富含碳的古老小行星未来或能为深空任务提供所需的水和其他资源。（图片来源：AI/ScienceDaily.com）
科学家们对于小型小行星的构成仍有诸多未知。这些岩石天体可能蕴藏着有价值的金属、太阳系形成之初遗留下来的古老物质，以及揭示其原始母体历史的化学线索。因此，它们日益被视为未来太空资源可能的来源。
由空间科学研究所（Institute of Space Sciences, ICE-CSIC）领导的研究团队，对与C型小行星相关的样本进行了研究。C型小行星是富含碳的天体，被认为是碳质球粒陨石的原始来源。他们发表在《皇家天文学会月刊》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）上的研究结果，进一步证实了这些小行星可以作为重要的物质储备库。这些发现还有助于科学家们确定这些陨石的来源，并为未来的太空任务和资源提取技术提供支持。
来自古老小行星的稀有陨石
碳质球粒陨石会自然落到地球上，但仅占所有陨石降落量的约5%。许多碳质球粒陨石非常脆弱，在被发现之前就已经碎裂，这使得它们尤为稀有。当它们被发现时，通常是在撒哈拉或南极洲等沙漠环境中，那里的保存条件较为有利。
该研究的主要作者、加泰罗尼亚空间研究所（Institute of Space Studies of Catalonia, IEEC）附属的ICE-CSIC天体物理学家Josep M. Trigo-Rodríguez表示：“对每颗陨石的科学兴趣在于，它们对小型、未分化的小行星进行了采样，并提供了关于其起源天体的化学成分和演化历史的宝贵信息。”
测量小行星的构成要素
为了开展这项研究，ICE-CSIC团队选择了与小行星相关的样本并进行了仔细的表征，然后将它们送去进行详细的化学分析。测量工作由卡斯蒂利亚-拉曼查大学（University of Castilla-La Mancha）的Jacinto Alonso-Azcárate教授使用质谱法完成。这项工作使研究人员能够确定六种最常见的碳质球粒陨石的精确化学成分，并评估从其母体小行星中提取物质在未来是否可行。
ICE-CSIC的小行星、彗星和陨石研究小组已经花费了十多年的时间研究小行星和彗星表面的物理和化学性质。Trigo-Rodríguez解释说：“在ICE-CSIC和IEEC，我们专注于开发实验，以更好地了解这些小行星的性质，以及太空中发生的物理过程如何影响它们的性质和矿物学。”
他还指出，ICE-CSIC是美国国家航空航天局（NASA）南极陨石收藏的国际储存库。在过去的十年中，他帮助挑选并申请了本研究中使用的几种碳质球粒陨石，并围绕它们设计了多个实验。他说：“现在发表的这项工作是该团队努力的结晶。”
小行星资源是否值得开采？
ICE-CSIC的博士前研究员Pau Grèbol Tomás说：“在我们的净化室中使用其他分析技术研究和选择这些类型的陨石非常令人着迷，特别是考虑到它们所含矿物和化学元素的多样性。然而，大多数小行星中贵重元素的含量相对较少，因此我们研究的目的是了解在多大程度上提取它们是可行的。”
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该研究的合著者、巴塞罗那地球科学研究所（Geosciences Barcelona, GEO3BCN-CSIC）的研究员Jordi Ibáñez-Insa指出，虽然许多小型小行星的表面覆盖着被称为风化层的松散表面物质，但收集少量样本与大规模提取资源截然不同。“虽然大多数小型小行星的表面都覆盖着被称为风化层的碎片物质——这将有助于少量样本的返回——但开发大规模的收集系统以实现明显的效益则完全是另一回事。无论如何，这都值得探索，因为在太空寻找资源可能会减少采矿活动对地球生态系统的影响，”他说。
为未来选择合适的小行星
主小行星带包含范围广泛的天体，了解它们所蕴藏的资源需要仔细的分类。Trigo-Rodríguez表示，由于小行星漫长而复杂的历史，其成分差异很大。“它们是小型且非常不均匀的天体，受到其演化历史的严重影响，特别是碰撞和与太阳的近距离接触。如果我们正在寻找水，那么有一些小行星是水合碳质球粒陨石的来源，相反，它们在其原生状态下所含的金属会更少。不要忘记，自它们形成以来的45.6亿年里，每颗小行星都有不同的成分，正如对球粒陨石的研究表明的那样。”
该研究的一个关键结论是，开采未分化的小行星——太阳系形成的原始遗迹，被认为是球粒陨石的祖先天体——目前仍然不切实际。然而，该团队确定了另一类相对原始的小行星，它们显示出橄榄石和尖晶石的特征，更有希望成为采矿目标。
为了有信心地识别出这些候选者，研究人员强调了对碳质球粒陨石进行详细化学研究的重要性，并结合新的样本返回任务。这些任务将有助于确认哪些小行星与地球上研究的陨石真正相关。
技术、水和长期探索
Trigo-Rodríguez补充说：“除了样本返回任务所代表的进展之外，还需要有能力在技术发展方面采取果断措施的公司，以便在低重力条件下提取和收集这些材料。这些材料的加工和产生的废物也会产生重大影响，应进行量化并妥善缓解。”
该团队预计在不久的将来会取得进展，特别是因为原位资源利用对于月球和火星的长期任务变得越来越重要。利用在太空中发现的材料可以大大减少从地球发射补给的需求。如果水是主要目标，研究人员强调，应优先考虑被水改变且富含含水矿物的小行星。
在低重力环境中提取资源将需要全新的方法。Pau Grèbol Tomàs说：“这听起来像科幻小说，但当三十年前首次计划样本返回任务时，它也听起来像科幻小说。”
从行星防御到太空资源
在全球范围内，已经讨论了几种概念，包括捕获靠近地球的小型小行星，并将它们置于绕月轨道上，以供研究和资源利用。Trigo-Rodríguez强调，富含水的碳质小行星可能特别有吸引力。“对于某些富含水的碳质小行星，提取水以供再利用似乎更可行，无论是作为燃料还是作为探索其他世界的主要资源。这也可以为科学提供更多关于某些天体的知识，这些天体有朝一日可能会威胁到我们的生存。从长远来看，我们甚至可以开采和缩小潜在的危险小行星，使其不再危险，”他解释说。
（背景延伸：根据《麻省理工科技评论》2023年报道，太空采矿是指从小行星、月球或其他近地天体上提取有价值的资源，包括水、金属和稀土元素。这些资源可以用于支持深空任务，例如制造火箭燃料、建造栖息地和生产其他必需品，从而降低太空探索的成本和风险。）
（术语解释：碳质球粒陨石（Carbonaceous chondrites）：一种富含碳和水的原始陨石，被认为是太阳系早期形成的遗留物。它们通常含有有机化合物和氨基酸，为研究生命起源提供了重要线索。）
（机构介绍：空间科学研究所（ICE-CSIC）是西班牙国家研究委员会（CSIC）下属的研究所，致力于空间科学和天体物理学研究。其研究领域包括行星科学、恒星物理、星系演化和宇宙学等。）
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