演繹 inSite 第三十一期節目
中國人的“太空淘金夢”
——開啟小行星采礦之旅
蘇萌
哈佛大學天體物理學博士
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蘇萌 @ 演繹 inSite 演講視頻：
以下為蘇萌演講文字稿：
（根據演講現場整理，基于原意有所刪減，完整版請看視頻）
大家好我是蘇萌，今天和大家分享的話題是：中國人的「太空淘金夢」——開啟小行星采礦之旅。
阿波羅計劃在 50 年前—— 1969 年的 7 月 20 號，讓人類第一次登上了月球表面，那么 50 年過去了，人類走向太空的腳步應該去哪里呢？
今年年初，中國的登月探測器嫦娥四號成功著陸到月球的背面，這是人類歷史上第一個軟著陸到月球背面進行科學探測的科考裝置。未來，嫦娥四號的信號將會從月球的背面成功地傳回地球。
圖 | 嫦娥 4 號月球探測器（來源：CNSA/CLEP）
除了月球，人類已經把想象力的觸角伸向了更深的太空和更遙遠的太陽系。馬斯克說過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，人類是不能永遠只生活在地球上的。將來，如果我們只能在地球上終老，遇到一件太空中可能會遇到的這種災難，就像恐龍或者之前許多的物種一樣在地球上消失。因此，當我們的科技發展到一定階段后就要走出地球、走向太空。
我相信在不遠的將來，5 年或是 10 年，人類就會在月球的表面、火星的表面建立人類長期能夠居住的基地，使得我們真正走出地球。
就在去年，美國 NASA 的火星探測器發現：在火星的地表下有大量的水存在，所以我們其實可以在火星利用當地的資源建設起我們在火星生存的家園，而到時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，回過頭來看，為什么大家會感興趣走向太空？為什么人類這一物種需要走向太空？其實作為一個天文學家或者研究宇宙的一個科學家，我們仰望星空的原動力或者人類對自然的好奇心，是使得我們的文明可以持續不斷向前發展的原動力。
（來源：Pixabay）
作為研究宇宙的科學家，其實是在回答一些曾經是哲學家會關心的問題：比如宇宙是由什么組成的？水是從哪來的？生命是如何在這樣的一個藍色星球上起源的？所有的這些問題歸根結底都是科學問題，而我們就試圖去回答這樣的問題。
在過去的 20 年，我覺得宇宙學最大的一個進展是，認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：暗物質和暗能量，所以我們今天對宇宙的認知，其實就在顛覆我們曾經認為的常識。
我覺得，每一個人心目中的宇宙都是不一樣的。比如 400 年前文藝復興之后，人類對宇宙的認知無非就是地球是宇宙的中心；經過 400 年短短的文明發展，我們今天對宇宙進行了非常科學的描述，甚至可以進入到精確宇宙學的時代，對宇宙的年齡的測算可以精確到小數點之后。
我們用科學的方式去了解這個世界，就是通過人類技術的發展、科技的革命，去建設一代又一代越來越強大的望遠鏡，并且把很多探測裝置發射到深空中，通過這些衛星可以采集越來越多的數據，通過這些數據的分析，告訴我們宇宙是怎么回事，回答一些最基本的科學問題。
天文學經過了幾十年的發展，目前的發展模式遇到了一些瓶頸，為了回答一些最基礎的科學問題，我們是在尋求政府的不同組織的經費支持，完全是用花錢的狀態去回答科學家的問題。比如哈勃望遠鏡的下一代詹姆斯·韋伯望遠鏡，在上天之前大概耗資了 100 億美金，我們花了將近 700 億人民幣來試圖發射一個望遠鏡，使得它能夠采集一些信號，回答一些最基本的科學問題。
圖 | 哈勃望遠鏡（來源：Pixabay）
這個領域本身需要完成一些自內而外的模式上的變化，進一步通過自身科技的發展，讓我們對宇宙的理解可以進入到下一個階段，不僅需要更多公眾的支持，更需要這個學科能夠產生更多的價值反哺社會的發展。
對普通公眾而言，最感興趣的話題或許是：有沒有外星人，外星人在哪里，人類是不是孤獨的？所以我覺得這本質上也是我們人類作為一個物種，為什么要去探索太空的第二個原因，就是我們內在的一種因為孤獨而產生的焦慮感。我們希望知道自己是不是孤獨的，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境。
其實不僅在今天，在上世紀 50 年代二戰之后，有一個非常有名的物理學家叫恩里科·費米，當時他最有名的事情是領導了曼哈頓計劃。他問了一個非常有名的問題，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展到今天還沒有看到，或者說需要什么樣的探測手段，才可以真正回答這個問題，這被定義為費米悖論。
那這個悖論已經發展了幾十年的時間，對外星文明的想象遠遠地超過了科學家的范疇。在好萊塢的很多科幻電影也在討論這樣一個主題，人類如果真正遇到了外星文明會出現什么樣的事情，包括我們國家也開始有越來越多的科幻電影在想象人類跟外星人偶遇的故事。
現在正處于文明 0.7 時代
從更大的層面來講，不管地球文明是不是孤獨的，我們可以對文明進行這樣一個分類，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。
如果將來人類能走出地球，把地球所環繞的恒星，也就是太陽的資源或者太陽系的資源充分利用，我們把它定義為文明 2.0。
如果我們真正有一天走出太陽系，走向銀河系，把整個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的時間壓縮成 1 年，那文明出現在最后的 1 秒鐘都不到的時間，所以幾萬年人類的文明其實就只是一瞬間。而且文明發展的速度是難以置信的，過去的 10 年、20 年我們能想象今天的生活嗎？未來的 10 年、20 年、50 年也將完全超出我們的想象，因為科技的發展非常迅速，某種程度上是爆炸式的發展。
就在兩年前，夏威夷的一個望遠鏡發現了一個有趣的天體，用夏威夷語來說叫 Oumuamua，翻譯過來是“遠方的使者”。發現以后對這個天體進行了一段時間的跟蹤，不管是它的形狀軌道還是運動方式，跟我們認知到的幾百萬顆太陽系天體完全不同，后來發現這是人類歷史上發現的，第一個從太陽系外面跑到太陽系里面的物體，被人類的望遠鏡捕捉到，然后又迅速離開。
圖 | Oumuamua藝術概念圖（來源：ESA/Hubble, NASA, ESO, M. Kornmesser）
它具有非常奇特的性質，以至于我們現在沒有一個科學的解釋告訴大家，這是一個什么樣的東西，我曾經在哈佛大學留學時的天文系主任 AviLoeb，看到這個物體的信號以后非常激動，他認為有可能這是人類歷史上第一次看到了其他文明曾經存在過的證據。
我們今天看到了很多類似地球的行星，而這樣的觀測在 10 年前是不可想象的，20 年前我們甚至認為像地球這樣的行星在宇宙中是非常稀少的，而今天天文學的觀測告訴我們，天上有多少顆星星就至少有多少個行星，也就是說幾乎每一顆恒星周圍都存在著一顆行星甚至一個太陽系，所以在這樣龐大繁雜的行星系統里，我們可以充分想象有文明的存在，但是文明在哪里，是需要天文學家進一步的觀察及科學研究，需要有更強大的望遠鏡幫助我們回答。
比如在太陽系旁邊最近的恒星比鄰星，一直以來我們都認為它是一個孤獨的恒星，就在兩年前，首次發現比鄰星旁邊有一個行星系統，里面有一顆行星的大小跟地球類似，所以原則上這個行星上就有可能存在著生命。而這樣一個距離在宇宙尺度上來講是近在咫尺，所以霍金在去世之前就提出了突破攝星計劃，我們原則上應該用一個探測器抵近觀測，來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 年的時間，如何在有限的時間跑到這樣的一個最近的恒星呢？
霍金提出來的方案是把一個非常輕非常小的探測器加速到 20% 的光速，用今天的科技發展能達到最大限度的一個能力，在未來的 20 年或 25 年的時間里，去告訴我們 Proxima b 上是不是有生命。
天文學發展遭遇瓶頸
那么，所有的這些告訴我們天文學需要發展，但僅靠人類的好奇心、政府的支持和有限的資源已經使天文的發展遇到了一個瓶頸。但是，目前科學家對太空環境的了解，為人類打開了一個新的窗口。
太空里其實存在著大量資源，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程中使用這些太空資源，那將極大降低天文科學探索的成本，并且使得這個“天文探索——商業價值——回饋天文”形成了閉環。
就像人工智能在七、八十年代的時候，還只能是實驗室里里研發的一個項目。但今天，大家都對人工智能耳熟能詳，并且對社會產生了深遠的影響，而這個影響產生的社會價值就可以反哺到人工智能本身的發展。我覺得類似這樣的事情在每一個學科都會發生，而且我相信天文學的發展已經進入了這樣一個階段，那我們要做的就是通過開采太空資源這一手段，真正突破地球的局限，使人類進入一個多星球的時代。
作為一個天文學家反復在回答一些起源的問題，太空資源在哪里？怎么去開采？其實還是要回到最開始，我們是從哪來的？地球是從哪來的？
最開始，太陽系就是一團高溫且密度很低的氣體，在引力的作用下這團氣體慢慢坍縮成一個盤狀的結構，這個盤狀的結構又碎裂形成一個一個的天體，包括火星、地球、月球、木星等。可以想象有很多物質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，它們就在太陽系里面漂浮著，自從 46 億年前太陽系形成以來就一直漂浮著，而這些石塊其實就是我們通向太空，通向文明 1.0，跨越 2.0 的物質來源。
（來源：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，會時不時跑到地球周圍。我們現在發現大概有兩萬多顆小天體，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成為我們走向太空的第一步。
其實小天體離我們并不遙遠，比如在兩年前有一個火流星的事件發生在云南的香格里拉，大概是一個直徑 10 米左右的小天體進入了大氣層。所以這樣的天體其實時不時的都會進入到大氣層，10 米的比較多，如果是更大的小天體會發生什么樣的事情呢？
6500 萬年前恐龍突然滅絕了，現在學術界大部分人會認為是由于一顆直徑 10 公里到 12 公里的小行星撞擊到了今天墨西哥灣的地方，形成了全球的災難。所以 10 公里的小天體會毀掉地球上大部分的物種，造成災難性的事件，不過這樣的事件發生概率很小，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。
目前科學家認為，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古時候的彗星帶來的，這些小天體反復撞擊地球，使得地球的環境發生周期的變化，而這些變化就是我們文明跨越性進展的重要原因，最近的一次小天體撞擊事件，大概是一個 300 米左右的小天體撞擊到了今天美國的猶他州。
（來源：Pixabay）
如果真的有小行星撞擊到地球，人類應該如何去面對？人類今天真的有能力去應對這樣的事情嗎？其實霍金在臨終之前就表達了對地球的擔憂，人類面對太多的不確定性，但還沒有找到拯救自己的方式。
就在幾個月前，有類似的一個模擬實驗，假設一個直徑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難發生？
但結論很令人失望，經過整個人類不同組織群體的協調后發現，如果直徑100米的小天體真的要進入到地球的大氣，要砸向地表的話，我們是沒有辦法的，今天的科技還無法避免這類災難的發生。
這個模擬按照小行星落點去判斷大概會有多少人傷亡，如果落到北京附近，100 米直徑的小天體大概會造成千萬人的傷亡，發生的概率雖然很低，但一旦發生就是災難性的。
再舉一個例子：在 2029 年，會有一個直徑 600 米的小天體與地球擦肩而過，它的軌道甚至比地球的同步軌道，也就是地球發射的衛星的軌道還要低，離地球的距離大概就是 3 萬公里左右，而地球的直徑不過 1 萬多公里，像這樣的小天體萬一砸到地球上，就會造成災難性的影響。
（來源：NASA/JPL-Caltech）
那我們今天探測小天體的技術已經到了什么樣的程度呢？
人類已經成功地實現了抵近并且著陸到小天體、小行星、彗星上，進行就地的研究，并且把上面的物質采回來供科學家研究，它們具有極高的經濟價值。
比如有一個幾年前從地球旁邊擦肩而過的小天體，上面有很多的鉑系金屬，或者說重金屬，這些金屬的含量高到什么程度呢？一個 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，有著比地球多數千倍數萬倍的太空資源，所以原則上我們可以利用太空資源來服務人類社會。
圖 | 小行星采礦方案（來源：起源太空）
