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Arecibo不朽的傳奇:近地小行星的觀測資料資產

  • 上版日期:111-11-14

天文學家正式公開截至目前為止,近地小行星(near-Earth asteroids, NEAs)最大量的雷達觀測資料。研究團隊整理了阿雷西博Arecibo電波望遠鏡的觀測資料,讓我們對於近地小行星能有更多的認識,舉凡它的起源、本質、特性等等,以便未來能保護地球免於撞擊,甚至前往小行星進行採礦作業。


阿雷西博天文台擁有305公尺,曾是世界最大單一口徑的電波望遠鏡, 因維修困難終在2020年崩塌而正式退役。而它在2017年12月至2019年12月期間,所獲得了191顆近地小行星的觀測資料,經工作團隊將研究報告寫於論文發表在《行星科學期刊》。


阿雷西博天文台團隊的Flaviane Venditti博士說:「這個望遠鏡有這麼豐碩的成果,是任何其他現行的設備都望塵莫及的。」


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圖一: 16顆近地小行星的雷達影像。小行星自轉方向統一定為影像的右側為接近,左側為遠離,上方為面向地球。


天文學家常藉由光學觀測發現小行星,若再加上雷達的觀測,就更能精確地計算出小行星的距離、速度、形狀、與自轉週期。雷達觀測資料甚至可以辨識小行星表面上,直徑只有10公尺的地貌特徵。


阿雷西博團隊主要的工作是支援NASA行星防禦計畫。我們對近地小行星了解地越多,我們就越有機會將撞擊地球高風險的目標,藉由碰撞將其偏離軌道。牛津大學Ken Amor博士說:「我們對大部分的近地小行星僅略知其一,不知其二,因此需要阿雷西博對近地小行星的大量觀測。」


作為NASA的雙小行星改道測試計畫Double Asteroid Redirection Test(DART)任務的一部份,阿雷西博的雷達數據讓科學家決定要瞄準哪顆小行星。因此阿雷西博的觀測任務扮演了決定性的關鍵角色。


第一作者Anne Virkki博士將這項研究視為行星科學家的數據寶庫,在目錄中詳細列出191顆近地小行星,其中有37顆有詳細且大量的觀測資料,因此能建立目標的3D形狀模型(shape models)。由於建模需要大量的雷達數據,每建一個不僅困難也很耗時,所以通常一次發表一個結果。


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圖二:(101955) Bennu的雷達影像(左),科學家根據其資料建立3D形狀模型(右)。


形狀模型包含了許多深度的科學意義,例如:細部了解小行星的形狀,對於它如何吸收陽光與輻射尤其重要,當小行星表面被陽光加熱後,所產生的熱輻射,其方向會改變他的軌道(編按:稱為亞爾科夫斯基效應Yarkovsky Effect,對10公分至10公里大小的天體影響尤其明顯。這效應經由阿雷西博觀測小行星(6489) Golevka所證實)。


這回的研究還有幾個新發現:

小行星2011 WN15和2014 SR339具有異常高的反照率(albedo),研究人員認為,這表示他們身上富含閃亮亮的金屬。目前鮮少發現富含金屬的近地小行星,未來它們可能會成為小行星採礦的目標。


小行星2017 YE5其實是雙星系統,兩顆小行星的質量略同,是近地小行星中發現第四對擁有等質量的雙星。另外,2017 YE5似乎也是一顆D-type的小行星(反照率非常低),通常這種類型的小行星,身上多帶有有機物,且常見於主帶小行星的外側或更遠的地方。作者認為,2017 YE5可能是地球附近發現的第一顆D-type小行星。再進一步調查分析,它似乎有大量的地下冰。 當帶有水冰的小行星受到陽光的加熱,或是與其他小行星擦撞,會產生水汽的噴發,進一步改變小行星的軌道。這些有揮發物質的近地小行星,可能會改變軌道成為潛在撞擊風險的目標,因此需要天文觀測工作密切監測。


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圖三:雷達資料顯示近地小行星2017 YE5為兩顆質量略同的雙星系統。


本篇論文第一作者Virkki博士說明,這次數據公開只是剛開始:「這篇論文就像是電影的預告片,事實上,高品質的資料還需詳細分析,甚至提供資訊給未來規劃小天體的探測任務。」現在科學家僅能分析現有的觀測資料,美國國家科學基金會(the National Science Foundation) 於今年10宣布,將成立阿雷西博教育中心,電波望遠鏡不再維修與重建,阿雷西博的觀測工作正式走入歷史。(編譯/潘康嫻)


資料來源:Sky&Telescope