天问二号追星记：探究地球“小跟班”的身世之谜

经过一年多的飞行，天问二号探测器将于2026年7月初抵达距离目标小行星（469219）Kamo`oalewa（临时编号2016 HO3）20 km处。此次任务是我国首次实施的小行星采样返回任务，将为后续的深空探测任务提供重要的技术验证。

图1：天问二号任务概况[1]

2016 HO3，一个地球的特殊邻居

天问二号的首站是小行星2016 HO3，正式命名为Kamo`oalewa，源自夏威夷语，意为“振荡的天星” 。这一名称恰如其分地刻画了它独特的轨道特征。它绕太阳运行一周约需365.79天，与地球几乎同步。由于它与地球保持着一种特殊的轨道关系，在漫长时间尺度上，它会不断在地球前方和后方之间变化。从地球上看，这颗小行星仿佛一直陪伴在我们身边，因此被称为“地球准卫星”。目前已经确认了8颗地球准卫星，而2016 HO3是其中轨道最稳定的一颗。此外有研究表明地球附近存在的类2016 HO3天体的预期数量可能为1.23±0.13个[2]。

仅凭这一个特点，就足以令科学家兴奋；但2016 HO3的独特之处远非如此。

一颗高速翻滚的太空岩石

2016 HO3 的体积并不大，最新来自詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）观测结果表明，其直径仅为约20米。观测还进一步显示，它可能属于S型或E型小行星（岩石质天体）[3]，几何反照率约为0.59，具有较高的光反射能力。

更令人惊讶的是它的旋转速度：研究表明，2016 HO3大约只需要28分钟就能完成一次自转。这意味着，如果站在它的表面观察，太阳的升起与落下会以极快节奏交替发生，昼夜循环远比地球短得多。

然而，小行星的旋转并不总像地球这样稳定。许多小行星由于受到早期碰撞、引力扰动等影响，并不会沿着一根固定的轴旋转，而可能处于一种更加复杂的运动状态——非主轴自转（Non-principal axis rotation）。

简单来说，普通自转就像一枚被稳稳抛出的陀螺，始终沿着一根看不见的固定轴平稳旋转，方向清晰而稳定。而非主轴自转的小行星，则更像一枚被随意掷出的、略带失衡的陀螺——它不仅在高速自转，还会歪着身子摇晃旋转。这种摇晃并不是停下来的颤动，而像一只高速旋转的陀螺在桌面上画圈点头，它的旋转轴不断在空间中缓慢扫过一个锥形轨迹，这种额外的运动被称为进动。 因此，一个处于非主轴自转状态的小行星，就像一枚边转边晃的太空陀螺：一方面保持自身的快速自转，另一方面它的转轴方向又在不断漂移和摆动，两种运动叠加在一起，使它的姿态变化显得复杂而不规则。

这种现象在小行星中并不少见。例如近地小行星Toutatis的自转周期约为 5.38 天，而其进动周期约为 7.40 天[4]；近地小行星 Apophis（阿波菲斯）也表现出类似的复杂旋转状态，其自转周期约为 263 小时，进动周期约为 27.38 小时[5]。近年来，露西探测器观测的小行星Donaldjohanson也被发现具有类似特征（图2）。

这些例子说明，小行星的自转状态往往比想象中更复杂。以2016 HO3为例，其快速自转和可能的非主轴自转，就像一块在太空中不断翻滚摆动的石头：有时稳定转动，有时又会轻微偏轴晃动。在这种状态下，它的表面更像一只被不断翻动的“烤盘”，不同区域交替暴露在阳光下，导致加热与冷却都不均匀。因此，在采样方案时，需要充分考虑这种持续变化的翻转环境。

由于高速旋转产生的离心作用，表面的细小碎石和尘埃可能更容易被重新分布，甚至部分逃逸到太空。因此，科学家推测，2016 HO3的赤道区域可能更容易暴露较大尺度岩石，而较细颗粒可能更倾向于聚集在低纬度或极区附近。这些特征也将成为天问二号采样任务需要重点关注的问题。

图2：小行星Donaldjohanson的非主轴自转丨图源：NASA

图3：小行星2016 HO3的可能形状[6]

研究人员利用地基光变曲线获取了2016 HO3三维形状模型（图3），发现其形状并非规则球体，而更接近一块细长扁平的非对称结构[6]。通过先进热物理模型，研究人员详细分析了2016 HO3的表面温度分布，揭示了该小行星在不同热惯量条件下的温度变化规律（图4），表明其表面存在显著的昼夜温差与空间不均匀加热特征。借助近地小行星热模型生成了系列模拟热辐射数据[7]，模拟了詹姆斯·韦布空间望远镜在红外波段的典型观测情景，并将这些数据作为仿真观测输入先进热物理模型进行拟合分析。通过比较不同自转轴取向下的理论热辐射通量与模拟观测值，刻画其在不同自转状态下的热物理参数。

图4：不同平均热惯量下2016 HO3的表面温度分布特征

2016 HO3来自月球还是小行星带？

尽管它长期陪伴地球，但 2016 HO3 的起源仍然充满谜团。目前科学界主要存在两种假说：

第一种说法是：它可能是来自月球的撞击抛射物。

科学家发现，这颗小行星的光谱特征与月球样本相似[8]。清华大学团队提出一种可能的情景：数百万年前，一颗公里级的小行星撞击月球，并在其背面形成了一个直径约22公里的撞击坑，撞击过程中产生的碎片被抛射到太空中并最终成为今天的2016 HO3。澳门科技大学研究团队则认为该小行星独特的光谱特性无法通过常规小行星的物质混合解释。通过更细致的光谱对比与撞击动力学模拟提出第谷撞击坑更可能是符合观测与动力学约束的起源位置。

但这一解释还不能令我们信服，目前还未在可能的月球陨石坑区域观测到与2016 HO3类似光谱特征，此外大部分的月球撞击碎片在抛射后不久会重新回到月球表面，因此这一假说仍存在诸多不确定性。

另一种观点认为，2016 HO3可能来自遥远的主小行星带。

主小行星带是太阳系中位于火星和木星轨道之间的一个小行星密集区域，许多如今活跃在地球附近的近地小行星，最初正是从这里踏上漫长的星际旅途的。2016 HO3曾被猜测可能也是其中之一。通过对LL普通球粒陨石粉末进行激光辐照实验，研究人员发现激光辐照后的LL普通球粒陨石粉末可以呈现与 2016 HO3 类似的偏红的光谱[9]，而Flora小行星族（花神族）因其作为LL普通球粒陨石的主要起源地（图5），一度被认为是2016 HO3最可能的来源地，但这一假说长期缺乏动力学上的证据。

图5：2016 HO3、月球 Giordano Bruno 陨石坑、Flora 族小行星及小行星Itokawa的反射光谱对比[9]。

来自主小行星带的证据

目前，这一关键问题取得了突破。中国科学院紫金山天文台研究团队发表了关于2016 HO3小行星起源的最新研究成果。该研究通过系统的轨道动力学数值模拟，对该小行星的小行星带起源提供了证据：结果表明，在动力学演化模型下，主小行星带可以作为2016 HO3的潜在来源之一。

研究人员选取了主小行星带中三个最有可能的候选源区：内主带的ν6长期共振区（太阳系里一个强大的隐形“弹射器”）、木星3:1平运动共振区及Flora族（图6）。基于这些区域的实际观测数据构建了大量模拟小天体（即测试粒子），并通过数值计算追踪其长达1亿年的轨道演化。

结果显示，三个候选源区中均有部分粒子能够在长期演化后进入类似2016 HO3的轨道状态。其中，来自ν6共振区和Flora族的测试粒子分别有3.31%和2.54%能够演化至类2016 HO3轨道，而来自木星3:1共振区的比例为0.39%。这一结果表明，小行星从主小行星带迁移至近地空间并最终成为地球准卫星，在动力学上是完全可能的。

图6：地球准卫星2016 HO3在主小行星带中可能的起源地示意图[10]

研究揭示了该类天体典型的动力学迁移路径：来自ν6共振区的粒子在和土星的共振作用下偏心率增大、轨道越来越扁，不断靠近地球，最后在地球的引力作用下，成为准卫星；来自Flora族的粒子则在雅科夫斯基效应（Yarkovsky effect，即小行星吸收太阳光后通过热辐射产生微小推动力，导致轨道偏移的现象）作用下轨道不断变小，并缓慢漂移至ν6共振区，并经历类似的轨道演化过程；而位于木星3:1共振区的粒子，则可能在共振作用及与地球的密近交会影响下进入与2016 HO3相似的轨道状态。研究揭示了主小行星带向近地空间输送类似2016 HO3天体的动力学机制，为理解地球准卫星的起源与演化提供了新的视角，也为天问二号任务的科学研究提供了关键理论支撑。

天问二号的目标不仅是对小行星2016 HO3进行近距离探测，更重要的是实现样品采集并返回地球。当样品返回后，科学家将能够在实验室中开展精细分析，包括矿物组成、化学元素及同位素特征测定，从而获得远超遥感观测的高精度解译。这些信息将帮助科学家进一步了解2016 HO3的物质组成、形成历史及轨道演化过程。同时，对近地小行星群体特征和动力学演化规律的系统认识，也将为未来小天体探测与行星防御研究提供重要参考。

从最初的飞越探测，到后来复杂的附着采样，人类探索小天体的能力正在实现跨越。天问二号正是中国迈向这一深空探测新高度的关键一步，也是我国建设航天强国进程中的重要里程碑。

也许，当这些来自太阳系深处的“时间胶囊”在数年后被开启时，我们便能窥见更清晰的图景，并逐渐回答那个宏大的问题：我们的太阳系，究竟如何诞生

参考文献：

1. Zhang R, Zhang H, Liu J, et al (2026) Tianwen-2 Mission of China’s Planetary Exploration Program. Space Science Reviews 222:11. https://doi.org/10.1007/s11214-026-01268-9

2. Fenucci M, Novaković B, Granvik M, Zhang P (2026) Origin of asteroid (469219) Kamo‘oalewa: The main asteroid belt or the Giordano Bruno crater on the Moon? A&A 706:.https://doi.org/10.1051/0004-6361/202558680

3. Sharkey, BNL., et al (2026) JWST Characterization of Earth Quasi-Satellite (469219) Kamo`oalewa. arXiv e-prints. doi:10.48550/arXiv.2606.24017

4. Zhao Y, Ji J, Huang J, et al (2015) Orientation and rotational parameters of asteroid 4179 Toutatis: new insights from Chang′e-2’s close flyby. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 450:3620–3632. https://doi.org/10.1093/mnras/stv792

5. Pravec, P. et al (2014) The tumbling spin state of (99942) Apophis. Icarus 233, 48–60. doi:10.1016/j.icarus.2014.01.026

6. Bonamico R, Hanuš J, Delbo M (2026) Shape and spin axis determination of the Tianwen-2 target asteroid (469219) Kamo’oalewa from light-curve inversion. A&A 710:.https://doi.org/10.1051/0004-6361/202659932

7. Ying J, Ji J, Jiang H, et al (2025) Rotational Characteristics and Surface Thermal Environment of Asteroid (469219) Kamo’oalewa: Target of the Tianwen-2 Mission. Chinese Journal of Space Science 45:736–748. https://doi.org/10.11728/cjss2025.03.2025-yg04

8. Sharkey BNL, Reddy V, Malhotra R, et al (2021) Lunar-like silicate material forms the Earth quasi-satellite (469219) 2016 HO3 Kamoʻoalewa. Communications Earth & Environment 2:231. https://doi.org/10.1038/s43247-021-00303-7

9. Zhang P, Zhang G, Wei Z, et al (2026) Tianwen-2 mission target asteroid (469219) Kamoʻoalewa probably develops an Itokawa-compositional but more space-weathered surface. Nature Communications. https://doi.org/10.1038/s41467-026-73284-w

10. Wang Y, Hu S, Ji J, Ying J (2026) Dynamical Origin of (469219) Kamo‘oalewa of Tianwen-2 Mission from the Main Belt: ν6 Secular Resonance, Flora Family or 3:1 Resonance with Jupiter. Research in Astronomy and Astrophysics 26:041001. https://doi.org/10.1088/1674-4527/ae3b2d

11. Ren J, Wu B, Liu W, et al (2026) Thin regolith layer anticipated on the surface of the Tianwen-2 target asteroid (469219) Kamo‘oalewa. A&A 708:.https://doi.org/10.1051/0004-6361/202558588

作者简介：季江徽，中国科学院紫金山天文台研究员。研究方向：太阳系小天体动力学、系外行星系统形成与动力演化、深空探测轨道和技术等。

来源：中国科学院紫金山天文台

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