2013年,美国国家航空和航天局公布了一个“摘星计划”:在2025年前,找到一颗小行星,把它拉到地球上空,使其绕月飞行,并对它进行深入研究。
“想摘颗小星星,为你悬挂在屋顶,和我一起守护你梦中最美的情景”,这首情歌渲染的浪漫的事,美国国家航空和航天局为什么要耗资几十亿美元去做呢?
“摘星”和“登火”(登陆火星)是美国21世纪太空计划的两个重要内容。而“摘星”是“登火”的第一步,美国的科学家要利用“摘星”来研究、攻克和验证“登火”计划里的关键技术。
候选之星
“摘星计划”的全称是“小行星重新定向计划”(Asteroid Redirect Mission),要从小行星带捕获一颗小行星,重新导向,把它拉拽到地球上空绕月飞行。“斗转星移”原意是指北斗和群星在天空的运转,引申为季节或时间的变化。若“摘星计划”得以实现,那将是人类历史上第一次人工改变自然天体的运行轨迹。
那么,要“摘”的星来自哪里呢?
在火星和木星之间有一个区域,被称为小行星带,据估计,里面有50万颗以上的小行星。关于小行星带形成的原因,比较普遍的观点是:在太阳系形成初期,这个区域本应形成一颗行星,但是因为木星引力太大,把本该形成的行星扼杀在了摇篮里。“摘星计划”要摘的星不在这里,这里离地球太远。
不必舍近求远,太空中还有一类小行星,被称为近地小行星(Near-Earth Asteroids,NEAs),它们的轨道与地球轨道相交或者非常接近。目前已知的直径约4000米的近地小行星有数百个,直径大于1000米的近地小行星估计超过2000个。截至2011年9月,被发现的中等体积大小(直径小于10米)的近地小行星数量约为19500颗,其中有足够的“候选星”供科学家挑选。“摘星计划”要“摘”的星就在这里,科学家要趁它们接近地球轨道时,派宇宙飞船猛扑上去,把它们拽到绕月轨道上。
下图是小行星带、地球、火星、近地小行星的相对轨道的示意图。近地小行星按照轨道分为三类,分别为Apollo(希腊神话中的太阳神)、Aten(埃及神话中的太阳神)和Amor(罗马神话中的爱神)。和地球轨道不相交的小行星被归类为爱神,远远相望,永不交会,非常无奈。“摘星计划”的目标大多属于前两类,它们和地球轨道相交,容易就近捕获。
“A计划”和“B计划”
美国国家航空和航天局在2013年4月提出“摘星计划”,最初是准备使用一个可充气的直径10米的“大袋子”,捕获一颗小行星或松散的“太空砾石堆”。这个“大袋子”由高级太空材料制成,可以装下一颗小行星,简直就是神话传说中的法宝袋。这就是“摘星计划”的“A计划”。
这个方案宣布后,大批科学家提出了质疑。首先,要选出一个大小、质量、环境条件都合适的小行星并不容易。其次,自转中的小行星状态极不稳定,很容易失去控制,万一控制不好,就“星飞袋破”了。
考虑以上因素,美国国家航空和航天局又提出了“B计划”:让飞船飞往一颗更大的、直径在100~500米之间的小行星,在其表面抓取一块岩石。
美国国家航空和航天局希望这两个方案的耗资额都控制在12.5亿美元以内,但“B计划”要验证更多太空技术,可能还需要额外追加1亿美元。
2015年3月,美国国家航空和航天局正式宣布采用“B计划”。首先,于2019年确定目标小行星,并于2020年12月发射太阳能无人太空船。无人太空船抵达选定的小行星后,将围绕“猎物”飞行约一年时间,然后用机械臂采集一块直径最大为4米的岩石,并将它推入稳定的绕月轨道。2025年,两名宇航员将乘坐“猎户座”太空船去研究这块岩石。
候选者
根据美国国家航空和航天局公布的信息,目前已有3颗小行星成为候选目标,它们分别是蛋糕状的“2008EV5”星、土豆状的“系川”星(Itokawa)、和鸟神“贝努”(Bennu)。
在这3颗候选的小行星中,最有可能被选中的是“2008EV5”。这颗小行星是2008年在Aten轨道上被发现的,直径约400米,状似马芬蛋糕(Muffin Cake)。它的大小、形状较为合适,轨道也为科学家熟知。雷达探测发现,它的表面有很多适合抓取的岩石。
“2008EV5”是一种碳性(C类)小行星,里面可能以矿石的形式存储着大量的水,由于水可以分解成氧和氢,将是未来太空探索的动力来源。
土豆状的小行星“糸川”,属于岩石类(S类)小行星,1998年在Apollo轨道上被发现。这颗“大土豆”的长、宽、高分别是535米、294米、209米。2005年,日本太空船“猎鹰”号曾降落在这颗小行星上,在收集了一些尘土的样本后返回地球。
小行星“贝努”也在Apollo轨道上。科学家之所以要接近这颗小行星,是因为它和地球碰撞的概率比较大,约为1/1800。科学家想在“摘星”的时候,顺便把它拖到安全的轨道,以免这颗小行星变成“愤怒的小鸟”撞击地球。
“摘星计划”最终是“啃蛋糕”、“挖土豆”还是“抓小鸟”,要等到2019年才能确定下来,在此之前,可能还会有其他的候选小行星供科学家筛选。