我們居住的陸地從島嶼和大陸中心向海平面傾斜。
我住在俄亥俄州東北部,靠近伊利湖,
目前正經歷湖效應降雪,
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海拔275米(900英尺)。
在水流從我的陽台流下,
進入阿什塔比拉河、匯入伊利湖,
最終流入大西洋的數百英里路程中,
坡度僅約0.02度。
河流流速受多種因素影響,
但坡度是其中之一。
中等河流坡度可達1%,
湍急河流則更高。
傑拉德·K·奧尼爾
他在《高邊疆》一書中討論了這些結構,
這本書影響深遠。
而他顯然受限於時間和篇幅,
無法給出更多案例,
但我一直希望他能加入一些中間形態,
包括全尺寸的伯納爾球體。
順便說一下,
直徑10英里的伯納爾球體陸地面積為314平方英里,
8英里居住區版本為2011平方英里,
僅為10英里版本陸地面積的64%。
而二號島根據版本不同,
半徑僅為十分之一、面積百分之一,
或半徑五分之一、面積百分之四;
一號島面積僅為0.39%。
直徑10英里的球體在我們的尺寸標準中算不上大,
我們甚至討論過光年級別的結構。
但合理的問題是,
我們到底有多需要建造這麼大的棲息地。
這些棲息地內的人口密度,
很可能遠高於現代地球的隨機區域,
地球僅為每平方公里16人(每平方英里41人)。
如果扣除海洋只算陸地,
這一數字會升至每平方公里54人、每平方英里139人。
按這個數字計算,
一個10英里球體可容納43646人,
我們實際可能容納更多。
俄亥俄州幾乎不算人口稠密,
密度卻接近這一數字的兩倍。
此外,
你要麼在這個球體中心放置一個人造太陽,
要麼在其中一個極點留出合適的窗口。
順便說一下,
窗口不必是全尺寸的。
我們可以用反射鏡將光線聚焦射入窗口,
擴大入射角度,
或把棲息地移得離太陽更近。
事實上,
你可以把開口反向、背對太陽,
將更大範圍的陽光反射回球體內部,
讓這樣的棲息地即使在冥王星那麼遠的地方也能舒適宜居。
或者,
一個更小的針孔狀開口能讓陽光射入並擴散,
球體其餘部分覆蓋反射鏡,
也能讓棲息地在比水星更近的地方不致過熱。
同樣,
我們預期人口密度會更高,
部分原因是我們通常假定大部分農業活動在附屬的小型空間站進行,
這些空間站與主棲息地相連,
重力可能更低,
所需結構強度更小。
它們也不需要像人們居住、兒童玩耍的城市或郊區棲息地那樣,
具備同等水平的輻射屏蔽和隕石防護。
你可以在空間站外部覆蓋太陽能板、反射鏡,
或單純的原始屏蔽材料。
同樣,
你可以用反射鏡反射所需量的陽光,
並濾除不需要的危險波長。
那麼我們會建造一個嗎?
會的,
但不會經常建。
我認為人們更常選擇拉長的蛋形,
或略帶傾斜、帶半球頂蓋的新圓柱體。
人們常認為我們會選擇球形的一個原因是,
小行星是球形的,
我們可以直接挖空並旋轉。
但小行星在這個尺寸範圍內並不特別圓,
而且你無法讓小行星那樣快速旋轉。
一顆直徑10英里的典型小行星,
重力還不到地球的0.01%,
在那裡你從手中扔下一塊石頭到地面,
大約需要一分鐘。
把它加速到1G,
表面重力會變成地球標準重力的99.99%,
但方向向上,
會把岩石撕碎。
你必須用高強度材料在它周圍建造一個完整的框架,
而且沒有特殊理由把外殼做成那個半徑的球體。
在小行星上鑽一個圓柱體並放置棲息地,
同樣合理。
無論是球體還是圓柱體,
都是在小行星內部旋轉,
小行星本身並不旋轉,
至少不會超出其正常自轉速度——
大多數小行星的自轉周期通常是幾小時,
並不方便,
也不是24小時一天。
你不能直接挖空一顆直徑10英里的小行星,
造出一個10英里的伯納爾球體。
這就是旋轉棲息地優於行星的關鍵:
它們是空心的,
因此所需質量少得多。
如果我們設想需要30米(100英尺)厚的底層,
由水、岩石、土壤和鋼或石墨烯等堅固外殼材料構成,
最終得到的球體直徑約170英里(270公里),
而非10英里,
面積不再是之前的314平方英里,
而是87000平方英里(224000平方公里、5500萬英畝)。
後者我們原始的伯納爾球體大小相當於一個中等國家。
這更接近懷俄明州或俄勒岡州的面積,
而另一個10英里寬的伯納爾球體,
只需要一顆直徑數英里的小行星就能建造,
而且外殼還很厚。
輻射穿透量會比地球少得多,
100英尺的裝甲和岩石防護性極強。
想摧毀這樣的東西,
需要直接的核彈爆炸,
而且是大當量核彈,
不是低千噸級的。
正如我們在一些太空戰爭中討論的,
在擁有嚴密點防禦系統的目標附近,
你永遠無法把核彈這樣複雜的裝置送到近處。
那些防禦系統不會錯過這麼大的物體。
和往常一樣,
目前從地球發射材料建造這些東西成本極高,
所以構想確實是從小行星獲取資源,
甚至在小行星內部建造。
只是別以為我們會挖空一顆天然小行星來建造單個球體。
正如我提到的,
雖然伯納爾描述的是一個直徑10英里、無重力、
有點像空心玻璃球與光合細胞混合體的球體,
但奧尼爾討論的通常是更小的版本。
不過我也提到過,
變體數不勝數。
我們常展示的K1空間站是伯納爾球體的近親。
電視劇《巴比倫5號》中的空間站就是一個例子,
儘管你也會聽到它被稱作圓柱體,
視覺上兼具兩者特徵。
在這方面,
我們可能很少見到純粹的圓柱體或球體。
更重要的是,
你可能很少見到單個的棲息地。
如果只需要小型棲息地,
就選擇環形或圓環,
正如我們之前在**斯坦福圓環**中討論的。
它能以較低的旋轉速度提供所需重力,
且用料不多。
不過,
球體和圓柱體在單位居住面積的表面積與原材料消耗方面效率高得多,
所以當你建造大型社區時會選擇它們。
而且你通常會發現,
將小型棲息地與各種專業結構組合起來更實用:
農業站、工業設施、低重力對接口、造船廠、太陽能收集器等等。
在這裡,
你可以用一個球體把所有這些包裹起來,
幫助防止太空碎片撞擊和泄漏,
並提供初步的輻射、隕石和攻擊防護。
一個巨大的薄殼包裹所有設施,
它們仍在真空中漂浮,
但輻射更低,
也沒有高速碎片穿行。
就像伯納爾原始球體並非我們現在想像的那樣——
內部零重力、空心加壓、內部有更小設施——
未來人類的家園可能就是這樣的球體:
一些加壓、帶旋轉重力的小型設施,
漂浮在巨大的空心加壓球體內。
無論如何,
在伯納爾提出這一構想近一個世紀後,
它依然蓬勃發展,
湧現出許多新想法與改進方案。
我認為很有可能,
再過不到一個世紀,
我們就會開始建造它們或它們的同類。