一顆小行星悄悄靠近地球，這或許是太空開採的好機會？
2023-04-01 07:17:36
國際天文聯合會最近宣布，一顆新發現的小行星2020 GH2將在美國時間周三凌晨悄悄「接近」地球。最近，太空資源的開發，特別是小行星資源，也成為一個熱門話題。那麼，小行星採礦的當前發展是什麼？小行星採礦在人類社會中扮演了什麼角色？
製作:''各種形式的論壇''公開編號(標識:自我對話)
以下是蘇萌在香港大學研究實驗室和未來論壇上的演講全文:
各位下午好。2007年8月，我從北京大學物理系畢業，去哈佛大學天文系攻讀博士學位。我來到了我夢想的世界上最好的高等學府之一。我非常興奮。
每天從早到晚都有各種學術活動和報導，而且安排得很滿。如果你願意，你可以從早到晚感受到天文學帶來的興奮。
一天，一位半個多世紀的老教授來到我們的辦公室，找他的一個學生。當他看到我時，他問我是否是一名新的研究生。我答應了。
他說:「我給了你一個非常有趣的研究課題。你有興趣嗎？」我說，「好吧。我正在尋找有趣的話題，並且已經和幾位教授談過了。」他問我對什麼感興趣。我說我想研究宇宙的起源和演化以及行星是如何形成的。
他給了我一個非常有趣的話題——小行星採礦。當我聽到這些，我覺得很不可靠，有點像科幻電影。當我震驚的時候，他向我解釋了他為什麼要開採小行星。
你為什麼開採小行星
在人類歷史上，人們發射了各種各樣的望遠鏡來探索宇宙的奧秘。哈勃是最強大的望遠鏡之一。下面是詹姆斯·韋伯和哈勃望遠鏡。
左:詹姆斯·韋伯望遠鏡右:哈勃望遠鏡
照片的底部有一個人。你可以想像這是一個多麼巨大的工程。從第二次世界大戰到1990年將哈勃望遠鏡送到太原空花了幾十年時間才提出這個想法。它花費了數十億美元。
2007年，哈勃望遠鏡已經運行了近20年。宇宙正在加速膨脹，但這是一個不可想像的場景。宇宙學家通過哈勃望遠鏡知道宇宙正在加速膨脹。此後很長一段時間，一代又一代的天文學家夢想著下一代的設備會在哪裡。
到目前為止，哈勃望遠鏡升到0+已經將近30年了，下一代望遠鏡——詹姆斯·韋伯太空望遠鏡誕生了。
詹姆斯·韋伯望遠鏡的成本接近100億美元，大約相當於一艘新航母的成本。人類已經到了這樣一個階段，政府為滿足科學家好奇心的投資已經到了極限。
為什麼要進行小行星採礦？每一門學科都達到了一定的發展階段。要繼續實現快速發展，就要依靠學科本身給社會創造的價值。通過市場化運作，發現該學科給人類的發展和進化帶來了實實在在的好處。
例如，計算機技術、人工智慧、生物醫學和其他領域的發展並不依賴於政府資金的反覆推進，而是實際上看到了它們對社會的反饋。
天文學是一門非常古老的學科。人類的好奇心主宰了天文學的發展。一代又一代的天文學家試圖回答一些基本的科學問題，但是今天，由好奇心驅動的科學研究本身即將到達一個極限。
我們需要通過天文研究給社會帶來實際的反饋，從而在這個領域獲得更多的市場資源和社會資源。這是繼續理解宇宙起源定律、實現突破並在下一階段回答終極問題的重要渠道。
當時，教授告訴我很久了，我幾乎能回憶起這麼多。聽完這些，我覺得很酷，打開了我的大腦。我對關於宇宙的各種知識非常感興趣，但這推翻了我的想法。我真的沒有考慮過幾十年後天文學會如何發展。
然而，當時我仍然覺得小行星採礦是一件非常遙遠的事情，就像科幻電影一樣，太不可靠了。所以我的預測實現了。就在幾年前，小行星採礦真的成了科幻電影的主題，比如美國電視劇《無垠》。
《無垠》海報
該劇的主要情節是，在2200年，人類實現了大規模的小行星採礦，整個太陽系成了人類的後花園。人類包括地球種族、火星種族和小行星種族。小行星競賽實際上是曠工。在整個太陽系中有如此多的人為人類提供資源，這三波人類也有許多有趣的故事。
——馬丁·埃爾維斯，當時我與之交談的教授，也意識到了他的預言。2017年7月，一顆小行星飛近地球。近距離是指大約6倍(240萬公裡)的地球和到月球的距離，在天文尺度上已經非常接近了。
小行星2011 UW-158
通過地面和望遠鏡在空之間對小行星進行多波段觀察後，發現小行星的主要成分是鐵、鎳、鈷、鉑和水。如果小行星上的鉑被開採到地表，地球表面儲存的鉑將比人類歷史上發現的還要多。
小行星主要儲存資源
例如，鉑是一種貴金屬。鉑是如何從表面出來的？這是小行星撞擊地球表面時，地球46億年演化留下的碎片。當地球首次形成時，鉑已經沉入地球的中心。
這顆小行星鉑的市場價值約為1.7萬億美元。所以，當小行星掠過地面時，你可以想像看著1萬億美元漂浮而過。
這顆小行星不是很大，只有1000米× 500米大小。太陽系中有數百萬顆這樣的小行星。因此，我們可以想像太陽系裡有多少資源，而人類只看著地球，不斷地開發他們家園的資源，不斷地汙染他們的環境。因此，在人類發展的未來，我們必須走到太空的中間。
小行星採礦的發展現狀
2010年，日本的隼鳥1號首次將小行星物質帶回地表，儘管它只有1克重。現在，隼鳥2號已經抵達小行星龍宮進行材料開採。
獵鷹2號
「龍宮」小行星
美國國家航空航天局發射了一顆行星探測器來探測「本努」小行星。經過軌道計算，「奔牛」小行星很可能在未來100年內與地球相撞。
日本和美國的小行星探索項目將帶回幾公斤用於科學研究的材料，不能進行大規模商業開發。
天文學應該做什麼？地球附近有一種小行星--近地小行星，它離地球最近，採礦成本最低。因此，天文學家可以通過地面和空之間的設備望遠鏡探索近地小行星的數量、位置、軌道和資源。這就是我們現在要做的。
2015年，美國通過了「Tai 空法」，鼓勵美國公民對Tai 空資源進行私人商業開發。2016年，盧森堡出臺了一項法律，保護私人經營者開採等於0+的資源的權利，即該材料將歸開採者所有。因此，現在全世界有20多家小型礦業公司在盧森堡註冊，商業市場發展非常迅速。
目前，美國領先的資源開採公司，泰空，是「行星資源開發公司」。下圖不是真實的場景，但它是朝著這個方向發展的。雖然今天還沒有實現大規模的工業開發和工業利用，但在未來的10年或20年內，它將在我們的生活中發生。
假想圖
高盛(Goldman Sachs)最近一份關於小行星開採的報告指出，人們對小行星開採的心理障礙遠遠高於技術障礙和財務需求。人們認為小行星採礦是不可想像的，但沒有必要的技術障礙。
五百年前，西班牙航海家來到東方尋找香料、黃金和更多的資源。為什麼會有一個偉大的航海時代？由於歐洲資源有限，每個人都開始開闊眼界，尋找地球另一邊的資源。
未知水域在線
這些行動改變了人類的歷史、社會結構和世界地圖。我們今天正在經歷同樣的事情，我們正在建設一個大的太空時代。太空資源存量遠遠超過地球資源。如何使用太空資源和如何改變人類社會的運行框架是非常大的命題，它們不是我們可以簡單回答的命題。
例如，門捷列夫發現了元素周期表，並獲得了一個鋁獎盃。當時，鋁比黃金或其他金屬貴得多，因為鋁是最稀有的。然而，電解鋁的發明使鋁成為最廉價的技術之一，並改變了世界工業。因此，整個產業結構是根據我們可利用的資源比例來確定的。
再舉一個例子，西班牙從美國帶回黃金和白銀，導致整個歐洲的嚴重通貨膨脹。那時，社會不再受資源的限制，並突破了當時歐洲的限制。我們帶回的泰空資源也將突破地球的限制，使人類社會不再受資源的限制，走向更遠的未來。
重新定義文明和生活
有了太空資源，我們可以定義人類文明進化的不同階段。1964年，前蘇聯的天體物理學家也提出了這個概念。
當一個文明發展到一定階段時，它可以充分利用地球上的資源，被定義為「文明1.0」；能充分利用所在星球系統的資源，定義為「文明2.0」；可以充分利用整個銀河系的資源，比如銀河系，定義為「文明3.0」。
文明發展的道路
今天的人類文明在哪裡？大約0.7，我們沒有充分利用地球的資源，也沒有真正打開太空資源的寶庫。但是，如果我們充分利用泰空的資源，特別是近地小行星的資源，人類文明將跨越1.0，這是一個非常重要的關口。
學術界有一種觀點認為，當一個高智能文明發展到一定階段時，很難達到一個新的階段--成為一個多星球的種族。永遠生活在一個星球上會面臨許多危機，不管是由自我毀滅還是環境破壞引起的，比如恐龍滅絕。
那麼回到這個問題:為什麼天文學家應該研究宇宙？
首先，我認為理解宇宙是人類文明前進的唯一道路。人類是有好奇心的聰明物種。甲不學習，乙不學習，最後總會有丙學習。好奇心是不可抗拒的，它推動著歷史的車輪前進，推動著人類文明的進步。這就是為什麼總有一群人想仰望星空，研究宇宙，回答問題，然後告訴公眾這群人是天文學家。
第二，人類現在對天文學和宇宙的理解已經到了一個轉折點。我們對地球周圍環境和太陽系的研究已經達到這樣一個階段，即科學和技術的不斷發展和整合使我們能夠在未來10年或20年中開始向泰空的資源敞開大門。以前的文明沒有做到這一點，今天我們正處於這樣一個轉變點。
第三，這是生命進化的唯一方式，也是自然法則。不僅僅是人類，只要有更高的智慧生命，他們就會充分利用他們能接觸到的物質能量來發展自己。這是自然規律。
你可以想像宇宙在138億年前誕生，地球在46億年前形成，生命在地球上慢慢開始進化需要多長時間。人類產生需要多長時間，人類產生文明需要多長時間，文明到達今天的節點需要多長時間。
空間發展軌跡
走出地球，仰望太空是一個快速指數增長和積累的過程。今天是文明0.7，文明1.0何時到來，文明2.0何時到來，文明3.0何時到來？這可能是一個遠遠超出每個人想像的發展過程。
從天文學家的角度來看，我們認為天文學和技術以0+的比例結合將在未來20或50年內改變人類的生活方式。
但是今天的天文學試圖回答一個非常基本的問題:是否有外星文明？換句話說，人類如何才能成為一個多星球的種族，減少文明被毀滅的危險？換句話說，我們現在可以看看這樣一個恆星空的高度智能文明在宇宙中是否孤獨。這是科學家和公眾長期以來一直試圖思考和尋找證據的話題。
在宇宙中形成另一個地球是非常困難的，地球上還有人。如果20年前有人問我這個問題:除了地球，還有其他星系嗎？我會回答:這可能很難。
今天，隨著天文學和技術的進步，太空範圍內越來越大、越來越貴的望遠鏡告訴我們一些事實。例如，銀河系中大約有1000億顆恆星。據估計，行星的數量大於恆星的數量，這在20年前是完全不可想像的。
下圖顯示了一些人類已經發現的行星。
探測到的行星
現在，人類已經發現了4000到5000顆行星。即使這些行星看起來像地球，它們也很難進化成生命。但也可能是我們的想像力太狹隘，可能還有其他我們根本無法理解的智慧生命。但是到目前為止我們還沒有找到它。也許是因為弱肉強食的緣故，我們沒有見過外星生命的存在，或者外星生命見過我們，但我們還不知道。
離地球最近的恆星是半人馬座比鄰星，距離地球4光年。在半人馬座比鄰星附近發現了一顆與地球相似的行星，這可能是當今科技能到達的最遠的行星。
2016年，霍金和其他科學家啟動了「突破攝影師」計劃，將一個1g晶片運送到附近的比鄰星，看看這個星球是否適合人類居住。
明星捕捉計劃的突破
4光年，即使速度加快到光速的20%,也要花20年，再花4年才能把信號傳回地球。因此，從發射之日起，25年後就可以知道比鄰星附近的行星是否適合人類居住。
依靠太陽能，即「輕帆技術」，幫助飛機加速並解決燃料問題。這是達到今天技術水平的最好方法。
2017年，人類發現了一個天體。下圖顯示了它的想像。
小行星「烏姆阿穆阿」
天體以奇怪的軌道進入太陽系，然後迅速離開。經過分析，發現這是迄今為止觀測到的第一個從太陽系外飛入太陽系的天體。
這個天體與太陽系中數百萬顆小行星完全不同。例如，它看起來像長度比至少為10:1的雪茄。我們無法更詳細地衡量它。人類從未在太陽系中觀察到飛盤這種東西。
不僅如此，在觀察了一段時間後，科學家發現它沒有遵循傳統的行星運動路徑，或者不符合傳統的牛頓定律。離太陽系中心越近，它移動得越快，這完全超出了人們的想像。
哈佛大學天文系的負責人發表了一篇關於預印的arXiv的文章，指出烏姆阿穆阿可能是一艘光之帆。如果它是一個輕帆，它的形狀和軌跡，我們認為奇怪的事情是可以解釋的。
有三種可能:第一，他錯了；第二，它可能真的是一艘輕帆，是其他文明建造來進行太陽系特殊旅行的。第三，這種文明已經不存在了，但是這種光帆是文明的遺蹟，是他們製造的原始星際旅行設備的一部分，並運行到太陽系。
可能有一種超出我們想像的文明，或者它真的不存在。地面望遠鏡非常靈敏。如果有外星文明，望遠鏡肯定能看到它。但是望遠鏡沒有探測到它。高智能文明有可能和我們不同時存在於宇宙的角落，但它可能真的存在。
除了文明，「生活1.0」、「生活2.0」和「生活3.0」也可以定義。細菌是「生命1.0」的代表。它的硬體是固定的，繁殖是它唯一的進化機會，而且進化模式非常緩慢。
人類是「生活2.0」的代表。我們的硬體保持不變，但在整個生命過程中，人類不斷學習，變得更聰明，並通過知識改變自己。硬體保持不變，但軟體不斷升級。
什麼是「生活3.0」？生命本身不一定依賴硬體和物理存在。生命可以完全以軟體的形式存在。如果軟體可以隨時隨地升級，生命就可以不斷快速成長。
生命的進化
你可能看過這部著名的科幻電影，生命進化的速度遠遠超過人們的想像。這可能真的是一種非常聰明的生活。一鍵之下，整個宇宙都變了。這並非完全不可想像。
電影《復仇者聯盟》中的角色滅霸
還有一部科幻電影《接觸》，主要情節是一個女天文學家用世界上最大的天文射電望遠鏡——甚大陣列——一直盯著天空。
電影「接觸」海報
然後她收到了來自外星生命的指令。根據指令，人類建造了一個巨大的機器讓人類通過，讓女性科學家到達仙女座星系，就在發送信號的文明旁邊。
這個文明已經傳播了一次，告訴每個人這裡有一個文明，並希望人類會做這樣的事情。事實上，人類把它看做一個黑盒子，不知道它在做什麼。這與病毒傳播的方式非常相似。例如，有些人收到一封電子郵件，郵件附件在他們的電腦裡，出於好奇打開它。一旦他們打開電腦，他們就會中毒。
此時，你的文明本身的存在是沒有意義的，因為你所能做的就是聽從病毒的指示，將周圍的所有物質和能量轉化為它所需要的。然後，基於你們的文明，它會以病毒的形式反覆傳播，最終消耗整個宇宙的所有物質和能量。如果高智能文明的發展不能得到很好的控制，這就是可能的後果。
宇宙形成至今已經138億年了。宇宙從一個非常卑微的起點進化到今天。一切都是按照物理定律逐步發展的。
然而，我們實際上是最幸運的部分。我們可以享受宇宙的美麗，並可能見證這樣一個轉變點。我們真的在通過「生命2.0」打開一個邊界，孵化更高級的生命，這可能改變宇宙未來的發展規律。通過AGI(人工一般智能)，關於生命存在的信息被傳播到宇宙。
大腦和宇宙
我們的大腦中有1000億個神經元，宇宙中有1000億個星系。它們的分布模式都是網狀的，每個點都是彩色的。這件事讓我一直很驚訝。
左:宇宙星系分布右:人腦神經元
我們認為宇宙是最複雜的。事實上，從這個角度來看，我們的大腦在複雜性上與宇宙相似。人腦可能是宇宙能孵化出來的最複雜的結構。這是宇宙的全部希望。
宇宙花了如此長的時間來孕育智慧生命和更高的文明。我希望這個文明能做點什麼來改變宇宙未來的命運。
宇宙中最不可思議的事情是宇宙可以被理解。我們的大腦只有2公斤重，但它能容納整個宇宙。這是一件不可思議的事情。
然而，我認為關於宇宙最不可思議的事情是宇宙能產生智慧生命來欣賞它。下圖顯示了麻省理工學院的一門課程，即「人工一般智能」。這幅畫是對一部非常著名的科幻電影的致敬，這部電影可能會在每個人的一生中真正出現。
麻省理工學院課程「藝術一般智能」
今天能夠走出地球，突破極限，進入一個太空的時代，真是一件非常幸運的事情。謝謝大家。
該論壇原名「自我論壇」，是由中國科學院全面發起的科學文化論壇。它由中國科學院計算機網絡信息中心和科學交流局聯合主辦，中國科學博覽會承辦。它致力於跨越國界傳播非凡的思想，旨在本著「向事物學習」的精神探索科學技術、教育、生活和未來的發展。
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