小行星掌握着地球生命的关键吗?

“我们生活在小行星探索的黄金时代，”英国贝尔法斯特女王大学天文学教授艾伦·菲茨西蒙斯宣布。目前有两艘宇宙飞船正在从小行星上收集样本并将其带回地球。在接下来的几年里，无人任务将访问其他近地小行星，以及更远的主小行星带和木星的特洛伊小行星。

小行星有可能回答科学界最大的问题之一:地球上的生命是如何开始的?美国博尔德西南研究所的首席行星科学家哈罗德·利维森解释说:“地球上的水和有机物并不是随着地球一起形成的，它们是后来在小行星上形成的。”但我们不知道这是如何发生的，也不知道这些小行星到底携带了什么。

要真正了解行星形成的化学和物理条件，你需要去小行星

研究小行星的组成可以帮助我们填补这些知识空白。莱韦森说:“我喜欢用谋杀现场来比喻。”“有时候，溅在墙上的血迹比躺在地板上的尸体更能告诉你发生了什么。这些小物件代表了溅在墙上的血迹。”

小行星还可以帮助科学家更好地了解行星的形成。莱韦森解释说:“行星是系统的一部分，物质相互碰撞并相互吸积。”“小行星是原始形成过程的残留物，从那以后一直保持相对不变。为了真正了解行星形成时的化学和物理条件，你需要去小行星。”

小行星反击

行星防御是对小行星兴趣增加背后的另一个原因。美国亚利桑那大学行星科学教授Dante Lauretta解释说，1994年7月，美国宇航局的哈勃太空望远镜和伽利略宇宙飞船都“直接观测到了舒梅克-列维9号彗星撞击木星”。彗星大约有20个大碎片以每小时20万公里的速度撞向这颗气体巨星。“太阳系的小天体可能在今天的地球表面造成大规模灾难的想法引起了政治家和政策制定者的兴趣，”洛雷塔说。

一个巨大的物体进入俄罗斯车里雅宾斯克上空的大气层并爆炸，数千人受伤

2万多颗小行星和100多颗彗星绕着太阳运行，其轨道与地球轨道相交。每天都有数以百万计的碎片和太空垃圾等其他物品进入地球大气层。大多数瞬间蒸发，形成流星或“流星”。但每年都有成千上万颗小行星在进入地球后存活下来，并继续撞击地球。这些被称为陨石。

绝大多数流星都很小或不被注意，落在海洋或无人居住的地区。但对居民区的明显袭击并非闻所未闻。例如，2009年，多颗小行星碎片落在加拿大安大略省格里姆斯比附近，其中一颗46克重的陨石打碎了一辆停放的汽车的挡风玻璃。

四年后的2013年2月，发生了一件严重得多的事情。“一个大物体在俄罗斯车里雅宾斯克上空进入大气层，然后爆炸了，”洛雷塔说。爆炸发生在离地球表面15英里的高空，威力比核爆炸还大。造成地面主要危险的是这次爆炸产生的冲击波，而不是陨石的撞击。地震造成大面积破坏，包括窗户破碎和建筑物倒塌。洛雷塔补充说，数千人在那次事件中受伤。

这颗小行星的直径约为20米。但更大的小行星在地球历史上的不同时期撞击过地球。最著名的是6500万年前撞击墨西哥的几十公里宽的小行星，形成了一个150公里宽，20公里深的陨石坑可能是导致恐龙灭绝的原因之一．1908年，2000公里²西伯利亚偏远地区的一片森林被一次爆炸夷为平地，这是有记录以来最大的一次爆炸，据信是由一颗直径达200米的流星引起的。

材料的返还

太空竞赛结束时，收集月球样本已经司空见惯。美国宇航局的阿波罗任务带回了382公斤的岩石、尘埃和岩芯样本。俄罗斯的Luna-16、Luna-20和Luna-24任务也返回了样本。虽然有几艘宇宙飞船曾造访过小行星(见方框很久以前，在很远很远的地方)，但从那以后唯一返回地球的太空样本是星尘号和隼鸟号任务的尘埃斑点。但现在，在太空竞赛结束45年后，样本返回正在卷土重来。

Jaxa的隼鸟2号任务于2018年6月抵达近地小行星龙宫，在那里飞行了17个月，收集数据，并希望收集样本。样品舱计划于2020年底返回地球。与此同时，美国宇航局的奥西里斯-雷克斯任务于2018年12月与本努并排，目前正在围绕这颗近地小行星运行。样品采集计划于2020年8月进行，样品到达时间为2023年。

陨石是有问题的，因为它们受到了陆地细菌的污染

菲茨西蒙斯解释了样本返回的重要性:“我们现在有能力在宇宙飞船上放置极其复杂的仪器，并在深空操作它们。但它们都无法提供与在地球上设备齐全的实验室中进行这些研究相同的分辨率和精细细节。”

从返回的空间样本中收集的数据补充并支持从其他方式收集的关于小行星的数据:空间望远镜、地面望远镜和研究陨石。在地球上发现的超过5万颗陨石中，大部分都来自小行星。因此，研究它们为小行星的样子提供了重要线索。但当涉及到研究生命起源时，有一个主要问题:污染。奥西里斯-雷克斯号任务的首席研究员洛雷塔解释说，在研究“对生命至关重要的有机化合物，构成蛋白质或核酸或磷酸盐糖化合物的关键氨基酸时，陨石是有问题的，因为它们被陆地细菌生物污染了。”

由于技术原因，太空机构目前对样本返回非常感兴趣:他们需要完善安全返回技术，为更宝贵的货物——人类——做准备。载人登月和火星任务预计都将在不久的将来实现。

回家的航行

隼鸟2号在龙宫进行了两次样本收集尝试。第一次是在2019年2月，从赤道附近收集表面物质。宇宙飞船轻轻地着陆，然后发射了一枚抛射物，扬起了火星表面的灰尘和岩石。然后，这些材料被捕获在采样系统的容器中。

两个月后，隼鸟2号向龙宫发射了一个更大的弹丸，形成了一个人造陨石坑，从而暴露出小行星表面下的物质。隼鸟2号的任务经理吉川解释说:“2019年7月的第二次着陆是在这个人造陨石坑附近进行的，陨石坑的喷射物在那里积聚。”这些演习似乎进行得很顺利，但目前还不知道隼鸟2号上有多少样本。吉川解释说:“我们只有在打开返回舱时才能知道这一点。”如果我们得到0.1克样本，我们就可以进行计划中的所有分析。

除了样本收集工具外，隼鸟2号还携带了大量相机和遥感仪器。它还向小行星运送了四个小型跳跃探测器。吉川说:“其中三枚成功着陆在龙宫表面。”第四颗在部署前出现了技术问题，在进行引力测量时被送入了小行星周围的轨道。

隼鸟2号及其探测车收集的数据已经开始公布，其中包括隼鸟2号的细节形状(看起来像一个旋转的陀螺)，质量，密度，颜色，表面成分，环形山的流行而且热性能．2019年4月，一系列论文揭示，龙宫是一个松散岩石的碎石堆，半径为500米赤道。研究小组还解释了远程数据是如何帮助他们限制这颗小行星的形成过程的;目前的假设是，它是由更大的小行星之间撞击时喷出的碎石重新堆积而成的。地球上的进一步分析应该有助于证实这一点。

计划对返回的样本进行的其他分析包括寻找有机物和水，以帮助解开地球上生命的起源。吉川说:“我们还将寻找与行星形成研究相关的矿物质。”

奥西里斯-雷克斯计划于2020年8月从本努收集样本。“我们花了整个2019年绘制这颗小行星的地图，”任务首席研究员洛雷塔解释说。“我们已经确定了一个主要样本地点和一个备份地点，现在正在进行一系列排练，以使航天器更接近小行星表面。”

这是一个巨大的惊喜;我们并不认为Bennu是一颗活跃的小行星

计划是与本努的表面接触5秒钟。一旦取样器头接触到地表，高压氮气将向下发射，使地表的砾石和小岩石流动，并有望将其送入收集室。洛雷塔说:“如果一切都很完美，我们可能会得到多达2公斤的样品。”然而，这项任务的目标摄入量是60克。

迄今为止，使用Osiris-Rex科学有效载荷收集的数据包括确认了Bennu的质量以及对其疯狂旋转的初步解释。的这次任务最大的发现到目前为止，粒子经常从小行星表面喷出。“在我们开始绕轨道运行一周后，我们看到了小行星表面的第一次喷发，”洛雷塔解释说。这些粒子的大小从几厘米到几十厘米不等，每次喷发都会喷出几到几百个粒子。“这是一个巨大的惊喜;“我们并没有预料到Bennu是一种非常罕见的小行星，被称为活动小行星，”Lauretta说。火山喷发的原因尚不清楚。

一旦样本返回地球，奥西里斯-雷克斯团队将使用非破坏性方法进行初步表征。然后，它将选择多达25%的样本进行更详细的分析，其中将包括破坏性技术。“其余75%将提供给更广泛的科学界进行自己的研究，”Lauretta解释说。

深度撞击号

下一个向小行星发射的宇宙飞船将是2021年7月Nasa的Dart。它的目的地是近地小行星Didymos的卫星。这次任务是一次行星防御测试，目的是探索航天器高速撞击小行星是否会改变其轨道。Didymos的卫星(被称为Didymoon)被选为测试对象，因为它的大小被认为是对地球最危险的小行星。2022年底，“Dart”将以每小时2.3万公里的速度撞击“Didymoon”，同时地面和太空望远镜将热切地观察月球速度和方向的任何变化。

近年来，监测在地球附近徘徊的小行星的基础设施得到了加强，这意味着可以确定它们的路径，如果有必要，还可以疏散撞击地点。洛雷塔解释说:“但在改变它们的轨迹方面，我们没有任何准备。”除了用宇宙飞船撞击小行星偏离轨道外，正在考虑的想法还包括向小行星发射核武器和使用重力拖拉机。在这里，一艘宇宙飞船可以绕着小行星进入一个高度椭圆的轨道，反复靠近它，然后再离开。洛雷塔解释说:“航天器和小行星之间的引力相互作用将使它在靠近的方向上产生一点拉力。”“如果你持续这样做10年，你可能会大幅推动它，改变小行星的轨道。”

有一天一颗小行星向我们飞来，我们将准备好使小行星偏转的工具

2024年，为了更详细地评估Dart撞击的成功，欧洲航天局将发射赫拉飞船与Didmos及其卫星交会。赫拉项目经理伊恩·卡内利(Ian Carnelli)解释说，预计太空和地面望远镜将能够确定Didymoon速度和方向的任何变化。但他们无法告诉我们这些变化发生的原因。这就是“赫拉”的工作，它将携带两颗鞋盒大小的立方体卫星前往“迪迪月亮”。“我们将进行的测量将集中在获取计算机模拟程序所需的所有数据上，这样我们就可以重现Dart撞击并验证我们的模型。卡内利说:“(这意味着)有一天一颗小行星向我们飞来，我们将有工具来设计我们需要的任务，使小行星偏离一定程度。”

在它们2026年12月抵达后，“赫拉”号和立方体卫星上的仪器将收集有关“Dart”造成的陨石坑形状的详细信息。它还将研究月球的化学成分和内部结构。Carnelli解释说:“结构细节对解释撞击的结果有特别强的影响。”“如果你有一个多孔的小行星，其效果将类似于一个安全气囊:小行星内部的空隙将吸收Dart的能量。而如果你有一块巨石，冲击波会在整个小行星中传播。”

与Dart不同，Hera任务还收集与行星防御测试无关的科学信息。该任务希望回答的问题包括为什么Didymos有月球。卡内利说:“科学家估计，大约20%到30%的小行星都有卫星。”但关于它们是如何形成的，有不同的理论。小行星上的离心力可能会导致碎石堆中的一些更松散的物质被甩出，解释道菲茨西蒙斯是赫拉任务的科学顾问。喷出的物质可以在小行星周围形成一颗卫星。他补充说:“如果这个理论是正确的，那么Didymos卫星和主体的化学组成将是相同的。”

赫拉还将收集科学数据，以改进基于陨石坑数量确定小行星年龄的模型，并帮助回答关于小行星旋转的一些基本问题。

没有人去过的地方

2021年10月，就在Dart发射三个月后，Nasa的另一个小行星任务“露西”(Lucy)计划起飞。它将飞过8颗小行星;一颗在主小行星带，七颗在木星的特洛伊。露西号将是有史以来第一个访问特洛伊的任务，与近地小行星或主小行星带的小行星不同，特洛伊不向地球提供陨石。这意味着我们所拥有的关于它们的所有信息都来自望远镜。

我们所知道的是，它们的颜色彼此非常不同。“颜色可以告诉你一些它们的大致化学成分，”露西号任务的首席研究员莱韦森解释说。他补充说，这种颜色差异令人惊讶，因为它们占据了相对较小的空间区域。“我们希望，通过靠近它，我们能够更好地分析它的表面，(收集有关它们的)地质信息，并进行陨石坑计数，这样我们就能确定这些天体的年龄，以及它们经历过的猛烈历史。”

除了帮助Levison和他的团队解开为什么特洛伊的颜色如此不同之外，这些信息还将有助于理解太阳系这一区域是如何形成的。Levison解释说:“所有这些天体的不同化学成分将告诉我们巨型行星的迁移历史，或者至少限制它。”

最后的边界

美国宇航局的下一个小行星探索任务将是普赛克。该航天器计划于2022年发射，将在主带的一颗金属小行星上绕其同名小行星运行近两年。亚利桑那州立大学教授、赛姬号任务的首席研究员林迪·埃尔金斯-坦顿解释说，金属小行星以前从未被拍摄过，更不用说有人到访了。

我们要到那里才能知道

地面射电望远镜是揭示普赛克是金属的关键。埃尔金斯-坦顿解释说:“我们可以将雷达直接反射到它上面，然后接收返回信息。”“观察雷达如何与表面相互作用是它含有金属的迹象之一。“但‘赛姬’所含金属的具体比例还不得而知。她补充说:“在我们到达那里之前，我们不会知道。”

人们认为赛姬是一颗早期行星的镍铁核心，它被分解并滞留在小行星带。该任务计划验证这一假设。如果这是正确的，探索赛姬将为我们提供一个诱人的视角，让我们了解地球和其他岩石行星的金属内核是什么样子。“我们有坠落到地球上的金属陨石样本，”埃尔金斯-坦顿说。“但我们从未见过金属核，我们也不可能看到任何行星的金属核。”

对另外三颗近地小行星的探索任务也正在进行中。Jaxa的命运+任务计划于2022年发射，将由Phaethon飞行。中国国家航天局计划在2024年向HO3发射样本返回任务。美国宇航局计划在2029年访问阿波菲斯。

然而，太空任务推迟是很常见的，美国宇航局已经宣布，目前的冠状病毒爆发已经推迟了一些太空项目。因此，对这些小行星探索任务产生类似的影响并不意外。

抛开这些挫折不谈，到21世纪20年代末，我们对太空附近以及更远地方的小行星的了解似乎将比目前多得多。这些信息将帮助我们解开生命起源的谜团，更好地理解我们的星球和行星系统是如何形成的，甚至可能使我们更好地保护我们的星球，免受未来小行星的撞击。

妮娜·诺特曼，英国索尔兹伯里科普作家