小行星族群熱物理參數(shù)及分布特征研究

姜浩軒

(中國科學院紫金山天文臺南京 210023)

小行星熱物理是近年來小行星研究領(lǐng)域的一個重要環(huán)節(jié),隨著紅外觀測技術(shù)的進步,該領(lǐng)域的研究取得了長足發(fā)展.小行星發(fā)出的熱輻射取決于小行星的尺寸、形狀、反照率、熱慣量(Γ)、粗糙度等熱物理參數(shù).研究小行星熱物理特性的科學意義是多方面的,比如能夠幫助我們計算小行星的Yarkovsky效應(yīng)和YORP (Yarkovsky-O’Keefe-Radzievskii-Paddackor)效應(yīng),還能對小行星表面的表壤顆粒尺寸進行估算,從而能更好地對小行星表面的物質(zhì)成分特征進行研究.另一方面,研究小行星族群的熱物理特性,可進一步為研究小行星、小行星帶乃至太陽系的形成和演化機制提供重要科學依據(jù).本文借助先進熱物理模型(Advanced Thermophysical Model,ATPM),結(jié)合相應(yīng)的中紅外觀測資料計算了Vesta族群、Nysa-Polana族群、Pallas族群、Themis族群、近地小行星(341843) 2008 EV5、近地小行星(3200) Phaethon的熱物理參數(shù),揭示了不同種類、不同族群的小行星之間熱物理參數(shù)的差異和造成這些差異的原因,以及相同族群中的小行星熱物理參數(shù)的相似性,并且基于這些差異和相似性對近地小行星和族群之間的聯(lián)系及其軌道演化過程進行了討論.

Vesta族群是由小行星(4) Vesta經(jīng)歷碰撞后產(chǎn)生的碎片形成的.本文研究了該族群中的10顆小行星,得到這10顆Vesta族群小行星的平均熱慣量為42 Jm?2·s?1/2·K?1,平均幾何反照率大小0.328,并發(fā)現(xiàn)與之對應(yīng)的表面粗糙度普遍較低.此外,對已有的主帶區(qū)域小行星幾何反照率進行統(tǒng)計后,發(fā)現(xiàn)Vesta族群小行星的幾何反照率普遍偏大,基于這些熱物理參數(shù),我們進一步估算了這10顆小行星的表壤粒徑尺寸范圍在0.006–1.673 mm之間.Themis族群也是小行星帶中重要的族群之一,該族群小行星物質(zhì)成分比較原始,且成員中大部分可能都有水冰的存在,對其成員小行星的熱物理特性研究可為我們提供該族群母體小行星的內(nèi)部信息.我們借助WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer)紅外觀測和ATPM對該族群中3顆體積較大的小行星(62) Erato、(171) Ophelia和(222) Lucia的熱物理參數(shù)進行了計算,發(fā)現(xiàn)3者之間的熱參數(shù)大小非常接近,從熱物理的角度證明了這3顆小行星有可能是來自于同一個母體.

小行星(341843) 2008 EV5是一顆Aten型近地小行星(NEA),光譜類型為C型,具有潛在撞擊地球的危險,該小行星曾是歐洲空間局(ESA)的小行星探測任務(wù)Marco-Polo-R的基準探測目標,我們借助ATPM和WISE紅外觀測得到2008 EV5的熱慣量Γ=Jm?2·s?1/2·K?1,幾何反照率pv=,有效直徑Deff=由于其熱慣量相對大多數(shù)近地小行星較小,我們推測其可能來自主帶區(qū)域,并對其1000條克隆軌道進行了逆向積分1 Myr,發(fā)現(xiàn)其來自主帶區(qū)域的概率為6.1%,同時估算了表壤粒徑尺寸為0.58–1.3 mm.研究表明,2008 EV5有可能來自于Nysa-Polana族群,我們對這個族群中的小行星(135) Hertha的熱參數(shù)進行了計算,得到該小行星的Γ=Jm?2·s?1/2·K?1,pv=

小行星(3200) Phaethon是日本航空航天局探測器(Japan Aerospace Exploration Agency,JAXA) DESTINY+(Demonstration and Experiment of Space Technology for INterplanetary voYage Phaethon fLyby dUSt science)的探測目標,其特殊的軌道形狀(大偏心率、小近日點距離)導致在一個軌道周期內(nèi)溫度的變化幅度較大,使之具有特殊的物理特性.此外,該小行星也是雙子座流星雨的起源.研究表明Phaethon起源于主帶區(qū)域中的Pallas族群,該族群是小行星帶中B-type小行星的重要來源,其成員數(shù)目不多,但目前大部分的具有活動性的小行星均與Pallas族群相關(guān).本文中,我們借助ATPM和WISE的紅外觀測得到Phaethon和Pallas族群小行星Zerlina的熱慣量分別為:,幾何反照率分別為:熱參數(shù)上的差異可能是由于Phaethon較強的活動性,當Phaethon的軌道演化至當前位置時,其較高的近日點溫度會使表面的物質(zhì)發(fā)生變化,同時觀測也表明Phaethon有質(zhì)量流失現(xiàn)象,使得Phaethon與Pallas族群其他小行星相比,其表面特性發(fā)生改變,從而熱物理參數(shù)也隨之改變.