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大型天气观测望远镜可以发现更多的地球瞬变卫星

2019-11-21 14:08:53

一个众所周知的天文学惯例是地球只有一颗天然卫星,这颗卫星(有时被称为“月球”)但是,十多年来,天文学家已经知道地球也有大量的“瞬态卫星”。这些是近地天体(NEO)的子集,它们被地球的重力暂时铲起,并围绕着我们的行星运行。

根据Finish和美国天文学家小组的一项新研究,可以使用智利的大型天气观测望远镜(LSST)研究这些临时捕获的轨道卫星(TCO),该望远镜将于2020年投入使用。该研究的作者认为,作为下一代望远镜,我们将学习大量有关近地天体的知识,甚至开始对它们进行飞行任务。

这项研究最近发表在《伊卡洛斯》(Icarus)杂志上,由赫尔辛基大学物理系的博士研究生格里戈里·费多雷茨(Grigori Fedorets)领导。吕勒奥工业大学,华盛顿大学天体物理学和宇宙学数据密集研究(DIRAC)研究所以及夏威夷大学的物理学家也加入了他的行列。

TCO的概念最早是在RH120的发现和表征之后于2006年提出的,RH120是直径为2至3米(6.5至10英尺)的物体,通常绕太阳公转。每隔20年左右,它就会与地球月球系统接近,并被地球引力暂时捕获。

随后对NEO的观测,例如小行星1991 VG和流星EN130114,进一步增加了该理论的分量,并允许天文学家对TCO种群施加约束。由此得出的结论是,临时捕获的卫星来自两个种群。一方面,有TCO,在被捕获时,它们至少相当于绕地球旋转一圈。

其次,有临时捕获的飞越(TCF),在捕获过程中,其飞行时间少于一转。费多雷特和他的同事们认为,这些天体是研究和与航天器会合的有吸引力的目标,无论是立方体卫星大小的任务还是大型的航天器都可以执行样品返回任务。

首先,对这些天体的研究将使天文学家能够限制NEO的大小和频率,NEO的大小和范围从直径的十分之一到直径10米,这是人们不容易理解的。通常,这些物体太小且太微弱,以至于大多数望远镜和技术都无法有效观察。

LSST发挥了监视和研究这一类特殊的NEO的作用。由于其高分辨率和高灵敏度,预计LSST将成为发现NEO和潜在危险物体的主要工具之一,否则它们将很难被发现。正如Fedorets通过电子邮件告诉《今日世界》:

“即使对于LSST来说,绝大多数瞬变卫星都将太微弱而难以发现。但是,它将是唯一能够定期发现任何瞬变卫星的测量……LSST的特征特别适合TCO检测包括:大视野;限制幅度V = 24.7,允许检测微弱物体;具有背靠背观察的操作模式,以及最初在同一晚对同一视野进行快速跟踪,有助于快速识别-移动尾随的物体。”

一旦启动并运行,LSST望远镜将进行为期十年的调查,该调查将解决有关宇宙的结构和演化的一些最紧迫的问题。这些包括暗物质和暗能量的神秘以及银河系的形成和结构。它还将把观测时间专用于太阳系,以期希望更多地了解小行星和近地天体。

艺术家对大型天气观测望远镜的印象。图片来源:lsst.org

为了确定LSST将检测多少个TCO,该团队进行了一系列仿真。他们的工作基于Caltech的Bryce Bolin博士及其同事在2014年进行的先前研究,他们在其中评估了当前和下一代的天文设施。这项研究表明,LSST在探测瞬时卫星方面将非常有效。

对于他们的研究,Fedorets重新考虑了Bolin的工作并进行了自己的分析。他写道:“通过LSST指向模拟运行了[A]个瞬变卫星的合成种群。初步分析表明,LSST的移动物体处理系统在四年内只能识别三个物体(15个周期内进行三个探测的节奏)天),这似乎是一个很小的数目,因此我们进行了额外的分析,我们选择了至少包含两个观测值的所有观测值,并通过MOPS替代方法进行了轨道确定和轨道链接。月球候选人数量增加了一个数量级。”

最终,Fedorets和他的团队得出结论,使用LSST和现代自动小行星识别软件-特别是移动物体处理系统(MOPS)-每年可以发现一次TCO。如果专门开发了其他软件工具来识别可以补充基准MOPS的TCO,则该比率可以每两个月增加到一个TCO。

最终,由于多种原因,对TCO的研究将对天文学家有益。首先,对较大的小行星和较小的小行星(小流星经常在地球大气层燃烧)的研究之间存在差距。介于两者之间的直径通常在1至40米(约3至130英尺)之间的直径,目前没有受到很好的限制。

费多雷特斯说:“瞬态卫星是一个很好的种群,可以限制该大小范围,因为在那些大小范围内,它们应该定期出现并被LSST探测到。” “此外,TCO是(现场)任务的出色目标。它们已“免费”交付到地球附近。因此,到达它们所需的燃料相对较少。潜在的任务可以设计为原位飞越任务(例如CubeSat类),或作为小行星资源利用的第一步。”

研究这些物体的另一个好处是,它们将帮助天文学家更好地了解潜在危险物体(PHO)。该术语用于描述周期性越过地球轨道并有碰撞危险的小行星。尽管它们具有与TCO相似的观测特征,但仅凭它们的轨道就可以辨别它们。

当然,Fedorets强调说,尽管TCO在地心轨道上花费了数月之久,但研究其中一个轨道的可能任务本质上必须是快速响应的。幸运的是,欧空局正在以其彗星拦截器的形式开发这种任务,它将被发射到稳定的冬眠轨道,并在彗星或小行星进入地球轨道后被激活。

对地球临时卫星,潜在危险物体和近地小行星的更多了解仅仅是下一代望远镜(如LSST)有望带来的众多好处之一。这些仪器不仅使天文学家能够看得更远,更清晰,从而扩大了我们对太阳系和宇宙的了解,还可以确保我们作为一个物种的长期生存。

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