1969 年 2 月 8 日凌晨 1 点过后不久，一个蓝白色的火球划过美国西南部和墨西哥北部上空的天际。一颗被地球引力捕获的流星在大气层中爆炸了。焦黑的岩石雨降落在奇瓦瓦州普埃夫洛·德·阿连德周围 200 平方英里的区域，当地居民捡起了第一批碎片。一场寻宝游戏立即开始。孩子们和其他居民用塑料糖果袋收集高速公路旁、房屋附近、豆田里的陨石。科学家们也涌向了这片点缀着仙人掌的灌木丛林地。NASA 甚至派出了研究人员；他们当时正在为即将进行的阿波罗 11 号登月任务做准备，并将这次坠落视为研究月球样本的彩排。坠落后的最初几个月，研究小组发现了估计 2 吨的物质，至少有 13 个国家的 37 个实验室收到了样本。在人们能够梦想派宇航员和机器人到太空收集岩石的时代，研究陨石是近距离观察我们太阳系古代构成部分的最佳方式。
这颗后来被称为阿连德陨石的陨石，是有史以来发现的最大同类天体。并且，作为我们太阳系中最古老物质的典型代表，它可能成为了世界上研究最多的陨石。它的样本中含有尘埃颗粒，这些颗粒是 45 亿多年前在围绕太阳旋转的星云中形成的最初固体。这些尘埃将凝结成卵石，然后是岩石，再然后是城市大小、州大小的巨石。它最终会形成第一个迷你行星，或称为星子，这些星子要么会成长为像地球一样的世界，要么会在混乱的宇宙游乐场中被炸毁，其中一些碎片最终会散落在现在被称为火星和木星之间主小行星带的碎片场中。
大约 40 年后，阿连德陨石成为了一个新的谜团的中心。麻省理工学院的行星科学家 Ben Weiss 发现，它的样本似乎带有古代磁场的印记。几十年来，科学家们一直认为两种主要的陨石类型——球粒陨石和非球粒陨石——来自两个不同的母体类别。阿连德陨石属于球粒陨石，被认为是原始的、从未熔化的太空岩石，由原行星尘埃形成。非球粒陨石——例如来自月球和火星的陨石——是行星或相对较小的星子破碎的碎片，它们会膨胀直到内部熔化。在这种情况下，镍和铁等重金属会沉入核心，而较轻的物质会浮到表面。人们的假设是，产生非球粒陨石母体核心内部磁场的机制是该陨石类别的独特之处。但是，Weiss 怀疑，如果阿连德陨石从未成为这些熔化太空岩石的一部分，它怎么会带磁呢？
2009 年，当时 Weiss 在麻省理工学院的同事 Lindy Elkins-Tanton 提出，阿连德陨石可能是一个混合天体的碎片，它内部熔化了，但外部没有，这在当时是一个惊人的理论。“这在科学界引起了很大的波澜，让每个人都非常不安，”她回忆道。“这是学术研究中常见的‘茶壶里的风暴’之一。”当然，许多科学家在没有充分证据的情况下不愿意改变长期以来的想法，但就在引发这场争议大约十年后，Elkins-Tanton 正在领导一项任务，该任务可能会解决关于漂浮在太空中的古代星子核心的未解之谜——并回溯时间研究地球自身的形成。
最早在 2023 年 10 月，一艘航天器将发射，开启为期 41 个月的旅程，前往太阳系中最大的金属小行星“灵神星”。这颗庞然大物被怀疑是一个正在形成的行星的铁镍核心，其外层在宇宙碰撞中被剥离。我们永远无法直接看到地球的核心——至少在我们开发出钻探 3,100 英里深并承受 9,000°F 温度和 300 万倍大气压力的超凡技术之前是不行的。“灵神星”然而，提供了一个机会，让我们能够窥探行星的心脏，了解早期太阳系以及像保护地球免受宇宙辐射并可能促使复杂生命进化的磁场的来源。
近 800 人的团队正在为同样名为“灵神星”的任务进行紧张的冲刺。但是，随着发射窗口的调整和最终确定，这颗小行星正逐渐成为一个比 NASA 在五年前批准 8.5 亿美元项目时可能预料到的更奇怪的目标。当时，“灵神星”的金属含量估计为 90%。最新的分析表明，这个百分比太高了。因此，研究人员正在提出各种新颖的假设来解释其特性——这些假设他们实际上可以在航天器到达小行星轨道后进行测试。
“也许我今天说的所有话，一旦我们到了那里就会被发现是错误的。这就是太空探索的美妙、兴奋和驱动力。”
— Lindy Elkins-Tanton
“灵神星”真的是一颗行星裸露的核心吗？或者它只是金属丰富碎石的堆积？一个拥有金属涌动火山遗迹的奇特世界？像一个巨大的稀有闪闪发光的陨石类别一样令人着迷的东西？“这是我喜欢它的地方，”Elkins-Tanton 说，她现在是亚利桑那州立大学星际倡议会的副校长，也是“灵神星”任务的首席研究员。“我们提出的解释现有数据的答案都不是简单、显而易见的答案。它们都是低概率事件，也许这有道理，因为似乎只有一颗“灵神星”在那里。”
目前，团队的主要设想仍然是“灵神星”是破碎核心的残骸。“另一种可能性是我们从未见过的东西，”亚利桑那州立大学的任务科学家 Jim Bell 说。他表示，一种观点是，“灵神星”可能是一个以金属为主的世界，它形成于非常靠近太阳的地方，并且不知何故到达了小行星带。“我们不知道这些天体是什么样子，因为它们已经消失了。它们掉入了太阳，它们合并成了类地行星。所以即使我们错了，我们也会学到一些很酷的东西。”
也许小行星可以通过太空采矿让我们致富，或者像恐龙一样灭绝，但它们最值得探索的原因是它们保存着我们太阳系过去的秘密。地球上最古老的岩石经过了无数次的熔化和挤压，以至于很难找到其 45 亿年历史的痕迹。如果我们的星球失去了关于其童年的所有记忆，那么访问一颗小行星可能就像偷看它的婴儿照片。
第一批小行星 大约在 220 年前被观测到。基于对太阳系的错误模型，天文学家曾推断火星和木星之间应该有一颗行星。为了搜寻它，一个名为die Himmelspolizei（“天警”）的组织在德国成立，为每个成员分配 15 度的天空区域进行扫描。他们没有找到一颗行星，而是发现了好几颗，我们现在知道它们是小行星。在接下来的几十年里，观星者发现了谷神星、智神星、婚神星和灶神星等天体。1852 年 3 月，意大利那不勒斯天文台的天文学家 Annibale de Gasparis 发现了“灵神星”，这是第 16 个这样的天体，并以希腊灵魂女神的名字命名。
此后，更先进的技术稍微改进了我们对“灵神星”的认识。例如，光谱仪可以通过观察矿物质反射的不同波长的光来解读遥远天体的组成。到 20 世纪 70 年代，天文学家发现一小部分小行星与坠落到地球的铁陨石相似。到 20 世纪 80 年代，他们将“灵神星”识别为小行星带中最大的 M 类（金属）小行星，并推测它是死亡行星核心的残骸。
当 Elkins-Tanton 在 2009 年秋季与同事 Weiss 一起研究阿连德陨石为何带磁时，“灵神星”并不在她考虑的范围内。不到半小时，她就在他的白板上画了一幅图，展示了一个奇特的混合天体，它在放射性同位素的极端高温下开始从内向外熔化。“她基本上提出了一个非常简单的观点，那就是它可能不会完全熔化，这似乎很明显，”Weiss 说。“我以前从未这样做过，以后也不会，但我们拿出相机拍了张照片。”
当时，天文学家们开始推翻教科书上的观点，即早期太阳系以一种有序、平稳的方式形成。相反，他们倾向于一种剧烈的诞生，其中高能过程迅速形成星子和行星。Weiss 和 Elkins-Tanton 在 2010 年向挤满人的会议室提出的理论，并在 2011 年发表在《地球与行星科学通讯》杂志上，有助于形成这种新观点。NASA 加州喷气推进实验室的两位研究员 Bruce Bills 和 Daniel Wenkert 对这个想法足够感兴趣，邀请了麻省理工学院的科学家们到帕萨迪纳的实验室创新基金会，这是一个任务构想的孵化器。他们能否设计一次太空航行，让他们能够实际看到小行星的内部，并找出其中一些是否真的是这些混合天体？随着 JPL 专家评估潜在目标和计算轨道，该团队很快意识到其中一个候选者就是“灵神星”——不仅仅是一个普通的构成部分，而是最有可能是一个科学家从未观察过的实际核心。Elkins-Tanton 和她的团队开始着手提交一份访问申请。
2017 年 1 月的一个清晨，Elkins-Tanton 在马萨诸塞州西部雪山地区度寒假时，她的手机亮了。是 NASA 科学任务理事会副局长 Thomas Zurbuchen 打来的。信号很差，但在电话挂断之前，她听到：“我知道我打扰你睡觉了，但你会庆幸我打了这个电话。”这是向 NASA 发现项目（该机构每隔几年资助一次廉价、高效任务的中型行星探索部门）推销任务的艰苦竞争过程的收获。
在她职业生涯中，Elkins-Tanton 在追逐引人入胜的地质问题时，经历过许多意想不到的情况。在她攻读博士学位期间，当她想重建 35 亿年前月球内部岩石的温度和成分时，她研究了阿波罗宇航员带回来的土壤。后来，当她调查一次 2.5 亿年前的火山爆发（导致了近乎灭绝地球生命的重大气候变化）时，她乘坐货运直升机和小船前往西伯利亚的偏远角落寻找岩石。尽管如此，她从未想过她发表的一篇论文竟然会促成一次真正的太空任务。她也从未想过纹身，但在那次重要的电话后的几个月里，她坐在一家纹身店里，在手上纹上了星子横截面的纹身。纹身师建议她选择一个不太显眼的位置，但 Elkins-Tanton 并不在意。“这个纹身在我的手上，因为这个任务关乎行动、建造、创造、前往，而不仅仅是坐着思考或害怕。”
新 NASA 任务的公布 会在空间研究领域引起巨大的影响。作为一项实际航天器的目标，“灵神星”开始吸引更多的观测。宝贵的望远镜和实验室时间突然被投入到这个不起眼的天体上。但从地球上观测“灵神星”——它只有大约 172 英里长——并不容易。（如果容易，那就没必要去访问了。）
“你必须记住，对于小行星，当我们用大多数望远镜观察它们时，你看到的除了一个点什么都看不到，”宾夕法尼亚州布卢姆斯堡大学的行星科学家 Michael Shepard 说，他专门研究遥感和地质构造，但他不是“灵神星”团队的成员。像他一样的研究人员必须有创造力，才能确定像“灵神星”这样遥远且相对较小的天体的大小、地表特征和成分。
Shepard 领导了几项测量它和其他 M 类小行星的项目，其结果开始暗示“灵神星”的金属含量可能不如先前认为的那么高。在其 2020 年倒塌之前，波多黎各阿雷西博天文台的巨大反射碟是探测天体雷达反射率（一种有助于确定其成分的测量值）的少数（也是最好的）地方之一。十多年来，Shepard 看到“灵神星”的数字下降。“这主要是因为我们只能在它指向特定方向时才能看到它变亮，”他说。“平均效应降低了估算值。”
真正表明“灵神星”可能没那么金属化的是它的密度。计算该指标需要知道天体的质量和大小，随着观测的增多，曾经不一致的“灵神星”数据开始趋于一致。在 Elkins-Tanton 和她的同事于 2020 年 2 月发表的一项任务前评估中，他们表示，最佳测量结果显示该小行星的密度在每立方厘米 3.4 到 4.1 克之间。完整的铁镍核心应该大约是这个数值的两倍。（水的密度是每立方厘米 1 克。大多数岩石约为 3 克。铁镍约为 8 克。）因此，目前的估计“灵神星”的金属含量仅为 30% 到 60%。
“一个实心铁块在太空中漂浮的这种模式似乎不再正确，”加州理工学院的行星科学家 Katherine de Kleer 说，她没有参与这项任务，但曾观测和研究过“灵神星”。“所以现在我们正试图了解它是什么以及它是如何形成的。”
如何解释“灵神星”缺失的物质？一些科学家猜测，它可能完全是金属，但多孔，像一堆碎石——但一个这么大的天体不太可能足够快地散热以保持多孔。由于雷达反射率在特定区域似乎更高，一些研究人员，包括印第安纳州普渡大学的行星科学家 Brandon Johnson，推测铁火山可能在它从外向内冷却时从地表喷发出来。
“我实际上预料到会有相当大的阻力，因为这个想法有点疯狂，”Johnson 说，他是对“灵神星”上所谓的“铁火山活动”进行建模的论文之一的首席作者。令他惊喜的是，其他人也接受了这个概念。由于地球或其他地方从未见过这种流动，北卡罗来纳州立大学罗利分校的火山学家 Arianna Soldati 试图模仿它。她利用纽约锡拉丘兹大学熔岩项目的熔炉，将富含金属的玄武岩融化，将熔岩倒在覆盖沙子的斜坡上，并观察了它的流动情况。这些模式可能有助于他们在“灵神星”上发现类似的活动痕迹。
在地球的另一端，同样富有想象力的实验探索了“灵神星”明显的混合地质。古老的小行星会遭受无数次撞击。法国蔚蓝海岸天文台的宇宙化学家 Guy Libourel 领导了创造微型碰撞的测试。在日本的一个实验室里，他的同事们以极高的速度（大约每秒 3 英里多一点）将微小的玄武岩珠射向钢和铁表面。（步枪子弹的速度接近每秒三分之二英里。）他们发现玄武岩因撞击热而熔化，并像煎饼一样铺展在目标表面。他们认为，也许“灵神星”的金属被通过撞击带来的玻璃岩石涂层所掩盖。这可以解释为什么表面上以及其 M 类同类天体上似乎没有那么多金属。金属小行星很罕见，而且随着我们获得更多关于它们的遥感测量数据，没有一个似乎具有表明它们完全由铁镍核心组成的密度。“我们将在 2026 年看到真相，”Libourel 说。
明年晚些时候，如果一切按新时间表进行，一些“灵神星”团队成员将会在佛罗里达的天空中看到一个火球划过。一架 SpaceX 猎鹰重型火箭，载有约 44,000 磅推进剂，将逃离地球引力，携带“灵神星”——一枚改装过的 Maxar 通信卫星，大小与汽车相当。一旦从有效载荷罩中释放出来，航天器将开始 15 亿英里的旅程，绕火星加速以获得引力助推，然后使用 Maxar 的太阳能电推进系统缓慢地进入深空。
“我们时间紧迫，”JPL 的“灵神星”项目经理 Henry Stone 说。由于这次旅行依赖于引力助推，团队有一个严格的发射窗口，仅开放几周。
如果它在明年发射，航天器将在 2029 年到达目的地，并运行近两年。它的相机将以高分辨率图像捕捉小行星的所有陨石坑、崎岖地貌和其他地形惊喜。（该仪器是多光谱的，意味着它有滤光片，可以检测到老年石、橄榄石和辉石等矿物质的不可见信号，这将有助于科学家们弄清楚小行星是如何形成的。）
更多的数据使任务科学家能够更好地绘制“灵神星”的地图并了解其引力场，因此航天器将以一系列越来越低的轨道下降。同时，安装在 6 英尺长臂上的磁力计传感器应该能够弄清楚该天体是否保留了古代磁场，这将是一个重要的线索，表明它曾经是一个具有极向旋转、部分熔融、铁镍核心的大型天体的一部分。“我们从未见过小行星的磁场，但那东西看起来确实是个不错的搜索目标，”领导磁力计研究的 MIT 的 Weiss 说。
另一个长臂上的伽马射线和中子光谱仪将探测到宇宙射线轰击小行星原子时产生的能量信号。这些测量将有助于确定“灵神星”表面以下一米处的元素组成，绘制出可能表明表面是球粒陨石还是非球粒陨石的金属和硅酸盐的沉积。
对于不参与这项任务的研究人员来说，也许最令人兴奋的是，航天器拍摄的图像将在 30 分钟内在线公开。共享符合 Elkins-Tanton 在管理数百人团队时不断完善的领导理念。这让她开始思考大型科学项目如何才能更加雄心勃勃，并解决更大的问题。你如何确保所有参与研究人员不至于带着他们的数据碎片回到实验室，从此销声匿迹？你如何让一个项目不仅仅是其各个部分的总和？她一直在向她的同行科学家们宣传，让他们摒弃只推崇著名和有魅力的首席研究员的“英雄模式”。她不介意发布带有需要修复的故障的图像，如果这意味着其中可能充满了让她的社区兴奋的惊喜。
其他近期的小行星任务应该为他们准备了一些意想不到的景象。在 2010 年代，当日本的“隼鸟 2 号”和 NASA 的“OSIRIS-REx”两个独立的样本返回任务接近各自目标龙宫和 Bennu 时，科学家们发现这两颗小行星都散布着巨石，而不是像预期的那样覆盖着细颗粒的表岩屑。被卷入“灵神星”世界的研究人员们感到兴奋，因为这个任务的探索空间非常广阔，他们渴望找到他们还不知道应该问的问题。
“也许我今天说的所有话，一旦我们到了那里就会被发现是错误的，”Elkins-Tanton 说。“这就是太空探索的美妙、兴奋和驱动力。”
这个故事最初刊登在 PopSci 2022 年夏季金属特刊上。阅读更多PopSci+ 故事。
编辑说明（2022 年 11 月 10 日）：此故事已更新，以反映“灵神星”任务的新日期。NASA 于 6 月首次推迟了发射，然后在 11 月发布了一份内部报告，概述了延误。
