“太空資源將突破地球的局限，使人類社會不再受資源的限制，走到更遠(yuǎn)的未來?！?/p>
蘇萌
香港大學(xué)空間研究實驗室執(zhí)行主任
未來論壇青創(chuàng)聯(lián)盟成員
大家下午好。2007年8月，我從北大物理系畢業(yè)，到哈佛大學(xué)天文系攻讀博士學(xué)位，來到了夢寐以求的全球最好的高等學(xué)府之一，心情非常激動。
每天從早到晚有各種各樣的學(xué)術(shù)活動、學(xué)術(shù)報告，安排的滿滿當(dāng)當(dāng)。只要你愿意，可以從早到晚感受天文學(xué)帶來的非常激動的心情。
有一天，一位年過半百、頭發(fā)花白的老教授來到我們辦公室找他的一個學(xué)生，看見我之后問我是新來的研究生嗎？我說是。
他說：“我給你一個非常有意思的研究課題，你有沒有興趣？”我說：“好。我正在尋找有意思的課題，已經(jīng)跟好幾個教授談過了。”他問我對什么感興趣，我說想研究宇宙的起源、演化，研究行星如何形成等等。
他給了我一個非常有意思的題目——小行星采礦。當(dāng)時我一聽，感覺非常不靠譜，有點像科幻電影。我當(dāng)時一愣，他就給我解釋為什么做小行星采礦。
為什么進(jìn)行小行星采礦
人類歷史上發(fā)射了各種各樣的望遠(yuǎn)鏡，到太空中探尋宇宙的奧秘。哈勃望遠(yuǎn)鏡是最厲害的望遠(yuǎn)鏡之一。下圖為詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡與哈勃望遠(yuǎn)鏡。
左：詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡 右：哈勃望遠(yuǎn)鏡
圖片最下方有一個人，大家可以想象這是多么龐大的工程，花了幾十年的時間，從二戰(zhàn)時期提出想法，到1990年才把哈勃望遠(yuǎn)鏡送到太空，花了幾十億美元。
2007年，哈勃望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)運行了將近20年的時間。宇宙是加速膨脹的，但這是一個難以想象的場景，宇宙學(xué)家通過哈勃望遠(yuǎn)鏡知道宇宙是加速膨脹的，之后很長時間，幾代天文學(xué)家都在夢想著下一代設(shè)備在什么地方。
到現(xiàn)在，哈勃望遠(yuǎn)鏡升空已經(jīng)近30年了，下一代望遠(yuǎn)鏡——詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（James Webb Space Telescope）誕生。
詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡耗資近100億美元，與一艘新型航母的造價差不多。人類已經(jīng)到達(dá)這樣的階段，靠政府投資滿足科學(xué)家的好奇心已經(jīng)走到了邊界。
為什么要進(jìn)行小行星采礦？每一個學(xué)科發(fā)展到一定階段，想繼續(xù)實現(xiàn)快速發(fā)展，要靠這個學(xué)科本身給社會創(chuàng)造的價值，要通過市場化運作發(fā)現(xiàn)這個學(xué)科實實在在給人類的發(fā)展和進(jìn)化帶來實際好處。
比如計算機(jī)技術(shù)，人工智能，生物醫(yī)藥等領(lǐng)域，其發(fā)展不是靠政府撥款迭代前進(jìn)的，而是真正看到了它們對社會的反哺。
天文學(xué)是一門很古老的學(xué)科，人類的好奇心主導(dǎo)著天文學(xué)的前進(jìn)，一代又一代天文學(xué)家試圖回答一些最基本的科學(xué)問題，但今天，依靠好奇心本身驅(qū)使的科學(xué)研究即將到達(dá)一個邊界。
我們要通過天文學(xué)研究為社會帶來實際的對社會的反哺，才能讓這個領(lǐng)域得到更多的市場資源、社會資源。這是下個階段繼續(xù)了解宇宙起源規(guī)律、實現(xiàn)突破、回答終極問題的本質(zhì)渠道。
當(dāng)時教授給我講了很長時間，我差不多能回想起這么多。我聽完以后覺得很酷，打開了我的腦洞，我對宇宙各種各樣的知識很感興趣，但這顛覆了我的觀念，我還真沒有考慮過幾十年之后天文學(xué)如何發(fā)展。
但當(dāng)時依然覺得小行星采礦是一件非常遙遠(yuǎn)的事，像科幻電影一樣，太不靠譜了。所以我的預(yù)言實現(xiàn)了，就在幾年前，小行星采礦真的成為科幻影視作品的題材，比如美劇《The Expanse》。
美劇《The Expanse》海報
這部劇的主要劇情是，2200年，人類實現(xiàn)了大規(guī)模的小行星采礦，整個太陽系變成了人類的后花園。人類出現(xiàn)了地球種族、火星種族，還有小行星種族，小行星種族其實就是曠工。有這么多人給整個太陽系的人類提供資源，這三波人也發(fā)生了很多有趣的故事。
當(dāng)時跟我談話的教授——Martin Elvis，他的預(yù)言也實現(xiàn)了。2017年7月，一顆小行星近距離飛越地球附近。近距離指地球與月球距離的6倍左右（240萬公里），在天文的尺度下該距離已經(jīng)非常近了。
小行星2011 UW-158
通過地面和空間望遠(yuǎn)鏡對小行星進(jìn)行多波段的觀測后，發(fā)現(xiàn)這顆小行星上主要的成分是鐵、鎳、鈷、鉑、水。如果把小行星上的鉑金開采到地表，比人類歷史上發(fā)現(xiàn)的地球表面處儲藏的鉑金還要多。
小行星主要儲存資源
舉個例子，鉑金是一種貴金屬，地表的鉑金是怎么來的？就是地球46億年演化歷史中，小行星砸到地表時留下來的殘骸。地球最開始形成時的鉑金已經(jīng)沉到了地心。
這顆小行星鉑金的市面價值大約為1.7萬億美元。所以，這顆小行星掠過地面時，大家可以想象，眼看著1萬億美元飄過去了。
這顆小行星不是很大，只有1000m×500m大小，這種小行星在太陽系里有數(shù)百萬顆。所以大家可以想象，太陽系有多少資源，而人類只看著地球，反復(fù)開采自己家園的資源，反復(fù)污染自己的環(huán)境。所以我們?nèi)祟惏l(fā)展的未來，一定要走到太空中去。
小行星開采發(fā)展現(xiàn)狀
2010年，日本“隼鳥1號”首次將小行星物質(zhì)帶回地表，雖然只有一克?，F(xiàn)在，“隼鳥2號”到達(dá)小行星“龍宮”上進(jìn)行物質(zhì)開采。
隼鳥2號
“龍宮”小行星
美國NASA已經(jīng)發(fā)射行星探測器到“貝努”小行星進(jìn)行探測。而這顆“貝努”小行星，經(jīng)過軌道計算，有可能在未來100年與地球相撞。
日本和美國的小行星探測項目將帶回幾公斤的物質(zhì)供科學(xué)研究，還不能進(jìn)行大規(guī)模商業(yè)化開采。
天文學(xué)要做什么事情？地球附近有一類小行星——近地小行星，離地球最近，開采成本最低。所以天文學(xué)家可以通過地面和空間的設(shè)備望遠(yuǎn)鏡，探尋近地小行星的數(shù)量、位置、運行軌道、資源等。這就是現(xiàn)在我們試圖在做的一些事情。
2015年，美國通過太空法律，鼓勵美國公民進(jìn)行民間商業(yè)化的太空資源開采；2016年，盧森堡出臺法律，保障私人運營商對開采的太空資源的權(quán)利，即誰開采，物質(zhì)就歸誰，所以現(xiàn)在全世界大約20多家小型采礦公司在盧森堡進(jìn)行注冊，商業(yè)市場已經(jīng)發(fā)展得非常迅速了。
目前，美國最領(lǐng)先的太空資源開采公司為“行星資源開發(fā)公司”。下圖顯示的并非真實場景，但正在往這個方向發(fā)展，雖然今天還沒有實現(xiàn)對太空資源的大規(guī)模工業(yè)化開采、工業(yè)化利用，但在未來的10年、20年，這會在我們的生活中發(fā)生。
設(shè)想圖
高盛最近有一篇關(guān)于小行星采礦的報告，指出人們對小行星采礦的心理障礙遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于技術(shù)障礙和資金需求。人們覺得小行星采礦是難以想象的事情，但其實已經(jīng)沒有本質(zhì)的技術(shù)障礙了。
500年前西班牙的航海家來東方尋找香料、黃金、更多的資源。為什么會有大航海時代？由于歐洲資源受限，大家開始打開眼界，到更大的范圍，到地球的另一端尋找資源。
大航海時代
這些行為改變了人類的歷史，改變了社會架構(gòu)與世界版圖。我們今天經(jīng)歷著同樣的事情，建立大航天時代。太空資源存量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越地球資源，如何利用太空資源、怎樣改變?nèi)祟惿鐣倪\行架構(gòu)，是非常大的命題，也不是我們可以簡單回答的命題。
舉個例子，門捷列夫發(fā)現(xiàn)元素周期表，被授予一個鋁制獎杯，當(dāng)時鋁遠(yuǎn)遠(yuǎn)貴于黃金或者其他金屬，因為鋁最稀少。但后來電解鋁的發(fā)明使制鋁成為最便宜的工藝之一，使世界工業(yè)發(fā)生了變化。因此，整個工業(yè)架構(gòu)是基于我們所有能利用的資源比例設(shè)定的。
再舉個例子，西班牙從美洲帶回的黃金和白銀使整個歐洲發(fā)生了嚴(yán)重的通貨膨脹，當(dāng)時社會不再受到資源的限制，突破了當(dāng)時歐洲局限。我們帶回來的太空資源也將突破地球的局限，使人類社會不再受資源的限制，走到更遠(yuǎn)的未來。
重新定義文明與生命
有了太空資源，我們可以定義人類文明進(jìn)化的不同階段。1964年，前蘇聯(lián)的天體物理學(xué)家也曾提出這個概念。
一個文明發(fā)展到一定階段，能夠充分利用它所在行星上的資源，定義為“文明1.0”；能夠充分利用它所在恒星系統(tǒng)的資源，定義為“文明2.0”；能夠充分利用整個星系的資源，如銀河系，定義為“文明3.0”。
文明發(fā)展路徑
今天人類的文明在哪里？大概在0.7，我們還沒有充分利用地球資源，也沒有真正打開太空資源的寶庫。但如果對太空資源充分利用，尤其是近地小行星的資源，人類的文明將跨越1.0，這是一個非常重要的關(guān)口。
學(xué)術(shù)界有樣的觀點，高智慧文明發(fā)展到一定階段很難跨越到新階段——成為多星球種族。永遠(yuǎn)生活在一個星球會面臨很多危機(jī)，不管是自我毀滅還是環(huán)境造成的毀滅，比如恐龍滅絕。
所以回到這樣的問題：天文學(xué)家為什么要研究宇宙？
首先，我認(rèn)為理解宇宙是人類文明前進(jìn)的必由之路。人是有好奇心的智慧物種。A不研究，B不研究，最后總會有C會研究，好奇心是擋不住的，驅(qū)使著歷史的車輪滾滾向前，人類文明不斷進(jìn)步。這就是為什么總有一撥人想仰望星空、研究宇宙，想解答問題，再告訴公眾，這撥人就是天文學(xué)家。
第二，現(xiàn)在人類對天文、對宇宙的理解到了一個轉(zhuǎn)變點，shifting point。我們對地球周圍的環(huán)境，對太陽系的研究到達(dá)這樣的階段，科學(xué)和技術(shù)不斷發(fā)展、不斷融合，使我們有能力在未來的10年、20年開始打開太空資源的大門。這是以前的文明不曾做到的，而我們今天正處在這樣的轉(zhuǎn)變點。
第三，這是生命演化的必由之路，是自然規(guī)律。不只是人類，只要有高等智慧生命的存在，它們也會充分利用能夠接觸到的物質(zhì)能量發(fā)展自身，這是一個自然規(guī)律。
大家可以想象，從138億年前宇宙誕生到46億年前地球形成，再到生命慢慢開始在地球演化，花了多長時間才產(chǎn)生人類，人類又花了多長時間才產(chǎn)生文明，文明花了多長時間來到了今天的節(jié)點。
宇宙發(fā)展軌跡
走出地球、仰望太空是一個指數(shù)快速增長和積累的過程。今天是文明0.7，什么時候能到文明1.0，什么時候到2.0，什么時候到3.0？這可能是一個遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過大家想象的發(fā)展過程。
從天文學(xué)家的角度，我們覺得可能未來20年、50年，天文學(xué)和太空科技的結(jié)合會改變?nèi)祟惖纳罘绞健?/p>
但今天天文學(xué)試圖要回答一個很基本的問題：是否存在地外文明？或者說人類該如何成為一個多星球的種族，降低文明被毀滅的危機(jī)，再或者說，我們現(xiàn)在能夠仰望星空的這樣一個高智慧文明在宇宙中是不是孤獨的。這是一個長久以來科學(xué)家和公眾試圖去思考、尋找證據(jù)的課題。
宇宙中再形成一個地球，地球上還有人，這是一件非常困難的事情。如果20年前問我這個問題：除了地球，其它星系還有地球嗎？我會回答：可能很難。
如今，隨著天文學(xué)的進(jìn)展與技術(shù)的進(jìn)步，太空中的越來越大、越來越貴的望遠(yuǎn)鏡告訴我們一些真相，比如銀河系里大約有1000億顆恒星，估計行星的數(shù)量大過恒星的數(shù)量，這是20年前完全不可想象的事情。
下圖展示了部分已被人類發(fā)現(xiàn)的星球。
已探測到的星球
現(xiàn)在，人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了四、五千顆行星，即使這些行星長得像地球，也很難有生命的演化。但也可能是我們的想象力太狹窄了，可能有我們完全無法理解的其他的智慧生命。但迄今為止并沒有找到，可能因為叢林法則，我們沒有看到地外生命的存在，也可能地外生命看到了我們，但我們還不知道。
離地球最近的恒星是比鄰星，距離離地球4光年左右。比鄰星旁發(fā)現(xiàn)了一個跟地球差不多的行星，可能是今天的技術(shù)最遠(yuǎn)能夠到達(dá)的行星。
2016年，霍金及其他科學(xué)家啟動“突破攝星”計劃，把一個1g重的芯片運到比鄰星附近，看一看這個行星是否適合人類居住。
突破攝星計劃
4光年，即使把速度加速至20%的光速，也需要20年時間，再用4年的時間把信號傳回地球。所以，從發(fā)射那天開始，25年后就可以知道比鄰星旁邊的行星是否適合人類居住。
依靠太陽的能量，即“光帆技術(shù)”，幫助飛行器提升速度、解決燃料問題。這是今天的科技水平能想出來的最棒的辦法了。
2017年，人類發(fā)現(xiàn)了一個天體，下圖是它想象的樣子。
小行星“Oumuamua”
該天體以奇怪的軌道快速進(jìn)入到太陽系，之后又迅速離開。分析后發(fā)現(xiàn)，這是人類迄今為止觀測到的第一個從太陽系以外飛進(jìn)太陽系的天體。
這個天體與我們發(fā)現(xiàn)的太陽系里數(shù)百萬顆小行星一點都不一樣。比如，它長得像雪茄，長短比至少是10:1，我們無法對它進(jìn)行更詳細(xì)的測量。人類從未在太陽系中觀測到這樣一個長得像飛盤一樣的東西。
不僅如此，對它進(jìn)行一段時間的觀察后，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)它不是按照傳統(tǒng)的行星運動軌跡運動，或者說不符合傳統(tǒng)牛頓定律。越接近太陽系中心，它運動得越快，這完全超出人的想象。
哈佛天文系的系主任在預(yù)印本arXiv上發(fā)表一篇文章，指出Oumuamua可能是一個光帆。如果它是一個光帆，它的形態(tài)、運動軌跡，我們認(rèn)為很奇怪的事情都可以解釋通了。
有三種可能：第一，他錯了；第二，它可能真的是一個光帆，其他文明造了這個光帆，專門來到太陽系逛一趟；第三，這個文明已經(jīng)不存在了，但這個光帆是文明的遺跡，是原來它們制作的星際旅行設(shè)備的一部分，跑到了太陽系。
可能有超越我們想象之外的文明的存在，也可能它真的不存在了，地面望遠(yuǎn)鏡、空間望遠(yuǎn)鏡非常靈敏，如果有地外文明，望遠(yuǎn)鏡一定可以看到。但望遠(yuǎn)鏡并沒有探測到，有可能高智慧文明與我們不是同時存在于宇宙的角落里，但它有可能真的存在過。
除了文明，也可以定義“生命1.0”、“生命2.0”、生命“3.0”。細(xì)菌是“生命1.0”的代表，它的硬件是固定的，繁殖是它唯一的進(jìn)化機(jī)會，進(jìn)化模式非常緩慢。
人類是“生命2.0”的代表，我們的硬件不變，但整個生命過程中，人類不斷地學(xué)習(xí)，不斷地變聰明，不斷地用知識改變自己。硬件不變，但軟件不斷升級。
什么是“生命3.0”？生命本身不一定依賴于硬件、依賴于身體存在，生命可以完全以軟件的形式存在，如果軟件可以隨時隨地升級，生命就可以反復(fù)、迅速的成長。
生命進(jìn)化歷程
大家可能看過這部著名科幻電影，生命的演化速度可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人的想象。它可能真的是一個高智慧生命，打一個響指，整個宇宙就發(fā)生了變化，這不是完全不可想象的事情。
滅霸，電影《復(fù)仇者聯(lián)盟》角色
還有一部科幻電影——《Contact》，主要劇情是一個女天文學(xué)家利用世界最大的天文射電望遠(yuǎn)鏡——甚大陣射電望遠(yuǎn)鏡（Very Large Array），一直盯著天上看。
電影《Contact》海報
然后她接收到了來自外星生命的指令，人類按照這個指令的指南造了一個巨大的機(jī)器，使人類實現(xiàn)了穿越，讓女科學(xué)家到達(dá)仙女座星系，正是發(fā)出信號的文明的旁邊。
這個文明進(jìn)行了一次傳播，告訴大家這兒有一個文明，希望人類做這樣一件事情。其實人類看著它是黑盒子，不知道它要干什么。這很像病毒的傳播方式，比如，有的人電腦里面收到一封帶有附件的郵件，出于好奇會打開，一旦打開電腦就會中毒。
此時，你這個文明本身的存在就失去了意義，因為你能做的事情就是聽這個病毒的指令，把周圍的物質(zhì)、能源全部轉(zhuǎn)換成它需要的東西。進(jìn)而，以你的文明為基礎(chǔ)，以病毒的方式反復(fù)傳播，最后把整個宇宙的物質(zhì)和能源全部消耗殆盡。如果不能很好的控制高智慧文明的發(fā)展，這就是可能面臨的后果。
宇宙形成距今已經(jīng)138億年了，宇宙從一個很卑微的起點開始演化到今天，所有的事情都是按照物理的規(guī)律、按部就班地發(fā)展到現(xiàn)在。
但是我們其實是最幸運的那一部分，我們能享受宇宙的美麗，也或許會真的見證這樣的shifting point。我們真的在打開一個邊界，通過“生命2.0”再孵化出更高級的生命，有可能改變宇宙未來的發(fā)展規(guī)律。通過AGI（Artificial General Intelligence，通用人工智能）向宇宙?zhèn)鞑ド嬖诘男畔ⅰ?/p>
大腦與宇宙
我們的大腦里有1000億個神經(jīng)元，宇宙里有1000億個星系，它們的分布形式都是網(wǎng)絡(luò)式的，每一個點都多姿多彩，我一直都為這件事情感到非常驚奇。
左：宇宙星系分布 右：人類大腦神經(jīng)元
我們認(rèn)為宇宙是最復(fù)雜的，其實，從這個角度看，我們的大腦跟宇宙的復(fù)雜程度是類似的，人類的大腦可能是宇宙能夠孵化出來的最復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，這就是宇宙所有的寄望所在。
宇宙花這么長時間孵化出來智慧的生命，孵化出高等文明，希望這個文明能做點什么改變宇宙未來的命運。
宇宙中最不可思議的事情是宇宙竟然是可以被理解的。我們的大腦只有兩斤重，但可以裝下整個宇宙，這是一件難以置信的事情。
但我覺得宇宙最不可思議的事情是宇宙竟然可以孕育出欣賞它的智慧生命。下圖顯示的是MIT的一門課程——《Artificial General Intelligence》。圖片致敬一部非常有名的科幻電影，可能在大家的有生之年真的可以看到這樣一幕的發(fā)生。
MIT課程《Artificial General Intelligence》
能夠在今天這樣一個時代，親歷走出地球、突破極限、走向太空的時代，真的是非常幸運的一件事情。謝謝大家。
