小行星的威脅與魅力

趙洋

每隔幾年，就有一個不速之客飛近地球，引發(fā)一場關(guān)注熱潮。然而，隨著科學(xué)家對小行星的了解日益深入，它的角色也發(fā)生了極大的變化。小行星曾為地球帶來生命的種子，也蘊藏著未來人類所需的寶貴資源，還將成為人類邁向深空的踏板。

最近的一場虛驚發(fā)生在今年7月，“2019 OK”小行星，以24.5千米/秒的相對速度掠過地球，距離最近時，離我們僅7.4萬千米（約為地月平均距離的五分之一）。令天文學(xué)家們著實“捏了把汗”。而大多數(shù)普通人，在這顆小行星離開我們之后，才得知一星半點的消息。

美國宇航局把“2019 OK”歸入“有潛在危險小行星”一類，按照當(dāng)前的運行軌道來看，它不會與地球相撞。但這些天體仍被認(rèn)為對地球具有潛在威脅而受到嚴(yán)密監(jiān)控。隨著天文學(xué)家不斷在地球附近發(fā)現(xiàn)新天體，對地球構(gòu)成潛在威脅的小行星的數(shù)量不斷增加。科學(xué)家估計，通常每隔幾百萬年就會發(fā)生一次規(guī)模較大的小行星撞擊地球事件，它們應(yīng)該是造成歷史上數(shù)次生物大滅絕的罪魁禍?zhǔn)住?/p>

然而再過幾十年，也許人們會給這些近地小行星貼上“有潛在利用價值”的標(biāo)簽，并盼望它們每次掠過地球時能近些、再近些，以便太空礦工們可以更方便快捷地抵達(dá)那里，開掘采礦。

為何人類對小行星的態(tài)度會有180度的大轉(zhuǎn)變？這要從小行星的身世說起。

小行星的前世今生

小行星是在太陽系內(nèi)環(huán)繞太陽運動，但體積和質(zhì)量比行星小得多、不易揮發(fā)出氣體和塵埃的天體。迄今為止，人類已經(jīng)在太陽系內(nèi)發(fā)現(xiàn)了約70萬顆小行星，但這可能僅僅是所有小行星中的一小部分。大部分小行星都很小，只有一小部分的直徑超過了100千米。

按表面的反射光譜，小行星可分為幾大類：S型、M型、K型、C型、D型，等等。小行星的反射光譜反映了其表面的物質(zhì)組成。比如，C型小行星的成分與太陽類似，但沒有氫、氦及其他易揮發(fā)物質(zhì)，75%以上的已知小行星都屬于這一類;S型小行星表面的主要成分為硅酸鹽與鎳、鐵及鎂等元素的沉積物，大約17%的小行星屬于此型;M型主要為金屬鐵，僅少量小行星屬于此型。不同類型小行星的分類源于其內(nèi)部發(fā)生了不同程度的熔融分異，這從一個側(cè)面反映了太陽系的演化歷史。在漫長的太陽系演化過程中，不少小行星相互碰撞并破裂成碎片，有些碎片進(jìn)入地球引力場并以隕石或隕鐵的形式墜落于地面?？梢哉f，隕石和隕鐵是我們能夠接觸到的最近的小行星。

盡管尚未對小行星進(jìn)行過載人的全面航天探測，科學(xué)家們?nèi)匀徽莆樟嗽S多有關(guān)小行星構(gòu)成成分的信息。天文學(xué)家通過望遠(yuǎn)鏡光譜觀測法分析小行星表面反射回來的光，以此來判斷其構(gòu)成。他們認(rèn)為，除了鐵、鎳、鎂之外，有些小行星上可能還會存在水、氧氣、金、鉑等。

小行星探索史

20世紀(jì)90年代以來，已有多艘無人飛船造訪過小行星：

1997年，“會合一舒梅克”號飛過253號小行星，并于2001年在433號愛神星登陸。

1999年，“深空”1號在26千米遠(yuǎn)處飛掠9969號小行星。

2002年，“星塵”號在3300千米遠(yuǎn)處飛掠5535號小行星。

2005年，“隼鳥”號微型探測器“智慧女神”登陸小行星“絲川”，并取回了標(biāo)本。

要探測小行星，必須在遠(yuǎn)距離高精度飛行控制技術(shù)、高精度定軌技術(shù)、高精度軌道機動控制技術(shù)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)上有所突破。目前，中國專家已提出了研制小行星撞擊器的計劃，未來幾年，撞擊器技術(shù)將會有新的進(jìn)展。屆時，我國將正式啟動小行星探測計劃。

相比之下，美國人走得更遠(yuǎn)，他們甚至把探測小行星看得比登月還要重要。2010年4月15日，美國總統(tǒng)奧巴馬公布了美國新太空探索計劃，表示美國將放棄旨在重返月球的“星座計劃”，轉(zhuǎn)而將小行星和火星作為美國載人航天計劃的目的地。奧巴馬說：“我們將在歷史上首次向小行星運送宇航員。預(yù)計到21世紀(jì)30年代，我相信我們可以將人類運往火星軌道，并讓他們安全返回地球?！泵绹娪绕涫悄贻p一代對重返月球的熱情不高，而載人登陸小行星無疑將引發(fā)一場類似阿波羅登月般的航天熱潮。

前路是星辰大海

搭乘升級版“獵戶座”乘員探索飛行器的宇航員將經(jīng)過漫長的飛行登陸小行星，在上面采集可能比月球年代更久遠(yuǎn)的地質(zhì)樣本。這些造訪有助于發(fā)展改變近地物體運行路線的概念，一旦確定近地物體可能對地球造成毀滅性撞擊，科學(xué)家就可以根據(jù)最新研究改變它的運行線路。盡管這項研究成果距離投入使用可能需要數(shù)百年時間，但改變小行星運行路線能使地球大部分地區(qū)免遭破壞性撞擊，是—項功在千秋的終極“綠色任務(wù)”。

科學(xué)家將首先發(fā)送一個無人探測器前往目標(biāo)小行星，該探測器裝備激光雷達(dá)以及光譜儀，可以在繪制三維地圖的同時探測其化學(xué)構(gòu)成。待選定著陸地點后，一枚大推力運載火箭將把載有三名宇航員的飛船送往這顆小行星。經(jīng)過六個月的飛行，飛船減速并與小行星保持相對靜止（此時二者距離可以接近到幾百米），兩位宇航員降落到小行星表面，然后安放科研設(shè)備、采集巖石標(biāo)本、插旗幟……

小行星采礦是最重要的目的。最早描繪小行星采礦的人是Garrett P.Serviss，他于1898年發(fā)表了科幻小說《愛迪生征服火星》。故事中，來自地球的艦隊首先占領(lǐng)了一顆小行星作為前進(jìn)陣地，而火星人原本在這顆小行星上開采黃金。在杰克·威廉森的《反物質(zhì)飛船》中，蘊藏著CT（一種反物質(zhì)）的小行星帶仿佛19世紀(jì)的美國西部，各色人等都在這里為了爭奪利益而相互廝殺。

其實到小行星上設(shè)立礦井采礦是再簡單不過的經(jīng)濟學(xué)問題。盡管建造一個小行星礦井需要花費數(shù)十億美元，但這仍比從地球向月球或火星運輸材料便宜得多。

宇宙飛船除了要運輸采礦設(shè)備之外，還要帶上采礦人員的食物和補給。最新研發(fā)的獵戶座飛船和俄羅斯的“聯(lián)盟”號改進(jìn)型都能在小行星上著陸。畢竟我們已經(jīng)登上過月球，而有些小行星飛過地球時的距離要比月球離地球近許多。飛往近地小行星的飛船所需的火箭動力和燃料，要比飛向月球所需的還要更小、更少，

采礦機最好采用太陽能供電，這樣可以免除從地球補充燃料。

采礦設(shè)備要輕便，便于運送到小行星。

使用機器人操控的設(shè)備，以減少采礦工作所需的人力。這樣還可以減少食品等的供給量。阿西莫夫曾在《馴兔記》（《我，機器人》中的一篇）中提到用頭腦簡單的幾組機器人做小行星礦工。

小行星上的采礦技術(shù)跟地球上的類似。最可能采用的方法就是從小行星上鏟挖所需原料，并沿著各種礦物的礦脈挖掘隧道。否則，鏟挖或露天開采會造成貴重礦石飛離小行星。

由于大部分礦石都會飛出，因此可能需要一個大的天篷來收集他們。

小行星幾乎沒有地心引力，因此采礦設(shè)備以及操控它們的太空采礦員將需要用抓鉤來將自己穩(wěn)定在地面上。但從另一方面來講，沒有重力有利于輕松移動挖掘到的原料。

當(dāng)一批原料可以運往地球或太空移民點時，就可以取來小行星上的水分解為氫氣和氧氣，作為火箭燃料推動宇宙飛船發(fā)射升空。

美國人約翰·劉易斯在1997年出版的《太空采礦：小行星、彗星和行星上的無盡財富》中設(shè)想，開發(fā)M型3 554號小行星可獲利20萬億美元，其中8萬億美元來自鐵和鎳的礦藏，6萬億美元源于鉆的價值，其余6萬億美元源于鉑族貴金屬的價值。因此他斷言，資源危機不過是“無知的幻覺”，如果能把包括小行星在內(nèi)的太陽系天體充分利用，輔以取之不盡用之不竭的太陽能，太陽系養(yǎng)活的人口可達(dá)天文數(shù)字。有趣的是，在這本書出版后，白金的價格漲了三倍，這或許說明了實業(yè)界對近期小行星采礦可行性的態(tài)度。

直徑1000米的小行星約有20億噸重，而太陽系內(nèi)大約有100萬顆這樣大小的小行星。根據(jù)劉易斯的研究，它們中的任意一顆都含有3000萬噸鎳、150萬噸鉆和7500噸鉑。僅鉑一種的價值就達(dá)1500億美元以上。

看起來，天空中仿佛布滿寶石，只待人們?nèi)フ　５⌒行堑莫毺匦再|(zhì)決定了它們不會輕易就范，人類尚需克服重重困難才能采得天上明珠。

進(jìn)軍小行星并不是件容易的事情

小行星的分布極其分散，這仿佛與人們的直覺相反。在科幻影片中，小行星帶往往被描繪成巨石亂飛的空間，飛船在小行星之間左沖右突，不時用炮火擊碎無法避開的石塊一《星球大戰(zhàn)：帝國反擊戰(zhàn)》中韓索羅駕駛“千年隼”進(jìn)入小行星帶躲避敵艦就是這樣。其實，真實的小行星帶是異常空曠的。自太空時代以來，有許多無人探測器穿過小行星帶飛往火星軌道以外，還沒有一個撞上過小行星。

小行星表面的低重力會導(dǎo)致人體肌肉萎縮、骨骼軟化。長此以往，“小行星人”將難以回到地球的正常重力環(huán)境中，這會大大降低人們前往小行星工作的熱情。

大多數(shù)小行星遠(yuǎn)離太陽，小行星帶中的小行星離太陽的距離是日一地距離的2至4倍。這意味著可利用的太陽能僅為地球的1/4或1/16。

很多小行星是由松散的團塊構(gòu)成的，沒有堅實的土地可供“著陸”，更不用說開發(fā)了。

小行星沒有地球的臭氧層和電磁層，對紫外輻射和高能粒子沒有抵御能力。要想避開輻射，需要“挖地三尺”，住在地下幾.米深才行。

相比進(jìn)軍小行星時所遭遇的困難，小行星的魅力可能更大。

低重力降低了工程建設(shè)難度，開挖土方和建筑房屋都不需要重型機械。低重力也降低了從小行星上發(fā)射飛船的難度;同樣，在低重力上的小行星上著陸也容易得多。

有眾多的目的地可供選擇，目前已獲得編號的小行星有30萬顆之多。

小行星化學(xué)組成各異，這為宇宙飛船的燃料補給、采礦和殖民提供了多種資源。

從地球可以很容易地飛往某些近地小行星，所需燃料甚至比飛往月球還要少。

小行星的表面積一體積比很高，使之能被高效地探測與開發(fā)。

高真空與低重力的環(huán)境是開展空間工業(yè)的絕佳場所，比如新材料開發(fā)、晶體生長、新藥制取等。

許多小行星（特別是不活動的彗核）含有大量的可揮發(fā)物質(zhì)與碳（約占總組成的5%），這些都可供人類及植物生存之需，在匕面建造人工生物圈也會非常方便。

阿西莫夫指出，可以將小行星挖空作為人類的太空居所。計算表明，如果把所有的小行星都加起來，其容積比在地球表面蓋滿一英里高的摩天樓還要大，絕對可以容納未來膨脹的人口。

——摘自百家號“中國數(shù)字科技館”