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小行星探索未来可期
摘要：太阳系刚刚形成的时候，是一团弥漫着气体和尘埃的星云。宇宙里有很多一团一团的星云，天文学家可以观测到其内部有一颗颗恒星正在点亮，所以，根据对这些星云的观测，我们不难想象太阳和地球的形成过程。
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1、什么是小行星
小行星，当然很小。很多人说到小行星，都会觉得不重要。但实际上，小行星并不是小的行星，而是围绕太阳运行的由岩石、金属、水冰、有机物质等组成的许多小天体中的一种（主要在火星和木星的轨道之间）。换句话说，小行星就是太阳系内像行星一样，环绕太阳运动，但体积和质量比行星小得多的天体。小行星体积小，但是意义和价值并不小，小行星对于研究太阳系的起源、生命起源，以及航天技术的发展，乃至对于我们人类的未来，都有非常重要的意义和价值。
2、小行星和彗星
小行星和彗星都被称为小天体。虽然它们离我们都很遥远，但实际上我们在地球上经常都可以接触到，这就是每天都会落到地球上的陨石、流星和宇宙尘等。每年有数万吨太空物质落到地球上，它们当中有相当一部分是来自小行星的样品。位于火星轨道和木星轨道之间有一个小行星带，这里有数百万颗小行星环绕着太阳运转，它们的质量加起来大概相当于1个月球的质量，而月球的直径达3476千米。位于小行星带的这些小行星，被称为主带小行星。小行星都有自己独特的编号，其中1号小行星是19世纪的第1天，也就是1801年1月1日公布的谷神星，直径约950千米。小行星也有体积很大的，冥王星虽然被降级为矮行星，实际上是编号为134340号的小行星，直径约2370千米。至于最小的小行星，直径几个厘米也能叫小行星，并没有下限。根据小行星的轨道、分布区域，或者根据小行星的成分，可以对它们进行分类。
3、为什么要研究小行星
3.1 了解太阳系和地球的起源和演化
太阳系刚刚形成的时候，是一团弥漫着气体和尘埃的星云。宇宙里有很多一团一团的星云，天文学家可以观测到其内部有一颗颗恒星正在点亮，所以，根据对这些星云的观测，我们不难想象太阳和地球的形成过程。一团星云在旋转的过程中，慢慢会形成一个旋涡星盘，中间会越来越密集，两边越来越薄。当中间某个地方的压力温度达到极限高度的时候，核聚变就会被点燃，造成发光发热现象的同时，周围的东西都会被吸进来，只剩下一些小东西。这些小东西会相互碰撞，所以开始的时候叫星子，然后形成行星的胚胎，再后来形成原来的小行星，小行星继续碰撞，体积和质量越来越大，最后就变成了行星。
因此，小行星是太阳系的化石，是太阳、行星及其卫星形成后留下的残渣，通过它可以了解太阳系最早期的历史。在地球上可以找到很多小行星样本，例如陨石。这些陨石的年龄绝大多数都已经46亿年了，它们跟地球同龄，也跟太阳系同龄。从科学研究的角度看，小行星是太阳系最古老的化石，是揭开太阳系早期历史的钥匙。陨石相对稀有，所以也具有一定的收藏意义。特别是一些来自特定目标，如月球、火星、谷神星、灶神星等天体的陨石，对研究这些天体的起源和演化具有重要价值。研究小行星，可以回答一些根本性的科学问题，如地球上的水来自哪里。有些观点认为水是地球上本身就有的，有的观点则认为水是来自小行星的，还有人认为来自彗星。但科学家派遣深空探测器，实地探测了几颗彗星的水的同位素比值，发现它们的同位素比值与地球上的水存在明显差异。这证明，至少从现有证据来说，地球上的水主要不是来自彗星。
研究小行星，还可以回答地球上的生命是如何起源的。关于地球生命起源，有一个“浓汤学说”。也就是说，在30多亿年前，有大量的小行星和彗星，携带许多复杂的有机物来到地球，在地球上温暖适宜的环境下，进行复杂的生物化学反应，最终形成了最初的生命。生命经过长期进化，才形成了人类这样的高等智慧生命。而碳质小行星上就有核苷酸、氨基酸等复杂的有机物。因此，从某种意义上说，地球上的生命与宇宙之间存在天然联系。
3.2 牵引技术的发展
2013年2月15日，俄罗斯西伯利亚的车里亚宾斯克地区，遭受了一次小行星撞击事件，这颗小行星在进入地球大气层之前的直径仅为18米左右，相当于一辆两截公共汽车。这起撞击造成了大约1200人受伤、7200座建筑物损毁。而如果1个直径为千米级的小行星撞击了地球，那后果就更为可怕了，因为它能释放出相当于数百万个核武器同时爆炸的能量，足以摧毁一座城市，引发大规模的自然灾难。环顾太阳系，类似事件屡见不鲜，科学家们在月球、水星、火星、小行星、行星的卫星等天体的表面都发现了撞击坑。在地球上，同样也会遭受许多小天体撞击事件。
目前，地球上已确认的撞击坑有近200个，其中在墨西哥湾发现的西克苏鲁伯陨石坑，就有可能是6500万年前1颗小行星撞击地球后留下的。据科学家推测，这次撞击引发的灾难使得当时地球上约80%的生物种类灭绝，曾经独霸地球的恐龙也在此次灾难中消失。此外，1994年木星遭苏梅克-列维9号彗星连续撞击事件，这颗彗星被木星强大的引力捕获并撕裂成21块碎片后，排成一列前赴后继地撞击了木星，在气态木星的表面留下了一连串暗斑，每个暗斑的大小几乎相当于一个地球。设想一下，“苏梅克-列维9号”彗星的哪怕任何一块碎片撞击到了地球，对人类而言，便几乎是毁灭性的灾难。除了小天体撞击外，未来人类在地球上可能面临的灾难，还包括超级太阳爆发、地球磁极倒转等天文灾难，以及超级火山爆发、超级地震、海啸等重大自然灾害，还有发生概率较低的来自遥远星系的伽玛暴和高能射线爆发、超新星爆发等重大灾难。
根据古生物的记录，地球上的生物平均2600万年就会发生1次因灾难性事件造成的大灭绝。所以，值得我们关注的是，由于部分小行星对地球有潜在威胁，通过对小行星运行轨道的精密观测，提前预警预报，有利于规避小行星撞击地球的风险。如果要发射小行星探测器探测这些小行星，实际上面临着很大的航天技术难度，因为这些小行星不仅非常小，而且非常远，引力几乎为零，对航天器来讲属于非合作天体。对于这类天体的探测，实际上对轨道的精确测量、航天器的自动化技术和控制技术都提出了很高的要求。开展小行星的深空探测，可以促进航天技术的发展。
3.3 具有重要的经济价值和科普功能
由于天空中的小行星很多，天文爱好者如果持续观测的话，也有机会发现新的小行星，而且小行星的发现者有提名权。小行星的命名是一种荣誉，对天文研究和科学技术发展，乃至对社会发展作出贡献的人，都有机会获得小行星的命名。在中国，国家最高科学技术奖的获得者，就会以他的名字命名1颗小行星。
目前，国际上已有许多商业航天公司，专门研究小行星的采矿和资源开发，因为一些小行星上蕴藏着很多珍稀资源。这些资源对将来地球上人类的生活大有帮助，根据小行星的资源调查，可以考虑如何开采利用。综上所述，无论从科学角度、技术角度，还是社会角度出发，研究小行星都会促进国家科技能力的提升。在我所在的单位——中国科学院国家天文台的对面，是中国科学院微生物研究所，那里有一块石头上刻着一句话：微生物、高科技、大产业。微生物跟我们每一个人密切相关，但我们往往会忽视它，因为它们太微小了。同样，因为小行星体积小，我们也常忽视它。但实际上，小行星探测不仅是高科技，而且也有大未来。
未来，中国将发射小行星探测器，与小行星进行伴飞、着陆、取样返回，在地球上的实验室内开展精细研究。未来，我们还将实现载人登陆小行星，发射航天器改变小行星的飞行轨道，开发和利用小行星上的资源。甚至，我们还可以在小行星上建立密闭的生态系统，把小行星当作空间站。或者，在小行星上安装发动机，采集小行星资源，生产火箭燃料，驱动小行星在太阳系的深空中旅行。就像宇航之父齐奥尔科夫斯基曾经说的那样：“总有一天，人类将像学会骑马那样，骑着小行星去旅行。
郑永春.小行星大未来[J].中国科技教育,2019(12):68-69.
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先进天基太阳天文台(AdvancedSpace-basedSolarObservatory,ASO-S)是中国首颗太阳专用观测卫星[1],硬X射线成像仪(HardX-rayImager,HXI)作为其3台载荷之一主要负责在30–200keV能段对耀斑源区进行成像、能谱和光变观测,以研究耀斑磁重联中的能量释放和高能电子加速等物理过程[2].
2020-08-27
太阳黑子是产生于太阳表面的，容易被观测的太阳活动现象，其所在的太阳区域有强磁场的聚集。对太阳黑子的观测和分析对于人类理解和研究太阳活动具有重大意义，如帮助天文学者研究耀斑的爆发与黑子群的相关性[1]。随着太阳物理学以及观测设备的发展[2,3]，人们对于太阳黑子观测产生的数据量呈爆发式增长趋势。
2020-08-27
莱曼阿尔法太阳望远镜(LST)[1,2,3]是先进天基太阳天文台(ASO-S)[4,5]卫星的3个有效载荷之一,它由白光太阳望远镜(WST)、全日面成像仪(SDI)、日冕仪(SCI)和导星镜(GT)组成[2,6].SDI和WST的视场为1.2倍太阳半径,SDI的工作波段为莱曼阿尔法波段(121.6±7.5nm),WST的工作波段为紫外窄带连续谱(360±2.0nm)[2,6].
2020-08-27
太阳是太阳系的中心,也是距离我们最近的一颗恒星,它孕育了地球的万物.太阳耀斑和日冕物质抛射(CME)是太阳大气乃至整个行星际空间能量释放最为剧烈的两类爆发现象,蕴含着丰富的物理过程[1,2,3,4].太阳磁场是引起太阳活动的一个根本原因,是太阳上各种活动现象的能量来源.对于它们的研究,既能加深人们对太阳的认识和理解,又能帮助人们理解宇宙中其他恒星上发生的类似现象[5,6].
2020-08-27
19世纪50年代,Bobcock父子利用机械扫描的方法,将狭缝光谱仪测量的线源(一维)目标的磁场通过机械扫描获得日面二维磁图,该磁图具备多波长、非实时的特点(光谱型磁像仪).到了70年代发明了视频磁像仪,从而能够获得某一波长的实时二维磁图(滤光器型磁像仪)[1].我国太阳磁场的观测研究始于上世纪80年代,中国科学院国家天文台怀柔太阳观测基地研制的35cm太阳磁场望远镜[2]、60cm多通道望远镜[3]以及全日面太阳望远镜[4]均进行太阳磁场的观测,都属于滤光器型磁像仪.
2020-08-27
公元 4943 年，X 国科学家预测一颗来自太阳系外的未标明巨行星将在 20 年后撞击地球。这个消息一经传出，马上就如洪水猛兽般触动着每一个人的神经，如滚雪球般在极短的时间内席卷了整个地球。各个国家暂时抛弃了私怨，组成联合政府，商讨如何解决这个关系人类未来的重大问题。
2020-07-14
太阳系是我们的家园，也是我们探索宇宙的第一站。在认识宇宙的漫长历程中，从史前人类到 2000 多年前的古希腊先哲，再到 17 世纪的开普勒、牛顿等科学巨匠，我们对宇宙的几乎所有探索都集中在太阳系的日月行星等天体上。直到 18 世纪早期，人们才真正开始关注太阳系以外的诸如恒星等天体。
2020-07-14
美国一直在默默搞自己的核火箭计划。美国宇航局很早就认识到，如果要把探索目标定在更深远的太阳系，核推进可能是唯一可行的技术选择。即使探测范围仅仅超越火星轨道，太阳能电池板所能提供的电力就已经不够了，而采用化学推进将需要大量的推进剂或超长的行程时间，新视野号冥王星探测器就是个明显的例子。
2020-07-14
太阳轨道器运行的位置，是整个太阳系里环境最恶劣的地方之一。虽然最后确定的轨道比最初设计要离太阳远一点，但在最近的地方，太阳轨道器距离太阳也只有 4200 万公里。这个数字看上去挺大的，但只有地球到太阳距离的 1/4。想想夏日正午的阳光是什么样的？而且地球外面还有厚厚的大气层。实际上，这个距离比金星到太阳还近。
2020-07-14
地球所处的太阳系并不平静。小行星带、柯伊伯带和奥尔特云中存在大量不稳定的碎片，它们是太阳系制造行星时留下的碎屑。据推测，最终成为车里雅宾斯克陨石的流星可能形成于约3万年前小行星带中的一次强烈碰撞。柯伊伯带位于海王星轨道之外。奥尔特云是包围太阳系的一圈云状陨石圈，也是艾桑彗星的故乡。
2020-07-14
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期刊名称：天文研究与技术
期刊人气：1552
主管单位：中国科学院
主办单位：中国科学院国家天文台
出版地方：云南
专业分类：科学
国际刊号：1672-7673
国内刊号：53-1189/P
创刊时间：1977年
发行周期：季刊
期刊开本：16开
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2020-03-23
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上传者：管理员
