近地小行星：地球不得不防的「近鄰」

科技日報記者 張佳星

10月5日，日本「隼鳥2號」探測器團隊公布了小行星龍宮的最新近照。照片來自剛剛登陸龍宮表面的第三個探測器——移動小行星表面偵察登陸器（Mascot）。按照計劃，Mascot將分析小行星的表面特性，包括其礦物成分和磁場。

與人們熟知的八大行星和冥王星相比，對小行星的探測起步較晚。「1994年發生的『彗木撞擊』事件引發了國際社會的高度關注，世界各國那時紛紛開展對近地天體的監測預警研究。」中國空間技術研究院研究員李明介紹，而目前研究較少的小行星則是太陽系中數量最多的天體，這些天體中離地球較近的近地小行星存在與地球發生撞擊的可能。

有石自深空來，會對人類產生多大影響？人類如何對小行星的軌跡進行追蹤並最終實現預測和開發利用？日前，香山科學會議召開第634次學術討論會，探討相關問題。

地球危局

近2000顆小行星產生威脅

今年6月，我國雲南西雙版納發生火流星事件，多個村寨成為隕石的墜落點。後經專業機構研究發現，它來自火星與木星之間的小行星帶，已經45億歲了。幸運的是，這次火流星事件並沒有造成人員傷亡，而隕落的隕石非常具有科學研究的意義。

直徑較大的小行星撞擊地球一般會造成嚴重的災難。「一顆直徑25米的小行星撞擊地表相當於100萬噸TNT炸藥爆炸的效果，而廣島原子彈只相當於幾萬噸TNT炸藥。」李明認為，小行星撞擊地球是小概率、高風險事件。

天文學上定義，軌道在距離太陽1.3天文單位（1天文單位為日地平均距離，約為1.5億千米）範圍內，且與地球軌道距離小於0.3天文單位的天體為近地天體，是近地小行星和近地彗星的集合。其中直徑大於140米且距離地球軌道最小距離在0.05天文單位範圍內的潛在撞擊威脅天體對地球構成直接威脅。

如果從地球的視角看，十幾萬顆小行星在不遠處高速穿梭，如同不遠處的「槍林彈雨」，偶爾會有「子彈」飛來擊中自己。

「目前發現的潛在碰撞威脅小行星有1927顆。」李明說，但這個數目還不到模型預估總數的1/3。

「雖然概率很小，但是威脅巨大。」李明說，近地天體撞擊地球會對全球環境、經濟以及地緣政治造成嚴重災難，是可能毀滅人類的重大潛在威脅。撞擊產生的影響取決於撞擊天體的大小、材質和撞擊速度。當天體抵達地球時，與地球的相對速度高達每秒十幾甚至幾十公里，其攜帶的巨大動能在短時間內急劇釋放，發生空中爆炸或地面撞擊。

例如，2013年2月15日一顆直徑約20米的小行星在俄羅斯車裡雅賓斯克上空發生爆炸，間接造成3000餘間建築物受損，1600餘人受傷，經濟損失約2億元人民幣。而6500萬年前一顆直徑10公里的天體撞擊在墨西哥尤卡坦半島北部沿海的事件被認定是恐龍滅絕的直接原因。

全局監測

完成近地小天體編目

圖片來自網路

對近地天體進行普查搜巡，探測、發現出沒於地球軌道附近的小天體，對其進一步監測並精確定軌，是預測撞擊時間、地點和概率的基礎。

1994年彗木撞擊後，美國、歐洲、日本、俄羅斯先後成立國家近地天體監測預警中心；2013年聯合國外空委為加強全球協調工作組建國際小行星預警網和空間任務諮詢小組。目前對於近地天體的觀測主要依靠地基光電設備和地基雷達。

「根據太陽系小天體形成和演化模型推算的近地天體數量，全世界現在已經完成了全部直徑超過1公里近地天體的探測與編目。」李明說。更大口徑光電設備實現90%以上直徑超過300米近地天體的探測，然而，單純依靠地基系統無法系統性普查直徑在140米左右甚至更小的目標。李明解釋，「地基系統受大氣、台址位置、觀測相位角的制約以及更大視場光電設備建設成本的約束。」

「人們通過觀測認識小行星是從其亮度開始的，隨後是形狀，最後認識大小、密度、材質。」從事了十幾年小行星地基監測工作的中國科學院紫金山天文台研究員趙海斌表示，但目前小行星的物理特性數據還相當匱乏，需要建立近地天基系統實現更精確監測和對更小目標的監測。

資料顯示，在天基系統建設方面美國是先行者，其部署的近地天體紅外探測望遠鏡（NEOWISE）迄今已監測了多顆小行星及彗星，是地基監測網的重要補充；2017年NASA立項的最新一輪發現計劃中，入選項目之一NEOCam的主要任務就是利用天基系統開展近地天體巡天；美國B612基金資助的「哨兵紅外望遠鏡項目」則試圖發現直徑50米以下的近地天體。此外，加拿大2013年發射的「近地目標監視微小衛星」（NEOSSat）50%的工作時間用於探測、監視近地天體並確定其軌道。

開發利用

僅是拍照、採樣還不夠

圖片來自網路

「離開這塊該死的石頭」是《蒼穹浩瀚》中小行星帶居民們的口頭禪。在因同名美劇火爆的科幻書中，小行星帶已經成了人類可移居的殖民地。

如果說，移民小行星帶還停留在科學幻想階段，但現在人們已經開始對小行星的資源進行初步的了解。而「到石頭上去」是現今地球人執著推進的深空探測任務之一。

李明等在其評述報告中寫道，近距離探測小行星包括「飛越探測」「繞飛-附著-採樣」「偏轉-操控-利用」等低中高級3個階段。目前，美、歐、日先後完成了小行星飛越、近地小行星繞飛、近地小行星取樣返回、彗星撞擊等標誌性任務。

資料顯示，我國首次的小行星飛越觀測由嫦娥2號月球探測器在2012年12月13日完成。嫦娥2號月球探測器在完成探月既定任務的同時，在國際上首次實現了從日地拉格朗日點飛越小行星的軌道轉移，成功飛越4179圖塔蒂斯小行星並拍攝圖像，最近飛越距離為770米。這個高度低於已建成的迪拜塔的高度，可謂貼地飛行。

如果說「拍照」和「採樣」是回答有什麼的問題，那麼資源開發技術將回答能做什麼的問題。

小行星的探測工作發展到高級階段後，對資源的開發將需求更多的能源。在地球語境下可以理解為：「挖礦需要電」。

如何利用小行星上的資源成為人類「一日千里」地邁向小行星的關鍵。李明舉了個例子，太陽能電池的3D列印技術有廣闊的應用前景。如果3D列印硅基材料可在小行星上得到應用，「探測器僅需要攜帶原材料和模型電子文件，著陸後列印生成所需各種結構，甚至也可從小行星就地取材。」李明說，這樣可以避免飛行時搭載構型複雜的設備，大大簡化探測器構型和力學設計。

來源：科技日報 圖片除註明外由本文作者提供

編輯：陳小柒

審核：管晶晶

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