小行星，大挑战
Stephen Battersby　文　Shea　编译
	在小行星上着陆可能是迄今最大的宇航挑战。 　　在“小王子”号宇宙飞船上，三个勇敢的宇航员正在准备踏上一个新的星球。他们是第一批旅行到距离地球如此遥远的地方的人类，此时的地球已经缩成了他们身后的一个蓝色暗点。 　　与之相反，他们的目标就在前方的舷窗中若隐若现，来自这个天体上的峡谷、沙漠以及山峦的反光照得舱室格外明亮。这次伟大远征的目的地就是这个直径不到60米的小天体。 [图片说明]：未来人类登陆小行星的卡通画。版权：Tom Gould。 新的目标 　　自从火星计划在2010年被取消以来，美国宇航局的载人空间飞行便转向了把宇航员送往飞过的小行星。2010年4月奥巴马总统公布的这个目标在尺寸上也许很小，但回报却是巨大的。小行星宇航员会帮助我们搞清楚这些行星际碎片是由什么组成的、它们是否帮助了地球上生命的起源以及该如何避免它们与地球的碰撞。幸运的是，其中具有最大威胁的也是最容易前往的。这些小行星会飞向我们，从地球近处经过；同样地，我们也能飞向它们。 　　在一个比足球场还小、几乎没有引力的小行星上安营扎寨绝非易事。它不仅可能转得飞快，甚至也许不是坚实的固体——有着易碎外壳的松散尘埃球。 　　前往这一遥远目标的第一步已经在水下迈出。2011年4月，美国宇航局的工程师在海底的实验室中用岩石、粗石和沙粒模拟了宇航员可能会遇到的各种不同的表面。 　　随后在2011年10月，在海平面下19米处深海实验室工作人员测试了在模拟的地形上运动并采集样本的各种方法。由于没有重力和地面的支撑力，因此你就无法行走，从一个地点到另一个地点此时会成为真正的挑战。 　　飘入深空是最直观的危险。其他的则还包括潜伏在附近的小型卫星岩石可能会击中航天器。小行星表面任何细小的尘埃很容易就会被扰动，扬起形成一片可持续数日的尘埃云。它会遮蔽宇航员的视线，渗入宇航服和其他设备的连接部导致故障。这也正是登陆小行星比登月更复杂和更困难的地方。 　　然而，在另一个方面这个任务又是相对容易的。对于登陆有显著表面重力的天体，例如月球或者火星，你必须要燃烧大量的燃料来减缓下降的速度，避免一头栽倒在地上。之后你还必须要再燃烧更多的燃料来起飞脱离这个天体。而这每一滴燃料都是以巨大的代价从地球带去的。但如果前往表面重力只有地球百万分之一的小行星，你就可以相对缓慢地滑行到目的地，然后轻柔地着陆。当任务结束时，起飞几乎不费吹灰之力。这无疑会比火星任务便宜得多。 　　这也是为什么小行星在预算如此紧张的今天依然位于议程表之上的主要原因。不过，相对于钱来说更重要的是，小行星保留有未受改变的古老物质，研究它们可以告诉我们有关太阳系早期的信息。 [图片说明]：一些小行星的大小和被探测情况。 活的化石 　　通过研究陨石——掉落到地球上的小行星残片——和分析不同类型的小行星反射光的光谱，天文学家已经对它们的组成有了大致的了解。其中一些含有金属，它们是由古代的原行星锻造的。随后彼此之间的碰撞使得原行星被打成碎片，它们熔融的金属核心也四散开来，凝固成了铁质团块。还有一些是石质的，由和地球岩石类似的硅酸盐矿物组成。而最常见、最原始的陨石则都富含碳和复杂的有机化合物。石质和含碳的小行星往往都是聚合得十分松散的“碎石堆”，它们曾经被撞散过并且在不断地再形成。 　　然而，光谱数据和我们找到的陨石之间仍有一些不一致的地方。有些陨石和我们在天上看到的对不上号。反过来，一些小行星模棱两可的光谱信号也不和已知的陨石相符。这也许是小行星表面物质被空间天气环境——无情的宇宙线和微流星体轰击——改变的结果。 　　只有探访一些近地小行星并采集样本我们才能确定这些光谱的含义。这能让我们重新解读对更遥远小行星——绝大部分位于火星和木星间小行星带中——的观测结果。这就像绘制一张太阳系的地质图，它能帮助我们检验行星的形成模型。 　　撞上地球的小行星也许带来了丰富的有机物，最终促成了地球上的生命起源。1969年坠落在澳大利亚的默奇森陨石就含有数千种复杂的有机化合物，其中还包括了氨基酸。为了了解那儿还可能有什么，天文学家希望能拜访一颗从其光谱可知其富含有机物的含碳型小行星。这将帮助我们了解小行星在地球生命起源中的作用。 　　甚至有一种微小的可能性，我们的祖先也许是来自火星的移民微生物，蛰伏在这些游荡的石块中来到了地球。虽然不太可能会在近地小行星上找到外星细菌的“干尸”，但也绝非不可能。 　　正如小行星所能赐予我们的，它们也能从我们身上夺走。它们剧烈的撞击在地球上留下了道道伤疤——最近一次发生在1908年一个天体在西伯利亚通古斯上空爆炸夷平了方圆2,000平方千米的森林。尽管在你有生之年发生大型碰撞的概率很微小，但一旦发生后果却是致命的。直径1,000米的小行星可以摧毁一个大洲并有可能使得人类文明终结。更常见的直径100米的小行星则能抹掉一个大型城市甚至是一个小国家。然而，我们无须坐以待毙。有了时间、金钱和来自采样返回任务获得的小行星结构数据，人类应该会想出保卫家园的办法。 　　在我们出发去探测这些小不点之前，天文学家必须要先选定目标。为了便于前往，这颗小行星要位于和地球相似的轨道之上，因此它可以近距离地靠近我们并且运动地相对较慢。但这也使得它难以从地面观测，因为大多数时间里它都位于白天的天空中，只有在我们追上它或者它追上我们的时候才会清晰地露面。等到我们发现了这样一颗小行星，发射宇宙飞船已为时已晚——我们将不得不等待几十年之后它的下一次飞掠。因此，一架新的空间望远镜对于追踪这些小行星而言是至关重要的。 [图片说明]：科学家们在水下模拟登陆小行星时的场景。版权：NASA。 迷你远征 　　根据发现的速度，天文学家计算了有多少不同大小的近地小天体位于这些便于探测的轨道之上。较小的小行星要比大个的多得多，且不太可能找到直径远超100米同时又易于前往的目标，所以我们也许不得不安心于一次迷你远征。 　　这些较小的小行星中绝大多数都具有超快的自转速度，其赤道运动的速度甚至大于环绕它所需的轨道速度。于是在这样一颗小行星表面放一块石头的话，石头自己就会升空飞走，由此用绳索系住宇航员和航天器都会是极为困难的。远征一颗慢自转的小行星则会进一步减少可选择的对象，这也许意味着我们的第一次远征将不得不针对小于100米的目标。当然你不希望前往比你的飞船还要小的天体，那太让人难堪了。 　　直径大于50米的小行星会是理想的目标。它既有很多可探测的地方，又有着会对地球构成威胁的大小。 　　就算是如此谨慎地挑选目标，宇航员仍将面对一条漫长而危险的征途。这颗小行星可能会位于远超月球的几百万千米之外，这意味着宇航员在3到6个月的深空飞行中将暴露在强辐射之下。在6个月里辐射的背景值足以让他们患上癌症的风险升高1%。更恼人的是，大型太阳耀斑还有可能朝他们喷发出猛烈的辐射。因此他们的飞船必须要有一个防护作用非常好的太阳风暴庇护所，供他们隐蔽藏身。 　　小行星宇航员将会比他们前往月球的前辈更为孤立，因为无线电信号要花更长的时间才能抵达。地面模拟显示，50秒的时延就能让普通的对话成为不可能。无论任何情况，如果你在750万千米之外突然遇到了麻烦，那么即使告诉控制中心也基本无济于事，因为在这个距离上救援的可能性微乎其微。 　　这样看来，无人探测器似乎更适合严酷的深空。然而，即便机器也能像受过训练的宇航员那样从事科学探测，但人类的效率却更高。这也是把人送往小行星的另一个原因所在。人类的长期目标是试图遍及太阳系，而小行星任务可以拓展我们长期深空飞行的能力。 [图片说明]：科学家们在水下模拟登陆小行星时的场景。版权：NASA。 下一个飞跃 　　小行星甚至还能充当太空敲门砖。它们含有宝贵的金属和水，通过研磨和加热可以提取出来。水对于生命直观重要，还可以利用由太阳能电池板采集来的电力分解成氢和氧来作为燃料。沿路加满燃料会使得行星际航行变得更可行。 　　但是在太空中找水之前，美国宇航局的科学家先去加勒比海潜了一趟水，在海底实验室进行了一系列的模拟实验。背上喷气背包，他们可以进行远距离飞行。但它们的稳定性不好，当你挥动锤子敲击岩石的时候，就会因反作用力而飞走。固定用的绳索也没有之前想象的那么有用：虽然能提供一点拉力，但不足以使人在这样的失重环境下真正稳定下来。相反，宇航员可以把它们自己固定在可伸缩吊杆的一端。这样虽然动起来很慢，但当你抵达要去的地方时它极易稳定。最终可能还需要融合所有的这些技术。 　　与此同时，航天硬件也正在发展中。美国宇航局正在根据航天飞机技术设计一种新的重型运载火箭，也正在建造载人飞船——多用途载人载具。它有可能会增加一个可充气的生活区，甚至还有一艘小型飞船，以此来作为前往小行星的最终方案。 　　在预算紧缩的今天，这一冒险是否真的会得到资助？科学家们对此表示乐观，因为对于人类而言它值得尝试。如果这份乐观得到了应验，那么第一批小行星远征队会在2020年之后的某个时间出发。
[New Scientist 2011年11月26日]

2001-2020火流星工作组制作


本文遵循“创作共用约定”之“署名-非商业性使用-禁止演绎”3.0约定
任何意见和建议请致电：