攀登國際行星科學的“高峰”

——記中科院行星科學重點實驗室

實驗室設備 行星科學重點實驗室供圖

　　無論是勾起我們回憶的天文館穹幕電影院，還是地理課本上的天王星、海王星、冥王星與神秘的“火星人”，都是人們對天文學的最初認識和向往，也成為了許多人童年時代的勵志來源。天文學，神秘而新奇，它仿佛離我們如此之遠，又好像近在咫尺……

　　潛在的危險

　　今年6月，一名自稱是未來預言家的“先知”埃弗拉因·羅德里格斯發表聲明稱：2015年9月人類將面臨末日襲擊，一顆小行星將撞擊波多黎各，地球上的生命也將面臨末日。雖然美國宇航局已出來澄清此聲明并無根據，但他們也指出小行星撞擊地球的確是人類面臨的最大威脅之一。

　　“小行星絕大多數分布于火星和木星軌道之間的主帶區域，其可能蘊涵地球生命和水體起源的重要線索，同時也蘊藏著太陽系形成初期的原始信息，因而具有十分重要的科學研究價值。另外，一些小行星（近地天體）軌道與地球軌道很接近或相交，存在與地球相撞的可能，因此對地球與人類的安全構成了潛在的危險。”中科院行星科學重點實驗室副主任季江徽研究員告訴《中國科學報》記者。

　　正是由于近地天體對地球與人類的生存構成了重大威脅，因此國際上知名航天大國也紛紛掀起了將近地小行星作為深空探測目標的科學熱潮，期望通過近距離空間探測來細致了解其物理特性、內部結構與組成成分，以便未來當人類面臨危險時，能采取更為合理的減緩措施。為此，季江徽也表示，如果人類能更好地研究小行星表面的熱物理性質，從而深入揭示小行星表面熱慣量與表壤顆粒尺寸等重要物理信息，對人類進一步了解近地小行星軌道漂移與起源演化均具有重要意義。

　　讓“嫦娥”飛越

　　深空，像深海一樣浩瀚杳渺、神秘叵測。對于這樣一支現代版的“伽利略”團隊來說，研究深空、駕馭深空、利用深空，成為了他們的行動指南。

　　2012年，由院行星科學實驗室科研人員精準確定的圖塔蒂斯小行星軌道，使嫦娥二號實現了千米級飛越探測。也正是基于嫦娥二號飛越得到的探測數據，研究人員成功揭示了圖塔蒂斯小行星的物理特性、表面特征、內部結構與形成機理等。此項任務中，實驗室通過利用嫦娥二號探測器對飛越探測圖塔蒂斯小行星獲取的光學圖像，發現了圖塔蒂斯擁有不規則形狀和不平坦表面，并通過分析獲得了圖塔蒂斯表面的一些新特征：在圖塔蒂斯“身體”端部，科研人員發現了一個直徑大約 800米的巨型盆地，在小行星的表面還找到了超過50處較為明顯的、大小不一的隕石坑，其中包括兩個先后產生在同一位置上，附近且相互有部分遮蓋的隕坑。研究人員發現小行星的“頸部”以近乎垂直的角度連接著“頭部”和“身體”，其表面存在超過30個有巨石特征的區域。

　　從這些行星表面特征中，科研人員推斷圖塔蒂斯很可能是一顆具有碎石堆結構的密近雙小行星，可能由兩個獨立小天體緩慢靠近形成，也可能是約普（YORP）效應作用的結果，還可能由于大規模的撞擊造成。這些研究對今后科學界認識太陽系中小行星的形成與演化以及近地天體的空間防護等都具有十分重要的意義。

　　季江徽表示，這是探月工程（二期）的一項重要成果，也是我國首次行星際探測活動中，在多目標新模式探測、小行星新領域開拓的成功嘗試，是工程實踐與科學研究相融合的成功范例。據悉，該研究成果目前已在線發表在Scientific Reports（《科學報告》）上。2013年12月13日，Nature英文網站也作為首頁頭條推介了這項成果，全球多個知名媒體進行了報道，該項成果還入圍了2013年度“十大天文科技進展”。

　　不僅如此，研究人員還于近期利用嫦娥二號數據，深入開展了圖塔蒂斯小行星自轉動力學的研究。結合地基雷達形狀模型，他們首次利用空間光學圖像數據較精確地給出了圖塔蒂斯自轉軸在空間的指向，并融合雷達數據通過建立合理的動力學模型研究了其自轉動力學演化，給出了圖塔蒂斯的自轉狀態，計算得到其繞長軸的自轉周期、長軸繞角動量軸進動周期，揭示了該小行星在空間中“翻跟頭”的原因。該成果也同時為研究小行星的形成演化機制提供了重要依據。

　　支持NASA任務采樣機制的可行性

　　目前，實驗室季江徽課題組基于國際上先進的小行星熱物理模型和Bennu最新的三維形狀模型，利用空間望遠鏡和地面望遠鏡的多組熱紅外觀測數據，首次限定出小行星Bennu的表面熱慣量、粗糙度等表面物理性質的1σ范圍以及其熱慣量、粗糙度和幾何反照率等參數。這些重要的研究結果為更準確地研究小行星 Bennu的軌道漂移提供了科學依據。

　　研究人員根據推算的表面熱慣量值與其表面溫度分布，進一步估計了小行星Bennu表面物質顆粒尺寸的范圍。這些研究成果很大程度上支持了NASA OSIRIS-REx任務Touch-And-Go采樣機制的可行性。“研究方法將來可應用于我國未來的小行星深空探測任務，能提供探測目標小行星的表面反照率、粗糙度及熱慣量等關鍵科學參數，為科學載荷的設計與研制等提供重要的工程應用價值。”季江徽說。

　　在行星隕石化學方面，實驗室徐偉彪研究員課題組成功申報了我國新發現的4個隕石富集區：Xingdi，Argan，Loulan Yizhi 和Lop Nur。它們位于新疆塔克拉瑪干沙漠以東的羅布泊地區。新富集區的地質、地形條件非常有利于隕石的野外搜尋工作。他們發現并確認了13塊平衡型普通球粒隕石。與南極隕石相比, 在國內沙漠富集區回收隕石具有諸多優勢。新富集區的確立為國內沙漠隕石的回收工作提供了理論依據和前提保障, 而我國的沙漠隕石回收工作亟待進行。

　　“目前實驗室的突出特色是在基礎研究方面以攀登國際行星科學‘高峰’為目標，同時在應用研究方面積極為國家深空探測戰略需求提供科學的技術支持。”中科院行星科學重點實驗室主任廖新浩研究員介紹說。

　　鏈接

　　作為我國研究行星科學最為頂尖的科研機構之一，中科院行星科學重點實驗室由上海天文臺和紫金山天文臺于2013年聯合組建。實驗室目前有針對性地聚焦在7 個研究單元上：行星動力學研究、行星地球空間監測資料分析研究、太陽系行星際空間環境、VLBI測量技術在深空探測中的應用研究、近地天體探測和太陽系天體研究、天體化學研究以及行星科學與深空探測。近年來，實驗室培養出了多名博士后及博（碩）士研究生。目前實驗室擁有國家杰出青年基金獲得者2 人、中科院 “百人計劃”入選者5 人。