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NEOWISE 公布近地天体计划成果:那地球安全吗?



《彗星撞地球》与《世界末日》这些经典电影,除了让我们一饱眼福,也让人开始担心电影情节会否成真,会不会真有一天有颗彗星坠入海中引起大海啸?会不会有颗陨石无缘无故坠入市中心引发灾难?孩子会问这些问题,科学家也在问这些问题。

最近,科学家有「两个好消息与一个坏消息」要告诉大家,让笔者先解释一下再说这些消息是什么吧。

近地天体

太空可不是只有明亮的星星与海报出现的巨大行星,还有许多太阳系形成初期就散布各处的「小行星」,以及由松软岩石组成的彗星。其中小行星大多汇聚在火星与木星轨道间的「小行星带」(Asteroid belt),剩下的小行星与彗星,有一小部分轨道与地球相近,称作「近地天体」(Near-Earth objects,NEOs),少部分近地天体有较大机率对地球构成潜在威胁,称做「潜在风险小行星」(Potentially hazardous asteroids,PHAs)。对科学家来说,找到并监控这些潜在风险小行星有两大难处,第一它们通常只有几百米至数公里大小,且许多组成成分又相当不反光,所以增加侦测的困难度。另外,这些小天体常会受经过附近行星重力影响,改变轨道,也许有天就朝着地球而来,相当难预测。

目前,国际天文学会(IAU)旗下有「微行星中心」(Minor Planet Center,MPC),负责统整各近地天体资料,可说是监控地球安全的保护网。除此之外,也有许许多多近地天体计划,希望填补侦测微小与微弱近地天体的缺口。

NEOWISE 近地天体计划

NEOWISE 就是较有名的近地天体计划之一。NEOWISE 由两个字组成,NEO 就是近地天体之意,WISE 则是「广域红外线巡天探测卫星」(Wide-field Infrared Survey Explorer)缩写。简单来说,NEOWISE 是运用 WISE 卫星探测近地天体的计划。

WISE 卫星其实不只探测近地天体,也对红外线天文学有重要贡献。WISE 是由直径 40 厘米的望远镜组成,体积虽小,但放到太空有相当足够的灵敏度。它最为人所知的贡献是红外线「巡天」,也就是为整个天空拍下数次红外线影像。天文学家运用这些影像,找到可见光相当微弱的天体、红外线星爆星系、星际间介质与尘埃、彗星,当然还有近地天体。

▲ WISE 卫星的长相。背景有主要观测对象,包含小行星、彗星与遥远星系。

WISE 在 2009 年 12 月发射升空,运行一年多后,2011 年 2 月进入冬眠模式(hibernation)。2013 年 12 月,为了 NEOWISE 计划,科学家唤醒 WISE,正式开始有系统的寻找近地天体。巧的是,NEO 除了是近地小行星之意,更是拉丁文「新」的意思。

红外线与近地天体

前面提到近地天体除了体积小,组成成分也会大量吸收可见光,反射光很少所以看起来很暗,一般可见光天文望远镜几乎难以侦测到,幸运的是,比较暗深的物体率吸收太阳辐射很有效率,并以红外线方式发射出来。所以运用红外线天文望远镜如 WISE,更容易侦测到这些天体。

下图就是 NEOWISE 计划发现的近地天体之一。图背景是红外线波段的「假色」星空,蓝色圆圈所示就是近地天体随时间移动的轨迹。下方蓝色框框所示,是轨迹之一的放大图。我们可以得到两项资讯:近地天体因距离地球近,所以相对背景星空,移动也相对迅速。另外在红外线「假色」图,近地天体颜色偏红,这代表含丰富尘埃,就算在红外线下也「看起来很红」。

▲ NEOWISE 观测到的近地天体随时间移动的轨迹(蓝圈所示,为同个近地天体不同时间的影像叠加)。蓝框内为影像之一放大图。

每当 NEOWISE 侦测到类似近地天体,科学家就会计算各项物理性质,为了地球的安全与时间赛跑。如轨道、体积、反射率、组成物质、其他各项热力学性质,都是了解它们「潜在危险性」的重要数据。每当确认性质,NEOWISE 就会向「微行星中心」登录每颗近地天体,甚至很偶尔登录为「潜在风险小行星」,为地球安全监控系统的防护网尽一份心力。

两个好消息与一个坏消息

NEOWISE 计划从 2013 年底到现在,6 年多总共侦测 15 万颗以上小行星,当中约 700 颗为近地天体。约 3.4 万颗小行星为 NEOWISE 发现,有 135 颗是近地天体。此外 NEOWISE 侦测到 155 颗彗星,其中 21 颗为新发现。

下图为截至 2019 年 12 月 14 日,NEOWISE 资料库包含的地球附近天体。灰色圆点是火星轨道外的「小行星带」小行星,绿色圆圈为近地小行星,黄色方块为彗星,由内到外的蓝、青色圈圈为水星、金星、地球与火星轨道。

▲ NEOWISE 于 2019 年 12 月 14 日所得的观测结果模拟图。绿色圆圈为归类为近地天体的小行星。

可看出地球附近的天体有多「热闹」,许多在火星轨道外围的小行星,虽然现在还算远,但轨道算出来与地球相近,所以也加入近地天体的行列。

分析完众多近地天体后,NEOWISE 团队宣布「两个好消息、一个坏消息」:

  1. 已找到 93% 左右直径大于 1 公里的近地小行星。
  2. 原先预估有约 3.6 万颗直径 100 米以上的近地天体存在,新数据显示只约 2 万颗。
  3. 虽然比预估少,但不代表没有,仍需寻找约 1.5 万颗直径 100 米以上的近地天体。

衷心希望,完全找到 1.5 万颗近地天体前,地球仍然是最安全的家。

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