在資源耗盡前，人類能開啟星際時代嗎，否則是否會被困死在太陽系？

09-03

說實在的感覺按照目前的尿性，石油再用上五十年老百姓就不太用得起了。可燃冰氫氣太陽能海洋資源的開發又沒聽說有什麼重大進展，前景似乎不太樂觀？
而且要進行有效的星際旅行和開發，速度是死結，如果要靠冬眠才能旅行，就算能利用太陽能也是沒有意義的
在動輒以光年計算的距離和時間中，外星資源的開採和運輸成本就是個大問題，開採一份資源消耗的就是數倍資源，這樣下去還是供不應求啊
其實最想說的就是，是否掌握不了空間跳躍技術，人類就只能在犄角旮旯裡面藏著？

人類目前每年使用的能量啊，大約是5*10^20焦耳。摺合電量，就是140萬億度電。

我國每年使用的電差不多5萬億度，當然了，應該還有差不多相當於十幾萬億度電的能量沒有用於發電，而是用於汽車啊、供暖啊之類的。

這個數字很恐怖了吧？5萬億度電，相當於2萬億人民幣，好多好多噸煤。

然後呢？

然後…我們的恆星太陽，每秒鐘（注意是每秒）釋放的能量，足夠目前的人類使用

800000年。

而太陽有大約20億分之一的能量輻射給了地球，也就是說，太陽每年（注意是每年）給地球的輻射能量，足夠人類現在的水平使用12500年。

單純太陽能，就足夠人類躺著進入太空時代了，只是看提取難度了。

我們目前使用的所有能源，除了核能、潮汐能和地熱能，幾乎全部直接或間接來自於太陽。

核能，尤其是還未能有價值的核聚變，如果成功，將取之不盡。

地熱能，比較少，不佔目前的能源序列前十。但是依舊取之不盡。地球內部的地熱能是很恐怖的。

地幔地核的質量約等於6*10^24kg，溫度平均3000度，比熱容差不多一千焦耳每千克。這麼一算，足夠目前的人類用900億年。

而太陽能，目前的利用也開始越來越多。

且不說快速增長的太陽能電池板，風車、水電站的根本能源也是來自太陽。用生物來固定太陽能（例如玉米），製造乙醇加入汽油中…

多種方式，多管齊下。

有人說了，人類的能源使用速度在與日劇增！

這是好事，如果有一天，我們的能源使用能力是現在的一千倍，那麼將進入正式的K1級文明，開採太陽系內能源就不是不可能的了，那個時代，也就是開啟星辰大海的時候了！

那麼，為什麼要節約能源呢？

因為科技發展，需要能源的地方越來越多，我們採集能源的速度與消耗能源的速度沒法做確切的比較，還是省著用比較好，也算是為國家建設做貢獻了吧。

在談這個問題之前你首先要知道我們還有哪些能源可以用：

1，化石能源。包括石油天然氣可燃冰煤等等。其中可燃冰的已探明儲量為7.6×10的18次方立方米，是地球上所有石油天然氣和煤的總儲量的兩倍。目前中國「藍鯨」號深海平台對可燃冰開採取得技術突破，技術成熟只是時間問題（為啥釣魚島不能丟，南海不能丟）。加之其分布廣泛，佔地球海洋面積的四分之一和凍土面積的70%。故其利用價值看好。所以，光化石能源都還夠人類利用幾百年。

2，幾百年之後，化石能源告急的時候那應該就是原子能的時代了。這可不是現在的核電，而是可控核聚變。我相信人類在500年之內一定能熟練掌握可控核聚變，而且我說的相當保守，想想500年前人類是什麼樣子就知道了。

可控核聚變，這個優勢可就大了，它最大的優勢是資源無限。像紅警輸了作弊碼一樣，滿屏寶石礦。它可以直接從海水裡提煉氘作為原料，相比現在的核裂變用鈾和鈈，其儲量可以用無窮來形容。一克氘聚變產生的能量是10的8次方焦耳量級，這遠遠高於現在人類已知的一切能量密度，比它高的只有正反物質堙滅了。這種儲量足夠人類使用上億年。

3，如果上億年人類都沒有發展出星際航行的技能，那我想問，你們他媽都把技能點哪去了？全點房地產了嗎？即便全點了房地產那你倒是造個戴森球啊，混的再垃圾二級文明是有的吧？

4，通過上面3條可以知道，其實人類不大可能遭遇毀滅性的能源危機，頂多是短期吃緊，但長期是絕對充裕的，能源充裕那資源就充裕，我們可以利用巨量的能源在太陽系內開採資源。

在談能源耗盡之前其實討論一下人類能不能延續那麼久更有價值。因為在能源耗盡之前有一萬種威脅更大的危機能讓人類滅絕，其中也包括戰爭，相比之下，能源根本就不是個問題。

所以樓主問題的答案是肯定的，資源耗盡之前人類一定會具備星際航行能力，前提是人類不滅絕於其他危機。

8月3日更新，今日新聞，給評論里那些唱衰可控核聚變的人看看，是，你們比全球科學家都懂，你們說不行那就是不行，一萬年都不行！我高度懷疑知乎是不是小學生越來越多了，張口就來。

https://zhuanlan.zhihu.com/p/40595242

中國可控核聚變突破101秒

一、資源會不會耗盡

如果只是在太陽系過過所謂的「宇宙田園時代」的生活，資源是沒那麼容易耗盡的，太陽系的質量約2×10^30kg，不說戴森球，哪怕技術水平只能建一些大規模的太陽能發電陣列，也能讓人類活得足夠久。如果能實現聚變發電的話，光是月球上的氦-3，按照現在預計的儲量就足夠用10000年。（如果可控核聚變的科技樹都點不出來，那無論是星際航行還是宇宙航行，對人類而言都是一件很困難的事情）

星際航行這個詞，雖然目前很多人用它指代恆星際航行也就是宇宙航行，但是實際上最初這個概念是指代太陽系內的各星體間的飛行的。如果覺得人類不應該「困死」在太陽系內，所以星際時代是解決問題的方案的話，那麼請看第二點。

二、宇宙航行的必要條件之一

提及宇宙航行，無法迴避的問題就是動力，無論是科幻作品還是對此感興趣的科學家，都提出了大量有關FTL的假說，但是，至少在現有理論框架和技術條件下，有實現可能的FTL手段還不存在。那麼，速度問題就是宇宙航行或者說恆星際飛行不可避免的一個問題。

宇宙航行能夠容忍的最低速度是多少？

15光年內恆位置

距離太陽系15光年的範圍內已知恆星共38顆，過氣網紅Gliese 581更是在20.4光年遠的地方。（這麼看來Osiris:New Dawn里的科研船飛了幾十年結果就為了吃外星螃蟹燒烤好像有點慘）

Gliese 581 系統和太陽系對比，據信Gliese 581d位於宜居帶，可能存在生命

大航海時代人類航運、探索新大陸乃至於環球航行的時間短則十餘天，多則數個月，這一航行時間對於太陽系內航行而言毫無疑問是非常理想，也是有可能實現的，在這樣的情況下，人類將有能力高效地開採太陽系內的資源，並能在各個定居點間開展經濟活動。

然而對於宇宙航行而言，航行時間被延長到了難以接受的地步。即使速度達到二分之一倍光速，到達最近的比鄰星也仍然需要8年多的時間，而到達網紅星系Gliese 581則需要足足40年。對於殖民者而言，這個時間好像也是能夠接受的，但是即使如此，我們所面對的下一個問題，也是難以迴避的，也就是動力問題。

採取近未來最可能實現的熱核聚變作為動力，能量轉化效率取70%，此時排氣速度約1.5×10^7m/s，比沖1.5×10^6s，這一速度約為光速的5%。

嚴謹起見，我們此處採取廣義齊奧爾科夫斯基公式也就是阿克萊公式來計算。

$frac{M_{1}}{M_{2}}=(frac{1+frac{V}{c}}{1-frac{V}{c}})^{frac{c}{2omega}}$

其中 $M_{1}$ 為飛行起始時的質量， $M_{2}$ 為飛行結束時的質量，V為末速度，c為光速， $omega$ 為排氣速度。那麼，當V=0.5c時，質量比 $frac{M_{1}}{M_{2}}$ 將達到約59049，即使在今天看來，這樣的一個質量比仍然顯得有些誇張，這意味著一艘同現代驅逐艦運載能力相當的飛船，其總質量將超過4億3千萬噸，而要在漫長的飛行時間裡實現自給自足，這一噸位恐怕還稍顯不足。不過請記住，每增加一噸的重量，就要增加額外的5.9萬噸推進劑，而且，這還是在不考慮減速等問題的情況下得出的結論。

三、有關如何減少質量比

要使飛船質量比足夠小，根據公式，不難看出有兩個方式，一是採取更有效的推進手段，加大排氣速度或者能量轉化效率，二是讓飛船飛的慢些，但是同時，需要大大提高飛船的自持力和可靠性。

事實上，根據錢老的計算，如果要在排氣速度為0.05c的情況下使飛船加速到0.8c的速度，需要接近35億的質量比，這樣看來，在技術條件有限的情況下，提高系統可靠性和自持力的世代飛船也許會成為殖民者比較理想的選擇。

四、不過是工程師的一點情懷

錢學森《星際航行概論》第一章星際航行與宇宙航行 1.8 阿克來公式

雖然我個人認為，哪怕只是充分開發利用太陽系，對人類而言也絕非易事，以至於人類更可能早在實現這種「田園」生活之前便已經走向衰退和滅亡，但是我仍然希望幾百年、幾千年後，會有人在類似這樣的平台提問：在走向終焉之前，人類能實現FTL嗎，否則是否會被困死在獵戶臂？

參考文獻：

1 錢學森. 星際航行概論[M]. 中國宇航出版社, 2008.

2 胡永雲. 關於太陽系外行星的宜居性[D]. , 2014.

注釋：

阿克萊公式中的阿克萊是誰——Jacob Ackeret，瑞士航空工程師

順便，有人問這個0.05c的排氣速度怎麼來的，當然不是我信口胡謅的一個數據（笑），而是我偷懶直接引用了《星際航行概論》的中的結論

還有實現熱核聚變推進的可能，這個可能性還有「最有希望」不是我個人的觀點，和我有沒有信心沒有任何關係。以這個問題的尺度來看，近未來可以是100年也可以是1000年，哪怕說10000年我覺得也沒什麼問題。當然我自己也說過，人類自我毀滅的可能性似乎都比實現可控核聚變要大那麼一丟丟。

哦，還有一件事，廣為流傳的可控核聚變50年說終究只是個段子，看完笑一笑就算了，如果想拿這個說明問題的話還是省省吧。

附錄 太陽系附近38顆恆星

1.比鄰星 (半人馬座 V645) (距離4.2421光年視星等11.09)

半人馬座α A/B(4.3650光年星等0.01/1.34)

2.巴納德星 (蛇夫座 5.9630光年星等9.53)

3.Wolf 359 (沃夫359 獅子座 7.7825光年星等13.44)

4.拉蘭德21185 (大熊座 8.2905光年星等7.47)

5.天狼星(大犬座 α) A/B (8.5828光年星等?1.43/11.34)

6.魯坦 726-8 A(鯨魚座 BL)/B(鯨魚座 UV) (8.7280光年星等12.54/12.99)

7.Ross 154 (V1216 Sagittarii) (9.6813光年星等10.43)

8.Ross 248 (HH Andromedae) (10.322光年星等12.29)

9.波江座 ε(天苑四，εEri) (10.522光年星等3.73)

10.Lacaille 9352 (10.74231光年星等7.37)

11.Ross 128 (羅斯128) (室女座 10.919光年星等11.13)

12.EZ Aquarii(魯坦 789-6 ) A/B/C (11.266171光年星等13.33/13.27/14.03)

13.南河三(小犬座 α) A/B (11.402光年星等0.38/10.70)

14.天鵝座 61 (61 Cygni) A/B (11.403光年星等5.21/6.03)

15.Struve 2398 A/Struve 2398 B(11.525光年星等8.9/9.69)

16.Groombridge 34 A /Groombridge 34 B (11.624光年星等8.08/11.06)

17.Epsilon Indi A/Ba/Bb (11.624光年星等4.69/&>23/&>23)

18.DX Cancri (11.826光年星等14.78)

19.τ Ceti (天倉五，鯨魚座τ星，Tau Ceti， 11.887光年星等3.49)

20.GJ 1061(11.991光年星等13.09)

21.YZ Ceti (鯨魚座YZ星 12.132光年星等12.02)

22.魯坦星 (小犬座 12.366光年星等9.86)

23.Teegardens star (12.514光年星等15.14)

24.SCR 1845-6357 A/B (孔雀座 12.571光年星等17.39/?)

25.卡普坦星(繪架座 12.777光年星等8.84)

26.Lacaille 8760(12.870光年星等6.67)

27.Kruger 60 A/B(13.149光年星等9.79/11.41)

28.DEN 1048-3956 (13.167光年星等17.39)

29.Ross 614 A/B (13.349光年星等11.15/14.23)

30.Gl 628 (13.820光年星等10.07)

31.Van Maanens Star (14.066光年星等12.38)

32.Gl 1 (14.231光年星等8.55)

33.Wolf 424 A/B (14.312光年星等13.18/13.17)

34.TZ Arietis (14.509光年星等12.27)

35.Gl 687 (14.793光年星等9.17)

36.LHS 292(14.805光年星等15.60)

37.Gl 674(14.809光年星等9.38)

38.GJ 1245 A/B/C (14.812光年星等13.46/14.01/16.75)

這不是個科學問題，而是個社會學問題。

最智慧最執著最理性最善協作那一部分人類大多都把精力投入切蛋糕的社會，談什麼星辰大海也未免太沒逼數了。

資源耗儘是不可能的，這輩子都耗不禁。

只要太陽還在，能源一直都在。

各種礦物資源可以回收利用，也只是考慮回收利用的能源成本；

氣候可以算是資源，但是至少提高或降低能源成本；

土地資源不是問題，全世界人都集中到一起，佔地不會超過北京市的面積，蓋高樓，開發荒漠地區。

農業資源和土地是匹配的，大不了工廠化生產，價格高一些，吃不上飯的事情每天都有。

那麼資源的矛盾：

主要是爆髮式的人口增長和能源增量不匹配

解決方案如下：

近期規劃：

既然化石能源是定量的，那麼應該加大太陽能、風能、潮汐能、地熱的投入。

規劃失敗：打一次世界大戰，上等人聚到一起覺得哪些下等人餓死/炸死。

中期規劃：

增加可控核聚變的技術投入。

規劃失敗：回到近期規劃

長期規劃：

戴森球或類似技術。

這裡有一個悖論：人類研發出一種技術，只要有足夠的能量就能造出來戴森球，進而推動星際殖民，然而，地球上的能量不足以造出戴森球。

規劃失敗：回到中期規劃