2022年，近地小行星發(fā)現(xiàn)數(shù)量再次創(chuàng)紀錄，年度發(fā)現(xiàn)數(shù)量再創(chuàng)新高，達到3182顆。與此同時，近地小行星發(fā)現(xiàn)總數(shù)量達到31014顆，首次超過了3萬顆大關(guān)。

那你知道，

2022年，近地小行星發(fā)現(xiàn)誰執(zhí)牛耳？

還有可能導致全球級災難的漏網(wǎng)之魚嗎？

人類發(fā)現(xiàn)了多少潛在威脅小行星？

地球哪個月份最危險？

2023年在小行星發(fā)現(xiàn)領域有哪些新期待？

近地小行星（圖片來源：NASA）

1、 近地小行星發(fā)現(xiàn)誰執(zhí)牛耳？

2022年，近地小行星年度發(fā)現(xiàn)數(shù)量再次突破3000顆大關(guān)，達到3182顆，比2021年3090顆，多出了92顆。原因并非近地小行星巡天領域的四大天王（卡特琳娜巡天系統(tǒng)、泛星計劃望遠鏡、小行星撞擊末端報警系統(tǒng)、NEOWISE天基望遠鏡）表現(xiàn)出色。實際上除NEOWISE之外，其他三大近地小行星巡天設備表現(xiàn)都比去年遜色。

真正原因是大量其他巡天裝備的異軍突起，包括美國境內(nèi)的其他裝備和美國之外的裝備。

圖片來源：NASA

排名前四的“四大天王”分別是：

卡特琳娜巡天系統(tǒng)（CSS） 發(fā)現(xiàn)1291顆近地小行星，發(fā)現(xiàn)占比40.6%，稍遜于去年1304顆；

泛星計劃（Pan-STARRS） 發(fā)現(xiàn)1263顆近地小行星，發(fā)現(xiàn)占比39.7%，稍遜于去年1282顆；

地球撞擊末端告警系統(tǒng)(ATLAS) 發(fā)現(xiàn)151顆近地小行星，發(fā)現(xiàn)占比4.7%，稍遜于去年163顆；

NEOWISE天基紅外望遠鏡 14顆，發(fā)現(xiàn)占比 0.44%，比2022年多發(fā)現(xiàn)了3顆近地小行星；

四大天王表現(xiàn)稍遜于預期，也表明其觀測能力已經(jīng)進入了穩(wěn)定階段，達到了其觀測能力極限。如果要在小行星發(fā)現(xiàn)領域更進一步突破，還需要進一步拓展設備能力。

在四大天王之外的其他裝備帶來了新驚喜。

美國境內(nèi)的其他裝備發(fā)現(xiàn)了241顆近地小行星，發(fā)現(xiàn)占比7.8%，比去年增加了71顆，增幅為41.8%；

美國之外的其他望遠鏡發(fā)現(xiàn)了221顆，發(fā)現(xiàn)占比 6.9%，比去年增加了61顆，增幅為38.1%。

四大天王之外的裝備表現(xiàn)出色，說明有更多的中小望遠鏡投入了近地小行星監(jiān)測，有更多國家的力量參與投入到近地小行星監(jiān)測。一定程度說明，行星防御已經(jīng)越來越深入人心，更多的國家、更多的科學家認識到小行星防御的重要性。

四大天王中，今年卡特琳娜系統(tǒng)發(fā)揮依然穩(wěn)定，以1291顆發(fā)現(xiàn)位居第一，以微弱優(yōu)勢領先泛星計劃。在過去10年中，卡特琳娜也奪取了7次冠軍。其余3次都是以微弱劣勢，屈居泛星計劃望遠鏡之后。

圖片來源：arizona.edu

關(guān)于卡特琳娜系統(tǒng)的奧秘，參見文章

卡特琳娜巡天系統(tǒng)憑什么發(fā)現(xiàn)最多近地小行星？

泛星計劃望遠鏡自服役以來，一直表現(xiàn)突出，與卡特琳娜望遠鏡互為瑜亮，最近十年，奪取了3次冠軍，7次亞軍。

泛星計劃望遠鏡 圖片來源：Pan-STARRS

而地球撞擊末端告警系統(tǒng)(ATLAS)，則完全走了另外一條路，其放棄了深度巡天的想法。利用小口徑（60cm）、多設備（2臺在夏威夷，2臺在智利和南非）、超大視場（幾十平方度，而卡特琳娜和泛星計劃望遠鏡的視場為幾平方度）、快速重訪能力（2天可視天區(qū)重訪，而卡特琳娜和泛星計劃望遠鏡重訪要10天左右）、低成本（僅數(shù)百萬美元），走出一條與眾不同差異化的道路：只看臨近地球的小尺寸小行星。

如果說卡特琳娜和泛星計劃意在遠距離（幾千萬至億公里之外）發(fā)現(xiàn)直徑140米以上的小行星，地球撞擊末端告警系統(tǒng)(ATLAS)則意在發(fā)現(xiàn)大量直徑幾十米的暗弱小行星。這些小行星數(shù)量極其龐大，非常暗弱，在遠處是極其難以發(fā)現(xiàn)的。但當這些小行星臨近地球的時候，其亮度會迅速增加，小口徑望遠鏡也能夠看到它們。但機會是轉(zhuǎn)瞬即逝的，這些小尺寸小行星可能馬上離開地球飛向深空，也可能馬上撞擊地球。像卡特琳娜和泛星計劃望遠鏡10天左右的重訪時間，無疑會有很多漏網(wǎng)之魚。

地球撞擊末端告警系統(tǒng)(ATLAS)就是跟在卡特琳娜和泛星計劃望遠鏡后面撿漏，用大視場快速覆蓋可視天區(qū)，盡可能地發(fā)現(xiàn)這些漏網(wǎng)之魚。難怪人家名字自信地叫地球撞擊末端告警系統(tǒng)。其實也可以說，它是一個撿漏王。

ATLAS：小行星地球撞擊最后警報系統(tǒng)

地球撞擊末端告警系統(tǒng)(ATLAS)這種差異化發(fā)展理念效果非常好，以極低的成本（數(shù)百萬美元），連續(xù)5年居于全球第三。

自2015年以來，ATLAS系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)了861顆近地小行星，其中潛在威脅小行星82顆，此外還有76顆彗星，以及13684次超新星爆發(fā)。對比之下，我們在小行星發(fā)現(xiàn)領域，迄今為止，發(fā)現(xiàn)近地小行星的數(shù)量不足40顆，不到ATLAS系統(tǒng)的零頭。

卡特琳娜、泛星計劃望遠鏡、地球撞擊末端告警系統(tǒng)構(gòu)成一個深度、廣度、頻度兼具的體系。

ATLAS系統(tǒng)位于夏威夷的兩臺望遠鏡（圖片來源：fallingstar.com）

2022年，ATLAS在智利和南非的兩臺望遠鏡進入了服役狀態(tài)，但發(fā)現(xiàn)量未能有效提高，甚至比去年還少了12顆。原因可能是智利和南非的兩臺望遠鏡還在調(diào)試階段。

NEOWISE天基紅外望遠鏡今年比去年稍好，發(fā)現(xiàn)14顆近地小行星。

下一代天基紅外望遠鏡NEO Surveyor已經(jīng)通過了關(guān)鍵里程碑評審，計劃于2028年發(fā)射！

2、 還有公里級直徑近地小行星尚未被發(fā)現(xiàn)嗎？

直徑公里級的近地小行星能夠?qū)е氯蚣墳暮Γ碚撋暇幠客瓿陕室呀?jīng)超過了95%。但仍然存在漏網(wǎng)之魚。

千米級近地小行星年度發(fā)現(xiàn)數(shù)量（圖片來源：NASA）

2022年，發(fā)現(xiàn)了5顆直徑公里級的近地小行星。這意味著，還有一些直徑公里級近地小行星尚未被發(fā)現(xiàn)。

這些小行星分布在什么軌道上？為什么沒有被發(fā)現(xiàn)？

這5顆可能導致天地大沖撞類型的近地小行星，分別由卡特琳娜（2顆）、地球撞擊末端告警系統(tǒng)(ATLAS)、暗能量巡天系統(tǒng)、日本Gekko天文臺發(fā)現(xiàn)。

其中3顆，是高傾角近地小行星，傾角分別為34.5、44.8和70.6度。它們大部分時間位于遠離黃道面的位置，而我們的望遠鏡，在掃描策略設計時，大部分時候都在觀測黃道面方向，因此黃道面外存在漏網(wǎng)之魚。

另外兩顆小行星2022 AZ7 和2022 AP7的傾角分別為13.8度和13.2度，但其均為大偏心率的軌道，遠日點分別為4.2 Au和5.0 Au，已經(jīng)接近了木星。近日點分別為0.87 Au和0.83 Au，在地球和金星之間。也就是說，這兩顆小行星大部分時間運行在火星軌道之外、甚至接近木星，由于距離遙遠，難以對其開展觀測。每隔4-5年才存在一次飛向內(nèi)太陽系的機會，觀測機會有限。

對了，地球撞擊末端告警系統(tǒng)(ATLAS)不僅能撿漏幾十米級小尺寸小行星，也能發(fā)現(xiàn)公里直徑小行星。

實際上，對人類威脅最大的還是直徑140米級近地小行星。這類小行星不僅數(shù)量多，撞擊危害大，而且超過60%人類尚隱匿在茫茫太空之中。

直徑140米以上小行星的年度發(fā)現(xiàn)數(shù)量（來源：NASA）

直徑140米以上的近地小行星的發(fā)現(xiàn)數(shù)量，近年來已經(jīng)進入了平穩(wěn)狀態(tài)，最近5年的發(fā)現(xiàn)數(shù)量分別為440、524、545、454、447。

在直徑140米以上的近地小行星發(fā)現(xiàn)方面，泛星計劃是冠軍，發(fā)現(xiàn)了244顆，發(fā)現(xiàn)占比為54.6%；意味著，泛星計劃望遠鏡在直徑140米小行星發(fā)現(xiàn)方面能力更強，這是合理的，畢竟其口徑最大（兩臺1.8米）。

亞軍為卡特琳娜，發(fā)現(xiàn)了123顆，發(fā)現(xiàn)占比為27.5%；意味著卡特琳娜是一個全能王，大小通吃。

季軍還是老三地球撞擊末端告警系統(tǒng)(ATLAS)，人家還發(fā)現(xiàn)了16顆直徑140米級小行星，相比去年32顆，幾乎下降了一半。

直徑大于140米、與地球最小軌道交會距離小于750萬公里的小行星也被稱為潛在威脅小行星（PHA）。這類小行星撞擊地球，可能摧毀一個中小型國家，是人類重點防范的對象。在2022年，發(fā)現(xiàn)了86顆潛在威脅小行星。總數(shù)量上升至2232顆（截至12月29日）。

需要說明的是，并非所有PHA都對人類有威脅，絕大部分PHA在未來幾百年內(nèi)對人類沒有任何威脅。但在千年甚至萬年尺度，PHA具有更大的概率撞擊地球，并且引發(fā)嚴重影響。小行星的軌道運動在動力學上是混沌的，頻繁的大行星飛越、雅科夫斯基效應都空間環(huán)境作用都使得小行星的長期軌道預測變得困難。人類對小行星的測量精度和預測模型并不足以精準預測千年、萬年之后的撞擊風險。PHA的概念，讓人更容易在發(fā)現(xiàn)小行星時，從軌道根數(shù)的角度，將這類小行星標志出來，予以更多關(guān)注。

但實際上，一顆小行星沒有歸入PHA，并非其沒有威脅。即使是直徑20米小行星也可能導致顯著傷害。比如2013年，俄羅斯車里雅賓斯克事件中，一顆直徑18米的小行星在俄羅斯車里雅賓斯克上空30公里高空爆炸，當量約30顆廣島原子彈，導致了接近1500人受傷，3000棟房屋受損。如果發(fā)生在人口稠密地區(qū)或者空爆高度更低，后果將更為嚴重。

3、 哪些類型的近地小行星發(fā)現(xiàn)數(shù)量最多？

根據(jù)近地小行星軌道與地球軌道關(guān)系，可以將近地小行星分為Amor型、Apollo型、Aten型和Atira型。

近地小行星軌道分布（圖片來源：NASA）

Amor型，可以簡稱為地外型，位于地球軌道外側(cè)，與地球軌道無交叉；

Apollo型，可以簡稱為外叉型，主要運行在地球軌道外側(cè)，但近日點在地球軌道內(nèi)側(cè)，可能撞擊地球；

Aten型，可以簡稱為內(nèi)叉型，主要運行在地球軌道內(nèi)側(cè)，但遠日點在地球軌道外側(cè)，可能撞擊地球；

Atira型，可以簡稱為地內(nèi)型，位于地球軌道內(nèi)側(cè)，與地球軌道無交叉。

截至2022年末：

Amor型發(fā)現(xiàn)了 11108顆，占比35.8%;2022年新增發(fā)現(xiàn)1005顆，新增占比31.6%。

Apollo型發(fā)現(xiàn)了17449顆，占比56.3%，這部分是發(fā)現(xiàn)占比最多的小行星；2022年新增發(fā)現(xiàn)1906顆，新增占比59.9%。

Aten型發(fā)現(xiàn)了 2428顆，占比7.8%；2022年新增發(fā)現(xiàn)269顆，新增占比7.8%。

Atira型發(fā)現(xiàn)了28顆，占比0.12%；2022年新增發(fā)現(xiàn)1顆，新增占比0.03%。

可以看出，新發(fā)現(xiàn)占比中Apollo型，即外叉型占據(jù)絕大多數(shù)。

4、 哪個月份人類最危險？

近地小行星月度發(fā)現(xiàn)數(shù)量（圖片來源：地球守門人）

2022年，發(fā)現(xiàn)小行星最多的月份集中在春季，3月份達到頂峰，單月數(shù)量為473顆。發(fā)現(xiàn)小行星最少的月份集中在夏季，7月份達到極小值，單月數(shù)量為136顆；可能夏季正值北半球雨季，目前小行星發(fā)現(xiàn)領域冠亞軍均位于北半球。

一方面說明選址很重要，晴天率是選址的一個重要指標。另一方面也說明，7月份可能是全球最危險的時候。因為此處北半球大部分地區(qū)處于雨季，小行星可能乘虛而入。當然，如果未來，可以將望遠鏡放到天上，就可以不受天氣因素影響。

Neo Surveyor 天基望遠鏡（圖片來源：NASA）

5、 2023年有哪些新期待？

2023年，最值得期待的還是人類有史以來最強大的小行星巡天利器——LSST，即將開光。科學家已經(jīng)為此準備了多年。

位于智利的LSST望遠鏡

預計LSST服役后，將對小行星發(fā)現(xiàn)領域帶來革命性的影響。LSST口徑達到8.4米，集光能力將是卡特琳娜和泛星計劃望遠鏡的20倍以上，而視場也達到非常恐怖的9.62平方度，相當于滿月的40倍。LSST的極限視星等將達到24.5，能夠在距離地球1.5億公里之外，發(fā)現(xiàn)直徑50米的近地小行星。另外一個重要方面是，LSST服役后，將結(jié)束南半球缺乏大型巡天裝備的歷史，為地球提供更佳均衡的保護。

ATLAS也并非沒有挑戰(zhàn)，為了兼顧其他科學目標，在設計觀測策略時，采取了1次重復觀測的策略，而其他成熟的近地天體望遠鏡大多采用3次重復觀測的策略。這意味著LSST可能帶來大量虛警。如果LSST不能在數(shù)據(jù)處理算法方面更進一步，也難以在近地天體巡天領域有所突破。

可以預期，LSST一旦開光、調(diào)試并克服算法障礙后，將極大地提升近地小行星發(fā)現(xiàn)數(shù)量，甚至可能從3000顆/年提升至10000顆/年。在近地小行星發(fā)現(xiàn)領域，留給中國的時間不多了。

其次，我們還可以對ATLAS有更多期待。地球守門人非常欣賞ATLAS的設計哲學——不與大型望遠鏡在口徑方面爭鋒，而是將望遠鏡視場做到極致，致力于快速完成天區(qū)重訪，從而跟在大型望遠鏡后面“撿漏”，彌補大型望遠鏡天區(qū)重訪能力弱的弊端。盡管ATLAS今年表現(xiàn)不如人意，考慮到ATLAS團隊在望遠鏡運營方面的經(jīng)驗，一旦調(diào)試順利，ATLAS的發(fā)現(xiàn)能力將顯著提升。除非ATLAS將另外兩臺望遠鏡的觀測時間用在別的領域——比如空間碎片、空間目標的編目。

最后，還可以期待的是，我們國家在冷湖建設的中科大-紫臺2.5米口徑大視場巡天望遠鏡（WFST，“墨子”巡天望遠鏡）。大視場巡天望遠鏡是中國科大和中科院紫金山天文臺共建的天文“雙一流”學科平臺，核心科學目標是搜尋和監(jiān)測天文動態(tài)事件，開展時域天文觀測研究。望遠鏡主鏡口徑為2.5米，配備7.65億像素大靶面主焦相機，將被安置于青海省海西州冷湖鎮(zhèn)賽什騰山。項目于2018年3月1日啟動，預計2023年建設完成。

墨子望遠鏡 （圖片來源：中科大）

建成后，大視場巡天望遠鏡將成為北半球光學時域巡測能力最強的設備，近地天體巡天是其重要的科學目標之一。如果調(diào)試順利，“墨子”巡天望遠鏡也值得期待。

一旦LSST和“墨子”望遠鏡服役，將在南北半球分別增加一個強力巡天裝備，近地小行星發(fā)現(xiàn)數(shù)量將呈現(xiàn)“井噴”式增長，我們地球的安全指數(shù)也將顯著提升！

6、 總結(jié)

又到總結(jié)的時候了，還是不得不說一句：在近地小行星發(fā)現(xiàn)這個領域，美國基本等于藍星能力總和。所有其他國家加起來，也不過是美國的零頭。我國在這方面尤其需要加強。

除了需要防御小行星帶來潛在威脅外，小行星在未來還可能是可以開發(fā)利用的資源。如果我們在小行星發(fā)現(xiàn)領域無所作為，我們怎么能指望未來能在星辰大海開發(fā)中引領潮流呢？

來源: 行星防御與利用

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