◎文圖 中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái) 郭紅鋒

什么是小行星

我們知道，小行星是太陽(yáng)系內(nèi)類似行星的環(huán)繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)但體積和質(zhì)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(yùn)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(yáng)系內(nèi)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)和登記了約70萬顆小行星，這其中只有少數(shù)小行星的直徑大于100千米。到20世紀(jì)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(nèi)外（柯伊伯帶在冥王星遠(yuǎn)日點(diǎn)附近，距離太陽(yáng)約30～55天文單位）發(fā)現(xiàn)的一些小行星的直徑比谷神星大，甚至比冥王星還大，估計(jì)應(yīng)該有數(shù)百萬顆。因此，一些大型的小行星（包括冥王星）被科學(xué)家重新分類，稱為矮行星。

小行星的危險(xiǎn)

近地小行星是分布在火星軌道內(nèi)，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(huì)帶來撞擊地球的危險(xiǎn)，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(gè)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(nèi)；

3. 阿登型小行星群—這個(gè)群的小行星軌道一般在地球軌道以內(nèi)。

小行星與地球撞擊的危險(xiǎn)在1994年7月16日發(fā)生的“舒梅克利維9號(hào)”彗星撞擊木星后為人們所重視。小型天體的撞擊每月會(huì)發(fā)生好幾次。2002年6月6日，一個(gè)估計(jì)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(gè)中型核武器相當(dāng)。2008年10月7日，一個(gè)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(xiàn)并推斷出撞擊的發(fā)生，對(duì)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?yán)镅刨e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(zāi)難之一，一顆直徑幾十米的小行星就足以撞平一座城市。當(dāng)然直徑越大的小行星撞擊地球的幾率越小。據(jù)統(tǒng)計(jì)，不到100萬年地球就會(huì)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(cè)和預(yù)防措施的研究。

小行星觀測(cè)

1. 望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)

小行星都是很小很暗的天體，一般肉眼觀測(cè)不到，需要使用望遠(yuǎn)鏡。早期的小口徑望遠(yuǎn)鏡也只能觀測(cè)到比較亮的，例如谷神星。對(duì)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(yuǎn)鏡?，F(xiàn)在許多國(guó)家的天文臺(tái)和國(guó)際組織都投入直徑越來越大的望遠(yuǎn)鏡（從0.6米至1.8米都有）進(jìn)行觀測(cè)。觀測(cè)的結(jié)果，最早期是肉眼直接在望遠(yuǎn)鏡里辨別哪些在恒星背景里移動(dòng)的天體。后來有了照相技術(shù)，很快應(yīng)用到天文觀測(cè)數(shù)據(jù)的分析工作。科學(xué)家分別在不同時(shí)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(dòng)目標(biāo)，從而發(fā)現(xiàn)了大批小行星。再后來隨著電子技術(shù)的發(fā)展，CCD數(shù)碼相機(jī)作為望遠(yuǎn)鏡的后端設(shè)備，大大提高了發(fā)現(xiàn)新天體的速度?，F(xiàn)代搜尋小行星的望遠(yuǎn)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(dòng)天體，科學(xué)家還開發(fā)了各種搜尋軟件幫助人們更快更準(zhǔn)確地判定搜尋目標(biāo)。例如一款網(wǎng)上可下載的免費(fèi)天文軟件Astrometrica，是非常好用的天文數(shù)據(jù)處理軟件。它包括很多功能，其中分析處理小行星數(shù)據(jù)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(shí)間里，恒星在3幅照片里的位置是不會(huì)變的（也就是它們的坐標(biāo)值不變），而小行星等移動(dòng)目標(biāo)的位置（坐標(biāo)）在3幅照片里就會(huì)不同。我們通過軟件提供的自動(dòng)搜尋功能可以把所有坐標(biāo)發(fā)生改變的目標(biāo)都搜索出來，然后再進(jìn)行人工判別，區(qū)分出是真實(shí)移動(dòng)天體信息還是儀器本身的噪點(diǎn)，或其他誤差信號(hào)。這樣搜尋出來的目標(biāo)還需要在軟件中給出目標(biāo)的定位，再把這些信息發(fā)送給科學(xué)家，進(jìn)行望遠(yuǎn)鏡后期跟蹤觀測(cè)。當(dāng)科學(xué)家能夠確認(rèn)軟件搜出來的是一個(gè)真實(shí)的移動(dòng)天體（小行星），就會(huì)把它的信息送進(jìn)全球聯(lián)網(wǎng)的小行星數(shù)據(jù)庫(kù)，并給予一個(gè)臨時(shí)編號(hào)。在以后的數(shù)年里還要對(duì)這個(gè)新發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)進(jìn)行幾十次甚至上百次的觀測(cè)和判斷，最終確定其有穩(wěn)定的運(yùn)行軌道后，才能進(jìn)入正式編號(hào)和命名階段。

圖3 通過天文數(shù)據(jù)處理軟件打開的照片

中國(guó)動(dòng)手天文教學(xué)組織（China Hands—On Universe）自2008年開始通過國(guó)際組織帶領(lǐng)中國(guó)學(xué)生參加國(guó)際小行星搜尋活動(dòng)（International Asteroid Search Campaign），已經(jīng)取得了很多成果，學(xué)生們也從中得到了鍛煉，更體驗(yàn)了學(xué)科學(xué)的樂趣。

使用自己的望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)并處理出結(jié)果的同學(xué)們，歡迎把觀測(cè)、拍攝和處理信息的結(jié)果（包括數(shù)據(jù)、照片、搜尋目標(biāo)、坐標(biāo)信息等）和觀察者信息（姓名、學(xué)校、聯(lián)系方式、當(dāng)?shù)亟?jīng)緯度、測(cè)量日期與時(shí)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(huì)核對(duì)你的數(shù)據(jù)，評(píng)價(jià)你的測(cè)量結(jié)果，并給予適當(dāng)獎(jiǎng)勵(lì)哦！