天文動手做-觀測活動（20）觀測小行星

◎文圖 中國科學院國家天文臺 郭紅鋒

什么是小行星

我們知道，小行星是太陽系內類似行星的環(huán)繞太陽運動但體積和質量比行星小得多的天體。

圖1 小行星分布圖

小行星的分布

大部分小行星的運行軌道在火星和木星之間，稱主帶小行星（Main Belt Asteroids ），但其他地方，例如木星軌道周圍、火星軌道周圍，甚至火星與地球軌道之間都有小行星在出沒。迄今為止，在太陽系內已經發(fā)現和登記了約70萬顆小行星，這其中只有少數小行星的直徑大于100千米。到20世紀90年代末為止，最大的小行星是谷神星（直徑約950千米）。

1992年以來，柯伊伯帶內外（柯伊伯帶在冥王星遠日點附近，距離太陽約30～55天文單位）發(fā)現的一些小行星的直徑比谷神星大，甚至比冥王星還大，估計應該有數百萬顆。因此，一些大型的小行星（包括冥王星）被科學家重新分類，稱為矮行星。

小行星的危險

近地小行星是分布在火星軌道內，有些軌道甚至與地球軌道相交的小行星。這類小行星可能會帶來撞擊地球的危險，主要分三群：

1. 阿莫爾型小行星群—這一類小行星穿越火星軌道并來到地球軌道附近；

2. 阿波羅型小行星群—這個小行星群的某些小行星軌道位于火星和地球之間，有些可深入到金星，甚至水星軌道以內；

3. 阿登型小行星群—這個群的小行星軌道一般在地球軌道以內。

小行星與地球撞擊的危險在1994年7月16日發(fā)生的“舒梅克利維9號”彗星撞擊木星后為人們所重視。小型天體的撞擊每月會發(fā)生好幾次。2002年6月6日，一個估計直徑10米的天體撞擊了地球落入地中海。該天體在大氣層半空引爆燃燒，釋放出的能量大約與一個中型核武器相當。2008年10月7日，一個直徑為2～5米的小行星撞擊了地球（在蘇丹上空）。這是人類首次在小行星撞擊之前發(fā)現并推斷出撞擊的發(fā)生，對于近地小行星的研究有重要意義。2013年2月15日，一顆公交車大小的隕石墜落在俄羅斯車里雅賓斯克州，1200多人因沖擊波擊碎的玻璃受傷。

小行星撞擊地球是世界上四大突發(fā)巨大災難之一，一顆直徑幾十米的小行星就足以撞平一座城市。當然直徑越大的小行星撞擊地球的幾率越小。據統(tǒng)計，不到100萬年地球就會與直徑1000米的小行星撞擊一次，直徑5000米天體的大撞擊大約1000萬年發(fā)生一次，直徑大于 6000米的小行星撞擊地球，上億年才可能發(fā)生一次。盡管幾率很低，我們也不能放松監(jiān)測和預防措施的研究。

小行星觀測

1. 望遠鏡觀測

小行星都是很小很暗的天體，一般肉眼觀測不到，需要使用望遠鏡。早期的小口徑望遠鏡也只能觀測到比較亮的，例如谷神星。對那些比較暗的小行星（亮度在十幾等至二十幾等）就需要使用較大口徑的望遠鏡。現在許多國家的天文臺和國際組織都投入直徑越來越大的望遠鏡（從0.6米至1.8米都有）進行觀測。觀測的結果，最早期是肉眼直接在望遠鏡里辨別哪些在恒星背景里移動的天體。后來有了照相技術，很快應用到天文觀測數據的分析工作。科學家分別在不同時刻拍攝同一天區(qū)的照片，多幅照片疊加比較，判別有無移動目標，從而發(fā)現了大批小行星。再后來隨著電子技術的發(fā)展，CCD數碼相機作為望遠鏡的后端設備，大大提高了發(fā)現新天體的速度。現代搜尋小行星的望遠鏡，一般是沿小行星帶不斷地拍攝星空的照片，然后再把照片分組切割分塊，分發(fā)給搜尋者辨別。

2. 軟件搜尋

為了高效地搜尋到小行星等移動天體，科學家還開發(fā)了各種搜尋軟件幫助人們更快更準確地判定搜尋目標。例如一款網上可下載的免費天文軟件Astrometrica，是非常好用的天文數據處理軟件。它包括很多功能，其中分析處理小行星數據的工作特別有效。

圖3是一組在Astrometrica界面打開的3幅同一天區(qū)每隔5分鐘拍攝的照片，在這樣短的時間里，恒星在3幅照片里的位置是不會變的（也就是它們的坐標值不變），而小行星等移動目標的位置（坐標）在3幅照片里就會不同。我們通過軟件提供的自動搜尋功能可以把所有坐標發(fā)生改變的目標都搜索出來，然后再進行人工判別，區(qū)分出是真實移動天體信息還是儀器本身的噪點，或其他誤差信號。這樣搜尋出來的目標還需要在軟件中給出目標的定位，再把這些信息發(fā)送給科學家，進行望遠鏡后期跟蹤觀測。當科學家能夠確認軟件搜出來的是一個真實的移動天體（小行星），就會把它的信息送進全球聯(lián)網的小行星數據庫，并給予一個臨時編號。在以后的數年里還要對這個新發(fā)現的目標進行幾十次甚至上百次的觀測和判斷，最終確定其有穩(wěn)定的運行軌道后，才能進入正式編號和命名階段。

圖3 通過天文數據處理軟件打開的照片

中國動手天文教學組織（China Hands—On Universe）自2008年開始通過國際組織帶領中國學生參加國際小行星搜尋活動（International Asteroid Search Campaign），已經取得了很多成果，學生們也從中得到了鍛煉，更體驗了學科學的樂趣。

使用自己的望遠鏡觀測并處理出結果的同學們，歡迎把觀測、拍攝和處理信息的結果（包括數據、照片、搜尋目標、坐標信息等）和觀察者信息（姓名、學校、聯(lián)系方式、當地經緯度、測量日期與時間等），打包用附件形式發(fā)送到郵箱chinahou@bao.ac.cn或jswzkxsn2011@126.com，我們會核對你的數據，評價你的測量結果，并給予適當獎勵哦！