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紫金山天文台等对图塔蒂斯小行星研究又获重要进展
2015-11-04| 【 【打印】【关闭】

  Nature出版集团旗下期刊《Scientific Reports》(《科学报告》)于11月2日在线发表了中科院紫金山天文台与院行星科学重点实验室的季江徽课题组与中国空间技术研究院黄江川研究员、澳门科技大学与台湾中央大学叶永烜教授、美国西南研究所Simone Marchi博士等关于4179号小行星图塔蒂斯最新合作研究成果,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。

  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。

  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(图1)。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)(图2),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(图3)。与日本隼鸟号探测的丝川小行星(Itokawa)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。

  该工作的第一编辑是紫台蒋云副研究员。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(B类)、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。

  此前,紫台等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)。

  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(http://www.natureasia.com/zh-cn/research/highlight/8969/)-“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(ACM2014,该系列会议是太阳系小天体领域的顶级国际会议,每三年召开一次)大会特邀报告;相关工作在2015年第29届国际天文学联合会(IAU)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(二期)的重要成果。

  《Scientific Reports》是Nature 出版集团的一个发表原始研究工作的期刊,在线出版,公开访问,涉及的研究领域覆盖自然科学各个学科。

  有关该研究的详细内容请参阅Scientific Reports: http://www.nature.com/articles/srep16029

图1 图塔蒂斯小行星的光学图像(a-c)。R和D分别表示图像的分辨率和成像距离。d 为图塔蒂斯的素描轮廓图,显示了识别出的200多个碎石的表面分布位置。

图2 图塔蒂斯小行星碎石的大小频率分布图。

图3 撞击坑的大小频率分布图揭示图塔蒂斯表面撞击坑的保留年龄约为1.6±0.3 Gyr。 

(信息来源:中科院紫金山天文台) 

 
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