演繹 inSite 第三十一期節(jié)目
中國(guó)人的“太空淘金夢(mèng)”
——開啟小行星采礦之旅
蘇萌
哈佛大學(xué)天體物理學(xué)博士
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蘇萌 @ 演繹 inSite 演講視頻：
以下為蘇萌演講文字稿：
（根據(jù)演講現(xiàn)場(chǎng)整理，基于原意有所刪減，完整版請(qǐng)看視頻）
大家好我是蘇萌，今天和大家分享的話題是：中國(guó)人的「太空淘金夢(mèng)」——開啟小行星采礦之旅。
阿波羅計(jì)劃在 50 年前—— 1969 年的 7 月 20 號(hào)，讓人類第一次登上了月球表面，那么 50 年過(guò)去了，人類走向太空的腳步應(yīng)該去哪里呢？
今年年初，中國(guó)的登月探測(cè)器嫦娥四號(hào)成功著陸到月球的背面，這是人類歷史上第一個(gè)軟著陸到月球背面進(jìn)行科學(xué)探測(cè)的科考裝置。未來(lái)，嫦娥四號(hào)的信號(hào)將會(huì)從月球的背面成功地傳回地球。
圖 | 嫦娥 4 號(hào)月球探測(cè)器（來(lái)源：CNSA/CLEP）
除了月球，人類已經(jīng)把想象力的觸角伸向了更深的太空和更遙遠(yuǎn)的太陽(yáng)系。馬斯克說(shuō)過(guò)一句非常有名的話是：“走向太空是根植在人類心中的流浪的火種”。其實(shí)，人類是不能永遠(yuǎn)只生活在地球上的。將來(lái)，如果我們只能在地球上終老，遇到一件太空中可能會(huì)遇到的這種災(zāi)難，就像恐龍或者之前許多的物種一樣在地球上消失。因此，當(dāng)我們的科技發(fā)展到一定階段后就要走出地球、走向太空。
我相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，5 年或是 10 年，人類就會(huì)在月球的表面、火星的表面建立人類長(zhǎng)期能夠居住的基地，使得我們真正走出地球。
就在去年，美國(guó) NASA 的火星探測(cè)器發(fā)現(xiàn)：在火星的地表下有大量的水存在，所以我們其實(shí)可以在火星利用當(dāng)?shù)氐馁Y源建設(shè)起我們?cè)诨鹦巧娴募覉@，而到時(shí)候我們需要充分利用太空的資源使得人類可以走出地球。
人類為什么想要走向太空？
其實(shí)，回過(guò)頭來(lái)看，為什么大家會(huì)感興趣走向太空？為什么人類這一物種需要走向太空？其實(shí)作為一個(gè)天文學(xué)家或者研究宇宙的一個(gè)科學(xué)家，我們仰望星空的原動(dòng)力或者人類對(duì)自然的好奇心，是使得我們的文明可以持續(xù)不斷向前發(fā)展的原動(dòng)力。
（來(lái)源：Pixabay）
作為研究宇宙的科學(xué)家，其實(shí)是在回答一些曾經(jīng)是哲學(xué)家會(huì)關(guān)心的問(wèn)題：比如宇宙是由什么組成的？水是從哪來(lái)的？生命是如何在這樣的一個(gè)藍(lán)色星球上起源的？所有的這些問(wèn)題歸根結(jié)底都是科學(xué)問(wèn)題，而我們就試圖去回答這樣的問(wèn)題。
在過(guò)去的 20 年，我覺得宇宙學(xué)最大的一個(gè)進(jìn)展是，認(rèn)知到宇宙中大量存在著我們不知道的東西，我們把它他稱之為：暗物質(zhì)和暗能量，所以我們今天對(duì)宇宙的認(rèn)知，其實(shí)就在顛覆我們?cè)?jīng)認(rèn)為的常識(shí)。
我覺得，每一個(gè)人心目中的宇宙都是不一樣的。比如 400 年前文藝復(fù)興之后，人類對(duì)宇宙的認(rèn)知無(wú)非就是地球是宇宙的中心；經(jīng)過(guò) 400 年短短的文明發(fā)展，我們今天對(duì)宇宙進(jìn)行了非?？茖W(xué)的描述，甚至可以進(jìn)入到精確宇宙學(xué)的時(shí)代，對(duì)宇宙的年齡的測(cè)算可以精確到小數(shù)點(diǎn)之后。
我們用科學(xué)的方式去了解這個(gè)世界，就是通過(guò)人類技術(shù)的發(fā)展、科技的革命，去建設(shè)一代又一代越來(lái)越強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡，并且把很多探測(cè)裝置發(fā)射到深空中，通過(guò)這些衛(wèi)星可以采集越來(lái)越多的數(shù)據(jù)，通過(guò)這些數(shù)據(jù)的分析，告訴我們宇宙是怎么回事，回答一些最基本的科學(xué)問(wèn)題。
天文學(xué)經(jīng)過(guò)了幾十年的發(fā)展，目前的發(fā)展模式遇到了一些瓶頸，為了回答一些最基礎(chǔ)的科學(xué)問(wèn)題，我們是在尋求政府的不同組織的經(jīng)費(fèi)支持，完全是用花錢的狀態(tài)去回答科學(xué)家的問(wèn)題。比如哈勃望遠(yuǎn)鏡的下一代詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡，在上天之前大概耗資了 100 億美金，我們花了將近 700 億人民幣來(lái)試圖發(fā)射一個(gè)望遠(yuǎn)鏡，使得它能夠采集一些信號(hào)，回答一些最基本的科學(xué)問(wèn)題。
圖 | 哈勃望遠(yuǎn)鏡（來(lái)源：Pixabay）
這個(gè)領(lǐng)域本身需要完成一些自內(nèi)而外的模式上的變化，進(jìn)一步通過(guò)自身科技的發(fā)展，讓我們對(duì)宇宙的理解可以進(jìn)入到下一個(gè)階段，不僅需要更多公眾的支持，更需要這個(gè)學(xué)科能夠產(chǎn)生更多的價(jià)值反哺社會(huì)的發(fā)展。
對(duì)普通公眾而言，最感興趣的話題或許是：有沒有外星人，外星人在哪里，人類是不是孤獨(dú)的？所以我覺得這本質(zhì)上也是我們?nèi)祟愖鳛橐粋€(gè)物種，為什么要去探索太空的第二個(gè)原因，就是我們內(nèi)在的一種因?yàn)楣陋?dú)而產(chǎn)生的焦慮感。我們希望知道自己是不是孤獨(dú)的，地球是不是宇宙中唯一的有生命，至少是高等生命存在的環(huán)境。
其實(shí)不僅在今天，在上世紀(jì) 50 年代二戰(zhàn)之后，有一個(gè)非常有名的物理學(xué)家叫恩里科·費(fèi)米，當(dāng)時(shí)他最有名的事情是領(lǐng)導(dǎo)了曼哈頓計(jì)劃。他問(wèn)了一個(gè)非常有名的問(wèn)題，就是如果宇宙中有智慧文明的存在，那么為什么我們文明發(fā)展到今天還沒有看到，或者說(shuō)需要什么樣的探測(cè)手段，才可以真正回答這個(gè)問(wèn)題，這被定義為費(fèi)米悖論。
那這個(gè)悖論已經(jīng)發(fā)展了幾十年的時(shí)間，對(duì)外星文明的想象遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過(guò)了科學(xué)家的范疇。在好萊塢的很多科幻電影也在討論這樣一個(gè)主題，人類如果真正遇到了外星文明會(huì)出現(xiàn)什么樣的事情，包括我們國(guó)家也開始有越來(lái)越多的科幻電影在想象人類跟外星人偶遇的故事。
現(xiàn)在正處于文明 0.7 時(shí)代
從更大的層面來(lái)講，不管地球文明是不是孤獨(dú)的，我們可以對(duì)文明進(jìn)行這樣一個(gè)分類，就是如果有一天人類可以把地球上所有的資源都充分利用，我們把它定義為文明 1.0。
如果將來(lái)人類能走出地球，把地球所環(huán)繞的恒星，也就是太陽(yáng)的資源或者太陽(yáng)系的資源充分利用，我們把它定義為文明 2.0。
如果我們真正有一天走出太陽(yáng)系，走向銀河系，把整個(gè)星系的能源和資源充分的利用，我們把它定義為文明 3.0。
那，今天的地球文明處于什么階段呢？首先我們沒有走出地球，還沒有把地球的資源充分利用，所以顯然要比 1.0 更低一些，大概在 0.7，這是目前學(xué)界的大致判斷。
宇宙誕生到今天是 138.1 億年，如果把宇宙的這么長(zhǎng)的時(shí)間壓縮成 1 年，那文明出現(xiàn)在最后的 1 秒鐘都不到的時(shí)間，所以幾萬(wàn)年人類的文明其實(shí)就只是一瞬間。而且文明發(fā)展的速度是難以置信的，過(guò)去的 10 年、20 年我們能想象今天的生活嗎？未來(lái)的 10 年、20 年、50 年也將完全超出我們的想象，因?yàn)榭萍嫉陌l(fā)展非常迅速，某種程度上是爆炸式的發(fā)展。
就在兩年前，夏威夷的一個(gè)望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有趣的天體，用夏威夷語(yǔ)來(lái)說(shuō)叫 Oumuamua，翻譯過(guò)來(lái)是“遠(yuǎn)方的使者”。發(fā)現(xiàn)以后對(duì)這個(gè)天體進(jìn)行了一段時(shí)間的跟蹤，不管是它的形狀軌道還是運(yùn)動(dòng)方式，跟我們認(rèn)知到的幾百萬(wàn)顆太陽(yáng)系天體完全不同，后來(lái)發(fā)現(xiàn)這是人類歷史上發(fā)現(xiàn)的，第一個(gè)從太陽(yáng)系外面跑到太陽(yáng)系里面的物體，被人類的望遠(yuǎn)鏡捕捉到，然后又迅速離開。
圖 | Oumuamua藝術(shù)概念圖（來(lái)源：ESA/Hubble, NASA, ESO, M. Kornmesser）
它具有非常奇特的性質(zhì)，以至于我們現(xiàn)在沒有一個(gè)科學(xué)的解釋告訴大家，這是一個(gè)什么樣的東西，我曾經(jīng)在哈佛大學(xué)留學(xué)時(shí)的天文系主任 AviLoeb，看到這個(gè)物體的信號(hào)以后非常激動(dòng)，他認(rèn)為有可能這是人類歷史上第一次看到了其他文明曾經(jīng)存在過(guò)的證據(jù)。
我們今天看到了很多類似地球的行星，而這樣的觀測(cè)在 10 年前是不可想象的，20 年前我們甚至認(rèn)為像地球這樣的行星在宇宙中是非常稀少的，而今天天文學(xué)的觀測(cè)告訴我們，天上有多少顆星星就至少有多少個(gè)行星，也就是說(shuō)幾乎每一顆恒星周圍都存在著一顆行星甚至一個(gè)太陽(yáng)系，所以在這樣龐大繁雜的行星系統(tǒng)里，我們可以充分想象有文明的存在，但是文明在哪里，是需要天文學(xué)家進(jìn)一步的觀察及科學(xué)研究，需要有更強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡幫助我們回答。
比如在太陽(yáng)系旁邊最近的恒星比鄰星，一直以來(lái)我們都認(rèn)為它是一個(gè)孤獨(dú)的恒星，就在兩年前，首次發(fā)現(xiàn)比鄰星旁邊有一個(gè)行星系統(tǒng)，里面有一顆行星的大小跟地球類似，所以原則上這個(gè)行星上就有可能存在著生命。而這樣一個(gè)距離在宇宙尺度上來(lái)講是近在咫尺，所以霍金在去世之前就提出了突破攝星計(jì)劃，我們?cè)瓌t上應(yīng)該用一個(gè)探測(cè)器抵近觀測(cè)，來(lái)告訴人類有沒有生命。
那么如何做到這件事情呢？比鄰星離我們 4.3 光年，也就是光要跑 4.3 年的時(shí)間，如何在有限的時(shí)間跑到這樣的一個(gè)最近的恒星呢？
霍金提出來(lái)的方案是把一個(gè)非常輕非常小的探測(cè)器加速到 20% 的光速，用今天的科技發(fā)展能達(dá)到最大限度的一個(gè)能力，在未來(lái)的 20 年或 25 年的時(shí)間里，去告訴我們 Proxima b 上是不是有生命。
天文學(xué)發(fā)展遭遇瓶頸
那么，所有的這些告訴我們天文學(xué)需要發(fā)展，但僅靠人類的好奇心、政府的支持和有限的資源已經(jīng)使天文的發(fā)展遇到了一個(gè)瓶頸。但是，目前科學(xué)家對(duì)太空環(huán)境的了解，為人類打開了一個(gè)新的窗口。
太空里其實(shí)存在著大量資源，這些資源是以各種不同的形式漂浮在太空中，如果我們能夠把這些資源帶回到地球使用，或者在去往火星的過(guò)程中使用這些太空資源，那將極大降低天文科學(xué)探索的成本，并且使得這個(gè)“天文探索——商業(yè)價(jià)值——回饋天文”形成了閉環(huán)。
就像人工智能在七、八十年代的時(shí)候，還只能是實(shí)驗(yàn)室里里研發(fā)的一個(gè)項(xiàng)目。但今天，大家都對(duì)人工智能耳熟能詳，并且對(duì)社會(huì)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，而這個(gè)影響產(chǎn)生的社會(huì)價(jià)值就可以反哺到人工智能本身的發(fā)展。我覺得類似這樣的事情在每一個(gè)學(xué)科都會(huì)發(fā)生，而且我相信天文學(xué)的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了這樣一個(gè)階段，那我們要做的就是通過(guò)開采太空資源這一手段，真正突破地球的局限，使人類進(jìn)入一個(gè)多星球的時(shí)代。
作為一個(gè)天文學(xué)家反復(fù)在回答一些起源的問(wèn)題，太空資源在哪里？怎么去開采？其實(shí)還是要回到最開始，我們是從哪來(lái)的？地球是從哪來(lái)的？
最開始，太陽(yáng)系就是一團(tuán)高溫且密度很低的氣體，在引力的作用下這團(tuán)氣體慢慢坍縮成一個(gè)盤狀的結(jié)構(gòu)，這個(gè)盤狀的結(jié)構(gòu)又碎裂形成一個(gè)一個(gè)的天體，包括火星、地球、月球、木星等?？梢韵胂笥泻芏辔镔|(zhì)最終沒有變成行星的一部分，只是形成了一些大小不同的石塊，它們就在太陽(yáng)系里面漂浮著，自從 46 億年前太陽(yáng)系形成以來(lái)就一直漂浮著，而這些石塊其實(shí)就是我們通向太空，通向文明 1.0，跨越 2.0 的物質(zhì)來(lái)源。
（來(lái)源：Pixabay）
這些小天體大部分分布在火星和木星軌道之間，主要是有一個(gè)小行星帶，我們把它叫做主帶，主帶上的小行星由于引力的影響，會(huì)時(shí)不時(shí)跑到地球周圍。我們現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)大概有兩萬(wàn)多顆小天體，它們不僅含有非常豐富的太空資源，而且比月球、火星的資源要容易開采很多倍，所以這些小天體將會(huì)成為我們走向太空的第一步。
其實(shí)小天體離我們并不遙遠(yuǎn)，比如在兩年前有一個(gè)火流星的事件發(fā)生在云南的香格里拉，大概是一個(gè)直徑 10 米左右的小天體進(jìn)入了大氣層。所以這樣的天體其實(shí)時(shí)不時(shí)的都會(huì)進(jìn)入到大氣層，10 米的比較多，如果是更大的小天體會(huì)發(fā)生什么樣的事情呢？
6500 萬(wàn)年前恐龍突然滅絕了，現(xiàn)在學(xué)術(shù)界大部分人會(huì)認(rèn)為是由于一顆直徑 10 公里到 12 公里的小行星撞擊到了今天墨西哥灣的地方，形成了全球的災(zāi)難。所以 10 公里的小天體會(huì)毀掉地球上大部分的物種，造成災(zāi)難性的事件，不過(guò)這樣的事件發(fā)生概率很小，但是 10 米到 10 公里之間還有大量大小不同的小天體分布在地球周圍。
目前科學(xué)家認(rèn)為，小行星撞擊地球是文明誕生的重要因素之一，比如地球上的水是由遠(yuǎn)古時(shí)候的彗星帶來(lái)的，這些小天體反復(fù)撞擊地球，使得地球的環(huán)境發(fā)生周期的變化，而這些變化就是我們文明跨越性進(jìn)展的重要原因，最近的一次小天體撞擊事件，大概是一個(gè) 300 米左右的小天體撞擊到了今天美國(guó)的猶他州。
（來(lái)源：Pixabay）
如果真的有小行星撞擊到地球，人類應(yīng)該如何去面對(duì)？人類今天真的有能力去應(yīng)對(duì)這樣的事情嗎？其實(shí)霍金在臨終之前就表達(dá)了對(duì)地球的擔(dān)憂，人類面對(duì)太多的不確定性，但還沒有找到拯救自己的方式。
就在幾個(gè)月前，有類似的一個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)，假設(shè)一個(gè)直徑100米的小天體要撞到地球了，我們是不是有辦法去逃避，或者改變小行星的軌道避免災(zāi)難發(fā)生？
但結(jié)論很令人失望，經(jīng)過(guò)整個(gè)人類不同組織群體的協(xié)調(diào)后發(fā)現(xiàn)，如果直徑100米的小天體真的要進(jìn)入到地球的大氣，要砸向地表的話，我們是沒有辦法的，今天的科技還無(wú)法避免這類災(zāi)難的發(fā)生。
這個(gè)模擬按照小行星落點(diǎn)去判斷大概會(huì)有多少人傷亡，如果落到北京附近，100 米直徑的小天體大概會(huì)造成千萬(wàn)人的傷亡，發(fā)生的概率雖然很低，但一旦發(fā)生就是災(zāi)難性的。
再舉一個(gè)例子：在 2029 年，會(huì)有一個(gè)直徑 600 米的小天體與地球擦肩而過(guò)，它的軌道甚至比地球的同步軌道，也就是地球發(fā)射的衛(wèi)星的軌道還要低，離地球的距離大概就是 3 萬(wàn)公里左右，而地球的直徑不過(guò) 1 萬(wàn)多公里，像這樣的小天體萬(wàn)一砸到地球上，就會(huì)造成災(zāi)難性的影響。
（來(lái)源：NASA/JPL-Caltech）
那我們今天探測(cè)小天體的技術(shù)已經(jīng)到了什么樣的程度呢？
人類已經(jīng)成功地實(shí)現(xiàn)了抵近并且著陸到小天體、小行星、彗星上，進(jìn)行就地的研究，并且把上面的物質(zhì)采回來(lái)供科學(xué)家研究，它們具有極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
比如有一個(gè)幾年前從地球旁邊擦肩而過(guò)的小天體，上面有很多的鉑系金屬，或者說(shuō)重金屬，這些金屬的含量高到什么程度呢？一個(gè) 1 公里乘半公里的小天體，上面含有的鉑金含量，比地球上已知的所有的鉑金還要多，我們確定的知道地球周圍的小天體里面，有著比地球多數(shù)千倍數(shù)萬(wàn)倍的太空資源，所以原則上我們可以利用太空資源來(lái)服務(wù)人類社會(huì)。
圖 | 小行星采礦方案（來(lái)源：起源太空）
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