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隐藏在阳光当中的地球刺客

隐藏在阳光当中的地球刺客
2022年11月14日 20:48 新浪网 作者 石头科普工作室

  小行星什么时候会撞击地球?这一直是大家比较关注的问题,特别是当大家知道地球上前一任住户是亡于小行星之后,就更加关注这个问题了。

图1 尤卡坦半岛的陨石坑(NASA)

  实际上,地球每天都会遭受到一些天体的袭击,其中大部分已经在与地球大气的摩擦中损失殆尽,很难到达地球表面。对于这当中可见又没有威胁的部分,人们还起了一个浪漫的名字—流星雨。显然,当你没有威胁的时候,即使张牙舞爪只是可爱罢了。

  那么如果有威胁呢?1993年3月24日,天文学家观测到了一颗名为苏梅克-列维九号(D/1993 F2:D为不见或解体彗星,1993为年份,F为三月的后半月)的彗星。在人们发现它的时候,苏梅克-列维九号已经被木星捕获,而且已经被木星肢解为21块碎片,经过计算,天文学家认为这颗彗星会在1994年7月撞击木星。天文学家还没见过太阳系内的天体撞击,因此这一预测很快成为了天文学界的热搜。

图2 撞击留下的巨大黑点(NASA)

  格林尼治时间1994年7月16日20时,这些碎片以每小时21万千米的速度撞向木星,其中最大的一个碎片G撞击产生了一个近乎于地球直径的巨大黑点,产生的能量相当于人类核武器能量的600倍。

  后续研究为大家带来一个好消息与一个坏消息。好消息是:木星与土星这样的气态巨行星降低了外太阳系天体进入内太阳系的可能性,充当了地球的保镖。坏消息是:苏梅克-列维九号的直径大约在1.8千米左右,这样的天体在太阳系比比皆是。仅仅是与地球最小轨道交点距离小于0.05个天文单位的潜在危险物体(PHO)便超过了2000个,其中直径大于1千米的超过150个。不过,近些年人类已经对这些天体的轨道数据进行了大量的研究,通过对这些天体的监测,人类文明的安全性明显可以得到提升。

图3 潜在危险小行星的轨道(NASA)

  不过,现有的手段偏向于发现地球轨道外的天体,因为它们容易在夜空中被发现。这就有一个前提条件,它们的轨道半长轴要大于地球轨道半径,不然观测的可能性将大大降低。也正是因为这样,对于地球轨道内的天体的观测一直以来进展比较缓慢,迄今为止仅仅发现了25颗。

图4 地球轨道内天体

  最近,天文学家又发现了3颗近地小行星,它们之前隐藏在太阳光中,未曾被人类发现。这3颗小行星在地球和金星之间的轨道之间运行,为了避免太阳的强光,天文学家只能通过凌晨与傍晚短暂的10分钟进行观测。通过对金星轨道附近和内部624平方度天空的观察,天文学家最终发现了这三个近地天体(2021 LJ4、2021 PH27与2022 AP7)其中有两个直径可能超过1千米,这个尺寸的天体如果撞击地球,我们便可以享受到和地球前一个住户一样的待遇了。

  具体而言,这三个天体有什么特点呢?

  2022 AP7是三个天体中最大的一个,很不幸的是,这也是最有可能成为地球刺客的一个。2022 AP7最小轨道交点距离的仅有0.0475AU(天文单位),这让它成为一个名副其实的潜在威胁天体,而且成为了过去八年以来发现的最大的潜在威胁天体。而且很可能在目前已知的潜在威胁天体中排名前5%。看来,天文学家们一不小心发现了一个大家伙。通过对过往数据的比对,研究者发现之前已经观测到了这一天体,但是当时它很暗淡,也可能是因为和地球轨道重合或者其它原因,总而言之最近才发现。它的发现也说明了暮光调查的有效性,可能有很多类似2022 AP7的天体,隐藏在阳光中而且体积巨大,我们需要更多的调查才能排除这样的威胁。

  2021 LJ4与2021 PH27的运行轨道比较安全,它们不会对地球造成威胁,但是天文学家依旧对2021 PH27比较感兴趣,因为这是目前已知的最靠近太阳的小行星。2021 PH27的近日点仅有0.133个天文单位,这使得它有着比太阳系内任何已知物体更大的广义相对论效应,约为每世纪53角秒,远超水星的43角秒。

  不过,广义相对论效应在2021 PH27的轨道演化中并不重要,更重要的是行星摄动的力量,因为它穿越了金星轨道,而且最小轨道交点距离金星仅有0.015AU,这让它成为了金星的潜在威胁天体。

  通过对2021 PH27未来10万年轨道的数值模拟表明,2021 PH27会越来越不稳定,而且多次与金星近距离接触,并且进入金星的希尔球(天体主导卫星吸引力的区域),其中不排除撞击金星的可能。随着时间的推移,偏心率和倾角的耦合表明,2021 PH27正在经历与金星的共振相互作用。如果2021 PH27是一颗活跃的小行星,它可能在金星的大气层中产生流星雨,届时住在金星读者可以看到这一场景。

  此外,2021 PH27在最接近太阳时可以达到约500°C的表面温度。这一温度远超铅的熔点,这表明这颗天体表面经过了强烈热处理变化,内部结构可能也受到了这种热变化的影响,但是具体情况如何,只能通过后续观察与计算才能知道了。

  显然,在暮光之时观测小行星是必要的,不过这一观测依旧困难重重。除却极短的观测窗口外,地平线附近厚重的大气也对观测提出了挑战。而且这样的观测还不能在太空中进行,因为太空望远镜还害怕太阳光烧毁零件呢。如何把这些地球刺客更好的抓出来,只能期待天文学家下一步的努力了。

  参考文献

  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, Pokorný 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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