《星际穿越》的热映再次点燃了人们“九天揽月”的太空梦。这个美好夙愿的所有细节，随着科幻作品的涌现和影视技术的进步，从《2001太空漫步》、《星际迷航》……等一路走来，被赋予越来越具有强烈视觉刺激的影像化印象。那么，从可期待的技术和非技术角度来看，未来的人类文明会在星际空间穿越吗？对此，我们又该如何做好准备？
人类正朝着太空移民的梦想大步迈进。太空移民是未来人类文明的一项重要事业，有可能像大航海一样开启一个全新的时代。随着技术的日益积累和进步，目前面临的诸多障碍和挑战终将被克服，然而，我们真的准备好迎接太空移民时代了吗？
“银河帝国”之梦
20世纪50年代，着名科幻作家阿西莫夫在代表作《基地》中，曾经描绘过一幅宏大的图景：在遥远的未来，人类遍布银河系中2 500万颗行星，形成了一个真正的银河帝国。
时隔半个多世纪后的今天，当我们现实地审视人类在太空探索领域所取得的进步时，恐怕还是不得不承认，“银河帝国”仍是一个非常遥远的梦。不过，我们完全可以一步一步地不断接近，直至实现这个梦。
最开始的一步，必然是从现有的航天事业开始，对太空移民所涉及的技术课题进行基础性研究，除了新型推进系统等太空探索领域共有的课题，还包括与太空移民密切相关的其他课题，如太空生态圈、太空生物学、人造重力等。空间站将在相关研究中发挥重要作用，比如使其运行姿态变成自转，就可以产生离心力，模拟重力环境。
再进一步就是月球移民。月球上有充足的太阳能和氦3资源，可以为移民提供足够的能量；同时，目前的探测已经证实，月球岩层中有水存在。月球移民定居区最好的选择是建在地下，因为月球没有大气，磁场也很弱，表面完全裸露在太空中，缺少对于宇宙辐射的天然防护。
紧随月球移民之后，就是在地球轨道上建立太空城。建造同样规模的永久居住地，太空城的技术难度要高于月球。首先，月球上的建设是在1/6的地球重力下进行，在这样的重力环境下开掘地下城所需的土木工程和岩层掘进都是比较成熟的技术。而太空城是一个庞大的空壳结构，高度封闭，要承受内部大气压和自转产生的强大离心力，这对于材料和建设工艺都是巨大的挑战。其次，太空城内部气候的调节、对辐射和陨石的防护，技术难度也都大于月球地下城。
太空城和月球移民有一个共同的巨大优势，就是殖民地距地球较近，这就使得殖民地可以部分或全部由地球的补给来维持。但这样由母星供给维持的状态并非真正意义上的太空移民。太空移民必须建立起自给自足的生态系统，或者说建立一个小地球。这是巨大的技术挑战。在美国亚利桑那沙漠中进行的“生态圈一号”和“生态圈二号”实验表明，建立体积有限的自循环生态系统非常困难。也许，要使一个封闭的生态系统长期维持下去，其体积和容量必须大于某个临界值，而这个值也将是太空移民需要考虑的一个重要参数。所以，太空城和月球殖民地应该逐渐减小对地球供给的依赖，最终建立完全可以自给自足的人工生态圈。这将是人类太空探索的一个里程碑，也将使真正的太空移民成为可能。
真正的太空移民很可能从火星移民开始。火星有大气层，是太阳系中气候与地球最接近的行星，火星上的居住条件比月球优越得多，而且，火星陆地广阔，地形多变，殖民地有充分的发展空间。不过，火星距地球较远，往返航行的时间要以年计，火星移民只能依靠火星资源自给自足。
在更前方召唤我们的，则是向太阳系外的星系移民。在太阳周围15光年的范围内，有五十多颗恒星，但在人类掌握恒星际航行技术之前，飞船到达这些恒星都需要漫长的时间，航程甚至得延续千年以上，所以，恒星间的移民也就等同于向飞船上移民，飞船本身就是移动的殖民地。一次星际航行已经不是一个有始有终的过程，而成为另一段在太空中不断延续的人类历史。在太空深处航行的飞船，已经和它出发的世界本身一样，成为永久的存在，成为人类在宇宙中的一个不断远去的寄托。永恒的星舰漂泊可能成为人类文明的一种正常生存状态。
非技术挑战
但需要注意的是，太空移民与太空探险或者太空资源开发有着很大不同。太空探险一般有着特定的科研和政治目的，参与人数有限，且都有一定的时限；太空资源开发有明确的经济目标，所获得的资源最后还将用于地球上的人类社会。但太空移民却是由较大数量的普通人、家庭和群体参加的向太空的迁移，移民将把飞船、太空城或其他行星上的殖民地当作家园，长期生活在那里，这种迁移是终生的，甚至是一去不返的。这就使得相对于太空探索和太空资源开发而言，太空移民还面临很多技术问题之外的障碍和挑战。
第一个不可回避的问题是，为什么要向太空移民？众所周知的理由是：地球的资源有限，总有枯竭的那一天；同时，地球生态圈并不稳定，可能因为人类或自然的原因发生剧变，进而不适合人类生存。但无论是普通公众还是国家政府，恐怕都很难被这个理由说服。因为无论是资源枯竭还是气候和生态环境的剧变，在所有人有生之年发生的几率都很小；或者，即使发生了，在相当长的时间内，在变糟的地球上生活也比在完善的太空殖民地中容易得多。
在不太遥远的未来，太空移民几乎不会有看得见的效益。人类有可能做一些着眼于长远未来的事情，但前提是有限的投入。像太空移民这样需要超大投入去为遥远未来着想的事情，几乎是没有可能的。近来，以私人航天企业为代表的民间太空探索逐渐活跃，很多人把太空移民的希望寄托在它们身上。但是，对于公司和企业而言，所有行为的最终目的是利润，但如上所述，太空移民在可以想见的未来几乎没有利润可言。虽然目前有维珍银河公司的太空旅游计划，SpaceX公司的无人飞船也已与国际空间站对接，但这些也都是商业行为，与太空移民有本质的不同。由于利润空间的限制，这些行为的规模几乎不可能发展到太空移民的程度。
非营利的民间组织同样难以寄予希望。首先，与公司和国家相比，这些组织力量薄弱，同时，与环保等迫在眉睫的事业相比，太空开拓和移民在民间并没有太大的号召力，难以获得像环保那样广泛的同情。目前，在这方面也还没有出现像绿色和平组织这样有足够影响力的民间组织。
除了技术进步和经济支持，太空移民还要求人类社会在思想上发生相适应的重大转变，这一点是我们一直以来所忽略的。人类在15～18世纪间向新世界的大规模移民，与文艺复兴、启蒙运动和宗教改革这类思想和文化进步密切相关。从历史上看，两者很难说是谁引发谁、谁推动谁，而是一种互动的过程。目前，世界范围内最流行的市场经济意识，以及重新抬头的重商主义政策，根本不可能为太空移民提供思想基础。所以，真正的大规模太空移民的启动，还须等待人类社会另一次思想和文化的飞跃，这也许比技术进步更难、更遥远。
拥抱星舰文明
如果所有的困难和挑战都已解决，太空移民时代全面来临，我们会有哪些方式可以实现移民？
根据美国波特兰大学卡梅隆·M·史密斯（Cameron M. Smith）的观点，太空移民将包括三种形式：一种是移居地球之外的其他行星，比如火星；另外两种是所谓自由漂浮的移民区，分别是太空城和世代飞船。前者一般运行于地球或太阳的轨道上，一般只具备轨道调整所需的辅助动力；后者则航行于恒星之间，具有巨大的推进动力。
以直觉来判断，这三种移民的规模，从大到小应该按以下顺序排列：行星移民、太空城、世代飞船。在行星上的移民可以不断开拓行星表面的未知疆域；飞船则有一定的空间限制；而太空城依托于其环绕运行的母星，同时没有远程航行的加速负担，也可以建得比飞船大许多。这似乎是符合常理的，但从长远来看，情况可能恰恰相反。
行星表面的面积是有限的，随着移民的扩张，所有的土地可能都被人口和农田占据，像地球一样。甚至可能出现《基地》和《星球大战》所描述的银河系首都星球的情形：整个星球表面全部被城市所覆盖。
从长远来看，太空城的发展空间就大了许多，可以用来自母星的资源不断扩建，或在行星轨道上建设众多太空城构成的城市群落。由于太空城所具有的薄壳状几何构型，它的单位质量所能产生的居住面积比行星的固体球状大得多，可能只需母星百万分之一质量的材料，就能产生与母星表面积相当的居住面积。行星的轨道上也有太空城发展的巨大空间，最终这些太空城可能形成像土星环那样的一个圈，总的居住面积将远超行星表面。不过，行星轨道空间虽然巨大，也总有被占满的那一天。
而世代飞船的发展空间几乎是无限的。启航时的飞船可能不大，但它像一粒种子，在经过不同的恒星系时会成长起来。每到达一个星系，都可以用星系中行星的材料资源扩建飞船，或建设新的飞船。随着飞船或船队规模的扩大，它到达下一个恒星系时采集资源自我扩张的能力就会进一步增强，于是这个航行中的世界就会像滚雪球一般扩大。当然，这需要漫长的时间，但扩张的空间几乎是无限的。
船队中的飞船可能各自独立，更有可能在航行中联为一体，在遇到不同情况时可以自由地分化组合。在长时间的扩张后，这样的联合体在质量上可能超过一个地球这样的行星，但由于蜂窝状的几何结构，联合体内部的居住面积将是地球表面的千万倍。整个船队形成一个统一的生态系统，由于巨大的体积，其稳定性和抗灾难的能力也远高于地球生态圈。
这已经不是我们想象中的飞船，而是一个比地球更加丰富多彩的世界。这样的世界最终能够成长到什么样的规模是很难想象的。由此，我们甚至可以大胆推论：也许成熟的文明都是在太空中进行着永恒航行的星舰文明。
真正广阔的世界是在地球之外，人类要想使自己的文明万代延续，要创造更为广阔的新生活，就要尽早响应星空的召唤。
（本文原载于《环球科学》2013年2月号，原文标题《拥抱星舰文明》；由《科学美国人》中文版《环球科学》杂志社授权转载）