数百万新太阳系天体将被发现并“以技术彩色拍摄”——研究预测

美国国家科学基金会与能源部合作的薇拉·C·鲁宾天文台将彻底改变我们对太阳系"小天体"——小行星、彗星及其他矮行星的认识。

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，其独特的三镜面设计能在数晚内巡测整个可见天空。核心装备是世界最大的32亿像素时空遗产巡天相机（LSST），配备六种滤光片，覆盖9.6平方度视场，约为满月面积的45倍。这个"广快深"系统每晚将产生20太字节数据——在未来10年制作前所未有的宇宙延时"电影"，构建用于绘制太阳系图谱的超级数据库。

由贝尔法斯特女王大学梅格·施万布领衔的天文学家团队开发了创新型开源软件Sorcha，用于预测潜在发现。作为首个端到端模拟器，Sorcha能输入鲁宾的预定观测计划，结合太阳系及其小天体储库的最佳模型，精准模拟天文台对天体目标的探测能力。

"Sorcha这类精确模拟软件至关重要，"女王大学数学物理学院高级讲师施万布强调，"它预演鲁宾的发现并指导数据解读。我们对太阳系天体的认知即将迎来指数级飞跃。"

除八大行星外，太阳系还存在着45亿年前与行星同期形成的庞大天体群。其中多数小天体自太阳系诞生以来基本未变，堪称宇宙化石。通过分析其轨道、尺寸及成分，天文学家能重构行星形成、迁移与演化的历史。

这些数以千万计的天体，为关键过程提供重要窗口：包括向地球输送水与有机材料，巨行星重塑行星轨道，以及近地天体构成的持续威胁。

国际团队除女王大学和华盛顿大学外，还包括哈佛-史密松天体物理中心及伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究者。

描述软件及预测成果的系列论文已被《天文学杂志》录用。

鲁宾天文台不仅能发现新天体，还将通过多色滤光片进行重复观测，揭示天体表面颜色——此前的太阳系巡天通常仅使用单色滤光片。

"LSST的太阳系天体目录将使观测效果从黑白电视跃升至绚丽彩屏，"女王大学博士生乔·穆尔塔格表示，"令人振奋的是，预计将探测数百万新天体，其中大部分在巡天最初几年就会被捕获。"

团队模拟显示鲁宾将测绘：

• 127,000个近地天体（轨道与地球相交或接近的小行星和彗星），较目前已知的38,000个增长超三倍。将探测到140米以上潜在威胁天体的70%以上，使未侦测小行星撞击的灾难性风险至少降低两倍，为行星防御做出巨大贡献。

•  

  超500万颗主带小行星（现约140万颗），巡天前三年内约三分之一天体将获得精确颜色与自转数据，为科学家提供太阳系组成单元的特质与演化史提供空前洞察。

• 109,000颗木星特洛伊群（共享木星轨道稳定拉格朗日点的天体），较当前目录增长七倍以上。这些天体保留了行星形成时期的原始物质。

• 37,000颗海外天体（遥远柯伊伯带居民），较当前普查增长近十倍，为海王星迁移史及外太阳系演化提供线索。

• 约1,500-2,000颗半人马天体（太阳系中部穿越巨行星轨道的短周期天体）。多数终将被抛出太阳系，少数幸存者将转化为短周期彗星。LSST将首次详细揭示半人马天体向彗星转变的关键过渡阶段。

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道团队负责人及DiRAC研究所主任）指出："LSST是填补太阳系拼图的世代良机。"

"模拟预测鲁宾将使已知小天体数量增长4-9倍，提供空前的轨道、颜色和光变曲线数据库，"尤里奇表示，"据此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。"

华盛顿大学博士生杰克·库兰德指出："人类花费225年天文观测才发现首150万颗小行星，而鲁宾将在不到一年内使总数翻倍。"

"鲁宾无与伦比的广度和深度使其成为独一无二的发现引擎，"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："唯有通过Sorcha消除LSST复杂观测模式的偏差，我们才能将原始数据转化为太阳系历史的真实镜像——揭示行星形成之地及数十亿年的迁移轨迹。Sorcha在这方面具有革命性意义。"

Sorcha代码及模拟星表、动画已在https://sorcha.space开源。这些资源使全球研究者能优化工具，迎接鲁宾产生的LSST数据洪流，以前所未有的深度解读照亮太阳系的小天体。

鲁宾天文台定于6月23日"初窥"活动发布首批壮观影像，向世界展示其强大观测能力。全面科学运行将于今年晚些时候启动。