小行星大未來

鄭永春，博士，中國科學(xué)院國家天文臺(tái)研究員，中國科普作家協(xié)會(huì)副理事長，青年科學(xué)家社會(huì)責(zé)任聯(lián)盟理事長，“科普中國”形象大使。

什么是小行星

小行星，當(dāng)然很小。很多人說到小行星，都會(huì)覺得不重要。但實(shí)際上，小行星并不是小的行星，而是圍繞太陽運(yùn)行的由巖石、金屬、水冰、有機(jī)物質(zhì)等組成的許多小天體中的一種（主要在火星和木星的軌道之間）。換句話說，小行星就是太陽系內(nèi)像行星一樣，環(huán)繞太陽運(yùn)動(dòng)，但體積和質(zhì)量比行星小得多的天體。

小行星體積小，但是意義和價(jià)值并不小，小行星對(duì)于研究太陽系的起源、生命起源，以及航天技術(shù)的發(fā)展，乃至對(duì)于我們?nèi)祟惖奈磥?，都有非常重要的意義和價(jià)值。

小行星和彗星

小行星和彗星都被稱為小天體。雖然它們離我們都很遙遠(yuǎn)，但實(shí)際上我們?cè)诘厍蛏辖?jīng)常都可以接觸到，這就是每天都會(huì)落到地球上的隕石、流星和宇宙塵等。每年有數(shù)萬噸太空物質(zhì)落到地球上，它們當(dāng)中有相當(dāng)一部分是來自小行星的樣品。

位于火星軌道和木星軌道之間有一個(gè)小行星帶，這里有數(shù)百萬顆小行星環(huán)繞著太陽運(yùn)轉(zhuǎn)，它們的質(zhì)量加起來大概相當(dāng)于1個(gè)月球的質(zhì)量，而月球的直徑達(dá)3476千米。位于小行星帶的這些小行星，被稱為主帶小行星。

小行星都有自己獨(dú)特的編號(hào)，其中1號(hào)小行星是19世紀(jì)的第1天，也就是1801年1月1日公布的谷神星，直徑約950千米。小行星也有體積很大的，冥王星雖然被降級(jí)為矮行星，實(shí)際上是編號(hào)為134340號(hào)的小行星，直徑約2370千米。至于最小的小行星，直徑幾個(gè)厘米也能叫小行星，并沒有下限。根據(jù)小行星的軌道、分布區(qū)域，或者根據(jù)小行星的成分，可以對(duì)它們進(jìn)行分類。

為什么要研究小行星

了解太陽系和地球的起源和演化

太陽系剛剛形成的時(shí)候，是一團(tuán)彌漫著氣體和塵埃的星云。宇宙里有很多一團(tuán)一團(tuán)的星云，天文學(xué)家可以觀測(cè)到其內(nèi)部有一顆顆恒星正在點(diǎn)亮，所以，根據(jù)對(duì)這些星云的觀測(cè)，我們不難想象太陽和地球的形成過程。一團(tuán)星云在旋轉(zhuǎn)的過程中，慢慢會(huì)形成一個(gè)旋渦星盤，中間會(huì)越來越密集，兩邊越來越薄。當(dāng)中間某個(gè)地方的壓力溫度達(dá)到極限高度的時(shí)候，核聚變就會(huì)被點(diǎn)燃，造成發(fā)光發(fā)熱現(xiàn)象的同時(shí)，周圍的東西都會(huì)被吸進(jìn)來，只剩下一些小東西。這些小東西會(huì)相互碰撞，所以開始的時(shí)候叫星子，然后形成行星的胚胎，再后來形成原來的小行星，小行星繼續(xù)碰撞，體積和質(zhì)量越來越大，最后就變成了行星。

因此，小行星是太陽系的化石，是太陽、行星及其衛(wèi)星形成后留下的殘?jiān)?，通過它可以了解太陽系最早期的歷史。

在地球上可以找到很多小行星樣本，例如隕石。這些隕石的年齡絕大多數(shù)都已經(jīng)46億年了，它們跟地球同齡，也跟太陽系同齡。從科學(xué)研究的角度看，小行星是太陽系最古老的化石，是揭開太陽系早期歷史的鑰匙。隕石相對(duì)稀有，所以也具有一定的收藏意義。特別是一些來自特定目標(biāo)，如月球、火星、谷神星、灶神星等天體的隕石，對(duì)研究這些天體的起源和演化具有重要價(jià)值。

研究小行星，可以回答一些根本性的科學(xué)問題，如地球上的水來自哪里。有些觀點(diǎn)認(rèn)為水是地球上本身就有的，有的觀點(diǎn)則認(rèn)為水是來自小行星的，還有人認(rèn)為來自彗星。但科學(xué)家派遣深空探測(cè)器，實(shí)地探測(cè)了幾顆彗星的水的同位素比值，發(fā)現(xiàn)它們的同位素比值與地球上的水存在明顯差異。這證明，至少從現(xiàn)有證據(jù)來說，地球上的水主要不是來自彗星。

研究小行星，還可以回答地球上的生命是如何起源的。關(guān)于地球生命起源，有一個(gè)“濃湯學(xué)說”。也就是說，在30多億年前，有大量的小行星和彗星，攜帶許多復(fù)雜的有機(jī)物來到地球，在地球上溫暖適宜的環(huán)境下，進(jìn)行復(fù)雜的生物化學(xué)反應(yīng)，最終形成了最初的生命。生命經(jīng)過長期進(jìn)化，才形成了人類這樣的高等智慧生命。而碳質(zhì)小行星上就有核苷酸、氨基酸等復(fù)雜的有機(jī)物。因此，從某種意義上說，地球上的生命與宇宙之間存在天然聯(lián)系。

牽引技術(shù)的發(fā)展

2013年2月15日，俄羅斯西伯利亞的車?yán)飦嗁e斯克地區(qū)，遭受了一次小行星撞擊事件，這顆小行星在進(jìn)入地球大氣層之前的直徑僅為18米左右，相當(dāng)于一輛兩截公共汽車。這起撞擊造成了大約1200人受傷、7200座建筑物損毀。而如果1個(gè)直徑為千米級(jí)的小行星撞擊了地球，那后果就更為可怕了，因?yàn)樗茚尫懦鱿喈?dāng)于數(shù)百萬個(gè)核武器同時(shí)爆炸的能量，足以摧毀一座城市，引發(fā)大規(guī)模的自然災(zāi)難。

環(huán)顧太陽系，類似事件屢見不鮮，科學(xué)家們?cè)谠虑颉⑺?、火星、小行星、行星的衛(wèi)星等天體的表面都發(fā)現(xiàn)了撞擊坑。在地球上，同樣也會(huì)遭受許多小天體撞擊事件。目前，地球上已確認(rèn)的撞擊坑有近200個(gè)，其中在墨西哥灣發(fā)現(xiàn)的西克蘇魯伯隕石坑，就有可能是6500萬年前1顆小行星撞擊地球后留下的。據(jù)科學(xué)家推測(cè)，這次撞擊引發(fā)的災(zāi)難使得當(dāng)時(shí)地球上約80%的生物種類滅絕，曾經(jīng)獨(dú)霸地球的恐龍也在此次災(zāi)難中消失。

此外，1994年木星遭蘇梅克

列維9號(hào)彗星連續(xù)撞擊事件，這顆彗星被木星強(qiáng)大的引力捕獲并撕裂成21塊碎片后，排成一列前赴后繼地撞擊了木星，在氣態(tài)木星的表面留下了一連串暗斑，每個(gè)暗斑的大小幾乎相當(dāng)于一個(gè)地球。設(shè)想一下，“蘇梅克-列維9號(hào)”彗星的哪怕任何一塊碎片撞擊到了地球，對(duì)人類而言，便幾乎是毀滅性的災(zāi)難。

除了小天體撞擊外，未來人類在地球上可能面臨的災(zāi)難，還包括超級(jí)太陽爆發(fā)、地球磁極倒轉(zhuǎn)等天文災(zāi)難，以及超級(jí)火山爆發(fā)、超級(jí)地震、海嘯等重大自然災(zāi)害，還有發(fā)生概率較低的來自遙遠(yuǎn)星系的伽瑪暴和高能射線爆發(fā)、超新星爆發(fā)等重大災(zāi)難。根據(jù)古生物的記錄，地球上的生物平均2600萬年就會(huì)發(fā)生1次因?yàn)?zāi)難性事件造成的大滅絕。

所以，值得我們關(guān)注的是，由于部分小行星對(duì)地球有潛在威脅，通過對(duì)小行星運(yùn)行軌道的精密觀測(cè)，提前預(yù)警預(yù)報(bào)，有利于規(guī)避小行星撞擊地球的風(fēng)險(xiǎn)。

如果要發(fā)射小行星探測(cè)器探測(cè)這些小行星，實(shí)際上面臨著很大的航天技術(shù)難度，因?yàn)檫@些小行星不僅非常小，而且非常遠(yuǎn)，引力幾乎為零，對(duì)航天器來講屬于非合作天體。對(duì)于這類天體的探測(cè)，實(shí)際上對(duì)軌道的精確測(cè)量、航天器的自動(dòng)化技術(shù)和控制技術(shù)都提出了很高的要求。開展小行星的深空探測(cè)，可以促進(jìn)航天技術(shù)的發(fā)展。

具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和科普功能

由于天空中的小行星很多，天文愛好者如果持續(xù)觀測(cè)的話，也有機(jī)會(huì)發(fā)現(xiàn)新的小行星，而且小行星的發(fā)現(xiàn)者有提名權(quán)。小行星的命名是一種榮譽(yù)，對(duì)天文研究和科學(xué)技術(shù)發(fā)展，乃至對(duì)社會(huì)發(fā)展作出貢獻(xiàn)的人，都有機(jī)會(huì)獲得小行星的命名。在中國，國家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)的獲得者，就會(huì)以他的名字命名1顆小行星。

目前，國際上已有許多商業(yè)航天公司，專門研究小行星的采礦和資源開發(fā)，因?yàn)橐恍┬⌒行巧咸N(yùn)藏著很多珍稀資源。這些資源對(duì)將來地球上人類的生活大有幫助，根據(jù)小行星的資源調(diào)查，可以考慮如何開采利用。

綜上所述，無論從科學(xué)角度、技術(shù)角度，還是社會(huì)角度出發(fā)，研究小行星都會(huì)促進(jìn)國家科技能力的提升。

在我所在的單位——中國科學(xué)院國家天文臺(tái)的對(duì)面，是中國科學(xué)院微生物研究所，那里有一塊石頭上刻著一句話，微生物、高科技、大產(chǎn)業(yè)。微生物跟我們每一個(gè)人密切相關(guān)，但我們往往會(huì)忽視它，因?yàn)樗鼈兲⑿×?。同樣，因?yàn)樾⌒行求w積小，我們也常忽視它。但實(shí)際上，小行星探測(cè)不僅是高科技，而且也有大未來。

未來，中國將發(fā)射小行星探測(cè)器，與小行星進(jìn)行伴飛、著陸、取樣返回，在地球上的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)開展精細(xì)研究。未來，我們還將實(shí)現(xiàn)載人登陸小行星，發(fā)射航天器改變小行星的飛行軌道，開發(fā)和利用小行星上的資源。甚至，我們還可以在小行星上建立密閉的生態(tài)系統(tǒng)，把小行星當(dāng)作空間站?；蛘?，在小行星上安裝發(fā)動(dòng)機(jī)，采集小行星資源，生產(chǎn)火箭燃料，驅(qū)動(dòng)小行星在太陽系的深空中旅行。就像宇航之父齊奧爾科夫斯基曾經(jīng)說的那樣：“總有一天，人類將像學(xué)會(huì)騎馬那樣，騎著小行星去旅行?！?/p>