哈勃太空望远镜搜寻主带小行星

拓破天峙

据美国宇航局：就像散落在风景中的巨石、岩石和鹅卵石一样，小行星有各种各样的大小。对太空中的小行星进行编目是很棘手的，因为它们很微弱，而且在绕太阳运行时不会停下来拍照。

天文学家最近使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，在视觉上捕捉到了一大群基本上看不见的小行星。这次寻宝活动需要仔细阅读37000张跨越19年的哈勃图像。得到的回报是发现了1701条小行星踪迹，其中1031条此前未被编目。这些未编目的小行星中，约有400颗大小在1公里以下。



这张哈勃太空望远镜拍摄的棒旋星系UGC 12158的图像看起来像是有人拿了一支白色的记号笔。事实上，这是一颗前景小行星穿过哈勃视野的时间曝光的组合，对该星系的观测进行了照片轰炸。对该星系进行了几次曝光，这是虚线图案中的证据。由于视差，这颗小行星看起来像一条弯曲的轨迹：因为哈勃不是静止的，而是绕地球运行的，这给人一种错觉，认为这颗微弱的小行星正在沿着弯曲的轨迹游动。这颗未知小行星位于我们太阳系的小行星带内，因此距离哈勃的距离是背景星系的10万亿倍。这类数据对天文学家进行太阳系小行星数量普查很有用，而不是令人讨厌。图像：美国国家航空航天局、欧空局、巴勃罗·加西亚·马丁（UAM）；图像处理：Joseph DePasquale（STScI）；鸣谢：Alex Filippenko（加州大学伯克利分校）

来自世界各地的被称为“公民科学家”的志愿者为这颗小行星的发现做出了贡献。专业科学家将志愿者的努力与机器学习算法相结合来识别小行星。研究人员表示，这代表了一种在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。

西班牙马德里自治大学的首席作者Pablo García Martín说：“我们越来越深入地观察到主带小行星的数量越来越少。我们对看到如此多的候选天体感到惊讶。”。“有一些迹象表明这种种群存在，但现在我们正在通过使用整个哈勃档案获得的随机小行星种群样本来证实这一点。这对于深入了解我们太阳系的进化模型很重要。”

这个庞大的随机样本为小行星带的形成和演化提供了新的见解。发现许多小小行星有利于这样一种观点，即它们是碰撞和破碎的较大小行星的碎片，就像破碎的陶器一样。这是一个跨越数十亿年的打磨过程。

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，当它们聚集了来自太阳周围形成行星的星周盘的尘埃时，没有任何可以想象的机制可以阻止它们滚雪球变大。位于西班牙马德里的欧洲空间天文中心的合著者布鲁诺·梅林说：“碰撞将具有一定的特征，我们可以用来测试当前的主带种群。”。

业余天文学家教人工智能寻找小行星

由于哈勃绕地球的快速轨道，它可以通过哈勃曝光的痕迹捕捉到漫游的小行星。从地球望远镜上看，一颗小行星在照片上留下了一条条纹。小行星在哈勃照片中以明确无误的弯曲轨迹出现，从而“轰炸”了哈勃的曝光。

当哈勃在地球周围移动时，它会在观察小行星时改变视角，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并测量条纹的曲率，科学家可以确定与小行星的距离并估计其轨道的形状。

被拦截的小行星大多位于火星和木星轨道之间的主带。它们的亮度是由哈勃的灵敏相机测量的。通过将它们的亮度与距离进行比较，可以估计出它们的大小。调查中最暗的小行星大约是人眼所能看到的最暗恒星亮度的四千万分之一。

Merín说：“小行星的位置会随着时间的推移而变化，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，我们没有时间查看所有的小行星图像。因此，我们萌生了与一万多名公民科学志愿者合作，仔细阅读哈勃望远镜的巨大档案的想法。”

2019年，一个国际天文学家小组启动了哈勃小行星猎人，这是一个公民科学项目，旨在在哈勃档案数据中识别小行星。该倡议由欧洲科学技术中心（ESTEC）和欧洲空间天文学中心科学数据中心（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平台和谷歌合作制定。



这张图是基于哈勃太空望远镜的档案数据，这些数据被用来识别轨道上一个基本上看不见的非常小的小行星群体。这些小行星并不是预定的目标，而是哈勃图像中的背景恒星和星系。这场全面的寻宝活动需要仔细阅读19年来37000张哈勃图像。这是通过使用“公民科学”志愿者和人工智能算法实现的。结果是发现了1701条以前未被发现的小行星的小行星轨迹。图像：Pablo García Martín（UAM）、Elizabeth Wheatley（STScI）

共有11482名公民科学志愿者提供了近200万个身份证明，他们随后接受了一套基于人工智能识别小行星的自动算法培训。这种开创性的方法可以有效地应用于其他数据集。

该项目接下来将探索以前未知的小行星的条纹，以表征它们的轨道并研究它们的特性，如自转周期。由于这些小行星条纹中的大多数是哈勃多年前捕捉到的，现在不可能对其进行追踪以确定其轨道。

研究结果发表在《天文学与天体物理学》杂志上。

哈勃太空望远镜已经运行了30多年，并继续做出开创性的发现，这些发现塑造了我们对宇宙的基本理解。哈勃望远镜是美国国家航空航天局和欧空局（欧洲航天局）之间的国际合作项目。美国国家航空航天局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心负责管理望远镜和任务操作。总部位于科罗拉多州丹佛的洛克希德·马丁航天公司也支持戈达德的任务操作。位于马里兰州巴尔的摩的太空望远镜科学研究所（STScI）由大学天文学研究协会运营，为美国国家航空航天局进行哈勃科学操作。