中国科学院紫金山天文台季江徽课题组基于来自太空望远镜和地面多波段红外观测数据及热物理模型，合作研究团队揭露主小行星带冰质天体表面土壤的物理特性，对理解这些天体的形成与演化过程具有重要的科学意义。
欧洲南方天文台甚大望远镜直接拍摄因泰腊美那星的照片
太阳系中绝大多数小行星分布在位于火星和木星之间的小行星带，它们可能蕴藏着地球生命和水体起源的重要线索。 此外，在土星和海王星之间，还分布着一定数量的半人马天体，在海王星轨道以外则存在着大量的古柏带（Kuiper belt）天体，它们的组分中含有大量的水冰和固态甲烷等物质。
704号小行星，因泰腊美那星（Interamnia）是主小行星带中的第五大天体，质量大约占整个主带小行星质量总和的1.2%，天文学家通过直接拍摄获得它的直径超过340公里（上图），光谱型为B型，它的轨道半长径3.056天文单位， 偏心率0.155，倾角17.311°。
相关研究显示因泰腊美那星平均密度约为1.98 g/cm³，与谷神星和健神星（Hygiea）接近，这两颗天体都含有大量水冰。 但目前为止，并未观测到该小行星有类似彗星的气体或尘埃尾，显示它的表面可能存在一定厚度的尘埃层，能有效阻止地表以下的水冰快速挥发。
然而，因泰腊美那星光谱在0.38μm、0.44μm处的吸收线表明存在微弱的活动性，以下几个科学问题有待解答：该小行星的水冰含量是多少？ 影响水冰挥发的关键物理参数又是怎样的？ 鉴于因泰腊美那星重要的科学价值，可作为中国太阳系边际探测任务的候选目标之一。
研究人员利用日本在夏威夷的昴星团红外望远镜开展热红外线观测，同时融合广域红外线巡天探测卫星（Wide-field Infrared Survey Explorer ，简称 WISE）; 近地天体广域红外线巡天探测卫星（Near Earth Object Wide-field Infrared Survey Explorer ，简称 NEOWISE）、红外线天文卫星（Infrared Astronomical Satellite，简称 IRAS）、AKARI（あかり， 日语：光的意思）这些国际红外线天文卫星的数据分析因泰腊美那星的表面土壤物理特性。 观测数据的波长覆盖3.4μm~100μm，分析过程采用小行星真实表面土壤热物理模型。 与传统热模型中采用热惯量作为自由参数不同，该模型使用小行星的表面土壤颗粒尺寸作为自由参数，减少了温度对自由参数的影响。
基于该热物理模型，研究人员计算因泰腊美那星的理论辐射流量，拟合了上述红外望远镜的观测数据，获得了它表面土壤粒尺寸、反照率、直径与粗糙度。 此外，研究人员新改进了广域红外线巡天探测卫星和近地天体广域红外线巡天探测卫星红外数据处理方法，对于含较多太阳反射光的W1和W2波段由观测星等转换为辐射流量时，对反射光部分和热辐射部分，分别采用了不同类别的色指数修正，提高了观测数据的可靠性。
研究发现因泰腊美那星的表壤粒尺寸较小，平均为190 μm，显示该天体表面存在细密的表壤，反照率为0.0472，计算得到其有效直径339公里，与前人利用直接拍照获得的直径相符合。 研究人员进而根据表面土壤粒尺寸大小，估算了其表面温度及热惯量的季节性变化，在一个公转周期内，随着温度变化，因泰腊美那星表面不同区域的热惯量变化范围为9~92 Jm-2sᐨ¹/2Kᐨ¹。 此外，基于该天体平均密度大小，估算了水冰的体积分数为9%~66%。
该工作细致探讨主小行星带冰质天体的表面土壤物理特性，深化了对含水冰小天体的认知，也为后续对太阳系小天体物理特性研究提供帮助。
上世纪70年代以来，先锋（Pioneer）10号、11号以及航行者（Voyager）1号、2号与新视野号（New Horizons）太空船陆续开展外太阳系探测，拓展人类对外太阳系的认知。 中国太阳系边际探测任务拟开展对日球层动力学结构特性、近邻太空环境以及外太阳系天体的研究，计划发射宇宙飞船于2049年到达距离太阳100天文单位的位置。 在飞往外太阳系旅途中，它可对主小行星带天体、冰巨星及它们的卫星系统、半人马天体、古栢带、矮行星等不同类型原始天体开展全面探测，揭开行星形成与太阳系演化历史。
【图：欧洲南方天文台; 文：节录自中国科学院紫金山天文台2023年3月20日新闻公布; 新闻信息由林景明提供】研究全文刊登在2023年2月27日出版的《天体物理学报》; 标题是：Mid-IR Observations of IRAS， AKARI， WISE/NEOWISE， and Subaru for Large Icy Asteroid （704） Interamnia： A New Perspective of Regolith Properties and Water Ice Fraction
本文由奇点天文作者上传并发布，奇点天文仅提供文章投稿展示，文章仅代表作者个人观点，不代表奇点天文立场。
