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現并推斷出撞擊的發生，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1000萬年發生一次，直徑大于 6000米的小行星撞擊地球，上億年才可能發生一次。盡管幾率很低，我們也不能放松監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的照片，多幅照片疊加比較，判別有無移動目標，從而發現了大批小行星。再后來隨著電子技術的發展，CCD數碼相機作為望遠鏡的后端設備，大大提高了發現新天體的速度。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生改變的目標都搜索出來，然后再進行人工判別，區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、聯系方式、當地經緯度、測量日期與時間等），打包用附件形式發送到郵箱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！