NEOWISE 公布近地天體計畫成果:那地球安全嗎?

作者 | 發布日期 2020 年 10 月 03 日 0:00 | 分類 天文 , 航太科技 Telegram share ! follow us in feedly


《彗星撞地球》與《世界末日》這些經典電影,除了讓我們一飽眼福,也讓人開始擔心電影情節會否成真,會不會真有一天有顆彗星墜入海中引起大海嘯?會不會有顆隕石無緣無故墜入市中心引發災難?孩子會問這些問題,科學家也在問這些問題。

最近,科學家有「兩個好消息與一個壞消息」要告訴大家,讓筆者先解釋一下再說這些消息是什麼吧。

近地天體

太空可不是只有明亮的星星與海報出現的巨大行星,還有許多太陽系形成初期就散布各處的「小行星」,以及由鬆軟岩石組成的彗星。其中小行星大多匯聚在火星與木星軌道間的「小行星帶」(Asteroid belt),剩下的小行星與彗星,有一小部分軌道與地球相近,稱作「近地天體」(Near-Earth objects,NEOs),少部分近地天體有較大機率對地球構成潛在威脅,稱做「潛在風險小行星」(Potentially hazardous asteroids,PHAs)。對科學家來說,找到並監控這些潛在風險小行星有兩大難處,第一它們通常只有幾百公尺至數公里大小,且許多組成成分又相當不反光,所以增加偵測的困難度。另外,這些小天體常會受經過附近行星重力影響,改變軌道,也許有天就朝著地球而來,相當難預測。

目前,國際天文學會(IAU)旗下有「微行星中心」(Minor Planet Center,MPC),負責統整各近地天體資料,可說是監控地球安全的保護網。除此之外,也有許許多多近地天體計畫,希望填補偵測微小與微弱近地天體的缺口。

NEOWISE 近地天體計畫

NEOWISE 就是較有名的近地天體計畫之一。NEOWISE 由兩個字組成,NEO 就是近地天體之意,WISE 則是「廣域紅外線巡天探測衛星」(Wide-field Infrared Survey Explorer)縮寫。簡單來說,NEOWISE 是運用 WISE 衛星探測近地天體的計畫。

WISE 衛星其實不只探測近地天體,也對紅外線天文學有重要貢獻。WISE 是由直徑 40 公分的望遠鏡組成,體積雖小,但放到太空有相當足夠的靈敏度。它最為人所知的貢獻是紅外線「巡天」,也就是為整個天空拍下數次紅外線影像。天文學家運用這些影像,找到可見光相當微弱的天體、紅外線星爆星系、星際間介質與塵埃、彗星,當然還有近地天體。

▲ WISE 衛星的長相。背景有主要觀測對象,包含小行星、彗星與遙遠星系。(Source:NASA

WISE 在 2009 年 12 月發射升空,運行一年多後,2011 年 2 月進入冬眠模式(hibernation)。2013 年 12 月,為了 NEOWISE 計畫,科學家喚醒 WISE,正式開始有系統的尋找近地天體。巧的是,NEO 除了是近地小行星之意,更是拉丁文「新」的意思。

紅外線與近地天體

前面提到近地天體除了體積小,組成成分也會大量吸收可見光,反射光很少所以看起來很暗,一般可見光天文望遠鏡幾乎難以偵測到,幸運的是,比較暗深的物體率吸收太陽輻射很有效率,並以紅外線方式發射出來。所以運用紅外線天文望遠鏡如 WISE,更容易偵測到這些天體。

下圖就是 NEOWISE 計畫發現的近地天體之一。圖背景是紅外線波段的「假色」星空,藍色圓圈所示就是近地天體隨時間移動的軌跡。下方藍色框框所示,是軌跡之一的放大圖。我們可以得到兩項資訊:近地天體因距離地球近,所以相對背景星空,移動也相對迅速。另外在紅外線「假色」圖,近地天體顏色偏紅,這代表含豐富塵埃,就算在紅外線下也「看起來很紅」。

▲ NEOWISE 觀測到的近地天體隨時間移動的軌跡(藍圈所示,為同個近地天體不同時間的影像疊加)。藍框內為影像之一放大圖。(Source:NASA

每當 NEOWISE 偵測到類似近地天體,科學家就會計算各項物理性質,為了地球的安全與時間賽跑。如軌道、體積、反射率、組成物質、其他各項熱力學性質,都是了解它們「潛在危險性」的重要數據。每當確認性質,NEOWISE 就會向「微行星中心」登錄每顆近地天體,甚至很偶爾登錄為「潛在風險小行星」,為地球安全監控系統的防護網盡一份心力。

兩個好消息與一個壞消息

NEOWISE 計畫從 2013 年底到現在,6 年多總共偵測 15 萬顆以上小行星,當中約 700 顆為近地天體。約 3.4 萬顆小行星為 NEOWISE 發現,有 135 顆是近地天體。此外 NEOWISE 偵測到 155 顆彗星,其中 21 顆為新發現。

下圖為截至 2019 年 12 月 14 日,NEOWISE 資料庫包含的地球附近天體。灰色圓點是火星軌道外的「小行星帶」小行星,綠色圓圈為近地小行星,黃色方塊為彗星,由內到外的藍、青色圈圈為水星、金星、地球與火星軌道。

▲ NEOWISE 於 2019 年 12 月 14 日所得的觀測結果模擬圖。綠色圓圈為歸類為近地天體的小行星。(Source:NEOWISE

可看出地球附近的天體有多「熱鬧」,許多在火星軌道外圍的小行星,雖然現在還算遠,但軌道算出來與地球相近,所以也加入近地天體的行列。

分析完眾多近地天體後,NEOWISE 團隊宣布「兩個好消息、一個壞消息」:

  1. 已找到 93% 左右直徑大於 1 公里的近地小行星。
  2. 原先預估有約 3.6 萬顆直徑 100 公尺以上的近地天體存在,新數據顯示只約 2 萬顆。
  3. 雖然比預估少,但不代表沒有,仍需尋找約 1.5 萬顆直徑 100 公尺以上的近地天體。

衷心希望,完全找到 1.5 萬顆近地天體前,地球仍然是最安全的家。

(首圖來源:NASA