小行星，大挑戰(zhàn)

□ 謝 懿/編譯

登陸小行星很可能是人類下一個最激動的創(chuàng)舉：

在“小王子”號宇宙飛船上，三名勇敢的航天員正在準(zhǔn)備踏上一個新的星球。他們是第一批旅行到距離地球如此遙遠(yuǎn)的地方的人類，此時的地球已經(jīng)縮成了他們身后的一個藍(lán)色暗點。

與之相反，他們的目標(biāo)就在前方的舷窗中若隱若現(xiàn)，來自這個天體上的峽谷、沙漠以及山巒的反光照得艙室格外明亮。這次偉大遠(yuǎn)征的目的地就是這個直徑不到60米的小天體。

新的目標(biāo)

自從火星計劃在2010年被取消以來，美國航宇局的載人空間飛行便轉(zhuǎn)向了把航天員送往飛過的小行星。2010年4月奧巴馬總統(tǒng)公布的這個目標(biāo)在尺寸上也許很小，但回報卻是巨大的。小行星航天員會幫助我們搞清楚這些行星際碎片是由什么組成的、它們是否幫助了地球上生命的起源以及該如何避免它們與地球的碰撞。幸運的是，其中具有最大威脅的也是最容易前往的。這些小行星會飛向我們，從地球近處經(jīng)過；同樣地，我們也能飛向它們。

在一個比足球場還小、幾乎沒有引力的小行星上安營扎寨絕非易事。它不僅可能轉(zhuǎn)得飛快，甚至也許不是堅實的固體——有著易碎外殼的松散塵埃球。

前往這一遙遠(yuǎn)目標(biāo)的第一步已經(jīng)在水下邁出。2011年4月，美國航宇局的工程師在海底的實驗室中用巖石、粗石和沙粒模擬了航天員可能會遇到的各種不同的表面。隨后在2011年10月，在海平面下19米處深海實驗室工作人員測試了在模擬的地形上運動并采集樣本的各種方法。由于沒有重力和地面的支撐力，因此你就無法行走，從一個地點到另一個地點此時會成為真正的挑戰(zhàn)。

飄入深空是最直觀的危險。其他的則還包括潛伏在附近的小型衛(wèi)星巖石可能會擊中航天器。小行星表面任何細(xì)小的塵埃很容易就會被擾動，揚起形成一片可持續(xù)數(shù)日的塵埃云。它會遮蔽航天員的視線，滲入航天服和其他設(shè)備的連接部導(dǎo)致故障。這也正是登陸小行星比登月更復(fù)雜和更困難的地方。然而，在另一個方面這個任務(wù)又是相對容易的。對于登陸有顯著表面重力的天體，例如月球或者火星，你必須要燃燒大量的燃料來減緩下降的速度，避免一頭栽倒在地上。之后你還必須要再燃燒更多的燃料來起飛脫離這個天體。而這每一滴燃料都是以巨大的代價從地球帶去的。但如果前往表面重力只有地球百萬分之一的小行星，你就可以相對緩慢地滑行到目的地，然后輕柔地著陸。當(dāng)任務(wù)結(jié)束時，起飛幾乎不費吹灰之力。這無疑會比火星任務(wù)便宜得多。

這也是為什么小行星在預(yù)算如此緊張的今天依然位于議程表之上的主要原因。不過，相對于錢來說更重要的是，小行星保留有未受改變的古老物質(zhì)，研究它們可以告訴我們有關(guān)太陽系早期的信息。

未來人登陸小行星的卡通畫

科學(xué)家們在水下模擬登陸小行星時的場景

活的化石

通過研究隕石——掉落到地球上的小行星殘片——和分析不同類型的小行星反射光的光譜，天文學(xué)家已經(jīng)對它們的組成有了大致的了解。其中一些含有金屬，它們是由古代的原行星鍛造的。隨后彼此之間的碰撞使得原行星被打成碎片，它們?nèi)廴诘慕饘俸诵囊菜纳㈤_來，凝固成了鐵質(zhì)團(tuán)塊。還有一些是石質(zhì)的，由和地球巖石類似的硅酸鹽礦物組成。而最常見、最原始的隕石則都富含碳和復(fù)雜的有機化合物。石質(zhì)和含碳的小行星往往都是聚合得十分松散的“碎石堆”，它們曾經(jīng)被撞散過并且在不斷地再形成。

然而，光譜數(shù)據(jù)和我們找到的隕石之間仍有一些不一致的地方。有些隕石和我們在天上看到的對不上號。反過來，一些小行星模棱兩可的光譜信號也不和已知的隕石相符。這也許是小行星表面物質(zhì)被空間天氣環(huán)境——無情的宇宙線和微流星體轟擊——改變的結(jié)果。

只有探訪一些近地小行星并采集樣本我們才能確定這些光譜的含義。這能讓我們重新解讀對更遙遠(yuǎn)小行星——絕大部分位于火星和木星間小行星帶中——的觀測結(jié)果。這就像繪制一張?zhí)栂档牡刭|(zhì)圖，它能幫助我們檢驗行星的形成模型。

撞上地球的小行星也許帶來了豐富的有機物，最終促成了地球上的生命起源。1969年墜落在澳大利亞的默奇森隕石就含有數(shù)千種復(fù)雜的有機化合物，其中還包括了氨基酸。為了了解那兒還可能有什么，天文學(xué)家希望能拜訪一顆從其光譜可知其富含有機物的含碳型小行星。這將幫助我們了解小行星在地球生命起源中的作用。

甚至有一種微小的可能性，我們的祖先也許是來自火星的移民微生物，蟄伏在這些游蕩的石塊中來到了地球。雖然不太可能會在近地小行星上找到外星細(xì)菌的“干尸”，但也絕非不可能。正如小行星所能賜予我們的，它們也能從我們身上奪走。它們劇烈的撞擊在地球上留下了道道傷疤——1908年一個天體在西伯利亞通古斯上空爆炸夷平了方圓2,000平方千米的森林。盡管在你有生之年發(fā)生大型碰撞的概率很微小，但一旦發(fā)生，后果卻是致命的。直徑1,000米的小行星足以摧毀一個大洲并有可能使得人類文明終結(jié)。更常見的直徑100米的小行星則能抹掉一個大型城市甚至是一個小國家。然而，我們無須坐以待斃。有了時間、金錢和來自采樣返回任務(wù)獲得的小行星結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，人類應(yīng)該會想出保衛(wèi)家園的辦法。

在我們出發(fā)去探測這些小不點之前，天文學(xué)家必須要先選定目標(biāo)。為了便于前往，這顆小行星要位于和地球相似的軌道之上，因此它可以近距離地靠近我們并且運動相對較慢。但這也使得它難以從地面觀測，因為大多數(shù)時間里它都位于白天的天空中，只有在我們追上它或者它追上我們的時候才會清晰地露面。等到我們發(fā)現(xiàn)了這樣一顆小行星，發(fā)射宇宙飛船為時已晚——我們將不得不等待幾十年之后它的下一次飛掠。因此，一架新的空間望遠(yuǎn)鏡對于追蹤這些小行星而言是至關(guān)重要的。

藝術(shù)家筆下的登陸小行星

一些小行星的大小和被探測情況

迷你遠(yuǎn)征

根據(jù)發(fā)現(xiàn)的速度，天文學(xué)家計算了有多少不同大小的近地小天體位于這些便于探測的軌道之上。較小的小行星要比大個的多得多，且不太可能找到直徑遠(yuǎn)超100米同時又易于前往的目標(biāo)，所以我們也許不得不安心于一次迷你遠(yuǎn)征。

這些較小的小行星中絕大多數(shù)都具有超快的自轉(zhuǎn)速度，其赤道運動的速度甚至大于環(huán)繞它所需的軌道速度。于是在這樣一顆小行星表面放一塊石頭的話，石頭自己就會升空飛走，由此用繩索系住航天員和航天器都會是極為困難的。遠(yuǎn)征一顆自轉(zhuǎn)較慢的小行星則會進(jìn)一步減少可選擇的對象，這也許意味著我們的第一次遠(yuǎn)征將不得不針對小于100米的目標(biāo)。當(dāng)然你不希望前往比你的飛船還要小的天體，那太不靠譜了。

直徑大于50米的小行星會是理想的目標(biāo)。它既有很多可探測的地方，又有著會對地球構(gòu)成威脅的大小。就算是如此謹(jǐn)慎地挑選目標(biāo)，航天員仍將面對一條漫長而危險的征途。這顆小行星可能會位于遠(yuǎn)超月球的幾百萬千米之外，這意味著航天員在3到6個月的深空飛行中將暴露在強輻射之下。在6個月里累積的輻射讓他們患上癌癥的風(fēng)險升高1%。更惱人的是，大型太陽耀斑還有可能朝他們噴發(fā)出猛烈的輻射。因此他們的飛船必須要有一個作用非常好的太陽風(fēng)暴防護(hù)罩。小行星航天員將會比他們前往月球的前輩更為孤立，因為無線電信號要花更長的時間才能抵達(dá)。地面模擬顯示，50秒的時延就能讓普通的對話成為不可能。無論任何情況，如果你在750萬千米之外突然遇到了麻煩，那么即使告訴控制中心也基本無濟于事，因為在這個距離上救援的可能性微乎其微。

這樣看來，無人探測器似乎更適合嚴(yán)酷的深空。然而，即便機器也能像受過訓(xùn)練的航天員那樣從事科學(xué)探測，但人類的效率卻更高。這也是把人送往小行星的另一個原因所在。人類的長期目標(biāo)是探索整個太陽系，而小行星任務(wù)可以拓展我們長期深空飛行的能力。

將兩個固定裝置之間用繩子連接起來

在小行星表面安放固定裝置不是件容易的事

在模擬的小行星表面安放固定裝置

下一個飛躍

小行星甚至還能充當(dāng)太空探索的跳板。它們含有寶貴的金屬和水，通過研磨和加熱可以提取出來。水對于生命至關(guān)重要，還可以利用由太陽能電池板采集來的電力分解成氫和氧來作為燃料。沿路加滿燃料會使得行星際航行變得更可行。

但是在太空中找水之前，美國航宇局的科學(xué)家先去加勒比海潛了一趟水，在海底實驗室進(jìn)行了一系列的模擬實驗。背上噴氣背包，他們可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離飛行。但它們的穩(wěn)定性不好，當(dāng)你揮動錘子敲擊巖石的時候，就會因反作用力而飛走。固定用的繩索也沒有之前想象的那么有用：雖然能提供一點拉力，但不足以使人在這樣的失重環(huán)境下真正穩(wěn)定下來。相反，航天員可以把它們自己固定在可伸縮吊桿的一端。這樣雖然動起來很慢，但當(dāng)你抵達(dá)要去的地方時它極易穩(wěn)定。最終可能還需要融合所有的這些技術(shù)。

與此同時，航天硬件也正在發(fā)展中。美國航宇局正在根據(jù)航天飛機技術(shù)設(shè)計一種新的重型運載火箭，也正在建造載人飛船——多用途載人工具。它有可能會增加一個可充氣的生活區(qū)，甚至還有一艘小型飛船，以此來作為前往小行星的最終方案。

在預(yù)算緊縮的今天，這一冒險是否真的會得到資助？科學(xué)家們對此表示樂觀，因為對于人類而言它值得嘗試。如果這份樂觀得到了應(yīng)驗，那么第一批小行星遠(yuǎn)征隊會在2020年之后的某個時間出發(fā)。