小行星测光相位曲线观测研究

发布时间：2017-12-29 13:27

  本文关键词：小行星测光相位曲线观测研究　出处：《中国科学院大学(中国科学院云南天文台)》2017年博士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 小行星 测光相位曲线 自转参数 三轴椭球体 Cellinoid椭球 (107)Camilla (106) Dione

【摘要】：小行星研究为我们打开了一扇窗,让我们窥见了一个迷人的世界。小行星被认为是构成类地行星或巨行星核的原行星子遗留物,保留了大量行星形成过程中太阳星云的信息。这些信息可以帮助我们认识太阳系形成初期的物质组成与环境。同时,小行星还可能提供给我们生命起源的信息。并且,近地小行星作为地球上所有生命的潜在“杀手”,是人类文明最主要的威胁之一。而诸如小行星的大小、形状、自转参数、内部结构以及表面物质特性等一系列物理性质的研究是科学家认识小行星的基础、是能否实现资源开发的前提、是防卫小行星撞击地球得以成功的保障。可以说,小行星基础物理性质的研究是当前小行星研究中最主要的研究内容之一。测光相位曲线,描述了小行星光度随太阳相位角变化的关系,是小行星表面物质特性(例如表面粗糙度、孔隙度、颗粒的不对称因子等)的具体表现形式。因此,小行星测光相位曲线研究为我们了解小行星表面物质物理性质提供了线索。在当前的小行星测光相位曲线分析中,存在一个隐含的假设,即假定小行星的几何形状是一个球体,从而忽略了小行星不规则形状对于光度的影响。但是,为了能有效地分析小行星测光相位曲线,从中获得相位函数参数准确的估算结果,往往需要观测数据能拥有较广的相位角覆盖范围。但对于绝大多数主带小行星而言,由于实际观测过程中,天气、仪器以及可观测持续时间等因素的影响,很难在一个可视期中获得足够多覆盖较广相位角的观测数据。另一方面,为了能准确描述小行星光度随相位角减小而非线性增强的现象——即冲效应,观测数据必需包含小相位角时的观测结果,但并不是每一个可视期都能获得相位角小于2度时的观测数据。正是以上原因限制了小行星测光相位曲线研究的发展。相对于已经有超过五千颗小行星拥有至少三个可视期的测光观测数据,目前仅有百余颗小行星的测光相位曲线获得了相对准确的分析结果。现有研究方法中假定小行星几何形状为球体,是导致虽有丰富的观测资料,但却不能应用于小行星测光相位曲线研究的主要原因。实际上,对于绝大多数小行星而言,它们的形状往往是不规则的椭球体。因此,对于多个可视期的观测数据来说,由于观测环境的改变,导致不同可视期的小行星自转轴指向与观测者视线方向的夹角(即视界角)发生变化,使得观测者所获得的小行星不规则形状的视截面积发生改变,致使测光相位曲线研究中光度不但会随相位角变化而改变,同时还会显著地受到视界角变化的影响,从而导致了不准确的测光相位曲线分析结果。为了解决这一问题,就需要在研究小行星光度随相位角改变的同时还要考虑到视界角改变的影响,归根结底是需要考虑小行星不规则形状的因素。基于三参数H-G1-G2星等相位函数系统,首先,我们利用经典的三轴椭球体模型作为小行星形状的近似,从而提出了考虑小行星非球体形状的相位曲线光度模型。这一光度模型可以较好的适用光变曲线表现出正/余弦特征的小行星测光相位曲线研究。利用这一模型以及所收集到的测光数据,我们对小行星(87) Sylvia的测光相位曲线进行了分析,获得了较好的结果;同时,利用云南天文台一米望远镜,我们于2015年3月对小行星(107)Camilla进行了连续2天的观测,并结合以往其他研究者所获得的观测数据,准确地估算了Camilla相位函数参数。但是,对于更多的小行星来说,他们拥有相比于三轴椭球体更复杂的几何形状,所以需要一种能更接近于真实小行星的形状模型。因此,我们选择了Cellinoid椭球——一种由八个八分之一椭球彼此相连组成的不规则闭合椭球体,从而建立了一套考虑小行星不规则形状因素的测光相位曲线光度模型。这一模型具有数学形式简单、自由参数少,可以有效地利用不同可视期测光观测数据,准确描述不同类型小行星测光相位曲线特征等优点;同时,这一模型还可以较为准确地应用于测定小行星自转周期、自转轴指向以及形状等基础物理性质参数。利用这一新测光相位曲线光度模型以及所收集到的不同类型小行星(例如小行星(17) Thetis、(22) Kalliope、(29)Amphitrite、(44)Nysa以及(511)Davida)的多个可视期测光数据,我们分别这些小行星的测光相位曲线进行了研究,获得了较好的分析结果。此外,为了获得小行星(106) Dione准确的物理性质信息,我们利用云南天文台一米望远镜,分别于2004年、2012年以及2015年三个可视期,对其进行了长时间的观测。并借助马尔科夫链-蒙特卡罗(MCMC)方法以及结合已发表的Dione数据,我们对(106) Dione相位曲线进行了研究,同时测定了其较为准确的自转周期,并首次获得了小行星(106) Dione自转轴指向以及形状的估算结果。可以预期,考虑不规则形状因素的小行星测光相位曲线光度模型的使用可以有效地扩大研究样本数目,从而为后续小行星表面物质物理性质研究提供更丰富的研究目标。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院云南天文台)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P185.7

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本文编号：1350462