[论文解读] Simultaneous LSST and Euclid observations - advantages for Solar System Objects

C. Snodgrass, B. Carry+18 more|arXiv (Cornell University)|Dec 3, 2018

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用 4

一句话总结

本文提出了一项由LSST与Euclid协同进行的微型调查，旨在通过地球与日-地拉格朗日L2点之间0.01 AU的视差，实现对太阳系小天体（SSOs）的准同时观测，从而提升轨道确定与距离测量的精度。该方法可实现高精度测光、利用近红外色指数进行成分分析，并探测双星系统或彗星活动，显著增强对SSO的表征能力，远超任一任务单独所能达到的效果。

ABSTRACT

The ESA Euclid mission is a space telescope that will survey ~15,000 square degrees of the sky, primarily to study the distant universe (constraining cosmological parameters through the lensing of galaxies). It is also expected to observe ~150,000 Solar System Objects (SSOs), primarily in poorly understood high inclination populations, as it will mostly avoid +/-15 degrees from the ecliptic plane. With a launch date of 2022 and a 6 year survey, Euclid and LSST will operate at the same time, and have complementary capabilities. We propose a LSST mini-survey to coordinate quasi-simultaneous observations between these two powerful observatories, when possible, with the primary aim of greatly improving the orbits of SSOs discovered by these facilities. As Euclid will operate from a halo orbit around the Sun-Earth L2 Lagrangian point, there will be significant parallax between observations from Earth and Euclid (0.01 AU). This means that simultaneous observations will give an independent distance measurement to SSOs, giving additional constraints on orbits compared to single Euclid visits.

研究动机与目标

• 通过LSLT与Euclid的准同时观测，提升由LSLT与Euclid发现的太阳系小天体（SSOs）的轨道确定精度。
• 利用地球与Euclid在L2点之间0.01 AU的基线，通过视差实现对SSO的独立距离测量。
• 通过同时进行可见光与近红外波段观测，最小化不规则SSO自转引起的系统误差，实现高精度测光。
• 利用Euclid的宽波段可见光与近红外波段，提升对暗淡SSO的成分表征能力，打破仅依赖可见光调查中的参数退化问题。
• 利用Euclid的高空间分辨率，探测与研究柯伊伯带天体与半人马小天体中的双星系统与彗星活动。

提出的方法

• 提出LSLT微型调查，协调Euclid的观测时间表，优先选择两台望远镜几乎同时观测相同SSO的区域。
• 利用LSLT（地球）与Euclid（L2点）之间约150万公里的基线测量视差，实现对SSO的独立距离估算。
• 结合LSLT的高时间密度、多历元观测与Euclid的单次访问多波段成像，优化轨道弧段并减小不确定性。
• 通过同时获取LSLT的可见光与Euclid的近红外波段测光数据，精确推导颜色指数，打破小行星分类中的光谱退化问题。
• 应用天体测量与测光建模方法，通过相对运动与流量变化，检测SSO中的双星系统与扩展结构（如彗尾）。
• 利用已知SSO星历与Euclid固定的观测计划，模拟LSLT-Euclid的观测重叠，识别最优观测窗口。

实验结果

研究问题

• RQ1 LSLT与Euclid的准同时观测在多大程度上能提升太阳系小天体轨道确定的精度？
• RQ2 地球与L2点之间的视差基线在多大程度上提升了对SSO的距离测量精度？
• RQ3 同时进行可见光与近红外测光如何减少因SSO不规则自转引起的光变曲线未知性所带来的系统误差？
• RQ4 LSLT-Euclid联合数据在探测与表征跨海王星天体中的双星系统与彗星活动方面具有多大潜力？
• RQ5 与单一任务调查相比，协同观测在提升暗淡遥远SSO的成分分类方面有何优势？

主要发现

• LSLT与Euclid之间0.01 AU的视差基线可实现对SSO的独立距离测量，显著提升轨道解算精度，远超单次观测数据。
• 同时观测可减少因未知自转光变曲线引起的测光系统误差，实现对SSO更精确的颜色测量。
• Euclid的近红外波段（Y、J、H）与LSLT的可见光波段结合，可打破小行星分类中的退化问题，实现对暗淡天体更优的成分制图。
• 该方法可通过视差快速提供高精度轨道解，实现对罕见或快速移动SSO的早期恢复与后续跟踪。
• 预计Euclid将探测约150,000个SSO，其中约100,000个为新发现，协同观测将极大提升这些探测结果的科学产出。
• LSLT的高时间密度覆盖与Euclid的衍射受限成像相结合，可实现对半人马小天体中双星系统与彗星活动的高灵敏度探测。