木星探测轨道分析与设计

研究了与木星探测相关的轨道设计问题.重点关注木星探测轨道与火星、金星等类地行星探测轨道的不同及由此带来的轨道设计难点.首先分析了绕木星探测任务轨道的选择.建立近似模型讨论了向木星飞行需要借助多颗行星的多次引力辅助,对地木转移的多种行星引力辅助序列,使用粒子群算法搜索了2020年至2025年之间的燃料最省飞行方案并对比得到了向木星飞行较好的引力辅助方式为金星-地球-地球引力辅助.结合多任务探测,研究了航天器在飞向木星途中穿越主小行星带飞越探测小行星的轨道设计.最后,给出2023年发射完整的结合引力辅助与小行星多次飞越的木星探测轨道设计算例.     

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.     

活动小行星311P/PANSTARRS的动力学lk 特性分析

311P/PANSTARRS是一颗活动小行星, 具有小行星和彗星的双重特征, 是中国``天问二号''的探测目标之一. 311P/PANSTARRS直径较小, 约为400 m, 非引力效应可能会对其长期动力学演化产生较大的影响. 通过假定不同表面组分, 研究了Yarkovsky效应对311P/PANSTARRS轨道演化的影响, 讨论了密近交汇、 非破坏性碰撞和YORP (Yarkovsky-O''Keefe-Radzievskii-Paddack)效应等非引力效应, 计算了小行星与大行星密近交汇及碰撞概率, 估计了311P/PANSTARRS达到自转周期分裂极限的时标. 模拟结果显示与纯引力模型相比, Yarkovsky效应可能会加快311P/PANSTARRS离开当前共振区域, 大约在10Myr以后311P/PANSTARRS会离开当前所在共振带, 在表面覆盖风化层的情况下有机会通过v6长期共振成为越火小行星; 在考虑YORP效应的情况下, 311P/PANSTARRS在2 Myr时标内可达到自转周期分裂极限; 在考虑Yarkovsky效应及YORP效应等因素的情况下, 311P/PANSTARRS在10 Myr时标内仍可保持其动力学稳定性, 且YORP效应不会显著影响其半长径偏移量.     

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.     

小行星YORP效应的观测研究现状

YORP效应由不规则形状小行星在太阳辐射下的局部反冲力差异导致的净力矩所引起,长期作用可以改变小行星自转状态.从小行星YORP效应的科学意义和研究概况出发,阐述了YORP效应对小行星演化的重要性,并详细介绍了小行星YORP效应的理论基础和观测研究现状.目前仅有6颗小行星的YORP效应被观测证实,并计算得到由YORP驱动...     

不同测站近地小行星地基观测效能评估研究

目标的完备性搜索是开展近地小行星预警和防御的前提. 为量化评价近地小行星观测效能, 提高监测设备使用效率, 提出一种综合望远镜参数和测站天文条件的观测效能评估方法. 以观测目标信噪比作为检测指标, 设定检测条件形成目标检测方法, 定义评价指标用于评估近地小行星观测效能. 再基于近地小行星轨道数据和尺度分布模型, 建立近地小行星轨道数据模拟样本库. 最后选取中国科学院紫金山天文台盱眙观测站和中国科学院国家天文台冷湖观测台址, 仿真分析近地天体望远镜对直径0.01--30km近地小行星的观测效能, 结果表明: 不考虑两观测站年有效观测时间差异, 近地天体望远镜在冷湖观测全尺寸模拟样本的效能比在盱眙提高了5.21倍, 其中对1km以上直径目标的观测效能相当, 对1km以下直径目标的观测效能差异开始显现, 对0.1km以下直径目标冷湖优势更显著.     

一些新小行星的轨道证认研究

本文根据紫金山天文台发现的一百余颗小行星的初始轨道根数,收集近二十年来未编号小行星的7000余次观测资料,利用电子计算机进行比较系统的证认工作.初步证认出以后,考虑精确摄动,结合全部资料改进轨道.经确定证认,最后计算出准确轨道的有8颗新小行星.文中最后对紫金山天文台发现的另四颗已正式编号的小行星提出了命名.     

中国天文学会1962年年会

中国天文学会1962年年会于8月20—26日在北京举行.代表一百多人,会上印发论文报告四十多篇,内容丰富,讨论热烈,盛况空前.在全体会议上,紫金山天文台张钰哲台长宣读的一篇论文“七颗变光小行星的观测研究”受到普遍的重视.该文采用小行星光电测光资料研究确定出七颗小行星的自转周期和自转物理根数,其中特别是确定了它们自转轴的方向.许多同志认为这是一项很有意     

使用体积离散方法计算不规则小天体表面重力场

在小行星探测任务中,航天器轨道设计需要充分考虑到小行星的非球形引力场的影响.太阳系中大部分小行星具有形状不规则、密度不均匀的特点,因此,在没有绕飞轨道数据的情况下,精确计算其引力场非常困难.利用不规则小行星的多面体模型,采用体积离散方法通过直接积分计算小行星引力场球谐系数和表面重力场分布情况.将该方法与多面体方法进行了比较,并以(433)Eros为例,通过该方法计算得到的结果与NEAR(Near-Earth Asteroid Rendezvous)探测器的轨道数据反演结果比较,C20项误差不超过2%,使用该方法对我国小行星探测任务拟探测的(1996)FG3小行星的重力场进行了计算.以嫦娥二号探测器飞越的(4179)Toutatis小行星为例,结合相应的雷达观测数据提供的小行星形状模型,计算其表面引力势情况,为通过飞越任务获取的光学图像分析其表壤的分布、流向等提供了相应的理论依据.该方法适用于密度不均匀天体,可为小行星探测任务轨道设计和着陆提供可靠的小行星引力场数据.     

粒子在标量张量理论的二阶后闵可夫斯基近似弱引力场中的引力偏转

标量张量理论是目前为止最成功的相对论性引力理论之一,经受住了已有实验和观测的检验.随着实验和观测精度的提高,理论将得到进一步的检验.为此将该理论的可观测效应计算到二阶后牛顿近似非常必要.标量张量理论的二阶后牛顿近似结果已经由Xie等人给出.为得到有质量粒子在弱引力场中的偏转情况,利用二阶后闵可夫斯基近似下的度规解得到了粒子的测地线方程,并通过迭代的方法求得在非束缚条件下,粒子在弱引力场中的轨迹的解析解.进一步利用此结果计算了粒子在弱引力场中的偏转角(与光线的偏转角不同)并与前人的结果进行了比较.     

月亮有了个小妹妹

一个跨度为5千米的小行星被证认是月亮的小妹妹。3753号小行星是1986年发现的,看上去完全是一颗一般的小天体,它和其他一些小行星都是跨越地球绕日轨道运行的。但在加拿大约克大学的威格特等人用计算机模拟的方法对这些小行星的轨道进行计算以后,才发现3753号小行星被地球的引力所吸引而"陷在"一个复杂的轨道上运行。威格特说,"没有一个人预见到3753号小行星会是地球的小卫星。"许多小行星被木星的巨大吸引力锁定在绕木星运行的轨道上,近来又发现一颗小行星被火星所"擒获",但这些小行星的轨道的形状是简单的,不复杂。3753号小行星不…     

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.     

小行星初轨计算的Fortran程序设计

由改进的Laplace和Gauss方法分别给出小行星初轨计算的程序,通过两程序的比较测试得出结论——两方法适用于三次长时间间隔的角观测资料。为实现一天内角观测资料的小行星初轨计算与位置预报,对改进的Laplace方法流程进行了调整。通过增加迭代方程右矩阵的调整,预报结果可用于指导小行星的跟踪观测,文中给出调整后的流程图及预报效果数值验证。     

近地小行星轨道演化的数值研究与辛算法有效性的探讨

本文采用改进的显式辛算法（symplecticalgorithm）和嵌套的RKF7（8）积分器对43颗已命名（或编号）的近地小行星的轨道演化进行数值研究．在力学模型上,除考虑各大行星的引力振动外,还增加了后牛顿效应,而在算法上则着重探索辛算法在近地小行星轨道演化研究中的应用前景,特别是当小行星与某一大行星靠近时辛算法的有效性．本文的结果可为了解近地小行星的轨道演化状况和对它们进行监测提供可靠的信息．     

佘山观象台1955—1956年小行星的精确定位照相观测

利用小行星的精确定位照相观测,来决定星表的赤纬系统差是苏联微星星表编制工作中很重要的一项工作.佘山观象台自1955年开始,即参加了这项工作.从事于十颗(第1,2,3,4,6,7,11,18,39,40号小行星)明亮的小行星的精确定位照相观测.这里所发表的是1955—1956年内.所得的结果,下面简单地介绍一下我们是怎样取得这些结果的.     

我与FMO,不得不说的故事

4月1日下午,中国科技大学天文与应用物理系的博士研究生、天文爱好者虞骏,通过国际互联网分析美国亚历桑那大学“空间观测计划”的在线图片时,发现了一颗小行星。在对这颗小行星进行了三次后续观测之后。国际天文学联合会小行星中心的科学家们确定了它的轨道,并且在4月3日给定了它的临时编号——2005GT。2005年4月9日,这颗直径约为15米的小行星在距离地球大约600万公里的地方与地球擦身而过。这是我国大陆天文爱好者参与发现的第一颗 FMO。所谓 FMO 就是 Fast Moving Objects(快速移动天体)的简称。下面就请虞骏博士说说这段……     

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''.     

小行星族群热物理参数及分布特征研究

小行星热物理是近年来小行星研究领域的一个重要环节, 随着红外观测技术的进步, 该领域的研究取得了长足发展. 小行星发出的热辐射取决于小行星的尺寸、形状、反照率、热惯量(Gamma)、粗糙度等热物理参数. 研究小行星热物理特性的科学意义是多方面的, 比如能够帮助我们计算小行星的Yarkovsky效应和YORP (Yarkovsky-O’Keefe-Radzievskii-Paddackor)效应, 还能对小行星表面的表壤颗粒尺寸进行估算, 从而能更好地对小行星表面的物质成分特征进行研究. 另一方面, 研究小行星族群的热物理特性, 可进一步为研究小行星、小行星带乃至太阳系的形成和演化机制提供重要科学依据. 本文借助先进热物理模型(Advanced Thermophysical Model, ATPM), 结合相应的中红外观测资料计算了Vesta族群、Nysa-Polana族群、Pallas族群、Themis族群、 近地小行星(341843) 2008 EV5、 近地小行星(3200) Phaethon的热物理参数, 揭示了不同种类、不同族群的小行星之间热物理参数的差异和造成这些差异的原因, 以及相同族群中的小行星热物理参数的相似性, 并且基于这些差异和相似性对近地小行星和族群之间的联系及其轨道演化过程进行了讨论.
Vesta族群是由小行星(4) Vesta经历碰撞后产生的碎片形成的. 本文研究了该族群中的10颗小行星, 得到这10颗Vesta族群小行星的平均热惯量为42 $\rm Jm^{-2}\cdot s^{-1/2}\cdot K^{-1}$, 平均几何反照率大小0.328, 并发现与之对应的表面粗糙度普遍较低. 此外, 对已有的主带区域小行星几何反照率进行统计后, 发现Vesta族群小行星的几何反照率普遍偏大, 基于这些热物理参数, 我们进一步估算了这10颗小行星的表壤粒径尺寸范围在0.006--1.673 mm之间. Themis族群也是小行星带中重要的族群之一, 该族群小行星物质成分比较原始, 且成员中大部分可能都有水冰的存在, 对其成员小行星的热物理特性研究可为我们提供该族群母体小行星的内部信息. 我们借助WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer)红外观测和ATPM对该族群中3颗体积较大的小行星(62) Erato、(171) Ophelia和(222) Lucia的热物理参数进行了计算, 发现3者之间的热参数大小非常接近, 从热物理的角度证明了这3颗小行星有可能是来自于同一个母体.
小行星(341843) 2008 EV5是一颗Aten型近地小行星(NEA), 光谱类型为C型, 具有潜在撞击地球的危险, 该小行星曾是欧洲空间局(ESA)的小行星探测任务Marco-Polo-R的基准探测目标, 我们借助ATPM和WISE红外观测得到2008 EV5的热惯量$\Gamma = 110_{-10}^{+30}$ $\rm Jm^{-2}\cdot s^{-1/2}\cdot K^{-1}$, 几何反照率$p_v= 0.095_{-0.003}^{+0.016}$, 有效直径$D_eff= 431_{-33}^{+6} \rm m$. 由于其热惯量相对大多数近地小行星较小, 我们推测其可能来自主带区域, 并对其1000条克隆轨道进行了逆向积分1 Myr, 发现其来自主带区域的概率为6.1%, 同时估算了表壤粒径尺寸为0.58--1.3 mm. 研究表明, 2008 EV5有可能来自于Nysa-Polana族群, 我们对这个族群中的小行星(135) Hertha的热参数进行了计算, 得到该小行星的$\Gamma = 30_{-21}^{+35}$ $\rm Jm^{-2}\cdot s^{-1/2}\cdot K^{-1}$, $p_v=0.135_{-0.034}^{+0.018}$, $D_eff=82.863_{-5.027}^{+12.937} \rm km$. 小行星(3200) Phaethon是日本航空航天局探测器(Japan Aerospace Exploration Agency, JAXA) DESTINY+ (Demonstration and Experiment of Space Technology for INterplanetary voYage Phaethon fLyby dUSt science)的探测目标, 其特殊的轨道形状(大偏心率、小近日点距离)导致在一个轨道周期内温度的变化幅度较大, 使之具有特殊的物理特性. 此外, 该小行星也是双子座流星雨的起源. 研究表明Phaethon起源于主带区域中的Pallas族群, 该族群是小行星带中B-type小行星的重要来源, 其成员数目不多, 但目前大部分的具有活动性的小行星均与Pallas族群相关. 本文中, 我们借助ATPM和WISE的红外观测得到Phaethon和Pallas族群小行星Zerlina的热惯量分别为: $\Gamma_Phaethon= 550_{-290}^{+920}$ $\rm Jm^{-2}\cdot s^{-1/2}\cdot K^{-1}$, $\Gamma_Zerlina=0_{-0}^{+34}$ $\rm Jm^{-2}\cdot s^{-1/2}\cdot K^{-1}$, 几何反照率分别为: $p_{v, Zerlina}=0.1435_{-0.0325}^{+0.0420}$, $p_{v, Phaethon}=0.1253_{-0.0020}^{+0.0034}$, 热参数上的差异可能是由于Phaethon较强的活动性, 当Phaethon的轨道演化至当前位置时, 其较高的近日点温度会使表面的物质发生变化, 同时观测也表明Phaethon有质量流失现象, 使得Phaethon与Pallas族群其他小行星相比, 其表面特性发生改变, 从而热物理参数也随之改变.     

小行星钟山1号、钟山2号

1974年冬,我们在使用400/3000双筒镜进行的观测工作当中,发现了一些小行星.其中有两颗小行星,轨道近日距较小,轨道倾角较大.发现的时候,正当它们大冲之后,比较靠近地球,显现出颇为快速的视运动.对这两颗星,我们分别追踪得到14次与7次观测,均各有五十多天的弧长.现将观测数据和据此计算出的轨道根数列表于后.     

彗星情报站

2006年4月里共发现并命名了3颗彗星。R.H.McNaught 报告他在4月5日进行 Siding Spring巡天项目观测时发现了一颗新彗星,编号为 C/2006 G1(McNaught),彗星发现时的亮度有18等,2006年8月20日过近日点,近日距2.6天文单位,运行周期10.6年。C/2006 GZ2(Spacewatch)是 Spacewatch 巡天项目在4月7日发现的,当时明显是一个小行星状的目标,由于没有其它观测确定它的彗星特征,按照小行星命名规则命名为2006 GZ2。正式命名后的第二天,J.Montani 报告重新检查Spacewatch 当时拍摄的图像以及随后的观测中,发现它有