过去三年里地球有两个玉轮?

本文来自微信民众号:果壳(ID:Guokr42),作者:EasyNight,题图来自:影戏《月球》

要论天然卫星的数目,我们的地球在太阳系里可排不到前排。

土星和木星这些巨行星,动辄有几十颗卫星缭绕。2019年,土星还新发明了20颗卫星,一举凌驾木星,成为太阳系已知卫星数目最多的行星。天王星和海王星也各有近二十颗卫星。

却是在内太阳系的类地行星里,地球委曲可以充充老大。

比我们离太阳更近的水星和金星,一颗卫星都没有。外侧的火星却是有两颗卫星,个头都只要几千米大小。而我们优美的地球呢,也有两颗天然卫星,个中一颗是我们熟习的玉轮,个头比水星小不了若干……

过去三年里地球有两个玉轮?

嗯,地球有了一颗新玉轮,不过并没有图上这么夸大…… | Youtube

等一下!你是说,地球有两颗卫星?除了月球,另有别的一颗?在哪呢,怎样看不到!

别找啦。这别的一颗呀,也是迷你卫星,大小只要两米,比肉眼能看到的最暗的星还要暗几百万倍。上个月刚被发明,不过大概它不习气地球引力的约束,下个月就要走了。

卡塔琳娜巡天的发明

2020年2月15昼夜,一颗疾速活动的小天体,倏忽涌如今卡特琳娜巡天项目(CSS,Catalina Sky Survey )1.5米千里镜的视野,在4张照片序列中划出4条短短的轨迹。

关于专门研讨近地天体的卡特琳娜巡天来讲,看到这类临时飞过的小家伙不算有数,正在观察的天文学家 Kacper Wierzchos 和 Teddy Pruyne 按例将其上报国际天文学联合会小行星中间(MPC,Minor Planet Center),标记为新发明的近地天体候选体。

小行星中间也按例关照环球介入协作的千里镜,做后续观察,以便取得其正确的运转轨道。

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发明 2020 CD3 的4张30秒暴光的照片序列 | 卡特琳娜巡天,亚利桑那大学

两位天文学家在上报的时刻已意想到,这家伙挪动速率太快了。4张照片序列的委曲间隔约半小时,而它用这么短的时候就走过了上图8角分的视场,差不多相称于肉眼所见满月大小的1/4。而且在每幅照片30秒的暴光里,它也划出了明显的轨迹。这么疾速的挪动,申明它极大概运转在地球相近的空间。

莫非是一颗途经家门口的近地小行星?

跟着环球别的天文台的到场,观察数据愈来愈细致。一天以后,有天文学家率先在社交媒体上发文:它多是几年前被地球引力捕捉的一颗迷你玉轮!并附上了22小时观察数据拟合出的轨道。随即,这一天体在收集上激起热闹的议论。

有人猜想它多是在高轨道运转的人造天体,比方发射别的行星探测器时半路丢下的火箭助推器,亦或是高轨卫星。然则陪伴后续更多观察数据的涌现,它的轨道被测定得愈来愈精准,与人造天体数据库里的轨道纪录并不符合

那有没有多是未被纪录在案的人造天体呢?比拟于天然天体,人造天体往往会反射更多的阳光,因而轨道也会遭到太阳光压的明显影响。而新发明的这个小天体,后续观察数据显现,它的轨道好像没有遭到太阳光压的明显影响。因而,这类大概性也可以被排除了。

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国际天文学联合会小行星中间宣布的 2020 CD3 电子转达

10天以后的2月25日,小行星中间宣布电报,授与它临时编号 2020 CD3,代表2020年2月前半月发明的第79颗小行星,并将其归类为“被临时捕捉的天体(Temporarily Captured Objects, TCOs),也许叫“临时卫星(Temporarily Satellite)

它是历史上第二颗归入此类的天体。

临时卫星 2020 CD3 的浑沌轨道

这块体长约2米的临时工…… 不对,是临时卫星,之前不在这里,将来也不久留,只是来地球的引力场中兜几圈。小家伙这么随性的活动轨迹,地球和月球赞同吗?

还真别说,这轨道就是地球月球一致赞同的

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2020 CD3 的运转轨迹,从2017年入手下手缭绕地球,到2020年4月从左下端脱离。白色代表月球轨道 | Tony Dunn

根据现有的观察数据,天文学家将 2020 CD3 放入地球月球配合的引力场中,对它做了回溯性数值模仿。效果显现,约莫在2017年前后,它才迟缓进入地球引力局限而被捕捉,这一待就是3年

遭到地球和月球两颗大天体的引力拖拽,它险些没有稳固的周期性轨道,而是绕出了一团非闭合的浑沌轨道。这意味着它运转时期,没有哪段时候可以安安心心地完整绕地球转上一圈,倒确切像是个临时工,把地球相近的空间逛了个遍。

假如没有月球,被地球捕捉的小天体大概就像火星捕捉的两颗小卫星那样,会久长地留下来。事实上,因为月球的存在,被捕捉的小天体每一次接近月球,都会被其引力踢一脚也许拉一把,一段时候事后,与月球过量的相遇,使小天体取得过量的轨道能量,终究一定会逃走地球的吸收。

这也申明,地球曾捕捉和将来大概捕捉的小天体,都只能是“临时卫星“,转不了正的。

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2020 CD3 的动态运转轨迹 | Tony Dunn

经由过程高精度的数值模仿,可以相对正确地纵观 2020 CD3 过去和将来的轨道。

它离地球近来的时刻,只要地月间隔的1/5,约莫比地球同步轨道远1倍的间隔,最远时则跑到了4.5倍地月间隔,险些就要逃走地球引力。

把数值模仿的时候轴转向将来,会发明它在1月中旬经由过程了自身的末了一次近地点,入手下手走上脱离地球的轨道

2月15日被发明的时刻,它与地球相距约莫30万千米,稍近于地月间隔,视亮度20等。

2月25日正式宣布临时卫星分类和编号的时刻,它已运转到2.5倍地月间隔,视亮度23等,小型千里镜很难再观察到它。

到4月初,它将完整脱离地球的引力掌握,从新成为一颗缭绕太阳活动的小行星。

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2020 CD3 的视亮度随时候的变化 | Hanno Rein

这3年来,这颗迷你卫星一向相伴地球和月球摆布,天文学家却没能实时找到,直到它跟地球说完再会,我们才恰巧发明了它,但已来不及细致研讨了,不得不说有些遗憾。

唯一的两颗“临时卫星”

2020 CD3 是历史上的第二颗地球的“临时卫星”,第一颗是2006 RH120。它在2006年一样由卡特琳娜巡天项目发明,1年以后的2007年脱离了地球约束,成为缭绕太阳的小行星。

随后的14年里,环球新发明了上万颗接近地球的小天体,居然没有一颗是被地球捕捉的。十分困难如今又找到了一颗,人家都已要脱离了……

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2006 RH120的动态运转轨迹 | HORIZONS System, JPL, NASA, Phoenix7777

想在将来填补如许的遗憾,首先要弄邃晓,它们为什么云云有数。

缘由主要有以下几点:

第一,存在时候短。正如前面议论 2020 CD3的浑沌轨道,月球带来的引力扰动,使它们缭绕地球活动的延续时候,约莫只要数年。

第二,捕捉前提刻薄。在被地球捕捉之前,它们的轨道不仅要接近地球,而且要和地球共轨道,在这个基础上,以某些特定的速率和方向进入地球四周,才可以被捕捉,不然只会从地球四周悠远的处所飞掠而过。但值得注意的是,这些曾被捕捉的小天体也倾向于反复捕捉。

第三,该类巡天项目远未饱和。假如把夜空比作星斗大海,那如许的征采就是铁树开花。征采的千里镜数目不够多,也许说效力不够高。以卡特琳娜巡天项目中1.5米口径千里镜为例,它的视场为5平方度,已算是相称大了。可与全天总面积41252.96平方度比拟,这台千里镜只能掩盖万分之一之天空。这台千里镜30秒暴光的极限星等约21.5,没法看到标准小于1米的小天体。巡天项目的不足,致使多量的候选天体错过发明窗口。

这一条也是最主要的缘由。

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正在建立的薇拉·鲁宾天文台 | LSST Project/NSF/AURA

最近几年的一些研讨显现,地球临时捕捉小行星的几率可以到达0.2%~0.3%,斟酌到本日预计的近地小行星数目为百万到万万颗,那末地球四周时时刻刻都大概存在最少一颗长约1米的临时卫星。只不过它们太暗了,没法触及本日大多数巡天项目的灵敏度极限。

幸亏薇拉·鲁宾天文台(Vera C. Rubin Observatory)的大型综合巡天千里镜(Large Synoptic Survey Telescope,LSST)行将建成。在入手下手观察的第一个10年中,它有望发明多量地球的临时卫星。

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2016年8月22日,一颗低速进入大气层的火流星被澳大利亚南部的火流星监测网纪录到。根据它迟缓的速率猜想,它的前身多是地球的临时卫星,大小约20厘米 | Shober et al.

空阔的地球轨道

2020 CD3 是卡特琳娜巡天项目发明的。这个巡天项目的科学目的,是发明和追踪近地天体,剖析它们的轨道、大小和身分,研讨它们的统计散布和轨道的动力学演变。假如它们的轨道和地球订交,近来间隔小于20倍地月间隔,且直径约莫140米,则被归类为对地球的潜伏要挟天体(Potentially Hazardous Objects,PHOs)

停止现在,纪录在册的近地小天体约莫有两万颗,个中潜伏要挟天体有9%,约莫两千颗,数目不算多。经由过程延续的跟踪观察,关于直径百米以上的大家伙,轨道展望已充足精准,在将来的100年里险些没有大概撞上地球

算上悉数已知的近地天体,直径大于1千米的共有约1000颗。而在火星和木星轨道之间的主小行星带里,一样大小的小行星数目有100万颗。比拟之下,地球轨道四周算是相称空阔了。

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夏威夷莫纳克亚北双子天文台8米千里镜拍摄的 2020 CD3,位于中间处。因为它相对背景恒星高速挪动,当千里镜在跟踪 2020 CD3 观察时,底本不动的背景恒星此时划出与 2020 CD3 活动相反方向的轨迹。观察使用了红绿蓝三个通道,因而恒星轨迹为红绿蓝三色 | Gemini Observatory/NSF/AURA/G. Fedorets

只斟酌2020 CD3 这类汽车大小的近地天体,现在的发明数目约有一万颗。

个中有若干能飞掠地球四周呢?

假如将局限限定在地月间隔,过去1年里约有50颗飞掠。设想一下,在38万千米为半径的圆盘上停了50辆小汽车,又谁能发觉呢?

假如将局限缩小到地球自身,那末每一年将只要一到两颗突入地球大气层,随后会化作一颗火流星,在高层大气中熄灭殆尽,险些不大概有陨石坠落地面。

地球就运转在云云空阔的太空当中。为了研讨太阳系里的小行星,美国NASA发射了冥王号(OSIRIS-REx)入轨直径500米的近地小行星贝努(Bennu),举行采样返回,使命延续7年;日本则接踵发射了隼鸟号(Hayabusa)和隼鸟2号(Hayabusa2),分别对近地小行星糸川(Itokawa)和龙宫(Ryugu)举行采样返回,每项使命也是6到7年。

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2018年,NASA的冥王号飞抵小行星贝努(左),当时JAXA的隼鸟2号(右)正在小行星龙宫考核 | MASA Planetary Log

看着现在方才脱离地球的 2020 CD3 ,再追念一下 2006 RH120,科学家不禁发生出了一个新的脑洞 —— 与其设想庞杂的轨道上岸悠远的小行星,为什么不就地看望送上门来的小行星呢

一方面,诸如LSST如许的大口径高效力巡天项目行将上线,可以带来亘古未有的高精度近地小天体轨道数据,也许还会发明多量量被地球捕捉的临时卫星和海量低速飞掠地球的小行星。后续的历久监测,以至能追踪它们再次被地球捕捉的大概。

另一方面,在不远的将来,可以预期列国的国有航天和环球的民营航天也将继承提拔火箭发射效力,做到随时期待发射。一旦这类小天体的轨道适宜,即可起程展开探测使命。

将来,在地球的家门口,说不定就可以举行小行星采样,以至采矿了。

到时刻,地球已知天然卫星的数目,说不定真的有愿望跟那些巨行星一较高下了呢!

参考文献

[1] https://www.syfy.com/syfywire/the-earth-has-a-new-minimoon-but-not-for-long

[2] https://www.space.com/minimoon-2020-cd3-discovery-around-earth-explained.html

[3] https://catalina.lpl.arizona.edu/news/2020/02/catalina-sky-survey-discovers-new-mini-moon-orbiting-earth

[4] https://minorplanetcenter.net/mpec/K20/K20DA4.html

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