天文动手做-观测活动（20）观测小行星

◎文图 中国科学院国家天文台 郭红锋

什么是小行星

我们知道，小行星是太阳系内类似行星的环绕太阳运动但体积和质量比行星小得多的天体。

图1 小行星分布图

小行星的分布

大部分小行星的运行轨道在火星和木星之间，称主带小行星（Main Belt Asteroids ），但其他地方，例如木星轨道周围、火星轨道周围，甚至火星与地球轨道之间都有小行星在出没。迄今为止，在太阳系内已经发现和登记了约70万颗小行星，这其中只有少数小行星的直径大于100千米。到20世纪90年代末为止，最大的小行星是谷神星（直径约950千米）。

1992年以来，柯伊伯带内外（柯伊伯带在冥王星远日点附近，距离太阳约30～55天文单位）发现的一些小行星的直径比谷神星大，甚至比冥王星还大，估计应该有数百万颗。因此，一些大型的小行星（包括冥王星）被科学家重新分类，称为矮行星。

小行星的危险

近地小行星是分布在火星轨道内，有些轨道甚至与地球轨道相交的小行星。这类小行星可能会带来撞击地球的危险，主要分三群：

1. 阿莫尔型小行星群—这一类小行星穿越火星轨道并来到地球轨道附近；

2. 阿波罗型小行星群—这个小行星群的某些小行星轨道位于火星和地球之间，有些可深入到金星，甚至水星轨道以内；

3. 阿登型小行星群—这个群的小行星轨道一般在地球轨道以内。

小行星与地球撞击的危险在1994年7月16日发生的“舒梅克利维9号”彗星撞击木星后为人们所重视。小型天体的撞击每月会发生好几次。2002年6月6日，一个估计直径10米的天体撞击了地球落入地中海。该天体在大气层半空引爆燃烧，释放出的能量大约与一个中型核武器相当。2008年10月7日，一个直径为2～5米的小行星撞击了地球（在苏丹上空）。这是人类首次在小行星撞击之前发现并推断出撞击的发生，对于近地小行星的研究有重要意义。2013年2月15日，一颗公交车大小的陨石坠落在俄罗斯车里雅宾斯克州，1200多人因冲击波击碎的玻璃受伤。

小行星撞击地球是世界上四大突发巨大灾难之一，一颗直径几十米的小行星就足以撞平一座城市。当然直径越大的小行星撞击地球的几率越小。据统计，不到100万年地球就会与直径1000米的小行星撞击一次，直径5000米天体的大撞击大约1000万年发生一次，直径大于 6000米的小行星撞击地球，上亿年才可能发生一次。尽管几率很低，我们也不能放松监测和预防措施的研究。

小行星观测

1. 望远镜观测

小行星都是很小很暗的天体，一般肉眼观测不到，需要使用望远镜。早期的小口径望远镜也只能观测到比较亮的，例如谷神星。对那些比较暗的小行星（亮度在十几等至二十几等）就需要使用较大口径的望远镜。现在许多国家的天文台和国际组织都投入直径越来越大的望远镜（从0.6米至1.8米都有）进行观测。观测的结果，最早期是肉眼直接在望远镜里辨别哪些在恒星背景里移动的天体。后来有了照相技术，很快应用到天文观测数据的分析工作。科学家分别在不同时刻拍摄同一天区的照片，多幅照片叠加比较，判别有无移动目标，从而发现了大批小行星。再后来随着电子技术的发展，CCD数码相机作为望远镜的后端设备，大大提高了发现新天体的速度。现代搜寻小行星的望远镜，一般是沿小行星带不断地拍摄星空的照片，然后再把照片分组切割分块，分发给搜寻者辨别。

2. 软件搜寻

为了高效地搜寻到小行星等移动天体，科学家还开发了各种搜寻软件帮助人们更快更准确地判定搜寻目标。例如一款网上可下载的免费天文软件Astrometrica，是非常好用的天文数据处理软件。它包括很多功能，其中分析处理小行星数据的工作特别有效。

图3是一组在Astrometrica界面打开的3幅同一天区每隔5分钟拍摄的照片，在这样短的时间里，恒星在3幅照片里的位置是不会变的（也就是它们的坐标值不变），而小行星等移动目标的位置（坐标）在3幅照片里就会不同。我们通过软件提供的自动搜寻功能可以把所有坐标发生改变的目标都搜索出来，然后再进行人工判别，区分出是真实移动天体信息还是仪器本身的噪点，或其他误差信号。这样搜寻出来的目标还需要在软件中给出目标的定位，再把这些信息发送给科学家，进行望远镜后期跟踪观测。当科学家能够确认软件搜出来的是一个真实的移动天体（小行星），就会把它的信息送进全球联网的小行星数据库，并给予一个临时编号。在以后的数年里还要对这个新发现的目标进行几十次甚至上百次的观测和判断，最终确定其有稳定的运行轨道后，才能进入正式编号和命名阶段。

图3 通过天文数据处理软件打开的照片

中国动手天文教学组织（China Hands—On Universe）自2008年开始通过国际组织带领中国学生参加国际小行星搜寻活动（International Asteroid Search Campaign），已经取得了很多成果，学生们也从中得到了锻炼，更体验了学科学的乐趣。

使用自己的望远镜观测并处理出结果的同学们，欢迎把观测、拍摄和处理信息的结果（包括数据、照片、搜寻目标、坐标信息等）和观察者信息（姓名、学校、联系方式、当地经纬度、测量日期与时间等），打包用附件形式发送到邮箱chinahou@bao.ac.cn或jswzkxsn2011@126.com，我们会核对你的数据，评价你的测量结果，并给予适当奖励哦！