【菜科解读】

我们距离太空采矿还有多远？

半月谈记者 孟含琪 宋心平

遥远又神秘的小行星上丰富的资源受到政府、学界、媒体等广泛关注。

当科幻电影中小行星采矿的桥段在现实中被热议，不禁让人思考：我们距离小行星采矿究竟还有多远？

从近些年的媒体报道来看，美国、日本等国已向小行星发射了探测器，开展小行星探索计划，并带回了小行星物质样本。

受访专家认为，虽然从技术发展和成本角度考虑，小行星采矿短期内不具备可行性，但可进一步加大相关探测、开采技术研究，为小行星采矿等做好前期技术搭建。

小行星采矿走出科幻电影

一台探测器遨游在孤独的宇宙中，当它锁定一颗小行星后，调转方向、着陆、伸出机械臂开始开采矿物……

这样的情节目前只出现在科幻电影中。

现实中，随着人类对小行星的研究和探测不断深入，小行星采矿是否具有可行性屡成热门话题。

据公开资料介绍，小行星是绕太阳运行的小型岩石天体，它们要比同样绕太阳运行的行星小得多。

按成分划分，小行星主要分为C型（含碳）、S型（硅酸盐加上金属的混合物，类似于镍铁石陨石）和M型（主要由铁镍构成）。

当前，世界各国对铁、铂和镍等金属的需求量很大，很多是具有战略性的矿产资源。

以铁镍材料为例，它能够制造出高精度、高可靠性的电子器件，也是航空、航天器发动机和其他高温机械零件的理想材料。

随着地球自然资源不断被开发，一些国家更加重视获取资源的新途径，将目光投向小行星。

有媒体报道，小行星数据库Asterank追踪了60多万颗小行星的相关数据。

据其评估，不少小行星价值超过百万亿美元。

如此价值连城的小行星，让一些国家看到了先机。

美国是最早开展行动的国家之一。

《美国商业太空发射竞争法案》于2015年签署生效，允许个人和私营企业进行太空采矿。

谁发现归谁的规定在当时引发媒体对太空淘金的热议。

随后，美国、日本等国家发射探测器开展小行星探索计划，并已有探测器携带小行星样本回到地球。

日本宇宙航空研究开发机构的小行星探测器隼鸟2号于2014年发射起航，在2020年从小行星龙宫返回，带回约5.4克行星表面样本，首次在地球以外确认生命之源氨基酸的存在。

目前，隼鸟2号还在继续其太空之旅，将对另一颗小行星进行探测。

美国国家航空航天局（NASA）于2016年向小行星贝努发射了冥王号探测器，于2023年9月带回含有微量水和碳的样本。

技术难关和成本高昂成现实难题

尽管小行星采矿前景广阔，能为各国储备战略资源提供充足支撑，但想在遥远的小行星真正实现勘探、采集并非易事。

从技术、成本等多方面考虑，人类还需要突破层层难关。

——从技术层面分析，人类对小行星的探索仅处于初级阶段。

受访专家认为，尽管人类已开展深空探测计划，发射探测器造访木星、土星、天王星和海王星等，对这些行星的了解愈发深入，但探测和采集的难度不可同日而语。

中国科学院长春光学精密机械与物理研究所研究员徐振邦说，小行星采矿的流程可划分为三个阶段。

先是探测，通过发射探测器确定小行星上是否存在贵金属等资源。

再是勘探，根据该小行星的成分、与地球的距离、到达它所需的时间，以及其飞行和旋转速度等因素确定勘探方式，采集样本并对其表面进行挖掘，确认是否有足够材料可供开采。

最后一步才是开采。

目前人类在这一领域的技术进展仅突破了勘探的初级阶段，即将少量样本带回地球。

冥王号探测器是在采样臂与贝努表面接触后发射了一发压缩氮气，用采样臂头部捕获气体扬起的表面物质；

隼鸟2号则是在接触表面后发出钽质子弹，捕获子弹扬起的物质。

——高昂成本导致商业化小行星采矿面临挑战。

从地球飞往遥远的小行星，动用一系列高科技设备、技术实施矿物采集，这不仅需要技术突破，更需要持续投入大量资金加以支持。

国际宇航联空间运输委员会副主席杨宇光认为，即便太空发射的成本能降低，更多也是在近地层面，而对于深空探索来说，航天运输成本实质性降低还有很长的路要走。

有外媒评论称，高昂的投入成本、漫长的时间周期、预测潜在利润的难度等因素，使一些小行星采矿公司许诺的可观利润并不能在短期内实现。

已有高科技企业由于资金问题导致计划失败。

早在十多年前，美国深空工业公司和行星资源公司就启动了相关项目，从多个投资公司吸引风险投资。

但最终都未开发出独立的盈利平台，导致许多投资者纷纷撤资。

既要仰望星空也要脚踏实地

我国在航空航天领域成果丰硕、发展迅速，在深空探索领域也逐步深入。

未来，我国也会在月球探测、行星探测和运载技术等领域进一步发力。

国家航天局公布了我国探月工程四期、深空探测任务后续规划。

公开消息显示，我国计划2030年前实现中国人首次登陆月球，也开始着手实施小行星探测任务。

天问二号探测器预计在2025年前后发射，对一颗近地小行星进行探测并采样返回。

虽然现在带回的小行星样本量很少，但科学研究价值非常高。

从科学研究和牵引航天技术发展等角度来看，都有必要对小行星进行探测。

杨宇光认为，考虑到高昂的航天运输成本和小行星低重力资源等因素，在采矿应用层面，小行星资源的原位利用争议较少，但带回地球的模式还值得商榷。

风物长宜放眼量。

徐振邦认为，在开展小行星采矿等长远期深空探测计划的同时，我国目前还需扎实开展探月工程，关注可行性更高、价值更大的月球资源开采，并为未来技术发展做好相关验证。

比如地球上的氦元素主要是氦-4，氦-3储量不足，而可作为清洁核能源的氦-3在月球上储量丰富。

目前我国科研人员利用嫦娥五号带回的月壤已找到捕获和保存氦-3气体的关键物质。

徐振邦表示：在此基础上，我国可进一步加大相关探测、开采技术研究，既为未来月球氦-3的原位开采利用奠定基础，也为小行星采矿等深空探测计划做好前期技术搭建。

木星是气态行星，如果把木星上的气体全部吹走，会结果

木星是一颗巨大的气态行星，其质量约为地球的318倍，体积更是高达地球的1300多倍，在太阳系八大行星中，木星是绝对的“老大”，这使得我们人类对这颗巨大的行星格外关注，关于木星的各种稀奇古怪的问题也层出不穷。

比如说有人就提出了这样一个问题：既然木星是气态行星，那如果把木星上的气体全部吹走，会有什么结果呢？下面我们就来讨论一下。

首先要讲的是，所谓的气态行星并不是指全部是由气体构成的行星，而是指不以岩石或者其他类型的固体为主要成分、没有确定的固态表面的行星，也就是说，气态行星也是可以拥有固态核心的。

那么木星到底有没有固态核心呢？其实这个问题的答案也是科学家们很想知道的。

尽管以人类当前的科技水平，暂时还不能直接进入到木星深处去直接探索，但通过探测器在木星附近收集到的数据，我们还是可以间接猜测出木星的内部结构。

如上图所示，在探测器飞越木星的过程中，其发出的无线电信号会因为木星的引力变化而出现细微的多普勒频移，通过大量对照探测器的实际轨道和理论轨道的差异，就可以构建出木星的重力场模型，进而猜测出木星内部的质量分布。

科学家根据“先驱者10号”、“旅行者1号”、“旅行者2号”、“伽利略号”、“朱诺号”等多个探测器传回的数据猜测出，木星很可能存在一个由重元素构成的固态内核，其质量在地球的12倍至45倍之间注：这里的重元素是指比氢和氦更重的元素。

因此科学界普遍认为，木星应该有一个致密的固态核心，其外包裹着大量的氢和氦注：木星主要由氢和氦构成，其中氦占其质量的大约4分之1，其他的绝大部分都是氢。

由于随着深度的增加，木星上的物质会逐渐变得更热、也更致密，因此木星的结构应该是：最外层是气态的氢和氦，当深度增加到一定程度时，氢和氦就以液态存在，而在更深的位置，极端的压强会将氢原子中的电子“挤”出来，使得它们像金属一样可以导电，这种状态的氢也被称为“金属氢”，在此之下就是木星的固态核心大概如下图所示。

据此我们可以得出，木星上层的气体一旦消失，木星上的那些原来处于高压状态下的液态氢、液态氦以及“金属氢”都会因为失压而转变成气体，在这种情况下，如果把木星上的气体全部吹走，其结果就是木星会失去几乎所有的氢和氦，只剩下一个比原来小得多的固态核心。

值得一提的是，虽然我们人类目前并没有能力把像木星这样的气态行星上的气体全部吹走，但宇宙中那些能量巨大的太阳却可以做到。

从理论上来讲，假如一颗气态行星与其主太阳的距离太近，它的气体就会被主太阳不断地剥离，久而久之，这颗气态行星就会只剩下一个固态核心如果它有的话，科学家给这种奇特的天体起了一个奥秘的名字——“冥府行星”Chthonian planet。

有意思的是，我们有可能已经发现了一颗“冥府行星”。

这颗星球被命名为“TOI-849b”，距离地球大约730光年，由“凌星系外行星巡天卫星”TESS于2020发现，其主太阳被命名为“TOI-849”，是一颗与太阳相似的黄矮星。

观测数据表明，“TOI-849b”的体积与我们太阳系中的海王星差不多，但它的质量却大约是海王星的2.3倍，地球的39.1倍，密度约为5.2克/立方厘米，与像地球这样的岩石行星相当。

另一方面来讲，“TOI-849b”距离它的主太阳非常近，以至于其表面温度可以高达1530摄氏度左右，并且大约每18个小时，它就会完成一次公转。

所以我们可以做一个合理的猜测，“TOI-849b”曾经是一颗与木星相似的气态行星，后来因为某种原因迁徙到了距离其主太阳非常近的轨道，在此之后，它的气体就持续地被主太阳“吹”走，最终演化成了一颗“冥府行星”，而这也很可能就是木星上的气体被全部吹走后的结果。

好了，今天我们就先讲到这里，欢迎大家关注我们，我们下次再见。

既然木星是气态行星，那么人类发射的航天器能不能直接穿过木星

行星是天体的一类，是指自身不发光，同时围绕太阳做周期性公转运动的天体，通常可以分为行星、矮行星和小行星。

比如在太阳系内，水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星就是属于行星，而冥王星，则和谷神星、阋神星、鸟神星等一起属于矮行星。

穿越木星在太阳系内，位于火星和木星轨道之间还存在着数以十万计的小行星，我们称为小行星带。

当然，我们人类最为关注的还是八大行星，我们根据八大行星的物理性状可以分为两类，一类是和地球一样具有固体表面，岩石行星，称为类地行星，包括水星、金星和火星。

太阳系示意图另外一类就是和木星一样，是有气体来组成的行星，在太阳系内包括木星、土星、天王星和海王星，这些行星和类地行星来比，通常具有体积和质量更大，但是由于是气体组成，所以往往平均密度较小。

那么，既然木星是气态行星，那么我们人类发射的航天器，包括宇宙探测器，或者将来有可能发射的宇宙飞船，能不能直接穿过木星？太阳系八大行星目前来看，人类发射的航天器很难穿越木星，我们这里假设我们从木星的中心穿过。

虽然木星是一颗气态行星，那只是表明木星的主要组成成分是气体，主要是氢和氦，从木星的结构来看，最外面是包围整个木星的大气层，充满着气体，而且在不停的运动之中，形成气体旋涡，比如著名的“大红斑”。

木星南极洲而在木星大气层之下，随着越往木星内部，压力越来越大，气体被不断压缩，形成了液态金属氢，这需要的压力相当于25万个地球大气压，我们要用什么材料才干承受这种压力呢？如果再往木星内部前进，到了木星的中心，我们猜测虽然木星是一颗气态行星，但是其中心是有一个岩石核心，由硅酸盐和铁来组成。

所以在物体状态下，木星内部的高温、高压，以及岩石内核都不支持航天器穿越它。

木星内部结构木星在行星分类上，是一颗气态行星，但是这里的气态，并不是我们地球上所想象的像我们的大气层一样的气体。

我们知道，就算是地球上的大气层，当天宫一号从宇宙坠落，经过大气层时，也会因为剧烈摩擦而燃烧，更何况是更为稠密的木星大气层，所以，以目前的人类技术，别说穿越木星，连木星大气层这一关都过不了。

木星探测器“朱诺号”人类的认知是有限的，我们只能在现有的条件下进行假设，就像农业社会时期的人类，也无法想象现在的互联网时代。

那么，我们说无法穿越木星，也是基于当前的认知，说不定在将来，人类科技进步，就能实现。

朱诺号发射升空