膜，
能量通過它進入，驅動外部機械層。
儘管這是一個直徑10英里的球體，
伯納爾假定只有內部8英里（13公里）是球形居住區，
面積為2011平方英里（521平方公里、50200公頃、129000英畝），
你可以用任意單位想像居住空間大小。
已經熟悉太空棲息地設計的人可能會好奇，
他為什麼要讓陽光從地面射入，
但這個結構並不會為了旋轉重力而自轉。
他實際上假定這些棲息地的優勢在於沒有惡劣天氣和重力，
因此房屋也基本多餘。
除了可能需要一些小型隔音隔間外，
他認為我們都會快樂地漂浮，
適應低重力環境。
直到20世紀60年代，
人們在太空中停留相當長時間後，
我們才知道零重力對健康有害，
而旋轉式設計差不多就是在那時出現的。
我認為，
即便人們曾覺得失重可能不舒服，
也並未設想它會帶來嚴重且短期的健康危害。
一旦這一點得到證實，
我們就看到了作為空間站版本的**馮·布勞恩太空輪**，
不久之後，
奧尼爾等人指出，
我們完全可以讓伯納爾球體旋轉起來。
順便說一下，
每3分鐘自轉一周，
就能在赤道處產生標準重力。
但重要的是，
原始伯納爾球體並非旋轉重力棲息地，
而旋轉重力棲息地如今是四大著名類型之一，
其他三種分別是圓柱體、環形或圓環。
確切地說，
最初的伯納爾球體就是我們常說的**氣泡棲息地**或**自由漂浮棲息地**。
一旦我們把它改造成旋轉重力站，
就需要進行一些重新設計。
首先，
沒有理由讓人們腳下的地面既是陽光射入處，
又每3分鐘明暗交替一次，
除非將極點對準太陽，
讓一半永遠明亮、另一半永遠黑暗。
但這會造成結構薄弱，
對一個現在承受巨大離心力的空間站來說並不理想。
極點的重力也非常低，
極點本身沒有旋轉，
所以離開赤道後重力會逐漸減小。
這在某些方面沒問題，
雖然重力很實用，
但你可能希望睡眠時是1G，
工作時是半G，
而且很多生物可能能很好地適應這些區域。
例如，
你可能在低重力區種出很棒的樹木。
你還需要讓陽光射入的通道，
所以可以把球體的一個極點當作朝向太陽的窗口，
要麼在夜間關閉窗口，
要麼讓棲息地繞另一根軸旋轉，
不僅每3分鐘自轉一次產生重力，
還每24小時反向旋轉一次形成晝夜。
這種結構也比單純的圓柱體更堅固，
因為大型圓柱體的頂蓋並非理想的工程設計。
這就是我們得到**二號島**設計的原因，
它用更細長的蛋形結構取代了球體。
與球體相比，
這種設計的低重力區域占比很小，
而環形和圓柱體設計的旋轉半徑均勻，
因此重力均勻。
值得注意的是，
一號島和二號島都比伯納爾球體小得多。
二號島直徑僅約1英里，而非10英里；
一號島直徑0.31英里（500米），
需要每分鐘旋轉約兩次才能產生旋轉重力，
這會令人眩暈，
除非它正對著太陽並保持居中，
就像太陽在白天遮蔽旋轉的星星一樣。
但和**斯坦福圓環**設計一樣，
後來的伯納爾球體概念通常會加入反射鏡來引入陽光。
我們現在一般不認為伯納爾球體是真正的球體，
而奧尼爾圓柱體也很少設計成平頂蓋。
兩者通常都採用半球形頂蓋，
或略扁的頂蓋。
蛋形棲息地與半球頂蓋圓柱體之間的界限可能有些模糊。
沿軸線輕微改變半徑，
可以通過製造上坡、下坡和氣壓變化，
輔助調節氣候與地形。
標準球體顯然更能做到這一點，
在旋轉球體中，
只有約四分之三的表面積能獲得超過赤道一半的重力，
僅三分之二的面積能獲得赤道四分之三以上的重力。
我認為在旋轉球形棲息地中，
我們可能會把重力提升到比地球高20%到30%，
以確保大部分區域的重力接近地球標準。
赤道處可能最終會形成河流、湖泊或海洋。
更高的重力不會影響浮力，
除非你刻意建造超出光線正常穿透深度的深海。
水下壓力略微更快的上升影響不大。
所有這些壓力和重力的變化，
應該能形成不錯的氣候循環，
這可能比單純環形或圓柱體產生的更溫和的氣候更可取。
不過，
我得說我們只想要適度的氣候變化。
但我們還有另一個問題：
旋轉重力只指向旋轉軸，
所以如果你站在球體上，
你會覺得頭朝向中心、腳下地面平坦，
但實際上地面是球形彎曲的，
而重力只在赤道處與地面正確對齊。
這意味著在45度角位置，
重力不僅降至71%，
還與地面呈傾斜方向。
這也意味著，
不僅空氣和水，
泥土和泥漿也會慢慢從極地流向赤道。
但這並非致命缺陷，
你可以建造許多分層平台，
每層圍繞旋轉軸呈平坦環形，
使重力方向正確。
我們可以假定每層代表重力降低1%，
從赤道河帶開始，
在這種情況下，
河帶寬約0.6英里（1公里）。
每層的垂直高度相同，
因為旋轉重力與半徑成正比。
在直徑10英里（半徑5英里）的空間站中，
每個半球設100層，
每層高度為264英尺（80米）。
這些環形層或環帶的寬度並不相等，
後續層級的重力和陸地面積都在減小。
當重力僅降低1%時，
面積約為9.1平方英里（24平方公里）；
重力減半時，
層級面積降至約1.4平方英里（3.7平方公里）；
重力低於1%的區域僅0.16平方英里（0.41平方公里）。
我傾向於認為社區不會簡單按這些環帶劃分，
但地址可能會。
我敢打賭環帶數量會更多，
更可能相當於普通的一段樓梯。
所有這些下方都是土壤，
但即便氣候有幫助，
高層級可能也會有許多小型湖泊和池塘，
地下需要主動抽水，
將水從中心環形河帶輸送到極地山區。
這裡可能還會有壯觀的瀑布，
要麼是數百個小型瀑布層層跌落，
要麼是一次跨越多個層級的大瀑布。
這些層級不必是平直的牆壁，
我們可以增加弧度，
讓環形層與赤道的距離
或垂直高度在全程不完全一致。
你基本不會注意到地面有1度的重力偏差，
大多數甲板和陽台為了防止雨水積聚、融雪滴落，
通常都會有這樣的坡度。
所以你可以設計出長而平緩的斜坡區域，
或更多、更短的層級，
比如想讓鮭魚等魚類能夠逆流而上。
你也不需要讓水直接沿著軸線流動，
河流無論如何都會自然蜿蜒，
所以你可以通過讓河流在正常陸地上曲折流動，
為結構中的河流設置更平緩的坡度。