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紫金山天文臺揭示天問二號探測目標2016 HO3的軌道特性

  近期,中國科學院紫金山天文臺季江徽課題組利用光學觀測數據與自主研發的精密定軌軟件,揭示了天問二號任務探測目標近地小行星(469219) Kamo'oalewa (簡稱為2016 HO3)的軌道特性與誤差傳播規律,并估算了其雅爾科夫斯基效應。該項成果對天問二號任務的實施及科學目標的實現具有重要的科學價值,論文于近期發表在《天文學雜志》(The Astronomical Journal)。


圖1 近地小行星2016 HO3的軌道、地心距與視星等變化特征

  近地小行星的軌道與地球軌道接近或相交,存在與地球相撞的潛在風險,因此可能會對地球環境及其生物圈帶來顯著影響。迄今,天文學家已發現了33,028顆近地天體,其中直徑大于140米且距離地球軌道小于750萬千米的潛在威脅天體約有2270顆,對地球構成了最直接的威脅。另一方面,小行星是太陽系的“活化石”,記錄了“嬰兒期”太陽系的關鍵信息,蘊含了地球生命起源的重要線索,具有重要的科學研究價值。

  近地小行星2016 HO3,由美國夏威夷泛星計劃望遠鏡于2016年4月27日發現,據估其直徑約為40米,自轉周期約28分鐘。研究發現,這顆快速自轉且尺寸不大的“太空巖石”恰好位于一個非常奇特的軌道上(圖1),它不僅像其他小行星那樣環繞太陽運行,公轉周期大約為366天,從地球上看其軌道又圍繞地球運行,因此稱之為“地球準衛星”。2016 HO3也是迄今為止發現的最穩定的地球準衛星。

  我國天問二號任務將于2025年發射,擬對2016 HO3開展伴飛、采樣返回探測,以期了解其組分、結構與起源演化歷史。在任務啟動前,先期的天文觀測對于獲取其精確的運行軌道尤為重要。由于2016 HO3尺寸很小,因而其雅爾科夫斯基效應較為顯著,從而影響其軌道預報精度。研究人員利用自主研發的精密定軌軟件,詳細分析了測量數據權重,進而精密測定其軌道,估算了雅爾科夫斯基效應。研究發現,2016 HO3作為地球的一顆準衛星,其軌道誤差傳播規律與普通近地小行星存在顯著差異,在地球準衛星共振的作用下,其軌道誤差擴散速度受到明顯抑制(圖2)。


圖2 2016 HO3在不同參考系下的軌道誤差傳播

  即使考慮雅爾科夫斯基效應的不確定度,2016 HO3的軌道誤差傳播依然受到明顯抑制,其軌道特性與經歷的地球準衛星共振有關。表明該共振機制會導致2016 HO3的雅爾科夫斯基效應的測量更為困難,其他地球準衛星的小行星也存在類似軌道特征。

  論文第一作者為紫金山天文臺胡壽村副研究員。該研究得到中國科學院B類先導專項、國家自然科學基金原創性探索項目等資助。

  論文鏈接:https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/acf8cc/meta

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