第 4.12 節：第 6 階段 - 星際開發

第 6 階段是我們計劃的最後一個主要階段。需要新主要階段的關鍵區別在於所涉及的極端距離。這主要破壞了對該區域及時運輸的能力，以及與太陽系的往返通訊需要數年甚至數十年。文明向這些地區的擴張需要高度的自給自足的運輸系統和足夠好的生產系統，以便在沒有太多援助的情況下實現增長。它離我們太遠，我們只能用非常籠統的術語來推測發展。目前，我們將這個主要階段分為三個部分：6A、6B 和 6C。前兩個涵蓋了星際區域，即恆星之間的區域，距離太陽 20 光年 (LY)，以及恆星系統，包括它們的引力所支配的區域，距離也是 20 光年。第三個涵蓋了超過 20 光年的所有區域，但目前這只是一個佔位符。本節收集了我們對這三個階段的早期想法，有待進一步的概念探索工作。

星際空間，即恆星之間的寒冷區域，與第 4F 階段奧爾特雲外圍的環境並沒有太大區別。我們目前對其他恆星周圍等效的彗星雲或未附著在恆星上的自由漂浮物體知之甚少。我們對其他恆星周圍的行星和塵埃盤有更多資訊。它們的母恆星告訴我們到哪裡尋找，恆星本身也透過多普勒頻移和凌星現象提供了一些關於行星的資料。盤狀物主要在紅外線下可見，並在年輕恆星周圍發現。已發現的行星數量正在迅速增加，從 1988 年之前的零個增加到 2017 年底的 3500 個已確認的和 4500 個候選的。我們預計在有行星的系統中還有許多較小的物體，但今天我們只能間接推斷它們。

未來的一種清點這些較小物體的方法是使用太陽作為引力透鏡。它使物體在距離我們約 800 個天文單位的散射盤區域聚焦。將望遠鏡直接放置在感興趣恆星的對面，將比以往任何時候都更詳細地觀察，因為透鏡 200 萬公里的有效直徑允許極高的解析度。在離地球如此遠的距離放置儀器並將資料傳回，直到第 4F 階段，這將是遙遠的未來。由於即使清點可用的資源也需要技術進步，因此使用這些資源進行開發的計劃就更遙遠了。它們將取決於在早期階段獲得的經驗，並需要在運輸方法方面取得巨大進步。

第 6A 階段 - 附近星際開發

附近星際區域是第 4F 階段奧爾特雲部分之後的下一個區域。它從軌道開始，這些軌道的半長軸 a 距離太陽 100,000 個天文單位或更多，我們的恆星的引力不再占主導地位。為了設計目的，我們將太陽周圍 20 光年的任意外邊界設定為 20 光年。如果我們能夠在那個距離收集補給並重建我們的裝置，那麼以後的專案可以使用相同的設計以 20 光年的增量行進更遠。圍繞我們太陽的 40 光年直徑球體構成了太陽系附近區域 (Bovy, 2017) 的附近部分，延伸至 250 光年。這反過來是我們所屬的 100,000 多光年直徑的銀河系 的一小部分。我們距離銀河系的中心大約一半，靠近銀河系的中心平面。

這一階段涵蓋了恆星之間的空間，因此不包括恆星系統、圍繞恆星執行的物體以及圍繞恆星的引力支配軌道區域。因此，第 6A 階段區域的體積類似於瑞士乳酪或艾美達爾乳酪的固體部分（圖 4.n-5），每個恆星周圍的孔洞都不包括在內。速度快到沒有與任何恆星相連，並且距離任何恆星超過區域邊界一半的天然或人造物體（即在太陽的情況下超過 50,000 個天文單位）被計為星際。否則，它們被認為是恆星系統的臨時成員。

圖 4.n-5 - 艾美達爾乳酪。固體部分代表附近星際區域的體積。孔洞代表恆星周圍的區域，這些區域被分配給第 6B 階段。

區域特徵

恆星之間的開放空間包含許多成分。其中最巨大的包括亞褐矮星，它們透過氣體雲的坍縮形成，就像恆星一樣。它們沒有足夠的質量進行氘聚變，因此不是恆星。它們的質量範圍從木星質量的 1-13 倍 (M_J)。下限是由沒有足夠的質量坍縮而設定的，上限是由足夠的質量引發聚變而設定的，使它們成為恆星。已經探測到幾個這樣的自由漂浮物體。它們不圍繞更大的褐矮星或普通恆星執行。形成大型星際物體的另一條途徑來自圍繞恆星形成的行星系統。後來的引力相互作用可能會將一些物體彈出到星際空間。最大的丟失物體被稱為流浪行星。它們的質量範圍可以從亞褐矮星的相同上限 (13 M_J) 到一個更低的極限，在這個極限下它們沒有足夠的質量來呈現圓形。這略低於 1000 公里，取決於成分，在這個點上它們不再被認為是行星大小。流浪行星與亞褐矮星的區別在於它們具有比亞褐矮星更高的重元素濃度。這是因為更多的重元素傾向於凝聚成行星，而較輕的元素傾向於被母恆星吹走。

對太陽星雲歷史的模擬 (Shannon, 2014) 表明，在距離太陽 40 個天文單位以內，大約 80% 的原始小天體被彈出到星際空間。截至 2017 年底，已確認超過 3,500 個系外行星，我們現在知道行星系統的形成在恆星周圍很常見（參見NASA 系外行星檔案）。因此，如果相同的噴射過程發生在其他恆星系統中，那麼星際空間應該充滿了來自許多恆星的大量物體。其中最大的物體將被歸類為前面提到的流浪行星，但它們的大小分佈應該一直持續到塵埃大小的粒子。我們將塵埃粒子定義為尺寸小於 1 毫米的粒子，並將流星體定義為尺寸在 1 毫米到 1 米之間的粒子。在 1 米到行星大小之間，如果它們是冰冷的，我們將其歸類為彗星，如果它們是岩石的，我們將其歸類為小行星。不同的成分來自它們最初在恆星周圍形成的地方，以及它們歷史上的後期事件。

到目前為止，只發現了一個亞行星星際物體，即 2017 年底發現的。1I/'Oumuamua 只有大約 160 米大小，顯然是岩石成分。碰巧它被發現時距離地球 0.2 個天文單位，使其足夠接近和明亮，可以被探測到。它的速度比太陽逃逸速度快 26 公里/秒，所以它從未與太陽繫結。我們將其計算為我們太陽系的臨時成員，持續 9,000 年，直到它到達 50,000 個天文單位的距離。由於它們的母恆星的相對速度和銀河系的年齡，像這樣目前在 20 光年內的物體可能起源於銀河系的任何地方，甚至來自銀河系之外。

一些最巨大的非恆星天體，位於亞褐矮星範圍內，已透過其紅外輻射被探測到。更小的天體將迅速冷卻到周圍星際溫度，幾乎不會反射來自附近恆星的光，這使得它們難以用目前的儀器探測到。因此，目前這些較小天體的數量幾乎未知，只能根據我們太陽系的損失進行粗略估計。未來尋找它們的一種可能方法是利用恆星的自然引力聚焦光或人工雷射掃描周圍區域以尋找反射光。然後沿著星際路徑移動掃描器將構建一個物體位置圖。需要對此概念進行更多研究以確定其可行性，並且應探索其他探測方法。

除了大於 1 毫米的天體外，恆星之間的星際介質包含氣體、塵埃、帶電粒子、磁場和電磁輻射。介質的密度和溫度因位置而異。此外，還有假設的暗物質和暗能量。我們還不瞭解“暗”成分是什麼或如何利用它們。它們具有科學意義，但就我們的計劃而言可以忽略不計。太陽目前正在穿過一個名為本地星際雲（圖 4.n-6）的氣體密度略高的區域。它將在未來 10-20,000 年內繼續這樣做。本地雲的氣體密度約為每立方厘米 0.3 個原子，或每 564 立方公里 1 克。這並不包括星際介質的其他成分，也不包括可能存在的任何較大的天體。

除了可能沿著引力聚焦星光線外，該區域的恆星能量來源太小，不適合實際使用。環境溫度大多接近宇宙背景溫度 2.7K。用已知技術進行旅行需要數年時間，並且取決於未來的改進才能達到有用的工程時間尺度。從地球往返通訊時間將從 3 年到 40 年不等，整個區域內最多 80 年。恆星輻射通常不是該區域的因素，但宇宙輻射仍然是因素。

開發專案

我們對該區域的物質和能量資源知之甚少，因此只能推測開發專案。我們認為，該區域可能會被自給自足的車輛用於前往其他恆星系的快速旅行，或者被永久殖民地用於緩慢旅行，這些殖民地會在旅行中使用當地資源。在恆星和氣體雲等所有東西都相互運動的區域，固定位置並不重要。即使你相對於太陽保持靜止，其他物體仍然會從你身邊經過。與太陽和其他恆星的遙遠距離可能會使星際工業與文明的其他部分的常規貿易脫節。科學、探索和播種星際殖民地是未來可能進行的活動。

生產

目前暫不考慮從該區域開採材料的概念，直到獲得關於該區域存在何種材料的更好資料。我們目前考慮的生產功能是運輸車輛和殖民地上的生產功能。即使是先進的運輸方式，旅行也需要數年時間。因此，快速車輛仍然需要進行維護和修理，要麼依靠備件和供應，要麼從廢棄物和廢料中生產新的物品。這些技術應該在太陽系周圍的先前階段得到發展。永久的星際殖民地不會圍繞一顆恆星居住。它們在恆星之間旅行，要麼停下來收集物資，要麼在運動中收集物資。此類殖民地可以種植在現有的大型天體上或周圍，並開採它們獲取資源。改變大型天體的軌道將很困難，因此殖民地將不得不接受現有軌跡，遷移到不同的天體，或產生新的殖民地，然後沿著它們自己的軌道執行。

就其性質而言，孤立的星際殖民地將不得不當地生產大部分所需物資，也許還會有一些快速運輸的物資。第一個此類殖民地將在太陽系中的某個地方建造，然後在建成後放置在它們選擇的軌道上。它們可能會從奧爾特雲殖民地演變而來，奧爾特雲殖民地的環境與星際空間的環境沒有顯著差異。任何型別的生產或其他功能都需要能量。兩種可能性是來自本地恆星的引力聚焦束狀能量和核能，無論是裂變還是聚變。

居住

居住設計不應與為太陽系外圍地區開發的設計有很大不同，因為環境相似。

運輸

星際運輸可分為慢速和快速兩種。慢速型別以恆星速度（5-500 公里/秒）執行，使用大型棲息地，配備大量的物質儲備和核能或束狀能量源。這些棲息地有可能開採恆星周圍的彗星雲和恆星之間的流浪天體。當它們足夠靠近選定的恆星時，它們可以進入軌道並與恆星一起旅行，要麼永久地，要麼後來設定前往新目的地的航線。在任何時候，此類棲息地都可以建造和產生額外的棲息地。以慢速星際速度在恆星之間旅行的時間將為 3000 年或更長。

快速星際旅行主要受更高的能量支配，這些能量需要達到超過 500 公里/秒的速度，並縮短到達目的地的時間。本書第二部分討論了可能的運輸方法。高能候選者包括聚變動力發動機和來自本地恆星的束狀能量。快速車輛不像地球上的大型棲息地，擁有全方位的文明活動，而更像地球上的船隻，由一組致力於到達目的地並維護運營的船員操作。

服務

星際區域中未來可能提供的服務包括科學、探索和通訊中繼。

概念細節

慢速星際旅行

基於過去對虛構作品的接觸，大多數人認為“星艦”將是一種具有未來派形狀，在後面有大型發動機的飛行器。相反，想象一下殖民一顆長週期彗星，一顆來自奧爾特雲的彗星，正在返回那裡。彗星由冰（水、甲烷、氨、二氧化碳等）和岩石材料混合而成。如果沒有足夠的金屬，則可以將一顆金屬小行星與它的軌道匹配。然後，你主要用現有的材料建造你的殖民地。彗星的直徑可達 50 公里，外太陽系有大量直徑超過 100 公里的天體。一顆 50 公里的彗星包含大約 1500 年地球總開採產量的供應，這應該足以維持一個採用迴圈利用的殖民地。

奧爾特雲距離地球與太陽之間的距離的數倍，使彗星離開太陽並前往另一顆恆星所需的速率非常小。所有的冰都含有少量的氫，因此也含有氘，這意味著如果你知道如何建造聚變反應堆，你就擁有了非常長期的動力。你的“車輛”不是一艘光滑的飛船，而是一個附著在彗星核上或圍繞彗星核建造的城市，隨著時間的推移，它將轉化為殖民者所需的物品。這將是一段漫長的旅程，但你擁有大量的居住空間，殖民者可以偶爾前往經過的其他彗星，以獲取額外的補給。

據估計，太陽周圍的奧爾特雲中存在著數萬億顆彗星，其中一些將在你的現有路線附近，或多或少。平均間距約為 6 個天文單位，約為到木星的距離。以最慢的星際速度 5 公里/秒執行，你平均每 6 年會經過一顆彗星。因此，有很多開採機會，理論上你可以用新的殖民地播種經過的其他彗星。如果有些人願意，他們可以返回太陽，速度足夠低，可以做到這一點。當你到達奧爾特雲區域的邊緣時，你可以繼續這種緩慢的星際旅行，利用恆星之間的物體和圍繞其他恆星的彗星雲。這種慢速恆星旅行的要求包括聚變動力和了解如何在太空中建造永久棲息地。這兩點都應該在之前的階段得到發展。另一個要求是在沒有星光照明的條件下，檢測旅行路徑上的小型物體的方法。

星線

引力透鏡效應發生在每一個巨大的物體周圍。事實上，100 年前在日食期間測量光的彎曲是相對論理論的第一個證明。對於太陽來說，從四面八方彎曲的光會在超過約 540 個天文單位的距離處聚焦。焦點不是一個點，而是一條徑向線。這是因為與太陽邊緣相距更遠的的光子彎曲程度更小，因此焦點更遠。因此，天空中的每一顆恆星都會在太陽的另一側產生一條聚焦光線，因此我們稱之為星線。星際區域中的每一顆恆星都會在其周圍產生一系列星線圖案。這形成了一個充滿星際空間的光線網路。如果星光聚焦得足夠好，它可能對星際動力和推進有用。

第 6B 階段 - 附近系外開發

數十年來，科幻小說 一直探索著星際旅行和圍繞其他恆星的行星。這類作品的作者可以假設任何他們故事需要的交通方式和行星環境。考慮開發專案的工程師可以從科幻作品中汲取靈感，但受限於實際技術和現實地點來實施他們的計劃。我們專案這一階段涵蓋了除太陽以外其他恆星周圍區域的開發。它在邏輯上延續了第 6A 階段，該階段關注恆星之間的區域，因為我們必須穿越這些區域才能到達其他恆星。它也緊隨所有早期的階段，這些階段致力於開發我們太陽系的各個部分。與第 6A 階段類似，我們將這一階段任意地限制在距太陽 20 光年以內。這足夠涵蓋足夠多的恆星及其伴星系統來識別設計要求，並且足夠大的距離範圍來識別可能出現的任何問題。距離 20 光年以外的開發工作保留在當前專案的最後一個階段，即 6C - 更遠星際。

為了我們的目的，我們將任何能夠進行核聚變的物體，無論過去、現在還是將來，都定義為恆星。這包括只進行氘聚變的褐矮星，主要進行氫聚變的大恆星，以及恆星質量殘骸，比如 6 顆距離小於 20 光年的白矮星。一個恆星系統可能包含一顆或多顆由引力束縛的恆星，以及所有圍繞它們執行的伴隨物體和物質。我們定義了圍繞每個恆星系統執行的軌道區域，從質量中心延伸到半長軸為 100,000 天文單位乘以系統質量（以太陽質量為單位）平方根的軌道。這是一個區域，本地系統引力主導著周圍星系的其餘部分，並且它們能夠保留彗星雲。如果兩個系統彼此靠近，它們的軌道區域可能會重疊。在這種情況下，我們將在它們的引力相等的區域畫一條邊界。恆星系統及其軌道區域是在更大的附近星際區域內設定的氣泡，這些氣泡填充了它們之間的空間。我們將第 6A 階段和第 6B 階段分開，因為恆星系統與我們太陽周圍的早期階段相比，與恆星之間的空間有著更多共同之處。

區域特徵

該區域最顯著的特徵可能是構成它的恆星系統彼此之間相對運動，相對於太陽的平均速度為 50 公里/秒。這種運動是除了銀河系整體的自轉，該區域的自轉速度約為 225 公里/秒。在 20 光年內大約有 105 個附近系統，包括我們的太陽。這個列表應該幾乎完整。考慮到它們的平均速度，它們需要 120,000 年才能走完 20 光年，因此附近的人口平均每 1150 年就會變化一次。目前的交通方式需要比這長得多的時間才能到達 20 光年。因此，該區域的未來計劃應考慮到恆星的運動和附近人口的變化。

截至 2017 年，在我們的太陽系之外，在 20 光年範圍內，大約有 31 顆已確認的系外行星。我們的探測方法仍然傾向於探測較大的行星（圖 4.n-7），幾乎所有已確認的行星都比地球質量大。我們太陽系的大小分佈表明，隨著物體大小的減小，物體的數量會增加。這使得圍繞其他恆星存在更多更小的行星，以及更多比行星更小的物體等待著被發現變得更加可能。我們預計隨著我們儀器的改進，未來幾年附近行星的數量會增加。另外，在繪架座ε星 和鯨魚座τ星 周圍也發現了兩個已知的附近星周盤，這些星周盤可以透過它們塵埃成分來探測。這些恆星周圍也可能存在彗星、小行星和一些更大的物體，但尚未探測到。這些將是除了已經發現或懷疑存在的地球質量或更重的行星之外的物體。

開發專案

我們擁有一個相當完整的距離 20 光年的恆星列表，因為它們明亮且靠近我們。我們還沒有一個完整的行星列表，除了塵埃顆粒（當它們形成盤狀時）之外，我們對更小的天體一無所知。因此，開發附近系外行星區域的概念目前必須保持推測性和初步性。

生產

如第 6 階段介紹中所述，我們希望利用太陽作為巨大的引力透鏡來觀測附近的恆星及其周圍環境。這應該使我們能夠比近期望遠鏡更詳細地清點它們的資源。接下來是向這些恆星周圍傳送小型機器人探測器以更仔細地檢查發現的任何物體。一旦獲得足夠的資訊，我們就可以計劃如何在該區域開始生產。自擴充套件生產一直是我們專案中的一個主題，並且應該在這個階段得到很好的發展。因此，我們預計也會在其他恆星周圍使用這種方法。一個懸而未決的問題是，是在人類之前傳送機器人種子工廠開始生產，還是從一個更大的系統開始，這個系統隨著第一批人類的到來而到達，並且已經為他們提供支援。我們可能無法回答這個問題，直到在我們的母星周圍獲得更多經驗。

居住

人類和其他生物的棲息地應該與為太陽周圍區域開發的棲息地基本相似。溫度、輻射水平和恆星光譜的差異可能需要對以前的設計進行一些修改。

運輸

恆星之間的交通在第 6A 階段的上面已經介紹過了。在給定恆星區域內的旅行應該能夠使用與在太陽周圍開發的類似技術。一個區別是恆星的亮度和溫度各不相同，因此基於恆星能量的交通將需要修改以考慮這一點。

服務

由於距離遙遠，我們目前看到的服務活動僅限於科學、探索和播種獨立殖民地。

第 6C 階段 - 更遠星際開發

我們最後定義的階段是一個佔位符，用於涵蓋宇宙中其餘的可訪問區域。它從距太陽 20 光年開始，並延伸到交通方式所能到達的距離。當前和近期的交通方式距離能夠到達如此遠的距離還很遙遠。因此，目前我們分配給這個階段的唯一工作是運輸改進。其他工作被保留到未來的某個時間點。這包括在需要時定義額外的階段。