第 4.12 节：第 6 阶段 - 星际开发

第 6 阶段是我们计划的最后一个主要阶段。需要新主要阶段的关键区别在于所涉及的极端距离。这主要破坏了对该区域及时运输的能力，以及与太阳系的往返通信需要数年甚至数十年。文明向这些地区的扩张需要高度的自给自足的运输系统和足够好的生产系统，以便在没有太多援助的情况下实现增长。它离我们太远，我们只能用非常笼统的术语来推测发展。目前，我们将这个主要阶段分为三个部分：6A、6B 和 6C。前两个涵盖了星际区域，即恒星之间的区域，距离太阳 20 光年 (LY)，以及恒星系统，包括它们的引力所支配的区域，距离也是 20 光年。第三个涵盖了超过 20 光年的所有区域，但目前这只是一个占位符。本节收集了我们对这三个阶段的早期想法，有待进一步的概念探索工作。

星际空间，即恒星之间的寒冷区域，与第 4F 阶段奥尔特云外围的环境并没有太大区别。我们目前对其他恒星周围等效的彗星云或未附着在恒星上的自由漂浮物体知之甚少。我们对其他恒星周围的行星和尘埃盘有更多信息。它们的母恒星告诉我们到哪里寻找，恒星本身也通过多普勒频移和凌星现象提供了一些关于行星的数据。盘状物主要在红外线下可见，并在年轻恒星周围发现。已发现的行星数量正在迅速增加，从 1988 年之前的零个增加到 2017 年底的 3500 个已确认的和 4500 个候选的。我们预计在有行星的系统中还有许多较小的物体，但今天我们只能间接推断它们。

未来的一种清点这些较小物体的方法是使用太阳作为引力透镜。它使物体在距离我们约 800 个天文单位的散射盘区域聚焦。将望远镜直接放置在感兴趣恒星的对面，将比以往任何时候都更详细地观察，因为透镜 200 万公里的有效直径允许极高的分辨率。在离地球如此远的距离放置仪器并将数据传回，直到第 4F 阶段，这将是遥远的未来。由于即使清点可用的资源也需要技术进步，因此使用这些资源进行开发的计划就更遥远了。它们将取决于在早期阶段获得的经验，并需要在运输方法方面取得巨大进步。

第 6A 阶段 - 附近星际开发

附近星际区域是第 4F 阶段奥尔特云部分之后的下一个区域。它从轨道开始，这些轨道的半长轴 a 距离太阳 100,000 个天文单位或更多，我们的恒星的引力不再占主导地位。为了设计目的，我们将太阳周围 20 光年的任意外边界设定为 20 光年。如果我们能够在那个距离收集补给并重建我们的设备，那么以后的项目可以使用相同的设计以 20 光年的增量行进更远。围绕我们太阳的 40 光年直径球体构成了太阳系附近区域 (Bovy, 2017) 的附近部分，延伸至 250 光年。这反过来是我们所属的 100,000 多光年直径的银河系 的一小部分。我们距离银河系的中心大约一半，靠近银河系的中心平面。

这一阶段涵盖了恒星之间的空间，因此不包括恒星系统、围绕恒星运行的物体以及围绕恒星的引力支配轨道区域。因此，第 6A 阶段区域的体积类似于瑞士奶酪或艾美达尔奶酪的固体部分（图 4.n-5），每个恒星周围的孔洞都不包括在内。速度快到没有与任何恒星相连，并且距离任何恒星超过区域边界一半的天然或人造物体（即在太阳的情况下超过 50,000 个天文单位）被计为星际。否则，它们被认为是恒星系统的临时成员。

图 4.n-5 - 艾美达尔奶酪。固体部分代表附近星际区域的体积。孔洞代表恒星周围的区域，这些区域被分配给第 6B 阶段。

区域特征

恒星之间的开放空间包含许多成分。其中最巨大的包括亚褐矮星，它们通过气体云的坍缩形成，就像恒星一样。它们没有足够的质量进行氘聚变，因此不是恒星。它们的质量范围从木星质量的 1-13 倍 (M_J)。下限是由没有足够的质量坍缩而设定的，上限是由足够的质量引发聚变而设定的，使它们成为恒星。已经探测到几个这样的自由漂浮物体。它们不围绕更大的褐矮星或普通恒星运行。形成大型星际物体的另一条途径来自围绕恒星形成的行星系统。后来的引力相互作用可能会将一些物体弹出到星际空间。最大的丢失物体被称为流浪行星。它们的质量范围可以从亚褐矮星的相同上限 (13 M_J) 到一个更低的极限，在这个极限下它们没有足够的质量来呈现圆形。这略低于 1000 公里，取决于成分，在这个点上它们不再被认为是行星大小。流浪行星与亚褐矮星的区别在于它们具有比亚褐矮星更高的重元素浓度。这是因为更多的重元素倾向于凝聚成行星，而较轻的元素倾向于被母恒星吹走。

对太阳星云历史的模拟 (Shannon, 2014) 表明，在距离太阳 40 个天文单位以内，大约 80% 的原始小天体被弹出到星际空间。截至 2017 年底，已确认超过 3,500 个系外行星，我们现在知道行星系统的形成在恒星周围很常见（参见NASA 系外行星档案）。因此，如果相同的喷射过程发生在其他恒星系统中，那么星际空间应该充满了来自许多恒星的大量物体。其中最大的物体将被归类为前面提到的流浪行星，但它们的大小分布应该一直持续到尘埃大小的粒子。我们将尘埃粒子定义为尺寸小于 1 毫米的粒子，并将流星体定义为尺寸在 1 毫米到 1 米之间的粒子。在 1 米到行星大小之间，如果它们是冰冷的，我们将其归类为彗星，如果它们是岩石的，我们将其归类为小行星。不同的成分来自它们最初在恒星周围形成的地方，以及它们历史上的后期事件。

到目前为止，只发现了一个亚行星星际物体，即 2017 年底发现的。1I/'Oumuamua 只有大约 160 米大小，显然是岩石成分。碰巧它被发现时距离地球 0.2 个天文单位，使其足够接近和明亮，可以被探测到。它的速度比太阳逃逸速度快 26 公里/秒，所以它从未与太阳绑定。我们将其计算为我们太阳系的临时成员，持续 9,000 年，直到它到达 50,000 个天文单位的距离。由于它们的母恒星的相对速度和银河系的年龄，像这样目前在 20 光年内的物体可能起源于银河系的任何地方，甚至来自银河系之外。

一些最巨大的非恒星天体，位于亚褐矮星范围内，已通过其红外辐射被探测到。更小的天体将迅速冷却到周围星际温度，几乎不会反射来自附近恒星的光，这使得它们难以用目前的仪器探测到。因此，目前这些较小天体的数量几乎未知，只能根据我们太阳系的损失进行粗略估计。未来寻找它们的一种可能方法是利用恒星的自然引力聚焦光或人工激光扫描周围区域以寻找反射光。然后沿着星际路径移动扫描仪将构建一个物体位置图。需要对此概念进行更多研究以确定其可行性，并且应探索其他探测方法。

除了大于 1 毫米的天体外，恒星之间的星际介质包含气体、尘埃、带电粒子、磁场和电磁辐射。介质的密度和温度因位置而异。此外，还有假设的暗物质和暗能量。我们还不了解“暗”成分是什么或如何利用它们。它们具有科学意义，但就我们的计划而言可以忽略不计。太阳目前正在穿过一个名为本地星际云（图 4.n-6）的气体密度略高的区域。它将在未来 10-20,000 年内继续这样做。本地云的气体密度约为每立方厘米 0.3 个原子，或每 564 立方公里 1 克。这并不包括星际介质的其他成分，也不包括可能存在的任何较大的天体。

除了可能沿着引力聚焦星光线外，该区域的恒星能量来源太小，不适合实际使用。环境温度大多接近宇宙背景温度 2.7K。用已知技术进行旅行需要数年时间，并且取决于未来的改进才能达到有用的工程时间尺度。从地球往返通信时间将从 3 年到 40 年不等，整个区域内最多 80 年。恒星辐射通常不是该区域的因素，但宇宙辐射仍然是因素。

开发项目

我们对该区域的物质和能量资源知之甚少，因此只能推测开发项目。我们认为，该区域可能会被自给自足的车辆用于前往其他恒星系的快速旅行，或者被永久殖民地用于缓慢旅行，这些殖民地会在旅行中使用当地资源。在恒星和气体云等所有东西都相互运动的区域，固定位置并不重要。即使你相对于太阳保持静止，其他物体仍然会从你身边经过。与太阳和其他恒星的遥远距离可能会使星际工业与文明的其他部分的常规贸易脱节。科学、探索和播种星际殖民地是未来可能进行的活动。

生产

目前暂不考虑从该区域开采材料的概念，直到获得关于该区域存在何种材料的更好数据。我们目前考虑的生产功能是运输车辆和殖民地上的生产功能。即使是先进的运输方式，旅行也需要数年时间。因此，快速车辆仍然需要进行维护和修理，要么依靠备件和供应，要么从废弃物和废料中生产新的物品。这些技术应该在太阳系周围的先前阶段得到发展。永久的星际殖民地不会围绕一颗恒星居住。它们在恒星之间旅行，要么停下来收集物资，要么在运动中收集物资。此类殖民地可以种植在现有的大型天体上或周围，并开采它们获取资源。改变大型天体的轨道将很困难，因此殖民地将不得不接受现有轨迹，迁移到不同的天体，或产生新的殖民地，然后沿着它们自己的轨道运行。

就其性质而言，孤立的星际殖民地将不得不当地生产大部分所需物资，也许还会有一些快速运输的物资。第一个此类殖民地将在太阳系中的某个地方建造，然后在建成后放置在它们选择的轨道上。它们可能会从奥尔特云殖民地演变而来，奥尔特云殖民地的环境与星际空间的环境没有显著差异。任何类型的生产或其他功能都需要能量。两种可能性是来自本地恒星的引力聚焦束状能量和核能，无论是裂变还是聚变。

居住

居住设计不应与为太阳系外围地区开发的设计有很大不同，因为环境相似。

运输

星际运输可分为慢速和快速两种。慢速类型以恒星速度（5-500 公里/秒）运行，使用大型栖息地，配备大量的物质储备和核能或束状能量源。这些栖息地有可能开采恒星周围的彗星云和恒星之间的流浪天体。当它们足够靠近选定的恒星时，它们可以进入轨道并与恒星一起旅行，要么永久地，要么后来设定前往新目的地的航线。在任何时候，此类栖息地都可以建造和产生额外的栖息地。以慢速星际速度在恒星之间旅行的时间将为 3000 年或更长。

快速星际旅行主要受更高的能量支配，这些能量需要达到超过 500 公里/秒的速度，并缩短到达目的地的時間。本书第二部分讨论了可能的运输方法。高能候选者包括聚变动力发动机和来自本地恒星的束状能量。快速车辆不像地球上的大型栖息地，拥有全方位的文明活动，而更像地球上的船只，由一组致力于到达目的地并维护运营的船员操作。

服务

星际区域中未来可能提供的服务包括科学、探索和通信中继。

概念细节

慢速星际旅行

基于过去对虚构作品的接触，大多数人认为“星舰”将是一种具有未来派形状，在后面有大型发动机的飞行器。相反，想象一下殖民一颗长周期彗星，一颗来自奥尔特云的彗星，正在返回那里。彗星由冰（水、甲烷、氨、二氧化碳等）和岩石材料混合而成。如果没有足够的金属，则可以将一颗金属小行星与它的轨道匹配。然后，你主要用现有的材料建造你的殖民地。彗星的直径可达 50 公里，外太阳系有大量直径超过 100 公里的天体。一颗 50 公里的彗星包含大约 1500 年地球总开采产量的供应，这应该足以维持一个采用循环利用的殖民地。

奥尔特云距离地球与太阳之间的距离的数倍，使彗星离开太阳并前往另一颗恒星所需的速率非常小。所有的冰都含有少量的氢，因此也含有氘，这意味着如果你知道如何建造聚变反应堆，你就拥有了非常长期的动力。你的“车辆”不是一艘光滑的飞船，而是一个附着在彗星核上或围绕彗星核建造的城市，随着时间的推移，它将转化为殖民者所需的物品。这将是一段漫长的旅程，但你拥有大量的居住空间，殖民者可以偶尔前往经过的其他彗星，以获取额外的补给。

据估计，太阳周围的奥尔特云中存在着数万亿颗彗星，其中一些将在你的现有路线附近，或多或少。平均间距约为 6 个天文单位，约为到木星的距离。以最慢的星际速度 5 公里/秒运行，你平均每 6 年会经过一颗彗星。因此，有很多开采机会，理论上你可以用新的殖民地播种经过的其他彗星。如果有些人愿意，他们可以返回太阳，速度足够低，可以做到这一点。当你到达奥尔特云区域的边缘时，你可以继续这种缓慢的星际旅行，利用恒星之间的物体和围绕其他恒星的彗星云。这种慢速恒星旅行的要求包括聚变动力和了解如何在太空中建造永久栖息地。这两点都应该在之前的阶段得到发展。另一个要求是在没有星光照明的条件下，检测旅行路径上的小型物体的方法。

星线

引力透镜效应发生在每一个巨大的物体周围。事实上，100 年前在日食期间测量光的弯曲是相对论理论的第一个证明。对于太阳来说，从四面八方弯曲的光会在超过约 540 个天文单位的距离处聚焦。焦点不是一个点，而是一条径向线。这是因为与太阳边缘相距更远的的光子弯曲程度更小，因此焦点更远。因此，天空中的每一颗恒星都会在太阳的另一侧产生一条聚焦光线，因此我们称之为星线。星际区域中的每一颗恒星都会在其周围产生一系列星线图案。这形成了一个充满星际空间的光线网络。如果星光聚焦得足够好，它可能对星际动力和推进有用。

第 6B 阶段 - 附近系外开发

数十年来，科幻小说 一直探索着星际旅行和围绕其他恒星的行星。这类作品的作者可以假设任何他们故事需要的交通方式和行星环境。考虑开发项目的工程师可以从科幻作品中汲取灵感，但受限于实际技术和现实地点来实施他们的计划。我们项目这一阶段涵盖了除太阳以外其他恒星周围区域的开发。它在逻辑上延续了第 6A 阶段，该阶段关注恒星之间的区域，因为我们必须穿越这些区域才能到达其他恒星。它也紧随所有早期的阶段，这些阶段致力于开发我们太阳系的各个部分。与第 6A 阶段类似，我们将这一阶段任意地限制在距太阳 20 光年以内。这足够涵盖足够多的恒星及其伴星系统来识别设计要求，并且足够大的距离范围来识别可能出现的任何问题。距离 20 光年以外的开发工作保留在当前项目的最后一个阶段，即 6C - 更远星际。

为了我们的目的，我们将任何能够进行核聚变的物体，无论过去、现在还是将来，都定义为恒星。这包括只进行氘聚变的褐矮星，主要进行氢聚变的大恒星，以及恒星质量残骸，比如 6 颗距离小于 20 光年的白矮星。一个恒星系统可能包含一颗或多颗由引力束缚的恒星，以及所有围绕它们运行的伴随物体和物质。我们定义了围绕每个恒星系统运行的轨道区域，从质量中心延伸到半长轴为 100,000 天文单位乘以系统质量（以太阳质量为单位）平方根的轨道。这是一个区域，本地系统引力主导着周围星系的其余部分，并且它们能够保留彗星云。如果两个系统彼此靠近，它们的轨道区域可能会重叠。在这种情况下，我们将在它们的引力相等的区域画一条边界。恒星系统及其轨道区域是在更大的附近星际区域内设置的气泡，这些气泡填充了它们之间的空间。我们将第 6A 阶段和第 6B 阶段分开，因为恒星系统与我们太阳周围的早期阶段相比，与恒星之间的空间有着更多共同之处。

区域特征

该区域最显著的特征可能是构成它的恒星系统彼此之间相对运动，相对于太阳的平均速度为 50 公里/秒。这种运动是除了银河系整体的自转，该区域的自转速度约为 225 公里/秒。在 20 光年内大约有 105 个附近系统，包括我们的太阳。这个列表应该几乎完整。考虑到它们的平均速度，它们需要 120,000 年才能走完 20 光年，因此附近的人口平均每 1150 年就会变化一次。目前的交通方式需要比这长得多的时间才能到达 20 光年。因此，该区域的未来计划应考虑到恒星的运动和附近人口的变化。

截至 2017 年，在我们的太阳系之外，在 20 光年范围内，大约有 31 颗已确认的系外行星。我们的探测方法仍然倾向于探测较大的行星（图 4.n-7），几乎所有已确认的行星都比地球质量大。我们太阳系的大小分布表明，随着物体大小的减小，物体的数量会增加。这使得围绕其他恒星存在更多更小的行星，以及更多比行星更小的物体等待着被发现变得更加可能。我们预计随着我们仪器的改进，未来几年附近行星的数量会增加。另外，在绘架座ε星 和鲸鱼座τ星 周围也发现了两个已知的附近星周盘，这些星周盘可以通过它们尘埃成分来探测。这些恒星周围也可能存在彗星、小行星和一些更大的物体，但尚未探测到。这些将是除了已经发现或怀疑存在的地球质量或更重的行星之外的物体。

开发项目

我们拥有一个相当完整的距离 20 光年的恒星列表，因为它们明亮且靠近我们。我们还没有一个完整的行星列表，除了尘埃颗粒（当它们形成盘状时）之外，我们对更小的天体一无所知。因此，开发附近系外行星区域的概念目前必须保持推测性和初步性。

生产

如第 6 阶段介绍中所述，我们希望利用太阳作为巨大的引力透镜来观测附近的恒星及其周围环境。这应该使我们能够比近期望远镜更详细地清点它们的资源。接下来是向这些恒星周围发送小型机器人探测器以更仔细地检查发现的任何物体。一旦获得足够的信息，我们就可以计划如何在该区域开始生产。自扩展生产一直是我们项目中的一个主题，并且应该在这个阶段得到很好的发展。因此，我们预计也会在其他恒星周围使用这种方法。一个悬而未决的问题是，是在人类之前发送机器人种子工厂开始生产，还是从一个更大的系统开始，这个系统随着第一批人类的到来而到达，并且已经为他们提供支持。我们可能无法回答这个问题，直到在我们的母星周围获得更多经验。

居住

人类和其他生物的栖息地应该与为太阳周围区域开发的栖息地基本相似。温度、辐射水平和恒星光谱的差异可能需要对以前的设计进行一些修改。

运输

恒星之间的交通在第 6A 阶段的上面已经介绍过了。在给定恒星区域内的旅行应该能够使用与在太阳周围开发的类似技术。一个区别是恒星的亮度和温度各不相同，因此基于恒星能量的交通将需要修改以考虑这一点。

服务

由于距离遥远，我们目前看到的服务活动仅限于科学、探索和播种独立殖民地。

第 6C 阶段 - 更远星际开发

我们最后定义的阶段是一个占位符，用于涵盖宇宙中其余的可访问区域。它从距太阳 20 光年开始，并延伸到交通方式所能到达的距离。当前和近期的交通方式距离能够到达如此远的距离还很遥远。因此，目前我们分配给这个阶段的唯一工作是运输改进。其他工作被保留到未来的某个时间点。这包括在需要时定义额外的阶段。