天文学家第二次发现地球的「迷你月球」
▲ 2020 CD3 的真彩色合成图像
北京时间 11 月 26 日消息，在历史上，天文学家第二次发现了一颗围绕地球运行的天然 “迷你月球”。2020 年 2 月 15 日，小行星和彗星猎人卡斯珀 · 维兹乔斯（Kacper Werizchos）和天文学家西奥多 · 普鲁因（Teddy Pruyne）利用卡特林那巡天系统（Catalina Sky Survey）的数据首次发现了这颗地球的临时卫星，后来命名为 “2020 CD3”（简称 CD3）。在 CD3 的轨道被确定为以地球为中心之后，英国贝尔法斯特女王大学的博士后研究者格里戈里 · 费多雷茨（Grigori Fedorets）就召集了一支由世界各地 23 名天文学家组成的团队，对该物体进行仔细观测，以确定其真正身份。基于该团队的发现，2020 年 11 月 24 日发表在《天文学杂志》上的一篇论文对这颗 “迷你月球”进行了描述。
鉴定过程如此谨慎的主要原因之一，是天文学家曾经被愚弄过。以往在月球任务中使用的上面级火箭助推器曾被误认为是小行星。美国的阿波罗 12 号任务和中国的嫦娥 2 号都在太空中留下了火箭上面级，并且都曾一度被视为 “迷你月球”。另一个将人造物体误认为小行星的滑稽案例是欧洲空间局传奇的罗塞塔号飞船。在 2007 年飞掠地球期间，卡特林那巡天系统曾短暂地将其认为是一颗小行星，并临时命名为 “2007 VN84”。一艘注定要探访彗星的宇宙飞船被误认为是一颗小行星，实在是一件非常有趣的事情。
▲ 罗塞塔号及其着陆器 “菲莱”号在 67P / 丘留莫夫 - 格拉西缅科彗星上着陆。在接近彗星之前飞掠地球时，该飞船被误认为是一颗小行星
那么，CD3 又是什么样子的？天文学家如何确定它不是与人类有关的太空碎片？与所有太阳系的物体一样，“迷你月球”也会受到来自太阳风和太阳辐射的轻微压力，而这种效应与物体的表面积成正比。通过测量物体的大小，并观察其轨道与仅由重力影响所预测的偏离程度，天文学家就可以获得关于目标的有用信息。
当被问及这个问题时，论文的第一作者格里戈里 · 费多雷茨回答道：“我们比较了物体的表面积和质量。对于空心的火箭助推器，其表面积与质量的比值要高得多。”另一种了解 CD3 性质的方法是，太阳对其轨道的影响小于对任何人造物体的影响，这使得天文学家确定该物体为固体。现在认为，这个物体是由某种硅酸盐构成的。正如天文学家所预期的，它本质上是一块太空岩石。
▲ 阿波罗 17 号任务留下的土星一号火箭上面级 “S-IVB”，和阿波罗 12 号的火箭上面级一样也曾被误认为是小行星。这些上面级的中空特性意味着它们更容易受到太阳的辐射压力
那么，地球的这个新邻居有多大？有什么需要担心的吗？如果 “迷你月球”与地球相撞会发生什么？当一块太空岩石出现在地球附近时，这些可怕的问题似乎会不可避免地出现。对此格里戈里 · 费多雷茨回答道：“这个极其微小的‘迷你月球’直径只有一到两米。如果撞上地球，它会在大气层中燃烧掉…… 一般来说，这样的‘迷你月球’都非常小。”
另一个可以放心的原因是，CD3 已经离开了地月系统。通过反向计算该物体在时间上的路径，天文学家了解到它一开始就是一颗 “迷你月球”。“它是在离开地月系统时被发现的。在它离开之前，已经被地球捕获了约 2.7 年，”费多雷茨解释道，这实际上是一段相当长的捕获时间，“根据我们的模拟，一颗‘迷你月球’的平均捕获时间只有大约 9 个月…… 因此，它比我们预期的捕获时间长得多。”
▲ 2020 CD3 运行路径的示意动画
CD3 不仅停留的时间比预期的长，其旋转的速度也比大多数模拟的 “迷你月球”更慢，大约每三分钟旋转一次。与行星这样巨大的物体相比，这一速度可能看起来很快，但考虑到这个物体的微小体积，可以说相当 “悠闲”了。
CD3 是天文学家发现的第二个天然 “迷你月球”，第一个是 “2006 RH120”，在 14 年前被发现。这也是一颗直径大约 5 米的近地小行星，在 2006 年 9 月到 2007 年 7 月逗留在地球轨道上，并在 2008 年 2 月 18 日有了现有的名称 “6R10DB9”，这也是卡特林那巡天系统的内部辨识名称。
▲ 将三张不同颜色的长曝光图片叠加在一起，得到一张 2020 CD3 的真彩色合成图像。图中的条纹是静止的恒星，由于追踪 “迷你月球”的运动而逐渐隐去
即将投入使用的薇拉 · 鲁宾天文台（Vera Rubin Observatory）将会大大加快发现 “迷你月球”的速度。该天文台主体是一个正在建设中的广视野巡天反射望远镜，带有 8.4 米主镜。费多雷茨认为，这台望远镜将会发现更多的临时卫星，“在最好的情况下，我们希望每两三个月就能找到一颗。”据预计，薇拉 · 鲁宾天文台将在 2021 年有科学第一光，并在 2022 年 1 月开始为期十年的全面运行调查。届时，我们很有可能进入 “迷你月球”天文学的新时代（其他类似规模的天文台也将带来无数惊人的发现）。
▲ 2017 年正在建设的薇拉 · 鲁宾天文台，当时还被称为大型综合巡天望远镜（LSST）
像 CD3 这样的天体尤其吸引天文学家。与地球表面经历各种风化和地质作用的矿物不同，这些小行星上的物质是非常原始的。“它们含有太阳系中最古老的物质，对它们的详细研究可以告诉我们太阳系是如何诞生和形成的。”费多雷茨说，“对天文学家来说，发现这样的物体将是非常罕见的奖赏…… 如果有一天能探访这些物体，那将会是无比令人兴奋的事情。我们可以用仪器触碰并采集样品，以了解更多关于太阳系的信息…… 我们对这些大小约为 10 米的物体了解很少。它们很少被研究，因为很难被发现。”
在媒体新闻中，我们经常会看到暗物质、引力波、黑洞、超新星和系外行星（更不用提载人和无人驾驶的宇宙飞船了）等方面的非凡发现，这些精彩的故事激励着许多人：我们生活在一个天文学的黄金时代。但我们也不应该忽视像 CD3 这样微小且近距离的物体，这块沙发大小的太空岩石可能很小，但对它及类似物体的研究却有着重大的意义。
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