科研动态｜空间中心科研人员关于近地小行星2016HO3的表面特性研究取得进展

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摘要：近地小行星2016HO3是我国天问二号任务的第一个探测与采样目标，本研究通过进一步分析B. Sharkey et al. 使用大双筒望远镜获取的近地小行星2016HO3的光谱数据，对于2016HO3表面的物质成分和太空风化特性进行了探究。光谱相似度分析反映了其成分和太空风化特性的综合特征，作为后续分析的基础。对光谱1μm吸收峰的分析显示，2016HO3可能具有比较高的橄榄石含量。本研究提出了一个适用于归一化光谱的光学成熟度模型，该模型表明，2016HO3可能具有比较低的太空风化程度。

由于观测条件的限制，目前人们对近地小行星2016HO3的表面物质组成和太空风化特性仍缺乏充分认识。唯一已公开发表的光谱数据来自Sharkey et al. (2021)使用LBT望远镜的观测结果。该光谱显示出两个明显的特征：一是存在明显的1μm吸收峰；二是光谱斜率非常高，光谱曲线比大多数S-型小行星都更陡。该光谱数据由两部分拼接而成：光谱仪测得的可见-近红外（VNIR）光谱，覆盖波段至约1.25μm；其他波段则只有z、J、H、K四个宽谱段的测光数据。

然而，该光谱在2μm附近数据点非常稀疏（1.25μm之后仅有两个数据点），未能完整覆盖1μm吸收峰的右侧长波部分。同时，受观测条件限制，目前仅能获得归一化反射率光谱，因此那些依赖全波段或绝对反射率光谱的传统分析方法在应用于2016HO3时存在较大局限。为此，本研究从光谱相似度分析入手，结合对1μm吸收峰中心波长的分析，并结合本研究提出的适用于归一化光谱的光学成熟度模型，对2016HO3可能的表面成分和太空风化特性展开探讨。

Bus-DeMeo小行星光谱分类法是一种广泛使用的小行星光谱分类方法。本研究首先将2016HO3的光谱与该分类体系中具有明显1μm吸收峰类型的平均光谱进行了对比。分析分别在完整波段光谱和仅VNIR波段光谱、以及在去除连续统和保留连续统等四种情况下进行（图1）。结果显示，2016HO3的光谱同时具有S-型和A-型小行星的特征。S-型小行星主要由橄榄石和辉石组成，A-型小行星则更为富含橄榄石，因此2016HO3可能是一颗橄榄石含量较高的S-型小行星，其表面太空风化引起的光谱变化趋势可能与橄榄石较为相似。

图1 光谱相似度分析。(a) 全波段光谱，保留连续统；(b) 全波段光谱，去除连续统；(c) VNIR光谱，保留连续统；(d) VNIR光谱，去除连续统。

对2016HO3光谱1μm吸收峰中心波长的分析，进一步支持了其可能具有较高橄榄石含量的推测。本研究对2016HO3的VNIR光谱去连续统后，利用多项式函数对吸收峰部分进行了拟合以确定1μm吸收峰的中心波长（BC1），其吸收中心位于1.00μm。同时，本研究还发现，若仅使用1.25μm之前的光谱来提取BC1，结果会系统性地偏向更短的波长（图2）。这是因为1.25μm之前的光谱不能完全覆盖1μm吸收峰的右半部分，从而影响光谱连续统计算。具体而言，1μm吸收峰右半部分的缺失会使连续统相对于全波段连续统偏低，且长波端偏低程度更大，进而导致去连续统光谱右半部分反射率偏高，最终使吸收中心向短波偏移。因此，2016HO3 实际上的BC1应大于或等于1.00μm，符合橄榄石含量较高的光谱特征。

图2 光谱1 μm吸收峰中心波长的分析，分别对于 (a) 2016HO3；(b) 激光辐照过的橄榄石；(c) 橄榄石-斜方辉石（OPX）混合物。(b)和(c)表示仅使用1.25 μm之前的光谱提取的BC1，会比使用全波长光谱提取的BC1更偏向短波。

本研究还提出了一种适用于归一化光谱的太空风化程度评估模型。该模型基于现有的光学成熟度（OMAT）指标发展而来。通过将具有不同风化成熟度的月球样品数据投射到以R750/R550（750nm与550nm反射率比值）为横坐标、R950/R750为纵坐标的散点图中，本研究发现从左下角到右上角，用于表征风化成熟度的Is/FeO值呈逐渐上升趋势（图3）。对于归一化光谱，其归一化因子在分子和分母中同时出现并相互抵消，因此该模型规律同样适用于归一化反射率光谱和绝对反射率光谱。此外，由于归一化光谱在很大程度上消除了观测条件引起的亮度差异，该模型有潜力适用于更多光谱观测数据。

图3 反映太空风化特性的散点图。蓝色点表示月球样品，数据源自C. Pieters et al. 2006 & M. Bhatt et al. 2012。从左下到右上，蓝色逐渐变深，表示Is/FeO值升高。

进一步分析显示，图3中月球样品数据点与坐标原点的直线距离，与其对应的Is/FeO值具有较好的相关性。我们将该距离定义为NOMAT（Normalized Optical Maturity，归一化光学成熟度）。通过拟合两者关系得到经验公式（图4），进而推算出2016HO3的Is/FeO值为25.97 ± 19.62。在月球样品成熟度框架下（Is/FeO值0-30为不成熟，30-60为亚成熟，60-100为成熟），这对应不成熟至亚成熟的范围。

图4 拟合Is/FeO与NOMAT之间的指数经验关系

综合以上推测—即2016HO3可能富含橄榄石且表面风化程度较低，可以解释其独特的光谱形态。模拟实验研究表明，太空风化对橄榄石光谱斜率的增加效率远高于辉石。因此，2016HO3的低太空风化程度保留了其比较明显的1μm吸收峰，而高橄榄石含量使其在较低风化程度下仍表现出高光谱斜率。

本研究论证了2016HO3可能具有较高的橄榄石含量，并且具有较低的空间风化程度。研究结果为后续支撑天问二号科学数据解译提供了重要的参考作用。提出的归一化成熟度模型填补了难以衡量归一化光谱空间风化程度的空白，具有较为广泛的科学和应用价值。

上述研究成果发表在国际期刊The Astrophysical Journal Letters上，论文第一作者为中国科学院国家空间科学中心（以下简称“空间中心”）太阳活动与空间天气重点实验室博士研究生刘民歌，通讯作者为空间中心杨亚洲和刘洋研究员，合作者包括中山大学的李荐扬教授、博士后张庆、山东大学张江老师、空间中心邹永廖研究员。该研究得到了国家自然科学基金、北京市科技新星计划、空间中心"攀登计划"等项目的支持。

论文信息：

Liu M, Yang Y, Liu Y, et al. Composition and Space-weathering Characteristics of the Tianwen-2 Mission’s First Target: Near-Earth Asteroid (469219) Kamo‘oalewa [J]. The Astrophysical Journal Letters, 2026, 997(2): L49.https://doi.org/10.3847/2041-8213/ae3826

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