據(jù)中國激光雜志社網(wǎng)，于2025年10月29日?qǐng)?bào)道，2025年2月，小行星2024 YR4的罕見高撞擊風(fēng)險(xiǎn)引發(fā)了國際廣泛關(guān)注；5月28日，一顆超400公斤的隕石墜落在廣東省茂名市。防范近地小行星撞擊風(fēng)險(xiǎn)事關(guān)全球安危與人類文明存續(xù)，相關(guān)研究現(xiàn)實(shí)需求迫切、戰(zhàn)略意義深遠(yuǎn)。歐美國家也積極構(gòu)建地基、天基小行星監(jiān)測(cè)設(shè)備，并于2021年和2024年分別實(shí)施了DART和HERA行星防御任務(wù)。2025年9月4-5日，中國探月工程總設(shè)計(jì)師吳偉仁介紹，我國正在規(guī)劃對(duì)一顆小行星實(shí)施動(dòng)能撞擊演示驗(yàn)證任務(wù)，驗(yàn)證小行星防御方案的可行性。
中國科學(xué)院國家天文臺(tái)光學(xué)觀測(cè)技術(shù)研究團(tuán)組聯(lián)合深空探測(cè)實(shí)驗(yàn)室近地小行星防御技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)，面向我國未來發(fā)展行星防御能力的重大需求，首次對(duì)天基-月基近地小行星光學(xué)監(jiān)測(cè)設(shè)備的監(jiān)測(cè)能力進(jìn)行了系統(tǒng)性仿真分析，相關(guān)成果發(fā)表在《光學(xué)學(xué)報(bào)》“深空探測(cè)光學(xué)”專題，并被選為亮點(diǎn)文章。
01、研究背景
從6500萬年前恐龍滅絕事件，到1908年的通古斯大爆炸，再到2013年車?yán)镅刨e斯克爆炸事件，近地小行星(near-Earth asteroid，以下簡(jiǎn)稱NEA)撞擊地球的風(fēng)險(xiǎn)對(duì)地球上所有生命的安全構(gòu)成了長期威脅。
NEA體積小、數(shù)量眾多，表面反照率通常較低，光照條件變化復(fù)雜，若想分析其對(duì)地球是否存在撞擊風(fēng)險(xiǎn)并規(guī)劃防御措施，需要依靠長期高精度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，這對(duì)地基望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)能力提出了極高的要求。光學(xué)觀測(cè)相比于雷達(dá)探測(cè)，無需發(fā)射雷達(dá)信號(hào)，受探測(cè)距離限制較小，能夠“看得更遠(yuǎn)”，且設(shè)備建設(shè)與運(yùn)行成本較低。然而，受限于地球的晝夜交替和大氣消光，地基望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)數(shù)據(jù)難以對(duì)暗弱的NEA開展精確的軌道參數(shù)測(cè)量和表面形貌、自轉(zhuǎn)周期的反演。為了增加NEA的連續(xù)監(jiān)測(cè)時(shí)長并提升位置和亮度測(cè)量精度，在深空部署光學(xué)監(jiān)測(cè)設(shè)備勢(shì)在必行。
02、NEA天基-月基監(jiān)測(cè)平臺(tái)觀測(cè)條件分析方法研
針對(duì)我國未來對(duì)行星防御能力的需求，研究團(tuán)隊(duì)首次提出了一套仿真樣本完備性較高的NEA光學(xué)設(shè)備探測(cè)能力分析方法。
研究團(tuán)隊(duì)采用了目前所有已發(fā)現(xiàn)的NEA作為監(jiān)測(cè)設(shè)備能力分析的樣本，仿真分析了近地空間、地月空間和月面運(yùn)行的NEA光學(xué)監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)NEA的監(jiān)測(cè)能力。考慮到若以太陽系質(zhì)心（以下簡(jiǎn)稱日心）為參考點(diǎn)，天基、月基望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)位置與地球上的觀測(cè)站存在明顯位置差異，且觀測(cè)平臺(tái)與NEA都在實(shí)時(shí)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，研究人員對(duì)一年中不同時(shí)刻N(yùn)EA在日心黃道坐標(biāo)系中的空間位置分布進(jìn)行了仿真分析。結(jié)果表明，在近地空間、地月空間和月面不同點(diǎn)位觀測(cè)NEA的視位置幾乎沒有差別。
隨后，根據(jù)不同軌道觀測(cè)平臺(tái)/月面觀測(cè)位置、對(duì)全天的實(shí)時(shí)可見天區(qū)范圍進(jìn)行了仿真分析。由于近地軌道、地月軌道和月面受到太陽、地球和月球的遮擋以及地氣光的干擾程度不同，三類觀測(cè)平臺(tái)對(duì)全天NEA的可見數(shù)量存在明顯差別。其中地月三角平動(dòng)點(diǎn)L4（L5）處的動(dòng)力學(xué)替代軌道觀測(cè)平臺(tái)受到日、地、月的遮擋最少，全年可觀測(cè)天區(qū)范圍最多。
NEA的精確定軌與光度測(cè)量還需要長時(shí)間連續(xù)的觀測(cè)數(shù)據(jù)支撐。對(duì)三類觀測(cè)平臺(tái)一年時(shí)間內(nèi)可以監(jiān)測(cè)的NEA數(shù)量進(jìn)行仿真分析，圖3展示了一個(gè)地球公轉(zhuǎn)周期內(nèi)，所有NEA在各類觀測(cè)平臺(tái)可見天區(qū)中的累計(jì)小時(shí)數(shù)分布情況。各觀測(cè)平臺(tái)都有5%以上的NEA全年不可見，但觀測(cè)周期的累積能夠彌補(bǔ)這些目標(biāo)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的空缺。基于此分析方法，研究團(tuán)隊(duì)首次對(duì)所有NEA在時(shí)間-空間兩個(gè)維度上開展了高完備性的檢測(cè)率仿真。
基于上述分析方法，研究團(tuán)隊(duì)提供了一套能夠滿足行星防御能力需求且具有工程指導(dǎo)意義的監(jiān)測(cè)設(shè)備技術(shù)參數(shù)。根據(jù)近地小行星的視星等、運(yùn)動(dòng)速度、背景黃道光亮度等參數(shù)，分別計(jì)算了適合在三類觀測(cè)平臺(tái)開展監(jiān)測(cè)的設(shè)備口徑、焦比、分辨率、曝光時(shí)間等核心技術(shù)參數(shù),其中對(duì)近地小行星監(jiān)測(cè)能力影響最大的是口徑。在近地空間、地月空間和月面三類觀測(cè)平臺(tái)的位置分別計(jì)算了四種不同尺寸口徑的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡能夠監(jiān)測(cè)到的NEA數(shù)量。仿真結(jié)果表明，相同口徑設(shè)備在不同觀測(cè)平臺(tái)/站點(diǎn)處的NEA檢測(cè)率（能夠監(jiān)測(cè)的NEA占已發(fā)現(xiàn)NEA總數(shù)）差別<2%。對(duì)比1 m口徑光學(xué)設(shè)備在各觀測(cè)平臺(tái)/站點(diǎn)的檢測(cè)率，發(fā)現(xiàn)月球南極能夠監(jiān)測(cè)到的較亮目標(biāo)（亮于23等）更多，但此處放置更大口徑設(shè)備的檢測(cè)率明顯低于其他平臺(tái)/站點(diǎn)，原因是高黃緯天區(qū)中缺少較亮的NEA，且目標(biāo)源相對(duì)稀疏。
研究團(tuán)隊(duì)還對(duì)四顆行星防御領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注的NEA——Apophis、Kamo’oalewa、2024 YR4和2015 XF261在三類觀測(cè)平臺(tái)處一年內(nèi)的可見弧段和累計(jì)觀測(cè)時(shí)間進(jìn)行了仿真計(jì)算。其中，Apophis作為其中直徑最大的小行星，在2030-2031年期間三類觀測(cè)平臺(tái)的可見天區(qū)內(nèi)V波段星等均亮于22等，可使用1 m口徑望遠(yuǎn)鏡監(jiān)測(cè)；Kamo’oalewa與地球幾乎共軌，期間在三類觀測(cè)平臺(tái)位置的視星等均小于26.5等，可使用5m口徑望遠(yuǎn)鏡監(jiān)測(cè)；2015 XF261軌道半長軸與地球接近、偏心率較大，期間在三類觀測(cè)平臺(tái)位置的視星等隨軌道運(yùn)動(dòng)存在明顯變化，由于2015 XF261軌道面貼近黃道面，背景中的黃道光存在明顯干擾，需要使用不小于10米級(jí)的望遠(yuǎn)鏡才能對(duì)其實(shí)現(xiàn)在各觀測(cè)平臺(tái)可見天區(qū)中進(jìn)行監(jiān)測(cè)；而2024 YR4軌道偏心率大、軌道半長軸約2.5 AU，在2025年過近地點(diǎn)后亮度快速下降，隨后長期在30等附近，對(duì)于焦比f/4的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，需要口徑不小于30 m的望遠(yuǎn)鏡才能進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
03、工作展望
未來，我國計(jì)劃逐步構(gòu)建NEA防御能力。下一步，研究團(tuán)隊(duì)將結(jié)合行星防御能力發(fā)展需要，開展天基-月基多觀測(cè)平臺(tái)光學(xué)觀測(cè)設(shè)備聯(lián)合監(jiān)測(cè)能力的分析，尋找NEA監(jiān)測(cè)能力的新增量，支撐未來行星防御實(shí)施方案的論證。研究團(tuán)隊(duì)以“近地小行星天基與月基觀測(cè)條件分析”為題發(fā)表在《光學(xué)學(xué)報(bào)》“深空探測(cè)光學(xué)”專題的研究也將為我國未來計(jì)劃建設(shè)的國際月球科研站選址提供支撐與參考，下一步將結(jié)合數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)，分析月球表面復(fù)雜地形地貌對(duì)望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)視野、穩(wěn)定性以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫娴挠绊懀M(jìn)一步優(yōu)化選址方案，保障月基監(jiān)測(cè)設(shè)備長期高效運(yùn)行，從而與地基、天基監(jiān)測(cè)系統(tǒng)聯(lián)合形成更為完善的NEA監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，為人類應(yīng)對(duì)NEA撞擊威脅提供更堅(jiān)實(shí)的保障。
團(tuán)隊(duì)簡(jiǎn)介
團(tuán)隊(duì)長期開展光學(xué)天文觀測(cè)技術(shù)的創(chuàng)新研究、應(yīng)用推廣與科教融合，主要聚焦于地基/天基/月基光學(xué)觀測(cè)技術(shù)與科學(xué)、小行星復(fù)雜物理特性智能反演、時(shí)域天文觀測(cè)技術(shù)與科學(xué)等研究。團(tuán)隊(duì)現(xiàn)有高級(jí)職稱6人，初中級(jí)職稱7人，研究生4人。
