公民科学家和人工智能利用哈勃发现隐藏的小行星

这张哈勃太空望远镜拍摄的条状螺旋星系 UGC 12158 的图像看起来像是有人用白色记号笔涂抹过的。实际上，这是一颗前景小行星在哈勃视场中移动时的时间曝光组合，它干扰了对该星系的观测。对星系进行了多次曝光，这就是虚线图案中的证据。由于视差的原因，小行星呈现出一条弯曲的轨迹：因为哈勃并不是静止的，而是围绕地球运行的，这就造成了一种错觉，即这颗微弱的小行星正在沿着弯曲的轨迹游动。这颗未知的小行星位于太阳系的小行星带内，因此比背景星系距离哈勃近 10 万亿倍。这类数据对天文学家普查太阳系中的小行星群非但不会造成困扰，反而非常有用。图片来源：NASA、ESA、Pablo García Martín（UAM）；图片处理：Joseph DePasquale（ST：Joseph DePasquale（STScI）；鸣谢：Alex Filippenko（加州大学伯克利分校）

最近，天文学家利用美国国家航空航天局哈勃太空望远镜拍摄的大量存档图像，目测到了一群在很大程度上从未见过的小行星的踪迹。这次寻宝活动需要浏览 19 年间拍摄的 37,000 张哈勃图像。结果发现了 1,701 条小行星轨迹，其中 1,031 个小行星以前未编入目录。在这些未编入目录的小行星中，约有 400 颗的大小在 1 公里以下。

这张图是根据哈勃太空望远镜的档案数据绘制的，这些数据被用来识别出一群在很大程度上从未见过的非常小的小行星的轨迹。这些小行星并非预定目标，而是哈勃图像中的背景恒星和星系。这次全面的寻宝活动需要浏览跨度长达 19 年的 37,000 张哈勃图像。这是通过"公民科学"志愿者和人工智能算法完成的。结果发现了 1701 条以前未发现的小行星轨迹。资料来源：Pablo García Martín（UAM），Elizabeth Wheatley（STScI）

来自世界各地的志愿者被称为"公民科学家"，他们为小行星的识别做出了贡献。专业科学家将志愿者的努力与机器学习算法相结合，对小行星进行了识别。研究人员说，这代表了一种在跨越数十年的天文档案中寻找小行星的新方法，可以有效地应用于其他数据集。

"我们正在更深入地观察较小的主带小行星群。"第一作者、西班牙马德里自治大学的巴勃罗-加西亚-马丁（Pablo García Martín）说："看到如此多的候选天体，我们感到非常惊讶。这个群体的存在曾有过一些暗示，但现在我们通过使用整个哈勃档案获得的随机小行星群体样本证实了这一点。这对于深入了解太阳系的进化模型非常重要。"

这个随机的大样本为了解小行星带的形成和演变提供了新的视角。发现大量小行星的观点倾向于认为，这些小行星是较大小行星的碎片，它们像被砸碎的陶器一样发生碰撞并四分五裂。这是一个长达数十亿年的研磨过程。

关于较小碎片存在的另一种理论是，它们是在数十亿年前以这种方式形成的。但是，没有任何可以想象的机制可以阻止它们从太阳周围行星形成的环星盘中聚集尘埃，从而滚雪球般地变大。西班牙马德里欧洲太空天文中心的布鲁诺-梅林（Bruno Merín）说："碰撞会产生某种特征，我们可以用它来检验目前的主带群体。"

这张哈勃太空望远镜拍摄的条状螺旋星系 UGC 12158 的图像看起来像是有人用白色记号笔涂抹过的。实际上，这是一颗前景小行星在哈勃视场中移动时的时间曝光组合，它干扰了对该星系的观测。对星系进行了多次曝光，这就是虚线图案中的证据。

由于视差的原因，小行星呈现出一条弯曲的轨迹：哈勃并不是静止的，而是围绕地球运行的，这就造成了一种错觉，即这颗微弱的小行星正沿着弯曲的轨迹游动。这颗未知的小行星位于太阳系的小行星带内，因此比背景星系距离哈勃近 10 万亿倍。

这类数据对天文学家普查太阳系中的小行星群非但不会造成困扰，反而非常有用。资料来源：NASA、ESA、Pablo García Martín （UAM）

由于哈勃围绕地球的快速轨道，它可以通过哈勃曝光中的小行星痕迹捕捉到游荡的小行星。从地球上的望远镜观看，小行星会在画面上留下一道痕迹。小行星在哈勃曝光的照片中以清晰无误的弯曲轨迹出现，从而"轰炸"了哈勃曝光。

当哈勃围绕地球移动时，它在观测小行星时会改变视角，而小行星也会沿着自己的轨道移动。通过了解哈勃在观测过程中的位置和测量条纹的曲率，科学家可以确定小行星的距离，并估算出它们的轨道形状。

被捕获的小行星大多位于火星和木星轨道之间的主带。它们的亮度由哈勃的灵敏相机测量。将它们的亮度与其距离相比较，就能估算出它们的大小。调查中最暗的小行星的亮度大约是人眼所能看到的最暗恒星亮度的四千万分之一。

梅林说："小行星的位置会随着时间的变化而变化，因此你不能仅仅通过输入坐标来找到它们，因为在不同的时间，它们可能不在那里。作为天文学家，我们没有时间去查看所有的小行星图像。因此，我们萌生了与 1 万多名公民科学志愿者合作的想法，以浏览庞大的哈勃档案。"

2019年，一个国际天文学家小组启动了哈勃小行星猎手（Hubble Asteroid Hunter）项目，这是一个公民科学项目，旨在识别哈勃档案数据中的小行星。该倡议由欧洲科学技术中心（ESTEC）和欧洲空间天文中心科学数据中心（ESDC）的研究人员和工程师与世界上最大、最受欢迎的公民科学平台Zooniverse平台和Google合作开发。

共有 11482 名公民科学志愿者提供了近 200 万个识别数据，然后为基于人工智能的小行星自动识别算法提供了训练集。这种开创性的方法可以有效地应用于其他数据集。

该项目下一步将探索以前未知的小行星条纹，以确定它们的轨道特征并研究它们的特性，如自转周期。由于这些小行星条纹大多是哈勃在多年前捕捉到的，因此现在无法对它们进行跟踪，以确定它们的轨道。

研究结果发表在《天文学与天体物理学》杂志上。

编译来源：ScitechDaily