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小行星: 为何会有一颗Pt的“心”

来源: 科技日报  作者:   2015-07-23 16:55  编辑: 安东


  NWA 6509,一块发现于西南非洲沙漠的LL球粒陨石,从截面可以清晰看到“球粒”结构。

  图片来源meteoritegallery.com

  7月16日,行星资源公司的A3R超小型卫星,从国际空间站上被发射出去。

  图片来源行星资源公司

  艺术家绘制的人类前往小行星采矿的宏大场面。

  7月20日凌晨,一颗名为2011UW-158的小行星飞掠地球,这颗小行星的掠过却像明星般备受媒体追捧,因为“据信这颗小行星的内核可能含有大约1亿吨的白金”……

  7月20日凌晨,在目前发现的众多小行星中,一颗名为2011UW-158的小行星飞掠地球,最近时距离地球仅为地月距离的6.4倍。

  小行星在安全距离上飞掠地球,本是一件司空见惯的事情——几乎每个星期都有类似的近地小行星与地球擦身而过。然而,这颗小行星的掠过却像明星般备受媒体追捧,因为“据信这颗小行星的内核可能含有大约1亿吨的白金”。

  按照目前国际市场上的白金价格,这颗外形奇特,像一颗去壳胡桃的小行星潜在的价值可能超过5万亿美元,成为一颗身价不菲的“土豪”小行星。

  令人质疑的是,这个小行星果真拥有一颗一亿吨重的“Pt(铂)心”吗?

  白金小行星,我们被忽悠了吗

  富集铂元素,天体形成规律使然

  小行星是太阳系内类似行星环绕太阳运动,但体积和质量比行星小得多的天体。别看它们身形“娇小”,小行星的年龄与太阳系相当,在距今45亿年前就开始形成。大部分小行星的运行轨道在火星和木星之间,称为小行星带。此外,近日“新视野”号探访的冥王星以外也分布有小行星,这片地带称为柯伊伯带。

  45亿年前,太阳系的初始状态是一团太阳星云,氢、氧、氮及重金属元素就已存在。在小行星形成过程中,因距离太阳远近不同,各种物质受温度、压强等因素影响在不同的距离处凝结,虽然引力作用使得这一过程更加复杂,不过一般而言,距离太阳较远的小行星上,质量轻、易挥发的元素“保留”的较多;距离太阳较近的小行星上同类元素则“丢失”较多,剩下不易挥发的硅、镍、铂之类的重金属相对比较富集。

  虽然小行星与地球同时形成,但是物质分布大相径庭。地球由于质量巨大,引力足以使不同的化学元素严格按照自身比重的大小,由内而外依次排列成截然分明的圈层——这种现象被称为重力分异。正因为如此,地球在形成过程中通过原始积累而获得的大量铂金,因为过于沉重而沉入了地球的内核深处,只有硅铝之类的轻元素上浮在地表构成了地壳。小行星自大约46亿年前太阳系形成以来,原始形成的物质却几乎没有发生任何变化。

  南京大学天文系教授周礼勇接受科技日报记者采访时表示,虽然太阳系中小行星的天体演变过程没有定论,但是小行星上矿藏富集符合天体形成规律,当铂元素富集时,白金理所当然应该存在。

  铂只是痕量元素,且分散分布

  小行星2011UW-158是LL球粒小行星的典型代表,LL球粒小行星指的是一类铁含量低、金属含量也低的球粒小行星。这类小行星富含铂系元素,也就是钌、铑、钯、锇、铱和铂,这些都是地球上稀缺而又极具工业应用价值的一大类金属。近年,一块名为NWA 6509的LL球粒陨石被发现于西南非洲沙漠。这表明,LL球粒小行星曾经落到过地球的表面。

  按照维基百科上的解释:“球粒陨石是石陨石的一种,它没有遭遇过母天体的熔融或地质分异,因此结构没有改变过。几乎所有球粒陨石均含有毫米大小、称为‘球粒’的球形岩石。球粒陨石的母天体是一些细小的小行星,它们的体积不足以出现熔融和地质分化。这些小行星自从45亿年前,太阳系刚形成后,便没有太大改变。”

  在2000年,美国国家太空协会(National Space Society)董事布拉德·布莱尔(Brad Blair)在太空资源圆桌会议上提交的一篇论文中提到,在地球上找到的LL球粒陨石样本中,铂元素的平均含量为30.9 ppm(part per million的缩写,表示百万分之几)。相较于地球表面的地壳中铂金只有0.005ppm的含量,LL球粒陨石样本比地壳中的铂元素富集超过6000倍。因此,一颗大小超过500米的LL球粒小行星,所含的铂金储量甚至有可能超过人类历史上开采过的全部铂金。

  但是,即使在这些小行星上,铂金最多也只能算是一种痕量元素,分散在构成小行星的无数“球粒”之中,不可能出现大量纯白金堆积一起构成核心,甚至整颗小行星都由白金“打造”的情况。更何况,上述推论也只是依据掉落到地球上的LL球粒陨石样本得出的一个合理推测。

  在前文提到的论文里,布莱尔也谨慎地表示,除非能够从小行星上取样返回,否则陨石提供的证据始终都是间接的。

  太空采矿,我们准备好了吗

  为期90天的实验正在进行

  国内外各大媒体对“白金小行星2011 UW-158”的报道中,都提到了一个商业公司:美国的行星资源公司(Planetary Resources)。该公司在2012年,举办了一场盛大的新闻发布会,宣称将把采矿这个行业带到太空当中。

  从2010年行星资源公司成立到现在,行星资源公司共有两次太空技术开发上的尝试。2014年10月28日以众筹方式研发的Arkyd-3超小型卫星搭乘安塔瑞斯火箭前往国际空间站,火箭升空时爆炸,以失败告终;2015年4月,Arkyd-3的更新版A3R搭乘SpaceX公司设计的龙飞船,登上了国际空间站,并于7月16日,A3R在国际空间站上发射,开始了预计90天的实验。

  采矿并返回目前还是天方夜谭

  天文科普作家虞骏认为,行星资源公司已经开始探索太空采矿这条路,明确打出这样概念。但是到目前为止,他们在实际行动上也只是刚刚开始,而且距离飞到小行星上差距很远。大部分小行星的轨道在火星轨道以外,如果到这么远的地方去登陆小行星再返回地球,现在来说是天方夜谭。而登陆近地小行星的可能更大,有时可能比飞到月亮还要更轻松。

  “说到底,行星资源公司的说法等于画了一个大饼在那里。该公司虽然已经开始测试太空开采的能力,但实际上,它发的小卫星只是在卫星通讯方面进行尝试,并不具备飞往小行星并采集样本返回地球的能力。”虞骏说。

  探索小行星,我们为了什么

  这个过程满足了人类的求知欲

  周礼勇教授也表示,目前人类的技术和能力无法达到开发太空资源的水平,但在尝试小行星的飞掠探测,比如在嫦娥二号进行绕月飞行和探测途中,也有绕行“图塔蒂斯”小行星旋转探测。

  “这种探测并不是因为小行星的经济价值,而是为了从科学的角度了解小行星的形成、结构等。”他解释说,通过对小行星的探测,探索地球、太阳如何形成,进而探索太阳系诞生之初的奥秘,这个过程是为了满足人类的求知欲望。

  最直接的动力是避免小行星撞向地球

  “除此之外,最直接的探索动力,是寻找避免小行星对地球产生威胁的办法。”周礼勇说,近地小行星的轨道与地球轨道相交,他们有可能会与地球碰撞。

  20世纪30年代,近地小行星频繁造访地球。1936年2月7日,小行星“阿多尼斯”在距地球220万公里的地方掠过地球。1937年10月30日,“赫米斯”星更是吓了人们一大跳,它跑到地球身旁的70万公里处。

  几十万公里在普通人看来可能遥不可及,但在天文学家眼里却是近在咫尺。“人类还没有最直接的规避方法,现在的太空探索正是在监测、了解太阳系中小行星的动态,这比经济开发更有价值。”周礼勇说。

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