现代寻找小行星的方法分析、研究现状及发展趋势
摘要：
本文依据NASA以及各大天文相关项目对小行星的研究结果，简述了研究小行星过程中的分类方法，简要介绍了传统观测技术以及航天时代中的探测手段。
Abstract:
This paper introduced some classifiction of asteroids, compared two methods of asteroids studying, observation and probe-launch, presented data by NASA and so on organizations.
1.背景知识
小行星是太阳系内类似行星环绕太阳运动，但体积和质量比行星小得多的天体。按其表面特征（光谱特性）分类，可大致分为C-型、S-型、M-型等。约90%的小行星位于火星-木星之间的主小行星带，例如谷神星、智神星。其余的小行星有些位于其他行星轨道内，以至于海王星轨道以外-即古柏带中 [1]。
2.寻找方法分析
由于小行星体积小、距离远，在望远镜中往往难以成像，一般通过观测未知天体与恒星背景的相对位移来确定未知天体为系内天体，再通过查表、光谱、观察是否有发散等方法分辨彗星与小行星、或是新星。现代天文学借助航天技术，可以发射探测器到小行星附近以至登陆小行星，得到清晰的照片，收集更多的信息，使我们对小行星有了更详细的了解 [2]。
古代天文学家通过绘制星图，连续记录未知天体在恒星背景中的相对移动来判断小行星，学界公认1801年1月1日意大利天文学家皮亚奇（Giuseppe Piazzi）发现谷神星（Ceres）是人类历史上第一次发现并记录小行星，谷神星是位于主小行星带的最大的小行星，根据新的系内天体划分规则可进一步划分为矮行星。不过鉴于观测能力、观测资源受限，大型的小行星存在稀少，所以应用此方法发现的小行星并不多。随着照相技术的发展以及其在天文观测中的应用，人类发现小行星的数量越来越多。由于小行星相对于恒星背景有位移，人眼不能明确分辨，但是如果跟踪恒星背景曝光，非恒星天体会在底片上形成一条轨迹（见图1），而且长时间曝光能提高天体影像的亮度，便于暗天体的观测分析。此外，闪视比较仪（Stereoscope）也是照相天文学对系内天体观测的重要贡献，使用者循环切换两张底片，利用人类视觉动态视力强于静态视力的特点，可以相对容易的发现小行星、彗星、新星以及变星。
进入现代，大规模、多频段的望远镜系统逐渐丰富，照相技术也随着电子耦合元件（CCD）的发展越来越精密、高效，大型巡天计划（Sky Survey）得以运作。值得一提的是，随着天文科普的发展，公众对于近地天体（Near Earth Objects）是否会成为自然灾害的关注逐渐提高，这也间接促进了巡天计划的发展。
与传统的单目标观测不同，巡天计划使用望远镜对全天区（或部分天区）进行扫描式拍摄，其目的在于记录全天区的天体，制作星表，同时也提高了多方联合使用过程中望远镜的利用效率。分析巡天计划的数据以发现新天体是很方便的，只需要将历史数据加以比较，找到不同点再加以判断即可。巡天计划主要按频段分类，除光学（可见光）波段外，还有红外波段，射电波段，伽马射线波段以及多频段组合式。例如Pan-STARRS、SDSS、DSS、Hubble、LAMOST等巡天计划在现代天文学中已成为不可或缺的观测来源。
对于小行星发现这一课题，最著名的巡天计划应当是LINEAR [3]，The Lincoln Near-Earth Asteroid Research，截至2011年9月15日，LINEAR独立发现了231082个新的系内小天体，其中至少有2423个小行星。
3.研究现状
目前关于小行星的研究方向可主要分为以下几类，近地天体的监控与防护、小行星的构成、小行星资源的利用。
近地天体（Near-Earth Object）[3]是指轨道靠近地球的小型太阳系天体，一般将近日点距离小于1.3AU的天体定义为近地天体。不仅包括小行星，还有大量的彗星、流星体以及失控的航天器。
对此类天体进行研究主要是为了预防地球遭受小行星打击，由各国天文学家呼吁而逐渐完善的全球监视-预测系统在此类研究中发挥着越来越重要的作用，以NASA为首的研究组织不断追踪近地天体的轨迹，图2即为2013年NASA制作的有威胁小天体（PHAs）轨道叠加图，直径大于140m且近地距离小于7.5*10^6 km。
除了预防以外，科学家还提出了一系列规避方法，一方面暂时没有发现对地球产生直接威胁的天体，另一方面这些方法成本不菲，所以都还没有付诸实际。一般试图通过太阳辐射或人工核能，直接施加力或间接改变天体速度来改变天体运行轨道，从而实现规避。值得注意的是，越早预测到撞击事件，就能越早采取措施，从而以更小的成本改变小行星轨道，所以，发展观测以及分析能力也能提高我们对近地天体的预防能力。
对小行星构成的研究主要通过两种途径，光谱分析[5]和探测器探测。
在航天时代到来之前，我们对小行星的构成的分析全部依赖于对其进行光谱分析。小行星是岩质的，本身没有发光能力，其光谱实际上是其表面物质对太阳光的反射光。大致可以依据光谱将小行星分成三类，C-型小行星、S-型小行星以及U-型小行星。小行星中大约75%是C-型小行星，其表面呈黑色，含有大量的碳。约有17%的小行星是S-型小行星，是石质小行星，含有大量的硅酸盐。U-型或称为X-型小行星，是指含有未知金属的小行星。可以了解到，光谱分析能提供的信息极少，对于小行星的进一步探测则来自于探测器探测。
人类第一次发射探测器接近小行星是在1991年伽利略号木星探测器掠过951 Gaspra（图3）。
2005年9月隼号登陆studying 25143 Itokawa，并采集样本返回地球。
2012年12月13日嫦娥二号月球探测器掠过4179 Toutatis。
在2014年日本发射了隼-2，计划登陆162173 Ryugu，取得样本，预计在2020年返回地球。
小行星的开采目前由于成本难以回收，尚无实例。计划大致是发射飞船捕获近地小行星，并将其引导至月球表面，在月球表面进行资源加工，用以补充地球的水与金属资源。还有人设想用小行星作为行星际飞船的资源补充，不过人类的资源再生技术尚且不足，所以无法实现。
4.发展趋势
据上述资料推断，随着人类能源技术，可再生资源技术不断发展，小行星作为风险会逐渐转化为机遇，相比行星开采，小行星引力较小，便于着陆与返回。但是依地质技术发展来看，我们对岩层的探索能力一向不足，而这已经超出天文学研究范围。除了进一步建立详细的太阳系分类系统，未来小行星研究可能会偏向地球起源一类理论。
参考资料
1.NASA – Jet Propulsion Laboratory. Retrieved 13 September 2010. http://ssd.jpl.nasa.gov/?asteroids
2.Wikipedia - Asteroid. https://en.wikipedia.org/wiki/Asteroid
3.MIT Lincoln Laboratory. Retrieved 2012-01-19. http://www.ll.mit.edu/mission/space/linear
4.Wikipedia - Near-Earth-Object. https://en.wikipedia.org/wiki/Near-Earth_object
5.Telescopic Spectroscopy -- Analyzing Asteroids' Compositions from Earth Telescopes and Probe Flybys. http://www.permanent.com/asteroids-telescope-spectroscopy.html
图1 来自 Paranal@ESO
图2 来自 JPL@NASA
