[论文解读] A Dedicated Lunar Trojan Asteroid Survey with Small Ground-Based Telescopes

Cole R. Gregg, Paul Wiegert|arXiv (Cornell University)|Oct 27, 2021

Astro and Planetary Science参考文献 28被引用 1

一句话总结

本研究利用iTelescope网络中的四台小型地面望远镜，对8,340 deg²的天空区域开展了专项调查，旨在搜寻地球-月球拉格朗日点L4和L5附近的地月特洛伊小行星（LT）——即与月球共轨的天体——探测极限为15等。尽管发现了一个快速移动的近地小行星（ALA2xH），但未发现任何LT，因此得出H < 26.4的LT数量上限≤5，对应典型反照率为0.08时，直径大于24米的天体。

ABSTRACT

A co-orbital asteroid shares the orbit of a secondary body about its primary. Though more commonly encountered as an asteroid that shares a planet's orbit around the Sun, a co-orbital asteroid could similarly share the orbit of the Moon around the Earth. Though such asteroids would be close to Earth and so relatively bright, their rapid on-sky motion is such that they might escape detection by near-Earth asteroid surveys. The discovery of such lunar co-orbital asteroids (which we will refer to generically here as Lunar Trojans or LTs) would advance our understanding of inner Solar System orbital dynamics and would provide research opportunities for the growing number of missions slated for cislunar space. No LT asteroids are currently known and the last published survey dedicated to these asteroids was conducted nearly 40 years ago. It has been theoretically determined that orbits near the Earth-Moon L4 and L5 points could survive for several million years. Although this timescale is shorter than the lifetime of the Solar System, it introduces the possibility of the temporary capture of asteroids into the LT state. This project aims to observationally evaluate the population of LTs with modern techniques. Using four small ground-based telescopes from the iTelescope network, $8340\;deg^2$ on the sky were surveyed down to $15^{th}$ magnitude. Though one fast-moving near-Earth object was detected, no LTs were observed. We deduce an upper limit of $\lesssim 5$ LTs with $H<26$.

研究动机与目标

• 利用现代地面巡天技术，搜寻位于地月L4和L5拉格朗日点附近的共轨小行星，即地月特洛伊小行星（LT）。
• 评估LT的当前种群状况，尽管理论预测其轨道可稳定存在数百万年，但至今仍未被探测到。
• 评估在高天球运动速度和接近地球的条件下，小型望远镜探测快速移动、暗弱LT的可行性。
• 提供LT大小和数量的观测约束，为未来任务和行星防御策略提供依据。

提出的方法

• 利用iTelescope网络中的四台小型望远镜，对月球轨道区域开展大范围天空巡天。
• 搜索天球运动速度在每天2°至20°之间的天体，此类特征符合位于地月拉格朗日点附近的共轨天体。
• 在8,340 deg²的天空区域内实现15.0等的极限星等，可探测到H < 26.4的天体。
• 应用标准的天体测量和测光数据处理技术，检测移动天体，并与小行星中心（MPC）和近地天体（NEO）数据库进行交叉匹配。
• 采用相位曲线建模（G = 0.15）和反照率假设，从视星等估算物理尺寸。
• 基于未检测到天体的结果，结合巡天深度和覆盖范围，计算LT数量的上限。

实验结果

研究问题

• RQ1 H < 26.4的地月特洛伊小行星当前数量上限是多少？
• RQ2 小型地面望远镜能否有效探测到月球拉格朗日点附近快速移动、暗弱的共轨天体？
• RQ3 LT的预期运动速度和亮度与近地小行星相比如何？能否在巡天数据中加以区分？
• RQ4 对于给定的巡天深度和相位角，地月特洛伊小行星的最小可探测尺寸是多少？
• RQ5 LT的未探测结果如何约束地月空间内临时捕获小行星的理论模型？

主要发现

• 在覆盖8,340 deg²天空区域、极限星等为15.0的调查中，未发现地月特洛伊小行星。
• 发现一个快速移动的近地小行星（编号ALA2xH），其运动速度为810"/hr（5.4°/天），符合近地天体特征而非LT。
• 天体ALA2xH的绝对星等为H = 24.3，对应估算直径为50–100米，且与月球的最小接近距离为0.05倍地月距离（≈19,220公里）。
• 该调查确立了H < 26.4的LT数量上限≤5，假设典型反照率为0.08，对应直径大于24米的天体。
• 对于不同反照率，对应的最小可探测尺寸分别为：反照率0.03时>40米，反照率0.08时>24米，反照率0.15时>18米，基于平均相位角79%的计算结果。
• 未探测到LT的结果支持理论预期：若LT存在，其数量稀少且寿命短暂，但其探测仍是未来巡天的可行目标。