茫茫星河間 緊盯“不速客” 從數(shù)量到精度，觀測水平不斷提高

發(fā)現(xiàn)和監(jiān)測小行星，是全球科學家們的一項長期工作目標。

觀測最直接的目的是保衛(wèi)地球的安全，同時也能為研究地球的演化歷史提供豐富資料，為近地空間資源探索提供可能。隨著我國觀測水平的提升以及國際合作的不斷加深，未來，我們能更精準地發(fā)現(xiàn)這些近地小行星，守護自己的家園。

近一個月，中國科學院紫金山天文臺近地天體望遠鏡連續(xù)發(fā)現(xiàn)3顆近地小行星：2月26日發(fā)現(xiàn)的2020 DM4，是一顆直徑近160米的“潛在威脅小行星”。根據(jù)軌道計算，它將于今年5月初飛掠地球;3月17日在六分儀座方向發(fā)現(xiàn)的2020 FD2直徑約為26米，已于發(fā)現(xiàn)前兩天在32.8萬公里處飛掠地球;3月19日發(fā)現(xiàn)的2020 FL2直徑約為20米，于3月23日凌晨在約14.4萬公里處飛掠地球，這也是迄今紫臺近地天體望遠鏡發(fā)現(xiàn)的與地球軌道距離最近的近地小行星。

它們是在茫茫星河間，與地球擦肩而過的無數(shù)小行星的代表。發(fā)現(xiàn)它們、監(jiān)測它們，并進行預警，是全球科學家們的一項長期工作目標。

從數(shù)量到精度，觀測水平不斷提高

面對“不速之客”的造訪，必須在小行星“發(fā)現(xiàn)”地球前就找到它們，這才有可能提前進行精確預警并采取防御措施。

紫金山天文臺副臺長毛瑞青介紹，紫金山天文臺具有觀測小行星的悠久歷史。1928年，留美學生張鈺哲發(fā)現(xiàn)了“中華星”，這是中國人首次觀測發(fā)現(xiàn)的小行星。學成歸國后的張鈺哲擔任紫金山天文臺臺長，開創(chuàng)了我國小天體的觀測研究工作。

從上世紀50年代到80年代，我國主要利用紫金山上的一架40厘米雙筒折射望遠鏡，開展小行星的觀測和研究。當時的觀測手段是底片觀測，觀測極其辛苦，處理流程也非常復雜繁瑣，但也創(chuàng)造了一個輝煌的時期，發(fā)現(xiàn)一大批小行星和彗星，我國第一次近地小行星的觀測就在當時完成。

到了上世紀80年代末，隨著城市燈光的亮化，需要尋求更好的站址和設備來延續(xù)這一工作。北京天文臺接過了接力棒，在興隆觀測站利用60/90厘米的施密特望遠鏡進行觀測，并引入了電子成像、計算機處理技術等，觀測到多顆中國首次發(fā)現(xiàn)的近地小行星。

紫金山天文臺也在推進近地天體望遠鏡建造和盱眙天文觀測站建設。2006年10月，近地天體望遠鏡正式運行觀測，成為國際小行星聯(lián)測網(wǎng)中有影響的觀測利器，每年在該領域的400多個觀測計劃中觀測量名列前十，并在數(shù)據(jù)量前十的觀測計劃中數(shù)據(jù)精度最高。最近密集觀測到的3顆近地小行星，就是利用這臺國產(chǎn)近地天體望遠鏡實現(xiàn)的。經(jīng)過10多年的發(fā)展，它已成為一個可遠程控制的、視場達到9平方度的巡天觀測望遠鏡，實現(xiàn)了海量觀測數(shù)據(jù)的近實時處理，提高了望遠鏡對近地天體的巡天發(fā)現(xiàn)能力和其他瞬現(xiàn)天體如超新星等的探測能力。

紫金山天文臺近地天體望遠鏡團組首席研究員趙海斌介紹，世界各國的科學家們監(jiān)測小行星的手段還包括紅外觀測、雷達測量和空間探測，這些也將是這一學科領域未來發(fā)展的重要方向。

從預警到利用，監(jiān)測帶來多項意義

發(fā)現(xiàn)和監(jiān)測小行星，最直接的目的就是保衛(wèi)地球家園的安全。

趙海斌說，觀測發(fā)現(xiàn)近地小行星之后，通過進一步監(jiān)測并精確定軌，可以分析其軌道特性，評估撞擊概率，預測隕落地球的時間、地點，然后基于對其材質結構等物理性質的研究，評估可能發(fā)生的碰撞事件對地球環(huán)境和人類生存安全的危害程度。

直徑10米以下的小行星經(jīng)過大氣層時基本被燒蝕了;部分小行星燒蝕后會有隕石落到地面。小行星和地球都有自己的運行軌道，當二者的軌道相交，就有可能存在潛在威脅。但軌道運行的參數(shù)，受制于觀測數(shù)據(jù)的影響，也會存在精度上的誤差。例如，2004年6月發(fā)現(xiàn)的“阿波菲斯”小行星，一開始曾被測算出2029年撞擊地球的概率高達2.7%。此后，經(jīng)過長期的觀測，目前已經(jīng)消除了該小行星2029年撞擊地球的概率。而前段時間觀測到的2020 DM4小行星，預計會在今年5月初于735萬公里外與地球交會。研究團隊表示，將會持續(xù)監(jiān)測這顆小行星，不斷修正觀測，以提供更精確的軌道數(shù)據(jù)。

這些年，多國科學家都在研究討論防御小行星撞擊地球的方法。目前來看，暫時還沒有嚴重威脅地球安全的目標，隨著科技力量的增強，很多對地球的潛在威脅可以避免。不過，小行星對地球的“造訪”，也帶來許多主動和積極的研究意義。“小行星是太陽系的寶貴遺產(chǎn)。”趙海斌介紹，太陽系形成時，未凝聚成大行星的物質，構成了目前的小行星帶。因此，它們還保留著許多太陽系形成早期的信息，可以為研究太陽系的演化提供豐富的資料。如果將近地小行星本身作為研究對象，也能從對它們的觀測和分析中，逐步了解其起源和宿命，以及為何呈現(xiàn)如此的多樣性。目前已知的近地小行星分為碳質、石質、金屬質等多種類型，對研究分析地球演化歷史也將發(fā)揮重要作用。

此外，小行星與地球的“親密接觸”，多攜帶著豐富的水和貴金屬等資源，以及近地空間資源探索的可能。當它們飛掠時，可以通過原位利用、在軌使用等，方便進行空間站建設和科學探索。

從自發(fā)到協(xié)同，國際合作頻繁多元

2013年，是天文觀測史上重要的一年。當年，一顆直徑17米、重量7000噸的小行星，斜著切入大氣層，在距離俄羅斯車里雅賓斯克小鎮(zhèn)地面24公里處爆炸解體。這一撞擊事件促使國際社會加強了對近地小行星的發(fā)現(xiàn)、監(jiān)測和預警合作，并于當年12月經(jīng)聯(lián)合國大會批準成立了國際小行星預警網(wǎng)，以此來加強協(xié)調全球近地天體監(jiān)測和近地天體危險防護。2018年，中國正式加入國際小行星預警網(wǎng)。

實際上，來自“科學社區(qū)”即世界各國科學家們自發(fā)進行的行業(yè)合作與研究分享，一直在進行。

2012年12月，嫦娥二號衛(wèi)星在距地球約700萬公里遠的深空飛越“戰(zhàn)神”小行星，并在國際上第一次近距離拍下這顆小行星的光學圖像。在探測過程中，全球5個臺站的6臺光學天文望遠鏡對其進行跟蹤觀測，科學家們匯合分析了上百組觀測數(shù)據(jù)對其進行自主軌道確定，小行星定軌位置誤差在5000米以內(nèi)，為嫦娥二號近距離飛越小行星提供了重要依據(jù)。趙海斌介紹，建立和加盟國際小行星預警網(wǎng)后，這樣的國際合作共享更加頻繁多元。同時，近年來紫金山天文臺也在積極推動組建中國的小行星監(jiān)測網(wǎng)，以進一步提高我國的觀測和預警能力。

今年2月，位于江蘇盱眙的近地天體望遠鏡搜索到小行星2020 DM4時，科研人員立即將相關信息通過國際小行星預警網(wǎng)，上報國際小行星中心，國內(nèi)外共12家天文臺站先后加入觀測。經(jīng)過4天接力追蹤，各觀測臺站共同認證數(shù)據(jù)并確定了這顆小行星的軌道，預測今年5月初，它將會在735萬公里外與地球“擦肩而過”。

3月17日、19日，紫臺近地天體望遠鏡連續(xù)監(jiān)測到的兩顆近地小行星，也是科研人員將數(shù)據(jù)與國際小行星中心共享，匯總全球多地觀測站的數(shù)據(jù)，確定了其軌道數(shù)據(jù)，共同做好了迎接“不速之客”的準備。(記者 姚雪青)