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利用旋转漂移扫描CCD技术开展近地小行星精密定位和定轨

发布时间:2024-06-01


中国科学院上海天文台(以下简称上海天文台)与乌克兰尼古拉耶夫天文台的联合研究团队利用旋转漂移扫描CCD技术开展了近地小行星的常规观测,实现对近地小行星的精密定位和定轨。

近地小行星是指那些轨道与地球轨道距离比较近的小行星。由于它们有可能撞击地球并带来严重灾难,所以天文学家们需要对这些小行星开展长期精密监测,同时对新发现的小行星进行跟随观测,以便快速计算它们轨道参数,判别它们是否存在撞击地球的风险。近地小行星尺寸较小,当它们距离地球较远时,视星等较暗,当它们接近地球时,虽然相对较亮,但由于视运动速度过快,往往给高精度观测带来较大困难。

2006年,上海天文台在国际上首创提出旋转漂移扫描CCD技术,将具有漂移扫描功能的CCD相机通过可精密旋转角度的装置安装在望远镜焦面处,通过控制相机旋转角度和CCD电荷移动速度,实现对不同运动方向和速度的小行星进行高精度观测(图1)。自2011年起,上海天文台联合乌克兰尼古拉耶夫天文台通过旋转漂移扫描CCD技术,利用中国骊山50厘米望远镜和乌克兰尼古拉耶夫50厘米望远镜系统开展近地小行星常规观测,特别是新发现小行星的跟随观测,取得良好效果。


1,旋转漂移扫描CCD观测小行星原理图

(左图:将望远镜指向小行星预报出现位置。中图:旋转相机,使得相机方向与小行星运动方向相一致。右图:利用漂移扫描方式观测小行星)

 

在基于旋转漂移扫描CCD获得小行星高精度天体测量位置基础上,上海天文台研究人员利用自主研发的定轨软件,精密测定出小行星的轨道,并计算得到旋转漂移扫描CCD方法观测近地小行星的误差,在赤经和赤纬方向分别为0.24"0.32"。所使用的观测数据包括骊山2019年至2023年、乌克兰尼古拉耶夫2011年至2022年共计大约500颗近地小行星的11000多组位置信息。

旋转漂移扫描CCD技术的观测精度不受近地小行星视速度的影响,因此十分适合观测这些快速移动目标。而其他观测方法,往往会因小行星视速度过快,而在沿迹方向产生较大误差(图2)。此外,该观测技术也非常适合观测新发现的近地小行星,当其它大口径望远镜发现近地小行星后,在小行星逐渐接近地球时,利用安装旋转漂移扫描CCD相机的小口径望远镜即可进行跟随观测,观测精度不受观测预报误差的影响。基于旋转漂移扫描CCD技术构建的全球小口径望远镜观测网,将大大有利于全球近地小行星监测,确保地球安全免受小行星撞击的威胁。

 


2,观测残差均方根的均值及标准偏差,随小行星视速度在沿迹(上图)和垂迹方向(下图)的变化(左图:旋转漂移扫描CCD观测数据。右图:其他望远镜的跟随观测数据)

 

以上相关研究成果已分别于2021年发表在《天文和天体物理学研究》(Research in Astronomy and Astrophysics)杂志、于2022年发表在《行星与空间科学》(Planetary and Space Science)杂志、以及于2024年发表在《天文学杂志》(The Astronomical Journal)杂志上。

 

论文链接:

https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1674-4527/21/7/175

https://doi.org/10.1016/j.pss.2022.105477

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/ad24ff

 

科学联系人:

唐凯,中国科学院上海天文台,tangkai@shao.ac.cn

宋叶志,中国科学院上海天文台,syz@shao.ac.cn

唐正宏,中国科学院上海天文台,zhtang@shao.ac.cn


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学术报告