在2013年2月15日,一顆隕石墜落在俄羅斯車里雅賓斯克州,導致當地近1200人受傷,造成經濟損失10億盧布。據俄羅斯科學院估計,這塊墜地的隕石重10噸,以每小時至少5.4萬千米的超音速進入地球大氣層,在距離地面30千米~50千米時解體,爆炸威力相當于一顆小型原子彈。這是一顆近地小行星。闖入地球大氣層的近地小行星是多么可怕,然而卻有人想開發近地小行星。
谷歌創始人拉里·佩奇和電影導演詹姆斯·卡梅隆共同資助一家公司,并在2012年4月24日公布了他們的近地小行星探測計劃:試圖開采這些近地小行星上的貴重礦產資源。但由于小行星的引力場較弱以及在太空中橫沖直撞,可以說,要實現在小行星上采礦的設想將會面臨諸多困難。
地球的“迷你月亮”
一個世紀前,一些奇怪的東西劃破了北美洲的天空。1913年2月9日,很多目擊者在北美的夜空看到了許多正在燃燒的火球,它們并不像流星雨那樣拖著長長的尾巴向四方飛逝,而是在北美洲上空緩慢而有條不紊地移動著?;鹎蜃钕瘸霈F在加拿大的薩斯喀徹溫省,燃燒的紅色火球拖著蒸汽般條紋移向東南方并經過紐約以北,隨后回蕩在大西洋上空。這一奇觀的最后一站是百慕大群島,此時正好有一艘蒸汽輪船駛過,見證了這最后一幕。
從這一奇觀的起始地到終結地之間的距離是9200千米。能夠在如此大的范圍內看到這些火球,說明它們處于繞轉地球的軌道上。結論是引人注目的:那天晚上人們看到的,很可能是地球的一顆早期未被發現的小型月球的瓦解過程。
1913年的事件并不是唯一的。小行星軌道的計算機模型顯示,太空中一些直徑幾米的小行星如果距離地球很近,它就會被地球的引力場所捕獲。但是,這些小行星中只有很少的一部分會瓦解并撞向地球,而許多繞轉地球的小行星是觀測不到的,它們的軌道比月球還要遠,之后便悄無聲息地滑入深空。然而,當它們的軌道距離接近地球時,便會成為地球的“迷你月亮”。這些“迷你月亮”不但比我們想象中更加普遍,而且還能在揭示太陽系演化中扮演重要角色。
一顆行星捕獲一顆小型天體并不足為奇,木星就是這方面的大師。1994年7月,木星最著名的獵物便是“蘇梅克一列維9”號彗星。隨后,這顆巨行星將“蘇梅克一列維9”號彗星撕成碎片,那真是一場驚心動魄的“星球之戰”。
幸運的是,地球的引力并不像木星那樣強,這也意味著諸如木星那樣的撞擊事件幾乎不會發生在地球上。一些近地小行星來自于火星和木星之間的tspKhZMpixGaEKsx7t8Tnw==主帶小行星。然而,用來監測有可能撞擊地球的小行星的望遠鏡發現,太陽系中有越來越多的小行星。其中,由遠古時期大型天體撞擊后的碎片形成的小行星很小,這些體積較小的小行星如果距離地球很近,那就很可能被地球捕獲并圍繞地球公轉(或許時間很短)。
追蹤“迷你月亮”
赫爾辛基大學的邁克爾·格蘭維克和他的同事是那些飛過夜晚的小行星的追蹤者。格蘭維克小組的計算表明,一些“迷你月亮”的直徑可能只有幾米,其與地球的距離可能是地月距離的12倍遠。由于受到太陽和其他行星的攝動,這些“迷你月亮”在地球引力場中的旅行是很微妙的。結果,格蘭維克的模型顯示,許多“迷你月亮”僅在地球周圍停留近9個月,就會再一次滑入深空?;蛟S最令人感到驚訝的是,如此短暫停留的“迷你月亮”是件稀松平常的事情。格蘭維克說:“或許,現在就有一顆這樣的‘迷你月亮’?!?/p>
找到一顆“迷你月亮”并不容易,這是因為它們的體積較小,所以很難捕捉到其反射光。目前,美國夏威夷的泛星計劃望遠鏡正在尋找具有潛在威脅的近地小行星。但是,這些巡天計劃并沒有足夠的能力來搜尋直徑只有幾米的“迷你月亮”。
然而,格蘭維克和其他人經常看到的卻是類似“迷你月亮”的太空垃圾。美國航空航天局噴氣推進實驗室的保羅·克達斯說:“在我們觀測到的6個目標中,有5個是太空垃圾?!?/p>
剩下的一顆呢?有可能真的是“迷你月亮”。2006年9月14日,卡特里那巡天系統探測到一顆正在地球軌道上的目標——這顆名為2006 RH120的小行星是2006年7月被地球捕獲的。正如天文學家觀測到的那樣,它僅僅花費3個月的時間就繞轉地球3圈。其他一些被認為是太空垃圾的,在進入月球軌道后又再一次慢慢飄走。
為了區別于太空垃圾,克達斯分析了2006 RH120的軌道。首先,小行星相對于太空垃圾較致密,它們的運動是借助引力的推動;而太空垃圾幾乎中空,其運動主要是借助太陽光壓的推動。被記錄的這顆2006 RH120,其直徑大約是5米?,F在,這顆小行星如同地球一樣在圍繞太陽公轉,到2017年,該小行星正好同我們地球分別位于太陽的兩邊。而它再次拜訪地球的時間很可能是2028年左右。
格蘭維克懷疑,天文學家已經看到了一些真實的“迷你月亮”?!爱斢^測者看到一個目標處于地球軌道的時候,”他說,“他們會想這個目標僅僅是太空垃圾。因此,不會太在意這些目標。”他希望新的巡天計劃開啟對這些“迷你月亮”的觀測。計劃于2019年完成的大口徑全天巡視望遠鏡,其口徑為8.4米(主要用以搜尋小行星),應當能輕松快速地發現這些“迷你月亮”?!叭绻磥砦覀冋业搅诉@些‘迷你月亮’,那么我們將有機會來研究這類之前從未看到過的小行星,”格蘭維克說,“我們還能夠很容易地向它們發射探測器?!?/p>
的確,這些任務的耗資是巨大的。小行星是行星形成過程中的殘留物,它們的成分是巖石和金屬,永遠也不可能合并成更大的天體。因此,這些小行星保留了很多行星形成的線索,例如形成行星的原始成分(包括促進地球上生命起源的有機成分)。
飛向“迷你月亮”
近年來,試圖從一顆小行星上采集樣本的行星科學家可以說是費盡心機,針對一顆“迷你月亮”的任務或許會為他們提供超越其狂野夢想的更多便利和恩賜。日本空間局的“隼鳥”號探測器在遭受了挫折和延遲之后,最終于2003年開始了以近地小行星“系川”為目標的旅程。在飛行過程中,“隼鳥”號受到了猛烈太陽風暴的襲擊,其太陽能板也因此損壞了。此后,它不得不降低探測器的能耗并緩慢地飛行。2005年,“隼鳥”號到達小行星“系川”,但在試圖著陸的過程中失去了聯系。盡管“隼鳥”號遭遇了重重險關,但幸運的是,2010年6月,“隼鳥”號跌跌撞撞地回到地球,并帶回了小行星的珍貴樣本。
為了與小行星交會,探測器一般要花幾個月甚至幾年的時間在太空飛行。相反,一艘用于探測“迷你月亮”的探測器,只需要幾周甚至是幾天的飛行時間。格蘭維克說:“對于一顆直徑僅幾米的‘迷你月亮’而言,我們甚至可以將其完整地帶回地球進行研究?!?/p>
除了科研價值外,“迷你月亮”很可能給人類帶來更多的財富——貴金屬。
小行星主要分成三類:M型小行星主要是由金屬構成;S型小行星屬于石質且富含鐵、鎳以及鎂等稀有金屬的小行星;c型小行星是最普遍的一類,其構成元素與宇宙平均豐度幾乎相同,只是不含氫和氧。
20世紀80年代,人們曾談論起在小行星上開礦必須穿上太空服之類的話題。現在,這些想法重新成為了時尚。重新關注太空服的原因是:在過去的10年里,黃金和其他一些貴金屬的價格穩步上升。1994年,美國行星科學研究所的威廉·哈特曼估算,一顆2000米寬的小行星可能富含25萬億美元的礦產資源!這足夠用來償還美國15萬億美元的國債,并且使投資者變得很富有。
當然,困難是這些資源并不是觸手可及的。然而,“迷你月亮”可以改變這些情況,盡管這些“迷你月亮”的直徑是小行星的千分之一,盡管它們距離我們仍然很遠。“如果它們被地球捕獲,一下子就能把距離拉近,這樣開采就變得可行了?!笨诉_斯肯定地說,盡管他仍然不確定在空間采礦的可行性到底有多大。
清華大學航空航天工程師寶音賀西及同事,在確定了被地球捕獲的小行星的可能規模后指出,對一些足夠靠近地球的近地小行星,通過發射導彈或在小行星上設置太陽帆,便能將其“推”進地球軌道。他們認為,這可能是在近地小行星上采礦的有效手段之一。
隨著世界人口的劇增,對資源的需求也在不斷增大,或許這是在小行星上進行資源開采的推動力之一。此外,諸如太空探索技術公司等私營空間公司的出現,使得空間任務的成本急劇下降。太空探索技術公司發射火箭的費用可以低至每千克2000美元以下。
即便如此,克達斯還是持懷疑態度?!把兄菩⌒行侵懷b置是昂貴的,如果還要在上面開采礦產并將其帶回地球,其成本必然更高。”他說,“我不確定太空旅行能否足夠廉價,以至于在小行星上采礦都變得可行?!?/p>
即使在小行星上采礦的提案永遠得不到支持,但“迷你月亮”仍然是一項不可或缺的資源。當這些“迷你月亮”來到我們地球的家門口時,為什么要花費數十億美元去著陸小行星?除非我們看不到這些“迷你月亮”。但是,如果我們審視整晚的夜空,我們有足夠的理由相信,它們就在那里,并如同地球的果實一樣被地球捕獲而圍繞地球公轉。