如何应对近地小行星撞地的威胁

2012年1月27日,一颗公共汽车大小的小行星与地球擦肩而过,距离地球最近时只有6万千米。这颗名为“2012BX34”的小行星位列20颗最接近地球的小行星之首。尽管它没有对地球造成威胁。但再次向地球人敲响了警钟,要加速研究如何防止近地小行星撞击地球的方法和技术了,因为小行星撞击地球是世界上四大突发巨大灾难之一,早晚有一天会撞击地球。     

宇宙信息

WISE首次发现近地小行星 美国宇航局的大视场红外巡天探测器（WISE）新发现了它的首颗近地小行星,而预计在整个工作寿命中它总共会发现大约数百颗。：这颗直径1千米的小行星编号为2010 AB78,发现于2010年1月12日。发现时它距离地球大约1．58亿千米,不会对地球构成威胁,在未来的几个世纪中它也不会接近地球。这颗小行星在一条椭圆轨道上绕太阳运动,而它的轨道面也并不和地球公转轨道面重合。     

皖小行星轨道演化的研究现状

近地小行星由于地球的特殊关系为世人所瞩目,对其研究始于５０年代,近年来已成为太阳系动力学中的一个热门课题。全面地介绍了近年来关于近地小行星的研究状况,包括对近地小行星轨道演化的研究的方法和主要结果。     

近地小行星轨道演化的研究现状

近地小行星由于与地球的特殊关系为世人所瞩目, 对其研究始于５０ 年代, 近年来已成为太阳系动力学中的一个热门课题。全面地介绍了近年来关于近地小行星（ 小天体） 的研究状况, 包括对近地小行星轨道演化的研究方法和主要结果。阐明了在轨道演化过程中相应力学模型的选取、有关数值方法的引用以及积分步长变化的处理等具体问题, 并介绍了轨道长期共振的作用以及对这种共振的处理方法, 最后给出了根据目前研究所知的与地球轨道距离最近的一些小行星的轨道特征等。     

短期威胁小行星

为更明确近地小行星撞击地球威胁的监测预警需求, 提出了"短期威胁小行星"的概念, 即未来100yr内可能对地球造成撞击威胁且等效直径大于10m的近地小行星. 以目前已发现的756颗短期威胁小行星为基础, 分析短期威胁小行星的轨道分布特点, 研究显示其与一般近地小行星的轨道分布存在差异, 短期威胁小行星的轨道半长轴更集中于1au, 轨道面更集中于黄道面. 基于近地小行星的数量模型, 初步建立了短期威胁小行星的数量估计模型, 并预估了未来100yr内存在撞击可能的短期威胁小行星的总体数量. 短期威胁小行星的特定研究对制定近地小行星搜巡监测策略有重要意义.     

小行星空间观测

在现代天文学中,无处不闪耀着空间天文的"身影",就连"身体瘦小"的太阳系小行星也不例外。第一艘观测小行星的空间飞行器是"伽利略"飞船,它发射于1989年10月18日,是用来观测木星的。它在飞往木星途中顺便观测了两颗近地小行星,一颗是951号"加斯帕",另一颗是243号"艾达"。1996年2月17日第一艘专门测量近地小行星的飞船--"近地小行星会合飞行"升空,其任务主要是测量433号"爱神星"。"近地小行星会合飞行"的初始轨道位于黄道面内,周期为两年,这允许它在飞行途中可观测其他小行星。1997年6月27日当它与253号"马泽尔德"相遇时,"举起"其"…     

“NEAR-苏梅克”造访“爱神”

美国宇航局于1996年2月17日发射了一艘太空船,主要目标是与国际编号第433号小行星“爱神”交会,对其展开为期近一年的近距离考察,故被命名为“近地小行星交会探测器”,英文缩写就是NEAR,后又更名为“NEAR-苏梅克”。近地小行星有可能穿越地球轨道,对地球有一定的威胁,因此,它们是天文学家严密监视的对象。第433号小行     

同地球跳迪斯科的小行星

自古以来,人类就知道有月球与我们相伴。在希腊神话里,那是月亮女神阿尔特弥斯。在中国,那里住着美丽的嫦娥。嫦娥是孤独的,可人类似乎也就只有这么一个月亮。太阳,地球,月亮,其他的天体看来都十分遥远。"谁人与我同醉,年年岁岁?"是啊,还有谁哪?彗星?来了,又走了。小行星?即使是近地小行星,也大都像彗星一样,简单地飞越地球,打个照面,又走了。不过,近两年来,地球似乎又有了第二个月亮——小行星2003YN107。她一面陪伴着地球绕太阳公转,一面环绕着地球翩翩起舞(见图1、图2)。只不过,它实在是太小了,大约只有一幢7层楼房那么大小,肉眼根本就看不见。美国喷气推进实验室近地天体研究小组的保罗·乔达斯(Paul Chodas)说:"这颗小行星在1999年就来了,一直在螺旋型地绕着地球转。这样的小行星太少见,太古怪了。"因为她太小,对地球造成不了多大危险,一直没有能引起公众的注意。但是研究小组却一直在监测着她。     

地月DRO星载光学测量近地小行星轨道确定

针对地基光学监测系统对近地小行星在近太阳方向的监测存在盲区的问题,提出了远距离逆行轨道(Distant Retrograde Orbit,DRO)天基光学平台对近地小行星进行跟踪定轨的方法.通过可视性分析,筛选仿真观测数据,利用美国宇航局喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory,JPL)公布的小行星初始轨道信息对不同轨道类型的目标天体进行轨道确定,将计算结果与参考轨道对比分析.仿真结果表明:在测量精度2角秒,定轨弧长3年的情况下,DRO平台对仿真算例中所选择的近地小行星的定轨精度可以达到几十公里量级,其中Atira型轨道精度可达10公里以内.由此可见,DRO天基平台对近地小行星具有较好的监测能力,定轨精度能实现对目标小行星的精确跟踪,并对其进行轨道预报.     

近地小行星发现数目与发现场景的统计分析

近地小行星是一类可能对地球安全造成潜在威胁的太阳系小天体, 目前绝大部分的近地小行星是由地基望远镜发现的, 且数目仍在不断增加. 为了对我国未来开展近地小行星发现监测提供参考和借鉴, 利用国际小行星中心公开的数据库对所有近地小行星首次发现时刻的观测资料开展了多维度统计分析. 发现望远镜探测能力的限制会对近地小行星的发现造成选择效应, 导致不同轨道类型近地小行星发现的相对比例逐年变化且与直径有关. 另外, 结合数值模拟获得的轨道数据, 对近地小行星首次发现时的观测场景进行了还原, 获得了发现时刻近地小行星位置在不同天球坐标系的分布, 分析了其分布特征与季节、测站纬度和小行星直径的依赖关系. 最后, 通过分析数据定量考察了太阳、月球和银道面对近地小行星发现的影响, 发现地基望远镜一般难以发现来自太阳方向90$^\circ$范围内直径140m以下的近地小行星, 并且随着小行星直径的减小该限制范围也将变大; 月光污染对近地小行星发现的影响也非常显著, 望月前后几天的观测限制可导致约29%的目标无法被发现, 而且分析表明农历上半月发现的目标一般比下半月发现的更难以被跟踪观测; 银道面特别是银心方向会对近地小行星发现产生影响, 使得黄道面附近存在与季节相关的观测``盲区''.     

近地小行星(10302) 1989 ML和(4660) Nereus的轨道特征及演化分析

近地小行星(10302) 1989 ML和(4660) Nereus作为下一代深空探测的候选目标一直备受关注. 在考虑太阳系主要天体的动力学背景下, 通过计算最大Lyapunov指数(MLE)及MEGNO (Mean Exponential Growth factor of Nearby Orbits)指数讨论它们的稳定性. 同时, 对每个小行星, 在其观测误差范围内按多元正态分布各选取1000个克隆粒子, 通过统计分析显示这两个小行星在10万年内可能的运动范围, 给出半长径-偏心率空间中的出现次数分布图, 并统计小行星与地球或其他大行星之间的密近交汇及碰撞的概率. 此外还对这两个小行星的标称轨道进行长期共振、Kozai共振及平运动共振的动力学分析. 综上得出结论, 1989 ML处在平运动共振主导的区域, 发生密近交汇的概率较小, 从而其轨道相对较稳定; 而Nereus处在地球的密近交汇区域, 轨道极不稳定.     

关于近地小行星轨道演化的初步探索

本文采用改进的显式辛算法和嵌套的PKF7（8）积分器同时对86颗已命名（或编号）的近地小行星的轨道演化进行了数值研究，在103－104年的时间尺度上，给出了这些小行星轨道演化的状况以及它们与几颗大行星靠近的最小距离，特别是与地球接近的最小距离可小于0．01天文单位，甚至可能比月球还更靠近地球．     

小行星与彗星—近地小行星,主带小行星和彗星之间相互关系探讨

小行星和彗星都是太阳系中的小天体,而近地小行星又是小行星中特殊的一类。近年来对近地小行星的观测和研究已全面开展,这已成为当今太阳系研究的前沿领域之一。本文初步探讨太阳系中不同小天体之间的关系:1.小行星与短周期彗星之间的关系;2.近地小行星与主带小行星和短周期彗星之间的关系。最近的观测研究表明某些小行星可能是由彗星演变来的,而某些近地小行星可能来源于主带小行星和死亡的彗核。     

国际小行星搜寻活动

2008年2月1日至3月14日和3月17日至4月30日,历时三个月共两期国际小行星搜寻活动（International Asteroid Search Campaign,简称IASC）已经圆满结束。中国、德国、意大利、日本、摩洛哥、波兰、葡萄牙、美国、加拿大等9个国家的几十所学校参加了活动。到目前为止,两期活动共发现主带小行星6颗,证认了近地小行星34颗,获得虚拟撞击体观测结果6次。中国学生在此次活动中发现主带小行星1颗,证认了近地小行星4颗,获得虚拟撞击体观测结果1次。     

近地小行星轨道演化的研究

主要阐述近年来在近地小行星轨道演化研究工作中所获得的一些基本结果，即合理的力学模型和相应的有效算法，并以实际预报算例（近地小行星与地球的交会状态）与有关权威性的结果作了比较，证实这些研究结果确实是可信的。在给出的力学模型中，考虑了所有可能影响近地小行星运动的力学因素，包括各大天体和较大的主带小行星的引力作用、有关天体的扁率影响以及源于太阳引力的后牛顿效应。而在计算方法中，合理地处理了变步长问题和月球位置量这种相对而言的快变化问题，使得数值求解一个高维方程组时，对各天体而言，可采用同一步长进行 积分，避免了求解过程中的复杂性。     

小行星(469219) Kamo`oalewa轨道的确定与误差分析

作为一颗与地球共轨道的小行星,(469219)Kamo'oalewa是一个具有很高研究价值的近地小天体,也是中国首次小行星探测计划的目标天体之一.针对其轨道特性,建立了兼顾太阳、地球和月球非球形引力作用的小行星动力学模型.并在该模型的基础上,利用国际小行星中心(Minor Planet Center,MPC)提供的2004|2018年间的光学观测数据对该小行星的轨道进行确定.拟合后观测残差的均方根误差约为0:2″(与美国喷气推进实验室的Horizons在线历表系统相当),其中2004年期间数据的观测残差有所改进.最后,对小行星(469219)Kamo'oalewa的轨道误差进行了详细分析,并预报了2020-2025年期间该小行星的轨道误差.     

高雄星发现记

北京时间2009年8月7日上午,国际小行星中心式批准命名一颗编号为215080的小行星为“高雄星”。这颗直径在1千米至3千米范围内的小行星,由中国台湾蔡元生天体搜寻团队测量员袁凤芳于今年3月20日发现,5月9日得到永久编号后马上提出命名申请。“高雄星”有自己的椭圆形移动轨道,平均4．66年接近地球一次,距离地球最近距离为2亿千米,最远为6亿千米。目前,“高雄星”离地球的距离为4亿千米。     

1989年3月和8月太阳大事件的日地系统整体行为研究

1989年3月日面出现了近四十年来最大的黑子群,发生了剧烈的太阳活动,产生了重大的地球物理效应。对这些事件的联测取得了大量日地物理的资料。为了推动进一步的分析和研究,中国科学院第22周太阳活动峰年日地系统整体行为研究专家组于1990年4月23日至26日在北京召开了“1989年3月和8月重大日地事件观测与分析研     

小行星YORP效应的可探测候选体

YORP (Yarkovsky-O''Keefe-Radzievskii-Paddack)效应是小行星长期动力学演化的机制之一. 与碰撞、引力摄动等因素相比, YORP效应作用量级小, 短时标观测效应不明显, 这给直接测量YORP效应带来了很大的困难. 利用小行星光变数据库中已知的小行星数据, 统计了小行星的自转速率分布, 使用核密度估计以及Kolmogorov-Smirnov检验分别分析了近地小行星和主带小行星自转速率的分布特性, 分别给出了在近地小行星和主带小行星中寻找受YORP效应影响减速自转的最佳样本群; 基于7颗已被探测到YORP旋转加速度的近地小行星, 利用YORP强度估计方法和光变探测条件建立了筛选模型, 给出了未来可直接通过光变数据探测\lk YORP效应的10颗近地小行星.     

NEAR将近探爱神星

ＮＥＡＲ将近探爱神星许梅美国宇航局于１９９６年２月１６日发射了一艘近地小行星探测飞船（Ｎｅａｒ－ＥａｒｔｈＡｓｔｅｒｏｉｄＲｅｎｄｅｚｖｏｕｓＳｐａｃｅｃｒａｆｔ,缩写为ＮＥＡＲ）,其主要探测目标为第４３３号近地小行星爱神星（Ｅｒｏｓ）,预定飞船将...