小行星的分類及飛行器探測歷史

李世杰

小行星是什么？小行星是圍繞太陽公轉的小型石質天體，直徑通常在10米至1000公里之間，小于10米時則稱之為流星體。通常所說的小行星僅指內太陽系（木星軌道以內）的小天體。

小行星由未并入太陽系行星的小星子演變而來，它們形成于太陽系內不同的區域，記錄了其形成環境的物理化學特征。科學家通過來自小行星的巖石（隕石）知道了太陽系的化學組成、地球和太陽系的形成年齡。

水和生命很有可能是通過小行星輸送到地球，小行星的撞擊在地球系統的演化中也扮演了重要的角色，地球上曾經發生過多次小行星撞擊事件。至今，一些近地小行星（NEO）對地球的撞擊威脅如同懸掛在人類頭頂的達摩克利斯之劍，一顆直徑約1.5公里的小行星撞擊地球就足以摧毀人類文明。因此國際上越來越多的小行星研究團隊將注意力放在近地小行星的災害預警研究方面，這些工作不僅僅針對那些已知對地球具有潛在威脅的小行星，更重要的則是去發現那些未知的卻對地球具有潛在威脅的近地小行星。

隨著航天科技的不斷發展，人類開始將尋找資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、有機質、貴金屬等，這些將會是未來月球基地、火星基地甚至太空基地所需的重要資源。

至今超過80萬顆小行星被確認，這可能只是其中很小的一部分，而每年都會有大量的小行星被發現。小行星的數量隨著質量的減小而指數增長。

小行星帶中最大的小行星為谷神星，也被稱之為矮行星，直徑為939公里。第二大的小行星為灶神星，直徑為525公里，被認為是HED隕石的母體小行星。

小行星分類

光譜分類：人類研究小行星的最主要手段是通過地基的各種觀測，其中一種常用的辦法就是測定小行星的可見光-近紅外光譜。根據小星的光譜的不同，將其主要分為5個大的光譜類型：C型、S型、M型、E型和V型。

C型小行星因為富含碳質通常顏色較暗，而且構成的礦物顆粒通常非常細小，這兩個原因使其表面反照率非常低，只有0.05。C型小行星數量巨大，約占所有小行星的75%，被認為是碳質球粒隕石的源區。龍宮（Ryugu）小行星屬于C型，目前日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）的隼鳥2號探測器正在攜帶龍宮表面的樣品向地球返航，預計2020年12月前返回地球。

S型小行星是數量第二多的小行星類型，通常分布于小行星帶的內側，其反照率高，通常在0.15至0.25之間。近地小行星絲川（Itokawa）屬于S型小行星。日本JAXA的隼鳥一號于2010年 6月13日將絲川小行星表面的約1500顆微粒帶回地球，研究表明其物質組成與普通球粒隕石LL群一致。這也直接證明了將小行星遙感光譜與隕石建立聯系是科學可行的。

M型小行星是第三多的小行星類型，該類型小行星的反照率比S型小星低，可能主要由鐵鎳金屬構成。該類小行星對應的隕石類型為鐵隕石和頑輝石球粒隕石。

E型小行星數量較少，主要由頑輝石組成所以顏色非常淺，因此具有非常高的反照率（一般大于0.4），該類小行星對應的隕石為頑輝石無球粒隕石。1948年降落在美國堪薩斯州的Norton County隕石是最知名的頑輝石無球粒隕石。

V型小行星較為稀少，該類型小行星表面含有大量的輝石，其光譜分別在0.8微米與2微米具有顯著的吸收峰。灶神星（VESTA）屬于V型小行星。

軌道分類：依據其軌道位置，小行星分別屬于主帶小行星、特洛伊小行星和近地小行星。

主帶小行星的軌道位于火星與木星之間的廣闊區域，通常具有較低的軌道偏心率，這一區域大約有1-2百萬個直徑大于1公里和數百萬顆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屬主帶小行星。

特洛伊小行星與木星共用軌道，他們分布于木星軌道前方和后方的60度位置上。其它行星軌道上類似分布的小行星也均稱為特洛伊小行星，目前發現金星、地球、火星、天王星和海王星軌道上均具有特洛伊小行星，但木星的特洛伊小行星數量巨大，已有數千顆木星特洛伊小行星被確定。

近地小行星是指那些軌道靠近地球的小行星，根據其與地球軌道的關系被劃分為阿莫爾型小行星（Amor）、阿波羅型小行星（Apollo）和阿登型小行星（Aten）。阿莫爾型小行星穿越火星軌道并靠近地球軌道，愛神星就是這類小行星的代表，該小行星離地球最近時的距離為0.15天文單位。

阿波羅型小行星的軌道位于火星與地球之間，其中一些此類小行星的軌道偏心率非常高，其近日點可達金星軌道以內。阿波羅小行星則是這類小行星的代表，軌道在0.65至2.29天文單位之間。阿登型小行星的軌道通常在地球軌道以內，以1976年發現的阿登小行星命名此類小行星，這類小行星的軌道偏心率比較高，有時會與地球軌道相交。

小行星的飛行器探測歷史

迄今為止人類已成功的向15顆小行星進行了飛行器探測，其中絕大多數由美國NASA完成。

伽利略號（Galileo）由美國NASA于1989年發射，主要目標是探測木星及其衛星。伽利略號探測器在飛往木星的途中分別于1991和1993年順帶探測了兩顆小行星。1991年伽利略號探測器實現人類首次靠近小行星并獲得了S型主帶小行星Gaspra的影像。該探測器于1993年臨近S型近地小行星Ida并發現了Ida的衛星Dactyl。

國NASA發射，其主要目標就是花一年以上的時間繞飛探測阿莫爾型近地S型小行星愛神星（Eros），最終飛行器在控制下降落至愛神星的南部。在前往愛神星的途中，會合-舒梅克號號與1997年6月27日飛臨主帶C型小行星梅西爾德星（Mathilde）。

Deep Space 1于1998年由美國NASA發射，飛行器在完成飛臨主帶小行星Braille后又飛臨了彗星Borrelly。

星塵號（Stardust）于1999年由NASA發射，其主要目標是采集彗星Wild 2的塵粒并返回地球，最終該探測器成功的采集到彗星的樣品并于2006年安全返回地球。在執行任務過程中，該飛行器于2002年11月2日飛臨主帶S型小行星Annefrank，影像分析表明該小行星是預想尺寸的2倍。

隼鳥號（Hayabusa）由日本JAXA于2003年發射，飛行器經過7年的太陽系旅行并最終克服重重困難將1500多顆珍貴的小行星塵粒樣品帶回地球。被探測和采樣的絲川小行星是一顆直徑約500米的S型近地小行星，該小行星被認為對地球安全具有潛在的威脅。隼鳥號首次突破性的實現了人類從小行星表面采樣返回。

羅塞塔號（Rosetta）是歐空局（ESA）于2004年發射的探測器，由羅塞塔探測器和菲萊登陸器兩部分組成，其目的主要是將菲萊登陸器降落在彗星67P（Churyumov–Gerasimenko）。在飛往彗星67P途中，該航天器分別飛臨了主帶M型（或C型）小行星Lutetia和主帶E型小行星？teins。

新視野號（New Horizons）是美國NASA為研究矮行星冥王星及其衛星而設計的探測器，于2006年發射升空，至今還在執行飛行任務。2006年6月13日，新視野號飛臨了主帶S型小行星APL，該小行星的飛臨觀測并未在計劃內。2019年1月，新視野號飛臨了柯伊伯帶小行星Arrokoth，該小行星外形呈花生狀，這也是探測器首次飛臨柯伊伯帶小天體。

黎明號（Dawn）探測器由美國NASA于2007年發射升空，用于探測太陽系小行星帶中最大的兩顆小行星谷神星（Cere）和灶神星（Vesta），該飛行器歷時四年到達灶神星，對灶神星展開了約14個月的探測后于2012年9月飛向谷神星。2015年3月6日，黎明號探測器抵達谷神星繞飛軌道，目前該飛行器仍停留在谷神星附近軌道中。

嫦娥二號（Change 2）是我國探月工程一期的嫦娥一號的備份星進行了技術改進而來，于2010年發生升空。在完成其月球探測任務后，嫦娥二號于2012年12月13日以3.2公里的最近距離掠過Toutatis小行星，并獲得了一系列有關Toutatis小行星的參數。Toutatis小行星是對人類具有潛在安全威脅的S型近地小行星，其直徑約2.45公里。

隼鳥2號（Hayabusa2）于2014年12月3日由日本JAXA發射升空，主要目標是從C型近地小行星龍宮（Ryugu）表面采樣并返回地球。由于龍宮表面比預想中的更為崎嶇復雜，為了保證采樣的順利完成而不得不推遲采樣任務的執行。最終于2019年2月21日執行了龍宮小行星表面樣品的采集，2019年6月5日執行了龍宮小行星次表面樣品的采集。目前隼鳥2號正攜帶樣品在返回地球的途中，預計2020年底抵達地球。

OSIRIS-Rex是美國NASA主導的小行星研究和采樣返回任務，該探測器于2016年9月8日發射升空，2018年12月3日抵達C型近地小行星貝努（Bennu）繞飛軌道。由于貝努表面碎石較多而表土相對匱乏，這為采樣的安全性帶來了極大挑戰，因此采樣任務被推遲，目前探測器正在貝努近表面演練樣品采集過程，很快將實施樣品采集。

隨著航天技術的飛速發展，人類將會越來越多的將精力投入到太空探索領域內。小行星的災害預警和應對策略研究、采樣返回研究、資源開發與利用是未來的主要發展方向。讓我們共同期待小行星探索的盛世的到來。

（編輯/高緯時）