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，引發一場關注熱潮。然而，隨著科學家對小行星的了解日益深入，它的角色也發生了極大的變化。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）。令天文學家們著實“捏了把汗”。而大多數普通人，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，按照當前的運行軌道來看，它不會與地球相撞。但這些天體仍被認為對地球具有潛在威脅而受到嚴密監控。隨著天文學家不斷在地球附近發現新天體，對地球構成潛在威脅的小行星的數量不斷增加。科學家估計，通常每隔幾百萬年就會發生一次規模較大的小行星撞擊地球事件，它們應該是造成歷史上數次生物大滅絕的罪魁禍首。

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那里，開掘采礦。

為何人類對小行星的態度會有180度的大轉變？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環繞太陽運動，但體積和質量比行星小得多、不易揮發出氣體和塵埃的天體。迄今為止，人類已經在太陽系內發現了約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、氦及其他易揮發物質，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部發生了不同程度的熔融分異，這從一個側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，有些碎片進入地球引力場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。

盡管尚未對小行星進行過載人的全面航天探測，科學家們仍然掌握了許多有關小行星構成成分的信息。天文學家通過望遠鏡光譜觀測法分析小行星表面反射回來的光，以此來判斷其構成。他們認為，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26千米遠處飛掠9969號小行星。

2002年，“星塵”號在3300千米遠處飛掠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”，并取回了標本。

要探測小行星，必須在遠距離高精度飛行控制技術、高精度定軌技術、高精度軌道機動控制技術等關鍵環節上有所突破。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，撞擊器技術將會有新的進展。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，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。預計到21世紀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。”美國公眾尤其是年輕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的地質樣本。這些造訪有助于發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，科學家就可以根據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百年時間，但改變小行星運行路線能使地球大部分地區免遭破壞性撞擊，是—項功在千秋的終極“綠色任務”。

科學家將首先發送一個無人探測器前往目標小行星，該探測器裝備激光雷達以及光譜儀，可以在繪制三維地圖的同時探測其化學構成。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，然后安放科研設備、采集巖石標本、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了一顆小行星作為前進陣地，而火星人原本在這顆小行星上開采黃金。在杰克·威廉森的《反物質飛船》中，蘊藏著CT（一種反物質）的小行星帶仿佛19世紀的美國西部，各色人等都在這里為了爭奪利益而相互廝殺。

其實到小行星上設立礦井采礦是再簡單不過的經濟學問題。盡管建造一個小行星礦井需要花費數十億美元，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備之外，還要帶上采礦人員的食物和補給。最新研發的獵戶座飛船和俄羅斯的“聯盟”號改進型都能在小行星上著陸。畢竟我們已經登上過月球，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。

采礦設備要輕便，便于運送到小行星。

使用機器人操控的設備，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，因此采礦設備以及操控它們的太空采礦員將需要用抓鉤來將自己穩定在地面上。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》中設想，開發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，太陽系養活的人口可達天文數字。有趣的是，在這本書出版后，白金的價格漲了三倍，這或許說明了實業界對近期小行星采礦可行性的態度。

直徑1000米的小行星約有20億噸重，而太陽系內大約有100萬顆這樣大小的小行星。根據劉易斯的研究，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1500億美元以上。

看起來，天空中仿佛布滿寶石，只待人們去摘取。但小行星的獨特性質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：帝國反擊戰》中韓索羅駕駛“千年隼”進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境中，這會大大降低人們前往小行星工作的熱情。

大多數小行星遠離太陽，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成的，沒有堅實的土地可供“著陸”，更不用說開發了。

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。

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

許多小行星（特別是不活動的彗核）含有大量的可揮發物質與碳（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“中國數字科技館”