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摘要：近地小行星2016HO3是我國天問二號(hào)任務(wù)的第一個(gè)探測(cè)與采樣目標(biāo)，本研究通過進(jìn)一步分析B. Sharkey et al. 使用大雙筒望遠(yuǎn)鏡獲取的近地小行星2016HO3的光譜數(shù)據(jù)，對(duì)于2016HO3表面的物質(zhì)成分和太空風(fēng)化特性進(jìn)行了探究。光譜相似度分析反映了其成分和太空風(fēng)化特性的綜合特征，作為后續(xù)分析的基礎(chǔ)。對(duì)光譜1μm吸收峰的分析顯示，2016HO3可能具有比較高的橄欖石含量。本研究提出了一個(gè)適用于歸一化光譜的光學(xué)成熟度模型，該模型表明，2016HO3可能具有比較低的太空風(fēng)化程度。

由于觀測(cè)條件的限制，目前人們對(duì)近地小行星2016HO3的表面物質(zhì)組成和太空風(fēng)化特性仍缺乏充分認(rèn)識(shí)。唯一已公開發(fā)表的光譜數(shù)據(jù)來自Sharkey et al. (2021)使用LBT望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)結(jié)果。該光譜顯示出兩個(gè)明顯的特征：一是存在明顯的1μm吸收峰；二是光譜斜率非常高，光譜曲線比大多數(shù)S-型小行星都更陡。該光譜數(shù)據(jù)由兩部分拼接而成：光譜儀測(cè)得的可見-近紅外（VNIR）光譜，覆蓋波段至約1.25μm；其他波段則只有z、J、H、K四個(gè)寬譜段的測(cè)光數(shù)據(jù)。

然而，該光譜在2μm附近數(shù)據(jù)點(diǎn)非常稀疏（1.25μm之后僅有兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)），未能完整覆蓋1μm吸收峰的右側(cè)長(zhǎng)波部分。同時(shí)，受觀測(cè)條件限制，目前僅能獲得歸一化反射率光譜，因此那些依賴全波段或絕對(duì)反射率光譜的傳統(tǒng)分析方法在應(yīng)用于2016HO3時(shí)存在較大局限。為此，本研究從光譜相似度分析入手，結(jié)合對(duì)1μm吸收峰中心波長(zhǎng)的分析，并結(jié)合本研究提出的適用于歸一化光譜的光學(xué)成熟度模型，對(duì)2016HO3可能的表面成分和太空風(fēng)化特性展開探討。

Bus-DeMeo小行星光譜分類法是一種廣泛使用的小行星光譜分類方法。本研究首先將2016HO3的光譜與該分類體系中具有明顯1μm吸收峰類型的平均光譜進(jìn)行了對(duì)比。分析分別在完整波段光譜和僅VNIR波段光譜、以及在去除連續(xù)統(tǒng)和保留連續(xù)統(tǒng)等四種情況下進(jìn)行（圖1）。結(jié)果顯示，2016HO3的光譜同時(shí)具有S-型和A-型小行星的特征。S-型小行星主要由橄欖石和輝石組成，A-型小行星則更為富含橄欖石，因此2016HO3可能是一顆橄欖石含量較高的S-型小行星，其表面太空風(fēng)化引起的光譜變化趨勢(shì)可能與橄欖石較為相似。

圖1 光譜相似度分析。(a) 全波段光譜，保留連續(xù)統(tǒng)；(b) 全波段光譜，去除連續(xù)統(tǒng)；(c) VNIR光譜，保留連續(xù)統(tǒng)；(d) VNIR光譜，去除連續(xù)統(tǒng)。

對(duì)2016HO3光譜1μm吸收峰中心波長(zhǎng)的分析，進(jìn)一步支持了其可能具有較高橄欖石含量的推測(cè)。本研究對(duì)2016HO3的VNIR光譜去連續(xù)統(tǒng)后，利用多項(xiàng)式函數(shù)對(duì)吸收峰部分進(jìn)行了擬合以確定1μm吸收峰的中心波長(zhǎng)（BC1），其吸收中心位于1.00μm。同時(shí)，本研究還發(fā)現(xiàn)，若僅使用1.25μm之前的光譜來提取BC1，結(jié)果會(huì)系統(tǒng)性地偏向更短的波長(zhǎng)（圖2）。這是因?yàn)?.25μm之前的光譜不能完全覆蓋1μm吸收峰的右半部分，從而影響光譜連續(xù)統(tǒng)計(jì)算。具體而言，1μm吸收峰右半部分的缺失會(huì)使連續(xù)統(tǒng)相對(duì)于全波段連續(xù)統(tǒng)偏低，且長(zhǎng)波端偏低程度更大，進(jìn)而導(dǎo)致去連續(xù)統(tǒng)光譜右半部分反射率偏高，最終使吸收中心向短波偏移。因此，2016HO3 實(shí)際上的BC1應(yīng)大于或等于1.00μm，符合橄欖石含量較高的光譜特征。

圖2 光譜1 μm吸收峰中心波長(zhǎng)的分析，分別對(duì)于 (a) 2016HO3；(b) 激光輻照過的橄欖石；(c) 橄欖石-斜方輝石（OPX）混合物。(b)和(c)表示僅使用1.25 μm之前的光譜提取的BC1，會(huì)比使用全波長(zhǎng)光譜提取的BC1更偏向短波。

本研究還提出了一種適用于歸一化光譜的太空風(fēng)化程度評(píng)估模型。該模型基于現(xiàn)有的光學(xué)成熟度（OMAT）指標(biāo)發(fā)展而來。通過將具有不同風(fēng)化成熟度的月球樣品數(shù)據(jù)投射到以R750/R550（750nm與550nm反射率比值）為橫坐標(biāo)、R950/R750為縱坐標(biāo)的散點(diǎn)圖中，本研究發(fā)現(xiàn)從左下角到右上角，用于表征風(fēng)化成熟度的Is/FeO值呈逐漸上升趨勢(shì)（圖3）。對(duì)于歸一化光譜，其歸一化因子在分子和分母中同時(shí)出現(xiàn)并相互抵消，因此該模型規(guī)律同樣適用于歸一化反射率光譜和絕對(duì)反射率光譜。此外，由于歸一化光譜在很大程度上消除了觀測(cè)條件引起的亮度差異，該模型有潛力適用于更多光譜觀測(cè)數(shù)據(jù)。

圖3 反映太空風(fēng)化特性的散點(diǎn)圖。藍(lán)色點(diǎn)表示月球樣品，數(shù)據(jù)源自C. Pieters et al. 2006 & M. Bhatt et al. 2012。從左下到右上，藍(lán)色逐漸變深，表示Is/FeO值升高。

進(jìn)一步分析顯示，圖3中月球樣品數(shù)據(jù)點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)的直線距離，與其對(duì)應(yīng)的Is/FeO值具有較好的相關(guān)性。我們將該距離定義為NOMAT（Normalized Optical Maturity，歸一化光學(xué)成熟度）。通過擬合兩者關(guān)系得到經(jīng)驗(yàn)公式（圖4），進(jìn)而推算出2016HO3的Is/FeO值為25.97 ± 19.62。在月球樣品成熟度框架下（Is/FeO值0-30為不成熟，30-60為亞成熟，60-100為成熟），這對(duì)應(yīng)不成熟至亞成熟的范圍。

圖4 擬合Is/FeO與NOMAT之間的指數(shù)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系

綜合以上推測(cè)—即2016HO3可能富含橄欖石且表面風(fēng)化程度較低，可以解釋其獨(dú)特的光譜形態(tài)。模擬實(shí)驗(yàn)研究表明，太空風(fēng)化對(duì)橄欖石光譜斜率的增加效率遠(yuǎn)高于輝石。因此，2016HO3的低太空風(fēng)化程度保留了其比較明顯的1μm吸收峰，而高橄欖石含量使其在較低風(fēng)化程度下仍表現(xiàn)出高光譜斜率。

本研究論證了2016HO3可能具有較高的橄欖石含量，并且具有較低的空間風(fēng)化程度。研究結(jié)果為后續(xù)支撐天問二號(hào)科學(xué)數(shù)據(jù)解譯提供了重要的參考作用。提出的歸一化成熟度模型填補(bǔ)了難以衡量歸一化光譜空間風(fēng)化程度的空白，具有較為廣泛的科學(xué)和應(yīng)用價(jià)值。

上述研究成果發(fā)表在國際期刊The Astrophysical Journal Letters上，論文第一作者為中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心（以下簡(jiǎn)稱“空間中心”）太陽活動(dòng)與空間天氣重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士研究生劉民歌，通訊作者為空間中心楊亞洲和劉洋研究員，合作者包括中山大學(xué)的李薦揚(yáng)教授、博士后張慶、山東大學(xué)張江老師、空間中心鄒永廖研究員。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、北京市科技新星計(jì)劃、空間中心"攀登計(jì)劃"等項(xiàng)目的支持。

論文信息：

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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