近地天体

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介绍

在我们太阳系历史的最初10亿年中，撞击是非常普遍的。人们只需要看看月球表面就可以知道有多少撞击。事实上，小行星与早期地球的碰撞可能是向我们的星球供水的关键（例如，Daly&Schultz，2018），正如我们所知，这使得生命得以存在。数十亿年后的今天，太阳系内部小天体的流入量要低得多。那些被称为近地天体（NEO）的天体。 

从形式上讲，近地天体是指彗星或小行星（尤其指近地小行星或NEA）在1.3天文单位太阳的（au）-这比地球轨道的平均半径略远轨道周期或者轨道半长轴以避免包含周期较长的物体（例如接近太阳的彗星）。近地天体通常只在太阳系的这一区域运行一小段时间（由于大多数近地天体撞击太阳，它们的平均寿命仅为1000万年左右）。尽管如此，它们的数量仍在不断补充，并通过动力机制将小行星从火星和木星之间的主要小行星带运送到地球区域，从而保持稳定状态。

根据物体当前的轨道，有四类不同的近地天体。然而，当行星飞越或非重力改变其轨道时，单个物体可以从一类移动到另一类。这些类别如图1所示。阿莫尔级和阿波罗级近地天体数量最多；这些国家占已知国家经济区的90%以上（JPL，2023a）。阿波罗（Apollo）和阿滕（Aten）近地天体（NEA）都有跨地球轨道，尽管这种命名并不一定会对地球上的生命造成危害。 

要被归类为“潜在危险物体”（PHO），NEA必须位于阿波罗（Apollo）或阿滕（Aten）轨道上，直径必须大于140米，并且必须行驶到地球轨道上任何地方的0.05 au范围内。大多数已知PHO是小行星：目前有已知PHA（JPL，2023a）。请注意，“潜在危险物体”并不一定意味着该物体将在可预见的未来影响地球。这仅仅意味着我们应该特别注意这些，因为（1）这些物体比大多数近地天体更接近地球轨道；和（2）在不可能的一旦发生影响，其结果将具有全球影响。

图1：近地小行星的四个轨道族。图片来源：JPL提供的原始图片。

观测近地天体

从地球上观察到，近地物体相对于背景天空的移动速度通常比更远的物体更快。当观察者发现物体相对于背景移动时，他们会将信息（天空上的位置和观察时间）发送给IAU小行星中心（MPC），位于美国马萨诸塞州剑桥市史密森天体物理天文台。大多数观测者将试图在夜间获得至少三组观测结果。MPC将接收到的该天体的所有数据进行组合，计算并实时公布其轨道。因为只有非常初步的轨道才能从一晚的数据中确定，所以必须进行更多的观测——而且要快MPC精确计算轨道并在MPC电子通告（MPEC）货币政策委员会并不是唯一从事这项工作的机构：美国美国国家航空航天局 喷气推进实验室（美国国家航空航天局/喷气推进实验室）还计算了新发现但尚未确认的近地天体在近期的轨道，并为可能的撞击物提供警告。

 

图2：1980年至今发现的近地天体数量。图片来源：JPL（2023a）

近年来，几项全天候调查已经上线，以便在近地物体经过地球时对其进行定位和跟踪。因此，近地天体的数量似乎急剧增加（见图2）。然而，这仅仅是因为有了更好的设备来观察它们。无数地面和天基观察方案来自世界各地的目标是发现、跟踪和了解近地天体。 

目前，世界各地正在制作许多方案，以帮助扫描夜空寻找近地天体。例如，当它运行时维拉·C·鲁宾天文台计划进行空间和时间遗留调查（LSST）。此次调查将使用世界上最大的天文相机（完成时），至少每三天扫描一次智利可见的整个夜空。另一个例子来自欧洲航天局（European Space Agency），该局正在建立一个天文台网络，能够在一个晚上观测整个天空。已命名Flyee飞眼该项目的光学设计灵感来自一只苍蝇的复眼，它可以同时朝多个方向看。 

还有一些重大项目将迎接来自太空的挑战。例如，美国国家航空航天局（NASA）启动了一项新的空间任务，专门用于探测、跟踪近地物体并确定其特征：近地天体测量员这将是第一台专门用于发现小行星和彗星的太空望远镜，其设计目标是发现90%以上的PHA。近地天体测量员将在近地天体最亮的波长（红外）进行观测，并将不迟于2028年6月发射，以进行为期5年的天空调查。预计该航天器将在其调查期间发现数十万近地天体、主带上数百万小行星和数千颗彗星，大大扩大了我们对近地天体的普查。通过红外观察，近地天体测量员还将获得测量每颗小行星大小所需的数据，这是限制该物体在撞击地球时对地球造成危害的关键组成部分。 

NEO风险确定

天文学家有两种尺度来确定近地天体的风险：都灵尺度和巴勒莫技术影响危险尺度。 

都灵尺度（Morrison等人，2009年）描绘了近地天体相关风险的概貌。它基于撞击概率（物体撞击地球或大气层的可能性）和动能（这取决于物体移动的速度和质量）。该等级范围为0至10，其中0表示无危险，10表示可能产生灾难性全球影响的特定影响。虽然每年都会有几个NEA在都灵赛道上被初步归类为1级（正常），但随着这些目标的数据越来越多，它们通常会在适当的时候被降级为0级。截至本文撰写之日，有1个近地天体的评级高于都灵等级的0级（JPL，2023b）。

信贷：根据莫里森等人（2004），图16.2

与都灵尺度相比，巴勒莫尺度（Chelsey等人，2002）提供了有关近地天体相关风险的更准确信息。巴勒莫技术撞击危险等级将撞击概率及其动能与类似大小物体撞击地球的背景频率进行比较。这个背景水平可以被认为是一种现状近地天体撞击：它使我们能够了解特定大小物体的整个种群在长时间内的行为。 

由于近地天体总体的大小范围很广，速度范围也很广，因此这种比较可以得出范围很广的数字。因此，巴勒莫尺度最常在对数尺度上讨论。这种缩放有助于科学家注意到数据集中包含大量数字的模式。巴勒莫尺度为-2的近地天体为1%（或10-2)发生概率与随机背景事件相同，巴勒莫尺度为0的近地天体发生概率与发生随机背景事件的概率相同。大多数情况下，近地天体的巴勒莫尺度介于-2和0之间。巴勒莫量表的正分数表明天文学家应该继续关注。截至本文撰写之日，在巴勒莫尺度（JPL，2023b）上，没有任何近地天体排名高于0。

行星防御

国际天文学联盟（天文学联盟）有自己的近地天体工作组，由高度参与专门项目和机构的国际专家组成。自20世纪90年代初以来联合国空间事务厅（UNOOSA）和联合国和平利用外层空间委员会（外空委）召集了国际合作伙伴“确保在发现、监测潜在危险近地物体并对其进行物理特征描述方面进行国际信息共享，以期使所有国家，特别是预测和减轻近地物体影响能力有限的发展中国家，意识到潜在的影响威胁”（联合国，2018年）。根据他们的建议和工作队，2013年成立了国际小行星预警网和空间任务规划咨询小组。

每两年，国际社会都会在行星防御会议（由联合国外层空间事务厅)介绍致力于此主题的各种活动的最新进展。在这次会议期间，专家们必须进行一次演习，在演习期间，他们必须缓解一个模拟的假想威胁，使他们能够衡量自己的准备程度。

国际小行星预警网

这个国际小行星预警网（IAWN）旨在协调国际上探测、观测和表征近地天体的工作。其任务的一个重要部分是制定全面的通信计划，确保其所有成员在紧急情况下都能获得最新信息。他们还与各国政府合作，提出政策建议并规划缓解影响的对策。迄今为止，IAWN有来自北美、南美、欧洲和亚洲的代表。

空间任务规划咨询小组

IAWN专注于地球表面的观测和通信空间任务规划咨询小组（SMPAG）为太空研究和任务提出建议。他们的工作范围之一是协调国际努力，以产生行星防御方面的新研究和技术。IAWN和SMPAG共同为全球理事机构制定政策建议和防御战略。

缓解措施

世界航天机构正在寻找直接的方法来先发制人地保护地球免受天文威胁。NASA、欧洲航天局（ESA），以及中国国家航天局（CNSA）计划加强其天基行星防御。以下只是正在进行的工作的几个例子。

DART和Hera

2021年11月，美国国家航空航天局（NASA）推出了双星重定向测试（DART）测试小行星偏转方法，称为动能撞击器技术（Rivkin等人，2021年）。不到一年后，这艘质量约570公斤的太空船以6公里/秒的速度故意与小行星卫星迪迪莫斯（Didymos）相撞。组织了一场国际地面和太空观测活动，于2022年9月26日23:14 UTC观测这一事件。虽然这一事件发生在距离地球约1100万公里的地方，但天文学家能够测量出小卫星围绕其主体Didymos的轨道周期变化。此外，一个叫LICIACube公司由意大利航天局（ASI）提供，在撞击后的最初几分钟内，从几十公里远的地方观察到撞击事件，提供了早期喷射物的图像。来自世界各地的观测者利用雷达和光学望远镜确定投掷将Dimorphos的轨道周期缩短了约32分钟（Handal&Surowiec，2022），证实了投掷撞击对小卫星的轨道产生了相应的影响。 

2024年10月，欧空局将推出赫拉该任务（Michel等人，2022年）将于2027年初与Didymos会合，进行为期6个月的调查，以详细测量投掷影响。特别是，他们希望测量撞击所传递的动量（偏转技术的效率）、撞击对双晶的影响（例如，陨石坑的大小或可能的全球变形）以及小卫星的物理和组成特性（例如，使用雷达探测确定其内部特性）。在小行星撞击与偏转评估（AIDA）国际合作框架内，投掷和赫拉从而为我们提供了第一个使用动能撞击器技术进行的完整记录的小行星偏转测试，其初始条件和早期结果由投掷和LICIACube公司图像和地面测量，然后是提供的详细影响结果和目标属性赫拉.

隼鸟和隼鸟2

日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）成功完成了两项任务，即隼鸟和隼鸟2，以检索近地小行星的样本。对样品的分析使我们对小行星类型和陨石群之间的联系、太阳系早期历史有了前所未有的见解，对生命的起源及其在地球上的进化有着潜在的影响。他们的第二次任务，隼鸟2，收集了一个表面样品并测试了表面材料对爆炸事件的反应。在将样本返回地球后，隼鸟2号已扩展到2026年飞越一颗800米大小的小行星，并与一颗60米大小、快速旋转的NEA会合，NEA的大小接近1908年在西伯利亚上空爆炸的物体的估计大小。这次交会将使我们能够了解这样一个物体的属性，而这些需要精确导航和控制的访问将有助于改进技术和程序，以支持未来的任务，使潜在危险的小行星转向（Hirabayashi等人，2021年）。

OSIRI-APEX公司

在2023年9月24日将近地小行星Bennu的样品送回地球后，NASAOSIRIS防爆代表团将以OSIRI-APEX公司这项新任务的目的是在2029年4月13日著名的近地小行星阿波菲斯接近地球几天后，在距离地球不到36000公里的地方与它会合。在这种近距离接近的过程中，人类将能够看到小行星的光芒。地球的潮汐力可能会触发小行星的某些表面或内部运动，这为我们提供了一个自然实验室来观察潮汐遭遇对近地天体的影响。因为OSIRI-APEX公司将在遭遇之后抵达，欧空局和法国航天局（CNES）正在与NASA/JPL合作研究其他项目，以在遭遇之前和期间派遣航天器访问小行星，从而对小行星和潮汐力的影响进行全面研究。通过交会和飞越空间任务详细描述近地物体的特征是行星防御路线图的一个重要方面。

揭穿世界末日

不难在互联网上找到一些文章，声称地球将很快被一颗吞噬地球的小行星轰炸。然而，这些说法几乎总是被误导的，往往是故意误导的。通常，当对NEA未来运动的预测基于对初始轨道的错误判断时，这些文章就会出现。在判断你发现的文章是否合法或只是在折磨读者的自然恐惧时，需要记住以下几个关键问题：

  • 什么是可靠的信息来源？你找到的消息来源是否引用或引用了国际航天局或IAU网站上也有关于该事件危害的文章？仅仅引用MPC或CNEOS的数据是不够的——消息来源是否使用专家文本或引用指定科学家的话来讨论数据？当你查到消息来源所说的专家是谁时，他们看起来可靠吗？
  • 我偶然发现了一个模拟活动吗？科学家喜欢为任何情况做好准备。天文学家定期与政策制定者合作，以更好地了解小行星撞击等天文灾难发生时可能发生的情况，以及他们如何最有效地合作解决这一问题。仔细阅读你发现的文章。它是说所描述的事件是“虚构的”、“非真实的”还是“演习”？如果是这样的话，你已经找到了一篇关于虚构事件的文章，没有理由担心。
  • 世界末日事件有国际报道吗？如果你偶然发现一篇文章说世界正处于迫在眉睫的危险之中，那么看看是否有国际共识。如果发生真正的紧急情况，全球范围内将有广泛的报道。如果你正在努力寻找更多的“点击诱饵”文章，很可能你没有什么可担心的。
  • 我在哪里可以找到有关NEA的更多信息？假设你已经找到了一篇你认为可信的文章（在自己阅读了前面所有的问题之后），并且你想更多地了解所讨论的对象。在这种情况下，您可以使用IAU小行星中心按名称搜索小行星网站搜索功能。 

联合国指定6月30日为小行星日提高人们对小行星的认识。这一天由小行星基金会、联合创始人布莱恩·梅、格里格·里希特和丹尼尔卡·雷米发起，旨在向公众宣传小行星科学和行星防御。每年的这一天，世界各地都会组织大量的活动。特别是，科学家、工程师和决策者召开了一场虚拟现场表演，讨论小行星和近地天体，并向公众通报小行星科学的最新进展。

更多信息

致谢

我们感谢以下人士为大幅改进本文件所付出的时间和努力：近地天体跨部门A-F工作组主席、F4小行星、彗星和横贯海王星天体委员会组织委员会成员、F4小行星、彗星和横穿海王星物体委员会组织委员会成员帕特里克·米歇尔、乔·马西埃罗、，F4小行星、彗星和Transneptunian天体委员会成员，Ellie Sansom和Quanzhi Ye，以及F行星系统和天体生物学部门成员Robert Weryk。本文基于第三分部前任院长伊万·威廉姆斯（Iwan Williams）撰写的文本。

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