近地小行星基本物理参数的观测与研究

The near earth objects(NEOs) are mostly composed of near earth asteroids(NEAs) which came from main belt asteroids. The NEAs have close relations with the Earth and human being. At the later stage of the formation of the Earth, it experienced violent bombardments of small objects. Nowadays, hitting events by NEOs often happen, for example, Chelyabinsk airburst in 2013. We have to face the collision risk by some NEOs in future. . One aim of this project is to do photometric observations for some NEAs, especially PHAs (Potentially Hazardous Asteroids). Another aim is to develop a efficient method (Namely the Lommel-Seeliger ellipsoid method) to inverse the spin parameters, shape and scatter parameters for NEAs. According to Chandrasekhar’s theory--ellipsoidal figures of equilibrium, the lower limit of density of a NEAs will be inferred from its spin rate and Jacobi ellipsoid shape assuming a rubble-pile structure of NEAs. The density or mass of NEAs, apart from the orbital elements, is the necessary data when the hazard index (Torino Scale) of NEAs is estimated. Furthermore, the space pose, shape and inner structure of NEAs are important for the Chinese deep space exploration mission.

大部分的近地小天体是起源于主带小行星的近地小行星。近地小行星与人类有着密切的关系,地球在其形成的后期曾遭受了近地小行星的剧烈撞击。现在还有撞击事件不断发生，例如车里雅宾斯克火流星事件；未来，地球仍面临着被近地小行星撞击的危险。本项目就是通过测光监测一批近地小行星，尤其是那些对地球具有潜在威胁的目标；建立一个适合于近地小行星测光数据的分析的方法--Lommel-Seeliger椭球方法；反演分析监测目标近地小行星的基本物理参数--自转参数、形状和表面散射参数。依据Chandrasekhar的流体自转平衡理论以及测光反演得到近地小行星的形状和自转速率，开展近地小行星密度的估算。近地小行星的密度/质量是近地小行星撞碰危险评估准标--托里诺数（Torino Scale）所必需的除了轨道参数以外的重要物理参量。另外，近地小行星的空间姿态、形状以及密度也是未来我国深空探测近地小行星时所需要的数据。

1994年“苏梅克－列维9号”彗星撞击木星事件以及2013年2月发生在俄罗斯车里雅宾斯克州上空一个直径17－20米小行星的空曝事件，使得人们意识到小行星碰撞地球的危害。为此，国际和国内多个望远镜开展了专门用于搜寻近地小行星的巡天观测。迄今，发现了超过2万多的近地小行星。防御近地小行星碰撞需要近地小行星的大小、形状、质量、内部结构及自转参数。然而，大多数近地小行星的这些参数是未知的。及时测定和扩充近地小行星的物理参数数据库是近地小行星碰撞防御中最重要的环节。.针对碰撞防御需求，本项目的研究内容是建立适用于近地小行星的光度模型及反演方法；开展近地小行星测光观测；并将所建立的反演平台应用于小行星物理参数的反演研究。.经四年的研究工作，我们成功建立了适用于不同测光数据质理及数据分布的小行星测光数据反演平台：Lommel-Seeliger 椭球、Cellinoid 椭球以及凸面体模型。应用MCMC 统计学方法，不同可求解模型参数的最优解，还可以对所求参数进行不确定性估计。应用Lommel-Seeliger椭球 和凸面体模型，我们分别测定了双子座流星体母体近地小行星2005 UD及（3200）的基本物理参数，发现这两个小行星的自转轴是平行对齐的。对于小行星（103，分析比较了Lommel-Seeliger椭球和凸面体模型对自转参数测定的影响。基于小行星（346）积累较多的测光数据，对比分析了传统的最小二乘法及我们的MCMC方法在凸面体模型反演时的优劣势。相关研究结果发表文章6篇，其中SCI 4篇，EI 1篇，国际研讨会口头报告3个，墙报1篇。.本项目的研究结果可以促进近地小行星物理参数库的扩展。尤其重要的是，对新发现的具有潜在威胁的近地小行星，应用简单的Lommel-Seeliger椭球可以及时得到小行星三维大小、自转参数及与物质组成相关的相位解函数参数，为碰撞防御提供所需的小行星基本物理参数测定值。