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搜索近地“不速之客”,“灰尘”来帮忙

来源:科技日报2021-09-14 13:49

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  近地小天体,指的是任何近日点小于等于1.3AU(一个天文单位,约为1.496亿千米)的小天体,包括小行星、彗星和流星体等。

  近地小天体是太阳系形成初期的物质残余,记录了太阳系形成和演化的过程;它们中的部分含有地球上稀缺的矿产资源,具有捕获和开采价值。

  近地小天体中轨道与地球的最近距离小于等于0.05AU,且直径大于等于140米的,具有一定的撞击地球的概率,并可能引发巨大灾害,是我们需要时时刻刻提防的“不速之客”。

  2013年2月15日,一颗小天体坠落在俄罗斯车里雅宾斯克。据估算,该天体在进入地球大气层之前直径仅有17米。这次撞击释放了相当于45万吨TNT炸药爆炸的能量,导致1500余人受伤以及200栋建筑物受损。

  直径100米以下的近地小天体发现率不足1%

  目前,人们主要依赖地面和太空中的光学望远镜来发现近地小天体。

  据统计,截至2020年,我们对于直径1000米以上的近地小天体发现率达到了96%;已经发现的近地小行星超过了25000个。然而受观测能力所限,我们对于直径100米以下的近地小天体发现率远不足1%。

  由于这些小天体基数庞大,与地球的累积碰撞概率高,可能会对我们的生产生活带来不容忽视的伤害。因此,找出发现这类小天体的新方法迫在眉睫。

  宇宙中的小天体,一生都在与其他天体发生碰撞。早期的碰撞能产生较大的碎片,这些碎片往往围绕母天体继续运动,被称为共轨物质。它们继续碰撞,将产生越来越多更加细小的碎片。

  其中,产生的纳米级尘埃在太阳风中被电离,并且能被太阳风加速到接近太阳风的速度。在这个加速的过程中,太阳风中的行星际磁场受到影响,从而形成了“行星际磁场增强(IFE)事件”。

  IFE事件的主要特征是磁场强度成尖状增强,并且在磁场强度峰值处,磁场方向发生快速变化,这两个典型特征使得它能够与其他太阳风中的磁场结构轻易地区分开来。

  因此,我们可以利用IFE事件的空间分布特点,定位小天体碰撞频繁的区域,从而确定小天体出现的区域。

  此时,我们便可以通过射电望远镜对这些区域进行进一步观测,以发现未知的小天体;或将这些区域与已知小天体的轨道进行比较,以发现它们的共轨物质。

  比如科学家正是利用第二种方法,发现了小行星奥加托(2201 Oljato)具有一些共轨物质,而这些共轨物质在碰撞中释放的尘云,引起了0.7AU处IFE事件发生频率的空间分布不均匀;而在地球附近,编号为138175的小行星也可能具有一定的共轨物质,引发了1AU处IFE事件空间分布的不均匀。

  还可了解小天体分布的长期演化

  对IFE事件进行观测,除了揭示未知小天体的存在,还能估算这些小天体产生的尘云质量。假设尘云上游累积的磁压与太阳对尘云的万有引力相平衡,估算出的大部分尘云质量相当于直径小于100米的石块,覆盖了光学望远镜难以观测的范围。揭示出小天体的存在后,我们可以利用对行星际磁场的长期观测,了解小天体分布的长期演化。科学家发现,在近30年的时间,与小行星奥加托共轨物质相关的IFE事件数目急剧减少,模拟结果显示小行星奥加托的共轨物质在这段时间受到来自地球和金星的引力扰动,部分物质轨道将发生改变,不再与奥加托共轨。

  利用小天体碰撞产生的尘云对行星际磁场的扰动,来揭示这些小天体的存在,目前这种方法不仅发现了一些在已知的近地小天体中存在的共轨物质,还监测了这些共轨物质的长期演化。(赖海容)

[ 责编:蔡琳 ]
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