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当前焦点!人类为什么要探测小行星

来源：科普中国

小行星是指太阳系内环绕太阳运动，但体积和质量比行星小很多的天体。目前人类已经观测到近百万颗小行星，广泛分布在从近地轨道到小行星带、柯伊伯带，乃至更加遥远的空间。小行星保存着太阳系形成演化的原始信息，蕴藏海量资源，又对地球造成现实威胁，对它们的探测有助于揭示生命起源、开发天然资源、推动技术进步、保护地球安全，是当前国际深空探测的热点。

揭示太阳系演化和生命起源秘密

小行星是怎样形成的？目前的理论认为，在太阳系早期，固体物质不断从原始太阳星云中凝聚产生，并被附近的大行星吸引捕获。木星在形成过程中产生越来越大的引力扰动，驱使残余物质不断碰撞破碎，最终在火星和木星轨道间，形成了大量小行星。


(资料图)

这个过程与太阳系的形成基本同步。太阳系内地球、火星等大天体，经历数十亿年复杂演变，如今已经面貌全非，而大部分小行星内部演化程度低，仍大致保持着早期诞生时的样子，从而记录下太阳星云的初始状态、星云演化过程以及行星生长过程，堪称太阳系“化石”。探测小行星的化学成分、表面物质特性和内部结构等情况，为研究太阳系起源和演化过程提供了很好的途径。

地球上的水和生命是怎样诞生的？有学者认为可能是小行星、彗星等小天体砸落地球时带来，因为它们也含有机成分和水冰等物质。对小行星的探测可以为研究地球生命起源提供重要线索。

欧空局的“罗塞塔-菲莱”探测器利用同位素测量，认为地球上的水并不是来自彗星；日本隼鸟1号和2号探测器分别从丝川与龙宫小行星采回样品，分析发现，前者所含有机物属于非生物成因，而后者尘土样本中蕴含20多种氨基酸，又为小行星传播生命的假说增加了砝码。

小行星种类和数量众多且分布广泛，随着探测技术不断提升，和对小行星更加深入系统的研究，将对研究太阳系形成与演化、地球生命起源等问题提供更多帮助。

资源开发前景广阔

小行星蕴藏着丰富的矿产资源，是太空采矿的重要目标。

按照光谱特征，小行星可分为C类（碳质）、S类（岩质）、X类小行星。其中，C类小行星富含碳、氢、氧、氮等元素，S类和X类的很多小行星含有巨量的矿产资源，有些小行星的金属元素含量非常丰富。

目前探测到最大的M型小行星“灵神星”直径约250千米，金属成分占约90%，主要是铁、镍和辉石。3554号近地小行星直径约2.5千米，估算蕴含价值超过20万亿美元的铂和金属矿藏，这些都可能是满足未来人类生存发展的重要资源。

甚至，小行星撞击地球也带来了矿藏。在加拿大萨德贝里地区，小天体撞击形成100千米直径撞击坑，其中有超大型的铜镍矿和铂金族元素矿。在墨西哥尤卡坦半岛，180千米直径的撞击坑中留下了大型的铜矿床。

此外，小行星引力小，资源开采难度相对低，自身又容易改变轨道。随着人类航天技术的不断进步，未来，我们可以开采小行星矿产资源送回地球，也可以将体积较小的小行星捕获送至近地轨道或月球轨道附近开发利用，或者直接原位处理，生产太空活动所需的能源和材料，这样可以显著减少从地球的发射需求，降低成本与风险。

开发小行星资源已经成为太空时代大国争取战略资源、拓展新疆域的重要手段，还将引领地月经济圈、太空制造等太空经济产业链发展，具有无比广阔的前景。

深空探测试验场

小行星探测具有重要的技术带动作用。与大天体相比，小行星具有“微引力、不确定”的特点。“微引力”是指小行星表面引力极小，难以建立环绕轨道，对它的探测需要高精度、高可靠的自主导航能力。探测器不能被小行星重力吸引着陆，需要精准控制推进系统，实现附着着陆，再一个是逃逸速度低，探测器非常容易在小行星表面起飞。

因为“微引力”，难以对小行星开展先期详细探测，由于距离遥远，地球观测仅能获得小行星的基本轨道参数和少量信息，而对它的体积大小、地形地貌、运动特性、引力场等物理特性难以把握，这就带来认识上的“不确定”，使探测器对小行星的交会和着陆面临更多困难。

所以，小行星探测在牵引航天技术发展方面具有不可替代的作用，需要突破一批新的核心技术，包括轨道精密测控和自主导航、小推力转移轨道、弱引力天体表面采样、多模式长寿命电推进等，这些技术的发展将提升人类深空探测能力。

小行星探测也是高度综合的太空任务，对任务设计、运载系统、空间推进、航天测控等都提出较高要求。很多近地小行星容易抵达，探测难度低，花费少，是非常好的技术试验场。美国、欧洲、日本等在小行星探测任务中，试验了大量的新方案和新技术。

如欧空局通过探测彗星的任务，验证了多行星借力、彗星表面着陆等技术，美国宇航局在小行星探测过程中验证了太阳能电推进、自主导航、微小相机光谱成像等技术，这些都为未来深空探测奠定了重要基础，是人类走向深空的提前演练。

保卫地球的安宁

小天体撞击地球是一个必然事件，历史上多次造成地球环境灾变和生物灭绝，是人类必须直面的重大潜在威胁。

天文学定义与地球最小距离在0.3AU(1AU是日地距离)范围内的小行星为近地小行星，目前已发现超过20000颗，其中一部分的运行轨道与地球轨道相交，存在撞击地球的可能。与地球最小距离在0.05AU，直径大于140米的小行星被定义为有威胁的近地小行星，占总数的十分之一。

更为复杂的是，当小行星进入地球一定距离范围内，就有可能被地球引力俘获,改变运行轨道撞向地球，它们的轨道同时也受太阳系其他大天体的引力摄动，不断改变。所以，对地球有威胁的小行星并不恒定，而且威胁程度经常发生变化。

人类面临的威胁非常严峻，直径140米以上的小行星,撞击地球的威力可以毁掉一个中等大小国家。地球上已证实的陨石坑将近200个,其中约1/4的直径超过10千米。6500万年前导致恐龙灭绝的小行星撞击事件，在墨西哥留下150千米直径的撞击坑。

2013年，一颗直径大约17米的小行星进入大气层，在俄罗斯车里雅宾斯克地区上空90千米处发生爆炸，爆炸当量相当于广岛原子弹的13倍。这次事件造成1600余人受伤，1000多间房屋受损。

2019年7月，1颗直径57-130米的小行星在距地球72万公里处擦肩而过，如果它的轨道变化更大一些，撞到地球，将产生广岛原子弹5000倍的爆炸威力。这颗小行星从太阳位置向地球飞来，被强烈的阳光遮蔽了身影，科学家们提前1天才突然发现它的踪迹，惊出一身冷汗。

所以，近地小行星监测预警与防御，与人类生存密切相关，也是国际航天界面临的重大技术挑战之一。为保卫地球安宁，需要对近地小行星开展巡天观测,发现所有潜在威胁的目标；要持续监测威胁小行星，及时判断风险变化；要开展小行星探测和采样活动，研究它们的物质组成和轨道机制，最终才能消除潜在威胁。

我国已宣布组建近地小行星防御系统，与各国共同应对近地小行星撞击威胁。这是我们履行大国义务，体现大国担当的重要举措，更是保护人类生存发展、构建命运共同体的必然选择。

关键词： 近地小行星 生命起源

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