第253章 登月

  太阳能也是月球上一种相当不错的能源选择，因为月球接收到的阳光其实比地球更多 —— 地球的大气层会吸收和反射大量来自太阳的光线。此外，太阳能在地球上的应用往往受限於昼夜交替，天空中的云层也会让光照变得非常昏暗。但月球上没有云层，而且月球的一天相当於地球上的一个月。月球的周长不到 7000 英里，一天的时长也不到一个月，所以即便是在昼夜分界线移动速度最快的赤道地区，其移动速度也不到每小时 10 英里。在地球上，只有超高速飞机才能追著日落飞行，而在月球上，一架普通的喷气式飞机就能做到，而且月球上的飞行器不受空气阻力影响，引力也很小。

  因此，在月球上，我们完全可以使用太阳能驱动的机器人车辆，让它们每月绕月球一周，始终处於阳光照射之下，每月返回基地一次进行维护。我们通常会认为月球基地会採用核能供电，这当然是一种选择，也可以採用太阳能供电，在长达半个月的黑暗期依靠电池或燃料电池供电。但由於月球上没有空气阻力且引力较小，可移动基地也成为了一种可能的选择。

  此外，在月球上建造高塔並非难事，因为月球上没有风，引力也同样很小，而且建筑越高，在月球的白天能接收到的光照就越多，因为地平线的遮挡会更少。如果將太阳能装置建在月球极地地区，比如沙克尔顿陨石坑，这些地方有 80% 甚至 90% 的时间都能被阳光照射到。

  既然在探討月球基地时，极地地区会被频繁提及，我就再详细解释一下。我们都知道地球上的极昼现象，地球两极附近的地区会有长达数月的极昼或极夜。我们也经常提到月球的极地基地，以及那些光照时间更长的区域。月球极地地区不仅光照条件特殊，我们还预计在这些区域能找到更多的冰，极地的环形山內部也有冰存在。冰的存在至关重要，因为我们在月球上需要水。月球的极地和赤道附近，都有光照时间极长或极短的区域，但原因与地球並不相同。

  在地球上，地球自转轴相对於太阳的倾斜，导致高纬度地区会在数月內始终朝向太阳，或始终背向太阳。但月球的自转轴相对於太阳几乎没有倾斜，这並非月球存在长时间光照或黑暗区域的原因。有一个概念叫做 “永久光照峰”，指的是在围绕恆星旋转的天体上，某个位置可能始终或几乎始终被阳光照射。这与我们几个月前探討过的潮汐锁定行星不同，潮汐锁定的行星始终是一面朝向恆星，另一面永远处於黑暗之中。

  这里还要说明一点，月球並不存在 “暗面”，因为月球是被地球潮汐锁定的，而非被太阳潮汐锁定。月球的一天和一年时长相同，都是大约一个地球月。但月球上確实有一些区域有 80% 甚至 90% 的时间都能被阳光照射到，造成这种现象的原因並非自转轴倾斜或轨道运行模式，而是因为月球的体积比地球小得多，地平线也离得更近，而且月球上没有风或潮汐侵蚀环形山。

  一座一英里高的山峰，在月球上会比在地球上显得更加突出，而位置越高，各个方向的地平线就越远。在地球上，如果你爬到高楼、山丘或山峰的顶端，而你的朋友留在旁边的地面上，你能看到的地平线会比他更远，所以你会比他更早看到日出，更晚看到日落，你的白天时长也会更长。我们把这个简单的现象放在山峰上看：当昼夜分界线扫过月球表面时，会先到达山峰的最高点，而当太阳落下时，山峰的最高点会最后失去光照。山峰越高，各个方向的地平线就越远，这种现象就越明显。

  这种现象在月球上会更加显著，因为月球的直径远小於地球，所以一英里高的物体在月球上会显得更加突出。同理，如果你身处山谷中，日出会更晚，日落会更早；如果你身处山峰顶端，而山峰东西两侧各有一个大型山谷，这些山谷的位置原本是平坦地形下的地平线，那么你看到的日出会更早，日落会更晚。同样的道理，如果你身处月球上的一个深陨石坑中，周围是高大的陨石坑壁，那么你能接收到的光照会非常少，甚至比地球上的山谷还要少，因为月球上没有大气层，无法从其他方向散射和反射光线。

  这种现象在月球极地地区会变得更加明显，因为从天体自转轴的旋转距离来看，极地地区的直径更小，而这正是遮挡光线的关键因素。大家可以看看这些位於同一经度、不同纬度的相同山峰，观察昼夜分界线扫过它们的过程，就能发现，赤道附近的山峰会更快陷入黑暗。

  因此，我们对月球极地基地的兴趣由来已久，因为这些区域有光照时间极长的地点，而且这些地点往往紧邻著永久阴影区。月球极地的永久阴影区是寻找冰的绝佳位置，巧合的是，这些区域的氦 - 3 储量也预计会更高。因此，將极地基地建在大型陨石坑內是一个不错的选择，因为基地附近既有適合安装太阳能板的最佳位置，能让太阳能板大部分时间都处於工作状態，也有能找到更多水冰的黑暗区域。

  同样，由於月球引力微弱且没有风，我们可以建造非常高大但结构相对简易的塔，在塔顶安装太阳能板，进一步延长光照时间，甚至可以只在塔顶安排人员值守。即便如此，我们依然需要电池或燃料电池，但使用的时间会大幅缩短。

  我们也可以通过其他方式解决光照问题，比如使用能量卫星將能量传输到基地。这些卫星主要由拋物面反光镜和姿態控制系统组成，在月球本地建造后发射非常容易，这一点我们稍后会详细探討。通过这些卫星，我们可以让某个区域始终保持明亮，也可以通过雷射或微波將能量传输到接收器。月球的体积並不大，而且地表荒凉，所以我们甚至可以直接在月球表面铺设电缆，或者建造几座太阳能塔，將能量传输到其他处於阴影中的塔。

  在月球上，塔可以建得非常高，因为没有风的影响，而且微弱的引力对建筑材料的压力也更小。但建造高塔並非唯一的选择，我们还可以利用材料的抗拉强度，这就是太空电梯的基本原理。

  虽然我们目前还没有能大规模生產、强度足够支撑地球太空电梯的材料，但在月球上，我们有能力建造太空电梯。月球太空电梯的设计有些特殊，它的长度必须比地球太空电梯更长，而且为了保持稳定，只能朝向两个方向。因为地球对月球轨道的影响，远大於月球对地球轨道的影响，所以第一个稳定的方向是正对著地球，第二个则是正背向地球，不过这已经足够了。

  朝向地球的太空电梯，其对接埠的长度需要达到 35000 英里，背向地球的太空电梯，对接埠的长度则需要略超过 40000 英里，而地球太空电梯的长度仅为 22000 英里。造成这种差异的原因是，儘管月球的引力更小，但自转速度也慢得多。火星的太空电梯会更短，因为火星的一天时长与地球相近，而引力却小得多。但月球的引力非常微弱，我们並不需要使用超高强度的材料来建造太空电梯，就像在月球上能轻鬆建造高塔一样，因为没有风的阻碍，引力的影响也很小。