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不要跑!抓住迷你卫星!

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地球和月亮之间的空间广袤,但并不是空无一物。在这之中,存在着一些微小的小行星,它们暂时被地球吸引,困在地球身边,成了小卫星,绕着地球转。这些被临时捕获的“迷你卫星”受地球引力的作用,会在地球附近逗留几个月甚至几年,然后它们再自己溜走。我们经常会被这些近地天体造访,但是又看不到它们,只有那些执着的观星学者才能追寻到它们的踪迹。

到目前为止,唯一已知的迷你卫星是小行星2006 RH120。2006年9月14日,随着美国亚利桑那州比格罗山卡塔利娜巡天观测中心安装上口径0.68米施密特望远镜,人们发现了这个小行星,其直径大约只有3到7米。物理学家在计算机模拟系统上再现了它的运动轨迹,显示这位“不速之客”维持“第二月亮”身份已经有一年了。

在特殊情况下被捕捉

天文学家发现2006 RH120纯属意外之喜,而既然有这样一个意外的发现,那么也一定存在和它类似的小行星。计算机模拟系统提供了一种仿真模拟机制,通过模拟系统可以观察这些迷你卫星。计算机的模拟结果表明,平均来说,这些天体大约会完整地绕地球3圈,在地球周围持续停留9.5个月,然后又离开地球,只有1%会有可能落向地球。

据分析,事实上大部分近地天体很难有机会变成迷你卫星。那些真正成为迷你卫星的小行星通常要通过一个拉格朗日点,然后就开始了“服役生涯”,绕着地球乖乖做起了迷你卫星。日地拉格朗日L1点位于地球朝太阳方向距地150万千米处,日地拉格朗日L2点位于与之相对的反向延长线距地等高处。任何双星系统(比如地球和太阳)中都会有拉格朗日点,天体在该处可以在双星之间长期保持一种相对稳定的状态。

天体要成为迷你卫星,必须缓慢地经过拉格朗日L1点或拉格朗日L2点,与地球运行的相对速度保持在1~2km/s(如果速度超过10km/s,这些小行星就会与地球擦肩而过,不做任何停留)。然后这些被捕获的小行星会“下降”至希尔球位置。地球的希尔球区域半径大约150万千米,大约是地球到月球距离的4倍。

据估计,在任何给定时间,都可能产生大约100个直径超过20厘米的、12个直径超过0.5米的、1~2个直径超过1米的迷你卫星。像2006 RH120这种直径超过3米的天体,每10年里大约也就只能出现一个。至于直径超过100米的天体,得10万年才有1个。

迷你卫星距离地球通常是1~10倍于地月距离,会在一个疯狂的绕地轨道上运动。这一点将迷你卫星与“伪卫星”区别开来:“伪卫星”时而离地球很近,甚至与地球共享地球的日心轨道平面,但并不受地球引力陷阱影响。相反,迷你卫星是志愿的服役卫星,受地球引力作用绕地飞行,至少在它们被地球捕获期间是这样的。

迷你卫星能带来什么?

所有迷你卫星的起点几乎无一例外的源于一些小行星带。这些小行星带沐浴在阳光下,内部天体受阳光辐射升温,它们会再次把能量辐射出去,产生出微弱的力,使得星体得以轻微移动,逐渐形成了自己的轨道。这些轻轻的推力与长期的木星、火星引力作用相结合,使得这些小行星向内移动,建立起类似地球轨道的运行轨道。

然而,只有一些很少的小行星能够移动到正好适当的方向,并且保持足够缓慢的运行速度,然后被地球所捕获。有些星体可能会停留1年,有些或许能停留20年,它们有着各自的轨道,在希尔球区域绕地球运动,直到它们找到一条路径,得以逃离地球。一旦脱离了地球引力的束缚,这些小行星会继续在类似地球绕太阳运动的轨道上运行,但是过上几十年甚至上百年都不会再靠近地球了。

这些小天体为行星科学家们提供了一个希望,即从迷你卫星上带回一整块早期的太阳系物质。毫无疑问,把一个完整的星体回地球具有巨大的科研价值。2008年,一颗小行星2008 TC3(不是迷你卫星)撞击地球并爆炸,即使只在苏丹沙漠留下了碎片,科学家们仍然可以从中推断出它怪异的形成方式:它从融化的星体中产生,然后爆裂成碎片,再经过几百万年的时间,才能最终形成。

迷你卫星不会像2008TC3那样快速经过地球就毁灭,它们以非常低的速度围绕地球稳定运行,所以捕捉它们是可行的。只要将一艘航天器停靠在与地球相对位置不变的轨道,在那里飞行器就有机会在短时间内“邂逅”被地球捕获的小行星,然后甚至把整个星体取回,进行分析研究。

天文学家们当然希望迷你卫星会具有非常有趣成分。事实上,寻找这些迷你卫星,还可以帮助天文学家发现并跟踪那些有潜在撞地危险的流星,研究人员可以在观察的基础上建立一个评估系统,降低未来地球的潜在危险。