小行星：未来宇航员的星际食物来源？科技飞速发展的今天，长时间的太空旅行依然充满挑战。除了幽闭环境可能对宇航员造成心理损伤外，航天器有限的载重能力也限制了人员、水、空气和食物的配置
科技飞速发展的今天，长时间的太空旅行依然充满挑战。除了幽闭环境可能对宇航员造成心理损伤外，航天器有限的载重能力也限制了人员、水、空气和食物的配置。如果所有必需物资都依赖地球供应，不仅成本巨大，更会限制我们对太空的探索范围。例如，一项科学研究表明，六位宇航员的火星任务需要12吨食物（不含包装），即使是相对低成本的SpaceX，每公斤载荷的费用也高达2720美元。探索火星尚且如此，更远距离的木星、土星乃至外太阳系任务，其成本将高到无法承受，补给的时效性也将极低。因此，太空食物的研究从未停止。
目前较为可行的方法是太空农场，即在空间站或航天器中种植植物。中国和美国的两个空间站都进行了多次实验，成功培育出多种蔬菜，美国宇航员甚至已在太空享用他们种植的生菜、胡萝卜和辣椒。除了蔬菜，人们还在尝试太空养殖藻类、蘑菇和昆虫等。然而，这些养殖或种植设备需要复杂的设计和长期维护来模拟地球生态系统，才能保证动植物的正常生长。目前，太空自给自足的食物生产能力远不足够，需要增加设备体积和数量，这将占用大量航天器空间。
为了寻找更简便、省空间和成本的方法，科学家将目光转向了小行星：从小行星开采有机物，经过简单处理后喂食细菌，细菌消化后形成人类可食用的有机物。
人类对小行星的研究已持续数百年。虽然过去无法直接获取小行星样本，但每年都有大量小行星碎片坠落地球，即陨石。据估计，每年坠落的陨石数量高达1.7万颗。科学家们将陨石分为三大类：石陨石、石铁陨石和铁陨石，并根据其结构和成分进一步细分。其中，石陨石中约86%是球粒陨石，其球粒被认为是太阳系早期由星云物质直接冷却形成的。球粒结合形成小行星，小行星碰撞生长，最终形成岩质行星。未能形成行星的小行星集中在小行星带。
根据地球上球粒陨石的高比例，可以推断小行星带内大部分小行星的成分与球粒陨石类似。由于球粒是太阳系最古老的固体物质之一，对研究太阳系早期历史具有重大意义。科学家们对球粒陨石进行了详细分析，将其分为15个不同的陨石组（CI，CM，CO，CV，CK，CR，CH，CB，H，L，LL，EH，EL，R和K）。以C开头的碳质球粒陨石含有高浓度有机化合物，有些陨石中的有机物含量可能高达5%。
默奇森陨石（Murchison）和塔吉什湖陨石（Tagish Lake）是研究深入的碳质球粒陨石。科学家们在其中发现了酮、烷烃、羧酸、氨基酸、甲烷和多环芳烃等多种小分子有机物，但大部分是有机大分子。这些有机物的发现曾引发巨大轰动，人们相信外星存在生命，甚至地球生命也起源于外星。然而，进一步研究发现，自然化学反应也能形成有机物，例如氨基酸的形成只需要一些简单的无机物。
陨石和地球上同种有机物在分子结构上存在差异，许多是同分异构体（分子式相同，结构不同）；它们的手性也不同，陨石中的有机物既有左旋也有右旋，而地球上生命形成的有机物只有左旋结构。随着科技进步，科学家们也在遥远星云中发现了有机物信号，这表明有机物在宇宙中广泛存在。
如何“吃掉”小行星？陨石中含量最大的有机物是类似塑料的大分子有机物，直接食用不可行。科学家们借鉴了最新的塑料微生物处理实验。该实验将塑料热解（400℃-900℃），破坏大分子长链有机物，形成一系列低分子量的碳氢化合物，然后利用细菌处理这些化合物。结果发现，细菌能够消化这些化合物并大量繁殖。科学家认为，未来宇航员也可以利用热解处理开采的富含碳质球粒的小行星矿物，然后利用细菌消化这些物质。由于细菌生长速度快，它们将源源不断地为宇航员提供足够的食物。此外，有科学家发现，在缺氧条件下，假单胞菌科的一些细菌甚至能直接利用陨石粉末生存并繁殖。这些实验都证明，利用细菌“吃”小行星，人再“吃”细菌产生的生物质，可能是一个前景广阔的太空食物方案。
为了了解小行星能提供多少有机物，科学家们以小行星（101955）贝努（Bennu）为例进行了计算。贝努直径小于500米，质量为7760万吨，其成分与碳质球粒陨石相似。计算结果显示，仅贝努在最低效率情况下产生的生物质，就足够631位宇航员一年的食物消耗，最高效率情况下则足够17000位宇航员一年的食物消耗。换算后，最低效率情况下，为一位宇航员提供一年食物需要处理约16万吨小行星矿物；最高效率情况下则仅需5000吨。
虽然这项研究很有前景，但如果未来宇航员必须以细菌为生，多少有些令人担忧。未来仍需更多探索，以发现小行星作为未来宇航员食物来源的潜力。小行星作为未来航天员食物来源的潜在价值不仅是对传统太空食品供应体系的革新，更是人类适应极端环境、实现星际旅行梦想的重要一步。当然，将小行星转化为食物来源仍面临诸多技术挑战和伦理考量。
参考文献：Pilles E, Nicklin RI, Pearce JM. How we can mine asteroids for space food[J]. International Journal of Astrobiology, 2024, 23:e16.
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