小行星探测——太空争夺的新前沿

□ 邹小端

小行星探测
——太空争夺的新前沿

□ 邹小端

美国东部时间2017年1月4日，美国航宇局公布了两个最新入选的发现级别低成本探测任务，他们分别是：露西 （ LUCY） 和 赛姬（Psyche ）。这两个任务耗资均在5亿美元以内，这个总额并不包含发射和任务运行的经费。这两个任务的探测目标都是小行星！

露西与赛姬任务简况

露西任务计划于2021年发射，于2025年抵达小行星带，2027-2033年探测特洛依群小行星。任务包括一个位于小行星带的目标和5个被木星束缚在轨道的特洛依群小行星。这些小行星，被认为极有可能是太阳系形成初期保存下来的原始化石，探访他们就是考古太阳系的历史。 项目命名没有采用生拼硬凑的缩写，而是采用了著名的古人类化石的名字露西，寓意深远。

而赛姬任务是另一个新公布的发现级任务，以它的目标第16号小行星赛姬命名， 取自希腊神话中的灵魂女神。灵魂女神的中文版名称非常多，有灵神星，也译作普赛克或赛姬 ，其中赛姬这个中文翻译跟任务的英文发音最为接近。 赛姬是谁？神话中爱神丘比特的女朋友。

探测赛姬飞船的轨道——绿色箭头，以及任务的目标小行星所在的方位

赛姬任务的首席科学家，是来自亚利桑那州立大学的一位女性科学家林迪-埃尔金斯-坦顿。值得一提的是她的个人经历也颇为传奇。她大学毕业以后在商业领域干了各式各样的工作，31岁的年纪才带着儿子，以单亲母亲的身份重回校园念博士开始科研生涯，现在是亚利桑那州立大学地球和太空探索分校主任。

露西任务由美国西南研究所的哈尔·利维森领导，它使用的科学仪器是为“新视野”开发的版本，计划对三个特洛依小行星进行侦察，其中至少包括一个双星系统。可能的目标包括（3548）Eurybates，（21900）1999 VQ10，（11351）1997 TS25和双星（617）Patroclus | Menoetius。它还将在途中“顺路”观测主带小行星（1981 EQ5）。

特洛依群小行星的数量庞大，据估算可能和小行星带的数量级相当。特洛依群沿着木星的轨道在前后拉格朗日点（L4和 L5）聚集。从太阳系形成的模型研究分析得知，许多特洛依群小行星起源于柯伊伯带，他们非常黑暗的表面暗示了丰富的有机成分。因此，这个任务还将可能带来对更加遥远的柯伊伯带的认识。露西任务将尝试解开的太阳系之谜包括：太阳系形成之初的条件和过程；巨行星的形成和轨道迁移；是什么因素主导了吸积和撞击过程；生命起源问题——原始有机物的来源是什么。

探测赛姬的飞船计划于2023 年10月发射，经过6年飞行后，于2030年抵达小行星赛姬，围绕这颗小行星展开为期20个月的探测研究。选择小行星赛姬一个主要原因就是因为它的成分，因为跟以往人类探测过的气体、岩石或冰构成的行星世界不同，赛姬是一个巨大的铁-镍金属小行星。在太阳系大行星形成的早期，某个胚胎阶段的行星遭遇了一次猛烈的撞击逃逸，撞掉了金属核（如左图），这块核就形成了赛姬小行星。

如果想去地球的地心历险，凭目前的科技肯定是不可能的，人类至今往地底下刨的深度仅仅12千米(具体来说是深达12262米的“科拉”超深钻孔)，这个最深处，仍距离地核还有几千千米的距离。正因为如此，要尝试了解太阳系早期行星核的特征最好的办法就是去地球之外的空间寻找。金属小行星正是一个十分难得的窗口，

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露西（英语：Lucy）是古人类化石标本AL 288-1的昵称。此标本具有约40%的阿法南方古猿骨架，由唐纳德·约翰森等人于1974年在埃塞俄比亚阿法尔谷底阿瓦什山谷的哈达尔发现。该昵称来源于当晚营地中磁带录音机上反复播放的披头士歌曲《露西在缀满钻石的天空》。

古人类学研究中一般仅能发现化石碎片，很少发现完整的颅骨或肋骨；因此对AL 288-1的发现尤其重要，为古人类学研究提供了大量科学证据。露西生活于约320万年以前，被归类在人族，在化石年龄约440万年的阿尔迪发掘出来之前露西一直都被视为“人类最早的祖先”。让人类可以有机会一窥行星形成时撞击和吸积的暴力史。

16 号小行星赛姬在小行星带外部的轨道，距离太阳约3个天文单位（AU）的平均距离（地球轨道1 AU）。它体积大，密度大，是太阳系中唯一一个已知的可以直接去勘察的，而且几乎可以肯定是原行星金属核的目标。它是怎么形成的呢？一种可能的情况是，很久以前，一个已经在内部分成岩石地幔和地核的原行星遭受了猛烈的撞击，剥离了它的地幔，只留下了金属核心。或者它是某个更不可估量的过程的幸存者？它能告诉我们行星形成，类地行星内部是什么？任务的使命就是要去确认和解答这些问题，逐渐深入探测各类数据，进而了解目标行星的全貌。

没有人知道一颗金属小行星的表面地貌会是什么样子，这一个新世界又会给人类带来哪些惊喜。这些都令人充满期待。

▲地球的内部构造。1：大陆地壳；2：海洋地壳；3：上地幔；4：下地幔；5：外核；6：内核；A：莫霍面；B：古登堡面；C：莱曼面

赛姬任务艺术图

为什么要盯着小行星？

迄今为止造访过小行星的飞船并不少，已经结束的小行星探测任务有8个。中国也执行过一次小行星飞越探测任务，即嫦娥二号月球探测器在完成其月球任务后，又执行了扩展任务，飞越战神小行星4179 Toutatis。而正在工作或计划中的，除了刚刚宣布的 “露西” 和“赛姬”，还要算上接近尾声的“黎明号”（DAWN）、扩展任务中的“新视野号”、已经发射正在飞向目标去采集样品途中的隼鸟2和 冥王号OSIRIS-Rex两个采样返回任务，首个私营航天小行星采矿项目“勘探者-X”（Prospector-X），和尚在预研等待正式启动的小行星重定向项目ARM 和计划撞击双星系统中子星的项目 AIDA，目前一共有9个正在工作中的小行星探测项目。

国际航天巨头们最近为什么都盯着小行星不放？原因说起来很简单。因为，小行星，不仅仅蕴含关于太阳系行星和生命起源的信息，还是未来资源。人类的主要需求，无非存续和求知。研究小行星着眼的最高层级的问题在于三件事：

第一，研究太阳系的形成、演化和早期太阳系为生命起源创造的条件。具体来说，要了解太阳系中小行星的数量和分布，通过小行星群体的特征考古太阳系的起源，研究小行星的表面和内部演化、它们在太阳系演化大事件中的角色，以及研究小行星中挥发物和有机物的含量分布和起源等等。

第二，保卫地球，保护人类免受小行星带来的毁灭打击。几乎每天都有大量小天体撞向地球，绝大部分在大气中燃烧殆尽，很少一部分掉到了地面，成为分散世界各处的陨石。但这并不表示人类是安全的。为了保护人类，就必须要识别和跟踪潜在威胁物体，了解近地物体的属性，将来对地球造成威胁时，如何避免灾难；研究开发严谨的模型，从而准确评估小天体撞击地球的风险，准确预警，并制定强有力的方法解决威胁，建立战略程序保证人类具有应急能力。

第三，提升人类的探索能力。小行星资源将有助于未来人类离开地月系统走向更远的深空。具体来说，研究小行星可以帮我们确定人类未来任务的目标，了解如何在小天体的表面上工作，研究小行星环境对人类航天员和飞船系统的潜在风险和利用价值，评估和利用小行星蕴藏的资源。

于是，小行星很自然地成为众多航天机构的共同目标。按照地球物种亿万年不变的先到先得胜者为王原则，热闹的地外资源争夺早已在发达国家之间展开了。