千载难逢的观测良机——与地球“擦肩而过”的小行星阿波菲斯

近地小行星阿波菲斯(图中黄色的轨道)将于2029年经过地球，它与地球的距离比一些人造卫星(图中蓝色的点)还要近。（紫色的线代表国际空间站的轨道。）

Image: © NASA/JPL-Caltech

2029年4月13日，天空中的一点微光将越来越亮，越来越快。在某一时刻，它将在一分钟内移动超过满月的长度，并将变得像北斗七星一样明亮。但它可不是一颗卫星或一架飞机——它是一颗直径约340米、名为阿波菲斯(99942)的近地小行星，它将在距离地球表面约19000英里(31000公里)的地方与地球“擦肩而过”，这距离甚至比我们的一些人造卫星还要近。（地球同步卫星距赤道的高度约为36000千米）这可能看起来很可怕，但天文学家们经过对它的轨道十几年的跟踪和计算，得出这颗小行星并不会撞击地球。相反，这是一个千载难逢的机会，可以让科学家们真正了解地球附近的小行星。

小行星阿波菲斯于2004年6月19日被发现。

Image: © UH/IA

小行星阿波菲斯是2004年6月19日由NASA赞助的夏威夷大学在亚利桑那州基特峰国立天文台小行星研究的罗伊·塔克（Roy Tucker），大卫·J·苏伦（David J. Tholen）和法伯瑞兹欧·伯纳德（Fabrizio Bernardi）发现的。这个小组追踪了2004 MN4（即阿波菲斯）两个晚上。NASA最初曾估计这颗小行星撞击地球机率高达62分之一 (1.6%)，导致其杜林危险指数上升至四级。甚至在当月27日撞击地球机率一路上升至37分之一（2.7%）（基于176个观测结果）。不过随着对这颗小行星轨道越来越多的追踪观测和计算，阿波菲斯杜林危险指数于2006年8月5日由一级回落至零级。在目前为止科学家可以确定这颗小行星不会撞击地球或月球。

阿波菲斯轨道(白色的线)与地球、月球的轨道示意图。

来源：knowpia百科

当然，科学家们还有十年的时间来做准备，当这颗小行星来临之前，他们可以列出长长的“观测愿望清单”，设计出可以在地球上观测小行星的最佳仪器，并且构思如何在太空中进行最佳的观测。

那我们普通人能否和科学家们一起见证它的到来呢？当然可以啦，因为阿波菲斯个头比较大，且距离足够近，所以你甚至可以用肉眼看见它。如果用一个数字来表达，那就是届时大约有20亿人都可以通过肉眼见证它与地球“擦肩而过”。就北京地区来说，这颗小行星的最佳观测时间应为北京时间2029年4月14日凌晨1时半至2时半左右。

尽管科学家们确信阿波菲斯不会在2029年撞击地球，但他们还不能排除几十年后发生碰撞的可能性，而且在地球附近还有其他大量的太空岩石围绕太阳运行。行星防御专家跟踪这些天体，并准备技术防御任何可能构成威胁的目标。因为这颗小行星表面上看起来与科学家迄今发现的80%的潜在危险小行星相似，所以收集到的有关阿波菲斯的数据可能会让科学家们对其他小行星有更多的了解。

阿波菲斯艺术想象图。

Credits：Dan Durda – FIAAA

在美国马里兰州举行的2019年行星防御会议上，科研人员围绕如何观测10年后的这一“邂逅”展开讨论，包括地球引力将如何影响小行星的轨道、能否利用阿波菲斯了解小行星内核、是否应该向阿波菲斯发送航天器等。来自NASA喷气推进实验室(JPL)的雷达科学家玛丽亚·布罗佐维奇(Marina Brozović)表示：“2029年的阿波菲斯小行星近距离掠过地球将是一次千载难逢的科学机会，我们将用光学望远镜和雷达望远镜观察近地天体(NEOs)。通过雷达观测，我们可以精确地看到几米大小的表面细节。”

温度编码(开尔文)球形模型用于小行星阿波菲斯的热分析，基于赫歇尔空间望远镜的观测数据。此图只是一个模型。图片发布于2013年1月9日。

Credits：ESA/Herschel/MACH-11/T.Müller MPE (Germany)

除了观测，在会议中还有一个重要的话题是阿波菲斯在2029年接近地球时，地球的引力会在多大程度上影响阿波菲斯。一些科学家认为，以前有些天体近距离经过地球时会影响其天体的轨道，其他小行星在靠近地球时也会受到类似的影响。除此之外，有一个同样对行星防御专家至关重要的问题，那就是小行星吸收阳光和释放热量时会对小行星产生微小的推动力。这种现象被称为亚尔科夫斯基效应(Yarkovsky effect)，是由小行星白天和黑夜之间的温差造成的。

亚尔科夫斯基效应在小行星轨道上造成的影响是非常小的，以至于科学家们很难区分出到底是推动力还是仪器误差或故障所造成的轨道偏差。尽管科学家们已经将阿波菲斯的轨道精确定位到了在7.4英里（12公里）宽的路径上，但他们不能完全排除未来几十年可能产生的其他影响，部分原因就是亚尔科夫斯基效应所带来的不确定性。

除了指出未来10年的一些重要任务外，科学家们还讨论了一些超前的任务概念，这些概念可以为探测器在接近阿波菲斯之前、期间或之后访问阿波菲斯打下基础。

这张虚拟太空图片显示了小行星阿波菲斯的轨道。图片发布于2012年12月14日。

Credits：Gianluca Masi

在过去一年的时间里，在太空中的成功使我们打下了坚实的基础：NASA的火星“洞察号”任务在地外行星上部署了第一台机械地震仪，同时第一颗立方体卫星“火星立方体一号”(Mars Cube One，MarCO)一起执行了此次任务。除此之外NASA的“奥西里斯-雷克斯”(OSIRIS-REx)和日本的“隼鸟2号”(Hayabusa2)也都完成了接近小型天体的任务。

这些成果和经验被科学家们加以借鉴，以此讨论如何设计和发射观测阿波菲斯的航天器。一些科学家讨论了立方体卫星任务所提供的可能性，例如像MarCO那样的航天器任务。

科学家们还提出了在太空岩石上安装地震仪的想法，设计一种可以像叉子一样“刺入”阿波菲斯的航天器，这样可以通过地震仪接收小行星微小的振动，这有助于科学家了解阿波菲斯的内部结构以及地球引力对它会产生多大的影响。还有一个想法就是在阿波菲斯上建造一个人工陨石坑，就像“隼鸟2号”在小行星“龙宫”(Ryugu)上所做的那样，目的是观察隐藏在小行星表面之下的内部结构。

不过，其中一些想法可能风险太大，不值得一试，因为科学家们需要肯定，这种人为操纵不会冒险干预阿波菲斯目前的安全轨道。亚利桑那州立大学(Arizona State University)行星科学家詹姆斯贝尔(James Bell)在演讲中说：“我们必须非常小心，因为这个特定的天体将面临强烈的舆论甚至政治压力，我们必须要求它不会改变原来的轨道，但是尽管如此，这对NASA和其他航天机构来说是一个千载难逢的机会，它会成为十年后最大的公众事件。”

地球对阿波菲斯轨道的影响示意图。

来源：knowpia百科

这就是小行星科学家和行星防御专家在未来十年中需要达到的微妙平衡——充分利用阿波菲斯的近距飞行所提供的科学研究机会，并且避免引起恐慌，或者意外地制造了一个真正危险的局面。对阿波菲斯最重要的观测将发生在2029年，届时世界各地的小行星科学家将有机会对阿波菲斯的大小、形状、组成，甚至内部结构进行近距离的研究。

麻省理工学院(MIT)行星科学家理查德·宾泽尔(Richard Binzel)在这次会议中说：“令人兴奋的是，这么大的一个天体每数千年才会如此接近地球一次，所以关键在于，我们应该如何抓住这个千载难逢的机会？2029拭目以待，我们得做好充分的准备。”

参考资料：

1、NASA：https://www.nasa.gov/feature/scientists-planning-now-for-asteroid-flyby-a-decade-away

2、SPACE：https://www.space.com/asteroid-apophis-2029-flyby-planetary-defense.html、https://www.space.com/19192-asteroid-apophis-photos-gallery.html

3、knowpia百科：https://www.knowpia.cn/pages/%E5%B0%8F%E8%A1%8C%E6%98%9F99942、https://www.knowpia.cn/pages/%E4%BA%9A%E5%B0%94%E7%A7%91%E5%A4%AB%E6%96%AF%E5%9F%BA%E6%95%88%E5%BA%94

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