这两天，天文届最火爆的新闻，莫过于9月27日NASA的DART探测器成功实现了对双星小行星中的栾小星（Dimorphos）的撞击试验，并且NASA已经宣布，撞击试验获得巨大成功，栾小星的轨道改变，远超预期。解读此次撞击试验的文章铺天盖地，我就不灌水了，写点别的东西。
被撞的栾小星，属于一个双星小行星系统(本文后面将称其为栾双星)，小行星永久编号65803。较大的一颗称为孪大星（Didymos），栾小星是孪大星的卫星。
1996年4月11日，亚利桑那大学斯图尔德天文台的天文学家，利用其设在基特峰国家天文台的0.9m望远镜进行巡天观测时，发现了孪大星。
其后，首先是戈德斯通天文台根据雷达回声发现了孪大星可能是一个双星系统的迹象。之后，根据对孪大星光变曲线的分析，以及2003年11月23日，阿雷西博望远镜的雷达图像，确认这是一个双星系统。
2003年阿雷西博对孪大星及栾小星(图中暗淡的小白点)的成像
栾双星以一个比较扁的椭圆轨道饶太阳运动，近日点距离1.0131AU，远日点距离2.2753AU，偏心率0.38385，轨道倾角3.4°，轨道周期2.11年（770天）。
栾双星轨道的模拟
栾双星曾在2003年11月非常接近地球，距离约718万千米（地月距离的18.9倍）。根据天文学家的计算，2123年11月栾双星才会再次接近地球，距离约590万千米。
在天体的分类上，栾双星属于阿波罗型（Apollo group）近地天体（near-Earth object，NEOs），并且是一颗对潜在威胁的小行星（potentially hazardous asteroid，PHA）。也就是说，栾双星有概率撞击地球，这也是NASA此次实验选择栾双星作为目标的原因之一。
那么，何为近地天体？近地天体有哪些？具备了哪些特征会被归类为PHA？天文学家已经观测到哪些PHA在威胁着我们的安全？请往下看。
通俗的讲，近地天体（NEO）就是会接近地球的太阳系小天体（简直是废话）。专业一点的说，近地天体指的是其近日点小于1.3AU的小天体。大部分NEO是小行星，所以又称为近地小行星（Near-Earth Asteroids ，NEAs）。少部分NEO是彗星，同时要求彗星必须是一颗短周期彗星（周期短于200年）才会被归类为NEO。
1910年4月21日的哈雷彗星。credit：哈佛大学天文台
天文学家最早研究的近地天体是彗星。16世纪，第谷通过视差法确认彗星不是一种大气现象，而是地球外的一种天体。1705年，哈雷第一次预言了一颗彗星的回归，即哈雷彗星1758年的回归。哈雷彗星1910的回归，距离地球最近时仅约0.15AU，甚至彗尾扫过地球，此事在当时曾引起部分恐慌。
近地小行星433 Eros，credit：NASA
第一颗被确认的近地小行星是发现与1898年8月13日的433号小行星爱神星（433 Eros，Q=1.7825AU，q=1.1334AU，e=0.2226[注1]），爱神星是第一颗被阿雷西博射电望远镜探测的小行星，也是最早被探测器造访的小行星之一，是第一颗有探测器绕行的小行星，第一颗被探测器软着陆的小行星。NASA的探测器NEAR-舒梅克号探测器（NEAR Shoemaker probe）于2000年进入环绕爱神星的轨道，2001年软着陆。
注：a，semi-major axis，半长轴；
Q，aphelion distance，远日点；
q，perihelion distance，近日点；
e，eccentricity，离心率。
1937年，天文学家发现69230号小行星使神星（Hermes），当年它从距离地球约2倍地月距离处掠过，此后，天文学家未能精确测量其轨道，跟丢了，使其成为一个潜在的威胁。直到2003年，才再次观测到并确认它的真身，精确测量其轨道后，确定至少在数百年内，它对地球不存在威胁。
1989年3月23日，阿波罗型小行星4581 Asclepius从距离地球仅43万千米处掠过，Asclepius最长边约300米，如果撞击地球，爆炸当量约20000吨TNT，会产生及其严重的破坏。而且，天文学家发现它时，它已经在远离地球，此事着实让天文学家插了一把冷汗。
全球火流星事件（1988-2022）。来源：JPL
1998年3月，经过轨道计算后，天文学家发现，小行星(35396) 1997 XF11 将于2028年非常接近地球，最近距离可能低至4.6万千米，仅比同步地球卫星距离地心远数千千米。这个距离对天文学来说，已经不是近在咫尺了，可以说是近在咫寸了。不过，经过进一步的观测，将其2028年的接近距离修正为96万千米，威胁程度大大降低。不过，它依然对我们有极大的潜在威胁。
中国火流星事件（1988-2022）。来源：JPL
根据国际天文学联合会小行星中心（IAU minor planet center）的数据，截止2022年，天文学家发现的近地天体已经超过3万颗，其中，有潜在威胁的小行星（PAHs）有800余颗。6500万年前，小行星曾经造成恐龙时代的终结；1908年6月30日，一颗直径约65的小行星引起了通古斯大爆炸；2013年2月15日，一颗直径约20米的小行星坠落在俄罗斯车里雅宾斯克，这颗小行星在空气中燃烧形成了一次超级火流星事件，在空中爆炸解体，冲击波或碎片造成上千人受伤。
车里雅宾斯克火流星资料
截止2022年10月，根据NASA JPL实验室的数据，已经发现的NEO有30170颗，其中，近地彗星（NEC）有117颗，占比0.39%。
近地小行星（NEAs）是近地天体最为重要的一类（占比超过99.5%），根据轨道特征（半长轴a，近日点q，远日点Q），NEAs又分为4个族群（asteroid family）。截止2022年10月，4个族群的小行星发现数量分为为：
- 阿波希利型(Atira)：28颗，0.093%
- 阿登型(Aten)：2345颗，7.773%
- 阿波罗型(Apollo)：16833颗，55.794%
- 阿莫尔型(Amor)：10847颗，35.953%
Atiras asteroid; Apoheles
阿波希利型小行星是轨道完全在地球轨道内侧的小行星，就是说，它们与太阳的距离永远小于日地距离。以轨道参数来说，它们的轨道满足：a<1AU，Q<0.983AU（地球的近日点）。
阿波希利型小行星的命名来自第一颗被确认的此类小行星163693 Atira（2003 CP20）。1998 DK36是第一颗被怀疑属于此类小行星的天体。阿波希利型小行星当前不会对地球形成威胁，不过，由于它们会穿过金星甚至水星轨道，它们可能会由于金星或水星的引力摄动改变轨道，使远日点大于1AU，从而可能对地球造成威胁。
阿登型小行星属于越地小行星（earth-crossing asteroid），就是说，它们的轨道会穿越地球的轨道。以轨道参数来说，它们的轨道满足：a<1AU，Q>0.983AU（地球的近日点）。
阿登型小行星的命名来自发现于1976年1月7日的小行星2062 Aten，因为阿登型小行星的轨道会穿越地球轨道，所以部分阿登型小行星对地球存在潜在的威胁（PHAs）。已知半长轴最短的阿登型小行星是2016 XK24，半长轴a=0.580AU；而几乎所有的阿登型小行星的远日点都大于1AU。阿登型小行星的轨道离心率可能会很大，比如小行星(137924) 2000 BD19 ，偏心率e=0.895，它也是已知的轨道近日点最小的阿登型小行星，q=0.092AU，已经非常靠近太阳，而由于大的离心率，它的远日点Q=1.66AU，已经大于火星的轨道半长轴1.53AU。
阿波罗型小行星属于越地小行星（earth-crossing asteroid），就是说，它们的轨道会穿越地球的轨道。以轨道参数来说，它们的轨道满足：a>1AU，q<1.017AU（地球的远日点）。
阿波罗型小行星的命名来自于发现于1930年代的小行星1862 Apollo。在已经发现的近地小行星中，阿波罗型小行星的占比最大，超过50%。同时，在已确认的潜在威胁小行星（PHAs）中，阿波罗型小行星在占比更是超过70%。特别的，造成2013年车里雅宾斯克火流星事件的，就是一颗阿波罗型小行星。
阿莫尔型小行星是轨道永远在地球外侧的近地小行星，就是说，它们与太阳的距离永远大于日地距离。以轨道参数来说，它们的轨道满足：a>1AU，1.017AU<q<1.3AU。
阿莫尔型小行星的命名来自发现于1932年的小行星1221 Amor，前文所述的小行星433 Eros也属于阿莫尔型小行星。类似于阿波希利型小行星，阿莫尔型小行星当前也不会对地球造成威胁，不过，由于它们可能会穿过火星轨道，可能会由于火星或其他天体的引力摄动改变轨道，使近日点小于1AU，从而可能对地球造成威胁。
如果一颗彗星的近日点q<1.3AU，并且其轨道周期P<200年，就会被归类为近地彗星。一般情况下，虽然由于彗核的密度要比小行星的密度小，在尺寸差不多的情况下，彗星的质量比小行星小。但是，彗星的运动速度一般会更快，所以如果它们撞击地球，会造成更大的破坏。另外，彗星碎裂后形成的碎块可能会比较大，从而增加了撞击地球的风险。
当然，还没有彗星撞击地球的记载或证据，不过，这种威胁确实存在。1994年7月17日-22日的5天多时间内，苏梅克-列维9号彗星的20多块碎片接二连三地撞向木星，其中最严重的一次撞击，爆炸影响范围达3个地球大小。让人们切实感受了一次天地撞击的恐怖。
木星遭苏梅克-列维9号彗星撞击的痕迹(褐色斑块)。credit：NASA
潜在威胁天体（potentially hazardous object，PHOs），可以是小行星（PHAs），也可以是彗星（PHCs），指的是轨道可能会非常接近地球，并且足够大，如果撞击地球会对地球生物圈产生极大破坏的太阳系小天体。
天文学上，对PHO的严格定义是，它们与地球的最近距离可能会小于0.05AU（19.5个地月距离），并且绝对星等达22等或更小（对应直径大约140m以上）。
绝大多数PHOs是小行星，截止2022年10月12日，已经确认的PHAs有2299颗（作为对比，近地彗星仅117颗，其中划分为PHCs的数字还要减小），占已确认的NEA的7.6%。绝大部分PHAs是阿波罗型小行星，共1871颗，占比81.4%。在所确认的PHAs中，估计直径超过1km的多达157颗。
IAU PHA列表：
https://minorplanetcenter.net//iau/lists/t_phas.html
根据天文学家当前的观测与计算，99%的PHAs在未来100年内没有撞击地球的风险。但撞击风险确实存在，根据JPL实验室的撞击模拟程序Sentry的计算，在未来100年内，有21颗小行星（估计直径均小于150m）有撞击地球的风险，而且，对个别小行星，Sentry程序计算出的可能撞击时间点超过100个，小行星2012 HG2的可能撞击时间点，更是高达689次（直径约14m，最高撞击概率约3000分之一）。另有一颗直径约1.3km的小行星29075 (1950 DA)，可能会在2880年撞击地球，概率三十万分之一。（https://cneos.jpl.nasa.gov/sentry/）
图：20世纪及21世纪曾经或将会进入地月轨道之内的小行星
公众号简介：物理学，天文学方向的科普文章，以及小学科学涉及到的各类科学知识。 作者秦鸿翼，网名positron，理论物理硕士，国内知名业余天文学家，天文科普作家，天文摄影师。杭州市天文学会创始人之一，首任理事长。现在致力于推动杭州市青少年的天文科普。
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