據中國激光雜志社網，于2025年10月29日報道，2025年2月，小行星2024 YR4的罕見高撞擊風險引發了國際廣泛關注；5月28日，一顆超400公斤的隕石墜落在廣東省茂名市。防范近地小行星撞擊風險事關全球安危與人類文明存續，相關研究現實需求迫切、戰略意義深遠。歐美國家也積極構建地基、天基小行星監測設備，并于2021年和2024年分別實施了DART和HERA行星防御任務。2025年9月4-5日，中國探月工程總設計師吳偉仁介紹，我國正在規劃對一顆小行星實施動能撞擊演示驗證任務，驗證小行星防御方案的可行性。
中國科學院國家天文臺光學觀測技術研究團組聯合深空探測實驗室近地小行星防御技術研究團隊，面向我國未來發展行星防御能力的重大需求，首次對天基-月基近地小行星光學監測設備的監測能力進行了系統性仿真分析，相關成果發表在《光學學報》“深空探測光學”專題，并被選為亮點文章。
01、研究背景
從6500萬年前恐龍滅絕事件，到1908年的通古斯大爆炸，再到2013年車里雅賓斯克爆炸事件，近地小行星(near-Earth asteroid，以下簡稱NEA)撞擊地球的風險對地球上所有生命的安全構成了長期威脅。
NEA體積小、數量眾多，表面反照率通常較低，光照條件變化復雜，若想分析其對地球是否存在撞擊風險并規劃防御措施，需要依靠長期高精度監測數據，這對地基望遠鏡的觀測能力提出了極高的要求。光學觀測相比于雷達探測，無需發射雷達信號，受探測距離限制較小，能夠“看得更遠”，且設備建設與運行成本較低。然而，受限于地球的晝夜交替和大氣消光，地基望遠鏡的觀測數據難以對暗弱的NEA開展精確的軌道參數測量和表面形貌、自轉周期的反演。為了增加NEA的連續監測時長并提升位置和亮度測量精度，在深空部署光學監測設備勢在必行。
02、NEA天基-月基監測平臺觀測條件分析方法研
針對我國未來對行星防御能力的需求，研究團隊首次提出了一套仿真樣本完備性較高的NEA光學設備探測能力分析方法。
研究團隊采用了目前所有已發現的NEA作為監測設備能力分析的樣本，仿真分析了近地空間、地月空間和月面運行的NEA光學監測設備對NEA的監測能力。考慮到若以太陽系質心（以下簡稱日心）為參考點，天基、月基望遠鏡的觀測位置與地球上的觀測站存在明顯位置差異，且觀測平臺與NEA都在實時相對運動，研究人員對一年中不同時刻NEA在日心黃道坐標系中的空間位置分布進行了仿真分析。結果表明，在近地空間、地月空間和月面不同點位觀測NEA的視位置幾乎沒有差別。
隨后，根據不同軌道觀測平臺/月面觀測位置、對全天的實時可見天區范圍進行了仿真分析。由于近地軌道、地月軌道和月面受到太陽、地球和月球的遮擋以及地氣光的干擾程度不同，三類觀測平臺對全天NEA的可見數量存在明顯差別。其中地月三角平動點L4（L5）處的動力學替代軌道觀測平臺受到日、地、月的遮擋最少，全年可觀測天區范圍最多。
NEA的精確定軌與光度測量還需要長時間連續的觀測數據支撐。對三類觀測平臺一年時間內可以監測的NEA數量進行仿真分析，圖3展示了一個地球公轉周期內，所有NEA在各類觀測平臺可見天區中的累計小時數分布情況。各觀測平臺都有5%以上的NEA全年不可見，但觀測周期的累積能夠彌補這些目標監測數據的空缺。基于此分析方法，研究團隊首次對所有NEA在時間-空間兩個維度上開展了高完備性的檢測率仿真。
基于上述分析方法，研究團隊提供了一套能夠滿足行星防御能力需求且具有工程指導意義的監測設備技術參數。根據近地小行星的視星等、運動速度、背景黃道光亮度等參數，分別計算了適合在三類觀測平臺開展監測的設備口徑、焦比、分辨率、曝光時間等核心技術參數,其中對近地小行星監測能力影響最大的是口徑。在近地空間、地月空間和月面三類觀測平臺的位置分別計算了四種不同尺寸口徑的光學望遠鏡能夠監測到的NEA數量。仿真結果表明，相同口徑設備在不同觀測平臺/站點處的NEA檢測率（能夠監測的NEA占已發現NEA總數）差別<2%。對比1 m口徑光學設備在各觀測平臺/站點的檢測率，發現月球南極能夠監測到的較亮目標（亮于23等）更多，但此處放置更大口徑設備的檢測率明顯低于其他平臺/站點，原因是高黃緯天區中缺少較亮的NEA，且目標源相對稀疏。
研究團隊還對四顆行星防御領域重點關注的NEA——Apophis、Kamo’oalewa、2024 YR4和2015 XF261在三類觀測平臺處一年內的可見弧段和累計觀測時間進行了仿真計算。其中，Apophis作為其中直徑最大的小行星，在2030-2031年期間三類觀測平臺的可見天區內V波段星等均亮于22等，可使用1 m口徑望遠鏡監測；Kamo’oalewa與地球幾乎共軌，期間在三類觀測平臺位置的視星等均小于26.5等，可使用5m口徑望遠鏡監測；2015 XF261軌道半長軸與地球接近、偏心率較大，期間在三類觀測平臺位置的視星等隨軌道運動存在明顯變化，由于2015 XF261軌道面貼近黃道面，背景中的黃道光存在明顯干擾，需要使用不小于10米級的望遠鏡才能對其實現在各觀測平臺可見天區中進行監測；而2024 YR4軌道偏心率大、軌道半長軸約2.5 AU，在2025年過近地點后亮度快速下降，隨后長期在30等附近，對于焦比f/4的光學望遠鏡，需要口徑不小于30 m的望遠鏡才能進行監測。
03、工作展望
未來，我國計劃逐步構建NEA防御能力。下一步，研究團隊將結合行星防御能力發展需要，開展天基-月基多觀測平臺光學觀測設備聯合監測能力的分析，尋找NEA監測能力的新增量，支撐未來行星防御實施方案的論證。研究團隊以“近地小行星天基與月基觀測條件分析”為題發表在《光學學報》“深空探測光學”專題的研究也將為我國未來計劃建設的國際月球科研站選址提供支撐與參考，下一步將結合數字高程模型（DEM）數據，分析月球表面復雜地形地貌對望遠鏡的觀測視野、穩定性以及數據傳輸等方面的影響，進一步優化選址方案，保障月基監測設備長期高效運行，從而與地基、天基監測系統聯合形成更為完善的NEA監測網絡，為人類應對NEA撞擊威脅提供更堅實的保障。
團隊簡介
團隊長期開展光學天文觀測技術的創新研究、應用推廣與科教融合，主要聚焦于地基/天基/月基光學觀測技術與科學、小行星復雜物理特性智能反演、時域天文觀測技術與科學等研究。團隊現有高級職稱6人，初中級職稱7人，研究生4人。
