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紫金山天文台等揭示(349)Dembowska小行星热物理特性
2017年12月28日

  2017年12月,Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (《英国皇家天文学会月刊》)发表了中科院紫金山天文台季江徽课题组与其合作者的关于主带小行星(349)Dembowska表面热物理性质的研究成果,揭示了该小行星表面基本热物理信息,并估计了其含有水冰的可能性。这些研究成果对深入了解小行星的形成与演化具有重要科学意义,还立足于我国将来开展小行星深空探测任务夯实基础。

  小行星绝大多数分布于火星和木星轨道之间的主带区域。小行星上可能蕴含了地球生命和水体起源的重要线索,同时也蕴藏着太阳系形成初期的原始信息,无疑具有极其重要的科学研究价值。(349)Dembowska小行星最早发现于1892年12月9日,是一颗主带小行星,它很亮,自转很快,自转轴与轨道面的夹角很小;它的近红外反射光谱与灶神星的光谱十分相似,所以可能发生过熔融分异的历史。它的轨道半长径为2.92379 AU,靠近太阳系“雪线”,因而可能有水冰的存在。但是,至今为止,人们对于这颗小行星的基本物理信息仍不是很确定。因此该小行星倍受国际上天文研究机构的关注。

  紫金山天文台行星科学团队建立了目前国际上先进小行星热物理模型(Advanced Thermophysical Model),在小行星热物理研究方面取得系列显著的科研成果。在前期工作中,研究了美国小行星采样返回探测任务OSIRIS-Rex的探测对象近地小行星(101955) Bennu(Yu & Ji 2015,MNRAS)(将在2018年造访该小行星,2023年采样返回地球),揭示其表面可能大部分区域为表壤所覆盖,该工作很大程度上支持了OSIRIS-REx任务Touch-And-Go采样机制的可行性;研究了近地双小行星(175706)1996 FG3 (Yu , Ji & Wang 2014,MNRAS)(反射光谱特征与CM群碳质球粒陨石一致,类似于Murchison陨石,富含有机物和水),获取其三维形状模型并揭示其表面热物理特征; 还研究了对地球构成潜在威胁的近地小行星(99942)Apophis(Yu, Ji & Ip 2017, RAA)(在已发现的1万7千多颗近地小行星中,该小行星危险性位居前十,在2029年与地球最近距离为3万9千千米),发现其表面存在表壤,可能由于Yarkovsky 效应将其转运到地球附近。

  在本项研究中,科研人员基于国际空间红外卫星的探测数据(IRAS, AKARI, WISE)及地基Subaru望远镜的实测热红外数据共四组,获得Dembowska表面热惯量,粗糙度,反照率等基本热物理信息,模拟了Dembowska在任意轨道时刻的表面及次表面温度环境(图1)。研究结果给出:Dembowska表面南北两极温度变化较大为40~220 K,呈现了明显的季节变化;赤道温度变化较小为150~180 K,但都有很长时间温度高于150 K,所以表面不太可能保存水冰(图2);在Dembowska南北次表层30-50 cm以下,温度可保持在120-160 K,水冰可以维持稳定存在。

  这些研究成果不仅丰富了这颗小行星的基本物理信息,研究方法将来还可应用于我国未来的小行星深空探测任务,不仅能提供探测对象的表面反照率、粗糙度及热惯量等关键科学参数,还对认知深空探测器的临近辐射环境和附着与采样环境、为科学载荷的设计与研制等提供重要的工程应用价值。

  该工作合作者包括澳门科技大学、云南天文台、欧洲南方天文台及台湾中央大学的研究人员。该项研究工作得到了中国科学院行星科学重点实验室、国家自然科学基金国际(地区)合作与交流项目与重点项目(11661161013, 11633009)等的资助。

  文章链接: https://academic.oup.com/mnras/article-abstract/472/2/2388/4161481?redirectedFrom=fulltext

(撰稿: 季江徽)

图1:Dembowska轨道不同时刻的表面光照和温度分布

图2:Dembowska次表层温度分布

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