紫金山天文臺等揭示圖塔蒂斯小行星表面碎石分布特征

　　Nature出版集團旗下期刊Scientific Reports（《科學報告》）于11月2日在線發表了中國科學院紫金山天文臺與中國科學院行星科學重點實驗室季江徽課題組以及中國空間技術研究院研究員黃江川、澳門科技大學與臺灣中央大學教授葉永烜、美國西南研究所博士Simone Marchi等關于4179號小行星圖塔蒂斯的最新合作研究成果，論文題為Boulders on asteroid Toutatis as observed by Chang’e-2。該項研究是基于我國嫦娥二號飛越探測數據的深度挖掘，揭示了圖塔蒂斯小行星表面的碎石分布特征，對其形成與演化具有重要科學意義。

　　圖塔蒂斯是目前最大的一顆對地球構成潛在威脅的近地天體，在2012年之前每四年會接近一次地球。近地天體撞擊地球時常發生，2013年2月15日，俄羅斯車里雅賓斯克隕石事件，致使1200人受傷，近3000座建筑受損。據估計在地球附近存在數百萬顆幾十米大小未被發現的近地天體，它們構成了地球與人類生存的長期隱患。因此，組建地基與空基跟蹤監測網開展近地天體預警顯得尤為必要和緊迫；同時嫦娥二號的飛越探測及未來的小行星深空探測亦有助于了解其基本特性，便于將來采取有效的應對措施來消除威脅。

　　在該項工作中，研究人員利用嫦娥二號探測數據，在圖塔蒂斯小行星表面共識別出200多個碎石，大小從10米到61米不等（圖1）。對碎石的累積大小頻率分布統計顯示，它們呈現較陡的斜率（-4.4 ± 0.1）（圖2），表明自形成以后遭受了較高程度的破碎過程，或來自后續撞擊改造，或來自小行星表面晝夜溫差變化引起的熱疲勞（Thermal fatigue）。研究表明，大部分大于20米的碎石不是小行星表面撞擊過程形成的濺射物，而是圖塔蒂斯小行星母體形成時的殘留碎片。這為其碎石堆（Rubble-pile）的結構成因提供了有力的證據。此外，撞擊坑的累積大小頻率分布圖顯示，圖塔蒂斯表面的撞擊坑保留年齡約為16億年（圖3）。與日本隼鳥號探測的絲川小行星（Itokawa）相比，同樣作為近地小天體，圖塔蒂斯和絲川小行星表面的碎石均相對均勻分布，而不是集中在撞擊坑的周圍。不同的是，圖塔蒂斯表面的碎石分布斜率陡得多，可能與熱疲勞過程有關。該項成果為研究小行星的形成演化和撞擊歷史提供了重要線索。

　　該工作的第一作者是紫金山天文臺副研究員蔣云。此項研究得到了中國科學院行星科學重點實驗室、中國科學院天文戰略性先導科技專項（B類）、中國科學院新興與交叉學科布局項目、國家自然科學基金、江蘇省自然科學基金等項目資助。

　　此前，紫金山天文臺等的研究人員還基于嫦娥二號數據，深入開展了圖塔蒂斯小行星自轉動力學的研究。結合地基雷達形狀模型，利用空間光學圖像數據較精確給出了圖塔蒂斯自轉軸在空間的指向，揭示了其自轉軸與角動量軸之間的較大夾角導致該小行星在空間中“翻跟頭”。研究成果發表在Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (《英國皇家天文學會月刊》)上（Zhao, Ji & Huang et al.2015, MNRAS）。

　　2012年12月13日，我國嫦娥二號探測器成功飛越了圖塔蒂斯小行星，首次獲得該小行星高分辨率光學圖像。在嫦娥二號拓展任務前期，紫金山天文臺研究團隊精確確定圖塔蒂斯軌道，定軌結果直接應用于拓展任務中，使得嫦娥二號實現與圖塔蒂斯的千米級飛越探測。該項研究工作入選“2012年度十大天文科技進展”。進而，研究人員揭示了圖塔蒂斯小行星的物理特性、表面特征、內部結構與形成機理（Huang, Ji & Ye et al.2013, Scientific Reports），Nature 中文版推薦為研究亮點——《天文學：與一個近地小行星的近距離接觸》。研究成果入選“2013年度十大天文科技進展”，并入選2014年在芬蘭赫爾辛基舉行的第十二屆“小行星、彗星和流星”國際會議大會特邀報告；相關工作在2015年第29屆國際天文學聯合會（IAU）會議上做口頭報告，受到國際同行的高度關注。該系列研究工作是探月工程（二期）的重要成果。

圖1 圖塔蒂斯小行星的光學圖像（a-c）。R和D分別表示圖像的分辨率和成像距離。d為圖塔蒂斯的素描輪廓圖，顯示了識別出的200多個碎石的表面分布位置。

圖2 圖塔蒂斯小行星碎石的大小頻率分布圖。

圖3 撞擊坑的大小頻率分布圖揭示圖塔蒂斯表面撞擊坑的保留年齡約為1.6±0.3 Gyr。