8月5日，The Astronomical Journal（《天文學雜志》）線上發表了中國科學院紫金山天文臺季江徽課題組的研究成果，該研究基於空間紅外望遠鏡Wide-Field Infrared Survey Explorer（WISE）的紅外觀測及熱物理模型，揭示了主帶Themis族群小行星的熱物理特性，該研究有助於瞭解太陽系中含水冰小天體的形成與演化過程，具有重要科學意義。
小行星絕大多數分佈在火星和木星軌道之間的主帶區域，它們可能蘊含了地球生命和水體起源的重要線索，同時也蘊藏著“嬰兒期”太陽系的關鍵資訊，因而極具科學研究價值。Themis族群小行星位於主帶外部區域，其軌道半長徑分佈在3.08 AU - 3.24 AU，偏心率為0.09 - 0.22，軌道傾角小於3°。據推測，Themis族群形成於2.5 Gyr年前的一次碰撞事件，其母體為主帶小行星（24）Themis（司理星）。該族群成員數目超過4700顆，其中大多數光譜型為C型或B型。近年來，天文學家發現（24）Themis的光譜在3.1μm處有連續吸收線（Campins et al，2010，Nature），這表明在其表面可能存在著大量的水冰（圖1）。此外，Themis族群被認為是主帶彗星133P/Elst-Pizarro及176P/LINEAR的發源地。囙此，Themis族群是瞭解小行星水冰演化及活動性的重要對象，通過對該族群小行星的熱物理研究，將進一步揭示這類小天體的物理特性和演化特徵。
紫金山天文臺科研人員基於空間紅外望遠鏡WISE/NEOWISE對Themis族群小行星的觀測數據，利用先進熱物理模型計算得到小行星在紅外波段的理論輻射流量，進而擬合獲得了Themis族群中20顆小行星的熱慣量、幾何反照率、有效直徑及粗糙度等參數的最優解（圖2），並估算了其錶壤顆粒尺寸。研究發現這些小行星熱慣量的平均值為39.5±26.0 Jm-2s-1/2K-1，幾何反照率平均值為0.067±0.018，錶壤顆粒尺寸平均為1.616±0.494 mm。與其他族群相比，Themis族群的幾何反照率普遍偏低（圖3），這與B型和C型小行星的幾何反照率分佈基本一致。進一步研究發現，不同族群小行星之間的熱慣量分佈相似（圖4），而較低的熱慣量則表明這些小行星表面存在非常細小的顆粒和較厚的錶壤層，反映了主帶小天體經歷了長期複雜的太空風化。通過不同主帶族群之間熱物理特性的對比研究，該項工作從新的視角來認知其族群分類、碰撞機制和演化過程，進而探索太陽系的“考古”歷史。
相關研究深化了對主帶小行星族群演化的認知，亦為我國正在開展的小行星深空探測任務提供工程支撐，如通過對目標小天體的熱慣量、幾何反照率、顆粒尺寸等參數估算和分析，可評估小行星表面錶壤存在是否，從而為探測器的採樣管道與採樣環境提供關鍵科學依據；由於Themis族群與主帶彗星133P/Elst-Pizarro具有很高的關聯性，該工作可為探測任務中的目標天體提供科學資訊。另一方面，該工作可應用於評估影響近地天體軌道運動的非引力效應（如YORP與雅科夫斯基效應等），直接服務於我國近地天體防禦任務。
研究工作獲得中國科學院B類先導專項、國家自然科學基金重點專案、中國科學院創新交叉團隊等資助。
文章連結：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/ac01c8
圖1小行星（24）Themis在3.1μm附近的吸收譜線（Campins et al，2010，Nature）。
圖2 Themis族群小行星熱慣量與幾何反照率和有效直徑分佈。
圖3 Themis族群與Vesta族群幾何反照率和直徑分佈關係對比。
圖4不同小行星族群熱慣量隨軌道半長徑分佈關係。
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