韋伯望遠鏡在主小行星帶探測到138顆直徑只有十公尺左右的小行星
天文學家在主小行星帶探測到138顆十公尺大小的岩石天體,這是迄今為止觀測到的最小的小行星。這項突破性發現對了解小行星群、其形成過程和行星防禦具有重要意義。

美國國家航空暨太空總署詹姆斯-韋伯太空望遠鏡(JWST)透過紅外線揭示十公尺主帶小行星群。 圖片來源:Kiril Ivanov
大多數已知的小行星都在火星和木星之間的主小行星帶中運行,距離地球約2.5億公里。 自1801 年發現第一顆小行星以來,已有近75 萬顆小行星被編入目錄,其中大部分是在過去十年中發現的,這要歸功於在晴朗夜晚進行的廣泛巡天觀測。 這些小行星的大小大多超過一公里,最大的灶神星直徑約530 公里。 據估計,還有數百萬顆較小的小行星尚未被發現。 儘管數量眾多,但所有小行星的質量總和仍小於地球月球的質量。
偶爾,來自火星和木星的引力會將一些小行星推向地球。 這些小行星被稱為近地小行星,迄今已發現約35,000 顆,而且還在不斷發現更多。 在歷史上,許多小行星與地球和其他行星相撞,塑造了它們的地質特徵,影響了地球上生命的演化。 如今,作為行星防禦工作的一部分,這些小行星正受到積極的監測和研究。
“對太陽系小天體的研究非常重要,因為它們為我們提供了太陽系早期階段的獨特視角,甚至在行星形成之前。能夠觀測到最小的主帶小行星,不僅能為我們提供有關行星構成要素的線索,還能為我們提供一個獨特的窗口,讓我們了解落在地球上的隕石的來源,”列日大學行星科學家傑欣解釋說,他是麻省理工學院天文學家(列日大學校友)布爾丹諾夫和德威特領導的這項新研究的一部分。 “但是,直到現在,在主帶中只發現了1公里或更大的小行星。”
德威特和他的團隊主要致力於搜尋和研究系外行星–太陽系外的世界–可能適合人類居住。 研究人員是ULiège天文學家吉隆領導的小組的成員,該小組於2016年發現了TRAPPIST-1周圍的行星系統,TRAPPIST-1是一顆小紅星,距離地球約40光年。
研究團隊首先利用位於智利的ULiège Transiting Planets and Planetismals Small Telescope (TRAPPIST)望遠鏡,然後利用其他許多望遠鏡證實,這顆恆星上有七顆岩石質地、地球大小的行星,其中幾顆位於宜居帶。 TRAPPIST-1 系統很快就成為觀測次數最多、特徵最明顯的系外行星系統。 2023年,吉隆和其他同事利用最強大的紅外線天文台–美國國家航空暨太空總署(NASA)的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡(JWST)–尋找該系統兩顆內行星周圍大氣層的跡象。
雖然這些結果仍在審查之中,但de Wit 和Burdanov 想知道,用於研究系外行星的相同數據是否可以回收利用,並從中尋找偶然穿越TRAPPIST-1 視場的小行星。

拉西拉天文台的一個觀測圓頂,TRAPPIST。 資料來源:歐洲南方天文台
為此,他們採用了”移動和疊加”技術,這是一種在20 世紀90 年代首次開發的圖像處理技術。 這種方法包括移動同一視場的多幅影像,並將這些影像疊加在一起,以觀察以適當速度移動的暗淡物體是否能掩蓋背景雜訊。 這種方法需要大量的運算資源,因為它涉及對小行星可能出現的大量情況進行測試,但麻省理工學院的研究小組已經使用最先進的GPU(圖形處理器)對其進行了成功的測試,GPU可以高速處理大量的成像資料。
研究小組將此方法應用於JWST 拍攝的TRAPPIST-1 星場的10000 多張圖像,這些圖像最初是為了尋找該系統內行星周圍大氣層的跡象而拍攝的。 在處理完這些影像後,研究人員發現了主帶中的八顆已知小行星。 隨後,他們進一步觀察,發現了138顆新的小行星,直徑都在幾十公尺以內–這是迄今為止探測到的最小的主帶小行星。 他們懷疑有幾顆小行星即將成為近地天體,而有一顆很可能是特洛伊小行星–追蹤木星的小行星。
德威特說:”我們以為只會探測到幾個新天體,但我們探測到的天體數量比預期的要多得多,尤其是小天體。這表明我們正在探測一種新的種群機制,在這個機制中,更多的小天體是透過級聯碰撞形成的,級聯碰撞能非常有效地分解大約100 公尺以下的小行星。
“統計這些非常小的主帶小行星對於建立小行星群模型至關重要。 事實上,這些是更大的千米級小行星在碰撞過程中噴射出的碎片,這些碎片是可以觀測到的,而且經常表現出圍繞太陽的相似軌道,因此我們可以將它們歸類為小行星’家族’。研究的合著者,也是太陽系中各種小行星群的專家。
ULiège的合著者吉隆說:「我們沒有想到,如此有影響力的太陽系送彩金500的網站大白菜科學可以利用切邊系外行星觀測來完成!」。
“這次調查之所以能夠取得成功,是因為JWST 具有非凡的靈敏度,它位於遠離地球的太空中,擁有大型反射鏡和最先進的儀器,對紅外線而非可見光特別敏感。”Jehin說:”碰巧的是,運行在主小行星帶的小行星在紅外線波段比可見光波段要亮得多,因此利用JWST的紅外線功能更容易探測到。
其他行星科學家也為這些結果感到高興。 “看到JWST 的存檔資料如何為更好地了解最小的小行星打開新的大門真是太棒了,這些小行星在行星防禦中發揮著至關重要的作用。我們的發現依賴於一種新的創新技術,它可以在不知道天體真實軌道的情況下,通過簡單的紅外線探測來確定小行星的大小,”來自德國加興馬克斯-普朗克研究所的合著者、小行星紅外線輻射專家托馬斯-穆勒(Thomas Müller)解釋。
“JWST 讓我們能夠在這些小行星距離地球更遠的時候就發現它們,這讓我們現在能夠進行更精確的軌道測定,這對行星防禦至關重要,”來自意大利歐洲航天局(ESA)近地天體協調中心的共同作者Marco Micheli 證實。
布爾達諾夫總結說:『由於現代技術的發展,我們正在進入一個全新的、尚未探索過的空間。這是一個很好的例子,說明當我們以不同的方式看待資料時,我們可以做些什麼。
編譯自/ ScitechDaily