天文学家在主小行星带探测到138颗十米大小的岩石天体，这是迄今为止观测到的最小的小行星。这一突破性发现对了解小行星群、其形成过程和行星防御具有重要意义。
美国国家航空航天局詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST）通过红外线揭示十米主带小行星群。 图片来源：Kiril Ivanov
大多数已知的小行星都在火星和木星之间的主小行星带中运行，距离地球大约2.5亿公里。 自 1801 年发现第一颗小行星以来，已有近 75 万颗小行星被编入目录，其中大部分是在过去十年中发现的，这要归功于在晴朗夜晚进行的广泛巡天观测。 这些小行星的大小大多超过一公里，最大的灶神星直径约为 530 公里。 据估计，还有数百万颗更小的小行星尚未被发现。 尽管数量众多，但所有小行星的质量总和仍小于地球月球的质量。
偶尔，来自火星和木星的引力会将一些小行星推向地球。 这些小行星被称为近地小行星，迄今为止已发现约 35000 颗，而且还在不断发现更多。 在历史上，许多小行星与地球和其他行星相撞，塑造了它们的地质特征，影响了地球上生命的进化。 如今，作为行星防御工作的一部分，这些小行星正受到积极的监测和研究。
"对太阳系小天体的研究非常重要，因为它们为我们提供了太阳系早期阶段的独特视角，甚至在行星形成之前。 能够观测到最小的主带小行星，不仅能为我们提供有关行星构成要素的线索，还能为我们提供一个独特的窗口，让我们了解落在地球上的陨石的来源，"列日大学行星科学家杰欣解释说，他是麻省理工学院天文学家（列日大学校友）布尔丹诺夫和德威特领导的这项新研究的一部分。"但是，直到现在，在主带中只发现了1公里或更大的小行星。"
德威特和他的团队主要致力于搜索和研究系外行星--太阳系外的世界--可能适合人类居住。 研究人员是ULiège天文学家吉隆领导的小组的成员，该小组于2016年发现了TRAPPIST-1周围的行星系统，TRAPPIST-1是一颗小红星，距离地球约40光年。
研究小组首先利用位于智利的ULiège Transiting Planets and Planetismals Small Telescope (TRAPPIST)望远镜，然后利用其他许多望远镜证实，这颗恒星上有七颗岩石质地、地球大小的行星，其中几颗位于宜居带。 TRAPPIST-1 系统很快成为观测次数最多、特征最明显的系外行星系统。 2023年，吉隆和其他同事利用最强大的红外天文台--美国国家航空航天局（NASA）的詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST）--寻找该系统两颗内行星周围大气层的迹象。
虽然这些结果仍在审查之中，但 de Wit 和 Burdanov 想知道，用于研究系外行星的相同数据是否可以回收利用，并从中寻找偶然穿越 TRAPPIST-1 视场的小行星。
拉西拉天文台的一个观测圆顶，TRAPPIST。 资料来源：欧洲南方天文台
为此，他们采用了"移动和叠加"技术，这是一种在 20 世纪 90 年代首次开发的图像处理技术。 这种方法包括移动同一视场的多幅图像，并将这些图像叠加在一起，以观察以适当速度移动的暗淡物体是否能掩盖背景噪声。 这种方法需要大量的计算资源，因为它涉及到对小行星可能出现的大量情况进行测试，但麻省理工学院的研究小组已经使用最先进的GPU（图形处理器）对其进行了成功的测试，GPU可以高速处理大量的成像数据。
研究小组将这种方法应用于 JWST 拍摄的 TRAPPIST-1 星场的 10000 多张图像，这些图像最初是为了寻找该系统内行星周围大气层的迹象而拍摄的。 在处理完这些图像后，研究人员发现了主带中的八颗已知小行星。 随后，他们进一步观察，发现了138颗新的小行星，直径都在几十米以内--这是迄今为止探测到的最小的主带小行星。 他们怀疑有几颗小行星即将成为近地天体，而有一颗很可能是特洛伊小行星--追踪木星的小行星。
德威特说："我们本以为只会探测到几个新天体，但我们探测到的天体数量比预期的要多得多，尤其是小天体。这表明我们正在探测一种新的种群机制，在这种机制中，更多的小天体是通过级联碰撞形成的，级联碰撞能非常有效地分解大约 100 米以下的小行星。"
"统计这些非常小的主带小行星对于建立小行星群模型至关重要。 事实上，这些是更大的千米级小行星在碰撞过程中喷射出的碎片，这些碎片是可以观测到的，而且经常表现出围绕太阳的相似轨道，因此我们可以将它们归类为小行星'家族'。"来自捷克共和国布拉格查尔斯大学 的米罗斯拉夫-布罗兹（Miroslav Broz）补充道，他是这项研究的合著者，也是太阳系中各种小行星群的专家。
ULiège的合著者吉隆说："我们没有想到，如此有影响力的太阳系送彩金500的网站大白菜科学可以利用切边系外行星观测来完成！"。
"这次调查之所以能够取得成功，是因为 JWST 具有非凡的灵敏度，它位于远离地球的太空中，拥有大型反射镜和最先进的仪器，对红外线而非可见光特别敏感。"Jehin说："碰巧的是，运行在主小行星带的小行星在红外波段比可见光波段要亮得多，因此利用JWST的红外功能更容易探测到。"
其他行星科学家也为这些结果感到高兴。"看到 JWST 的存档数据如何为更好地了解最小的小行星打开新的大门真是太棒了，这些小行星在行星防御中发挥着至关重要的作用。 我们的发现依赖于一种新的创新技术，它可以在不知道天体真实轨道的情况下，通过简单的红外探测来确定小行星的大小，"来自德国加兴马克斯-普朗克研究所的合著者、小行星红外辐射专家托马斯-穆勒（Thomas Müller）解释说。
"JWST 让我们能够在这些小行星距离地球更远的时候就发现它们，这让我们现在能够进行更精确的轨道测定，这对行星防御至关重要，"来自意大利欧洲航天局（ESA）近地天体协调中心的共同作者 Marco Micheli 证实说。
布尔达诺夫总结说："由于现代技术的发展，我们正在进入一个全新的、尚未探索过的空间。这是一个很好的例子，说明当我们以不同的方式看待数据时，我们可以做些什么。 有时会有很大的回报，这就是其中之一。"
编译自/ScitechDaily