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隱藏在陽光當中的地球刺客

小行星什么時候會撞擊地球?這一直是大家比較關注的問題,特別是當大家知道地球上前一任住戶是亡于小行星之后,就更加關注這個問題了。

圖1 尤卡坦半島的隕石坑(NASA)

實際上,地球每天都會遭受到一些天體的襲擊,其中大部分已經在與地球大氣的摩擦中損失殆盡,很難到達地球表面。對于這當中可見又沒有威脅的部分,人們還起了一個浪漫的名字—流星雨。顯然,當你沒有威脅的時候,即使張牙舞爪只是可愛罷了。
那么如果有威脅呢?1993年3月24日,天文學家觀測到了一顆名為蘇梅克-列維九號(D/1993 F2:D為不見或解體彗星,1993為年份,F為三月的后半月)的彗星。在人們發現它的時候,蘇梅克-列維九號已經被木星捕獲,而且已經被木星肢解為21塊碎片,經過計算,天文學家認為這顆彗星會在1994年7月撞擊木星。天文學家還沒見過太陽系內的天體撞擊,因此這一預測很快成為了天文學界的熱搜。

圖2 撞擊留下的巨大黑點(NASA)

格林尼治時間1994年7月16日20時,這些碎片以每小時21萬千米的速度撞向木星,其中最大的一個碎片G撞擊產生了一個近乎于地球直徑的巨大黑點,產生的能量相當于人類核武器能量的600倍。
后續研究為大家帶來一個好消息與一個壞消息。好消息是:木星與土星這樣的氣態巨行星降低了外太陽系天體進入內太陽系的可能性,充當了地球的保鏢。壞消息是:蘇梅克-列維九號的直徑大約在1.8千米左右,這樣的天體在太陽系比比皆是。僅僅是與地球最小軌道交點距離小于0.05個天文單位的潛在危險物體(PHO)便超過了2000個,其中直徑大于1千米的超過150個。不過,近些年人類已經對這些天體的軌道數據進行了大量的研究,通過對這些天體的監測,人類文明的安全性明顯可以得到提升。

圖3 潛在危險小行星的軌道(NASA)

不過,現有的手段偏向于發現地球軌道外的天體,因為它們容易在夜空中被發現。這就有一個前提條件,它們的軌道半長軸要大于地球軌道半徑,不然觀測的可能性將大大降低。也正是因為這樣,對于地球軌道內的天體的觀測一直以來進展比較緩慢,迄今為止僅僅發現了25顆。

圖4 地球軌道內天體

最近,天文學家又發現了3顆近地小行星,它們之前隱藏在太陽光中,未曾被人類發現。這3顆小行星在地球和金星之間的軌道之間運行,為了避免太陽的強光,天文學家只能通過凌晨與傍晚短暫的10分鐘進行觀測。通過對金星軌道附近和內部624平方度天空的觀察,天文學家最終發現了這三個近地天體(2021 LJ4、2021 PH27與2022 AP7)其中有兩個直徑可能超過1千米,這個尺寸的天體如果撞擊地球,我們便可以享受到和地球前一個住戶一樣的待遇了。

具體而言,這三個天體有什么特點呢?
2022 AP7是三個天體中最大的一個,很不幸的是,這也是最有可能成為地球刺客的一個。2022 AP7最小軌道交點距離的僅有0.0475AU(天文單位),這讓它成為一個名副其實的潛在威脅天體,而且成為了過去八年以來發現的最大的潛在威脅天體。而且很可能在目前已知的潛在威脅天體中排名前5%。看來,天文學家們一不小心發現了一個大家伙。通過對過往數據的比對,研究者發現之前已經觀測到了這一天體,但是當時它很暗淡,也可能是因為和地球軌道重合或者其它原因,總而言之最近才發現。它的發現也說明了暮光調查的有效性,可能有很多類似2022 AP7的天體,隱藏在陽光中而且體積巨大,我們需要更多的調查才能排除這樣的威脅。
2021 LJ4與2021 PH27的運行軌道比較安全,它們不會對地球造成威脅,但是天文學家依舊對2021 PH27比較感興趣,因為這是目前已知的最靠近太陽的小行星。2021 PH27的近日點僅有0.133個天文單位,這使得它有著比太陽系內任何已知物體更大的廣義相對論效應,約為每世紀53角秒,遠超水星的43角秒。

不過,廣義相對論效應在2021 PH27的軌道演化中并不重要,更重要的是行星攝動的力量,因為它穿越了金星軌道,而且最小軌道交點距離金星僅有0.015AU,這讓它成為了金星的潛在威脅天體。
通過對2021 PH27未來10萬年軌道的數值模擬表明,2021 PH27會越來越不穩定,而且多次與金星近距離接觸,并且進入金星的希爾球(天體主導衛星吸引力的區域),其中不排除撞擊金星的可能。隨著時間的推移,偏心率和傾角的耦合表明,2021 PH27正在經歷與金星的共振相互作用。如果2021 PH27是一顆活躍的小行星,它可能在金星的大氣層中產生流星雨,屆時住在金星讀者可以看到這一場景。
此外,2021 PH27在最接近太陽時可以達到約500°C的表面溫度。這一溫度遠超鉛的熔點,這表明這顆天體表面經過了強烈熱處理變化,內部結構可能也受到了這種熱變化的影響,但是具體情況如何,只能通過后續觀察與計算才能知道了。

顯然,在暮光之時觀測小行星是必要的,不過這一觀測依舊困難重重。除卻極短的觀測窗口外,地平線附近厚重的大氣也對觀測提出了挑戰。而且這樣的觀測還不能在太空中進行,因為太空望遠鏡還害怕太陽光燒毀零件呢。如何把這些地球刺客更好的抓出來,只能期待天文學家下一步的努力了。

參考文獻

https://hubblesite.org/contents/media/images/1994/34/179-Image.html

http://www.physics.sfasu.edu/astro/sl9/cometfaq2.html#Q3.1

https://www.jpl.nasa.gov/asteroid-watch

Solem J C. Density and size of Comet Shoemaker–Levy 9 deduced from a tidal breakup model[J]. Nature, 1994, 370(6488): 349-351.

Sheppard S S, Tholen D J, Pokorny P, et al. A deep and wide twilight survey for asteroids interior to earth and venus[J]. The Astronomical Journal, 2022, 164(4): 168.

Carbognani A, Tanga P, Bernardi F. Is 2021 PH27 an active asteroid with a meteor shower detectable on Venus?[J]. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters, 2022, 511(1): L40-L44.


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不代表中科院物理所立場

來源:石頭科普工作室

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