人類為什么要探測小行星

小行星是指太陽系內(nèi)環(huán)繞太陽運(yùn)動(dòng)，但體積和質(zhì)量比行星小很多的天體。目前人類已經(jīng)觀測到近百萬顆小行星，廣泛分布在從近地軌道到小行星帶、柯伊伯帶，乃至更加遙遠(yuǎn)的空間。小行星保存著太陽系形成演化的原始信息，蘊(yùn)藏海量資源，又對地球造成現(xiàn)實(shí)威脅，對它們的探測有助于揭示生命起源、開發(fā)天然資源、推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步、保護(hù)地球安全，是當(dāng)前國際深空探測的熱點(diǎn)。

揭示太陽系演化和生命起源秘密

小行星是怎樣形成的？目前的理論認(rèn)為，在太陽系早期，固體物質(zhì)不斷從原始太陽星云中凝聚產(chǎn)生，并被附近的大行星吸引捕獲。木星在形成過程中產(chǎn)生越來越大的引力擾動(dòng)，驅(qū)使殘余物質(zhì)不斷碰撞破碎，最終在火星和木星軌道間，形成了大量小行星。

這個(gè)過程與太陽系的形成基本同步。太陽系內(nèi)地球、火星等大天體，經(jīng)歷數(shù)十億年復(fù)雜演變，如今已經(jīng)面貌全非，而大部分小行星內(nèi)部演化程度低，仍大致保持著早期誕生時(shí)的樣子，從而記錄下太陽星云的初始狀態(tài)、星云演化過程以及行星生長過程，堪稱太陽系“化石”。探測小行星的化學(xué)成分、表面物質(zhì)特性和內(nèi)部結(jié)構(gòu)等情況，為研究太陽系起源和演化過程提供了很好的途徑。

地球上的水和生命是怎樣誕生的？有學(xué)者認(rèn)為可能是小行星、彗星等小天體砸落地球時(shí)帶來，因?yàn)樗鼈円埠袡C(jī)成分和水冰等物質(zhì)。對小行星的探測可以為研究地球生命起源提供重要線索。

歐空局的“羅塞塔-菲萊”探測器利用同位素測量，認(rèn)為地球上的水并不是來自彗星；日本隼鳥1號和2號探測器分別從絲川與龍宮小行星采回樣品，分析發(fā)現(xiàn)，前者所含有機(jī)物屬于非生物成因，而后者塵土樣本中蘊(yùn)含20多種氨基酸，又為小行星傳播生命的假說增加了砝碼。

小行星種類和數(shù)量眾多且分布廣泛，隨著探測技術(shù)不斷提升，和對小行星更加深入系統(tǒng)的研究，將對研究太陽系形成與演化、地球生命起源等問題提供更多幫助。

資源開發(fā)前景廣闊

小行星蘊(yùn)藏著豐富的礦產(chǎn)資源，是太空采礦的重要目標(biāo)。

按照光譜特征，小行星可分為C類（碳質(zhì)）、S類（巖質(zhì)）、X類小行星。其中，C類小行星富含碳、氫、氧、氮等元素，S類和X類的很多小行星含有巨量的礦產(chǎn)資源，有些小行星的金屬元素含量非常豐富。

目前探測到最大的M型小行星“靈神星”直徑約250千米，金屬成分占約90%，主要是鐵、鎳和輝石。3554號近地小行星直徑約2.5千米，估算蘊(yùn)含價(jià)值超過20萬億美元的鉑和金屬礦藏，這些都可能是滿足未來人類生存發(fā)展的重要資源。

甚至，小行星撞擊地球也帶來了礦藏。在加拿大薩德貝里地區(qū)，小天體撞擊形成100千米直徑撞擊坑，其中有超大型的銅鎳礦和鉑金族元素礦。在墨西哥尤卡坦半島，180千米直徑的撞擊坑中留下了大型的銅礦床。

此外，小行星引力小，資源開采難度相對低，自身又容易改變軌道。隨著人類航天技術(shù)的不斷進(jìn)步，未來，我們可以開采小行星礦產(chǎn)資源送回地球，也可以將體積較小的小行星捕獲送至近地軌道或月球軌道附近開發(fā)利用，或者直接原位處理，生產(chǎn)太空活動(dòng)所需的能源和材料，這樣可以顯著減少從地球的發(fā)射需求，降低成本與風(fēng)險(xiǎn)。

開發(fā)小行星資源已經(jīng)成為太空時(shí)代大國爭取戰(zhàn)略資源、拓展新疆域的重要手段，還將引領(lǐng)地月經(jīng)濟(jì)圈、太空制造等太空經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，具有無比廣闊的前景。

深空探測試驗(yàn)場

小行星探測具有重要的技術(shù)帶動(dòng)作用。與大天體相比，小行星具有“微引力、不確定”的特點(diǎn)?！拔⒁Α笔侵感⌒行潜砻嬉O小，難以建立環(huán)繞軌道，對它的探測需要高精度、高可靠的自主導(dǎo)航能力。探測器不能被小行星重力吸引著陸，需要精準(zhǔn)控制推進(jìn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)附著著陸，再一個(gè)是逃逸速度低，探測器非常容易在小行星表面起飛。

因?yàn)椤拔⒁Α?，難以對小行星開展先期詳細(xì)探測，由于距離遙遠(yuǎn)，地球觀測僅能獲得小行星的基本軌道參數(shù)和少量信息，而對它的體積大小、地形地貌、運(yùn)動(dòng)特性、引力場等物理特性難以把握，這就帶來認(rèn)識上的“不確定”，使探測器對小行星的交會(huì)和著陸面臨更多困難。

所以，小行星探測在牽引航天技術(shù)發(fā)展方面具有不可替代的作用，需要突破一批新的核心技術(shù)，包括軌道精密測控和自主導(dǎo)航、小推力轉(zhuǎn)移軌道、弱引力天體表面采樣、多模式長壽命電推進(jìn)等，這些技術(shù)的發(fā)展將提升人類深空探測能力。

小行星探測也是高度綜合的太空任務(wù)，對任務(wù)設(shè)計(jì)、運(yùn)載系統(tǒng)、空間推進(jìn)、航天測控等都提出較高要求。很多近地小行星容易抵達(dá)，探測難度低，花費(fèi)少，是非常好的技術(shù)試驗(yàn)場。美國、歐洲、日本等在小行星探測任務(wù)中，試驗(yàn)了大量的新方案和新技術(shù)。

如歐空局通過探測彗星的任務(wù)，驗(yàn)證了多行星借力、彗星表面著陸等技術(shù)，美國宇航局在小行星探測過程中驗(yàn)證了太陽能電推進(jìn)、自主導(dǎo)航、微小相機(jī)光譜成像等技術(shù)，這些都為未來深空探測奠定了重要基礎(chǔ)，是人類走向深空的提前演練。

保衛(wèi)地球的安寧

小天體撞擊地球是一個(gè)必然事件，歷史上多次造成地球環(huán)境災(zāi)變和生物滅絕，是人類必須直面的重大潛在威脅。

天文學(xué)定義與地球最小距離在0.3AU(1AU是日地距離)范圍內(nèi)的小行星為近地小行星，目前已發(fā)現(xiàn)超過20000顆，其中一部分的運(yùn)行軌道與地球軌道相交，存在撞擊地球的可能。與地球最小距離在0.05AU，直徑大于140米的小行星被定義為有威脅的近地小行星，占總數(shù)的十分之一。

更為復(fù)雜的是，當(dāng)小行星進(jìn)入地球一定距離范圍內(nèi)，就有可能被地球引力俘獲,改變運(yùn)行軌道撞向地球，它們的軌道同時(shí)也受太陽系其他大天體的引力攝動(dòng)，不斷改變。所以，對地球有威脅的小行星并不恒定，而且威脅程度經(jīng)常發(fā)生變化。

人類面臨的威脅非常嚴(yán)峻，直徑140米以上的小行星,撞擊地球的威力可以毀掉一個(gè)中等大小國家。地球上已證實(shí)的隕石坑將近200個(gè),其中約1/4的直徑超過10千米。6500萬年前導(dǎo)致恐龍滅絕的小行星撞擊事件，在墨西哥留下150千米直徑的撞擊坑。

2013年，一顆直徑大約17米的小行星進(jìn)入大氣層，在俄羅斯車?yán)镅刨e斯克地區(qū)上空90千米處發(fā)生爆炸，爆炸當(dāng)量相當(dāng)于廣島原子彈的13倍。這次事件造成1600余人受傷，1000多間房屋受損。

2019年7月，1顆直徑57-130米的小行星在距地球72萬公里處擦肩而過，如果它的軌道變化更大一些，撞到地球，將產(chǎn)生廣島原子彈5000倍的爆炸威力。這顆小行星從太陽位置向地球飛來，被強(qiáng)烈的陽光遮蔽了身影，科學(xué)家們提前1天才突然發(fā)現(xiàn)它的蹤跡，驚出一身冷汗。

所以，近地小行星監(jiān)測預(yù)警與防御，與人類生存密切相關(guān)，也是國際航天界面臨的重大技術(shù)挑戰(zhàn)之一。為保衛(wèi)地球安寧，需要對近地小行星開展巡天觀測,發(fā)現(xiàn)所有潛在威脅的目標(biāo)；要持續(xù)監(jiān)測威脅小行星，及時(shí)判斷風(fēng)險(xiǎn)變化；要開展小行星探測和采樣活動(dòng)，研究它們的物質(zhì)組成和軌道機(jī)制，最終才能消除潛在威脅。

我國已宣布組建近地小行星防御系統(tǒng)，與各國共同應(yīng)對近地小行星撞擊威脅。這是我們履行大國義務(wù)，體現(xiàn)大國擔(dān)當(dāng)?shù)闹匾e措，更是保護(hù)人類生存發(fā)展、構(gòu)建命運(yùn)共同體的必然選擇。