小行星采矿机器人上天,“太空淘金梦”或将实现?

作者: 苏萌

来源: 格致论道讲坛

发布日期: 2021-05-06 17:00:00

苏萌博士在格致论道讲坛上分享了关于小行星采矿的设想及其对人类文明发展的影响,讨论了太空资源的重要性以及天文学研究的未来方向。

大家好,我叫苏萌。2007年8月,我从北大物理系毕业,到哈佛大学天文系攻读博士学位,来到了梦寐以求的全球最好的高等学府之一,我的心情非常激动。在哈佛大学,每天有各种各样的学术活动、学术报告,时间被安排得满满当当。只要你愿意,可以从早到晚感受天文学带来的非常激动的心情。有一天,一位年过半百、头发花白的老教授来到我们办公室找他的一个学生,看见我之后问:“你是新来的研究生吗?”我说:“是”。

他说:“我给你一个非常有意思的研究课题,你有没有兴趣?”我说:“好。我正在寻找有意思的课题,已经跟好几个教授谈过了。”他问我对什么感兴趣,我说想研究宇宙的起源、演化,研究行星如何形成等等。他给了我一个非常有意思的题目——小行星采矿。当时我一听,感觉非常不靠谱,有点像科幻电影。我当时愣住了,他就给我解释为什么要做小行星采矿。

历史上人类发射了各种各样的望远镜,到太空中探寻宇宙的奥秘。

哈勃望远镜是最厉害的望远镜之一。左:詹姆斯·韦伯望远镜 右:哈勃望远镜。图片最下方有一个人,大家可以想象这是多么庞大的工程,从二战时期提出想法,花了几十年的时间,到1990年才把哈勃望远镜送到太空,共耗资几十亿美元。2007年,哈勃望远镜已经运行了将近20年的时间。

宇宙学家通过哈勃望远镜了解宇宙是加速膨胀的,宇宙膨胀是一个难以想象的场景,所以之后很长时间,几代天文学家都在梦想着下一代设备何时会出现。到现在,哈勃望远镜升空已经31年了,下一代望远镜——詹姆斯·韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope)诞生。詹姆斯·韦伯望远镜耗资近100亿美元,与一艘新型航母的造价差不多。

人类已经到达这样的阶段,靠政府投资满足科学家的好奇心已经走到了边界。

每一个学科发展到一定阶段,如果想继续实现快速发展,要靠这个学科本身给社会创造的价值,要通过市场化运作发现这个学科实实在在给人类的发展和进化带来的实际好处。比如计算机技术、人工智能和生物医药等领域,其发展不是靠政府拨款迭代前进,而是真正看到了它们对社会的反哺。

天文学是一门很古老的学科,人类的好奇心主导着天文学的前进,一代又一代天文学家试图回答一些最基本的科学问题,但今天,依靠好奇心本身驱使的天文学研究即将到达一个边界。我们要通过天文学研究为社会带来实际反哺,才能让这个领域得到更多的市场资源和社会资源。这是下个阶段继续了解宇宙起源规律、实现突破、回答终极问题的本质渠道。

2010年,日本“隼鸟1号”首次将小行星物质带回地表,虽然只有一克。

现在,“隼鸟2号”到达小行星“龙宫”上进行物质开采。隼鸟2号“龙宫”小行星。美国NASA已经发射行星探测器到“贝努”小行星进行探测,经过轨道计算,这颗“贝努”小行星,有可能在未来100年与地球相撞。日本和美国将小行星探测项目中带回的几公斤物质供科学研究,目前还不能进行大规模商业化开采。天文学要做什么事情?地球附近有一类小行星——近地小行星,离地球最近,开采成本最低。

所以天文学家可以通过地面和空间的设备望远镜,探寻近地小行星的数量、位置、运行轨道、资源等。这就是现在我们试图在做的一些事情。

2015年,美国通过太空法律,鼓励美国公民进行民间商业化的太空资源开采;2016年,卢森堡出台法律,保障私人运营商对开采的太空资源的权利,即谁开采,物质就归谁。现在全世界大约20多家小型采矿公司在卢森堡进行注册,商业市场已经发展得非常迅速。

目前,美国最领先的太空资源开采公司为“行星资源开发公司”。下图显示的并非真实场景,但正在往这个方向发展。虽然今天还没有实现对太空资源的大规模工业化开采、工业化利用,但在未来的10年、20年,这会在我们的生活中发生。设想图。高盛有一篇关于小行星采矿的报告,指出人们对小行星采矿的心理障碍远远高于技术障碍和资金需求。人们觉得小行星采矿是难以想象的事情,但其实已经没有本质的技术障碍。

有了太空资源,我们可以定义人类文明进化的不同阶段。1964年,前苏联的天体物理学家也曾提出这个概念。一个文明发展到一定阶段,能够充分利用它所在行星上的资源,定义为“文明1.0”;能够充分利用它所在恒星系统的资源,定义为“文明2.0”;能够充分利用整个星系的资源,如银河系,定义为“文明3.0”。文明发展路径。今天人类的文明在哪里?

大概在0.7,我们还没有充分利用地球资源,也没有真正打开太空资源的宝库。但如果对太空资源充分利用,尤其是近地小行星的资源,人类的文明将跨越1.0,这是一个非常重要的关口。

学术界有这样的观点,高智慧文明发展到一定阶段很难跨越到新阶段——成为多星球种族。永远生活在一个星球会面临很多危机,不管是自我毁灭还是环境造成的毁灭,比如恐龙灭绝。所以回到问题:天文学家为什么要研究宇宙?

首先,我认为理解宇宙是人类文明前进的必由之路。人是有好奇心的智慧物种。A不研究,B不研究,最后总会有C会研究,好奇心是挡不住的,驱使着历史的车轮滚滚向前,人类文明不断进步。这就是为什么总有一拨人想仰望星空、研究宇宙,想解答问题,再告诉公众,这拨人就是天文学家。

我们的大脑里有1000亿个神经元,宇宙里有1000亿个星系,它们的分布形式都是网络式的,每一个点都多姿多彩,我一直都为这件事情感到非常惊奇。左:宇宙星系分布 右:人类大脑神经元。从这个角度看,我们的大脑跟宇宙的复杂程度是类似的,人类的大脑可能是宇宙能够孵化出来的最复杂的结构,这就是宇宙所有的寄望所在。宇宙花这么长时间孵化出来智慧的生命,孵化出高等文明,希望这个文明能做点什么改变宇宙未来的命运。

能够在今天这样一个时代,亲历走出地球、突破极限、走向太空的时代,是非常幸运的一件事情。谢谢大家。

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