即使是小型的小行星也能造成巨大破壞。最新研究顯示，詹姆斯．韋伯太空望遠鏡也能用來發現最微小的太空岩石。
1. 在美國航太總署詹姆斯．韋伯太空望遠鏡拍攝的縮時影像中，可以看到美國航太總署雙小行星改道測試（Double Asteroid Redirection Test ，簡稱DART）刻意撞擊小行星迪莫弗斯（Dimorphos）後的結果。這段動畫包含了從撞擊前至撞擊後5小時內的影像。Photographs by NASA, ESA, CSA, Cristina Thomas , Ian Wong
美國航太總署（NASA）的詹姆斯．韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope，簡稱JWST）是臺非凡的儀器，具備眾多令人驚歎的功能：它能觀測大霹靂（Big Bang）後剛形成的星系、研究遙遠的行星，甚至是聚焦我們太陽系中的行星與衛星。根據去年12月發表在《自然》（Nature）期刊上的一項新研究，韋伯太空望遠鏡還意外展現了對小型太空岩石的絕佳探測能力，包括一些直徑僅十幾公尺的小行星，這是至今在火星與木星間的主小行星帶（main asteroid belt）中所發現的最小天體。
韋伯太空望遠鏡並非為尋找小行星而設計，它更像是用來近距離觀察極遙遠天體的精密狙擊鏡。本篇研究的共同作者、麻省理工學院的行星科學家阿爾捷姆．布林達諾夫（Artem Burdanov）表示：「研究系外行星的科學家通常不關心小行星。」
對研究遙遠星系和行星的天文學家來說，小行星通常更像是個惱人的干擾。並未參與此研究的馬里蘭州約翰霍普金斯大學應用物理實驗室行星天文學家安迪．里夫金（Andy Rivkin）表示：「自19世紀天文學家開始使用攝影技術以來，就不得不面對小行星闖入他們的影像中，因此他們說小行星是『天空害蟲』。」
由於小行星總是干擾布林達諾夫觀測遙遠天體的視野，他和同事們想知道，是否可以利用這臺有史以來最先進的觀測設備來搜尋小行星。研究結果顯示，韋伯太空望遠鏡很擅長意外發現隱藏的小行星。
韋伯太空望遠鏡最初的設計目的，是要解答有關宇宙的重大謎題。但它探測紅外光的能力，使其成為偵測小行星的絕佳工具。 Illustration by Adriana Manrique Gutierrez, NASA
2023年，韋伯太空望遠鏡所拍攝的影像揭露了北落師門恆星系統中小行星帶的內部結構。這個鄰近的行星系統實際上擁有三個小行星帶，包括兩個先前未發現的內側小行星帶。Photograph by NASA/ESA/Reuters/Redux
這項研究能幫助天文學家更認識小行星帶。小行星帶是內太陽系形成過程中留下的殘骸，能夠窺探這些岩石製成的時光膠囊，對未來的研究會相當有幫助。
此外，這對致力於防止小行星撞擊地球的人來說，也是個福音。畢竟，行星防禦的關鍵原則之一，是要在具有潛在危險的小行星靠近我們之前，先一步發現它們。雖然韋伯太空望遠鏡不會突然變成專門用於搜尋小行星，但里夫金表示：「它肯定能對行星防禦發揮一定的作用。」
太空岩石的紅外輝光
對行星防禦者來說，最要注意的小行星就是那些與地球軌道距離少於4500萬公里的近地小行星（near-Earth asteroid）。直徑超過140公尺的小行星就有可能摧毀一座大城市，而比這更小的小行星也可能造成重大破壞。即使是只有十幾公尺寬的小行星，如果直接撞上地球，也可能引發有如非放射性核爆般的空中爆炸，而摧毀一整座城市。令人沮喪的是，小行星愈小，就愈難被觀測到。
一名技術人員站在韋伯太空望遠鏡的六塊鍍金鏡片前。韋伯太空望遠鏡的紅外觀測能力能穿透大部分遮蔽可見光的塵埃，進行觀測。Photograph by David Higginbotham, MSFC/NASA
大部分天文臺搜尋小行星的方法，是仰賴小行星表面反射的太陽光。但一顆表面反光度較高的小型小行星，看起來可能和一顆表面黯淡但體積更大的小行星一樣亮，這表示可見光並非判斷小行星大小的理想方式。
理想情況下，應該要使用能探測紅外光的望遠鏡，來搜尋小行星的熱訊號。本篇研究的共同作者、麻省理工學院行星科學家朱利安．德維特（Julien de Wit）表示：「很多這類天體在紅外波段會看起來更亮。」如果是以紅外線進行觀測，那麼不論小行星表面的反光度是高或低，大的小行星一定會比小的小行星更爲明亮。這麼一來，天文學家就能更準確地判定小行星的大小。
韋伯太空望遠鏡恰好具備無與倫比的紅外觀測能力，因此德維特和布林達諾夫就想，為何不試試看能否利用這個優勢呢？
為了一探究竟，他們採用了在1990年代首度提出的「位移疊加法」（shift-and-stack。假設望遠鏡拍攝了同一個天區的多張影像，那麼小行星看起來會是個位置不斷變化的黯淡光點。在這些影像中追蹤光點的移動軌跡，將光點對齊並疊加起來，就能放大光源的亮度，從而辨識出小行星。
研究團隊先利用兩臺尋找系外行星的地面望遠鏡，測試了這種「位移疊加法」，效果非常好：總共發現了數百個小天體，包括主帶小行星（main belt asteroid）和一些繞木星運行的太空岩石，其中可能包括43個新天體。
接下來，研究團隊將這個方法應用在距地球40光年遠、擁有多顆岩石行星的TRAPPIST-1恆星系統。在分析1萬張現有的韋伯太空望遠鏡影像後，他們在主小行星帶內發現了138顆新的小行星，大小從約600公尺到僅十幾公尺不等。
雖然處於穩定軌道的主帶小行星不會構成威脅，但這項研究顯示，韋伯太空望遠鏡可以在執行其他任務的同時，順便發現具有潛在危險的小型小行星。如果有需要，韋伯太空望遠鏡還可以與其他天文臺合作追蹤這些小行星，並判斷它們是否有可能威脅地球。
地球守護者
在大多數情況下，韋伯太空望遠鏡都專注於研究遙遠的宇宙。「留給小行星研究的時間並不多，」並未參與這項研究的瑞士伯恩大學行星科學家薩比娜．拉杜坎（Sabina Raducan）表示：「但能在觀測其他天體的同時順便進行科學研究，真的很棒。」
利用韋伯太空望遠鏡發現小行星算是項額外的收穫，而且有時它能發現其他望遠鏡遺漏的極小太空岩石，更是令人欣喜。不過，一項更專注於此的觀測計畫即將問世。美國航太總署將在十年內發射配備有紅外探測器的太空望遠鏡「近地天體探測器」（Near-Earth Object Surveyor），專門用來搜尋小行星。
德維特強調，韋伯太空望遠鏡不會在近地天體探測器發射前就搶了它的風采，也不會讓那些探測小行星頗有成效的地面天文臺無用武之地，像是即將在智利落成的薇拉．魯賓天文臺（Vera Rubin Observatory），這座新一代可見光望遠鏡可望在運作的第一年內，就發現數百萬顆新的小行星。
「韋伯太空望遠鏡絕不會妨礙這些天文臺的任務。」德維特表示。不過，他們的團隊研究顯示，韋伯太空望遠鏡將能協助行星防禦工作。如果韋伯太空望遠鏡在多張影像中捕捉到同一顆小行星，科學家就能計算出它的軌道，並結合其他天文臺的資料，判定它是否是顆將進入近地軌道的主帶小行星。
「如果發現了一顆確實有可能撞擊地球的小行星，韋伯太空望遠鏡將成為獲取天體大小和組成等初始資訊的最佳手段之一，」里夫金表示：「這些資訊對規劃應對措施或設計偵察任務來說，非常重要。」如果你得決定應該要讓衝向地球的小行星轉向？或是把它炸成碎片？那麼勢必得先瞭解這顆小行星的特性。
總之，這項研究突顯了韋伯太空望遠鏡的強大功能，布林達諾夫表示，這是個「極爲出色的工具」，其能力遠超乎我們的預期。在保護地球免受潛在危險小行星威脅時，任何工具都能派上用場。
延伸閱讀：核彈的X射線能否拯救地球免於致命小行星威脅？ / 歐西里斯號漏失部分小行星採樣，所幸剩餘樣本安全無虞！
