数百万个新太阳系天体将被发现并"以绚丽色彩拍摄"——研究预测

美国国家科学基金会-能源部维拉·C·鲁宾天文台将彻底革新我们对太阳系"小天体"——小行星、彗星及其他矮行星的认知。

正在智利北部帕琼山脊建设的鲁宾天文台配备了8.4米的西蒙尼巡天望远镜，其独特的三镜设计能在数晚内巡测整个可见夜空。其核心是搭载了32亿像素的时空遗产巡天相机（LSST Camera），通过六种滤光片覆盖9.6平方度的视场，面积约为满月的45倍。这套"宽视场-快速巡天-深度探测"系统每晚将产生20TB数据，在未来十年创建前所未有的宇宙延时"影像"，为绘制太阳系图谱提供极其强大的数据库。

由贝尔法斯特女王大学梅格·施瓦姆领衔的天文学家团队开发了创新开源软件Sorcha，用于预测潜在发现。这是首个端到端模拟器，输入鲁宾的预定观测计划，结合太阳系及其小天体储层的最新模型，应用鲁宾天文台图像检测天体源的假设。

施瓦姆表示："Sorcha这类精确模拟软件至关重要，它能预告鲁宾的发现并指导我们解读数据。人类对太阳系天体的认知即将迎来指数级爆发式增长。"

除八大行星外，太阳系还存在着超过45亿年前与行星同期形成的大量小天体。其中许多自太阳系诞生以来基本保持原始状态，堪称宇宙化石。通过研究其轨道、尺寸和成分，天文学家可重建行星形成、迁移与演化的历史。

这些数以千万计的天体提供了关键窗口，揭示水与有机物质输送到地球的过程、巨行星重塑行星轨道的机制，以及近地天体构成的持续威胁。

除贝尔法斯特女王大学和华盛顿大学外，国际团队还包括哈佛-史密松天体物理中心及伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员。

描述该软件及预测成果的系列论文已被《天文期刊》录用发表。

鲁宾天文台不仅将发现新小天体，还将通过多波段滤光片进行多次观测，揭示其表面颜色。传统太阳系巡天通常仅使用单波段观测。

博士生乔·穆尔塔指出："LSST的太阳系天体目录将使研究从黑白电视时代跃升至绚丽彩色。我们预期将探测数百万个新太阳系天体，其中大部分将在巡天最初几年被发现。"

团队模拟预测鲁宾将测绘：

• 127,000个近地天体（轨道穿越或接近地球的小行星与彗星），较现今已知的约38,000个增长三倍以上，探测超过70%直径大于140米的潜在威胁天体。这将使灾难级小行星撞击的漏检风险至少降低两倍，为行星防御做出重大贡献。

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  500余万个主带小行星（现约140万个），巡天前三年将获取其中约三分之一天体的精确颜色与自转数据。这为科学家理解太阳系构建模块的特征与历史提供前所未有的洞察。

• 109,000个木星特洛伊群天体（占据木星轨道稳定拉格朗日点），超过当前编录数量的七倍。这些天体保存着行星形成时期最原始的物质。

• 37,000个海外天体（遥远柯伊伯带居民），接近当前普查数量的十倍，为揭示海王星迁移史及外太阳系演化提供线索。

• 约1,500-2,000个半人马天体（在太阳系中部穿越巨行星轨道的短寿命天体）。多数终将被逐出太阳系，少数将幸存成为短周期彗星。LSST将首次提供半人马天体及其向彗星转变关键阶段的详尽观测。

Sorcha团队成员、华盛顿大学天文学教授马里奥·尤里奇（兼任鲁宾太阳系数据处理管线负责人及DiRAC研究所主任）表示："鲁宾天文台的LSST是填补太阳系拼图的代际机遇。"

尤里奇指出："模拟预测鲁宾将使已知小天体数量增长4-9倍，提供前所未有的轨道、颜色与光变曲线宝库。凭借这些数据，我们将更新太阳系形成教科书，并极大提升威胁地球小行星的监测与偏转能力。"

博士生杰克·库兰德表示："人类花费225年天文观测才发现首150万颗小行星，而鲁宾将在一年内使这个数字翻倍。"

"鲁宾无可比拟的广度与深度结合，使其成为独特的发现引擎。"库兰德强调。

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校航空航天工程助理教授西格弗里德·埃格尔补充道："唯有消除LSST复杂观测模式的偏差，才能将原始数据转化为太阳系历史的真实镜像——行星形成之地及其数十亿年的迁移轨迹。Sorcha在这方面具有颠覆性意义。"

Sorcha代码及模拟星表、动画已在https://sorcha.space开源共享。通过开放这些资源，Sorcha团队赋能全球研究者优化工具，为应对鲁宾产生的LSST数据洪流做好准备，以前所未有的深度解析照亮太阳系的小天体。

鲁宾天文台定于6月23日"首光"活动发布首批壮观影像，向世界展示巡天威力的初步预览。全面科学运行将于今年晚些时候启动。