紫金山天文臺等對4179號小行星圖塔蒂斯研究獲重要進展

　　12月12日，Nature出版集團旗下期刊Scientific Reports(《科學報告》)在線發表了中科院紫金山天文臺與多家單位共同合作研究的成果(紫臺作為通訊作者單位)，利用嫦娥二號探測器對4179號小行星圖塔蒂斯飛越探測獲取的光學圖像，揭示了該小行星的物理特性、表面特征、內部結構以及可能的起源等新的結果。文章題目為The Ginger-shaped Asteroid 4179 Toutatis: New Observations from a Successful Flyby of Chang’e-2。

　　圖塔蒂斯是一顆對地球構成潛在威脅的近地小行星，在2012年之前每四年會接近一次地球。近地天體撞擊地球經常發生，對地球環境、人類和其他生物圈產生重大影響。科學家估計在地球附近存在著數百萬顆幾十米大小的近地天體。2013年2月15日，俄羅斯車里雅賓斯克隕石事件，就致使1200人受傷，近 3000座建筑受損。這使得世界各國政府、民間團體越來越重視它們對地球和人類生存的威脅，因此聯合國于近期成立了基于國際合作的近地天體預警網絡。面對近地天體的威脅，地面上不僅需要有專門的望遠鏡組成監測預警網絡對它們進行發現、跟蹤與長期監測;在空間中還需要發射小行星探測器去近距離了解其物理特性、內部結構與組成成分等，以便將來采取合理的應對措施去減緩威脅。因此，嫦娥二號的飛越探測則是一次重要嘗試。

　　2012年12月13日，嫦娥二號繼圓滿完成探月先導技術驗證既定任務和日-地L2點試驗任務之后，在距地球約700萬千米遠的深空，精確實現與 4179號小行星圖塔蒂斯的近距離飛越探測，成為人類歷史上首次近距離造訪該小行星的探測器，第一次獲得了其高分辨率的光學圖像。在任務前期，基于嫦娥二號能力約束，研究團隊精心選取了探測目標，對目標小行星運行軌道進行了長期跟蹤和研究，并實施了地基光學望遠鏡觀測和目標精密定軌。最終采用自主發明的逼近飛越、遠離成像方案，用工程監視小相機獲取了著名的圖塔蒂斯小行星系列彩色照片。

　　研究結果表明，嫦娥二號距圖塔蒂斯表面最近的距離約為770米，獲得最高分辨率光學圖像優于3米/像素 (圖1)。基于所獲取的圖像，結合探測器的軌道與姿態信息，確定了圖塔蒂斯主軸的空間指向。從圖像估算了小行星尺寸，新的結果表明圖塔蒂斯的長度和寬度不超過4.75 x 1.95(±10%)千米。

　　從嫦娥二號獲取的高分辨率圖像中，研究團隊發現圖塔蒂斯擁有不規則形狀和不平坦表面，其形似一根生姜，由較小的一端“頭部”(head)與較大的一端“身體”(body)組成。通過分析獲得了圖塔蒂斯表面的一些新特征(圖2)，這在以往地面雷達觀測中未曾發現：在“身體”端部存在一個直徑大約800米的巨型盆地，在小行星的表面找到了超過50處較為明顯的、大小不一的隕石坑，其中包括兩個先后產生在同一位置附近相互有部分遮蓋的隕坑;“頸部”則以近乎垂直角度連接著“頭部”和“身體”;其表面存在超過30個有巨石特征的區域;通過圖像甚至可分辨出尺寸較小的線狀結構等特征。從其結構特征可推斷圖塔蒂斯很可能是一顆具有碎石堆結構的密近雙小行星，可能由兩個獨立小天體緩慢靠近形成，或是約普(YORP)效應作用的結果, 抑或是大規模的撞擊造成。

　　嫦娥二號獲得的圖塔蒂斯小行星光學圖像，第一次將其表面特征清晰地呈現在世人面前。中國空間技術研究院、中科院國家天文臺、云南天文臺、哈爾濱工業大學、北京理工大學、澳門科技大學、北京大學、臺灣中央大學、美國行星科學研究所等多家單位參與了該項研究工作，其成果對認識太陽系中小行星的形成與演化與近地天體的空間防護具有重要科學價值。

　　該項研究工作是探月工程(二期)的重要成果，也是我國在此首次行星際探測活動中，多目標新模式探測、小行星新領域開拓的成功嘗試，工程實踐與科學研究相融合的成功范例，取得了令人驚嘆的結果和國際同行的良好評價。2013年12月 13日，在探測任務取得成功一周年之際，Nature網站作為首頁頭條推介此文(圖3)，Nature中文版推薦為研究亮點，全球多個知名媒體也進行了報道。

　　該項研究工作得到了中國科學院行星科學重點實驗室、中國科學院新興與交叉學科布局項目與國家自然科學基金等項目資助。

　　圖1 2012年12月13日，嫦娥二號在飛越后對圖塔蒂斯小行星成像結果。圖a-e給出探測器在遠離小行星過程中的成像序列。圖a-d中小行星左側部分被探測器的太陽帆遮擋。每張圖片的成像距離(D)、成像時間(T,UTC)和分辨率(R)在圖像下方給出，其中成像距離的誤差為1.1公里，圖像的分辨率與成像距離為線性關系。

        圖2 圖塔蒂斯表面的各種地貌特征。 (a)在圖塔蒂斯的完整圖像中標注了坑(藍色輪廓)和巨石(紅色方框)。其中有兩個坑的位置非常靠近：較小的坑(B)似乎疊加在較大的坑(A)之上。綠色曲線表征了小行星的線狀結構。黑色箭頭標出了表面細壤的流向。(b)對圖(a)中方框中部分圖像的放大。圖中給出一個形態完整的坑，其周圍隨機分布了十余個碎石。

圖3 Nature 英文網站報道。