摄山天文台等文告图塔蒂斯小行星表面碎石分布特征【澳门金沙4787.com】

Nature出版集团旗下期刊Scientific
Reports
于11月2日在线发表了中国科学院紫金山天文台与中国科学院行星科学重点实验室季江徽课题组以及中国空间技术研究院研究员黄江川、澳门科技大学与台湾中央大学教授叶永烜、美国西南研究所博士Simone
Marchi等关于4179号小行星图塔蒂斯的最新合作研究成果,论文题为Boulders on
asteroid Toutatis as observed by
Chang’e-2
。该项研究是基于我国嫦娥二号飞越探测数据的深度挖掘,揭示了图塔蒂斯小行星表面的碎石分布特征,对其形成与演化具有重要科学意义。

7月21日,《英国皇家天文学会月刊》(Monthly Notices of the Royal
Astronomical
Society
)发表了中国科学院紫金山天文台季江徽课题组与其合作者基于嫦娥二号探测数据对近地小行星图塔蒂斯形成机制的最新研究成果,揭示了在地球潮汐效应作用下可形成该小行星延展型双瓣结构。该项成果对深入了解近地双小行星的形成与演化具有重要科学意义。

图塔蒂斯是目前最大的一颗对地球构成潜在威胁的近地天体,在2012年之前每四年会接近一次地球。近地天体撞击地球时常发生,2013年2月15日,俄罗斯车里雅宾斯克陨石事件,致使1200人受伤,近3000座建筑受损。据估计在地球附近存在数百万颗几十米大小未被发现的近地天体,它们构成了地球与人类生存的长期隐患。因此,组建地基与空基跟踪监测网开展近地天体预警显得尤为必要和紧迫;同时嫦娥二号的飞越探测及未来的小行星深空探测亦有助于了解其基本特性,便于将来采取有效的应对措施来消除威胁。

图塔蒂斯是对地球构成潜在威胁的最大近地天体,在2012年之前每4年会接近一次地球,因此一直以来为国际社会所广为关注。据估计,地球附近存在数百万颗几十米大小但未被发现的近地天体,对人类生存形成长期隐患。2012年12月13日,我国嫦娥二号探测器在完成既定任务后在距地球约700万千米远的深空,以10.73
km/s的相对速度近距离飞越了图塔蒂斯,获得了一系列高精度光学图像,发现图塔蒂斯具有双瓣结构-由较小一端的“头部”与较大一端的“身体”组成,即为一颗近地接触双小行星。近年来大量天文观测表明,直径大于200米的近地小行星中大约14%属于该类接触双小行星,其基本特征是呈现双瓣结构,由两部分构成。因此,如何形成这种非常有趣的双瓣结构的小行星是一个值得关注的科学问题。

在该项工作中,研究人员利用嫦娥二号探测数据,在图塔蒂斯小行星表面共识别出200多个碎石,大小从10米到61米不等。对碎石的累积大小频率分布统计显示,它们呈现较陡的斜率(-4.4
±
0.1),表明自形成以后遭受了较高程度的破碎过程,或来自后续撞击改造,或来自小行星表面昼夜温差变化引起的热疲劳(Thermal
fatigue)。研究表明,大部分大于20米的碎石不是小行星表面撞击过程形成的溅射物,而是图塔蒂斯小行星母体形成时的残留碎片。这为其碎石堆(Rubble-pile)的结构成因提供了有力的证据。此外,撞击坑的累积大小频率分布图显示,图塔蒂斯表面的撞击坑保留年龄约为16亿年。与日本隼鸟号探测的丝川小行星相比,同样作为近地小天体,图塔蒂斯和丝川小行星表面的碎石均相对均匀分布,而不是集中在撞击坑的周围。不同的是,图塔蒂斯表面的碎石分布斜率陡得多,可能与热疲劳过程有关。该项成果为研究小行星的形成演化和撞击历史提供了重要线索。

在研究中,研究人员提出一种图塔蒂斯形成的新机制:假设最初图塔蒂斯的“母体”是一颗双小行星,即由主星与卫星组成,它们相互之间潮汐锁定。由于图塔蒂斯的轨道倾角很小,在太阳系绕日轨道运行中它有较大概率近距飞越地球,因此地球引力影响了主星和卫星的轨道同时地球的潮汐作用使其形状发生变形,结果导致卫星轨道失稳而与主星发生低速碰撞,最后两者并合后形成了图塔蒂斯目前形状特征-双瓣延展型结构。在该项研究中,科研团队基于散体力学软球离散元接触模型,利用N体模拟方法开展了大量数值计算,揭示了该小行星的形成过程。这些研究表明行星潮汐效应在近地小行星形成演化中起到重要作用,阐明了分离双小行星与接触双小行星之间的联系,可为我国未来小行星深空探测任务科学目标提供科学依据。

该工作的第一作者是紫金山天文台副研究员蒋云。此项研究得到了中国科学院行星科学重点实验室、中国科学院天文战略性先导科技专项、中国科学院新兴与交叉学科布局项目、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金等项目资助。

长期以来,紫金山天文台行星科学团队立足于基础研究,与合作者持之以恒深度挖掘嫦娥二号探测数据,揭示了图塔蒂斯小行星的物理特性、表面特征、内部结构与形成机理(Huang,
Ji & Ye et al.2013, Scientific
Reports
);发现图塔蒂斯小行星表面大部分碎石来源于早期母体形成时的残留碎片,获得其表面撞击坑保留年龄约为16亿年(Jiang,
Ji,Huang et al.2015, Scientific
Reports
);揭示了其自转轴与角动量轴之间的较大夹角导致该小行星在空间中“翻跟头”(Zhao,
Ji,Huang et al. 2015, MNRAS)。

此前,紫金山天文台等的研究人员还基于嫦娥二号数据,深入开展了图塔蒂斯小行星自转动力学的研究。结合地基雷达形状模型,利用空间光学图像数据较精确给出了图塔蒂斯自转轴在空间的指向,揭示了其自转轴与角动量轴之间的较大夹角导致该小行星在空间中“翻跟头”。研究成果发表在Monthly
Notices of the Royal Astronomical Society

(《英国皇家天文学会月刊》)上(Zhao, Ji & Huang et al.2015, MNRAS)。

图塔蒂斯系列研究成果在国内外取得了很好的反响:在2014年第十二届“小行星、彗星和流星”国际会议作大会特邀报告,于2016年在第十七届“中美Kavli前沿科学研讨会”作大会特邀主题报告,在每10年出版一期的国际小行星综述专著Asteroid
IV中大篇幅介绍与引用,入选“2013年度十大天文科技进展”,入选《国家自然科学基金资助项目优秀成果选编》,入选“十八大”以来中科院创新成果展。

2012年12月13日,我国嫦娥二号探测器成功飞越了图塔蒂斯小行星,首次获得该小行星高分辨率光学图像。在嫦娥二号拓展任务前期,紫金山天文台研究团队精确确定图塔蒂斯轨道,定轨结果直接应用于拓展任务中,使得嫦娥二号实现与图塔蒂斯的千米级飞越探测。该项研究工作入选“2012年度十大天文科技进展”。进而,研究人员揭示了图塔蒂斯小行星的物理特性、表面特征、内部结构与形成机理(Huang,
Ji & Ye et al.2013, Scientific Reports),Nature
中文版推荐为研究亮点——《天文学:与一个近地小行星的近距离接触》。研究成果入选“2013年度十大天文科技进展”,并入选2014年在芬兰赫尔辛基举行的第十二届“小行星、彗星和流星”国际会议大会特邀报告;相关工作在2015年第29届国际天文学联合会会议上做口头报告,受到国际同行的高度关注。该系列研究工作是探月工程的重要成果。

该工作的第一作者为紫金山天文台博士胡寿村,合作者包括美国马里兰大学和清华大学的研究人员,该项研究工作得到了国家自然科学基金项目(11473073,
11503091, 11661161013, 11633009,
11673072)、中科院创新交叉团队、中科院行星科学重点实验室等资助。

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