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“迷你月亮”上的丰富矿藏

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在2013年2月15日,一颗陨石坠落在俄罗斯车里雅宾斯克州,导致当地近1200人受伤,造成经济损失10亿卢布。据俄罗斯科学院估计,这块坠地的陨石重10吨,以每小时至少5.4万千米的超音速进入地球大气层,在距离地面30千米~50千米时解体,爆炸威力相当于一颗小型原子弹。这是一颗近地小行星。闯入地球大气层的近地小行星是多么可怕,然而却有人想开发近地小行星。

谷歌创始人拉里·佩奇和电影导演詹姆斯·卡梅隆共同资助一家公司,并在2012年4月24日公布了他们的近地小行星探测计划:试图开采这些近地小行星上的贵重矿产资源。但由于小行星的引力场较弱以及在太空中横冲直撞,可以说,要实现在小行星上采矿的设想将会面临诸多困难。

地球的“迷你月亮

一个世纪前,一些奇怪的东西划破了北美洲的天空。1913年2月9日,很多目击者在北美的夜空看到了许多正在燃烧的火球,它们并不像流星雨那样拖着长长的尾巴向四方飞逝,而是在北美洲上空缓慢而有条不紊地移动着。火球最先出现在加拿大的萨斯喀彻温省,燃烧的红色火球拖着蒸汽般条纹移向东南方并经过纽约以北,随后回荡在大西洋上空。这一奇观的最后一站是百慕大群岛,此时正好有一艘蒸汽轮船驶过,见证了这最后一幕。

从这一奇观的起始地到终结地之间的距离是9200千米。能够在如此大的范围内看到这些火球,说明它们处于绕转地球的轨道上。结论是引人注目的:那天晚上人们看到的,很可能是地球的一颗早期未被发现的小型月球的瓦解过程。

1913年的事件并不是唯一的。小行星轨道的计算机模型显示,太空中一些直径几米的小行星如果距离地球很近,它就会被地球的引力场所捕获。但是,这些小行星中只有很少的一部分会瓦解并撞向地球,而许多绕转地球的小行星是观测不到的,它们的轨道比月球还要远,之后便悄无声息地滑入深空。然而,当它们的轨道距离接近地球时,便会成为地球的“迷你月亮”。这些“迷你月亮”不但比我们想象中更加普遍,而且还能在揭示太阳系演化中扮演重要角色。

一颗行星捕获一颗小型天体并不足为奇,木星就是这方面的大师。1994年7月,木星最著名的猎物便是“苏梅克一列维9”号彗星。随后,这颗巨行星将“苏梅克一列维9”号彗星撕成碎片,那真是一场惊心动魄的“星球之战”。

幸运的是,地球的引力并不像木星那样强,这也意味着诸如木星那样的撞击事件几乎不会发生在地球上。一些近地小行星来自于火星和木星之间的主带小行星。然而,用来监测有可能撞击地球的小行星的望远镜发现,太阳系中有越来越多的小行星。其中,由远古时期大型天体撞击后的碎片形成的小行星很小,这些体积较小的小行星如果距离地球很近,那就很可能被地球捕获并围绕地球公转(或许时间很短)。

追踪“迷你月亮”

赫尔辛基大学的迈克尔·格兰维克和他的同事是那些飞过夜晚的小行星的追踪者。格兰维克小组的计算表明,一些“迷你月亮”的直径可能只有几米,其与地球的距离可能是地月距离的12倍远。由于受到太阳和其他行星的摄动,这些“迷你月亮”在地球引力场中的旅行是很微妙的。结果,格兰维克的模型显示,许多“迷你月亮”仅在地球周围停留近9个月,就会再一次滑入深空。或许最令人感到惊讶的是,如此短暂停留的“迷你月亮”是件稀松平常的事情。格兰维克说:“或许,现在就有一颗这样的‘迷你月亮’。”

找到一颗“迷你月亮”并不容易,这是因为它们的体积较小,所以很难捕捉到其反射光。目前,美国夏威夷的泛星计划望远镜正在寻找具有潜在威胁的近地小行星。但是,这些巡天计划并没有足够的能力来搜寻直径只有几米的“迷你月亮”。

然而,格兰维克和其他人经常看到的却是类似“迷你月亮”的太空垃圾。美国航空航天局喷气推进实验室的保罗·克达斯说:“在我们观测到的6个目标中,有5个是太空垃圾。”

剩下的一颗呢?有可能真的是“迷你月亮”。2006年9月14日,卡特里那巡天系统探测到一颗正在地球轨道上的目标——这颗名为2006 RH120的小行星是2006年7月被地球捕获的。正如天文学家观测到的那样,它仅仅花费3个月的时间就绕转地球3圈。其他一些被认为是太空垃圾的,在进入月球轨道后又再一次慢慢飘走。

为了区别于太空垃圾,克达斯分析了2006 RH120的轨道。首先,小行星相对于太空垃圾较致密,它们的运动是借助引力的推动;而太空垃圾几乎中空,其运动主要是借助太阳光压的推动。被记录的这颗2006 RH120,其直径大约是5米。现在,这颗小行星如同地球一样在围绕太阳公转,到2017年,该小行星正好同我们地球分别位于太阳的两边。而它再次拜访地球的时间很可能是2028年左右。

格兰维克怀疑,天文学家已经看到了一些真实的“迷你月亮”。“当观测者看到一个目标处于地球轨道的时候,”他说,“他们会想这个目标仅仅是太空垃圾。因此,不会太在意这些目标。”他希望新的巡天计划开启对这些“迷你月亮”的观测。计划于2019年完成的大口径全天巡视望远镜,其口径为8.4米(主要用以搜寻小行星),应当能轻松快速地发现这些“迷你月亮”。“如果未来我们找到了这些‘迷你月亮’,那么我们将有机会来研究这类之前从未看到过的小行星,”格兰维克说,“我们还能够很容易地向它们发射探测器。”

的确,这些任务的耗资是巨大的。小行星是行星形成过程中的残留物,它们的成分是岩石和金属,永远也不可能合并成更大的天体。因此,这些小行星保留了很多行星形成的线索,例如形成行星的原始成分(包括促进地球上生命起源的有机成分)。

飞向“迷你月亮”

近年来,试图从一颗小行星上采集样本的行星科学家可以说是费尽心机,针对一颗“迷你月亮”的任务或许会为他们提供超越其狂野梦想的更多便利和恩赐。日本空间局的“隼鸟”号探测器在遭受了挫折和延迟之后,最终于2003年开始了以近地小行星“系川”为目标的旅程。在飞行过程中,“隼鸟”号受到了猛烈太阳风暴的袭击,其太阳能板也因此损坏了。此后,它不得不降低探测器的能耗并缓慢地飞行。2005年,“隼鸟”号到达小行星“系川”,但在试图着陆的过程中失去了联系。尽管“隼鸟”号遭遇了重重险关,但幸运的是,2010年6月,“隼鸟”号跌跌撞撞地回到地球,并带回了小行星的珍贵样本。

为了与小行星交会,探测器一般要花几个月甚至几年的时间在太空飞行。相反,一艘用于探测“迷你月亮”的探测器,只需要几周甚至是几天的飞行时间。格兰维克说:“对于一颗直径仅几米的‘迷你月亮’而言,我们甚至可以将其完整地带回地球进行研究。”

除了科研价值外,“迷你月亮”很可能给人类带来更多的财富——贵金属。

小行星主要分成三类:M型小行星主要是由金属构成;S型小行星属于石质且富含铁、镍以及镁等稀有金属的小行星;c型小行星是最普遍的一类,其构成元素与宇宙平均丰度几乎相同,只是不含氢和氧。

20世纪80年代,人们曾谈论起在小行星上开矿必须穿上太空服之类的话题。现在,这些想法重新成为了时尚。重新关注太空服的原因是:在过去的10年里,黄金和其他一些贵金属的价格稳步上升。1994年,美国行星科学研究所的威廉·哈特曼估算,一颗2000米宽的小行星可能富含25万亿美元的矿产资源!这足够用来偿还美国15万亿美元的国债,并且使投资者变得很富有。

当然,困难是这些资源并不是触手可及的。然而,“迷你月亮”可以改变这些情况,尽管这些“迷你月亮”的直径是小行星的千分之一,尽管它们距离我们仍然很远。“如果它们被地球捕获,一下子就能把距离拉近,这样开采就变得可行了。”克达斯肯定地说,尽管他仍然不确定在空间采矿的可行性到底有多大。

清华大学航空航天工程师宝音贺西及同事,在确定了被地球捕获的小行星的可能规模后指出,对一些足够靠近地球的近地小行星,通过发射导弹或在小行星上设置太阳帆,便能将其“推”进地球轨道。他们认为,这可能是在近地小行星上采矿的有效手段之一。

随着世界人口的剧增,对资源的需求也在不断增大,或许这是在小行星上进行资源开采的推动力之一。此外,诸如太空探索技术公司等私营空间公司的出现,使得空间任务的成本急剧下降。太空探索技术公司发射火箭的费用可以低至每千克2000美元以下。

即便如此,克达斯还是持怀疑态度。“研制小行星着陆装置是昂贵的,如果还要在上面开采矿产并将其带回地球,其成本必然更高。”他说,“我不确定太空旅行能否足够廉价,以至于在小行星上采矿都变得可行。”

即使在小行星上采矿的提案永远得不到支持,但“迷你月亮”仍然是一项不可或缺的资源。当这些“迷你月亮”来到我们地球的家门口时,为什么要花费数十亿美元去着陆小行星?除非我们看不到这些“迷你月亮”。但是,如果我们审视整晚的夜空,我们有足够的理由相信,它们就在那里,并如同地球的果实一样被地球捕获而围绕地球公转。