“高司令（Ryan Gosling）從來不演爛片！”

《挽救計(jì)劃（Project Hail Mary）》的確成了這個(gè)春天最大的驚喜。和電影一樣，原著小說也是非常精彩，很推薦配合影片閱讀。

這個(gè)故事建立在一個(gè)虛構(gòu)設(shè)定的基礎(chǔ)上——“噬星體（Astrophage）”，一種太空中的微生物。它會讓太陽變暗，減弱地球所接收的太陽能，所以人類才要想辦法去解決這個(gè)末日危機(jī)；而噬星體又能夠當(dāng)做太空飛船的發(fā)動機(jī)使用，成了解決這場危機(jī)的關(guān)鍵資源之一。

沒有看過原著小說的朋友們，在觀影后或許會覺得有點(diǎn)迷糊：這個(gè)“噬星體”到底是什么東西呢？

“噬星體”渾身都是寶

原著對“噬星體”有很詳細(xì)的設(shè)定：它是一種生命，太空中的微生物，沒有智慧，依靠太陽能生存。這種生物的核心機(jī)制，是作者安迪·威爾自稱“故事中唯一真正違反物理學(xué)的設(shè)定”（僅在量子層面），其余部分有著科學(xué)基礎(chǔ)：

1. 能量吸收：通過虛構(gòu)的“超截面性”（super cross-sectionality）特性，能捕獲現(xiàn)實(shí)中幾乎不與物質(zhì)相互作用的中微子，將恒星熱能以 E=mc2 質(zhì)能方程形式儲存為自身質(zhì)量，1g噬星體就蘊(yùn)含著接近于25000兆瓦時(shí)的能量，相當(dāng)于三峽大壩滿負(fù)荷發(fā)電一小時(shí)，又或者是當(dāng)量兩萬噸的一顆核彈；

1. 推進(jìn)移動：儲存的能量可轉(zhuǎn)化為佩特洛娃波段的紅外光釋放，產(chǎn)生反沖動量作為推進(jìn)劑，使噬星體能以高達(dá) 0.92倍光速在星際間移動；

1. 能量效率：幾乎可將全部質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量，效率遠(yuǎn)超核反應(yīng)（太陽45億年僅轉(zhuǎn)化0.03%質(zhì)量，而噬星體幾乎100%轉(zhuǎn)化）；

1. 繁殖手段：它需要二氧化碳來進(jìn)行繁殖。所以它在接近太陽之后就會在吸收完能量之后發(fā)出紅外線，移動到金星進(jìn)行繁殖。

這就解釋了為什么在故事中，它會對人類造成如此巨大的危機(jī)：歸根結(jié)底我們的所有能量來源都是太陽，而噬星體的指數(shù)級增長將吃掉太陽能，最終導(dǎo)致人類滅絕。

但是與此同時(shí)，它又是一種無限接近于理想的太空航行燃料：除了蘊(yùn)含極大能量，和可以近乎百分百將質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量之外，它還是通過發(fā)射紅外光獲得推力的。在太空當(dāng)中發(fā)動機(jī)都需要噴射工質(zhì)獲得動量，而最基本的牛頓力學(xué)已經(jīng)告訴我們，在噴射工質(zhì)的質(zhì)量相同的情況下，噴射速度決定了飛船獲得動量的大小。

火箭發(fā)動機(jī)的核心指標(biāo)“比沖”實(shí)際上就是衡量噴氣速度，而相對論則告訴我們，宇宙中最高的速度是光速——也就是說理論上最好的火箭發(fā)動機(jī)就是發(fā)射光線的，只不過需要極其、極其、極其夸張的發(fā)射功率，而正好噬星體完美的解決了這一問題（原著中設(shè)定了特殊的散熱方式）。

所以，故事中高司令乘坐的這艘太空飛船，就能夠依靠2000噸的噬星體燃料飛到12光年之外。

沒有吃掉太陽，只是“大自然的搬運(yùn)工”

但是！這里我們就要說但是了：有沒有一種可能，我們并不需要解決這個(gè)危機(jī)？噬星體并不是來毀滅人類的，而是人類有史以來最大的“大自然恩賜”？

原著里，地球在撒哈拉沙漠鋪設(shè)了上萬平方公里的太陽能板，才攢出2000噸噬星體燃料用來驅(qū)動飛船。提出這一構(gòu)思的那位專家說過：如果不是它要?dú)缣枺尚求w就是人類走的最大的狗屎運(yùn)。

實(shí)際上，噬星體真正的價(jià)值遠(yuǎn)不止作為一次性的飛船燃料。如果這種生物真的存在，它將會幫助我們獲得無限的能源。

在原著設(shè)定中，噬星體的特點(diǎn)是：它的“體溫”是96.415℃，將會吸收外界一切高于此溫度的能量，轉(zhuǎn)換成質(zhì)量，然后發(fā)射單一、精確的波長25.984微米單色紅外光。那么，一個(gè)很自然的想法就是：我們要么就使用光伏板吸收這種紅外光；或者，用人類最古老的技術(shù)：燒開水，也就是加熱工質(zhì)推動輪機(jī)發(fā)電。然而目前我們并沒有發(fā)明出一種十分高效的能夠吸收近紅外光的光伏材料，就算發(fā)明了，轉(zhuǎn)換率也不會超過30-40%。

那么我們就直接用噬星體燒開水怎么樣？

我們可以構(gòu)想一種名為“閉式熱機(jī)”的方案。簡單來說，就是將噬星體封裝在特殊的真空艙內(nèi)，讓它持續(xù)發(fā)出紅外線，但不接觸任何氣體。這些紅外線被艙壁吸收后加熱工質(zhì)——比方說，水蒸氣，推動渦輪發(fā)電。

想到這里，出現(xiàn)了一個(gè)新的老問題：傳統(tǒng)的燒開水效率也不高，也是最多能夠利用40%的能量，效率還是太低了，怎么辦？

這里我們再次回顧噬星體的妙妙特性：它能吸收96攝氏度以上的所有熱量并用來維持自身生存。這意味著，發(fā)電過程中產(chǎn)生的廢熱可以被噬星體回收，作為它繼續(xù)發(fā)光發(fā)熱的能量來源（這種類似永動機(jī)的推論有悖熱力學(xué)第二定律，但“噬星體”的科幻設(shè)定特征就是如此）。那么，根據(jù)熱力學(xué)，這就構(gòu)成了一個(gè)理想的卡諾熱機(jī)，那么這個(gè)卡諾循環(huán)的效率就單純的根據(jù)熱端和冷端的溫度差來決定（公式是效率=1-冷端溫度/熱端溫度）：冷端的溫度就是固定的96攝氏度（約369開爾文），效率只取決于，我們能夠?qū)岫说臏囟忍岬蕉喔摺谶@種情況下，超超臨界的水蒸氣溫度600攝氏度就不夠看了，我們可以使用氦氣作為工質(zhì)，將氣體工作溫度提升到4000開（現(xiàn)實(shí)中幾乎還沒有發(fā)現(xiàn)能承受如此溫度的材料），于是，我們就獲得了一種恐怖的效率接近90%的發(fā)電機(jī)，遠(yuǎn)超人類現(xiàn)有的任何能源技術(shù)。甚至，如果我們展望更遠(yuǎn)一點(diǎn)，還可以使用磁流體發(fā)電機(jī)：高溫電離氣體（等離子體）通過磁場時(shí)，洛倫茲力分離正負(fù)電荷，直接產(chǎn)生電流，無需渦輪機(jī)或活塞。這種發(fā)電機(jī)的熱端溫度將超過10000開，進(jìn)一步將效率提升到95%以上。

更重要的是，這種能源幾乎是無污染的。噬星體通過質(zhì)能轉(zhuǎn)換釋放能量，不產(chǎn)生二氧化碳，不排放硫化物，也沒有核廢料。唯一的“排放物”是它在發(fā)電過程中損失的質(zhì)量——但這點(diǎn)質(zhì)量相對于它蘊(yùn)含的總能量來說微不足道。一克噬星體發(fā)出的電能，足夠一座大城市使用一段時(shí)間，而它的質(zhì)量損失還不到千分之一毫克。

等等，戴森球這不就來了么？

接下來是更宏大的構(gòu)想：戴森云。

原著中，人類為了收集2000噸噬星體，不得不在撒哈拉沙漠鋪設(shè)了上萬平方公里的太陽能板。這個(gè)思路其實(shí)局限了——既然噬星體在太空中可以直接吸收恒星光，我們?yōu)槭裁匆阉拗圃诘厍蛏夏兀?/p>

想象一下，在地球軌道上，或者更遠(yuǎn)的太空中，部署數(shù)以萬計(jì)的自動化噬星體培育站。每個(gè)培育站都是一個(gè)巨大的透明薄膜結(jié)構(gòu)，內(nèi)部是精心控制的真空環(huán)境，漂浮著噬星體種群（二氧化碳可以從地球運(yùn)輸上去）。這些培育站直接面向太陽，讓噬星體盡情地吸收光能，增加質(zhì)量。由于太空中沒有重力，也不需要考慮占地問題，這些培育站可以做得極大，數(shù)萬平方公里只是起步價(jià)，卻只需要極少的結(jié)構(gòu)材料支撐。

當(dāng)培育站中的噬星體“吃飽”了，也就是達(dá)到了能量飽和狀態(tài)，自動化系統(tǒng)就會將它們收集起來，轉(zhuǎn)移到附近的發(fā)電單元。在那里，噬星體被安全地封裝在燃料艙內(nèi)，直接運(yùn)送回地球，然后通過上述的發(fā)電機(jī)發(fā)電。

是的，一個(gè)戴森球的變形。傳統(tǒng)的戴森球設(shè)想是用固體殼層包裹太陽，收集所有光能，但那樣的工程浩大到幾乎不可能實(shí)現(xiàn)，而且殼體本身的重力應(yīng)力會撕裂任何已知材料。但用噬星體來構(gòu)建戴森云就現(xiàn)實(shí)得多：我們不需要建造堅(jiān)固的殼層，只需要發(fā)射大量輕質(zhì)的薄膜培育站，讓它們像云一樣漂浮在太陽周圍。每個(gè)培育站都是獨(dú)立的，可以模塊化制造，批量發(fā)射。

隨著技術(shù)的成熟，這種戴森云可以逐步擴(kuò)展。最初只是在地球軌道附近部署幾個(gè)試驗(yàn)站，然后擴(kuò)展到火星軌道、木星軌道，最終形成一個(gè)稀疏但巨大的網(wǎng)絡(luò)，包裹整個(gè)內(nèi)太陽系。這些培育站收集的太陽能不再是直接轉(zhuǎn)化為電能，而是先轉(zhuǎn)化為噬星體的生物質(zhì)能——也就是質(zhì)量。這種能量儲存方式比任何電池都高效，儲存密度高出十個(gè)數(shù)量級。

當(dāng)戴森云完全建成后，人類將擁有近乎無限的能源。太陽每秒輻射的能量中，被噬星體捕獲并轉(zhuǎn)化儲存的部分，可以輕易地滿足人類未來數(shù)千年甚至數(shù)萬年的能源需求。而且，由于噬星體本身可以作為飛船燃料，這些分布在太陽系各地的能源站同時(shí)也是星際艦隊(duì)的補(bǔ)給站。飛船不再需要攜帶全部燃料出發(fā)，而是在航行途中不斷從戴森云節(jié)點(diǎn)補(bǔ)充“新鮮”的噬星體燃料。

這種能源系統(tǒng)的另一個(gè)巨大優(yōu)勢是它的可調(diào)度性。傳統(tǒng)的太陽能和風(fēng)能受限于天氣和晝夜，但分布在太空中的噬星體培育站可以全天候工作。地球上的太陽能站還要考慮白天晚上，太空培育站并不需要。當(dāng)某個(gè)區(qū)域需求激增時(shí)，儲存在的噬星體燃料可以立即投入使用，不需要像核反應(yīng)堆那樣緩慢啟動。

從更長遠(yuǎn)的時(shí)間尺度看，噬星體甚至可能幫助人類改造其他行星。比如金星，設(shè)定中噬星體的繁殖基地，這顆行星有著濃厚的二氧化碳大氣和極高的表面溫度，對人類來說是地獄，對噬星體卻是天堂。我們可以主動向金星大氣層投放更多的噬星體種群，讓它們利用金星豐富的二氧化碳繁殖，同時(shí)吸收太陽輻射。這不僅能降低金星的溫度（因?yàn)槭尚求w截獲了原本會加熱地表的陽光），還能產(chǎn)生巨大的能量輸出。

最終，我們甚至可以用噬星體引擎將金星多余的二氧化碳質(zhì)量發(fā)射到太空，逐步改造這顆行星的大氣成分。屆時(shí)，人類將把金星整體改造成一個(gè)巨大的噬星體培育站，光是金星所獲得的能量就足以輕松地彌補(bǔ)掉地球損失的能量。

“完美”的爽文結(jié)局

回到最初的問題：噬星體真的是末日嗎？從能源的角度看，它更像是宇宙送給人類的一份禮物。它解決了人類文明發(fā)展的根本瓶頸——能源密度?；瘜W(xué)能太弱，核能太危險(xiǎn)，太陽能太分散，而噬星體提供的質(zhì)能轉(zhuǎn)換，恰好處于“足夠強(qiáng)大又足夠可控”的甜蜜點(diǎn)上。

當(dāng)然，這一切的前提是我們要學(xué)會與它共處。我們必須建立比核安全更嚴(yán)格的生物安全協(xié)議，確保這些微生物永遠(yuǎn)不會出意外——畢竟它的能量密度接近反物質(zhì)，1g就有一顆核彈的能量，比核彈還要危險(xiǎn)上億倍。我們需要發(fā)展磁流體技術(shù)、閉式循環(huán)技術(shù)，以及自動化的太空培育技術(shù)。這些都是巨大的挑戰(zhàn)，但與獲得的收益相比，這些投入微不足道——當(dāng)然，到那個(gè)時(shí)候人類再發(fā)射幾艘恒星際飛船，前往12光年以外的天倉五，尋找噬星體的起源和天敵以更好的控制它們，也不是不可以嘛。

那么我們可以這樣說：小說里的那個(gè)將會滅絕人類的太陽危機(jī)，實(shí)際上是不會發(fā)生的。假如噬星體真的存在，以人類目前的航天技術(shù)和工程技術(shù)，再加上對噬星體生命機(jī)制的深入研究，只需要數(shù)十年，人類就可以在軌道上建立起第一座噬星體培育站，再過數(shù)十年，人類將正式邁入卡爾達(dá)肖夫指數(shù)中的I型文明——能夠利用母星全部可用能源的星際文明。

而這一切，可能都始于那場看似毀滅性的“太陽變暗”危機(jī)。就像那位太陽能專家說的，如果不是它要?dú)缣枺尚求w就是人類踩到的最大的狗屎運(yùn)?，F(xiàn)在，我們有機(jī)會把它從災(zāi)難變成階梯，踩著它走向星辰大海。屆時(shí)，孩子們在學(xué)校里學(xué)到的將不再是“石油時(shí)代”或“核能時(shí)代”，而是“噬星體紀(jì)元”——一個(gè)人類真正掌握質(zhì)能轉(zhuǎn)換、擁有無限能源的黃金時(shí)代。

作者：鄧思淵

編輯：臥蟲

科學(xué)審核及建議：Steed

封面圖來源：Giphy

內(nèi)文插圖來源：Giphy和Nano Banana生成

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