小行星的分类及飞行器探测历史

李世杰

小行星是什么？小行星是围绕太阳公转的小型石质天体，直径通常在10米至1000公里之间，小于10米时则称之为流星体。通常所说的小行星仅指内太阳系（木星轨道以内）的小天体。

小行星由未并入太阳系行星的小星子演变而来，它们形成于太阳系内不同的区域，记录了其形成环境的物理化学特征。科学家通过来自小行星的岩石（陨石）知道了太阳系的化学组成、地球和太阳系的形成年龄。

水和生命很有可能是通过小行星输送到地球，小行星的撞击在地球系统的演化中也扮演了重要的角色，地球上曾经发生过多次小行星撞击事件。至今，一些近地小行星（NEO）对地球的撞击威胁如同悬挂在人类头顶的达摩克利斯之剑，一颗直径约1.5公里的小行星撞击地球就足以摧毁人类文明。因此国际上越来越多的小行星研究团队将注意力放在近地小行星的灾害预警研究方面，这些工作不仅仅针对那些已知对地球具有潜在威胁的小行星，更重要的则是去发现那些未知的却对地球具有潜在威胁的近地小行星。

随着航天科技的不断发展，人类开始将寻找资源的目光投向了地球之外的小行星，不同的小行星可能富含水、有机质、贵金属等，这些将会是未来月球基地、火星基地甚至太空基地所需的重要资源。

至今超过80万颗小行星被确认，这可能只是其中很小的一部分，而每年都会有大量的小行星被发现。小行星的数量随着质量的減小而指数增长。

小行星带中最大的小行星为谷神星，也被称之为矮行星，直径为939公里。第二大的小行星为灶神星，直径为525公里，被认为是HED陨石的母体小行星。

小行星分类

光谱分类：人类研究小行星的最主要手段是通过地基的各种观测，其中一种常用的办法就是测定小行星的可见光-近红外光谱。根据小星的光谱的不同，将其主要分为5个大的光谱类型：C型、S型、M型、E型和V型。

C型小行星因为富含碳质通常颜色较暗，而且构成的矿物颗粒通常非常细小，这两个原因使其表面反照率非常低，只有0.05。C型小行星数量巨大，约占所有小行星的75%，被认为是碳质球粒陨石的源区。龙宫（Ryugu）小行星属于C型，目前日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）的隼鸟2号探测器正在携带龙宫表面的样品向地球返航，预计2020年12月前返回地球。

S型小行星是数量第二多的小行星类型，通常分布于小行星带的内侧，其反照率高，通常在0.15至0.25之间。近地小行星丝川（Itokawa）属于S型小行星。日本JAXA的隼鸟一号于2010年 6月13日将丝川小行星表面的约1500颗微粒带回地球，研究表明其物质组成与普通球粒陨石LL群一致。这也直接证明了将小行星遥感光谱与陨石建立联系是科学可行的。

M型小行星是第三多的小行星类型，该类型小行星的反照率比S型小星低，可能主要由铁镍金属构成。该类小行星对应的陨石类型为铁陨石和顽辉石球粒陨石。

E型小行星数量较少，主要由顽辉石组成所以颜色非常浅，因此具有非常高的反照率（一般大于0.4），该类小行星对应的陨石为顽辉石无球粒陨石。1948年降落在美国堪萨斯州的Norton County陨石是最知名的顽辉石无球粒陨石。

V型小行星较为稀少，该类型小行星表面含有大量的辉石，其光谱分别在0.8微米与2微米具有显著的吸收峰。灶神星（VESTA）属于V型小行星。

轨道分类：依据其轨道位置，小行星分别属于主带小行星、特洛伊小行星和近地小行星。

主带小行星的轨道位于火星与木星之间的广阔区域，通常具有较低的轨道偏心率，这一区域大约有1-2百万个直径大于1公里和数百万颗1公里以下的小行星。谷神星、灶神星、婚神行、智神星和健神星等均属主带小行星。

特洛伊小行星与木星共用轨道，他们分布于木星轨道前方和后方的60度位置上。其它行星轨道上类似分布的小行星也均称为特洛伊小行星，目前发现金星、地球、火星、天王星和海王星轨道上均具有特洛伊小行星，但木星的特洛伊小行星数量巨大，已有数千颗木星特洛伊小行星被确定。

近地小行星是指那些轨道靠近地球的小行星，根据其与地球轨道的关系被划分为阿莫尔型小行星（Amor）、阿波罗型小行星（Apollo）和阿登型小行星（Aten）。阿莫尔型小行星穿越火星轨道并靠近地球轨道，爱神星就是这类小行星的代表，该小行星离地球最近时的距离为0.15天文单位。

阿波罗型小行星的轨道位于火星与地球之间，其中一些此类小行星的轨道偏心率非常高，其近日点可达金星轨道以内。阿波罗小行星则是这类小行星的代表，轨道在0.65至2.29天文单位之间。阿登型小行星的轨道通常在地球轨道以内，以1976年发现的阿登小行星命名此类小行星，这类小行星的轨道偏心率比较高，有时会与地球轨道相交。

小行星的飞行器探测历史

迄今为止人类已成功的向15颗小行星进行了飞行器探测，其中绝大多数由美国NASA完成。

伽利略号（Galileo）由美国NASA于1989年发射，主要目标是探测木星及其卫星。伽利略号探测器在飞往木星的途中分别于1991和1993年顺带探测了两颗小行星。1991年伽利略号探测器实现人类首次靠近小行星并获得了S型主带小行星Gaspra的影像。该探测器于1993年临近S型近地小行星Ida并发现了Ida的卫星Dactyl。

国NASA发射，其主要目标就是花一年以上的时间绕飞探测阿莫尔型近地S型小行星爱神星（Eros），最终飞行器在控制下降落至爱神星的南部。在前往爱神星的途中，会合-舒梅克号号与1997年6月27日飞临主带C型小行星梅西尔德星（Mathilde）。

Deep Space 1于1998年由美国NASA发射，飞行器在完成飞临主带小行星Braille后又飞临了彗星Borrelly。

星尘号（Stardust）于1999年由NASA发射，其主要目标是采集彗星Wild 2的尘粒并返回地球，最终该探测器成功的采集到彗星的样品并于2006年安全返回地球。在执行任务过程中，该飞行器于2002年11月2日飞临主帶S型小行星Annefrank，影像分析表明该小行星是预想尺寸的2倍。

隼鸟号（Hayabusa）由日本JAXA于2003年发射，飞行器经过7年的太阳系旅行并最终克服重重困难将1500多颗珍贵的小行星尘粒样品带回地球。被探测和采样的丝川小行星是一颗直径约500米的S型近地小行星，该小行星被认为对地球安全具有潜在的威胁。隼鸟号首次突破性的实现了人类从小行星表面采样返回。

罗塞塔号（Rosetta）是欧空局（ESA）于2004年发射的探测器，由罗塞塔探测器和菲莱登陆器两部分组成，其目的主要是将菲莱登陆器降落在彗星67P（Churyumov–Gerasimenko）。在飞往彗星67P途中，该航天器分别飞临了主带M型（或C型）小行星Lutetia和主带E型小行星？teins。

新视野号（New Horizons）是美国NASA为研究矮行星冥王星及其卫星而设计的探测器，于2006年发射升空，至今还在执行飞行任务。2006年6月13日，新视野号飞临了主带S型小行星APL，该小行星的飞临观测并未在计划内。2019年1月，新视野号飞临了柯伊伯带小行星Arrokoth，该小行星外形呈花生状，这也是探测器首次飞临柯伊伯带小天体。

黎明号（Dawn）探测器由美国NASA于2007年发射升空，用于探测太阳系小行星带中最大的两颗小行星谷神星（Cere）和灶神星（Vesta），该飞行器历时四年到达灶神星，对灶神星展开了约14个月的探测后于2012年9月飞向谷神星。2015年3月6日，黎明号探测器抵达谷神星绕飞轨道，目前该飞行器仍停留在谷神星附近轨道中。

嫦娥二号（Change 2）是我国探月工程一期的嫦娥一号的备份星进行了技术改进而来，于2010年发生升空。在完成其月球探测任务后，嫦娥二号于2012年12月13日以3.2公里的最近距离掠过Toutatis小行星，并获得了一系列有关Toutatis小行星的参数。Toutatis小行星是对人类具有潜在安全威胁的S型近地小行星，其直径约2.45公里。

隼鸟2号（Hayabusa2）于2014年12月3日由日本JAXA发射升空，主要目标是从C型近地小行星龙宫（Ryugu）表面采样并返回地球。由于龙宫表面比预想中的更为崎岖复杂，为了保证采样的顺利完成而不得不推迟采样任务的执行。最终于2019年2月21日执行了龙宫小行星表面样品的采集，2019年6月5日执行了龙宫小行星次表面样品的采集。目前隼鸟2号正携带样品在返回地球的途中，预计2020年底抵达地球。

OSIRIS-Rex是美国NASA主导的小行星研究和采样返回任务，该探测器于2016年9月8日发射升空，2018年12月3日抵达C型近地小行星贝努（Bennu）绕飞轨道。由于贝努表面碎石较多而表土相对匮乏，这为采样的安全性带来了极大挑战，因此采样任务被推迟，目前探测器正在贝努近表面演练样品采集过程，很快将实施样品采集。

随着航天技术的飞速发展，人类将会越来越多的将精力投入到太空探索领域内。小行星的灾害预警和应对策略研究、采样返回研究、资源开发与利用是未来的主要发展方向。让我们共同期待小行星探索的盛世的到来。

（编辑/高纬时）