來源:中國國家天文

1994年的舒梅克-列維9號彗星撞擊木星事件,讓人類開始意識到地球也可能會遭受近地小行星的撞擊。因此,如何提前發現並監測有可能撞擊地球的近地小行星,成爲一個關乎人類命運的現實問題。

1995年,在聯合國大廈舉行了一個國際學術會議,研討如何減緩近地天體對地球的潛在威脅。自此之後,科研人員開始利用現有望遠鏡或者新建望遠鏡以開展對近地小行星的普查,希望在之後的10年裏掌握這些近地小行星的數量、大小以及撞擊概率等信息。

在美國,NASA先後支持了多個項目以應對近地小行星的威脅。其中發現Aten的天文學家赫林領導了近地小行星跟蹤項目(NEAT),於2015年12月率先使用位於夏威夷毛伊島上的1米望遠鏡和前照CCD相機開展了近地小行星搜尋項目,2001年開始又使用帕洛瑪天文臺1.2米望遠鏡和CCD相機用於近地小行星搜尋,該項目到2007年結束,累計發現444顆近地天體。

另一方面,美國林肯實驗室、美國空軍和NASA合作開展林肯近地天體研究(LINEAR)項目。該項目使用美國空軍在新墨西哥州白沙靶場的1米望遠鏡和背照式CCD相機進行近地小行星搜尋,由於背照式CCD相機的靈敏度比前照式CCD相機要高,LINER項目探測極限更深,因此在1997年到2011年期間累計發現了2600多個近地小行星。

此後,同樣在美國NASA的資助下,洛厄爾天文臺的鮑威爾領導了洛厄爾近地天體搜索(LONEOS)項目,使用0.6米望遠鏡和CCD相機開展近地小行星搜尋,1998年到2008年期間發現了290個近地小行星。另外,亞利桑那大學的天文學家麥克米蘭領導的太空監測計劃(Spacewatch),自1980年以來一直使用基特峯上多臺0.9米到2.4米望遠鏡致力於太陽系小行星的觀測和研究,1997年之後使用1.8米的Spacewatch望遠鏡用於近地小行星搜尋,是目前仍然在運行的近地小行星搜尋項目之一,累計發現850多顆近地小行星。

太空監測計劃(Spacewatch)的0.9米望遠鏡,該計劃自1980年開展太陽系小行星的觀測和研究,是目前仍然在運行的近地小行星搜尋項目之一。版權/Spacewatch

目前,國際上運行的大型近地小行星搜尋項目還有卡塔琳娜巡天、泛星巡天、ATLAS巡天。這三個近地小行星巡天系統各有特色,其中卡塔琳娜巡天由亞利桑那大學的克里斯藤森負責,主要使用3臺不同類型的望遠鏡開展近地小行星搜尋,其中一臺1.5米口徑的望遠鏡是其主力巡天設備,具有深度搜尋功能;另一臺0.7米望遠鏡具有極大的觀測視場,具備近地天體搜尋的廣度;還有一臺1米望遠鏡,隨時對新發現目標進行跟蹤監測,以證認新發現的軌道類型並評估是否會撞擊地球。現代的近地小行星探測技術相比Apollo發現時期,由於CCD探測器和計算機技術的發展,連續3個觀測夜的數據足以確定出比較準確的地小行星軌道。卡塔琳娜巡天系統已累計發現一萬三千多顆近地小行星,成爲近地天體監測領域的絕對主力。

泛星計劃是由夏威夷大學、林肯實驗室、美國空軍等多家機構合作的一個巡天項目,包括4臺1.8米的望遠鏡,具備深度探測能力,目前已有兩臺投入運行。泛星計劃面向多個科學和應用領域,近地小行星的搜索發現是其中一個重要科學目標。自2009年開展近地小行星搜尋以來,累計發現8000多顆近地小行星。

泛星計劃包括4臺1.8米望遠鏡,具備深度探測能力,面向多個科學和應用領域,近地小行星的搜索發現是其中一個重要科學目標。2009年以來,累計發現8000多顆近地小行星。版權/Pan-STARRS

ALTAS項目是由夏威夷大學的託尼負責。與託尼一樣,ALTAS的團隊成員大部分來自泛星項目。他們打造一套與泛星巡天系統截然不同的“近地小行星撞擊地球末端預警系統”。該系統設計了4臺0.5米口徑超大視場望遠鏡,分別部署在夏威夷兩島、智利、南非4個天文臺站,每晚可實現全天區掃描,以搜尋即將撞擊地球的近地小行星。自2015年首臺運行以來,累計發現720多顆近地小行星,目前4臺陸續都投入運行,由於主打巡天搜索的廣度,與專注於深度巡天的泛星系統形成互補。

除此之外,還有美國的1.2米新茲維基瞬態望遠鏡(ZTF)、日本的1.05米施密特望遠鏡都配置了超大靶面的探測器,在近地天體監測預警領域也發揮了重要作用。美國3.5米的SST望遠鏡,在搬遷到澳大利亞前的2015年-2017年期間,也嘗試過近地小行星搜尋工作,發現了139個近地小行星。美國的0.4米天基紅外望遠鏡(WISE),在製冷劑耗盡之後成功轉型成NEOWISE,累計發現340多顆近地小行星,成爲目前唯一的天基近地小行星監測設備。

1951年,我國天文學家張鈺哲先生在紫金山天文臺使用60釐米望遠鏡對近地小行星愛神星進行了監測,這是我國最早的近地小行星觀測記錄。直到20世紀80年代,紫金山天文臺開始持續使用60釐米望遠鏡和40釐米望遠鏡開展近地小行星的監測。

1995年開始,我國利用興隆觀測站的60/90釐米施密特望遠鏡開展了近地小行星搜尋。版權/國家天文臺興隆觀測站

彗木相撞事件之後,我國也啓動了兩個新的近地天體巡天項目。1995年,原北京天文臺朱進等天文學家使用河北興隆觀測站的60/90釐米施密特望遠鏡和CCD相機開展了近地小行星搜尋,項目持續了4年,累計發現5顆近地小行星。與此同時,紫金山天文臺張家祥、楊捷興、汪琦研究員等人開始籌建我國近地天體巡天望遠鏡(CNEOST)。2006年CNEOST望遠鏡建成,由趙海斌研究員負責運行近地小行星搜尋項目,累計發現28顆近地小行星。

紫金山天文臺的近地天體巡天望遠鏡內景。來源/紫金山天文臺

在可期的未來,近地天體監測預警領域有着兩個重要契機。首先,近地天體防禦逐步被世界各航天大國及地區所重視,新一代近地天體巡天望遠鏡正在建設,例如歐空局的Fly-eye項目。其次,時域天文學的發展帶來新的大型巡天設備,例如美國的大型綜合巡天望遠鏡(LSST),中國科學技術大學和紫金山天文臺聯合建造的大視場巡天望遠鏡(WFST)等,近地天體的觀測研究必將從中受益。

作者簡介 /

李彬,助理研究員,中國科學院紫金山天文臺近地天體探測和太陽系天體研究團組成員,主要從事太陽系近地小行星的觀測和數據處理分析工作,研究領域包括近地天體搜尋,小行星理化特性反演等。

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