在访问普赛克时，美国宇航局希望能够看到地球的中心

1969 年 2 月 8 日凌晨 1 点刚过，一颗蓝白色的火球划过美国西南部和墨西哥北部的天空。一颗流星被地球引力吸入大气层，爆炸成碎片。烧焦的岩石落在奇瓦瓦州普埃布利托德阿连德周围 200 平方英里的区域，当地人在那里捡拾了第一批碎片。寻宝活动随即开始。孩子们和其他居民用塑料糖果袋在公路边、房屋附近、豆田里捡拾陨石。科学家们也来到了仙人掌点缀的灌木丛中。美国宇航局甚至派出了研究人员；他们正在为即将到来的阿波罗 11 号登月任务做准备，并将这次坠毁视为研究月球样本的彩排。在坠落后的头几个月里，团队发现了约 2 吨物质，至少 13 个国家的 37 个实验室收到了样本。早在人们梦想派遣宇航员和机器人到太空收集岩石之前，观察陨石就是近距离观察太阳系古老构造块的最佳方式。

这颗陨石后来被称为阿连德陨石，是迄今为止发现的同类陨石中最大的。作为太阳系最古老物质的代表，它或许是世界上研究最多的陨石。它的样本中含有尘埃颗粒，这些尘埃颗粒是 45 亿多年前围绕太阳旋转的星云中形成的第一批固体之一。这些尘埃会凝结成鹅卵石，然后是岩石，然后是城市大小的巨石——甚至州的大小。它最终会形成第一颗微型行星或行星，它们要么成长为像地球一样的世界，要么在剧烈的宇宙运动中被炸开，其中一些碎片最终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，阿连德陨石落入了新的谜团中心。麻省理工学院的行星科学家本·维斯发现，它的样本似乎有古老磁场的痕迹。几十年来，科学家们一直认为两种主要的陨石类型——球粒陨石和无球粒陨石——来自两类不同的母体。阿连德陨石属于球粒陨石，人们认为它们是原始的、从未融化的太空岩石，由原行星尘埃形成。无球粒陨石——就像月球和火星上的陨石——是从行星或相对较小的行星上脱落的碎块，它们会膨胀直到内部融化。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。人们假设，在无球粒陨石母体核心内产生磁场的机制是这类陨石所独有的。但是，韦斯想知道，如果阿连德从未成为这些熔融的太空岩石的一部分，它怎么会被磁化呢？

2009 年，当时 Weiss 在麻省理工学院的同事 Lindy Elkins-Tanton 提出，Allende 可能是一个混合物体的碎片，这种物体内部融化，但外部没有融化，这在当时是一个令人震惊的理论。“这在科学界引起了轩然大波，让每个人都非常不安，”她回忆道。“这是学术研究中发生的茶壶里的小风暴之一。”自然，许多科学家不愿意在没有大量证据的情况下改变长期持有的观点，但在引发这场争议大约十年后，Elkins-Tanton 正在领导一项任务，该任务可以解决有关漂浮在太空中的古老行星核心的未解问题——并回到过去研究地球自身的形成。

最早在 2023 年 10 月，一艘航天器将发射升空，开始为期 41 个月的旅程，造访太阳系中最大的金属小行星 Psyche。据推测，这颗庞然大物是一颗正在成长的行星的铁镍核心，而这颗行星的外层在宇宙撞击中被剥离。我们永远无法直接看到地球的核心——至少在我们开发出超人技术，能够钻入 3100 英里深处，承受 9000°F 的温度和 300 万倍于大气的压力之前。然而，Psyche 提供了一个观察行星核心的机会，让我们了解早期的太阳系和磁场的来源，比如保护地球免受宇宙辐射并可能让复杂生命得以进化的磁场。

一支由近 800 人组成的团队正处于这项名为 Psyche 的任务的关键时刻。但随着发射窗口的调整和最终确定，这颗小行星正成为一个比 NASA 五年前批准这项耗资 8.5 亿美元的项目时预想的更加奇怪的目标。当时，Psyche 的金属含量估计为 90%。最新分析表明，这一比例过高。因此，研究人员提出了一些新奇的假设来解释其特性——他们将在航天器抵达小行星轨道后真正对这些假设进行测试。

普赛克真的是一颗行星的裸露核心吗？还是它只是一堆富含金属的碎石？一个有着金属汩汩喷涌的火山遗迹的奇怪世界？还是某种耀眼的东西，像一颗罕见的巨型闪闪发光的陨石？“这是我喜欢它的地方，”现任亚利桑那州立大学行星际计划副主席兼普赛克首席研究员的埃尔金斯-坦顿说道。“我们为解释现有数据而得出的答案都不是简单、明显的答案。它们都是低概率事件，这也许是有道理的，因为看起来似乎只有一个普赛克。”

目前，研究小组的主要观点仍然是，普赛克是破碎核心的残余。“另一种观点是，这是我们从未见过的东西，”亚利桑那州立大学的任务科学家吉姆·贝尔说。他说，一种观点认为，普赛克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，并以某种方式进入了小行星带。“我们不知道那些物体是什么样子，因为它们已经消失了。它们落入了太阳，融入了类地行星。所以即使我们错了，我们也会发现一些很酷的东西。”

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蕴藏着我们太阳系过去的秘密。地球上最古老的岩石被融化和粉碎了这么多次，以至于很难找到它 45 亿年历史的痕迹。如果我们的星球已经失去了它婴儿时期的所有记忆，那么参观小行星可能就像偷看它婴儿时期的照片一样。

大约 220 年前，天文学家观测到了第一颗小行星。基于一个有缺陷的太阳系模型，天文学家得出结论，火星和木星之间应该有一颗行星。为了找到它，一个名为die Himmelspolizei的协会在德国成立，为每个成员分配一个 15 度的天空区域进行扫描。它不仅找到了一个星球，还发现了几个，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、朱诺星和灶神星等天体。1852 年 3 月，意大利天文学家那不勒斯天文台的 Annibale de Gasparis 发现了第 16 个这样的天体普赛克，并以希腊灵魂女神的名字命名。

此后，更先进的技术略微改善了我们对普赛克的印象。例如，光谱仪可以通过观察矿物反射的不同波长的光来解读遥远世界的成分。到 20 世纪 70 年代，天文学家发现一小群小行星与坠落地球的铁陨石相似。到 20 世纪 80 年代，他们确认普赛克是主带中最大的 M 级（或金属）小行星，并推测它是死亡行星核心的残余。

2009 年秋天，埃尔金斯-坦顿与同事韦斯一起研究阿连德陨石为何被磁化，她当时并没有考虑过灵神星。半小时内，她就在韦斯的白板上画了一张图，图上显示一个奇怪的混合物体在放射性同位素的极高温度下开始从内到外融化。“她基本上是在说一个非常简单的观点，也许它并没有完全融化，这似乎很明显，”韦斯说。“我以前或以后都没有这样做过，但我们拿出相机拍了张照片。”

当时，天文学家开始推翻教科书上关于早期太阳系形成有条不紊、庄严的理论。相反，他们更倾向于认为早期太阳系形成于剧烈的婴儿期，高能过程迅速形成行星和行星。韦斯和埃尔金斯-坦顿在 2010 年向挤满人的会议室提出了这一理论，随后发表在《地球与行星科学快报》上 2011 年对这一新观点做出了贡献。NASA 加州喷气推进实验室的两名研究人员 Bruce Bills 和 Daniel Wenkert 对这个想法很感兴趣，于是邀请麻省理工学院的科学家到帕萨迪纳参加实验室的创新铸造厂，这是一个任务创意的孵化器。他们能否设计一次太空旅行，让他们真正看到小行星的内部，并找出其中是否真的有这些混合天体？当 JPL 专家研究潜在目标并计算轨迹时，该小组很快意识到其中一个候选者是 Psyche——它不是普通的构造块，而是最有可能成为真正核心的，这是科学家们从未观察到的东西。Elkins-Tanton 和她的团队开始制定访问计划。

2017 年 1 月的一个清晨，埃尔金斯-坦顿在马萨诸塞州西部的雪山上度过寒假时，她的手机突然亮了起来。来电者是 NASA 科学任务理事会副局长托马斯·祖布钦。服务非常糟糕，但在电话挂断之前，她听到了这样的话：“我知道我刚刚吵醒了你，但你会庆幸我的。”这是向 NASA 的“发现”计划提交任务的艰苦竞争过程的回报，发现计划是 NASA 的中型行星探索部门，旨在每隔几年资助廉价、高效的任务。

在她的职业生涯中，埃尔金斯-坦顿在追寻引人注目的地质问题时遇到过许多意想不到的情况。在攻读博士学位期间，当她想要重建 35 亿年前月球内部岩石的温度和成分时，她观察了阿波罗宇航员带回的土壤。后来，当她调查一场 2.5 亿年前的火山爆发时，这场火山爆发引发了气候变化，几乎消灭了地球上的生命，她乘坐货运直升机和小船前往西伯利亚偏远的角落寻找岩石。尽管如此，她从未想过自己撰写的论文会引领她真正踏上太空之旅。她也从未想过要去纹身，但在接到那个决定命运的电话几个月后，她坐在客厅里纹了第一件纹身：手上纹了一个行星的横截面。纹身师建议她考虑一个不那么显眼的位置，但埃尔金斯-坦顿对此不感兴趣。 “我手上纹了这个纹身，因为这个使命是关于行动、建设、制造、前进，而不仅仅是坐着不动、思考或者害怕。”

美国宇航局宣布一项新任务可能会引起太空研究领域的重大转变。作为一艘真正的飞船的目标，普赛克开始吸引更多的观察。令人垂涎的望远镜时间和实验室时间突然被投入到这个模糊的物体上。但从地球上观察普赛克并不容易——它只有大约 172 英里长。（如果容易的话，就没有必要去参观了。）

“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，你除了一个点之外什么也看不到，”迈克尔·谢泼德 (Michael Shepard) 说，他是宾夕法尼亚州布卢姆斯堡大学的行星科学家，专门研究遥感和小行星，但不是灵神星团队的成员。像他这样的研究人员在想要确定像灵神星这样遥远且相对较小的物体的大小、表面特征和成分时，必须发挥创造力。

谢泼德领导了多个项目来测量它和其他 M 级小行星，结果开始暗示灵神星可能并不像之前认为的那样具有金属性。在 2020 年灵神星崩塌之前，波多黎各阿雷西博天文台的巨大反射盘是少数几个可以测量天体雷达反射率的地方之一（也是迄今为止最好的），雷达反射率有助于确定天体的成分。十多年来，谢泼德发现灵神星的数值下降了。“这主要是因为我们只在指向特定方向时才会看到它明亮，”他说。“平均效应降低了估计值。”

真正表明普赛克可能不那么金属的是它的密度。计算该度量需要物体的质量和大小，随着更多的观察，普赛克曾经不一致的数字开始趋于一致。在埃尔金斯-坦顿和她的同事于 2020 年 2 月发表的飞行前评估中，他们表示，最佳测量结果将小行星的密度定在每立方厘米约 3.4 至 4.1 克之间。完整的铁镍核心应该是这个的两倍。（水的密度为每立方厘米 1 克。大多数岩石的密度约为 3。铁镍约为 8。）因此，现在估计普赛克的金属含量仅为 30% 至 60%。

“固体铁块漂浮在太空中的这种模式似乎不再正确，”加州理工学院行星科学家凯瑟琳·德·克莱尔 (Katherine de Kleer) 表示，她没有参与这项任务，但曾观察和研究过普赛克。“所以现在我们正试图了解它是什么以及它是如何形成的。”

如何解释普赛克的缺失物质？一些科学家怀疑它可能全是金属，但像一堆瓦砾一样多孔——但这么大的物体不太可能迅速散热以保持多孔。由于雷达反射率在某些地区似乎更高，一些研究人员，包括印第安纳州普渡大学的行星科学家布兰登·约翰逊，推测铁火山可能在行星表面从外部冷却时喷发。

“我实际上预料到会遭到很多反对，因为这个想法有点疯狂，”约翰逊说，他是模拟普赛克所谓铁火山作用的论文之一的首席作者。他惊喜地发现其他人也认同这一概念。由于从未有人在地球或其他地方见过这样的流动，北卡罗来纳州立大学罗利分校的火山学家阿里安娜·索尔达蒂试图制造一次。她的团队使用纽约雪城大学熔岩项目的熔炉，熔化了富含金属的玄武岩，将熔岩倒在沙子覆盖的斜坡上，并观察它如何流动。这些模式可以帮助他们发现普赛克上类似活动的痕迹。

在地球的另一端，同样富有想象力的实验探究了普赛克的混合地质。一颗古老的小行星可能遭受过无数次撞击。法国蔚蓝海岸天文台的宇宙化学家 Guy Libourel 领导了模拟这些碰撞的测试。在日本的一个实验室里，他的同事们将小玄武岩珠以每秒 3 英里多一点的极高速度射向钢铁表面。（步枪发射子弹的速度可能接近每秒三分之二英里。）他们发现玄武岩在撞击产生的热量下熔化，并像煎饼一样覆盖在目标表面上。他们认为，也许普赛克的金属被一层通过撞击而形成的玻璃状岩石所掩盖。这可以解释为什么表面上似乎没有那么多金属——或者说，在其 M 级表亲的表面上似乎没有那么多金属。金属小行星非常罕见，随着我们对它们进行更多的远程测量，似乎没有一颗小行星的密度表明它们的核心纯粹是由铁镍构成的。“我们将在 2026 年看到真相，”利布尔说。

明年年底，如果一切按照新的时间表进行，部分 Psyche 团队成员将看到火球划过佛罗里达的天空。一枚装载约 44,000 磅推进剂的 SpaceX Falcon Heavy 火箭将携带 Psyche 脱离地球引力， Psyche是一颗改装的 Maxar 通信卫星，大小与汽车相当。一旦从有效载荷舱中释放出来，航天器将开始 15 亿英里的旅程，绕火星飞行以借助重力，然后使用 Maxar 的太阳能电力推进系统向深空前进。

JPL 的 Psyche 项目经理亨利·斯通 (Henry Stone) 表示：“我们面临巨大压力。”由于此次旅程依赖于重力辅助，因此团队的发射窗口非常严格，仅开放数周。

如果明年发射，该航天器将于 2029 年抵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、峭壁和其他地形奇观。（该仪器是多光谱的，这意味着它有滤光片，可以探测到奥登石、橄榄石和辉石等矿物的不可见特征，这将有助于科学家弄清楚小行星是如何形成的。）

更多数据使任务科学家能够更好地绘制灵神星地图并了解其重力场，因此航天器将以一系列逐渐降低的轨道下降。与此同时，安装在 6 英尺吊杆上的磁力计传感器应该能够发现该天体是否保留了古老的磁场，这将是一个重要线索，表明它曾经是一个具有极地旋转、部分熔融的铁镍核心的质量的一部分。“我们从未见过小行星的磁场，但那东西肯定似乎是寻找它的一个好选择，”领导磁力计调查的麻省理工学院的 Weiss 说。

另一根吊杆上支撑着伽马射线和中子光谱仪，它将探测宇宙射线炸开小行星原子时产生的能量信号。这些测量将有助于确定普赛克表面以下一米内的元素组成，绘制金属和硅酸盐沉积图，从而可能显示该表面是球粒陨石还是无球粒陨石。

对于那些未参与此次任务的研究人员来说，最令人兴奋的可能是，航天器拍摄的图像将在 30 分钟内上传到网上供公众查看。分享符合埃尔金斯-坦顿在管理数百人团队时不断磨练的领导理念。这让她开始思考，大型科学项目如何才能更具野心，解决更大的问题。如何确保所有参与的研究人员不会带着数据片段匆匆忙忙回到实验室，从此杳无音讯？如何让项目的价值超越其各个部分的总和？她一直在呼吁同行科学家抛弃只推崇著名和有魅力的首席研究员的英雄模式。如果这意味着可以带来让社区兴奋的惊喜，她不介意发布需要修复的有缺陷的图像。

其他近期的小行星探测任务应该已经为一些意想不到的景象做好了准备。2010 年代，当两个独立的采样返回任务——日本的隼鸟 2 号和美国宇航局的OSIRIS-REx——接近各自的目标龙宫和贝努时，科学家们发现这两颗小行星上都散布着巨石，而不是像预期的那样被细粒风化层覆盖。被吸入普赛克世界的研究人员对这次任务的探索空间感到兴奋，他们渴望找到他们还不知道应该问的问题。

“也许我们到达那里后，今天我说的一切都会被发现是错误的，”埃尔金斯-坦顿说。“这就是太空探索的魅力、兴奋和冲动。”

这个故事最初刊登在 PopSci 2022 年夏季金属版上。阅读更多 PopSci+ 故事。

编者注（2022 年 11 月 10 日）：本文已更新，以反映 Psyche 任务的新日期。NASA 首先在 6 月推迟了发射，然后在 11 月发布了一份概述延迟情况的内部报告。