趙洋

每隔幾年，就有一個(gè)不速之客飛近地球，引發(fā)一場(chǎng)關(guān)注熱潮。然而，隨著科學(xué)家對(duì)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(lái)生命的種子，也蘊(yùn)藏著未來(lái)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(chǎng)虛驚發(fā)生在今年7月，“2019 OK”小行星，以24.5千米/秒的相對(duì)速度掠過地球，距離最近時(shí)，離我們僅7.4萬(wàn)千米（約為地月平均距離的五分之一）。令天文學(xué)家們著實(shí)“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(diǎn)的消息。

美國(guó)宇航局把“2019 OK”歸入“有潛在危險(xiǎn)小行星”一類，按照當(dāng)前的運(yùn)行軌道來(lái)看，它不會(huì)與地球相撞。但這些天體仍被認(rèn)為對(duì)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(duì)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(jì)，通常每隔幾百萬(wàn)年就會(huì)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(huì)給這些近地小行星貼上“有潛在利用價(jià)值”的標(biāo)簽，并盼望它們每次掠過地球時(shí)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(duì)小行星的態(tài)度會(huì)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(yáng)系內(nèi)環(huán)繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，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(yáng)系內(nèi)發(fā)現(xiàn)了約70萬(wàn)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(yáng)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(gè)側(cè)面反映了太陽(yáng)系的演化歷史。在漫長(zhǎng)的太陽(yáng)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(chǎng)并以隕石或隕鐵的形式墜落于地面。可以說，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(duì)小行星進(jìn)行過載人的全面航天探測(cè)，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(cè)法分析小行星表面反射回來(lái)的光，以此來(lái)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(huì)存在水、氧氣、金、鉑等。

小行星探索史

20世紀(jì)90年代以來(lái)，已有多艘無(wú)人飛船造訪過小行星：

1997年，“會(huì)合一舒梅克”號(hào)飛過253號(hào)小行星，并于2001年在433號(hào)愛神星登陸。

1999年，“深空”1號(hào)在26千米遠(yuǎn)處飛掠9969號(hào)小行星。

2002年，“星塵”號(hào)在3300千米遠(yuǎn)處飛掠5535號(hào)小行星。

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

要探測(cè)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(jī)動(dòng)控制技術(shù)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)上有所突破。目前，中國(guó)專家已提出了研制小行星撞擊器的計(jì)劃，未來(lái)幾年，撞擊器技術(shù)將會(huì)有新的進(jìn)展。屆時(shí)，我國(guó)將正式啟動(dòng)小行星探測(cè)計(jì)劃。

相比之下，美國(guó)人走得更遠(yuǎn)，他們甚至把探測(cè)小行星看得比登月還要重要。2010年4月15日，美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬公布了美國(guó)新太空探索計(jì)劃，表示美國(guó)將放棄旨在重返月球的“星座計(jì)劃”，轉(zhuǎn)而將小行星和火星作為美國(guó)載人航天計(jì)劃的目的地。奧巴馬說：“我們將在歷史上首次向小行星運(yùn)送宇航員。預(yù)計(jì)到21世紀(jì)30年代，我相信我們可以將人類運(yùn)往火星軌道，并讓他們安全返回地球?！泵绹?guó)公眾尤其是年輕一代對(duì)重返月球的熱情不高，而載人登陸小行星無(wú)疑將引發(fā)一場(chǎng)類似阿波羅登月般的航天熱潮。

前路是星辰大海

搭乘升級(jí)版“獵戶座”乘員探索飛行器的宇航員將經(jīng)過漫長(zhǎng)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(yùn)行路線的概念，一旦確定近地物體可能對(duì)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(yùn)行線路。盡管這項(xiàng)研究成果距離投入使用可能需要數(shù)百年時(shí)間，但改變小行星運(yùn)行路線能使地球大部分地區(qū)免遭破壞性撞擊，是—項(xiàng)功在千秋的終極“綠色任務(wù)”。

科學(xué)家將首先發(fā)送一個(gè)無(wú)人探測(cè)器前往目標(biāo)小行星，該探測(cè)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(shí)探測(cè)其化學(xué)構(gòu)成。待選定著陸地點(diǎn)后，一枚大推力運(yùn)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(gè)月的飛行，飛船減速并與小行星保持相對(duì)靜止（此時(shí)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(lái)自地球的艦隊(duì)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(yùn)藏著CT（一種反物質(zhì)）的小行星帶仿佛19世紀(jì)的美國(guó)西部，各色人等都在這里為了爭(zhēng)奪利益而相互廝殺。

其實(shí)到小行星上設(shè)立礦井采礦是再簡(jiǎn)單不過的經(jīng)濟(jì)學(xué)問題。盡管建造一個(gè)小行星礦井需要花費(fèi)數(shù)十億美元，但這仍比從地球向月球或火星運(yùn)輸材料便宜得多。

宇宙飛船除了要運(yùn)輸采礦設(shè)備之外，還要帶上采礦人員的食物和補(bǔ)給。最新研發(fā)的獵戶座飛船和俄羅斯的“聯(lián)盟”號(hào)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(shí)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(dòng)力和燃料，要比飛向月球所需的還要更小、更少，

采礦機(jī)最好采用太陽(yáng)能供電，這樣可以免除從地球補(bǔ)充燃料。

采礦設(shè)備要輕便，便于運(yùn)送到小行星。

使用機(jī)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(jī)器人》中的一篇）中提到用頭腦簡(jiǎn)單的幾組機(jī)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(huì)造成貴重礦石飛離小行星。

由于大部分礦石都會(huì)飛出，因此可能需要一個(gè)大的天篷來(lái)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(lái)將自己穩(wěn)定在地面上。但從另一方面來(lái)講，沒有重力有利于輕松移動(dòng)挖掘到的原料。

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

美國(guó)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(wú)盡財(cái)富》中設(shè)想，開發(fā)M型3 554號(hào)小行星可獲利20萬(wàn)億美元，其中8萬(wàn)億美元來(lái)自鐵和鎳的礦藏，6萬(wàn)億美元源于鉆的價(jià)值，其余6萬(wàn)億美元源于鉑族貴金屬的價(jià)值。因此他斷言，資源危機(jī)不過是“無(wú)知的幻覺”，如果能把包括小行星在內(nèi)的太陽(yáng)系天體充分利用，輔以取之不盡用之不竭的太陽(yáng)能，太陽(yáng)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(jià)格漲了三倍，這或許說明了實(shí)業(yè)界對(duì)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(yáng)系內(nèi)大約有100萬(wàn)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(wàn)噸鎳、150萬(wàn)噸鉆和7500噸鉑。僅鉑一種的價(jià)值就達(dá)1500億美元以上。

看起來(lái)，天空中仿佛布滿寶石，只待人們?nèi)フ?。但小行星的?dú)特性質(zhì)決定了它們不會(huì)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(shí)用炮火擊碎無(wú)法避開的石塊一《星球大戰(zhàn)：帝國(guó)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(shí)，真實(shí)的小行星帶是異常空曠的。自太空時(shí)代以來(lái)，有許多無(wú)人探測(cè)器穿過小行星帶飛往火星軌道以外，還沒有一個(gè)撞上過小行星。

小行星表面的低重力會(huì)導(dǎo)致人體肌肉萎縮、骨骼軟化。長(zhǎng)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(huì)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(yáng)，小行星帶中的小行星離太陽(yáng)的距離是日一地距離的2至4倍。這意味著可利用的太陽(yáng)能僅為地球的1/4或1/16。

很多小行星是由松散的團(tuán)塊構(gòu)成的，沒有堅(jiān)實(shí)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(duì)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(shí)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(jī)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(hào)的小行星有30萬(wàn)顆之多。

小行星化學(xué)組成各異，這為宇宙飛船的燃料補(bǔ)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(cè)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(chǎng)所，比如新材料開發(fā)、晶體生長(zhǎng)、新藥制取等。

許多小行星（特別是不活動(dòng)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(huì)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(jì)算表明，如果把所有的小行星都加起來(lái)，其容積比在地球表面蓋滿一英里高的摩天樓還要大，絕對(duì)可以容納未來(lái)膨脹的人口。

——摘自百家號(hào)“中國(guó)數(shù)字科技館”