天问二号追星记：探究地球“小跟班”的身世之谜

历经一年多的小跟班深空飞行，天问二号探测器预计将于2026年7月初抵达目标小行星——(469219) Kamo`oalewa（临时编号2016 HO3）附近20公里处。天问探究作为中国首次实施的号追小行星采样返回任务，天问二号不仅将验证深空探测的星记关键技术，更将揭开这颗地球“小跟班”的地球的身起源与演化之谜。

图1：天问二号任务概况[1]

2016 HO3：地球的小跟班特殊邻居

天问二号的首站锁定在2016 HO3，其正式命名为Kamo`oalewa，天问探究源自夏威夷语，号追意为“振荡的星记天星”。这一名称精准地描绘了其独特的地球的身轨道动力学特征：它绕太阳公转一周约需365.79天，与地球几乎同步。小跟班

由于与地球保持着特殊的天问探究轨道共振关系，在漫长的号追时间尺度上，Kamo`oalewa会在地球前方和后方之间周期性摆动。星记从地球视角看，地球的身它仿佛始终陪伴在侧，因此被天文学家定义为“地球准卫星”。目前，人类已确认8颗地球准卫星，而2016 HO3是其中轨道最稳定的一颗。研究估算，地球附近此类天体的数量约为1.23±0.13个[2]。

仅凭轨道特性已足以令科学界瞩目，但Kamo`oalewa的独特之处远不止于此。

高速翻滚的太空岩石

根据詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）的最新观测数据，Kamo`oalewa直径仅约20米，属于岩石质天体（S型或E型小行星）[3]。其几何反照率高达0.59，显示出极强的光反射能力。

更令人惊叹的是其极端的自转状态：
* 极速自转：Kamo`oalewa仅需约28分钟即可完成一次自转。若站在其表面，昼夜交替将以极快速度发生，远超地球。
* 非主轴自转（Non-principal axis rotation）：不同于地球稳定的自转轴，许多小行星受早期碰撞或引力扰动影响，处于复杂的“翻滚”状态。

什么是非主轴自转？

普通自转如同稳定旋转的陀螺，沿固定轴平稳转动；而非主轴自转的小行星则像一枚失衡且摇晃的陀螺，其旋转轴在空间中缓慢扫过锥形轨迹（进动）。这种自转与进动叠加的运动，使得小行星姿态复杂多变。

类似现象在近地小行星中并不罕见：
* Toutatis：自转周期5.38天，进动周期7.40天[4]。
* Apophis（阿波菲斯）：自转周期约263小时，进动周期约27.38小时[5]。
* Donaldjohanson：露西探测器观测发现其具有类似特征（图2）。

图2：小行星Donaldjohanson的非主轴自转丨图源：NASA

对于Kamo`oalewa而言，这种快速翻滚导致其表面受热极不均匀，如同一个不断翻动的“烤盘”。高速旋转产生的离心力还可能导致表面细碎尘埃重新分布甚至逃逸，使得赤道区域暴露较大岩石，而细颗粒聚集于低纬或极区。这些特征是天问二号采样方案必须重点考量的环境因素。

图3：小行星2016 HO3的可能形状[6]

研究人员通过地基光变曲线反演，构建了Kamo`oalewa的三维形状模型（图3），发现其呈细长扁平的非对称结构[6]。结合先进热物理模型与JWST红外波段模拟数据，研究揭示了该小行星在不同热惯量下的表面温度分布（图4），证实了其显著的昼夜温差与空间不均匀加热特征。

图4：不同平均热惯量下2016 HO3的表面温度分布特征

起源之争：月球抛射物还是小行星带移民？

尽管长期陪伴地球，Kamo`oalewa的起源仍是未解之谜。科学界主要存在两种假说：

假说一：来自月球的撞击抛射物

部分研究发现，Kamo`oalewa的光谱特征与月球样本相似[8]。
* 清华大学团队提出：数百万年前，一颗公里级小行星撞击月球背面，形成直径约22公里的撞击坑，抛射碎片最终演化为2016 HO3。
* 澳门科技大学团队通过动力学模拟指出，第谷撞击坑更符合观测约束。

疑点：目前未在月球潜在撞击坑区域发现匹配光谱，且多数月球抛射物会重新落回月球，该假说仍存不确定性。

假说二：来自主小行星带

主小行星带位于火星与木星之间，是近地小行星的重要来源。
* 光谱线索：激光辐照实验显示，LL普通球粒陨石粉末经空间风化后可呈现与2016 HO3类似的偏红光谱[9]。
* Flora族嫌疑：花神族（Flora family）是LL普通球粒陨石的主要来源地（图5），曾被视为最可能的起源，但长期缺乏动力学证据支持。

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]

最新突破：主小行星带的动力学证据

中国科学院紫金山天文台团队近期发表的研究，为主小行星带起源说提供了关键动力学证据。

通过长达1亿年的轨道动力学数值模拟，研究人员选取了主小行星带三个潜在源区：
1. 内主带ν6长期共振区（强大的“弹射器”）
2. 木星3:1平运动共振区
3. Flora族

模拟结果显示：
* ν6共振区：3.31%的测试粒子能演化至类2016 HO3轨道。
* Flora族：2.54%的测试粒子能演化至类2016 HO3轨道。
* 木星3:1共振区：0.39%的测试粒子能演化至类2016 HO3轨道。

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]

迁移路径解析

研究揭示了三类典型的动力学迁移机制：
1. ν6共振区粒子：在土星共振作用下偏心率增大，轨道变扁并靠近地球，最终被地球引力捕获为准卫星。
2. Flora族粒子：受雅科夫斯基效应（Yarkovsky effect，即热辐射产生的微小推力）影响，轨道缓慢漂移至ν6共振区，进而经历类似演化。
3. 木星3:1共振区粒子：在共振作用及地球密近交会影响下进入相似轨道。

这一发现证实了主小行星带向近地空间输送类Kamo`oalewa天体的动力学可行性，为天问二号的科学研究提供了坚实的理论支撑。

采样返回：解开太阳系诞生的“时间胶囊”

天问二号的核心目标不仅是近距离探测，更是实现样品采集并返回地球。

一旦样品返回，科学家将在实验室中进行高精度分析，包括：
* 矿物组成与化学元素测定
* 同位素特征分析

这些数据将远超遥感观测精度，帮助揭示Kamo`oalewa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的系统认识，将为未来行星防御及深空探测提供重要参考。

从飞越探测到复杂附着采样，天问二号标志着中国深空探测能力的跨越，是建设航天强国的重要里程碑。当这些来自太阳系深处的“时间胶囊”在数年后被开启，我们或许能更清晰地回答那个终极问题：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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