零距離科學:地球稀有金屬買少見少,可將整顆小行星帶回來採礦?

零距離科學:地球稀有金屬買少見少,可將整顆小行星帶回來採礦?
太空採礦會否在一、二百年後成為常態?

我們想讓你知道的是

當地球上可供採集的稀有金屬數量下降,最新一集的《零距離科學》,正要跟大家審視「太空採礦」的可能性。

文:吳家亮(香港中文大學通識教育基礎課程講師)
圖:香港電台

不知大家有沒有玩過「掘金」小遊戲?現實中的採礦當然不是把金塊、寶石用勾吊上來,而是需要大型的鑽挖。隨著我們使用愈來愈多的電子產品及機械,工業界對於稀有金屬的需求日益增加。

以我們不能離手的智能電話為例,屏幕需用上銦(Indium),電池則要鈷(Cobalt),震動器則要釹(Neodymium)。再者,暫時還沒甚麼有效的辦法循環再用這些稀有金屬。

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我們今天所用的智能電話,使用了不少稀有金屬。

當地球上可供採集的稀有金屬數量下降,便讓人萌生一些開源的念頭,其中一個方法是向小行星下手,把其上的礦物帶回來!最新一集的《零距離科學》,正要跟大家審視太空採礦的可能性。

天上的財寶

為何我們要向小行星下手?這其實跟地球的地質歷史有關。地球跟小行星由大同小異的物質構成,都有著不少的稀有金屬。但是,早期的地球處於鎔化狀態,她較大的地心吸力把親鐵元素吸進地球核心,讓冷卻後的地殼缺少這些稀有金屬。小行星的中心引力則較小,沒能達到這個效果。

後來,地球經歷了被小行星不斷撞擊的時期,這才讓稀有金屬重回地球表面,讓我們今天還可以開採到工業所需的原材料。既然小行星是現今地球稀有金屬的源頭,那選擇小行星作為太空採礦的目標便自然不過了。

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火星與木星之間的小行星帶,含有豐富的稀有金屬。

難題一:我們該向哪顆小行星下手?

不過,也不是每一顆小行星也滿載著稀有金屬。小行星主要分為三類:C-型小行星數量最多,主要成分是碳;數量第二多的S-型小行星則由矽化物組成;至於數量最少的M-型小行星則由金屬構成為主。那我們當然要向M-型小行星下手。

但我們如何知道哪一顆是M-型小行星?科學家透過光譜分析解開了這個謎團。地球上有不少小行星遺留下來的禮物,我們稱之為隕石。科學家可以準確知道它們的成分和光譜。透過比對小行星跟隕石的光譜,我們便可以估計小行星的構成元素。

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M-型小行星主要由金屬構成,是太空採礦者的下手目標。

正如小偷選擇下手對象一樣,除了觀察他們是否「身光頸靚」,也要判斷他們是否易於埋身。科學家發現,有些小行星的公轉軌道有時相當接近地球,那便可以大大節省來回時間及運輸成本,所需的燃料甚至比到訪月球更少。

難題二:遠在天邊的寶藏要如何帶到眼前?

那我們是否有足夠的技術去這些目標小行星「掘金」呢?至今,有兩個由日本牽頭的太空任務成功抵達系川星和龍宮星(見另一篇文),收集了小行星的泥土和石塊樣本送回了地球。不過,兩次都是採取著地後即飛離(Touch and go)的策略,並沒有把探測器牢牢地固定在小行星表面……那在其上採礦是否真的可能?

讓我們審視一下以下兩個「掘金」的方案:

(1) 就地採礦再帶回地球

要就地採礦,就必須把採礦所需的機械運至小行星,然後好像打樁般釘在它表面的岩石上。先撇除太空運輸的高昂成本,一個更關鍵的問題是:小行星是由很多小石塊構成,結構並不緊密,而且引力比地球小很多,如何把採礦機械固定在小行星上還需仔細研究。

(2) 把整顆小行星帶回來

這看來是一個天方夜譚的構思,概念是把小行星變成一件貨物,以太空船拖回地球附近,譬如是國際太空站或是月球的軌道。但這個方法牽涉改變一個運轉中的小行星的軌迹和速度,或會令結構鬆散小行星直接瓦解。此外,即使能把小行星運回地球附近,也要在往後面對方案(1)的就地採礦問題。

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其中一個太空採礦的方案:把小行星以太空船拖回地球附近。
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小行星的結構鬆散,用一個巨型袋子裝起,帶到地球軌道開採,可行嗎?

幻想與現實的距離

幻想與現實,似乎還存在著很大的差距。但沒有人敢於幻想,又那會有發展上的突破?太空採礦在今天看來是天馬行空,但可能一、二百年後便成了常態。還是,我們應該聚焦在地球上的已有資源,把科技產品中的稀有金屬循環再用?自給自足是不是一個更理想的經濟模式?

《零距離科學》(節目網站)集合世界各地有趣的科學紀錄片,網羅與大眾息息相關的科學資訊,啟發觀眾的好奇心和求知慾,節目逢星期五晚9時30分在港台電視31播映。本集於2月19日播出。港台網站及流動程式RTHK Screen視像直播及提供節目重溫。

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責任編輯:Alvin
核稿編輯:Alex