论文部分内容阅读
上篇模拟登陆小行星
2011年5月初，美国宇航局宣布，该局的一组宇航员和科学家将在海底实施一项名为“NEEMO 15”的任务，目的是检测未来登陆小行星的理念和技术。
NEEMO任务是一项系列任务，执行地点在美国大气海洋局的“宝瓶座海底实验室”，简称“宝瓶座实验室”，位于佛罗里达群岛中的基拉戈岛附近19米深的大洋底。NEEMO 15任务将模拟载人登陆小行星之旅，参加任务的人员被称为“潜航员”。与火星或月球不同，小行星的引力很微弱，在小行星表面行走可能与在国际空间站进行太空行走相似，因此在水下模拟登陆小行星是最佳方式之一。事实上，宇航员都要在水下进行太空行走训练。
NEEMO 15任务定于2011年10月17日开始实施。为准备这次为期10天的任务，从5月9日~13日，在宝瓶座实验室进行了一系列工程试验。执行试验任务的潜航员的工作重点是试验怎样才能很好地锚定在一块太空岩石表面，以及怎样环绕太空岩石行走。为此，他们在宝瓶座实验室进行了一系列准备，包括潜水，在水下布置实验场地，安装一面由玻璃纤维板制成的小型石墙。安装石墙的目的是模拟小行星表面。潜航员们在石墙上测试不同的锚定方法，例如用钻头钻石墙，用金属板模拟磁锚定。
这项模拟任务看起来并不怎么吸引人，但引起了媒体的关注。这是为什么？得从2010年6月说起。
为何要去小行星
“在远离地球数百万千米的地方，两名宇航员在失重状态下翱翔于一块巨型太空岩石旁，他们正在挑选这块大岩石上的小石头，以便进行科学研究。他们起居的宇宙飞船就飘浮在他们的头顶上面，而在更上面的几乎伸手不见五指的天空中，地球是一个发光的小斑点。”
上述描绘很像科幻电影中的场景。然而，假如美国总统奥巴马在2010年6月宣布的美国太空新战略得以顺利实施的话，这种超现实场景就可能最终变成现实。当然，这也绝非易事。因此，奥巴马建议，美国宇航局在2025年首先实现载人登陆小行星——围绕太阳疾飞的巨型球状岩石，然后在2030年之后实现载人登陆火星。
假如这项任务最终实施，就将成为和载人登月一样的重要里程碑。一旦登陆小行星，人类也就第一次进入不再由地球、而是由太阳充当主角的“深空”，第一次走出地球-月球系统的“藩篱”。那美国人为什么要把小行星作为载人登陆的目的地之一呢？要知道，美国虽然已经实现了载人登月，但月球距离地球仅仅38万千米，而小行星距离地球至少800万千米。以下是人类应该关注小行星的五大理由。
小行星帮助我们了解太阳系起源。小行星中的材料代表着行星的建筑构件。由于小行星带位于岩质内行星和外太阳系气态巨行星之间，所以小行星包含的材料中可能隐藏着有关今天的行星为何如此多样的线索。例如，小行星中的两个代表——灶神星和谷神星差不多形成于同一时期（即太阳系形成后1000万年以内），但灶神星在某段时间彻底熔化并重新固化，因此今天的灶神星是光滑的，而谷神星却未显示出经历过这一熔化过程的迹象。可能的原因是，灶神星经历过更多次的碰撞，或者它含有大量的放射性形式的铝，这些铝在放射性衰变过程中释放热量。通过研究小行星，科学家就有可能进一步揭示这类奥秘。科学家迄今已经从登陆地球的陨石中了解到了很多有关太阳系早期的信息，但是，这些陨星在穿越地球大气层的过程中已烧毁了大量材料，提供的信息并不完整。
小行星帮助我们弄清生命起源问题。科学家至今未彻底搞清楚地球上首批生命形式是如何从非生命有机物中起源的，而小行星有可能帮助破解这个谜题。像智神星和健神星这样的小行星，都被认为在过去拥有水，可能还拥有碳基有机化合物。今天，这些小行星的化学组成比地球更原始，因此它们更能反映太阳系早期的状况。科学家希望通过研究小行星，更多地了解地球生命起源问题。有科学家推测，很久以前撞上地球的小行星可能将一些生命的基本材料带了地球，从而帮助了生命在地球的发端。还有科学家甚至认为，小行星有可能直接将生命带到了地球。
或许可以从近地小行星开采金属。科学家对于载人登陆近地小行星兴趣尤甚，这主要是因为这些小行星可能成为未来贵重金属的来源。要想在小行星上开采贵金属，就必须查明小行星的组成，并开发出前往小行星所需的技术。除了采矿之外，这些小行星的另一个引人之处是：研究它们，可能有助于进一步研究太阳系的主要行星。分析行星和个头小于行星的小行星之间的差异，就好比是在太阳系形成过程中的不同时期取样进行研究。
小行星有朝一日可能会威胁地球安全。因为一些小行星在比较极端的椭圆轨道上环绕太阳运行，所以它们经常会穿过地球轨道，其中极少数会很靠近地球。例如，2010年1月，小行星2010 AL30从距离地球仅13万千米的地方经过，好在它的直径只有11米。据预计，小行星阿波菲斯将于2036年4月13日从距离地球30000千米处经过，它的直径超过两个足球场的长度。假如这么大的小行星撞击地球，虽不足以引发好莱坞“末日”影片中的场景，却足以造成地域性的严重破坏。一种主流科学理论认为，恐龙的灭绝就是因为一颗直径与美国旧金山相当的小行星撞击地球所致。还有一种估计是，每30000年就可能有一块足够大的太空岩石撞击地球，成千上万人会因此死亡。
人类可能在未来登陆小行星。奥巴马提出载人登陆小行星之前，曾乘坐过5艘航天飞机的美国宇航局前宇航员兼现在的天体物理学家约翰·格伦斯菲尔德建议，美国的航天目标之一可以是派宇航员去移动一颗小行星，让它改变可能与地球相撞的危险轨道。格伦斯菲尔德认为，这样的创举将昭示人类的智慧与力量，在人类历史上立下一座最伟大的丰碑。
登陆哪颗小行星
小行星那么多，要想载人登陆小行星，首先要选择合适的目的地。众多小行星的形状、大小和轨道各异，一些小行星只不过是蓬松的巨石堆，另一些却排列紧密。适合载人登陆的小行星必须有一些关键特点，例如，自旋速度较慢；没有可能造成麻烦的卫星；引力场不能太不规则；表面不能过于凹凸不平；环绕太阳的轨道不能太扁，应该有时间长且不断出现的发射窗口期；最重要的特点是易于到达。虽然绝大多数小行星位于火星轨道和木星轨道之间的带状区域——所谓的小行星带，部分小行星却比较靠近地球。理想的登陆小行星应该以与地球公转速度相似的速度环绕太阳，迄今已知的7075颗近地小行星中，有6颗看来具有这样的轨道。
许多科学家认为，载人登陆小行星将是载人登陆火星的简版，是在载人前往并登陆火星之前对相关策略和设备进行测试的一次机遇。往返附近一颗小行星之旅可能需时约半年，而载人往返火星之旅所耗费的时间至少要一年多。
为了找到合适的登陆小行星，天文学家已经定位了许多大得足以威胁地球的小行星，但大量直径小于1000米的小行星尚未得到辨识。当他们对小行星统计得差不多时，就可以确定具体的选择标准了。但无论作何选择，目的地小行星都不可能具备足够的引力让飞船登陆，因此，最可能的场景是，宇航员将飞船锚定在小行星上，然后乘坐一辆小型登陆车快速移动至一块岩石上。
小行星的组成也将是主要的候选因素之一。例如，造访含有水冰的小行星，或许能帮助科学家决定怎样在小行星上提取饮用水和燃料，这样的技术对于最终把小行星作为前往水星之旅的中途站点来说是必备的。
尽管机器人至今已成功登陆了两颗小行星——爱神星和丝川星，载人登陆小行星却能够完成机器人登陆小行星所不能完成的许多事。例如，宇航员可以用钉锤在小行星上锤下一块岩石，而在发现更有趣的岩石后，他可以舍弃前一块。而对于机器人来说，即使是如此简单的工作也无法胜任。
说得容易实施难
尽管大多数专家相信载人登陆小行星是可以实现的，但真想要实现这个目标却难上加难。请看下面列出的三大理由。
不可能乘坐航天飞机去小行星。 在好莱坞科幻大片《世界末日》中，男主角及其他机组成员分乘两艘改进型的航天飞机抵达杀手小行星。而美国宇航局已决定在2011年让所有航天飞机退役。即使不退役，航天飞机在送人去小行星方面也派不上用场。
航天飞机的建造目的只是环绕地球，无法携带蹦进深空所需的那么多燃料。此外，航天飞机只能防护从地球轨道返回地面过程中产生的高温，从再远一点的地方返回地球所产生的超高温它们是绝对耐不住的。以现有或即将出现的技术来说，载人登陆小行星所需的是比“土星-V”火箭更巨型的火箭，“土星-V”曾在20世纪60年代及70年代送宇航员去月球。比“土星-V”还大的火箭意味着极其巨大的耗资。
送人去小行星，还需要一艘能供宇航员生活起居，且能存储漫长旅途所需的氧、食物和水等一切必备物资的飞船。一种选择是，发射一个小型隔舱飞船装载机组成员，一旦安全进入太空，飞船就释放一个膨胀式居住舱。但问题是，目前在这种“爆发式”飞船的研发方面还少有起色。
旅途过于漫长。 《世界末日》中的男主角从地球出发几天甚至几小时后就抵达目标小行星。这纯属幻想。以目前的技术能力，往返小行星一次所需的时间应该在5至6个月。另一个难题是，在此期间机组成员要面临致命的空间辐射。由于地球磁场的保护，航天飞机乘员在很大程度上避开了这样的辐射。一旦离开地球轨道，这类保护就荡然无存；如果不凑巧遇上太阳耀斑，就可能对宇航员构成致命威胁。必须的防护设施可能太过沉重而无法由飞船搭载。空间辐射会提高患癌风险，在极端状况下会导致恶心和呕吐，因此宇航员可能需要服药来预防辐射效应。
接下来的问题是，参加小行星之旅的宇航员必须忍耐长时间与地球隔绝，而且如果途中出现紧急情况，他们少则需要几个星期、多则需要几个月才能返回地球，不可能像“阿波罗登月”任务宇航员那样在几天后返回地球。
不可能在小行星上行走或驾车。当 《世界末日》中的英雄们登陆“德克萨斯州大小的”杀手小行星后，他们就奔跑穿越到处是巨型钉子形状的地貌，或者驾驶特制汽车驰骋。而真实情况是，就连最大的小行星也几乎没有引力，任何接触小行星表面的东西都很容易飘离，比如你打个喷嚏就会像火箭一样喷射出去。此外，小行星表面可能易碎。因此，飞船抵达目标小行星后不能直接降落，而是必须先停下来，然后通过对接锚定在小行星表面，就像船入港一样。目前提出的一种设想是，用多个带感应器的气囊构成圈来探察小行星地面的稳定性。一旦确认着陆是安全的，就展开有倒钩的系链，将飞船闩在小行星的表面上。就像汽车的安全气袋（一种在汽车受冲撞时自动充气以免乘客撞伤的安全装置）一样，飞船的气囊也将压在小行星表面上。飞船也可能盘旋在小行星旁边，不时地点燃推进器以保持相对位置不变。
宇航员无法在小行星上行走，只能贴近小行星表面飘移，移动过程中必须借助于戴着特制手套的双手。为避免飘进太空，小行星机组可能会在小行星表面安装一个由安全绳组成的防护网，但这本身就有风险，因为科学家至今不清楚小行星表面的强度，以及是否能将宇航员固定在一个位置上。极小的引力也可能意味着：宇航员无意中搅动的任何尘埃，都会以悬浮云的形式在空中停留很久。由于小行星上没有天气，因而也没有侵蚀作用来消除尘埃微粒。
派人去挪动小行星？
2006年11月，美国宇航局宣布正在制订一项计划，即派遣一名宇航员登陆一颗以每小时5万千米的速度在太空疾飞的小行星。美国宇航局专家称，他们希望了解人类是否能掌握让可能威胁地球的小行星转向的技术，虽然此计划目前尚处于雏形阶段，用一艘飞船送一名宇航员到深空去也只是一种设想而已，但其目的是严肃的。小行星撞击地球的威胁的确是存在的，例如一颗叫做阿波菲斯的小小的小行星已被确认有可能在2036年对地球构成威胁。
据测算，假如一颗宽度仅1千米、质量为10亿吨的小行星以45度角撞击地球，就可能造成相当于500亿吨热核爆炸的后果。假如用核弹头将这样的小行星炸碎，可能只会导致它变成处于类似轨道上的数千个小天体。科学界普遍认为，最好的办法就是提前将来袭天体轻轻挪到一个安全的轨道中。由于小行星的引力很小，据测算，只需花75天时间，用质量、加速度和推进力都与一辆小轿车相当的某个物体，就能把一颗10亿吨重的小行星推离与地球相撞的轨道。
有科学家认为，最好的办法还是用登陆器登陆小行星，在小行星表面进行挖掘，然后放些东西，让小行星喷射材料到太空，就可以反向推动小行星。使用太空反射镜、太空光源甚至涂料，也可能让目标小行星吸收足够的光线和热量，将小行星移出危险轨道，但这需要花20年以上的时间。用大爆炸将小行星炸离原来的轨道则是一种极端手段，必要时也可以采用。2005年，美国的“深度撞击”任务测试了一种不同的技术，就是把一个物体放进一颗彗星的轨道。
探测器已经登陆过小行星，这意味着只需使用机器人就能很好地完成上述排险任务，派人去执行这样的任务不仅风险高，而且耗资巨大。但是，科学家认为，派人去无疑能完成机器人所不能完成的许多任务。欧洲空间局也计划在2013年到2015年期间发射“唐吉诃德”双机器人飞船，其中一个机器人将撞击一颗顺路经过的无害的小行星，第二个机器人则负责拍摄撞击过程，观察这颗小行星路径的任何改变。
值得关注的小行星
迄今已知有超过7075颗小行星来到过地球附近，其中1100多颗被列为“潜在威胁”，意思是它们可能在相对近距离处飞过地球，并且直径在150米以上。其中一部分危险小行星的轨道如下。
“25143 丝川 ”这颗小行星的三维分别是540、210、270米。2003年，日本发射的“隼鸟”探测器为它拍照、登陆提取土壤样本，并于2010年6月将样本成功送回地球。这让它吸引了公众视线。它下一次接近地球的时间是2030年3月，届时它与地球的距离在5630万千米以内。
“2005 YU55”最近的观测暗示，这颗小行星的直径是400米，是此前天文学家估计值的两倍。这个结果是由位于波多黎各的阿雷西博射电望远镜于2010年4月探测所获，当时它距离地球不到230万千米。它下一次经过地球是在2011年11月，届时它与地球的距离估计只有32.5万千米。
“6344 P-L”这颗小行星于1960年被发现，但科学家随后发现它“消失”了，直到2007年才被重新发现。它的轨道严重偏离正圆，因此它要花4.7年才能环绕太阳一圈。它下一次接近地球是在2040年11月，届时它距离地球不到1100万千米。
“猎户座号”小行星任务
“猎户座号”小行星任务是美国宇航局建议的一项针对近地小行星的登陆任务，它计划使用标准的“猎户座”飞船和基于“牵牛星”火箭的一种登陆舱。任务目的是评估小行星上的水、铁、镍、铂及其他资源的潜在价值，测试提取这些资源的可能途径，检验或开发可能用于保护地球免遭小行星威胁的技术。一旦实施，这将成为第一个载人前往月球以外的任务，为美国预定的在2030年之后载人登陆火星奠定基础。
按照规划，这项任务的开始阶段是用“战神五号”火箭把登陆舱发射到低地球轨道，接着用“战神一号”火箭发射载员3人的“猎户座”飞船。一旦“猎户座”飞船与登陆舱和“地球出发站”对接，“地球出发站”就点火推进“猎户座”飞船前往一颗近地小行星，机组人员将登陆这颗小行星并探索其表面。一旦完成任务，“猎户座”飞船将离开小行星，在到达地球边缘时投弃服务舱和登陆舱，最终经过大气层，降落于太平洋上。
“猎户座号”小行星任务是美国宇航局“星座”计划的一部分，相当于“阿波罗登月”任务的升级版。该计划是在美国小布什政府任期内提出的，小布什的继任者奥巴马上台后取消了“星座”计划，但奥巴马没有放弃让载人登陆小行星为载人登陆火星打前锋的思路。如果美国的载人登陆小行星计划最终实施，不管它是“小布什版本”还是“奥巴马版本”或其他总统的“版本”，恐怕都不会与“猎户座号”任务蓝图相去甚远，毕竟科学之路从根本上讲不是以哪个总统的意志为转移，而“阿波罗登月”的总体思路最终被认定是可行的，那么在它的基础上进行改良的新计划应该也是可行的——除非最终能拿出切实可行的更好思路。
2011年5月，在海底的“宝瓶座实验室”，潜航员练习“锚定在小行星表面”的技术。他们的练习是为2011年10月的NEEMO 15任务做准备的。在NEEMO 15任务中，潜航员将全天待在“宝瓶座实验室”的海底舱里，届时的模拟任务难度和强度将更大。
下篇话说小行星
小行星虽然不是行星，但与行星的关系密切。地球人在未来既可能在其他行星上建立定居点，同样也可能在小行星上建立城市。
小行星是环绕太阳运行的一类较小的天体。1801年，意大利西西里巴勒莫天文台台长朱塞佩·皮亚齐在偶然间发现了第一颗小行星——谷神星。当时，他在金牛座方向发现一颗像恒星一样的天体，并在多个晚上观察它的移位情况。他的同事高斯运用这些观测结果做计算，结果发现这个当时未知的天体位于火星和木星之间。这个天体虽然发亮，但它明显在运动，皮亚齐断定它并非是一颗恒星，将它命名为谷神星。
起初人们以为谷神星是一颗行星，随后人们发现的这类较小的“行星”越来越多，但它们均未显示出明显存在行星盘的迹象，或者看上去根本就没有行星盘，这促使英国天文学家威廉·赫歇尔为这些天体给出了“小行星”这个术语。
小行星从何而来
随着观测手段的进步，迄今已发现了数百万颗小行星。与太阳系的其他大多数小天体一样，小行星也被认为是小行星体的残骸，小行星体是在年轻太阳的星云中生长得不够大、因而没能形成行星的材料。天文学家现在相信，主小行星带的小行星体演化过程与太阳星云中其余部分的演化过程很相似，直到木星接近自己现在的质量。这一时期，来自与木星轨道共振（由于轨道周期的相关性，两个环绕天体相互施加周期性的引力影响）的物理激发过程，将超过99%的小行星体喷射进主小行星带。电脑模拟、自旋速率的不连贯性和光谱特征等暗示，直径大于120千米的小行星是在早期吸积形成的，而较小的小行星是较大的小行星在木星引力干扰下相互碰撞的结果。至少有两颗小行星——谷神星和灶神星生长得足够大，以至于熔化、分化，重的金属元素沉降到星核，岩石矿物则留在地壳中。
已知的绝大多数小行星都位于火星轨道和木星轨道之间的主小行星带，但此外也有众多的特洛伊群小行星（它们在木星的前方和后方伴随木星公转）和近地小行星。在内太阳系（由太阳系内的类地行星和小行星组成的区域，这些天体都相对靠近太阳，这个区域的半径小于木星和土星之间的距离）中发现了多种不同动力学类型的小行星，它们的轨道受到太阳系中其他天体的引力扰动等影响。主要的小行星群如下：
主小行星带绝大多数已知的小行星都位于这个主带内，它们的轨道一般都不是拉得很长。据估计，主小行星带中包含110万至190万颗直径大于1千米的小行星，较小的小行星则多达几百万颗。这些小行星被认为都是木星引力扰动的结果。
特洛伊群小行星它们是与较大的行星或卫星共享轨道的小行星，但它们不会与同轨道中的行星或卫星碰撞，这是由于它们在行星或卫星轨道的拉格朗日点（位于行星或卫星前面60度或后面60度）上运行，而拉格朗日点很稳定。火星周围也环绕着特洛伊群小行星。
近地小行星是指轨道接近地球轨道的小行星。轨道与地球轨道有交叉的小行星则被称为越地小行星。截至2010年5月，已知的近地小行星有7075颗，其中直径超过1千米的估计有500至1000颗。
小行星的构成
小行星的构成多种多样，大多数小行星的构成目前还很不清楚。谷神星看来在岩石内核外包裹着冰地幔，灶神星则被认为拥有镍-铁内核、橄榄石地幔和玄武岩地壳。几乎纯粹由碳粒陨石构成的健神星，被认为是最大的未分化小行星。大多数较小的小行星据推测都是由引力松散堆积在一起的岩石。一些小行星有自己的卫星或者共轨道的小行星（双星）。岩石堆成的小行星、小行星的卫星、小行星双星以及分散的小行星家族，都被认为是一颗“父母小行星”遭遇碰撞的结果。
由于小行星中包含微量的氨基酸及其他有机物，一些科学家猜测小行星的碰撞为地球生命的起源播下了种子——提供了生命起源所必需的化合物，甚至有可能将生命本身带给了地球。
灶神星具有反光的表面，一般情况下也只有它是裸眼可见的小行星，但只有在很暗的夜空、且当它处于非常有利于观察的位置时才能裸眼见到它。在很罕见的情况下，从接近地球的地方经过的小行星可在很短时间内被裸眼观察到。
对小行星构成的判断是基于以下三个数据源：反照率、表面光谱及密度。只有通过观测小行星可能拥有的卫星的轨道，才能确定小行星的密度。迄今发现的每一颗有卫星的小行星都是石头堆，是岩石和金属的蓬松聚合体，或许一半体积都是空的。已经调查的小行星中有些直径达到280千米，其中包括赫耳弥俄涅星（三维分别是268、186、183千米）和林神星（三维分别是384、262、232千米）。
只有6颗已知的小行星比林神星大，但它们都没有卫星。然而，一些较小的小行星被认为质量更大，也就是说它们可能并非是岩石堆。如此大的小行星竟然可以是岩石堆，这有可能是因为破坏性的撞击，这个事实对于揭示太阳系的形成过程有着十分重要的意义：电脑模拟的固态天体碰撞结果显示，这些天体的相互毁灭就像它们的合并一样平常，但碰撞的岩石堆更容易相互合并，这意味着行星内核的形成过程可能是相对迅速的。
探索小行星
在机器人太空旅行时代到来之前，小行星带中的天体在最大的望远镜眼中也不过是针眼大的光点而已，它们的形状和地貌一直笼罩在迷雾中。现代最好的地面望远镜和环绕地球的哈勃空间望远镜，也只能辨识最大的小行星表面的少量细节，而这些细节在它们眼中实际上仍然模糊不清。
从小行星的光变曲线（它们在自转过程中的亮度变化），可以推测有关它们的形状和组成的有限信息。通过测量掩星——小行星从正面经过一颗恒星的时间长度，可以估计出小行星的光谱特征和大小。雷达成像可以提供有关小行星形状及其公转、自转参数的丰富信息，对近地小行星来说尤其如此。从变轨（即从一个轨道转换到另一个轨道）难度及推进剂需要量的角度来说，前往近地小行星比前往月球还容易。
对小行星类天体的首次近距离拍照是在1971年进行的，当时，美国的“水手9号”探测器为火星的两颗小卫星——火卫一和火卫二拍摄了图像，这两颗火卫可能都是被火星引力俘获的小行星。这些图像显示出大多数小行星的不规则形状——土豆形状。后来，美国“旅行者号”探测器对气态巨行星的小卫星们（很可能也是俘获的小行星）的探测得到了同样的结果。
第一次对真正的小行星拍照是在1991年，拍摄的是盖斯普拉小行星。1993年，艾达小行星及其卫星达克提利也被近距离拍照。这几次的拍摄者都是当时前往木星途中的“伽利略号”探测器。第一部专门致力于小行星探测的探测器“里尔舒梅克号”，于1997年为玛提尔德小行星拍摄了253幅照片。它后来进入环绕爱神小行星的轨道，最终于2001年登陆爱神星。被飞船在前往各自目的地途中拍摄过的其他小行星，还包括布莱叶星（1999年由“深空1号”拍摄）和安妮弗兰克星（2002年由“星尘号”拍摄）。
2005年9月，日本“隼鸟”探测器开始探索丝川小行星的细节，一度困难重重，但最终于2010年6月13日将其表面样本带回了地球。欧洲2004年发射的“罗塞塔号”探测器于2008年经过斯坦恩斯小行星，于2010年经过鲁特齐亚小行星，后者是迄今造访过的最大小行星。2007年，美国发射“黎明号”探测器，它在2011年造访灶神星，定于2015年造访已升格为矮行星的谷神星。
开发小行星
一直有科学家指出，小行星可能成为一种材料来源，这些材料在地球上可能已经罕见甚至耗尽，也可以从小行星采掘材料来建造太空城，或直接在小行星表面建造人类定居点。这类“异想天开”的想法如今仍停留于科幻作品中，但一旦载人登陆小行星成为现实，这些蓝图在不远的将来的确有可能实现。在此之前，让我们先来看一看开发小行星的有利与挑战。
优势
小行星的微弱引力使得建筑技术（例如起重机）简化，结构力度要求降低。
可选地点很多——迄今已有超过30万颗小行星得到明确辨认。
每一类小行星的化学组成不同，从而可以为生产飞船燃料及建造太空城提供各种材料。
前往一些越地（轨道与地球轨道交叉的）小行星的难度比前往月球还低。
采掘自小行星的材料可能成为贸易经济的基础。
低引力可大大降低往返小行星的运输成本。
小行星所拥有的很大的表面与体积比率，对探索和开发小行星矿物资源十分有利，无论小行星表面还是地下都能提供广阔的建筑场地。
小行星表面的高真空、低引力条件，将大大推动材料工程学、物理电子学等高新科技进步。
许多小行星（尤其是灭绝的彗星）包含大量（指总体组成中5%以上）挥发物和碳，支持生命离不了它们。
科幻作家伊萨克·阿西莫夫指出，在中空的小行星上建造城市独具优势，因为把所有小行星的体积加在一起的话，比用1600米高的建筑物覆盖地球所得到的体积还要大，所以能容纳极大量人口。
劣势
低引力是双刃剑，因为人类要在小行星上生活的话就必须适应低引力，或者必须创造某种形式的人工引力，这说起来简单做起来却很不简单。
大多数小行星远离太阳。主小行星带距离太阳是地球与太阳之间距离的2倍到4倍，这意味着前者能得到的太阳能不到后者的1/4到1/16。虽然建造巨型反射镜在太空中搜集太阳光在技术上可行，但实施难度很大。
许多小行星可能只是岩石和尘埃的蓬松聚合体，它们或许很难被使用。
小行星在太阳辐射面前很脆弱，它们缺乏像地球那样的臭氧层和磁层保护。尽管有一些小行星可能有磁场，但强度肯定比地球磁场差得太远。可以考虑用好几米厚的小行星表层土来防护，但这很难成为一个根本解决之道。
小行星没有或只有很稀薄的大气层。
更小的天体可能与小行星相撞，由此可能造成严重损害。
“黎明号”首幅小行星照
美国宇航局2011年5月10日宣布，该局发射的“黎明号”探测器已经获得巨型小行星灶神星的首幅照片，它将有助于细微调节“黎明号”在靠近这颗小行星过程中的导航。
这幅照片拍摄于2011年5月3日，当时“黎明号”在历经了超过16亿千米的漫长跋涉后，正开始接近灶神星，两者间距离大约是121万千米。从“黎明号”看去，灶神星就像是群星背景上的一颗小而亮的珍珠。灶神星也被称为一颗原行星，因为它大得几乎就要成为一颗行星。
灶神星直径为530千米，是主小行星带（也叫小行星带）中第二大的天体。200年来，地面和空间望远镜获取了这颗小行星的多幅图像，但都缺乏表面细节。科学家期望，灶神星的引力将在2011年7月16日将“黎明号”俘获进灶神星的轨道。要进入这个轨道，“黎明号”必须匹配灶神星环绕太阳的路径，这需要非常精确地得知灶神星的位置和速度。通过分析灶神星在每幅图像中相对于群星的位置，科学家就能调节“黎明号”的轨道。
“黎明号”计划从2011年8月初开始搜集科学数据，届时它将位于灶神星的上方大约2700千米。随着它逐渐靠近灶神星，它将为这颗小行星拍摄多角度照片，从而让科学家能够绘制灶神星的地貌图。随后，“黎明号”将在大约200千米处环绕灶神星，进行其他测量，并拍摄灶神星表面的更近距离照片。“黎明号”将在环绕灶神星的轨道中停留大约1年，再经过一段漫长巡航后，它将在2015年抵达第二个目的地谷神星，谷神星是小行星带中最大的天体。
搜集有关这两颗小行星的信息，有助于科学家破解太阳系早期历史之谜。这项任务将对比这两颗巨型小行星被不同力量塑造的情况。“黎明号”搭载的科学仪器将测量小行星的表面组成、地貌和地质，测量来自这两颗小行星的引力，以更多了解它们的内部结构。“黎明号”开始于2007年9月的全部旅程长达50亿千米。
2011年5月初，美国宇航局宣布，该局的一组宇航员和科学家将在海底实施一项名为“NEEMO 15”的任务，目的是检测未来登陆小行星的理念和技术。
NEEMO任务是一项系列任务，执行地点在美国大气海洋局的“宝瓶座海底实验室”，简称“宝瓶座实验室”，位于佛罗里达群岛中的基拉戈岛附近19米深的大洋底。NEEMO 15任务将模拟载人登陆小行星之旅，参加任务的人员被称为“潜航员”。与火星或月球不同，小行星的引力很微弱，在小行星表面行走可能与在国际空间站进行太空行走相似，因此在水下模拟登陆小行星是最佳方式之一。事实上，宇航员都要在水下进行太空行走训练。
NEEMO 15任务定于2011年10月17日开始实施。为准备这次为期10天的任务，从5月9日~13日，在宝瓶座实验室进行了一系列工程试验。执行试验任务的潜航员的工作重点是试验怎样才能很好地锚定在一块太空岩石表面，以及怎样环绕太空岩石行走。为此，他们在宝瓶座实验室进行了一系列准备，包括潜水，在水下布置实验场地，安装一面由玻璃纤维板制成的小型石墙。安装石墙的目的是模拟小行星表面。潜航员们在石墙上测试不同的锚定方法，例如用钻头钻石墙，用金属板模拟磁锚定。
这项模拟任务看起来并不怎么吸引人，但引起了媒体的关注。这是为什么？得从2010年6月说起。
为何要去小行星
“在远离地球数百万千米的地方，两名宇航员在失重状态下翱翔于一块巨型太空岩石旁，他们正在挑选这块大岩石上的小石头，以便进行科学研究。他们起居的宇宙飞船就飘浮在他们的头顶上面，而在更上面的几乎伸手不见五指的天空中，地球是一个发光的小斑点。”
上述描绘很像科幻电影中的场景。然而，假如美国总统奥巴马在2010年6月宣布的美国太空新战略得以顺利实施的话，这种超现实场景就可能最终变成现实。当然，这也绝非易事。因此，奥巴马建议，美国宇航局在2025年首先实现载人登陆小行星——围绕太阳疾飞的巨型球状岩石，然后在2030年之后实现载人登陆火星。
假如这项任务最终实施，就将成为和载人登月一样的重要里程碑。一旦登陆小行星，人类也就第一次进入不再由地球、而是由太阳充当主角的“深空”，第一次走出地球-月球系统的“藩篱”。那美国人为什么要把小行星作为载人登陆的目的地之一呢？要知道，美国虽然已经实现了载人登月，但月球距离地球仅仅38万千米，而小行星距离地球至少800万千米。以下是人类应该关注小行星的五大理由。
小行星帮助我们了解太阳系起源。小行星中的材料代表着行星的建筑构件。由于小行星带位于岩质内行星和外太阳系气态巨行星之间，所以小行星包含的材料中可能隐藏着有关今天的行星为何如此多样的线索。例如，小行星中的两个代表——灶神星和谷神星差不多形成于同一时期（即太阳系形成后1000万年以内），但灶神星在某段时间彻底熔化并重新固化，因此今天的灶神星是光滑的，而谷神星却未显示出经历过这一熔化过程的迹象。可能的原因是，灶神星经历过更多次的碰撞，或者它含有大量的放射性形式的铝，这些铝在放射性衰变过程中释放热量。通过研究小行星，科学家就有可能进一步揭示这类奥秘。科学家迄今已经从登陆地球的陨石中了解到了很多有关太阳系早期的信息，但是，这些陨星在穿越地球大气层的过程中已烧毁了大量材料，提供的信息并不完整。
小行星帮助我们弄清生命起源问题。科学家至今未彻底搞清楚地球上首批生命形式是如何从非生命有机物中起源的，而小行星有可能帮助破解这个谜题。像智神星和健神星这样的小行星，都被认为在过去拥有水，可能还拥有碳基有机化合物。今天，这些小行星的化学组成比地球更原始，因此它们更能反映太阳系早期的状况。科学家希望通过研究小行星，更多地了解地球生命起源问题。有科学家推测，很久以前撞上地球的小行星可能将一些生命的基本材料带了地球，从而帮助了生命在地球的发端。还有科学家甚至认为，小行星有可能直接将生命带到了地球。
或许可以从近地小行星开采金属。科学家对于载人登陆近地小行星兴趣尤甚，这主要是因为这些小行星可能成为未来贵重金属的来源。要想在小行星上开采贵金属，就必须查明小行星的组成，并开发出前往小行星所需的技术。除了采矿之外，这些小行星的另一个引人之处是：研究它们，可能有助于进一步研究太阳系的主要行星。分析行星和个头小于行星的小行星之间的差异，就好比是在太阳系形成过程中的不同时期取样进行研究。
小行星有朝一日可能会威胁地球安全。因为一些小行星在比较极端的椭圆轨道上环绕太阳运行，所以它们经常会穿过地球轨道，其中极少数会很靠近地球。例如，2010年1月，小行星2010 AL30从距离地球仅13万千米的地方经过，好在它的直径只有11米。据预计，小行星阿波菲斯将于2036年4月13日从距离地球30000千米处经过，它的直径超过两个足球场的长度。假如这么大的小行星撞击地球，虽不足以引发好莱坞“末日”影片中的场景，却足以造成地域性的严重破坏。一种主流科学理论认为，恐龙的灭绝就是因为一颗直径与美国旧金山相当的小行星撞击地球所致。还有一种估计是，每30000年就可能有一块足够大的太空岩石撞击地球，成千上万人会因此死亡。
人类可能在未来登陆小行星。奥巴马提出载人登陆小行星之前，曾乘坐过5艘航天飞机的美国宇航局前宇航员兼现在的天体物理学家约翰·格伦斯菲尔德建议，美国的航天目标之一可以是派宇航员去移动一颗小行星，让它改变可能与地球相撞的危险轨道。格伦斯菲尔德认为，这样的创举将昭示人类的智慧与力量，在人类历史上立下一座最伟大的丰碑。
登陆哪颗小行星
小行星那么多，要想载人登陆小行星，首先要选择合适的目的地。众多小行星的形状、大小和轨道各异，一些小行星只不过是蓬松的巨石堆，另一些却排列紧密。适合载人登陆的小行星必须有一些关键特点，例如，自旋速度较慢；没有可能造成麻烦的卫星；引力场不能太不规则；表面不能过于凹凸不平；环绕太阳的轨道不能太扁，应该有时间长且不断出现的发射窗口期；最重要的特点是易于到达。虽然绝大多数小行星位于火星轨道和木星轨道之间的带状区域——所谓的小行星带，部分小行星却比较靠近地球。理想的登陆小行星应该以与地球公转速度相似的速度环绕太阳，迄今已知的7075颗近地小行星中，有6颗看来具有这样的轨道。
许多科学家认为，载人登陆小行星将是载人登陆火星的简版，是在载人前往并登陆火星之前对相关策略和设备进行测试的一次机遇。往返附近一颗小行星之旅可能需时约半年，而载人往返火星之旅所耗费的时间至少要一年多。
为了找到合适的登陆小行星，天文学家已经定位了许多大得足以威胁地球的小行星，但大量直径小于1000米的小行星尚未得到辨识。当他们对小行星统计得差不多时，就可以确定具体的选择标准了。但无论作何选择，目的地小行星都不可能具备足够的引力让飞船登陆，因此，最可能的场景是，宇航员将飞船锚定在小行星上，然后乘坐一辆小型登陆车快速移动至一块岩石上。
小行星的组成也将是主要的候选因素之一。例如，造访含有水冰的小行星，或许能帮助科学家决定怎样在小行星上提取饮用水和燃料，这样的技术对于最终把小行星作为前往水星之旅的中途站点来说是必备的。
尽管机器人至今已成功登陆了两颗小行星——爱神星和丝川星，载人登陆小行星却能够完成机器人登陆小行星所不能完成的许多事。例如，宇航员可以用钉锤在小行星上锤下一块岩石，而在发现更有趣的岩石后，他可以舍弃前一块。而对于机器人来说，即使是如此简单的工作也无法胜任。
说得容易实施难
尽管大多数专家相信载人登陆小行星是可以实现的，但真想要实现这个目标却难上加难。请看下面列出的三大理由。
不可能乘坐航天飞机去小行星。 在好莱坞科幻大片《世界末日》中，男主角及其他机组成员分乘两艘改进型的航天飞机抵达杀手小行星。而美国宇航局已决定在2011年让所有航天飞机退役。即使不退役，航天飞机在送人去小行星方面也派不上用场。
航天飞机的建造目的只是环绕地球，无法携带蹦进深空所需的那么多燃料。此外，航天飞机只能防护从地球轨道返回地面过程中产生的高温，从再远一点的地方返回地球所产生的超高温它们是绝对耐不住的。以现有或即将出现的技术来说，载人登陆小行星所需的是比“土星-V”火箭更巨型的火箭，“土星-V”曾在20世纪60年代及70年代送宇航员去月球。比“土星-V”还大的火箭意味着极其巨大的耗资。
送人去小行星，还需要一艘能供宇航员生活起居，且能存储漫长旅途所需的氧、食物和水等一切必备物资的飞船。一种选择是，发射一个小型隔舱飞船装载机组成员，一旦安全进入太空，飞船就释放一个膨胀式居住舱。但问题是，目前在这种“爆发式”飞船的研发方面还少有起色。
旅途过于漫长。 《世界末日》中的男主角从地球出发几天甚至几小时后就抵达目标小行星。这纯属幻想。以目前的技术能力，往返小行星一次所需的时间应该在5至6个月。另一个难题是，在此期间机组成员要面临致命的空间辐射。由于地球磁场的保护，航天飞机乘员在很大程度上避开了这样的辐射。一旦离开地球轨道，这类保护就荡然无存；如果不凑巧遇上太阳耀斑，就可能对宇航员构成致命威胁。必须的防护设施可能太过沉重而无法由飞船搭载。空间辐射会提高患癌风险，在极端状况下会导致恶心和呕吐，因此宇航员可能需要服药来预防辐射效应。
接下来的问题是，参加小行星之旅的宇航员必须忍耐长时间与地球隔绝，而且如果途中出现紧急情况，他们少则需要几个星期、多则需要几个月才能返回地球，不可能像“阿波罗登月”任务宇航员那样在几天后返回地球。
不可能在小行星上行走或驾车。当 《世界末日》中的英雄们登陆“德克萨斯州大小的”杀手小行星后，他们就奔跑穿越到处是巨型钉子形状的地貌，或者驾驶特制汽车驰骋。而真实情况是，就连最大的小行星也几乎没有引力，任何接触小行星表面的东西都很容易飘离，比如你打个喷嚏就会像火箭一样喷射出去。此外，小行星表面可能易碎。因此，飞船抵达目标小行星后不能直接降落，而是必须先停下来，然后通过对接锚定在小行星表面，就像船入港一样。目前提出的一种设想是，用多个带感应器的气囊构成圈来探察小行星地面的稳定性。一旦确认着陆是安全的，就展开有倒钩的系链，将飞船闩在小行星的表面上。就像汽车的安全气袋（一种在汽车受冲撞时自动充气以免乘客撞伤的安全装置）一样，飞船的气囊也将压在小行星表面上。飞船也可能盘旋在小行星旁边，不时地点燃推进器以保持相对位置不变。
宇航员无法在小行星上行走，只能贴近小行星表面飘移，移动过程中必须借助于戴着特制手套的双手。为避免飘进太空，小行星机组可能会在小行星表面安装一个由安全绳组成的防护网，但这本身就有风险，因为科学家至今不清楚小行星表面的强度，以及是否能将宇航员固定在一个位置上。极小的引力也可能意味着：宇航员无意中搅动的任何尘埃，都会以悬浮云的形式在空中停留很久。由于小行星上没有天气，因而也没有侵蚀作用来消除尘埃微粒。
派人去挪动小行星？
2006年11月，美国宇航局宣布正在制订一项计划，即派遣一名宇航员登陆一颗以每小时5万千米的速度在太空疾飞的小行星。美国宇航局专家称，他们希望了解人类是否能掌握让可能威胁地球的小行星转向的技术，虽然此计划目前尚处于雏形阶段，用一艘飞船送一名宇航员到深空去也只是一种设想而已，但其目的是严肃的。小行星撞击地球的威胁的确是存在的，例如一颗叫做阿波菲斯的小小的小行星已被确认有可能在2036年对地球构成威胁。
据测算，假如一颗宽度仅1千米、质量为10亿吨的小行星以45度角撞击地球，就可能造成相当于500亿吨热核爆炸的后果。假如用核弹头将这样的小行星炸碎，可能只会导致它变成处于类似轨道上的数千个小天体。科学界普遍认为，最好的办法就是提前将来袭天体轻轻挪到一个安全的轨道中。由于小行星的引力很小，据测算，只需花75天时间，用质量、加速度和推进力都与一辆小轿车相当的某个物体，就能把一颗10亿吨重的小行星推离与地球相撞的轨道。
有科学家认为，最好的办法还是用登陆器登陆小行星，在小行星表面进行挖掘，然后放些东西，让小行星喷射材料到太空，就可以反向推动小行星。使用太空反射镜、太空光源甚至涂料，也可能让目标小行星吸收足够的光线和热量，将小行星移出危险轨道，但这需要花20年以上的时间。用大爆炸将小行星炸离原来的轨道则是一种极端手段，必要时也可以采用。2005年，美国的“深度撞击”任务测试了一种不同的技术，就是把一个物体放进一颗彗星的轨道。
探测器已经登陆过小行星，这意味着只需使用机器人就能很好地完成上述排险任务，派人去执行这样的任务不仅风险高，而且耗资巨大。但是，科学家认为，派人去无疑能完成机器人所不能完成的许多任务。欧洲空间局也计划在2013年到2015年期间发射“唐吉诃德”双机器人飞船，其中一个机器人将撞击一颗顺路经过的无害的小行星，第二个机器人则负责拍摄撞击过程，观察这颗小行星路径的任何改变。
值得关注的小行星
迄今已知有超过7075颗小行星来到过地球附近，其中1100多颗被列为“潜在威胁”，意思是它们可能在相对近距离处飞过地球，并且直径在150米以上。其中一部分危险小行星的轨道如下。
“25143 丝川 ”这颗小行星的三维分别是540、210、270米。2003年，日本发射的“隼鸟”探测器为它拍照、登陆提取土壤样本，并于2010年6月将样本成功送回地球。这让它吸引了公众视线。它下一次接近地球的时间是2030年3月，届时它与地球的距离在5630万千米以内。
“2005 YU55”最近的观测暗示，这颗小行星的直径是400米，是此前天文学家估计值的两倍。这个结果是由位于波多黎各的阿雷西博射电望远镜于2010年4月探测所获，当时它距离地球不到230万千米。它下一次经过地球是在2011年11月，届时它与地球的距离估计只有32.5万千米。
“6344 P-L”这颗小行星于1960年被发现，但科学家随后发现它“消失”了，直到2007年才被重新发现。它的轨道严重偏离正圆，因此它要花4.7年才能环绕太阳一圈。它下一次接近地球是在2040年11月，届时它距离地球不到1100万千米。
“猎户座号”小行星任务
“猎户座号”小行星任务是美国宇航局建议的一项针对近地小行星的登陆任务，它计划使用标准的“猎户座”飞船和基于“牵牛星”火箭的一种登陆舱。任务目的是评估小行星上的水、铁、镍、铂及其他资源的潜在价值，测试提取这些资源的可能途径，检验或开发可能用于保护地球免遭小行星威胁的技术。一旦实施，这将成为第一个载人前往月球以外的任务，为美国预定的在2030年之后载人登陆火星奠定基础。
按照规划，这项任务的开始阶段是用“战神五号”火箭把登陆舱发射到低地球轨道，接着用“战神一号”火箭发射载员3人的“猎户座”飞船。一旦“猎户座”飞船与登陆舱和“地球出发站”对接，“地球出发站”就点火推进“猎户座”飞船前往一颗近地小行星，机组人员将登陆这颗小行星并探索其表面。一旦完成任务，“猎户座”飞船将离开小行星，在到达地球边缘时投弃服务舱和登陆舱，最终经过大气层，降落于太平洋上。
“猎户座号”小行星任务是美国宇航局“星座”计划的一部分，相当于“阿波罗登月”任务的升级版。该计划是在美国小布什政府任期内提出的，小布什的继任者奥巴马上台后取消了“星座”计划，但奥巴马没有放弃让载人登陆小行星为载人登陆火星打前锋的思路。如果美国的载人登陆小行星计划最终实施，不管它是“小布什版本”还是“奥巴马版本”或其他总统的“版本”，恐怕都不会与“猎户座号”任务蓝图相去甚远，毕竟科学之路从根本上讲不是以哪个总统的意志为转移，而“阿波罗登月”的总体思路最终被认定是可行的，那么在它的基础上进行改良的新计划应该也是可行的——除非最终能拿出切实可行的更好思路。
2011年5月，在海底的“宝瓶座实验室”，潜航员练习“锚定在小行星表面”的技术。他们的练习是为2011年10月的NEEMO 15任务做准备的。在NEEMO 15任务中，潜航员将全天待在“宝瓶座实验室”的海底舱里，届时的模拟任务难度和强度将更大。
下篇话说小行星
小行星虽然不是行星，但与行星的关系密切。地球人在未来既可能在其他行星上建立定居点，同样也可能在小行星上建立城市。
小行星是环绕太阳运行的一类较小的天体。1801年，意大利西西里巴勒莫天文台台长朱塞佩·皮亚齐在偶然间发现了第一颗小行星——谷神星。当时，他在金牛座方向发现一颗像恒星一样的天体，并在多个晚上观察它的移位情况。他的同事高斯运用这些观测结果做计算，结果发现这个当时未知的天体位于火星和木星之间。这个天体虽然发亮，但它明显在运动，皮亚齐断定它并非是一颗恒星，将它命名为谷神星。
起初人们以为谷神星是一颗行星，随后人们发现的这类较小的“行星”越来越多，但它们均未显示出明显存在行星盘的迹象，或者看上去根本就没有行星盘，这促使英国天文学家威廉·赫歇尔为这些天体给出了“小行星”这个术语。
小行星从何而来
随着观测手段的进步，迄今已发现了数百万颗小行星。与太阳系的其他大多数小天体一样，小行星也被认为是小行星体的残骸，小行星体是在年轻太阳的星云中生长得不够大、因而没能形成行星的材料。天文学家现在相信，主小行星带的小行星体演化过程与太阳星云中其余部分的演化过程很相似，直到木星接近自己现在的质量。这一时期，来自与木星轨道共振（由于轨道周期的相关性，两个环绕天体相互施加周期性的引力影响）的物理激发过程，将超过99%的小行星体喷射进主小行星带。电脑模拟、自旋速率的不连贯性和光谱特征等暗示，直径大于120千米的小行星是在早期吸积形成的，而较小的小行星是较大的小行星在木星引力干扰下相互碰撞的结果。至少有两颗小行星——谷神星和灶神星生长得足够大，以至于熔化、分化，重的金属元素沉降到星核，岩石矿物则留在地壳中。
已知的绝大多数小行星都位于火星轨道和木星轨道之间的主小行星带，但此外也有众多的特洛伊群小行星（它们在木星的前方和后方伴随木星公转）和近地小行星。在内太阳系（由太阳系内的类地行星和小行星组成的区域，这些天体都相对靠近太阳，这个区域的半径小于木星和土星之间的距离）中发现了多种不同动力学类型的小行星，它们的轨道受到太阳系中其他天体的引力扰动等影响。主要的小行星群如下：
主小行星带绝大多数已知的小行星都位于这个主带内，它们的轨道一般都不是拉得很长。据估计，主小行星带中包含110万至190万颗直径大于1千米的小行星，较小的小行星则多达几百万颗。这些小行星被认为都是木星引力扰动的结果。
特洛伊群小行星它们是与较大的行星或卫星共享轨道的小行星，但它们不会与同轨道中的行星或卫星碰撞，这是由于它们在行星或卫星轨道的拉格朗日点（位于行星或卫星前面60度或后面60度）上运行，而拉格朗日点很稳定。火星周围也环绕着特洛伊群小行星。
近地小行星是指轨道接近地球轨道的小行星。轨道与地球轨道有交叉的小行星则被称为越地小行星。截至2010年5月，已知的近地小行星有7075颗，其中直径超过1千米的估计有500至1000颗。
小行星的构成
小行星的构成多种多样，大多数小行星的构成目前还很不清楚。谷神星看来在岩石内核外包裹着冰地幔，灶神星则被认为拥有镍-铁内核、橄榄石地幔和玄武岩地壳。几乎纯粹由碳粒陨石构成的健神星，被认为是最大的未分化小行星。大多数较小的小行星据推测都是由引力松散堆积在一起的岩石。一些小行星有自己的卫星或者共轨道的小行星（双星）。岩石堆成的小行星、小行星的卫星、小行星双星以及分散的小行星家族，都被认为是一颗“父母小行星”遭遇碰撞的结果。
由于小行星中包含微量的氨基酸及其他有机物，一些科学家猜测小行星的碰撞为地球生命的起源播下了种子——提供了生命起源所必需的化合物，甚至有可能将生命本身带给了地球。
灶神星具有反光的表面，一般情况下也只有它是裸眼可见的小行星，但只有在很暗的夜空、且当它处于非常有利于观察的位置时才能裸眼见到它。在很罕见的情况下，从接近地球的地方经过的小行星可在很短时间内被裸眼观察到。
对小行星构成的判断是基于以下三个数据源：反照率、表面光谱及密度。只有通过观测小行星可能拥有的卫星的轨道，才能确定小行星的密度。迄今发现的每一颗有卫星的小行星都是石头堆，是岩石和金属的蓬松聚合体，或许一半体积都是空的。已经调查的小行星中有些直径达到280千米，其中包括赫耳弥俄涅星（三维分别是268、186、183千米）和林神星（三维分别是384、262、232千米）。
只有6颗已知的小行星比林神星大，但它们都没有卫星。然而，一些较小的小行星被认为质量更大，也就是说它们可能并非是岩石堆。如此大的小行星竟然可以是岩石堆，这有可能是因为破坏性的撞击，这个事实对于揭示太阳系的形成过程有着十分重要的意义：电脑模拟的固态天体碰撞结果显示，这些天体的相互毁灭就像它们的合并一样平常，但碰撞的岩石堆更容易相互合并，这意味着行星内核的形成过程可能是相对迅速的。
探索小行星
在机器人太空旅行时代到来之前，小行星带中的天体在最大的望远镜眼中也不过是针眼大的光点而已，它们的形状和地貌一直笼罩在迷雾中。现代最好的地面望远镜和环绕地球的哈勃空间望远镜，也只能辨识最大的小行星表面的少量细节，而这些细节在它们眼中实际上仍然模糊不清。
从小行星的光变曲线（它们在自转过程中的亮度变化），可以推测有关它们的形状和组成的有限信息。通过测量掩星——小行星从正面经过一颗恒星的时间长度，可以估计出小行星的光谱特征和大小。雷达成像可以提供有关小行星形状及其公转、自转参数的丰富信息，对近地小行星来说尤其如此。从变轨（即从一个轨道转换到另一个轨道）难度及推进剂需要量的角度来说，前往近地小行星比前往月球还容易。
对小行星类天体的首次近距离拍照是在1971年进行的，当时，美国的“水手9号”探测器为火星的两颗小卫星——火卫一和火卫二拍摄了图像，这两颗火卫可能都是被火星引力俘获的小行星。这些图像显示出大多数小行星的不规则形状——土豆形状。后来，美国“旅行者号”探测器对气态巨行星的小卫星们（很可能也是俘获的小行星）的探测得到了同样的结果。
第一次对真正的小行星拍照是在1991年，拍摄的是盖斯普拉小行星。1993年，艾达小行星及其卫星达克提利也被近距离拍照。这几次的拍摄者都是当时前往木星途中的“伽利略号”探测器。第一部专门致力于小行星探测的探测器“里尔舒梅克号”，于1997年为玛提尔德小行星拍摄了253幅照片。它后来进入环绕爱神小行星的轨道，最终于2001年登陆爱神星。被飞船在前往各自目的地途中拍摄过的其他小行星，还包括布莱叶星（1999年由“深空1号”拍摄）和安妮弗兰克星（2002年由“星尘号”拍摄）。
2005年9月，日本“隼鸟”探测器开始探索丝川小行星的细节，一度困难重重，但最终于2010年6月13日将其表面样本带回了地球。欧洲2004年发射的“罗塞塔号”探测器于2008年经过斯坦恩斯小行星，于2010年经过鲁特齐亚小行星，后者是迄今造访过的最大小行星。2007年，美国发射“黎明号”探测器，它在2011年造访灶神星，定于2015年造访已升格为矮行星的谷神星。
开发小行星
一直有科学家指出，小行星可能成为一种材料来源，这些材料在地球上可能已经罕见甚至耗尽，也可以从小行星采掘材料来建造太空城，或直接在小行星表面建造人类定居点。这类“异想天开”的想法如今仍停留于科幻作品中，但一旦载人登陆小行星成为现实，这些蓝图在不远的将来的确有可能实现。在此之前，让我们先来看一看开发小行星的有利与挑战。
优势
小行星的微弱引力使得建筑技术（例如起重机）简化，结构力度要求降低。
可选地点很多——迄今已有超过30万颗小行星得到明确辨认。
每一类小行星的化学组成不同，从而可以为生产飞船燃料及建造太空城提供各种材料。
前往一些越地（轨道与地球轨道交叉的）小行星的难度比前往月球还低。
采掘自小行星的材料可能成为贸易经济的基础。
低引力可大大降低往返小行星的运输成本。
小行星所拥有的很大的表面与体积比率，对探索和开发小行星矿物资源十分有利，无论小行星表面还是地下都能提供广阔的建筑场地。
小行星表面的高真空、低引力条件，将大大推动材料工程学、物理电子学等高新科技进步。
许多小行星（尤其是灭绝的彗星）包含大量（指总体组成中5%以上）挥发物和碳，支持生命离不了它们。
科幻作家伊萨克·阿西莫夫指出，在中空的小行星上建造城市独具优势，因为把所有小行星的体积加在一起的话，比用1600米高的建筑物覆盖地球所得到的体积还要大，所以能容纳极大量人口。
劣势
低引力是双刃剑，因为人类要在小行星上生活的话就必须适应低引力，或者必须创造某种形式的人工引力，这说起来简单做起来却很不简单。
大多数小行星远离太阳。主小行星带距离太阳是地球与太阳之间距离的2倍到4倍，这意味着前者能得到的太阳能不到后者的1/4到1/16。虽然建造巨型反射镜在太空中搜集太阳光在技术上可行，但实施难度很大。
许多小行星可能只是岩石和尘埃的蓬松聚合体，它们或许很难被使用。
小行星在太阳辐射面前很脆弱，它们缺乏像地球那样的臭氧层和磁层保护。尽管有一些小行星可能有磁场，但强度肯定比地球磁场差得太远。可以考虑用好几米厚的小行星表层土来防护，但这很难成为一个根本解决之道。
小行星没有或只有很稀薄的大气层。
更小的天体可能与小行星相撞，由此可能造成严重损害。
“黎明号”首幅小行星照
美国宇航局2011年5月10日宣布，该局发射的“黎明号”探测器已经获得巨型小行星灶神星的首幅照片，它将有助于细微调节“黎明号”在靠近这颗小行星过程中的导航。
这幅照片拍摄于2011年5月3日，当时“黎明号”在历经了超过16亿千米的漫长跋涉后，正开始接近灶神星，两者间距离大约是121万千米。从“黎明号”看去，灶神星就像是群星背景上的一颗小而亮的珍珠。灶神星也被称为一颗原行星，因为它大得几乎就要成为一颗行星。
灶神星直径为530千米，是主小行星带（也叫小行星带）中第二大的天体。200年来，地面和空间望远镜获取了这颗小行星的多幅图像，但都缺乏表面细节。科学家期望，灶神星的引力将在2011年7月16日将“黎明号”俘获进灶神星的轨道。要进入这个轨道，“黎明号”必须匹配灶神星环绕太阳的路径，这需要非常精确地得知灶神星的位置和速度。通过分析灶神星在每幅图像中相对于群星的位置，科学家就能调节“黎明号”的轨道。
“黎明号”计划从2011年8月初开始搜集科学数据，届时它将位于灶神星的上方大约2700千米。随着它逐渐靠近灶神星，它将为这颗小行星拍摄多角度照片，从而让科学家能够绘制灶神星的地貌图。随后，“黎明号”将在大约200千米处环绕灶神星，进行其他测量，并拍摄灶神星表面的更近距离照片。“黎明号”将在环绕灶神星的轨道中停留大约1年，再经过一段漫长巡航后，它将在2015年抵达第二个目的地谷神星，谷神星是小行星带中最大的天体。
搜集有关这两颗小行星的信息，有助于科学家破解太阳系早期历史之谜。这项任务将对比这两颗巨型小行星被不同力量塑造的情况。“黎明号”搭载的科学仪器将测量小行星的表面组成、地貌和地质，测量来自这两颗小行星的引力，以更多了解它们的内部结构。“黎明号”开始于2007年9月的全部旅程长达50亿千米。