小行星探測
——太空爭奪的新前沿

□ 鄒小端

小行星探測
——太空爭奪的新前沿

□ 鄒小端

美國東部時間2017年1月4日，美國航宇局公布了兩個最新入選的發現級別低成本探測任務，他們分別是：露西 （ LUCY） 和 賽姬（Psyche ）。這兩個任務耗資均在5億美元以內，這個總額并不包含發射和任務運行的經費。這兩個任務的探測目標都是小行星！

露西與賽姬任務簡況

露西任務計劃于2021年發射，于2025年抵達小行星帶，2027-2033年探測特洛依群小行星。任務包括一個位于小行星帶的目標和5個被木星束縛在軌道的特洛依群小行星。這些小行星，被認為極有可能是太陽系形成初期保存下來的原始化石，探訪他們就是考古太陽系的歷史。 項目命名沒有采用生拼硬湊的縮寫，而是采用了著名的古人類化石的名字露西，寓意深遠。

而賽姬任務是另一個新公布的發現級任務，以它的目標第16號小行星賽姬命名， 取自希臘神話中的靈魂女神。靈魂女神的中文版名稱非常多，有靈神星，也譯作普賽克或賽姬 ，其中賽姬這個中文翻譯跟任務的英文發音最為接近。 賽姬是誰？神話中愛神丘比特的女朋友。

探測賽姬飛船的軌道——綠色箭頭，以及任務的目標小行星所在的方位

賽姬任務的首席科學家，是來自亞利桑那州立大學的一位女性科學家林迪-埃爾金斯-坦頓。值得一提的是她的個人經歷也頗為傳奇。她大學畢業以后在商業領域干了各式各樣的工作，31歲的年紀才帶著兒子，以單親母親的身份重回校園念博士開始科研生涯，現在是亞利桑那州立大學地球和太空探索分校主任。

露西任務由美國西南研究所的哈爾·利維森領導，它使用的科學儀器是為“新視野”開發的版本，計劃對三個特洛依小行星進行偵察，其中至少包括一個雙星系統。可能的目標包括（3548）Eurybates，（21900）1999 VQ10，（11351）1997 TS25和雙星（617）Patroclus | Menoetius。它還將在途中“順路”觀測主帶小行星（1981 EQ5）。

特洛依群小行星的數量龐大，據估算可能和小行星帶的數量級相當。特洛依群沿著木星的軌道在前后拉格朗日點（L4和 L5）聚集。從太陽系形成的模型研究分析得知，許多特洛依群小行星起源于柯伊伯帶，他們非常黑暗的表面暗示了豐富的有機成分。因此，這個任務還將可能帶來對更加遙遠的柯伊伯帶的認識。露西任務將嘗試解開的太陽系之謎包括：太陽系形成之初的條件和過程；巨行星的形成和軌道遷移；是什么因素主導了吸積和撞擊過程；生命起源問題——原始有機物的來源是什么。

探測賽姬的飛船計劃于2023 年10月發射，經過6年飛行后，于2030年抵達小行星賽姬，圍繞這顆小行星展開為期20個月的探測研究。選擇小行星賽姬一個主要原因就是因為它的成分，因為跟以往人類探測過的氣體、巖石或冰構成的行星世界不同，賽姬是一個巨大的鐵-鎳金屬小行星。在太陽系大行星形成的早期，某個胚胎階段的行星遭遇了一次猛烈的撞擊逃逸，撞掉了金屬核（如左圖），這塊核就形成了賽姬小行星。

如果想去地球的地心歷險，憑目前的科技肯定是不可能的，人類至今往地底下刨的深度僅僅12千米(具體來說是深達12262米的“科拉”超深鉆孔)，這個最深處，仍距離地核還有幾千千米的距離。正因為如此，要嘗試了解太陽系早期行星核的特征最好的辦法就是去地球之外的空間尋找。金屬小行星正是一個十分難得的窗口，

鏈接：

露西（英語：Lucy）是古人類化石標本AL 288-1的昵稱。此標本具有約40%的阿法南方古猿骨架，由唐納德·約翰森等人于1974年在埃塞俄比亞阿法爾谷底阿瓦什山谷的哈達爾發現。該昵稱來源于當晚營地中磁帶錄音機上反復播放的披頭士歌曲《露西在綴滿鉆石的天空》。

古人類學研究中一般僅能發現化石碎片，很少發現完整的顱骨或肋骨；因此對AL 288-1的發現尤其重要，為古人類學研究提供了大量科學證據。露西生活于約320萬年以前，被歸類在人族，在化石年齡約440萬年的阿爾迪發掘出來之前露西一直都被視為“人類最早的祖先”。讓人類可以有機會一窺行星形成時撞擊和吸積的暴力史。

16 號小行星賽姬在小行星帶外部的軌道，距離太陽約3個天文單位（AU）的平均距離（地球軌道1 AU）。它體積大，密度大，是太陽系中唯一一個已知的可以直接去勘察的，而且幾乎可以肯定是原行星金屬核的目標。它是怎么形成的呢？一種可能的情況是，很久以前，一個已經在內部分成巖石地幔和地核的原行星遭受了猛烈的撞擊，剝離了它的地幔，只留下了金屬核心。或者它是某個更不可估量的過程的幸存者？它能告訴我們行星形成，類地行星內部是什么？任務的使命就是要去確認和解答這些問題，逐漸深入探測各類數據，進而了解目標行星的全貌。

沒有人知道一顆金屬小行星的表面地貌會是什么樣子，這一個新世界又會給人類帶來哪些驚喜。這些都令人充滿期待。

▲地球的內部構造。1：大陸地殼；2：海洋地殼；3：上地幔；4：下地幔；5：外核；6：內核；A：莫霍面；B：古登堡面；C：萊曼面

賽姬任務藝術圖

為什么要盯著小行星？

迄今為止造訪過小行星的飛船并不少，已經結束的小行星探測任務有8個。中國也執行過一次小行星飛越探測任務，即嫦娥二號月球探測器在完成其月球任務后，又執行了擴展任務，飛越戰神小行星4179 Toutatis。而正在工作或計劃中的，除了剛剛宣布的 “露西” 和“賽姬”，還要算上接近尾聲的“黎明號”（DAWN）、擴展任務中的“新視野號”、已經發射正在飛向目標去采集樣品途中的隼鳥2和 冥王號OSIRIS-Rex兩個采樣返回任務，首個私營航天小行星采礦項目“勘探者-X”（Prospector-X），和尚在預研等待正式啟動的小行星重定向項目ARM 和計劃撞擊雙星系統中子星的項目 AIDA，目前一共有9個正在工作中的小行星探測項目。

國際航天巨頭們最近為什么都盯著小行星不放？原因說起來很簡單。因為，小行星，不僅僅蘊含關于太陽系行星和生命起源的信息，還是未來資源。人類的主要需求，無非存續和求知。研究小行星著眼的最高層級的問題在于三件事：

第一，研究太陽系的形成、演化和早期太陽系為生命起源創造的條件。具體來說，要了解太陽系中小行星的數量和分布，通過小行星群體的特征考古太陽系的起源，研究小行星的表面和內部演化、它們在太陽系演化大事件中的角色，以及研究小行星中揮發物和有機物的含量分布和起源等等。

第二，保衛地球，保護人類免受小行星帶來的毀滅打擊。幾乎每天都有大量小天體撞向地球，絕大部分在大氣中燃燒殆盡，很少一部分掉到了地面，成為分散世界各處的隕石。但這并不表示人類是安全的。為了保護人類，就必須要識別和跟蹤潛在威脅物體，了解近地物體的屬性，將來對地球造成威脅時，如何避免災難；研究開發嚴謹的模型，從而準確評估小天體撞擊地球的風險，準確預警，并制定強有力的方法解決威脅，建立戰略程序保證人類具有應急能力。

第三，提升人類的探索能力。小行星資源將有助于未來人類離開地月系統走向更遠的深空。具體來說，研究小行星可以幫我們確定人類未來任務的目標，了解如何在小天體的表面上工作，研究小行星環境對人類航天員和飛船系統的潛在風險和利用價值，評估和利用小行星蘊藏的資源。

于是，小行星很自然地成為眾多航天機構的共同目標。按照地球物種億萬年不變的先到先得勝者為王原則，熱鬧的地外資源爭奪早已在發達國家之間展開了。