小行星的威胁与魅力

2019-09-23赵洋

家人 2019年9期

赵洋

每隔几年，就有一个不速之客飞近地球，引发一场关注热潮。然而，随着科学家对小行星的了解日益深入，它的角色也发生了极大的变化。小行星曾为地球带来生命的种子，也蕴藏着未来人类所需的宝贵资源，还将成为人类迈向深空的踏板。

最近的一场虚惊发生在今年7月，“2019 OK”小行星，以24.5千米/秒的相对速度掠过地球，距离最近时，离我们仅7.4万千米（约为地月平均距离的五分之一）。令天文学家们着实“捏了把汗”。而大多数普通人，在这颗小行星离开我们之后，才得知一星半点的消息。

美国宇航局把“2019 OK”归入“有潜在危险小行星”一类，按照当前的运行轨道来看，它不会与地球相撞。但这些天体仍被认为对地球具有潜在威胁而受到严密监控。随着天文学家不断在地球附近发现新天体，对地球构成潜在威胁的小行星的數量不断增加。科学家估计，通常每隔几百万年就会发生一次规模较大的小行星撞击地球事件，它们应该是造成历史上数次生物大灭绝的罪魁祸首。

然而再过几十年，也许人们会给这些近地小行星贴上“有潜在利用价值”的标签，并盼望它们每次掠过地球时能近些、再近些，以便太空矿工们可以更方便快捷地抵达那里，开掘采矿。

为何人类对小行星的态度会有180度的大转变？这要从小行星的身世说起。

小行星的前世今生

小行星是在太阳系内环绕太阳运动，但体积和质量比行星小得多、不易挥发出气体和尘埃的天体。迄今为止，人类已经在太阳系内发现了约70万颗小行星，但这可能仅仅是所有小行星中的一小部分。大部分小行星都很小，只有一小部分的直径超过了100千米。

按表面的反射光谱，小行星可分为几大类：S型、M型、K型、C型、D型，等等。小行星的反射光谱反映了其表面的物质组成。比如，C型小行星的成分与太阳类似，但没有氢、氦及其他易挥发物质，75%以上的已知小行星都属于这一类;S型小行星表面的主要成分为硅酸盐与镍、铁及镁等元素的沉积物，大约17%的小行星属于此型;M型主要为金属铁，仅少量小行星属于此型。不同类型小行星的分类源于其内部发生了不同程度的熔融分异，这从一个侧面反映了太阳系的演化历史。在漫长的太阳系演化过程中，不少小行星相互碰撞并破裂成碎片，有些碎片进入地球引力场并以陨石或陨铁的形式坠落于地面。可以说，陨石和陨铁是我们能够接触到的最近的小行星。

尽管尚未对小行星进行过载人的全面航天探测，科学家们仍然掌握了许多有关小行星构成成分的信息。天文学家通过望远镜光谱观测法分析小行星表面反射回来的光，以此来判断其构成。他们认为，除了铁、镍、镁之外，有些小行星上可能还会存在水、氧气、金、铂等。

小行星探索史

20世纪90年代以来，已有多艘无人飞船造访过小行星：

1997年，“会合一舒梅克”号飞过253号小行星，并于2001年在433号爱神星登陆。

1999年，“深空”1号在26千米远处飞掠9969号小行星。

2002年，“星尘”号在3300千米远处飞掠5535号小行星。

2005年，“隼鸟”号微型探测器“智慧女神”登陆小行星“丝川”，并取回了标本。

要探测小行星，必须在远距离高精度飞行控制技术、高精度定轨技术、高精度轨道机动控制技术等关键环节上有所突破。目前，中国专家已提出了研制小行星撞击器的计划，未来几年，撞击器技术将会有新的进展。届时，我国将正式启动小行星探测计划。

相比之下，美国人走得更远，他们甚至把探测小行星看得比登月还要重要。2010年4月15日，美国总统奥巴马公布了美国新太空探索计划，表示美国将放弃旨在重返月球的“星座计划”，转而将小行星和火星作为美国载人航天计划的目的地。奥巴马说：“我们将在历史上首次向小行星运送宇航员。预计到21世纪30年代，我相信我们可以将人类运往火星轨道，并让他们安全返回地球。”美国公众尤其是年轻一代对重返月球的热情不高，而载人登陆小行星无疑将引发一场类似阿波罗登月般的航天热潮。

前路是星辰大海

搭乘升级版“猎户座”乘员探索飞行器的宇航员将经过漫长的飞行登陆小行星，在上面采集可能比月球年代更久远的地质样本。这些造访有助于发展改变近地物体运行路线的概念，一旦确定近地物体可能对地球造成毁灭性撞击，科学家就可以根据最新研究改变它的运行线路。尽管这项研究成果距离投入使用可能需要数百年时间，但改变小行星运行路线能使地球大部分地区免遭破坏性撞击，是—项功在千秋的终极“绿色任务”。

科学家将首先发送一个无人探测器前往目标小行星，该探测器装备激光雷达以及光谱仪，可以在绘制三维地图的同时探测其化学构成。待选定着陆地点后，一枚大推力运载火箭将把载有三名宇航员的飞船送往这颗小行星。经过六个月的飞行，飞船减速并与小行星保持相对静止（此时二者距离可以接近到几百米），两位宇航员降落到小行星表面，然后安放科研设备、采集岩石标本、插旗帜……

小行星采矿是最重要的目的。最早描绘小行星采矿的人是Garrett P.Serviss，他于1898年发表了科幻小说《爱迪生征服火星》。故事中，来自地球的艦队首先占领了一颗小行星作为前进阵地，而火星人原本在这颗小行星上开采黄金。在杰克·威廉森的《反物质飞船》中，蕴藏着CT（一种反物质）的小行星带仿佛19世纪的美国西部，各色人等都在这里为了争夺利益而相互厮杀。

其实到小行星上设立矿井采矿是再简单不过的经济学问题。尽管建造一个小行星矿井需要花费数十亿美元，但这仍比从地球向月球或火星运输材料便宜得多。

宇宙飞船除了要运输采矿设备之外，还要带上采矿人员的食物和补给。最新研发的猎户座飞船和俄罗斯的“联盟”号改进型都能在小行星上着陆。毕竟我们已经登上过月球，而有些小行星飞过地球时的距离要比月球离地球近许多。飞往近地小行星的飞船所需的火箭动力和燃料，要比飞向月球所需的还要更小、更少，

采矿机最好采用太阳能供电，这样可以免除从地球补充燃料。

采矿设备要轻便，便于运送到小行星。

使用机器人操控的设备，以减少采矿工作所需的人力。这样还可以减少食品等的供给量。阿西莫夫曾在《驯兔记》（《我，机器人》中的一篇）中提到用头脑简单的几组机器人做小行星矿工。

小行星上的采矿技术跟地球上的类似。最可能采用的方法就是从小行星上铲挖所需原料，并沿着各种矿物的矿脉挖掘隧道。否则，铲挖或露天开采会造成贵重矿石飞离小行星。

由于大部分矿石都会飞出，因此可能需要一个大的天篷来收集他们。

小行星几乎没有地心引力，因此采矿设备以及操控它们的太空采矿员将需要用抓钩来将自己稳定在地面上。但从另一方面来讲，没有重力有利于轻松移动挖掘到的原料。

当一批原料可以运往地球或太空移民点时，就可以取来小行星上的水分解为氢气和氧气，作为火箭燃料推动宇宙飞船发射升空。

美国人约翰·刘易斯在1997年出版的《太空采矿：小行星、彗星和行星上的无尽财富》中设想，开发M型3 554号小行星可获利20万亿美元，其中8万亿美元来自铁和镍的矿藏，6万亿美元源于钻的价值，其余6万亿美元源于铂族贵金属的价值。因此他断言，资源危机不过是“无知的幻觉”，如果能把包括小行星在内的太阳系天体充分利用，辅以取之不尽用之不竭的太阳能，太阳系养活的人口可达天文数字。有趣的是，在这本书出版后，白金的价格涨了三倍，这或许说明了实业界对近期小行星采矿可行性的态度。

直径1000米的小行星约有20亿吨重，而太阳系内大约有100万颗这样大小的小行星。根据刘易斯的研究，它们中的任意一颗都含有3000万吨镍、150万吨钻和7500吨铂。仅铂一种的价值就达1500亿美元以上。

看起来，天空中仿佛布满宝石，只待人们去摘取。但小行星的独特性质决定了它们不会轻易就范，人类尚需克服重重困难才能采得天上明珠。

进军小行星并不是件容易的事情

小行星的分布极其分散，这仿佛与人们的直觉相反。在科幻影片中，小行星带往往被描绘成巨石乱飞的空间，飞船在小行星之间左冲右突，不时用炮火击碎无法避开的石块一《星球大战：帝国反击战》中韩索罗驾驶“千年隼”进入小行星带躲避敌舰就是这样。其实，真实的小行星带是异常空旷的。自太空时代以来，有许多无人探测器穿过小行星带飞往火星轨道以外，还没有一个撞上过小行星。

小行星表面的低重力会导致人体肌肉萎缩、骨骼软化。长此以往，“小行星人”将难以回到地球的正常重力环境中，这会大大降低人们前往小行星工作的热情。

大多数小行星远离太阳，小行星带中的小行星离太阳的距离是日一地距离的2至4倍。这意味着可利用的太阳能仅为地球的1/4或1/16。

很多小行星是由松散的团块构成的，没有坚实的土地可供“着陆”，更不用说开发了。

小行星没有地球的臭氧层和电磁层，对紫外辐射和高能粒子没有抵御能力。要想避开辐射，需要“挖地三尺”，住在地下几.米深才行。

相比进军小行星时所遭遇的困难，小行星的魅力可能更大。

低重力降低了工程建设难度，开挖土方和建筑房屋都不需要重型机械。低重力也降低了从小行星上发射飞船的难度;同样，在低重力上的小行星上着陆也容易得多。

有众多的目的地可供选择，目前已获得编号的小行星有30万颗之多。

小行星化学组成各异，这为宇宙飞船的燃料补给、采矿和殖民提供了多种资源。

从地球可以很容易地飞往某些近地小行星，所需燃料甚至比飞往月球还要少。

小行星的表面积一体积比很高，使之能被高效地探测与开发。

高真空与低重力的环境是开展空间工业的绝佳场所，比如新材料开发、晶体生长、新药制取等。

许多小行星（特别是不活动的彗核）含有大量的可挥发物质与碳（约占总组成的5%），这些都可供人类及植物生存之需，在匕面建造人工生物圈也会非常方便。