一张艺术概念图片，展示了NASA詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）通过红外线揭示了小行星带中一群小型行星的存在。 图片来源：Ella Maru和Julien de Wit|2025,2,11 作者：Evan Gough
韦伯太空望远镜（JWST）在主小行星带中发现迄今为止最小的小行星
韦伯太空望远镜（JWST）设计的初衷并非搜寻小行星。它诞生的使命是解答人类关于宇宙最深奥、最复杂的疑问——第一代恒星如何诞生、星系如何演化、类地行星如何形成，甚至生命起源之谜。然而，作为一台强大的红外望远镜，其无与伦比的红外探测能力正意外推动另一项重要使命的实现：守护地球免受危险小行星的威胁。
人类不愿重蹈恐龙的覆辙。约6600万年前，希克苏鲁伯撞击事件使这个物种销声匿迹。一颗直径10至15公里的小行星撞击墨西哥尤卡坦半岛附近，结束了恐龙长达1.65亿年的地球霸主时代。只有鸟类恐龙在这场浩劫中幸存。
在这记忆犹新的历史背景下，全球正加紧全面筛查可能撞击地球的危险天体。2005年，美国国会立法要求NASA启动"近地天体监测计划"，对特定的近地小行星与彗星实施探测、追踪、编目及特性分析。该计划已显有成效，尤其在识别可能引发物种存亡危机的巨型小行星方面取得进展。
寻找最大的主带小行星并非难事。它们几乎是主动向我们的高倍望远镜显露踪迹。直径约100公里及以上的大型小行星具有潜在的毁灭性，但它们往往在主带中沿着稳定的轨道运行。
然而，十米级别的撞击体更难寻觅。这些小行星直径仅有几十米，质量较小意味着，由于主小行星带内的相互作用，它们更容易成为近地天体的一员。虽说这类岩石的规模不至于终结人类文明，但它们更频繁地抵达地球，能引发百万吨级的爆炸。1908年的通古斯大爆炸和2013年的车里雅宾斯克陨石事件，皆是它们所为。
詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）正帮助科学家深入了解这类小行星群体，一项新的研究揭示了其工作原理。这项名为“JWST观测十米级主带小行星及对陨石来源的见解”的研究发表于《自然》，共同第一作者为麻省理工学院地球大气与行星科学系的Julien de Wit和Artem Burdanov。
作者在论文中指出："小行星发现对于预防地球撞击事件的行星防御计划至关重要，其中包括更加频繁出现的十米级撞击体引发的百万吨级爆炸。虽然大型小行星（约100公里）自形成以来一直驻留在主带区域，但小型小行星通常飞到近地天体（NEO）群体中。"近地天体被定义为近日点距离小于1.3天文单位（AU）的天体，这意味着它们可能足够接近地球轨道，或受到地球引力的显著影响
这个图表展示了由喷气推进实验室(JPL) 的近地天体研究中心(CNEOS) 计算出来的2200个潜在危险天体的轨道。特别标注出了双子星小行星Digymos 的轨道， 这是美国宇航局(NASA)于2021年发射的双小行星重定向测试(DART)任务的目标。图片来源，NASA/JPL-Caltech。
大多数的小行星是通过地面光学显微镜观察到的，这些显微镜利用了它们对太阳光的反射，即就是它们的反照率。然而仅仅依靠小行星的反照率测量是非常不可靠的。例如，反照率高的小物体可能比反照率低的大物体还要大。
小行星还会进行热辐射或者释放红外能量，这正是詹姆斯韦伯空间望远镜(JWST)发挥作用的地方。作者在文中写道：JWST拥有宽波谱和大口径实现了极高灵敏度，使得它成为了理想的探测手段，并且可以揭示主带小行星(MBAs) 中最小的行星。
根据研究人员的说法，JWST红外检测剋有将物体大小控制在10%-20%的误差范围内，而反照率测量可能会有3到4倍的误差。这种巨大的差异可能导致对主带小行星群体的致命误解。
布达诺夫(Burdanov), 德维特(Wit)及其合作者们开发了一种基于图像处理单元（GPUs）技术的JWS新型测试十米级撞击物的方法，他们称之为“合成跟踪技术”。这种技术最初是为了寻求系外行星而开发的，但是现在在小行星编目工作中也取得了不错的进展。合成跟踪方法是从系外行星的数据中监测小行星。JWST在2022-2023年对TRAPPIST-1恒星进行了长达90h的观测，这些结果就是基于该数据。
作者写道：在将我们的GPU框架用于目标系外行星的调查厚，我们检测到了8个已知的小行星和139个未知小行星，这139个新的探测结果无法归因于任何已知的小行星。
这些小行星的尺寸从巴士大小到体育场宽度不等，是迄今为止在主小行星带中监测到的最小物体。
这项最新研究的图表显示了新发现的小行星的直径，通量以及与太阳的距离。作者解释说：虚点线，实线和虚线分别表示2.00， 2.50和3.25天文单位处的尺寸-通量关系。
图片来源: Burdanov等人，2025.
防御
“对大部分天文学家来说，小行星在某种程度上是天空中的不速之客，毕竟它们会突然出现在你的视野里，并影响你的数据，“ 研究合著者朱利安德维特说
通过GIPHY
德维特向今日宇宙解释了这项研究的背景。他们在望远镜投入使用前就已经对以这种方式使用詹姆斯韦伯空间望远镜产生了兴趣
德维特和他的合作研究者协助了在2016年发现TRAPPIST-1系统。在系外行星科学中，像小行星这样的对象被认为是试图干扰系外行星探测的噪音源。而这些数据通常会被直接抛弃。近年以来，天文学家将詹姆斯韦伯空间望远镜对准了TRAPPIST-1系统，利用其红外辐射功能测量最内测行星的温度并观测恒星耀斑。这种观测创造了被德维特称为“科学红利“的东西
“我们的主线工作和探索并研究像TRAPPIST-1的七个类地行星的系外行有关，“德维特解释道。”然而多年来，我们一直有在思考如何利用系外行星探索获得的海量数据，所以我们开始为了“科学红利“而发掘这些观测视野中的领域。其中一个就跟“监测从视野中经过的小行星等天体”有关。我们赶在詹姆斯韦伯空间望远镜之前优化了我们的方法，考虑到结合詹姆斯韦伯空间望远镜无与伦比的红外波段探测能力进行联合追踪（这些小行星在部分波段拥有最高亮度），这将改变这个领域
“当天体距离地球非常近时，我们已经可以探测到尺寸小到十米天体，“作者Artem Burdanov在新闻稿中说。”我们现在有一种可以在这些小行星离地球非常远时就发现他们的方法，所以我们可以对其轨道做更精确的追踪，这是关键“
这些结果仅仅是个开始。每次詹姆斯韦伯空间望远镜在观测某个天文目标时，它都会产生些数据。所有数据都值得被整理以监测到更多小行星，并尝试理解它们所在的家族。十米级的小行星极有可能是碰撞级联的结果，且研究者们想尝试理解其中的某些关系
“还有海量数据记录在案的可用数据，我们在为挖掘全部数据做准备，“德维特解释道，即便这取决于现有资金。”这将有助于我们研究主小行星带的三维结构，以及将不同十米级小行星的不同亚群与特定小行星家族关联起来（话有陨石）
“我们希望在现存MIR数据中可以发现数以千计这样的小行星“德维特说
对2024YR4潜在威胁的探索引起了人们对小行星威胁的注意。它是一个近地天体，有小概率于2032年影响地球，不过科学家们呼吁无需恐慌。它将于2028年再次近距离掠过地球，且将会被人们更精确观测并重新评估其风险评级
韦伯望远镜的观测时段可谓炙手可热。我们向研究人员询问，他们是否有机会运用这台望远镜寻找更多的行星。
德威特提到，“我们确实提交了一份“有本事就来观测”(catch me if you can）的提案，旨在展示韦伯望远镜探测十米级小行星（MBAs）的能力，并在后续追踪中精确测定其轨道参数，从而作为行星防御计划的”表现评估“。他进一步阐释：“潜在撞击天体的远日点通常分布在主小行星带，要实现对它们轨道的精密测定，就需要在主行星带外实行观测。”目前该团队的提案已进入评审阶段。
研究团队在主带发现的139颗新小行星可视为超额科研成果。尽管当前的观测方法还很局限，且其并不针对于微小天体的探查，韦伯望远镜仍有许多待深度挖掘的观测数据。如果再加把劲，德威特和他的研究团队将有机会观测到更多。
德威特在《今日宇宙》（Universe Today）中的采访表示，“通过设计一种观测装置，使韦伯望远镜沿主带小行星的预期运动轨迹“飘移”，同时通过长时间曝光，将有可能探测到十米级以下的小行星”。
“有一个针对于探测主带最小小行星的观测装置，我们将有机会探测到更小的行星。”德威特总结道。
詹姆斯•韦伯太空望远镜是一台专用于研究红外天文学的望远镜。凭借其卓越的分辨率以及极高的灵敏度，这台目前人类在轨最大口径的天文望远镜，能够探测那些对于哈勃望远镜而言古老，遥远且暗淡的天体。这使得天文学和宇宙学的许多领域的研究得以开展，例如，首批行星的观测，首批星系形成的探索，以及对潜在宜居星球的详细刻画。
尽管韦伯望远镜主镜的直径是哈勃望远镜的2.7倍大，由于其观测领域为波长更长的红外光谱，其产生的图像清晰度与之相当。这是因为，光谱的波长越长，要获得与哈勃太空望远镜可见光谱清晰度相当的图像，所需的信息收集面就越大（红外光谱中的反射镜或毫米波和无线电波段中的天线面积）。
BY：Evan Gough
FY：Astronomical volunteer team
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