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紫金山天文台对4179号小行星图塔蒂斯研究取得重要进展

时间:2018-09-13 11:22 来源:未知 作者:admin

Nature出版集团旗下期刊《Scientific Reports》(科学报告)2013年12月12日在线发表了中科院紫金山天文台与多家单位共同合作研究的 成果(紫台作为通讯作者单位),利用嫦娥二号探测器对4179号小行星 图塔蒂斯飞越探测获取的 光学图像,揭示了该小行星 的 物理特性、表面特征、内部结构以及可能的 起源等新的 结果。文章题目为《The Ginger-shaped Asteroid 4179 Toutatis: New Observations from a Successful Flyby of Chang e-2》。

图塔蒂斯是一颗对地球构成潜在威胁的 近地小行星 ,在2012年之前每四年会接近一次地球。近地天体撞击地球经常发生,对地球环境、人类和其他生物圈产生重大影响。科学家估计在地球附近存在着数百万颗几十米大小的 近地天体。2013年2月15日,俄罗斯车里雅宾斯克陨石事件,就致使1200人受伤,近3000座建筑受损。这使得世界各国政府、民间团体越来越重视它们对地球和人类生存的 威胁,因此联合国于近期成立了基于国际合作的 近地天体预警网络。面对近地天体的 威胁,地面上不仅需要有专门的 望远镜组成监测预警网络对它们进行发现、跟踪与长期监测;在空间中还需要发射小行星 探测器去近距离了解其物理特性、内部结构与组成成分等,以便将来采取合理的 应对措施去减缓威胁。因此,嫦娥二号的 飞越探测则是一次重要尝试。

2012年12月13日,嫦娥二号继圆满完成探月先导技术验证既定任务和日-地L2点试验任务之后,在距地球约700万千米远的 深空,精确实现与4179号小行星 图塔蒂斯的 近距离飞越探测,成为人类历史上首次近距离造访该小行星 的 探测器,第一次获得了其高分辨率的 光学图像。在任务前期,基于嫦娥二号能力约束,研究团队精心选取了探测目标,对目标小行星 运行轨道进行了长期跟踪和研究,并实施了地基光学望远镜观测和目标精密定轨。最终采用自主发明的 逼近飞越、远离成像方案,用工程监视小相机获取了著名的 图塔蒂斯小行星 系 列彩色照片。

研究结果表明,嫦娥二号距图塔蒂斯表面最近的 距离约为770米,获得最高分辨率光学图像优于3米/像素 (图1)。基于所获取的 图像,结合探测器的 轨道与姿态信息,确定了图塔蒂斯主轴的 空间指向。从图像估算了小行星 尺寸,新的 结果表明图塔蒂斯的 长度和宽度不超过 4.75 x 1.95 ( 10%) 千米。

从嫦娥二号获取的 高分辨率图像中,研究团队发现图塔蒂斯拥有不规则形状和不平坦表面,其形似一根生姜,由较小的 一端 头部 (head)与较大的 一端 身体 (body)组成。通过分析获得了图塔蒂斯表面的 一些新特征(图2),这在以往地面雷达观测中未曾发现:在 身体 端部存在一个直径大约800米的 巨型盆地,在小行星 的 表面找到了超过50处较为明显的 、大小不一的 陨石坑,其中包括两个先后产生在同一位置附近相互有部分遮盖的 陨坑; 颈部 则以近乎垂直角度连接着 头部 和 身体 ;其表面存在超过30个有巨石特征的 区域;通过图像甚至可分辨出尺寸较小的 线状结构等特征。从其结构特征可推断图塔蒂斯很可能是一颗具有碎石堆结构的 密近双小行星 ,可能由两个独立小天体缓慢靠近形成,或是约普(YORP)效应作用的 结果, 抑或是大规模的 撞击造成。

嫦娥二号获得的 图塔蒂斯小行星 光学图像,第一次将其表面特征清晰地呈现在世人面前。中国空间技术研究院、中科院国家天文台、云南天文台、哈尔滨工业大学、北京理工大学、澳门科技大学、北京大学、台湾中央大学、美国行星 科学研究所等多家单位参与了该项研究工作,其成果对认识太阳系 中小行星 的 形成与演化与近地天体的 空间防护具有重要科学价值。

该项研究工作是探月工程(二期)的 重要成果,也是我国在此首次行星 际探测活动中,多目标新模式探测、小行星 新领域开拓的 成功尝试,工程实践与科学研究相融合的 成功范例,取得了令人惊叹的 结果和国际同行的 良好评价。2013年12月13日,在探测任务取得成功一周年之际,Nature网站()作为首页头条推介此文(图3),《Nature》中文版推荐为研究亮点(http://www.natureasia.com/zh-cn/research/highlight/8969/),全球多个知名媒体也进行了报道。

该项研究工作得到了中国科学院行星 科学重点实验室、中国科学院新兴与交叉学科布局项目与国家自然科学基金等项目资助。

《Scientific Reports》是Nature 出版集团的 一个发表原始研究工作的 期刊,在线出版,公开访问,涉及的 研究领域覆盖自然科学各个学科。

有关该研究的 详细内容请参阅Scientific Reports:

图1 2012年12月13日,嫦娥二号在飞越后对图塔蒂斯小行星 成像结果。图a-e给出探测器在远离小行星 过程中的 成像序列。图a-d中小行星 左侧部分被探测器的 太阳帆遮挡。每张图片的 成像距离(D)、成像时间(T,UTC)和分辨率(R)在图像下方给出,其中成像距离的 误差为1.1公里,图像的 分辨率与成像距离为线性关系 。

图2 图塔蒂斯表面的 各种地貌特征。 (a)在图塔蒂斯的 完整图像中标注了坑(蓝色轮廓)和巨石(红色方框)。其中有两个坑的 位置非常靠近:较小的 坑(B)似乎叠加在较大的 坑(A)之上。绿色曲线表征了小行星 的 线状结构。黑色箭头标出了表面细壤的 流向。(b)对图(a)中方框中部分图像的 放大。图中给出一个形态完整的 坑,其周围随机分布了十余个碎石。

 

图3 Nature 英文网站报道。

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