用行星际磁场寻找近地小天体

  对近地小天体的调查、防御和开发被列入了我国发布的2019重大科学问题之一(https://mp.weixin.qq.com/s/d0YBtPA7p8QHgmoeItnamQ),由此可见捕捉近地小天体的重要性以及困难性。截至至2014年1月,超过4000颗直径小于100米的近地小天体已被发现,然而据估计他们还远不到该大小天体数量的1% [1]。这是受制于目前传统的光学观测手段,既对过小的天体不敏感,也无法观测从太阳接近地球的天体。然而直径在100米以下的小天体,一旦与地球发生撞击,仍然能对撞击区产生重大的影响。著名的通古斯大爆炸,时候专家分析是由一个直径70米的小天体撞击地球引起。在碰撞过程中释放的能量,相当于约1500万吨TNT,或1000个广岛原子弹爆炸释放的能量。2013年,一个直径约17米的陨石,在俄罗斯车里宾斯克上空爆炸,产生了相当于50万吨TNT,或30个广岛原子弹爆炸的能量。这两次事件如果发生在人口稠密区,将产生巨大的人员伤亡和财产损失。因此,如何有效的捕捉这些小天体成了关键性的问题。

图1:截止至2013年,已知的超过1400颗潜在威胁近地小行星*轨道图[NASA/JPL-Caltech 2013]。这里的潜在威胁小行星,是指与地球的最小轨道交会距离 小于0.05AU,而且直径不小于140米的小行星。

图2:通古斯爆炸后的森林。照片由苏联科学家 Evgeny Krinov于1929年拍摄。

图3:2013年2月15日一个近地行星进入大气层,随后在车里雅宾斯克镇上空发生爆炸。图片为当地居民所摄。

  宇宙中的小天体,一生都在与其它的天体碰撞。在不断的碰撞中,产生越来越细小的碎片,最终消失在宇宙中。在地球轨道附近,天体碰撞的平均速度是20km/s。在这样高速的碰撞中,小天体能被质量只有自身百万分之一,折合半径为自身百分之一,的其它天体完全破坏[2]。其中纳米级的碎片,在太阳风中被迅速电离,并被太阳风加速。在加速的过程中,太阳风中的磁场受大量纳米级尘埃粒子的影响,产生易于观测的,被称为行星际磁场增强的磁场结构。

  这中相互作用的过程,提供给了我们一种寻找近地小天体的新思路。我们可以利用统计的办法,找到这种特殊磁场结构发生密集的区域。这个区域就对应着小天体的碰撞频繁区。相应的,小天体光顾这个区域的可能性也远高于别处。一方面我们可以指导光学观测对此区域进行更仔细的扫描。另一方面,根据行星际磁场增强事件发生的频率,我们也能估算小天体的周期,进一步预测小天体的轨道特征。

文献:

[1] Johnson, L., 2014. Finding Near Earth Objects before They Find Us. In: Asteroid Grand

Challenge: Virtual Seminar Series. http://sservi.nasa.gov/wp-content/uploads/

2014/02/NASA-NEO-Program-AGC-Seminar.pdf

[2] Grün, E., Zook, H.A., Fechtig, H., Giese, R.H., 1985. Collisional balance of the meteoritic

complex. Icarus 62, 244–272