以当前技术水平，从地球上运空气到月球，形成最低限度可供呼吸的人造大气层可行吗？
从地球运送空气到月球，建立一个最低限度可供呼吸的人造大气层？这听起来像是科幻小说里的情节，但如果刨根问底，我们真的可以探讨一下这个设想在当下的技术水平下，究竟有多大的可行性。
首先，我们得明白，这里的“最低限度可供呼吸的大气层”是什么概念。在地球上，我们习惯的大气压强大约是1个标准大气压（1 atm），其中氧气约占21%，氮气约占78%，还有微量的其他气体。要在月球上复制这样的环境，即便只是勉强能呼吸的程度，也需要相当高的气压和适量的氧气。
假设我们想在月球上某个特定区域（比如一个巨大的穹顶结构内部）维持一个能让人类生存的低压环境，比如0.2个标准大气压，并且其中氧气含量仍然维持在接近21%（为求稳妥，我们可以稍微提高一点，比如25%）。这意味着我们需要在单位体积内填充足够多的氧气和氮气。
运输是第一个巨大的挑战。
我们现有的火箭技术，尤其是能够将货物送往太空的，其运载能力是有限的。以我们最强大的火箭，例如SpaceX的Starship或者NASA的SLS为例，它们能够将数百吨的有效载荷送入近地轨道。然而，要将“空气”这个几乎无限的体积需求送到月球，数量级就完全不同了。
如果我们想填充一个直径1公里，高度100米的球形穹顶（这是一个非常小的“大气层”），并且让内部气压达到0.2 atm，同时保证氧气比例。我们可以粗略计算一下所需的空气质量。
根据理想气体定律 PV=nRT，我们可以估算出所需的“分子数”，进而换算成质量。这里最关键的是“密度”。即使是在低压下，空气的密度也远大于月球真空。
如果我们考虑将液态空气（主要是液氧和液氮）运送到月球，然后再在那里进行气化。液态氧的密度大约是1.14克/立方厘米（或1140千克/立方米），液态氮的密度大约是0.81克/立方厘米（或810千克/立方米）。而我们目标的大气密度要低得多。
举个例子，假设穹顶体积为V，我们要在其中建立0.2 atm的气压，氧气占25%。在地球标准大气压下，空气密度约为1.225千克/立方米。那么在0.2 atm下，空气密度大约是0.245千克/立方米。要填充一个1公里直径、100米高的穹顶（近似为圆柱体，体积约为π (500m)^2 100m ≈ 78.5万立方米），所需的总空气质量大约是 78.5万立方米 0.245千克/立方米 ≈ 192300千克，也就是大约192吨。
这192吨的空气，如果以液态形式运输（假设液氧和液氮比例接近地球大气），需要大量的空间和极低的温度来维持。即使是Starship这样能够运载100吨的飞船，一次也就能运输一部分。要填满这样一个相对微小的“大气层”，可能需要数十甚至上百次运输任务。
而且，我们谈论的只是“最低限度”。如果我们要模拟更接近地球的低压环境，或者一个更大的范围，需要的空气质量将呈指数级增长。想象一下，如果我们要覆盖月球表面的一平方公里，并且维持类似地球低压环境，那将是一个天文数字的质量。
成本也是一个无法回避的问题。
每一次太空运输的成本都极其高昂。将1千克货物送入近地轨道就已经需要数千美元，送往月球的成本更是数倍于此。运输192吨空气的成本将是天文数字，远远超出当前任何一个国家或组织的承受能力。
那么，有哪些技术可以改进呢？
虽然我们当前的技术水平面临巨大挑战，但我们也可以设想一些未来的技术发展，可能会让这个设想的“可行性”稍微提高一点点，但离“容易实现”还差得很远。
1. 更高效的运输系统： 如果未来我们能够发展出更先进的、成本更低的太空运输系统，例如可重复使用次数更多、运载能力更大的飞船，或者能够直接在太空中进行大规模燃料补给的技术，那么运输成本可能会有所下降。
2. 就地取材（ISRU）： 这是目前被认为最有希望解决月球资源问题的方向。虽然直接从月球土壤中“提炼”出大量氧气和氮气的技术还在发展中，但它被认为是比从地球运输更具可行性的方式。月球土壤（月壤）中含有大量的氧化物，通过电解等方式可以释放出氧气。氮气的来源则相对复杂一些，可能需要从月球上稀薄的逃逸层（Exosphere）中提取，但这方面的技术难度更高。即使利用月壤中的氧气，我们仍然需要氮气来平衡大气压力和组成，而氮气在月球上非常稀少。
3. 空气的存储和维持： 即便我们能把空气运到月球，如何在月球极端的温度和低压环境下储存并维持一个稳定的、密封的大气层也是个巨大的工程。月球表面温差极大，从零下170多摄氏度到零上120多摄氏度。任何一个微小的泄漏，都可能导致大气逃逸，或者被月球极端的温度环境所破坏。我们需要建造极其坚固、精密且保温性能极好的穹顶或封闭结构。
换个角度看，我们可以设想一个更实际的场景：
与其试图在月球上形成一个广阔的、可供自由呼吸的大气层，不如先聚焦于更小范围的、受控的生存环境。例如，为月球基地提供可呼吸的空气。在这种情况下，我们可以通过生命支持系统，在封闭的舱室或穹顶内循环和补充空气。
氧气的来源： 可以利用电解水（如果在月球上找到水源，或者将水从地球运去）产生的氧气，或者从月壤中提取氧气。
氮气的来源： 这个是关键。如前所述，月球上的氮气非常稀少。也许可以通过从地球运送少量的液氮作为初始储备，然后依靠高效的空气循环和气体再生技术来维持。或者，研究如何从月球稀薄大气中捕获氮气。
空气的“制造”和混合： 即使我们有了氧气和氮气，也需要一套精确的混合和增压系统，来维持目标气压和气体比例。这需要先进的传感器和控制系统。
总结一下：
以当前的技术水平，直接从地球上“运送空气”到月球，形成一个最低限度可供呼吸的、广阔的人造大气层，几乎是不可能的。它的可行性不仅受限于巨大的运输成本和运载能力，还受到月球自身环境的严峻挑战。
然而，如果我们将目标设定为在月球上建立局部封闭的、可维持生命的大气环境（例如月球基地内部），并辅以就地取材的技术（如利用月壤提取氧气，以及从地球少量补充氮气和水），再配合高效的生命支持系统，那么在未来，这是可能实现的，但过程会非常缓慢、昂贵且充满技术挑战。
简而言之，这是一项宏伟的设想，技术上存在巨大的鸿沟。与其说是“运空气”，不如说是“建立一个能提供空气的生存系统”，而这个系统的很多组成部分，很可能都需要在月球本地解决，而不是从地球一次性“搬运”过去。我们现在的技术，更适合在月球上“种田”（比如在封闭的植物工厂里），而不是“改造天气”。
首先，我们得明白，这里的“最低限度可供呼吸的大气层”是什么概念。在地球上，我们习惯的大气压强大约是1个标准大气压（1 atm），其中氧气约占21%，氮气约占78%，还有微量的其他气体。要在月球上复制这样的环境，即便只是勉强能呼吸的程度，也需要相当高的气压和适量的氧气。
假设我们想在月球上某个特定区域（比如一个巨大的穹顶结构内部）维持一个能让人类生存的低压环境，比如0.2个标准大气压，并且其中氧气含量仍然维持在接近21%（为求稳妥，我们可以稍微提高一点，比如25%）。这意味着我们需要在单位体积内填充足够多的氧气和氮气。
运输是第一个巨大的挑战。
我们现有的火箭技术，尤其是能够将货物送往太空的，其运载能力是有限的。以我们最强大的火箭，例如SpaceX的Starship或者NASA的SLS为例，它们能够将数百吨的有效载荷送入近地轨道。然而，要将“空气”这个几乎无限的体积需求送到月球，数量级就完全不同了。
如果我们想填充一个直径1公里，高度100米的球形穹顶（这是一个非常小的“大气层”），并且让内部气压达到0.2 atm，同时保证氧气比例。我们可以粗略计算一下所需的空气质量。
根据理想气体定律 PV=nRT，我们可以估算出所需的“分子数”，进而换算成质量。这里最关键的是“密度”。即使是在低压下，空气的密度也远大于月球真空。
如果我们考虑将液态空气（主要是液氧和液氮）运送到月球，然后再在那里进行气化。液态氧的密度大约是1.14克/立方厘米（或1140千克/立方米），液态氮的密度大约是0.81克/立方厘米（或810千克/立方米）。而我们目标的大气密度要低得多。
举个例子，假设穹顶体积为V，我们要在其中建立0.2 atm的气压，氧气占25%。在地球标准大气压下，空气密度约为1.225千克/立方米。那么在0.2 atm下，空气密度大约是0.245千克/立方米。要填充一个1公里直径、100米高的穹顶（近似为圆柱体，体积约为π (500m)^2 100m ≈ 78.5万立方米），所需的总空气质量大约是 78.5万立方米 0.245千克/立方米 ≈ 192300千克，也就是大约192吨。
这192吨的空气，如果以液态形式运输（假设液氧和液氮比例接近地球大气），需要大量的空间和极低的温度来维持。即使是Starship这样能够运载100吨的飞船，一次也就能运输一部分。要填满这样一个相对微小的“大气层”，可能需要数十甚至上百次运输任务。
而且，我们谈论的只是“最低限度”。如果我们要模拟更接近地球的低压环境，或者一个更大的范围，需要的空气质量将呈指数级增长。想象一下，如果我们要覆盖月球表面的一平方公里，并且维持类似地球低压环境，那将是一个天文数字的质量。
成本也是一个无法回避的问题。
每一次太空运输的成本都极其高昂。将1千克货物送入近地轨道就已经需要数千美元，送往月球的成本更是数倍于此。运输192吨空气的成本将是天文数字，远远超出当前任何一个国家或组织的承受能力。
那么，有哪些技术可以改进呢？
虽然我们当前的技术水平面临巨大挑战，但我们也可以设想一些未来的技术发展，可能会让这个设想的“可行性”稍微提高一点点，但离“容易实现”还差得很远。
1. 更高效的运输系统： 如果未来我们能够发展出更先进的、成本更低的太空运输系统，例如可重复使用次数更多、运载能力更大的飞船，或者能够直接在太空中进行大规模燃料补给的技术，那么运输成本可能会有所下降。
2. 就地取材（ISRU）： 这是目前被认为最有希望解决月球资源问题的方向。虽然直接从月球土壤中“提炼”出大量氧气和氮气的技术还在发展中，但它被认为是比从地球运输更具可行性的方式。月球土壤（月壤）中含有大量的氧化物，通过电解等方式可以释放出氧气。氮气的来源则相对复杂一些，可能需要从月球上稀薄的逃逸层（Exosphere）中提取，但这方面的技术难度更高。即使利用月壤中的氧气，我们仍然需要氮气来平衡大气压力和组成，而氮气在月球上非常稀少。
3. 空气的存储和维持： 即便我们能把空气运到月球，如何在月球极端的温度和低压环境下储存并维持一个稳定的、密封的大气层也是个巨大的工程。月球表面温差极大，从零下170多摄氏度到零上120多摄氏度。任何一个微小的泄漏，都可能导致大气逃逸，或者被月球极端的温度环境所破坏。我们需要建造极其坚固、精密且保温性能极好的穹顶或封闭结构。
换个角度看，我们可以设想一个更实际的场景：
与其试图在月球上形成一个广阔的、可供自由呼吸的大气层，不如先聚焦于更小范围的、受控的生存环境。例如，为月球基地提供可呼吸的空气。在这种情况下，我们可以通过生命支持系统，在封闭的舱室或穹顶内循环和补充空气。
氧气的来源： 可以利用电解水（如果在月球上找到水源，或者将水从地球运去）产生的氧气，或者从月壤中提取氧气。
氮气的来源： 这个是关键。如前所述，月球上的氮气非常稀少。也许可以通过从地球运送少量的液氮作为初始储备，然后依靠高效的空气循环和气体再生技术来维持。或者，研究如何从月球稀薄大气中捕获氮气。
空气的“制造”和混合： 即使我们有了氧气和氮气，也需要一套精确的混合和增压系统，来维持目标气压和气体比例。这需要先进的传感器和控制系统。
总结一下：
以当前的技术水平，直接从地球上“运送空气”到月球，形成一个最低限度可供呼吸的、广阔的人造大气层，几乎是不可能的。它的可行性不仅受限于巨大的运输成本和运载能力，还受到月球自身环境的严峻挑战。
然而，如果我们将目标设定为在月球上建立局部封闭的、可维持生命的大气环境（例如月球基地内部），并辅以就地取材的技术（如利用月壤提取氧气，以及从地球少量补充氮气和水），再配合高效的生命支持系统，那么在未来，这是可能实现的，但过程会非常缓慢、昂贵且充满技术挑战。
简而言之，这是一项宏伟的设想，技术上存在巨大的鸿沟。与其说是“运空气”，不如说是“建立一个能提供空气的生存系统”，而这个系统的很多组成部分，很可能都需要在月球本地解决，而不是从地球一次性“搬运”过去。我们现在的技术，更适合在月球上“种田”（比如在封闭的植物工厂里），而不是“改造天气”。
网友意见
“只考虑技术可行性”，不考虑工程可行性，那等于什么都没考虑。你要知道将月球卸了做成戴森云和奥尼尔圆筒在技术上完全可行。
可以在月球极地附近持续有阳光照射的地方找个熔岩管、建造密闭门，或是找个类似月球南极的沙克尔顿陨石坑的大坑、建造顶盖，用反射镜和光电·光热设备整点持续的阳光提供能量，拿永久阴影里的水冰配合火箭送上去的压缩空气，在加压体积内产生人造大气。现实中，第一座密闭门或顶盖可以很靠近坑洞底部或尽头，因为一开始的基地会很小。
将整个月球盖上罩子并充气是毫无必要的。在地球上，人类的城市及其附属的道路覆盖了陆地的约百分之三，有人居住的建筑的平均高度不到 20 米，在这范围外的大气对人居住的贡献都是间接的。
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