到小行星上去采矿

刘声远

虽然我们可能看不见它们，但随着我们望向夜空，我们完全有理由相信：它们就在那儿，它们依次环绕我们的地球，宛如等待我们采摘的“苍穹果实”。

不久前，美国大财团“行星资源”公布了一个从近地小行星开采贵金属的计划蓝图。该计划的目的是在太空开采铂、铱、锇等铂族金属，这类材料在国际市场上每克的价格约为50美元。分析显示，坠落地面的陨石中的铂族金属含量比地球上已知的任何矿体都高，另据计算，仅一颗直径500米的小行星所包含的铂族金属数量，就可能超过人类有史以来所开采的全部数量。

按照“行星资源”的小行星开采计划，将先发射一系列空间望远镜，对50万～100万颗直径超过50米的近地小行星进行调查（科学家相信有很多小行星尚待我们去发现）。接着，向选定的目标小行星发射至少六艘探测器，并使用探测器搭载的仪器查明小行星的组成部分。最后，把可用于太空探索的成分送回地面。

“行星资源”计划预计在2025年开始实施。不过，目前关于该计划的可行性仍有很大争议。而美国宇航局于2011年5月25日宣布的一项小行星探测计划在技术上显然更加成熟。该计划的简称是“OSIRIS-REx”，全称念起来则有点拗口——“起源-光谱解读-资源辨识-安全-表土层探索装置”。

隐藏太阳系终极秘密的“小家伙”

美国宇航局的“OSIRIS-REx”计划的主要目的是：更好地解释太阳系的形成机制和生命的开始过程。

大约45亿年前，由气体和尘埃组成的太阳星云坍缩而形成了太阳及各大行星，星云中剩余的材料则构成了小行星等小天体。因此，小行星包含着来自太阳星云的原始材料，能够揭示太阳系诞生时期的状况。科学家尤其感兴趣的是一类被称作“碳粒陨星”的原始小行星。碳粒陨星富含水、氨及其他挥发性材料，而这些材料在陨星经过地球大气层的高热摩擦过程中一般都不可能保留下来。

按照计划，“OSIRIS-REx”于2016年发射，三年后到达近地小行星“1999-RQ36”。在距离这颗小行星不到5千米的轨道上，飞船将对它实施为期6个月的综合性表面绘图。接着，科学家将选定机械臂的取样地点，并指挥飞船逐渐靠近这个位置，伸出手臂采集超过60克的材料，于2023年送回地球。这次任务的成本预计高达约8亿美元，还不包括发射费用。

飞船采集到的样本将被储存在一个特制的样本舱中。这个样本舱的设计与美国宇航局“星尘号”飞船的样本舱相似，后者在2006年把取自“惠尔德-2号”彗星的微粒样本发回了地球，这也是全球首次取回彗星样本。“OSIRIS-REx”的样本舱将携带样品返回地球，科学家将按照严格的行星材料保护程序对其进行精确检验（由于成本等因素，在飞船上不能完成这样的检验）。

小行星“1999-RQ36”的直径大约为580千米，差不多是5个橄榄球场大小。科学家认为这颗小行星长久以来没有发生什么改变，因此很可能代表着太阳系婴儿期的情况。它也可能富含碳——生命所需有机分子的主要元素之一。科学家在一些陨石和彗星样本中都发现了有机分子，这表明一些生命成分可以在太空产生。

“OSIRIS-REx”的另一个任务是帮助科学家研发追踪小行星轨道技术，以便设计出防止地球遭遇天体大撞击的办法。

“OSIRIS-REx”是美国宇航局的“新地平线计划”的第三部分。作为第一部分的“新地平线号”飞行器发射于2006年，它将于2015年7月飞过冥王星-卡戎星系统，然后飞往另一颗柯依柏带天体进行探测。作为“新地平线计划”第二部分的“朱诺号”探测器于2011年8月升空，它将成为对木星实施全球性探测、从而全方位了解木星大气层和木星内部结构的首艘飞行器。

被地球捕获的“临时卫星”

1913年2月9日，一些奇怪的物体划破了北美洲的天空。据目击者报告，几十个燃烧的火球在夜空中排成一行，划过了北美洲上空的大部分。

最先目睹这些火球的是加拿大的西部省份萨斯喀彻温。这个流星行列燃烧着掠过大气层，一路留下条状的蒸气轨迹。它朝着东南方向移动，到达美国纽约以北仅几千米的上空后又飞往大西洋。最后目击它的是百慕大群岛的居民和赤道附近的一艘汽船。

火球阵的首个目击地和最后一个目击地之间相隔9200千米，范围如此之大，意味着流星必定位于环绕地球的轨道上。因此，科学家做出了一个惊人的结论：当时人们所见很可能是一颗此前未知的地球的小卫星分解的结果。

在今天的科学家看来，1913年的流星事件一点都不奇怪。对小行星轨道的电脑模拟结果显示，几米宽的太空小岩石如果太过靠近地球引力场的话就有可能被地球俘获，其中很小一部分会分解并坠落地球，大多数则会环绕地球多月甚至多年。一些小岩石的轨道在月球以外，它们随后会安全溜走，重回深空。但在它们接近地球期间，它们将成为地球的微型卫星。虽然我们看不见它们，但它们比科学家曾经以为的更常见。

说到行星俘获小天体，木星堪称“大师”。木星的质量比地球大320倍，距离太阳也比地球远5倍。在这么远的轨道上，太阳的引力要弱得多，因此木星能肆意摆弄靠近它的天体并牢牢地抓住猎物。木星最近的一个最著名的猎物就是“舒梅克-列维9号”彗星。木星的巨大引力把这颗彗星撕碎，使得一连串壮观的太空大爆炸在1994年7月上演——当时，彗星的碎片接连撞击木星。透过太空望远镜，科学家目睹了这一奇观。

值得庆幸的是，地球的引力与木星相比要弱得多，因此如此暴烈的表演在地球上很难上演。大多数撞击地球的天体都来自火星轨道和木星轨道之间的小行星带。不过，专门设计来辨识有朝一日可能撞击地球的小行星的望远镜，已经发现了太阳系中越来越多的在轨天体。其中大多数都很小，它们是在漫长岁月中因为碰撞而碎裂的较大天体的残骸。任何这类小天体一旦进入与地球相似的轨道就可能被地球引力绊住，还可能被拉进环绕地球的轨道，哪怕只是短暂地呆在这样的轨道中。

一些科学家致力于追踪这些短暂充当地球卫星的天体。令他们惊奇的是：这类临时性的微型卫星相当常见。他们的计算表明，这些微型卫星的直径只有几米，它们与地球之间的距离是月球与地球之间距离的12倍。它们环绕地球的轨道不太稳定，原因是它们同时还受到太阳引力场和其他行星的引力扰动。据电脑模型预测，大多数被地球引力俘获的微型卫星又会再度飘移，在环绕地球的轨道中平均只呆9个月。

寻找几米大小的微型卫星绝非易事，因为它们个头太小，能够反射的光线太少。事实上，科学家寻找到的绝大多数微型卫星最终都被证实是太空垃圾。不过，2006年9月14日，科学家还真的找到了一颗微型卫星。经计算，这颗被命名为“2006-RH120”、直径约为5米的微型卫星是在2006年7月被地球引力俘获的。科学家跟踪观察发现，它在随后12个月里悠闲地环绕了地球3圈，其中一次它进入了月球轨道以内，但又飘走了。目前它正在与地球轨道相似的轨道上环绕太阳，与地球距离越来越远。到2017年，它将位于从地球上看去的太阳另一侧。2028年前后，它有可能重返，再次成为地球的微型卫星。

2019年，8.4米直径的“大调查望远镜”将在智利建成，它将每周全方位调查天空一次，目的是寻找小行星。它应该能又快又准地发现微型卫星，从而让科学家有机会研究此前从未发现的一系列小小的小行星，例如向它们发射探测器。

等待采摘的“苍穹果实”

小行星有三种基本类型，分别是M、S和C型。M型小行星大部分由金属构成，它们曾经位于如今早已粉身碎骨的原行星腹心。S型小行星是石质小行星，但它们也富含诸如铁、镍和镁之类的金属。C型小行星最常见，由平均宇宙丰度的元素组成，但不包含氢气和氦气。虽然C型小行星相对“贫瘠”，它们却仍然包含足够的贵金属。据估计，仅一颗直径2千米的小行星所包含的金属和矿物资源价值就高达25万亿美元。

科学家指出，前往近地小行星并非难事，因为许多小行星的轨道和地球轨道相似，而且小行星的引力场较弱，飞船无需耗费太多燃料即可登陆和离开。但是，开采小行星绝非易事，原因是小行星不仅密度低而且在太空中疾飞。考虑到科学家近年来为了把很少一点点小行星样本带回地球而历尽艰险，开采微型卫星无疑具有很大的诱惑力：微型卫星的直径只有几米，因此有可能把一整颗微型卫星带回地球进行研究；飞船前往微型卫星可能只需几周时间，而飞船进入太空与小行星会合所需时间少则数月多则数年；除了科研价值外，被带回地球的微型卫星还能提供贵金属。

随着世界人口不断增长和对资源需求不断增加，一些地球资源的开采已经变得很昂贵。开采微型卫星或许会带给我们惊喜。与其耗资巨大前往小行星，不如拥抱轻敲地球大门的微型卫星。虽然我们可能看不见它们，但随着我们望向夜空，我们完全有理由相信：它们就在那儿，它们依次环绕我们的地球，宛如等待我们采摘的“苍穹果实”。

是太空垃圾？还是微型卫星？

负责调查微型卫星的美国宇航局专家保罗·乔达斯在2010年5月发现了一个小天体，这个直径只有几米的小天体看起来很像是一颗微型卫星。但随后的红外观测却显示，它不像已知的任何小行星类型，而像火箭部件之类的太空垃圾。最后，乔达斯拿出计算证据证明：它曾经在1975年很接近地球，而且它的轨道与任何一次特定的火箭发射都不匹配。它被命名为“2010-KQ”，有可能是一颗微型卫星。

乔达斯的计算还显示，发现于2002年9月的另一颗“微型卫星”很可能只是“阿波罗12号”火箭的上级，当时它暂返地球“沽名钓誉”。1969年11月被留在地球轨道中的它，后来滑进环绕太阳的轨道，而在2002～2003年期间又暂时被地球重新俘获。

是微型卫星？还是准卫星？

发现于1986年的小行星“克鲁特尼”之所以一举成名，是因为科学家注意到它一年环绕太阳一圈，而且距离地球从来都不会太远。这让它有了“地球的第二颗卫星”的绰号。但事实上，它是一颗准卫星——其路径是由太阳而非地球的引力决定的，就算你把地球拿走，准卫星的轨道也不会受到影响。

与之对比，微型卫星主要受地球引力支配。地球、太阳和其他天体的引力场之间的微妙平衡，决定着微型卫星的轨道。这就是微型卫星易于首先坠入环绕地球的轨道、然后又容易飘走的原因。

轰炸小行星，为地球降温

2012年9月30日，科学家宣布了一个有趣的思路——轰炸小行星，用其产生的巨型尘云为地球遮挡烈日。联合国相关组织预计，地球平均气温到21世纪末将上升1.1℃～6.4℃。科学家提出了很多为地球降温的奇思妙想。一种设想是，用巨型太空镜让射向地球的光线转向。但这种设想被认为是不可行的，因为无论是建造巨型太空镜并把它们发射到太空轨道，还是在外太空组装太空镜，其成本都极其高昂。还有一种设想是，播种像地球上的云那样的尘埃云来遮蔽阳光。这种方法的成本低很多，但是，尘埃会因为太阳、月球和其他行星的引力作用而分散开。现在，又有科学家提出了一种新的设想：运用小行星自身引力作用来有效阻止被炸出的尘云飘走。

按照设想，在目标小行星上安装质量加速器，把小行星推到拉格朗日点L1（L1与地球之间的距离大约是它与月球之间距离的4倍，在L1上，太阳和地球的引力相互平衡而抵消）。科学家初步选定最大的近地小行星“1036 加尼美得”为候选小行星，估计轰炸它产生的尘埃数量约为5000万亿吨，分布范围约为2000千米宽，足以遮挡到达地球的太阳辐射的6.58%，从而有效阻止全球变暖。不过，考虑到“1036 加尼美得”质量太大，科学家也设想把多个较小的小行星推到L1上。