2010年，馬可·坦塔迪尼（Marco Tantardini）沉浸在對小行星的幻想中。這位26歲的義大利小伙子蓄著濃密的鬍鬚，身穿黑色皮夾克，騎著摩托車，與其說像個一絲不苟的太空迷，不如說更像晚年的海明威。他曾在行星協會和美國宇航局實習，但實習期已結束。他獲得了空間工程碩士學位，卻沒有去找一份傳統的工作。相反，在義大利克雷莫納小鎮的父母家中，他坐在兒時做作業的房間裡，制定了一個捕獲小行星的計畫。他將這項任務命名為“西西弗斯勝利號”，並堅信這將是人類探索的下一個巨大飛躍。
與希臘神話中西西弗斯被罰永無止境地推巨石上山，眼睜睜看著它滾落山坡不同，坦塔迪尼設計了一種他認為行之有效的策略，可以將一塊巨石運送到太空。他設想派遣一艘太空船進行數年的旅程，攔截一顆直徑不超過10公尺的小行星。飛船將用一張巨大的網將其捕獲，並將其運送到地球附近一個穩定的軌道位置。這顆小行星停泊在距離地球約四天航程的地方後，太空人將首次有機會造訪、研究，甚至觸摸小行星。
單就坦塔迪尼的設想而言，這聽起來像是堂吉訶德式的異想天開，一個失業夢想家的不切實際的追求。但許多成就卓著的科學家和工程師正忙著制定類似的計畫。 2016年，美國太空總署計畫發射OSIRIS-REx探測器，它將前往一顆名為貝努（Bennu）的直徑約500公尺的小行星，採集土壤和碎石樣本，並將其帶回地球。歐巴馬總統承諾，到2025年，將派遣太空人執行同樣的任務。多個團隊正在努力設計探測器，用於探測流浪小行星並在它們撞擊地球之前將其攔截。此外，兩組企業家被數十億美元的潛在礦產資源所吸引，最近成立了小行星採礦新創公司。矽谷投資者K·拉姆·什里拉姆(K. Ram Shriram)表示，他看到了與Google早期發展時同樣的潛力。
然而，在所有方案中，遷移小行星或許能帶來最豐厚的回報。找到合適的目標將促使天文學家更勤奮地搜尋小行星，這對關注行星防禦的人來說無疑是一大福音。而將其安置在地球附近，將極大地造福科學家和礦工，使他們能夠近距離研究這顆小行星。當坦塔迪尼帶著「西西弗斯勝利號」出現時，正是推動太空科學界圍繞這一雄心勃勃的目標行動起來的最佳時機。就連他自己也對這項計劃的進展之快感到驚訝。 “當你嘗試做這樣的事情時，你不會去想它有多麼不可能，”他說，“你只會相信這個想法。”
俄羅斯西部大城市車里雅賓斯克，在2013年2月15日清晨之前，一直以生產拖拉機和職業冰球運動員而聞名。然而，就在那天清晨，一顆直徑19公尺的流星劃破長空，爆炸威力相當於500千噸TNT當量。流星產生的火球亮度遠超太陽，威力大甚至能造成曬傷。衝擊波震碎了窗戶，將居民震倒在地，造成1,200多人受傷。這是百餘年來撞擊地球的最大天體，科學家們先前對此毫無察覺。他們一直關注著一顆更大的小行星——直徑45公尺的2012 DA14，這顆小行星在同一天掠過距離地球僅18000英里（約29000公里）的地方——相當於地月距離的十分之一。
這些事件鮮明地提醒我們，人類生活在漫天飛舞的岩石之中，這些岩石是由礦物和金屬構成的，形狀各異，有的像球，有的像土豆，有的像保齡球瓶，直徑從幾英尺到超過100英里不等。正如美國太空總署（NASA）傑出的小行星獵人唐·約曼斯（Don Yeomans）所解釋的那樣，這些岩石是46億年前內太陽系形成時未能聚合成行星的殘餘碎片。
距離地球2800萬英里以內的小行星稱為近地天體（NEO）。這類天體數量眾多，數以百萬計，其中大部分起源於木星和火星軌道之間的主小行星帶。儘管它們偶爾會撞擊地球——例如6500萬年前導致恐龍滅絕，以及1908年夷平西伯利亞800平方英里的森林——但直到最近，人們才發現了極少數的近地天體。天文學家在1898年發現了第一顆近地天體愛神星（Eros）；到1960年，他們只發現了另外19顆。直到1990年代末，隨著數位成像和電腦輔助搜尋技術的出現，近地天體的偵測才真正開始加速。如今，搜尋程序每週大約能發現20顆近地天體。去年6月，當第1萬顆近地天體被發現時，天文學家們歡欣鼓舞。
科學家已經發現了估計約950顆足以毀滅人類文明的近地天體（NEO）中的90%以上，這些天體的直徑都在一公里或以上。然而不幸的是，在估計約15,000顆直徑140公尺左右的近地天體中，他們只觀測到了其中的40%，而這些天體中的任何一顆都足以摧毀一個大型都會區。在直徑30公尺及以下的50萬多顆小行星中，只有1%被繪製成圖，其中許多都足以摧毀一座城市。正如美國宇航局近地天體項目辦公室的科學家保羅·喬達斯常說的那樣：“感覺就像身處一個射擊場，而我們正處於其中。”
即使在人們對天文學知之甚少的時期，他們也認識到製定強有力的行星防禦計劃的必要性。 1967年，麻省理工學院的學生在一個課堂專案中構思了最早的行星防禦方案之一。他們的任務是阻止一個（假設的）正朝地球飛來的640公尺物體，學生設計了一個方案，用六枚核彈將其摧毀或偏轉。然而，炸毀一塊巨大的岩石同樣可能將其分裂成許多小型危險物體，這些物體仍然會朝著地球飛來——這相當於霰彈槍的爆炸，而不是一顆子彈。
在NASA超過60萬美元的資助下，愛荷華州立大學小行星偏轉研究中心主任邦·維（Bong Wie）近期開發了更精細的方案。他的計畫是先用一艘太空船撞擊小行星形成隕石坑，然後再用另一艘攜帶核彈的太空船撞擊。模擬結果顯示，該策略的破壞力將是傳統方法的10到20倍，並且更有可能將小行星炸成無害的碎片。
衝擊波震碎了窗戶，將居民震倒在地。這顆小行星是一個多世紀以來撞擊地球的最大行星，科學家先前對此毫無預料。
其他專家提出了一些不那麼激進的策略。德州農工大學的航空工程師大衛海蘭德建議在小行星周圍「塗上」一條明暗相間的條紋。這條條紋會改變小行星的反射率，從而使其輻射的熱光子能夠微妙地改變其運行軌跡。來自蘇格蘭斯特拉斯克萊德大學和格拉斯哥大學的研究人員正在模擬一項計劃，即用數艘被稱為「雷射蜂」的小型飛行器包圍一顆太空岩石。每艘飛行器都會向小行星表面發射雷射光束，產生一股氣體羽流，就像火箭引擎的廢氣一樣，能夠推動小行星偏離軌道。
但即使是最巧妙的防禦措施，也無法阻擋尚未被發現的小行星。 「我們地球公民基本上是在閉著眼睛繞著太陽系飛行，」前NASA太空人艾德·盧去年在國會作證時說道。地面望遠鏡必須透過地球大氣層的薄霧才能觀測，而且只能在夜間進行搜索。同時，太空設備通常被設計用來掃描太陽系之外的一小部分宇宙區域。最適合搜尋小行星的儀器－WISE太空望遠鏡，其設計目標是觀測整個天體，包括星系和恆星。它最近被重新啟用，執行一項為期三年的新任務，專門搜尋近地天體；但其四個紅外線感測器中有兩個已經失效。
為了彌補其認為顯而易見的技術缺口，B612基金會（以安托萬·德·聖埃克蘇佩里經典著作《小王子》中小王子的故鄉——小行星B612命名）與Ball Aerospace公司合作，計劃建造一座私人資助的天文台，並希望於2018年發射升空。這座名為「哨兵太空望遠鏡任務」的天文台將沿著類似金星的軌道運行，其紅外線感測器將搜尋小行星輻射太陽能時發出的微弱熱信號。 「哨兵的效率將比所有其他觀測系統加起來高出約100倍，」B612基金會聯合創始人盧先生表示。
今年到目前為止，該組織僅籌集到啟動和運營該項目所需的4.5億美元中的2000萬美元。雖然5億美元並非小數目，但盧指出，這筆費用與一個中等規模的市政計畫相當。例如，德州農工大學翻新其橄欖球場館的資金，科學家們完全可以發射一個拯救文明的「天眼」。盧說：「很多人會說，『過去100年裡，我認識的人裡沒有誰被小行星撞擊致死，所以我不用擔心。』」但他把這些人比作拉斯維加斯的賭徒。 “賠率就是這樣，莊家總是會贏。”
坦塔迪尼在創作《西西弗斯的勝利》時，可以從窗戶望出去，看到高達343英尺的克雷莫納塔拉佐鐘樓，這是一座建於14世紀的磚砌鐘樓。塔內有一座大型天文鐘，對於建造這座鐘樓的父子二人來說，人類遨遊太空的想法想必是難以想像的。很多時候，坦塔迪尼也覺得《西西弗斯的勝利》遙不可及。朋友建議他寫論文，在會議上發表，然後就此作罷。但他不願放棄自己的想法。 “我想讓一些真正的事情發生，”他說。
坦塔迪尼深知自己缺乏獨自開發這項任務所需的專業知識，因此在2010年夏天，他決定招募其他工程師協助他。他聯繫了以前實習時認識的人，並透過谷歌搜尋找到了NASA的高層管理人員，並向他們發送了自己的方案。他的許多嘗試都石沉大海，但也有一些專家表現出了濃厚的興趣，願意傾聽他的想法，其中包括NASA噴氣推進實驗室（JPL）的航天器軌跡專家馬丁·洛，以及行星協會的聯合創始人路易斯·弗里德曼。
「我的第一個反應是，『啊，移動小行星？你瘋了嗎？』」弗里德曼說。早在1970年代，人們就開始構思各種方案來實現這個目標。他們提出使用太陽帆或噴射岩石的質量驅動器，甚至設計兩個物體之間的碰撞，使它們像台球組合擊球一樣相互反彈。坦塔迪尼被一種更有前景的策略所吸引：他擴展了羅在2002年所做的計算，該計算描述了可用於移動小行星的低能量軌道。坦塔迪尼得出結論，透過將太空船的推進力與月球等天體的引力輔助相結合，小行星實際上可以被移動。
弗里德曼對此很感興趣，便邀請他向來自噴射推進實驗室（JPL）和加州理工學院的一群工程師介紹這個概念。工程師隨後建議，致力於開發新型太空任務概念和技術的凱克太空研究所（KISS）或許可以資助一項可行性研究。 KISS同意了，弗里德曼也參與領導了這項研究。坦塔迪尼是該研究小組的30名成員之一，其他成員包括約曼斯、來自多個NASA任務中心的代表、哈佛大學和加州理工學院的學者以及前太空人。
基於先前的小行星遷移研究，團隊規劃了一項任務，將一艘機器人太空船送往一顆目標近地天體，進行為期三到五年的旅程。隨後，他們構思了一種捕獲方法：充氣臂將展開一個直徑15公尺的巨型袋子，像蟒蛇吞食沙鼠一樣將這顆太空岩石吞入腹中。纜繩會將袋子收緊，此時太空船將與小行星一起旋轉，然後啟動推進器調整自身姿態，開始返回地球的旅程。
將一顆重達百萬磅的小行星運送穿越太陽系的最大挑戰或許在於找到有效的推進方式。為此，研究團隊求助於美國太空總署噴射推進實驗室（JPL）的火箭科學家約翰·布羅菲，他也是這項研究的另一位共同負責人。自2007年以來，布羅菲一直在研究如何移動小行星，並設計了能夠真正完成這項任務的太陽能-電力推進（SEP）系統。 SEP系統由安裝在太空船上的光伏板供電，利用電力電離氙氣，加速這些離子，然後以高達每秒30公里的速度從引擎尾部噴射出去。 「其噴射速度大約是化學推進劑的10倍，」布羅菲說。他設計了NASA「黎明號」探測器上使用的SEP系統，目前正在前往矮行星穀神星的途中。目前，他正在幫助開發下一代SEP系統，其動力至少是現有系統的20倍。
德州農工大學花在翻新足球場上的錢，科學家完全可以發射一個拯救文明的太空望遠鏡。
2010年，布羅菲和幾位NASA同事研究如何利用太陽能電力推進（SEP）太空船捕獲一顆10噸重的小行星並將其送往國際太空站（ISS）。坦塔迪尼曾建議將小行星停泊在月球附近一個軌道穩定的拉格朗日點，而KISS團隊發現這樣的目的地在實際運作上是可行的。將小行星移動到拉格朗日點或更穩定的高月球軌道所需的能量，遠低於將其送入地球引力井深處所需的能量。這意味著太空船可以捕獲更大的岩石——重達1000噸——而且更大的天體更容易被發現和研究。
科學家於2012年4月完成了KISS可行性研究。受該報告的啟發，NASA委託自己的團隊對該任務進行更深入的技術研究。 2013年初，該計畫甚至提交到了白宮：歐巴馬總統在其2014財年預算中提議撥款1.05億美元，用於NASA正式啟動這項被該航太機構稱為「小行星重定向任務」（ARM）的計畫。 “沒有人懷疑我們未來最終能夠移動小行星，”布羅菲說道，“最令人震驚的是，我們現在就能做到這一點。”
很少有人比那些想開採小行星的人更熱衷於遷移小行星的前景，這個想法已經吸引著無數富有遠見的夢想家一個多世紀了。俄羅斯火箭科學家康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基早在1903年就寫道，開採小行星對於征服宇宙至關重要；它將使太空人能夠依靠小行星上的資源生存，例如獲取氫氣作為燃料和水。
小行星也可能帶來巨額財富。據行星資源公司（Planetary Resources）稱，這是一家由商業航太先驅彼得·迪亞曼迪斯（Peter Diamandis）和埃里克·安德森（Eric Anderson）於2010年創立的小行星採礦公司，一顆直徑500米的太空岩石可能蘊藏著相當於目前全球鉑金金屬（如銥和鈀）蘊藏著1.5倍的資源。同時，一顆大小相近的富水小行星，其含水量可能是超級油輪的80倍。該公司表示，如果將其轉化為氫氣和氧氣，其提供的燃料足以驅動人類歷史上發射的所有火箭。同樣被這些驚人的數字所吸引，另一家小行星採礦公司－深空工業公司（Deep Space Industries）於2013年成立。
為了找到這樣一座“飛行寶藏”，行星資源公司計劃發射一系列性能日益強大的太空望遠鏡。首款車型名為Arkyd-100，尺寸相當小巧：它的鏡面直徑僅為9英寸，而哈伯太空望遠鏡的主鏡直徑則達到了94英寸。但該公司總裁克里斯·萊維基認為，Arkyd將是邁向新一輪工業革命的第一步。 「網路、汽車、航空、鐵路——小行星採礦就是21世紀所有這些的翻版，」他說。
但即使是相對較近的小行星，其軌道也遠在數百萬英里之外，距離地球太遠，無法實際開採。 NASA 的 ARM 計劃提出了一種可行且成本相對較低的方法，可以將這類天體移動到更靠近地球的位置，這使得該任務對採礦者來說極具吸引力。曾是 KISS 研究團隊成員的 Lewicki 對該任務概念讚不絕口，不僅因為它有望推動小行星採礦的發展，更因為它展現了非凡的魄力。 “NASA 正在討論將人類送往比以往任何時候都更遠的太空，”他說，“這將是真正的探索，是自阿波羅計劃以來最激動人心的壯舉。”
當NASA宣布可能開展小行星重定向任務（ARM）時，許多人感到驚訝。 NASA退休小行星專家阿爾·哈里斯抱怨說，這項任務「在很多方面基本上都是一廂情願的想法——認為存在合適的目標，認為能夠及時找到它，認為如果真的去那裡就能把它捕獲並帶回來。」在國會山，這項任務成了眾矢之的。密西西比州眾議員史蒂文·帕拉佐稱其為“耗資巨大且複雜的干擾項”；其他人則威脅要阻止進一步研究的資金。 （最終，該任務還是獲得了批准。）批評者最初沒有意識到的是，儘管ARM聽起來像科幻小說裡的情節，但在技術上是可行的。此外，捕獲一顆太空岩石只是一個幌子，背後隱藏著更大的目標：ARM可以說是目前唯一一個將人類送回太空並最終抵達月球和火星的計劃。
回顧近期歷史：2009年，總統任命的奧古斯丁委員會報告稱，美國載人航天計劃正處於「不可持續的軌道上…追求的目標與分配的資源不匹配」。隔年，歐巴馬總統宣布取消NASA的星座計劃，該計劃原本旨在將太空人送回月球（並最終登陸火星）。他轉而採納了委員會的建議，採取規模更小、成本更低的措施，使NASA能夠逐步開發必要的技術。
歐巴馬表示，首要目標是在2025年前造訪一顆小行星。但即便如此，也超出了目前的人類能力。美國太空總署（NASA）正在研發的載人太空飛行器——太空發射系統（SLS）和獵戶座太空船——的設計目標是將人類送往月球附近，而非火星和木星之間的小行星帶。行星協會的弗里德曼表示，正因如此，當坦塔迪尼向他提出小行星回收的想法時，他才會如此興奮，而NASA最終也對此深感興趣。這項任務其實是對穆罕默德那句古老格言的巧妙詮釋：如果人類無法前往小行星，那麼小行星就必須來到我們身邊。 “這簡直是醍醐灌頂，找到了載人航天計劃根本問題的答案，”弗里德曼說道，“你找到了目的地；它既有趣又有意義，既科學又可行，而且完全可以在現有計劃框架內完成。”
去年夏天，NASA啟動了小行星計劃，其中包括小行星探測任務（ARM）和小行星大挑戰賽（AGC），旨在幫助識別近地天體，用於科學研究和行星防禦。小行星資料獵人（Asteroid Data Hunter）是AGC的首個競賽系列，於今年3月宣布，將向開發能夠提升地面望遠鏡小行星探測能力的演算法的參賽者頒發35,000美元的獎金。
同時，近地天體計畫啟動了一套系統，旨在協調世界各地的望遠鏡，尋找適合ARM（加速器軌道修正）的小行星——直徑在4到10公尺之間，其軌道路徑便於捕獲和改變軌道方向的小行星。美國太空總署的喬達斯表示，自2013年3月啟用以來，該系統已向他們發出十幾個潛在候選目標的警報。在約翰遜太空中心的中性浮力實驗室，太空人已經在水下水箱中進行訓練，他們練習離開太空船並爬上模擬的小行星表面。
美國太空總署載人探索計畫主任威廉‧格斯滕邁爾認為，這項任務可能會徹底改變人類與宇宙的關係。 「這將是歷史上我們第一次將太空物體帶到太空並進行移動，」他說。 “我們正在開始改造太空，造福我們自身。”
坦塔迪尼本人則主要將精力投入其他項目上，例如一個消費級無人機計畫。但他仍然期待著ARM的發射。 「三年前，大多數人都會說，移動哪怕是一顆小型小行星都只是個夢想，但團隊已經證明這是可以實現的，」坦塔迪尼說。 “問題不在於任務是否會進行，而在於何時進行。”
第一步：尋找小行星
數百萬顆小行星經常飛掠地球，但天文學家迄今只探測到了1萬顆。目前正在研發的一些望遠鏡有望完善我們地球周圍的小行星分佈圖。
近地天體相機（NEOCam）
誰：美國太空總署噴射推進實驗室
目標：探測直徑大於140公尺的近地天體中三分之二的天體。
現況：紅外線感測器通過了關鍵設計測試；如果被 NASA 2016 年的發現計畫選中，該任務可能會在 2020 年發射。
計畫： NEOCam的紅外線望遠鏡將在穩定的拉格朗日點軌道上運行，並在兩個波長下搜尋小行星的熱輻射。其14度的視野角比NASA的前身WISE望遠鏡大得多。
小行星撞擊地球最後警報系統（ATLAS）
誰：夏威夷大學
目標：提前預警小行星撞擊事件（根據撞擊規模，預警時間為一天到三週不等）。
狀態：目前正在夏威夷建設中，預計2016年開始正常運作。
方案：兩台配備1.1億像素相機的20吋望遠鏡每晚將掃描可見天空兩次。該系統靈敏度極高，足以偵測到從舊金山觀測到的紐約火柴火焰。
Arkyd-100
誰：行星資源
目標：探測小行星，確定其位置、成分、大小和自轉速度
現況：一顆名為 A3 的奈米衛星將於今年稍後發射，以測試幾項關鍵技術。
方案：這顆重33磅（約15公斤）、大小與迷你冰箱相仿的衛星將每90分鐘繞地球運行一周，並透過光學望遠鏡觀測小行星。雷射通訊系統會將影像傳回地球。
第二步：阻止流星雨
去年一顆流星在俄羅斯上空爆炸，產生的威力相當於50萬噸TNT炸藥。目前正在採取多項措施，以防止類似物體再次墜入地球。
雷射蜂
參與機構：行星學會/斯特拉斯克萊德大學/格拉斯哥大學
目標：偏轉直徑2至400公尺的小行星。
現況：如果實驗室測試和電腦模型顯示出前景，則可能在五到十年內進行試飛。
方案：小型太空船將包圍一顆小行星，並用雷射持續照射其表面某一點數月甚至數年。汽化的岩石會形成一股超高溫氣體柱，推動小行星進入新的軌道。
超高速小行星攔截飛行器
誰：愛荷華州立大學/美國國家航空暨太空總署
目標：摧毀直徑達1000公尺的小行星。
現況：二期臨床試驗將於9月結束。測試任務預計在十年內啟動。
方案：攔截飛行器將接近小行星並分離成兩個部分。第一部分將撞擊小行星表面，形成一個隕石坑。第二部分攜帶一枚300至1000公斤的核彈，將在隕石坑內引爆，將小行星炸成碎片。
小行星撞擊和偏轉評估
參與者：約翰霍普金斯大學/歐洲太空總署/美國國家航空暨太空總署
目標：撞擊雙小行星系統迪迪莫斯（Didymos）直徑150公尺的衛星，當時衛星正掠過地球。
現況： NASA和ESA正在進行A階段前的準備研究。如果資金到位，這兩艘太空船將於2020年和2021年發射。
方案：由約翰霍普金斯大學建造的太空船將撞擊這顆較小的行星，改變其軌道。歐洲太空總署的太空船和地球上的望遠鏡將對撞擊進行觀測，以評估其效果。
如何捕獲一顆小行星
美國太空總署已將載人探索近地天體確定為太空人火星之旅的下一步。以下是小行星重定向任務的運作方式。
1）最早在2018年，一枚阿特拉斯五號火箭將把一艘機器人捕獲太空船送入近地軌道。該太空船配備的40千瓦太陽能-電力推進系統將把它送入高地軌道。在那裡，月球引力助推將使其加速飛向目標小行星——一顆重達500噸、直徑22英尺的岩石。
2）四年後，飛行器將進行最後一次接近。當距離目標165英尺以內時，它將釋放一個充氣外骨骼，該外骨骼將展開一個由高強度織物製成的圓柱形捕獲袋。
3）捕獲袋包裹住太空岩石後（預計需要90天），外骨骼會放氣，收緊織物，並將其拉近太空船。如果小行星自轉過快，捕獲袋內的充氣氣囊會將其固定到位。
4）在接下來的三到五年內，太空船將拖曳這顆小行星朝月球方向移動。它將使用另一個
利用月球引力彈弓效應將其提升至極為穩定的高月球軌道。飛船及其貨物將安全地停留在月球軌道上。
5）2025年，獵戶座太空船將從地球發射升空，並與捕獲太空船對接。兩名太空人將沿著安裝在兩艘太空船之間的伸縮臂爬到捕獲袋頂部，在那裡他們將研究小行星並收集樣本。
本文原刊於 2014 年 5 月的《大眾科學》雜誌。
