本文作者：小龙哈勃

【“嫦娥2号”拍摄的(4179) Toutatis。来源：CNSA】

为什么我们对小行星感兴趣？它们那么丑……

　　媒体报道说啥小行星像“多瘤的花生”，我为小行星叫屈…… 比如“战神”Toutatis明明就像一个鸡腿嘛！

【Goldstone雷达在12月11日拍摄的“战神”小行星以及鸡腿（左图，来源于网络）的比较】

又比如，“罗塞塔”号探测器飞掠的2867号小行星Šteins，看起来有点像个钻石。

【“罗塞塔”号探测器拍摄的2867号小行星Steins，摄于2008年9月6日】

　　当然，这不是说小行星上有许多鸡腿或者钻石，但它们上的确可能有大量珍贵矿物，工业上来说，“小行星采矿”一直是科幻和航天工程的热门话题；科研上来说，小行星作为太阳系的边角料，原始信息保存得比较好，而且近年来“小行星搬运生命原料说”在科学界颇为热门，确认和发展这一理论对寻找外星生命等等都有很大的意义；航天上来说，（近地）小行星容易到达，是月球以外理想的探测目标（啊，“嫦娥2号”这不就躺枪了）。别的不说，恐龙同学最知道人类为什么对小行星感兴趣了，因为这是恐怖袭击的理想工具（@北京天文馆朱进 曾开玩笑地说要小心天文教科书随意流通，以免恐怖分子掌握控制小行星的技术）。6550万年前小行星撞击导致恐龙灭绝是现在比较公认的说法。顺带一提，所谓“战神”小行星将于今年12月21日撞击地球的说法纯属无稽之谈，不过预报这个的那位同学想象力和初等代数不错。

为什么你要说“嫦娥2号”牛爆了？难道没其他国家做过小行星空间探测么？

　　当然有。我觉得媒体上说啥“这是国际上对该小行星的首次空间探测”这句话实在是好心办坏事，好事者完全可以说现在有60多万颗（到今天，2012年12月15日，是615450颗）小行星，哪个不是“国际首次”啊。本来非常牛的一件事给这句话毁了一半。

　　为啥牛呢？因为你要想，地球在动，小行星在动，探测器在动，而且速度还不低，地球的速度是每秒30公里，小行星的速度是每秒38公里，探测器的速度也是在每秒30公里上下，运行方向还各不一样，可小行星的大小还不到4公里，这至少比去月球难多了。要让一个几米大小的物体准确飞行700万公里，要在距离小行星3公里的地方飞过，不能撞到小行星，还得获得一堆数据，这个难度怎么说呢？如果我们把所有数字缩小一千倍左右，那相当于两辆相距7000公里的、高速行驶的汽车，其中一辆车向另外一辆车打一枪，要在距离另外一辆车3米的地方飞过，不能打到人家，但距离也不能太远。当然你可以控制这枚子弹，但要记得燃料是非常有限的哦，而且最关键的是，许多情况下你并不知道另外一辆车的准确位置。当然，“战神”小行星是个例外，我接下来会介绍一下，但总之难度依然十分高。

　　因为这个原因，小行星探测是个很高难度的“心脏手术”式的活。尽管小行星探测非常有吸引力，但迄今为止，实施的探测项目并不多，列如下表（飞掠距离超过1万公里的项目未列入）：

探测器	小行星	小行星直径（长轴）	飞掠年份	飞掠距离
“伽利略”号	(951) Gaspra（“加斯帕”）	18.2km	1991	1600km
“伽利略”号	(243) Ida	56km	1993	2390km
NEAR-苏梅克	(253) Mathilde	66km	1997	1212km
NEAR-苏梅克	(433) Eros（爱神星）	33km	1997-2001	着陆
深空1号	(9969) Braille	2.2km	1999	26km
星尘号	(5535) Annefrank	4.0km	2002	3079km
隼鸟号	(25143) Itokawa（丝川）	1.3km	2005	着陆
“罗塞塔”号	(2867) Šteins	4.6km	2008	800km
“罗塞塔”号	(21) Lutetia	120km	2010	3162km
黎明号	(4) Vesta（灶神星）	529km	2011-2012	200km（环绕运行）
嫦娥2号	(4179) Toutatis	4.5km	2012	3km

　　值得注意的是，在以上11颗被探索过的小行星中，只有3颗属于航天价值最高的近地小行星：433号爱神星，25143号“丝川”，以及“战神”Toutatis。为什么呢？一大原因是探测近地小行星难度相当高。距离太阳越近的天体运行越快，这样“骑马射击”的任务，对轨道控制能力有着非常高的要求。另外近地小行星的个头普遍较小，地面观测数据积累不完整。如果你不知道小行星具体在哪，又如何谈探测它呢？

　　细心的读者或许还会注意到，“嫦娥2号”的飞掠距离也是所有探测器中最小的（着陆探测的除外），从而大大扩展了这次行动的科研和工程意义。这大概需要归功于“嫦娥2号”项目的一个特殊的优势：那就是“战神”小行星之前曾经数次靠近地球，美国科学家利用世界上最大的阿雷西博射电望远镜进行了非常精确的定轨观测和星体建模，对其轨道的定位精度高达100米（其他小行星，比如人类首颗探测的近地小行星433号爱神星，轨道不确定度仍有1公里左右；中国人发现的第一颗近地小行星，13651号小行星，轨道不确定度高达5公里）。如果不是是事先有如此精确的轨道根数，很难想象“嫦娥2号”能执行如此“手术刀式”的飞越（考虑到我国甚至连光学小行星观测都相当缺乏，对“战神”小行星的4987条光学观测数据中，竟只有7条来自中国天文台）。来自两个相互合作又相互杯葛的大国的科学家，默默地贡献自己的力量，让人类对宇宙的认识更进一步。尽管由于政治原因彼此心照不宣，但这次国际合作仍然是要记上重重一笔的。（美国业余天文学家Alain Maury开玩笑的说，他们买中国制造的产品，中国人用挣的钱为全人类干了一次成功地小行星探测活动，“太酷了”）

【中国业余天文学家12月10日拍摄的“战神”小行星（中间略微拉长者）。来自星明天文台，@南京小徐NSC】

你不是说有些有趣的故事么？

　　如果你觉得以上合作的故事不够有趣，那我再讲两个：第一个是人类第一次小行星探测任务，“伽利略”号探测器飞掠951号小行星“加斯帕”。在“伽利略”号接近小行星的时候，执行任务的美国工程师发现了一个问题：地面光学观测显示这颗小行星的直径只有20公里，但其位置不确定度高达200公里，这么大的不确定度，会使得探测器上的高分辨率摄像机找不到目标。怎么办呢？在那个大家还在用386的年代，工程师们首先使用了“光学导航”技术，简单来说就是控制探测器尝试找到目标，实时追踪修正轨迹。这个技术在如今看来是这么简单，在当年可是耗费了工程人员大量的心血（当时探测器距离地球可是数亿公里之遥），最终成功指令探测器在5300公里的距离上拍摄了非常清晰的小行星图像。“伽利略”号探测器总耗资14亿美元，只大概相当于一条地铁线路的投资，但在不远的将来，如果大家真的坐上了自动驾驶的汽车，可别忘了这最先来自于一个最开始（或许）和我们生活八竿子打不着的空间探测项目。

【“伽利略”号探测器拍摄的951号小行星“加斯帕”】

　　第二个故事：日本虽然在航天上有许多法律限制，但在科学探索路上却决心非常大，1985年成功实施“先锋号”项目，让他们成为除美国和苏联外第三个掌握行星际探测技术的国家。2003年发射的“隼鸟”号探测器是他们第四个行星际探测项目，打算一口气完成多项壮举：尝试离子发动机、尝试自动星际导航，小行星着陆探测，以及首次从小行星上带回样本，尤其以最后一项最为惊人，因为人类还没有从月球以外的天体以着陆的方式采集过样本。由于这个计划过于宏大，日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)自己也认为只需要离子发动机运作超过1000小时即属于“任务完成”，至于实施小行星探测更是“意料之外”的事。他们的担心不幸命中，“隼鸟号”发射后4个月，其中一台离子发动机就出现故障，2003年底探测器又遭到太阳风暴的袭击；到达小行星之后，姿态控制仪又出现故障，着陆过程更是磕磕碰碰故障不断，先是通讯短暂中断导致释放的着陆器直接飞入太空，然后是燃料泄露，然后探测器干脆没有了音讯。地面控制人员几乎已经认命，只好去神社烧香拜佛。然而两个月后奇迹出现了：人们意外收到了隼鸟号发回来的微弱信号，随后发现其太阳能电池板能量输出过低，燃料也已经几乎泄露光。隼鸟号就是在这种几乎完全坏掉的情况下不可思议地返回地球，最后科研人员确认它的确采集到了小行星“丝川”的尘埃。这个奇迹不仅挽救了JAXA，更是激发了日本国内对空间探索的巨大热情，光是与“隼鸟号”有关的电影就有4部，更是有公司制作了萝莉版“隼鸟号”着陆小行星的玩具（如图）。

【萝莉版的“隼鸟号”接触小行星，注意脚下的小行星也是一只土拨鼠的形象哟。来源：http://plamoya.com/en/hayabusatan-itokawa-base-ver-pvc-figure-p-24014.html?cPath=143_153】

能多说几句“嫦娥2号”吗？

　　“嫦娥2号”这次探测行动意义巨大，而且行动成果远超预期。目前网上流传的是10米分辨率的照片，在93公里外拍摄；但CCTV特别节目中，项目科学家还展示了一张5米分辨率的局部影像，摄于47公里外，从图像位置来推断，这应该是整个飞掠行动中分辨率最高的一张影像。由于原本预计能达到4米分辨率的阿雷西博雷达由于仪器故障无法观测，这一分辨率已经超越了Goldstone雷达获得的7.5米分辨率的影像，成为人类获得的“战神”小行星分辨率最高的影像，可以清晰看到一些陨石坑以及地形地貌，这对研究“战神”小行星的起源和演化，意义相当大。我在这举个简单又好玩的工作方向：对于没有大气圈的天体，可以通过陨石坑的数量来估计表面的地质年龄，陨石坑的数量显然和年龄呈正比（唔，就和利用皱纹和青春痘的疤来估计人的年龄一个道理）。这是个典型的小学生都能理解和上手、但却是科学家们真正在进行着的研究活动。

【CCTV特别节目中“嫦娥2号”项目科学家展示的5米分辨率影像，可能是这次飞掠行动中获得的最高分辨率的影像了。图片来自 yaohua2000】

　　不过，如同我在前一文中提到的，即便如此，“嫦娥2号”这次行动的试验性和象征意义仍然要大于其科学意义（噢，对，我现在的确不能说“远”大于了）。比起NEAR-苏梅克近探爱神星以及“隼鸟号”的采样行动，“嫦娥2号”探测的“战神”小行星，事先已经有极为详尽的探测数据。尽管“嫦娥2号”的数据仍然有着非常重要、不可替代的意义（比如近距离光学成像等），但比起其他几个对几乎完全陌生的小行星的、突破性的探测行动，“嫦娥2号”的科学成就就要矮上一分。另外，由于飞掠距离太近，而且相对速度太高，最高分辨率的CCD线阵相机估计无法派上用场，这次执行拍摄任务的，似乎是用来监测探测器状态的星载监控摄像头。这当然也非常重要，但这样的摄像头毕竟无法在更严谨的分析上派上用场。也有专业人士指出，中国羽翼未丰的深空监测网无法以足够的精度定位“嫦娥2号”的位置，使得科学家很难用这次极近距离的飞掠精确测定小行星的质量（小行星的引力会略微改变“嫦娥2号”的轨迹，使得人们有可能根据轨迹的改变量计算出小行星的质量，但这当然取决于地面对探测器的定位精度），这进一步降低了“嫦娥2号”数据的潜在价值。当然，毫无疑问，饭要一口一口吃，想一口吃成个大胖子是不现实的。作为第一次行星际探测，尤其是用一个原本并非如此设计的探测器完成这样的行动，用“牛爆了”来形容并不过誉。如果我没记错的话，在目前所有获得行星际探测能力的国家和组织里，美国和苏联的“第一次”均告失败，欧洲航天局的首个行星际探测项目——“乔托”号探测器，是人类第一个近距离飞掠彗核和获得彗核照片的空间探测器，但它之所以有如此成功，也同样得益于苏联的“维加1号”和“维加2号”，以及日本的“先锋号”探测器铺好的垫脚石。而日本的“先锋号”探测器实验性质比较浓厚，甚至连成像设备都没有搭载，尽管也为哈雷彗星的探测做出了贡献，但成果的意义还是不能和“嫦娥2号”相比的。

【这应该是用于拍摄“战神”小行星的星载监控设备】

　　国家航天局这次低调的一鸣惊人，宣告了中国加入行星际的探索发现俱乐部。不过，尽管国家航天局在宣传和科普工作上做得非常努力（在短短两天之内准备一个一小时的访谈节目，制作既有专业内涵又漂亮的飞掠影像，等等），但比起美国甚至日本的工作，努力空间还是挺大的。美国国家航天局(NASA)的预算只占美国全国年度预算的千分之五，但50多年来干的牛事不计其数，“先驱者号”和“旅行者号”探测器更是作为人类的使者捎去银河系其他区域的问候，至今没有另外一个国家能比肩如此成就，但质疑的声音依然不曾间断；我国由于体制问题，没有这样科普宣传的动力，国内大众存在“航天工程必要性”的争论，也相当正常。不过，在我看来，这次国家航天局发挥的空间也相当大，只是不知道他们是否能意识到并利用上。比如，在太阳系天体的地貌命名上，欧美的名字是占了压倒性多数。为什么？因为这些按照国际惯例，都是先到先得嘛，从用特洛伊战争的英雄命名的特洛伊族小行星，到火星的“水手谷”、“勇气坑”等等，全部依据此惯例。“隼鸟号”对“丝川”的成功探测，让日本人兴致勃勃地把本国的地名安插上了这个直径只有1公里的小天体。如果国家航天局征集对“战神”小行星表面地貌的命名，大概会是个不花什么力气又能起到宣传效果的事情。由于“战神”小行星比较靠近地球，是个理想的探测目标，或许这些名字在不久远的将来，就能经常出现在深空探测的捷报上，恐怕不会有什么比这个更有声势了。

一些无厘头想法

　　故事说完了，说点别的。有时我会碰到有些读者非常直接提一个很尖锐的问题：“牛爆了就牛爆了吧，它能提高我的生活水平不？”唔，尽管尖锐，但我觉得他们绝对有权利提出这样的疑问；而且，实话说，这也是我这等做天文的人经常面对和思考的问题。在讲完有关“嫦娥2号”或者小行星探测史上有意思的事之后，我想抛出自己对这个问题的想法，让大家看看有没有道理。我在微博上有个朋友提过他有一次听朋友吐槽，对方抱怨家里的老人有一天不高兴了。为什么呢？因为老人想要个iPhone，于是相当郁闷啊。于是我的这位朋友就安慰他说，老人想要iPhone这是好事呀，这说明人老心不老，对新鲜事物还如此感兴趣，要赶紧抓住机会孝敬孝敬。听了这个故事，我想到一点：生理上的老不可阻挡，但心理上的老却是自己可以把握的，老不老，还是要看他/她对周围事物是否仍有好奇心。尽管好奇心不一定总是能带来好东西，但一旦有所收获，那一份满足感不可替代。干吗大家都对iPhone趋之若鹜？干吗大家都对朋友的八卦这么感兴趣？足以见，此言不虚嘛。

　　在我看来，无处不在的好奇心的价值远大于此，它恰恰是我们这个物种如此成功的关键，人类一代一代地发展到今天，正因为总有那么一批人在“好奇”的时候不会先考虑清楚是否一定对自己有益。如果我们的老祖宗品尝那被闪电烤焦的肉的时候有人拦住他说“这能提高我的生活水平不”（在那个年代应该想不到海底捞或者老干妈吧），如果仓颉造字的时候有人拦住他说“这能提高我的生活水平不”（在那个年代应该想不到图书馆和微博吧），如果列文虎克把显微镜对准自己精液的时候有人拦住他说“这能提高我的生活水平不”（在那个年代应该想不到扶他林和感冒药吧），如果瓦特折腾蒸汽锅的时候有人拦住他说“这能提高我的生活水平不”（在那个年代应该想不到家庭轿车和洲际铁路吧），如果克劳德·香农写那篇《对继电器和开关电路中的符号分析》时有人拦住他说“这能提高我的生活水平不”（在那个年代应该想不到笔记本电脑和iPhone吧）…… 很简单，如果我们的老祖宗们有这种思路的话，我们现在还在一边吃生肉一边“吼吼”怪叫呢，可如今我们当中许多人连一天不上网都做不到。某种意义上来说，我们作为一个物种而言，保持对周围的事物好奇心和传宗接代一样重要。如果这物种里的哪一个族群是以能否提高他/她自己的生活水平来决定是否研究某事，那他们恐怕永远摆脱不了模仿别人的命运。如果没有别人可模仿，那他们就只能自生自灭了。

　　总而言之，为什么说“嫦娥2号”牛爆了？因为它是中国深空探测第一次站在人类探索自然金字塔的最尖端，代表人类解答了一个“为什么”，完成了一个几乎只为推进科学认识的边界而执行的任务。通过它，我们对我们生存的世界又贴上了一小块拼图。负责“嫦娥2号”的工程人员和科学家完全配得上行星协会网站上网友Keith Hearn的评论：“向他们脱帽致敬。”如果有人仍然要追问这些探索未知领域的钱为什么不应该落入他/她的钱袋，那他/她可以想想看为什么我们现在可以刷微博发这通牢骚。

【2012年8月“好奇号”火星车成功着陆后，美国工程人员欢庆的情景。尽管我们可能看不到中国类似的照片，但可能“嫦娥2号”成功传回首批数据之后，控制大厅内的景象也差不多。】

　　“战神”小行星在这次飞掠之后，在2069年之前都不会以如此近距离靠近地球；“嫦娥2号”完成这次飞掠行动之后，任务富余度也相当有限，估计接下来最后的任务就是尽可能远离地球，以便进一步测试我国的深空监测网，为接下来其他更雄心勃勃的探测任务做准备。对于我们之中连提到高等数学都要一脸灰的人来说，航天工程之艰巨远非常人能想象，我猜测我们大概看不到中国航天局做如同“隼鸟号”行动这样疯狂的赌博，更多的是像“嫦娥2号”这样谨慎的小步前进的探测活动。不过，毫无疑问，这次远出意料之外的成功是个极棒的开始。

原文发表于 叶儿山博客 。