强大的新望远镜如何帮助我们发现更多小行星,也许能及时发现

美国宇航局正以前所未有的密切关注着另一颗近距离掠过地球的太空岩石。不久,随着一艘新探测器访问一颗小行星,我们将更近距离地接触它。
带有红点的矩形表示近地小行星,由广域红外巡天探测器(Wide-field Infrared Survey Explorer)观测到。美国宇航局(NASA)

一颗巨大的太空岩石正以八倍于子弹的速度撞向地球,它将于明天傍晚时分掠过我们的地球同步卫星。这是近两个月来的第二次大型小行星飞掠,也是第二次在可预见的未来对地球没有任何威胁。请放心——虽然美国宇航局和国际天文台确实不是无所不知,但它们确实了解很多。

新的太空望远镜和地面天文台正在以过去几年才有可能的方式帮助发现小行星。在很多方面,小行星2012DA14将使搜寻工作变得更加容易。

如果2012DA14撞击地球,它将形成一个直径与位于亚利桑那州弗拉格斯塔夫附近的直径4000英尺的陨石坑(Meteor Crater)相当的陨石坑。它的威力将与1908年的通古斯事件相当,当时一个大小相似的天体夷平了西伯利亚偏远森林800平方英里的8000万棵树木。如果它击中中央公园,在50英里外的西点军校(West Point)上课的学生们将感受到如此强烈的热量,以至于感觉衣服着火了。但国际天文学家表示,它不会撞到我们。

NASA/JPL-Caltech

据美国宇航局喷气推进实验室近地天体办公室(Near-Earth Object Office)经理唐·叶曼斯(Don Yeomans)称,像这样的近地小行星大约每1200年会撞击地球一次。十年前,他可能会说大约每300到400年一次。但在过去十年里,美国宇航局对大型小行星的了解已经大大增加。

据喷气推进实验室NEOWISE天文台首席研究员艾米·梅因策(Amy Mainzer)介绍,部分原因是一个全天域巡天望远镜,它特别擅长探测太空岩石。Neowise正使用广域红外巡天探测器(Wide-Field Infrared Survey Explorer)巡天望远镜来研究近地天体。

“我们对火星和木星之间主小行星带的库存增加了五倍,”梅因策说。美国宇航局还发现了几个近地天体,并将其中一个子集编目,称为PHA(“潜在危险小行星”)。

去年2月22日,一个西班牙天文学家团队发现了2012DA14。根据欧洲航天局(European Space Agency)的说法,由于它的尺寸小且轨道未知,它只在之前飞掠地球一次后才被发现,当时距离约为月球距离的七倍。以下是来自La Sagra天空调查(La Sagra Sky Survey)的一段动画。

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周五的飞掠将是如此大小的天体创纪录的近距离接近。好消息是,这将有助于天文学家改进他们测量这颗太空岩石以及未来岩石的方法。雷达可以帮助确定小行星的自转方向,而极大规模阵列(Very Large Array)、甚长基线干涉测量阵列(Very Large Baseline Array)以及加利福尼亚州戈尔德斯通(Goldstone)的一个大型天线将在周五晚上进行观测。研究人员已经开发了专门的技术来处理雷达数据,这些技术将应用于未来对未来访客的观测。

去年春天,Neowise团队进行了一项107颗PHA的调查,以完善对整个种群的预测。他们确定,直径大于330英尺的PHA大约有4700颗,上下浮动1500颗。到目前为止,估计只有20%到30%的此类天体被发现。红外天文学将有助于找到其他。

小行星在接近太阳时会升温,它们可能会也可能不会反射阳光,具体取决于它们朝向恒星的角度和表面成分。一颗明亮的小行星可能很容易从地球上被发现,而一颗同样大小但黑暗的小行星几乎是看不见的。但它们的红外信号是相同的。请观看来自美国宇航局Neowise办公室的这个视频,它非常出色地演示了这一现象。

“这些天体比肉眼能看到的最暗的物体还要暗一百万倍,”哈佛-史密森天体物理中心(Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics)小行星中心(Minor Planet Center)主任蒂莫西·斯帕尔(Timothy Spahr)解释道。

美国宇航局总部近地天体观测计划(Near-Earth Object Observations Program)的项目主管林德利·约翰逊(Lindley Johnson)说,望远镜必须非常强大且灵敏才能探测到这些天体。“这还需要时间。你必须花费数年时间来观测天空,因为地球会围绕这群天体移动,”他说。“大多数时候,这群天体的大部分将位于太阳的另一侧。”

真正的问题是,仅仅发现一颗小行星并不能完全了解它的情况。为了排除太空岩石撞击的可能,天文学家需要预测其轨道,这需要了解它的速度、自转、质量和其他特征。他们将在明天近距离观察2012DA14,观察它的自转情况,它是否会在接近地球时发生“小行星地震”,甚至它可能由什么构成(甚至它可能值多少钱)。

还有一个被称为“阳科夫斯基效应”(Yarkovsky effect)的问题,这是一个微小但仍然有影响的推力,当小行星被太阳加热然后以不同方向重新辐射热量时发生。为了解决这个问题,美国宇航局计划在2016年执行一项小行星任务,访问一颗潜在危险的近地太空岩石。OSIRIS-REx任务将帮助天文学家了解小行星与地球的“舞蹈”如何影响它们自身的行为,从而可能使它们回来对我们造成危害。

OSIRIS-REx将飞往潜在危险的小行星1999 RQ36,以研究这种效应,并研究其成分,然后采集样本带回地球。据该任务的副首席研究员、亚利桑那大学图森分校(University of Arizona-Tucson)的爱德华·贝肖尔(Edward Beshore)称,这将是自阿波罗任务以来返回地球的最大规模的地外岩石样本。

美国宇航局/戈达德太空飞行中心

这艘探测器还可以帮助验证小行星偏转理论,当天文学家开始发现更多此类天体时,这将非常有益。为此,美国宇航局正与欧洲航天局和商业伙伴合作——约翰逊说他们正在与前宇航员埃德·卢(Ed Lu)的B612基金会(B612 Foundation)洽谈——建造更强大的小行星探测器。

“我们没有全世界的钱来做这项工作,但我们正在寻找最具成本效益的系统来提高我们探测这些天体的能力,”他说。“这项工作还需要十到二十年。”

 

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丽贝卡·博伊尔是一位屡获殊荣的自由撰稿人,她撰写关于天文学、人畜共患病以及介于两者之间的各种主题的文章。她是《大西洋月刊》的特约撰稿人,她的作品经常出现在《大众科学》、《新科学家》、《FiveThirtyEight》、《连线》以及许多其他面向成人和儿童的出版物上。丽贝卡在科罗拉多州长大,离太空更近一英里,现在住在圣路易斯,靠近大陆两条最强大的河流的交汇处。

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