[太空探索]小行星大未来

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什么是小行星

小行星，当然很小。很多人说到小行星，都会觉得不重要。但实际上，小行星并不是小的行星，而是围绕太阳运行的由岩石、金属、水冰、有机物质等组成的许多小天体中的一种（主要在火星和木星的轨道之间）。换句话说，小行星就是太阳系内像行星一样，环绕太阳运动，但体积和质量比行星小得多的天体。

小行星体积小，但是意义和价值并不小，小行星对于研究太阳系的起源、生命起源，以及航天技术的发展，乃至对于我们人类的未来，都有非常重要的意义和价值。

小行星和彗星

小行星和彗星都被称为小天体。虽然它们离我们都很遥远，但实际上我们在地球上经常都可以接触到，这就是每天都会落到地球上的陨石、流星和宇宙尘等。每年有数万吨太空物质落到地球上，它们当中有相当一部分是来自小行星的样品。

位于火星轨道和木星轨道之间有一个小行星带，这里有数百万颗小行星环绕着太阳运转，它们的质量加起来大概相当于1个月球的质量，而月球的直径达3 476千米。位于小行星带的这些小行星，被称为主带小行星。

小行星都有自己独特的编号，其中1号小行星是19世纪的第1天，也就是1801年1月1日公布的谷神星，直径约950千米。小行星也有体积很大的，冥王星虽然被降级为矮行星，实际上是编号为134340号的小行星，直径约2 370千米。至于最小的小行星，直径几个厘米也能叫小行星，并没有下限。根据小行星的轨道、分布区域，或者根据小行星的成分，可以对它们进行分类。

为什么要研究小行星

了解太阳系和地球的起源和演化

太阳系刚刚形成的时候，是一团弥漫着气体和尘埃的星云。宇宙里有很多一团一团的星云，天文学家可以观测到其内部有一颗颗恒星正在点亮，所以，根据对这些星云的观测，我们不难想象太阳和地球的形成过程。一团星云在旋转的过程中，慢慢会形成一个旋涡星盘，中间会越来越密集，两边越来越薄。当中间某个地方的压力温度达到极限高度的时候，核聚变就会被点燃，造成发光发热现象的同时，周围的东西都会被吸进来，只剩下一些小东西。这些小东西会相互碰撞，所以开始的时候叫星子，然后形成行星的胚胎，再后来形成原来的小行星，小行星继续碰撞，体积和质量越来越大，最后就变成了行星。

因此，小行星是太阳系的化石，是太阳、行星及其卫星形成后留下的残渣，通过它可以了解太阳系最早期的历史。

在地球上可以找到很多小行星样本，例如陨石。这些陨石的年龄绝大多数都已经46亿年了，它们跟地球同龄，也跟太阳系同龄。从科学研究的角度看，小行星是太阳系最古老的化石，是揭开太阳系早期历史的钥匙。陨石相对稀有，所以也具有一定的收藏意义。特别是一些来自特定目标，如月球、火星、谷神星、灶神星等天体的陨石，对研究这些天体的起源和演化具有重要价值。

研究小行星，可以回答一些根本性的科学问题，如地球上的水来自哪里。有些观点认为水是地球上本身就有的，有的观点则认为水是来自小行星的，还有人认为来自彗星。但科学家派遣深空探测器，实地探测了几颗彗星的水的同位素比值，发现它们的同位素比值与地球上的水存在明显差异。这证明，至少从现有证据来说，地球上的水主要不是来自彗星。

研究小行星，还可以回答地球上的生命是如何起源的。关于地球生命起源，有一个“浓汤学说”。也就是说，在30多亿年前，有大量的小行星和彗星，携带许多复杂的有机物来到地球，在地球上温暖适宜的环境下，进行复杂的生物化学反应，最终形成了最初的生命。生命经过长期进化，才形成了人类这样的高等智慧生命。而碳质小行星上就有核苷酸、氨基酸等复杂的有机物。因此，从某种意义上说，地球上的生命与宇宙之间存在天然联系。

牵引技术的发展

2013年2月15日，俄罗斯西伯利亚的车里亚宾斯克地区，遭受了一次小行星撞击事件，这颗小行星在进入地球大气层之前的直径仅为18米左右，相当于一辆两截公共汽车。这起撞击造成了大约1 200人受伤、7 200座建筑物损毁。而如果1个直径为千米级的小行星撞击了地球，那后果就更为可怕了，因为它能释放出相当于数百万个核武器同时爆炸的能量，足以摧毁一座城市，引发大规模的自然灾难。

环顾太阳系，类似事件屡见不鲜，科学家们在月球、水星、火星、小行星、行星的卫星等天体的表面都发现了撞击坑。在地球上，同样也会遭受许多小天体撞击事件。目前，地球上已确认的撞击坑有近200个，其中在墨西哥湾发现的西克苏鲁伯陨石坑，就有可能是6 500万年前1颗小行星撞击地球后留下的。据科学家推测，这次撞击引发的灾难使得当时地球上约80%的生物种类灭绝，曾经独霸地球的恐龙也在此次灾难中消失。

此外，1994年木星遭苏梅克-列维9号彗星连续撞击事件，这颗彗星被木星强大的引力捕获并撕裂成21块碎片后，排成一列前赴后继地撞击了木星，在气态木星的表面留下了一连串暗斑，每个暗斑的大小几乎相当于一个地球。设想一下，“苏梅克-列维9号”彗星的哪怕任何一块碎片撞击到了地球，对人类而言，便几乎是毁灭性的灾难。

除了小天体撞击外，未来人类在地球上可能面临的灾难，还包括超级太阳爆发、地球磁极倒转等天文灾难，以及超级火山爆发、超级地震、海啸等重大自然灾害，还有发生概率较低的来自遥远星系的伽玛暴和高能射线爆发、超新星爆发等重大灾难。根据古生物的记录，地球上的生物平均2 600万年就会发生1次因灾难性事件造成的大灭绝。

所以，值得我们关注的是，由于部分小行星对地球有潜在威胁，通过对小行星运行轨道的精密观测，提前预警预报，有利于规避小行星撞击地球的风险。

如果要发射小行星探测器探测这些小行星，实际上面临着很大的航天技术难度，因为这些小行星不仅非常小，而且非常远，引力几乎为零，对航天器来讲属于非合作天体。对于这类天体的探测，实际上对轨道的精确测量、航天器的自动化技术和控制技术都提出了很高的要求。开展小行星的深空探测，可以促进航天技术的发展。

具有重要的经济价值和科普功能

由于天空中的小行星很多，天文爱好者如果持续观测的话，也有机会发现新的小行星，而且小行星的发现者有提名权。小行星的命名是一种荣誉，对天文研究和科学技术发展，乃至对社会发展作出贡献的人，都有机会获得小行星的命名。在中国，国家最高科学技术奖的获得者，就会以他的名字命名1颗小行星。

目前，国际上已有许多商业航天公司，专门研究小行星的采矿和资源开发，因为一些小行星上蕴藏着很多珍稀资源。这些资源对将来地球上人类的生活大有帮助，根据小行星的资源调查，可以考虑如何开采利用。

综上所述，无论从科学角度、技术角度，还是社会角度出发，研究小行星都会促进国家科技能力的提升。

在我所在的单位——中国科学院国家天文台的对面，是中国科学院微生物研究所，那里有一块石头上刻着一句话：微生物、高科技、大产业。微生物跟我们每一个人密切相关，但我们往往会忽视它，因为它们太微小了。同样，因为小行星体积小，我们也常忽视它。但实际上，小行星探测不仅是高科技，而且也有大未来。

未来，中国将发射小行星探测器，与小行星进行伴飞、着陆、取样返回，在地球上的实验室内开展精细研究。未来，我们还将实现载人登陆小行星，发射航天器改变小行星的飞行轨道，开发和利用小行星上的资源。甚至，我们还可以在小行星上建立密闭的生态系统，把小行星当作空间站。或者，在小行星上安装发动机，采集小行星资源，生产火箭燃料，驱动小行星在太阳系的深空中旅行。就像宇航之父齐奥尔科夫斯基曾经说的那样：“总有一天，人类将像学会骑马那样，骑着小行星去旅行。”

本文原载于《中国科技教育》2019年第12期“专栏”栏目，作者郑永春。中国青辅协会员可点击“阅读原文”登录杂志官网免费浏览全文。

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