双小行星

  在小行星发现的早期，人们看到的都是一颗颗单一的小行星，可是，在宇宙中，大多数恒星都是以双星的形式存在的，虽然在大行星中没有这种现象，但是在家族数量庞大的小行星家族中，是否会存在这种情况呢？

    这种情况是存在的，仅仅在地球附近发现的840颗小行星中，其中28个是成双成对的。“1999KW4”是轨道距地球最近的双小行星之一。这个双小行星由“阿尔法”和“贝塔”两块组成，其中较大的“阿尔法”物质构成很松散但自转速度很快，约2.8小时就自转一周，这使它变成了类似碟子的一个扁平天体。而较小的“贝塔”构成很是致密，自转速度也较慢，因此形状上显得偏长。它们可能是在经过地球附近的时候，被地球的引力牵引，导致内部分裂，最终形成了两个小块组成的系统。

    很显然，这是一大一小两颗小行星组成的一对搭档，至于其它的那些，也基本是一大一小组合在一起，可以说它们是行星和卫星的关系，当前所说的这些所谓的双小行星其实并不是真正的双小行星，那么真正的双小行星长啥样呢？

    当两颗小行星的大小基本一样的时候，也被称为联星，这种联星才能真正称为双小行星，真正的双小行星非常罕见，休神星就是它们的代表。

    休神星是第90号小行星，它的两颗天体几乎拥有同样的亮度，这也显示它们具有相同的物质组成，平均直径大约是88公里和84公里，大小基本一样。这种情况就不是大的围绕小的运转了，而是两者围绕着它们公共的质量中心运转。它们两者彼此相距170千米，相互绕转一周所需要的时间为16.5小时，于2000年发现它是双小行星，人们开始思考，为什么以前没有发现，当人们去寻找以前的资料时，发现1996年丹麦天文学家描绘了该小行星的光变曲线，它的光变曲线已经表明它是个双小行星。

    休神双小行星才是真正的双小行星，既然大小一样，那么它们的引力中心就应该在相互距离的中间，它们不是一个环绕另一个转，而是要相互环绕着它们公共的中心运转，它们的公共中心也就是它们的质量中心。

    休神双小行星轨道是一样的，离心率低于0.006，每隔几年，从地球会观察到这两颗小行星有一段时期会互相遮掩住对方。休神双小行星不仅大小一样，亮度也是一样的，这说明了它们的物质组成也是一样的。其中的一颗上面有68公里的碗状撞击坑，这让人们认为它可能是一次撞击形成的，本来是一颗小行星，撞击之后被一分两半，大小基本一样。^[1]

　　美国天文学家日前在洛杉矶东郊帕萨迪纳举行的美国天文学会会议上说，他们观测的这个双小行星名为“1999KW4”，是轨道距地球最近的双小行星之一。2001年，这个双小行星曾掠过地球，科学家借助美宇航局的雷达首次对它进行了测绘。

　　雷达图像显示，这个双小行星由“阿尔法”和“贝塔”两块组成，其中较大的“阿尔法”物质构成很松散但自转速度很快，约2.8小时就自转一周，这使它变成了类似碟子的一个扁平天体。而较小的“贝塔”物质构成较紧密，自转速度也较慢，因此形状上显得偏长。

　　有关科学家在新一期《科学》杂志网络版上发表论文说，双小行星的前身很可能是一颗小行星。当小行星飞近太阳或地球等大质量天体时，大质量天体的引力导致其内部分裂，最终形成了两个小块组成的系统。宇宙中还有双恒星、双行星等天体，它们的形成机理可能与双小行星类似。

双小行星(5)　　来自第一幅详尽的双小行星系的图像向我们揭示出了一个奇妙的世界，两颗小行星在对方引力的作用下翩翩起舞，本应该最高的地方其实却是最低的。美国密歇根大学宇航工程学副教授Daniel Scheeres介绍说，在双小行星系统中，两个小行星相互环绕，就像一个小型的地月系统一样。

　　最新结论发表在10月12日出版的一期《科学》杂志上，文章是由Scheeres和来自NASA/加州理工学院喷气动力实验室的Steven Ostro博士联合撰写的。

　　Scheeres说，小行星KW4（官方的正式编号是66391 1999 KW4）的雷达图像是2001年5月份获得的，当时小行星从距离地球480万千米的位置经过。在此之前，因为与地球轨道太过接近，KW4一直被归为具有潜在危险的小行星（potentially hazardous asteroid ，PHA)一类。不过最新观测显示，在未来至少1000千年的时间里，KW4都没有撞到地球的机会。

　　“针对KW4的研究结果对于减少小行星碰撞危险这一研究具有重大意义。” Scheeres说。

　　他解释道，观测显示，大一些的那颗小行星在其轨道上高速旋转，以至于变形成为一种勺子状。因此，小行星中部的山脉区域反倒成为它上面最低的地区，近赤道地区的山脊不断从它表面飞向太空。

　　另一项有趣发现是，由于这两颗小行星距离太近，弄得它们各自都进入了对方的引力圈中。“它们的距离如此近，以至于任意一颗发生转动，都会影响对方的运动。” Scheeres说。

　　根据观测，KW4双小行星系的形成可能有两种情形，要么是在它与地球发生近距离接触时受到潮汐作用的影响、要么是受到太阳光的影响，使得它旋转速度变得很快，最终裂成两部分。Scheeres解释说，由于它的形状不对称，所以在太阳光的作用下会越转越快，这被称为YORP效应。

　　最近的一些研究还证实，这些小行星不过是一些漂浮的碎石在引力作用下拼凑起来形成的，并不是一整块岩石。

科学家可能发现了太阳系中最大的宇宙灾难之一，在瑞典发现的陨石坑显示这里在4.58亿年前遭到巨型小行星的撞击，堪称太阳系中较大规模的撞击事件。来袭西班牙的研究小组在陨石坑中发现了物质抛射进入空中的痕迹，而撞击位置下方的沉积物也记录着这次巨大撞击的线索，科学家还注意到这是一个由两颗小行星组成的天体系统，也就是说撞击发生时两颗小行星同时撞击地球，这在地球的演化历史上较为罕见。

双小行星对此美国宇航局认为如果小行星与地球发生碰撞，那么这颗小行星拥有伴星的概率为15%，而撞击瑞典的小行星可能来自一颗直径200公里的巨型小行星，后者在小行星带发生相互碰撞后形成了分离的部分，并脱离了轨道，之后就向地球的方向飞来。根据这项研究，科学家还在斯堪的纳维亚半岛发现了两块巨大的残骸，撞击导致了瑞典中部出现4.7英里、大约为7.5公里的Lockne陨石坑，其坐落在瑞典城市Oestersund以南约12.4英里，即20公里。还有一个撞击坑直径为700米，两者相距不远。

本项研究发表在《科学》杂志上，这是科学家对瑞典巨大撞击坑的调查结果，来自西班牙马德里天体生物中心的科学家Jens Ormoe认为该陨石坑受到两颗小行星的“双重打击”。虽然美国宇航局认为有15%的小行星双星会在撞击地球的过程中出现，但我们在地球上并没有找到明显的双小行星撞击坑。

目前地球上存在大约188个已知的大型撞击坑，分布在加拿大、俄罗斯、德国、芬兰和巴西，一些专家认为地球上的气候和地质变迁有可能对撞击坑形成影响，导致撞击坑的原始面貌无法保存到现在。科学家也希望对更多的双小行星系统进行研究，为以后可能发生的小行星撞击事件提供预警。^[2]

无论是勾起我们回忆的天文馆穹幕电影院，还是地理课本上的天王星、海王星、冥王星与神秘的“火星人”，都是人们对天文学的最初认识和向往，也成为了许多人童年时代的励志来源。天文学，神秘而新奇，它仿佛离我们如此之远，又好像近在咫尺……

潜在的危险

今年6月，一名自称是未来预言家的“先知”埃弗拉因·罗德里格斯发表声明称：2015年9月人类将面临末日袭击，一颗小行星将撞击波多黎各，地球上的生命也将面临末日。虽然美国宇航局已出来澄清此声明并无根据，但他们也指出小行星撞击地球的确是人类面临的最大威胁之一。

“小行星绝大多数分布于火星和木星轨道之间的主带区域，其可能蕴涵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，因而具有十分重要的科学研究价值。另外，一些小行星（近地天体）轨道与地球轨道很接近或相交，存在与地球相撞的可能，因此对地球与人类的安全构成了潜在的危险。”中科院行星科学重点实验室副主任季江徽研究员告诉《中国科学报》记者。

正是由于近地天体对地球与人类的生存构成了重大威胁，因此国际上知名航天大国也纷纷掀起了将近地小行星作为深空探测目标的科学热潮，期望通过近距离空间探测来细致了解其物理特性、内部结构与组成成分，以便未来当人类面临危险时，能采取更为合理的减缓措施。为此，季江徽也表示，如果人类能更好地研究小行星表面的热物理性质，从而深入揭示小行星表面热惯量与表壤颗粒尺寸等重要物理信息，对人类进一步了解近地小行星轨道漂移与起源演化均具有重要意义。

让“嫦娥”飞越

深空，像深海一样浩瀚杳渺、神秘叵测。对于这样一支现代版的“伽利略”团队来说，研究深空、驾驭深空、利用深空，成为了他们的行动指南。

2012年，由院行星科学实验室科研人员精准确定的图塔蒂斯小行星轨道，使嫦娥二号实现了千米级飞越探测。也正是基于嫦娥二号飞越得到的探测数据，研究人员成功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等。此项任务中，实验室通过利用嫦娥二号探测器对飞越探测图塔蒂斯小行星获取的光学图像，发现了图塔蒂斯拥有不规则形状和不平坦表面，并通过分析获得了图塔蒂斯表面的一些新特征：在图塔蒂斯“身体”端部，科研人员发现了一个直径大约800米的巨型盆地，在小行星的表面还找到了超过50处较为明显的、大小不一的陨石坑，其中包括两个先后产生在同一位置上，附近且相互有部分遮盖的陨坑。研究人员发现小行星的“颈部”以近乎垂直的角度连接着“头部”和“身体”，其表面存在超过30个有巨石特征的区域。

从这些行星表面特征中，科研人员推断图塔蒂斯很可能是一颗具有碎石堆结构的密近双小行星，可能由两个独立小天体缓慢靠近形成，也可能是约普（yorp）效应作用的结果，还可能由于大规模的撞击造成。这些研究对今后科学界认识太阳系中小行星的形成与演化以及近地天体的空间防护等都具有十分重要的意义。

季江徽表示，这是探月工程（二期）的一项重要成果，也是我国首次行星际探测活动中，在多目标新模式探测、小行星新领域开拓的成功尝试，是工程实践与科学研究相融合的成功范例。据悉，该研究成果目前已在线发表在scientificreports（《科学报告》）上。2013年12月13日，nature英文网站也作为首页头条推介了这项成果，全球多个知名媒体进行了报道，该项成果还入围了2013年度“十大天文科技进展”。

不仅如此，研究人员还于近期利用嫦娥二号数据，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，他们首次利用空间光学图像数据较精确地给出了图塔蒂斯自转轴在空间的指向，并融合雷达数据通过建立合理的动力学模型研究了其自转动力学演化，给出了图塔蒂斯的自转状态，计算得到其绕长轴的自转周期、长轴绕角动量轴进动周期，揭示了该小行星在空间中“翻跟头”的原因。该成果也同时为研究小行星的形成演化机制提供了重要依据。

支持nasa任务采样机制的可行性

目前，实验室季江徽课题组基于国际上先进的小行星热物理模型和bennu最新的三维形状模型，利用空间望远镜和地面望远镜的多组热红外观测数据，首次限定出小行星bennu的表面热惯量、粗糙度等表面物理性质的1σ范围以及其热惯量、粗糙度和几何反照率等参数。这些重要的研究结果为更准确地研究小行星bennu的轨道漂移提供了科学依据。

研究人员根据推算的表面热惯量值与其表面温度分布，进一步估计了小行星bennu表面物质颗粒尺寸的范围。这些研究成果很大程度上支持了nasaosiris-rex任务touch-and-go采样机制的可行性。“研究方法将来可应用于我国未来的小行星深空探测任务，能提供探测目标小行星的表面反照率、粗糙度及热惯量等关键科学参数，为科学载荷的设计与研制等提供重要的工程应用价值。”季江徽说。

在行星陨石化学方面，实验室徐伟彪研究员课题组成功申报了我国新发现的4个陨石富集区：xingdi，argan，loulanyizhi和lopnur。它们位于新疆塔克拉玛干沙漠以东的罗布泊地区。新富集区的地质、地形条件非常有利于陨石的野外搜寻工作。他们发现并确认了13块平衡型普通球粒陨石。与南极陨石相比,在国内沙漠富集区回收陨石具有诸多优势。新富集区的确立为国内沙漠陨石的回收工作提供了理论依据和前提保障,而我国的沙漠陨石回收工作亟待进行。

“目前实验室的突出特色是在基础研究方面以攀登国际行星科学‘高峰’为目标，同时在应用研究方面积极为国家深空探测战略需求提供科学的技术支持。”中科院行星科学重点实验室主任廖新浩研究员介绍说。

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作为我国研究行星科学最为顶尖的科研机构之一，中科院行星科学重点实验室由上海天文台和紫金山天文台于2013年联合组建。实验室目前有针对性地聚焦在7个研究单元上：行星动力学研究、行星地球空间监测资料分析研究、太阳系行星际空间环境、vlbi测量技术在深空探测中的应用研究、近地天体探测和太阳系天体研究、天体化学研究以及行星科学与深空探测。近年来，实验室培养出了多名博士后及博（硕）士研究生。目前实验室拥有国家杰出青年基金获得者2人、中科院“百人计划”入选者5人。