Earth's Minimoons: Opportunities for Science and Technology
12年前，卡特琳娜巡天计划发现了地球上第一个已知的自然地心天体，这是一颗直径为几米的小行星，编号为2006 RH 120。尽管在过去的十年中，地面望远镜和探测器技术有了显着的改进，但小行星调查还没有发现另一个临时捕获的轨道器（TCO;俗称为minimoons）。几年之内，大型综合巡天望远镜（LSST）将开始定期探测TCO，或迫使重新分析内太阳系小行星的产生和动力学演变。对地球小卫星的起源、性质和动力学的最初研究表明，在任何时候都应该有一个稳定的种群，大约有一个1到2米直径的被捕获物体。该模型随后得到了改进和扩展，以包括临时捕获的飞越（TCF）的数量，这些物体在能量上与地月系统绑定时未能围绕地球进行完整的旋转。已经考虑了几种不同的发现TCO的技术，但它们的小直径，接近性和快速运动使它们成为现有地基光学，流星和雷达调查的挑战性目标。我们预计，如果TCO人口得到证实，新的物体被频繁发现，他们可以提供新的机会1）研究地月系统的动力学，2）测试小行星带小行星带的小行星的生产和动力学演化模型，3）快速和频繁的低delta-v任务，多个minimoons，（4）小行星物质就地资源化技术评价。在这里，我们回顾了过去十年的minimoon研究，准备在LSST运行的第一个十年中利用TCO的科学和商业机会。
2019-05-31 astro-ph.EP
Identification of a Minimoon Fireball
被地月系统引力捕获的物体通常被称为临时捕获轨道器（TCO），天然地球卫星或迷你卫星。TCO是近地天体（NEO）的一个至关重要的亚群，因为它们是未来样本返回，重定向或小行星采矿任务的最容易的目标。只有一个TCO被望远镜观测到，2006 RH 120，它绕地球运行了大约11个月。此外，在本研究之前，只观察到一个TCO火球。我们提出了我们的观察一个非常缓慢的火球（代号DN160822_03），初速度约为11.0公里的s-1，是由位于南澳大利亚地区的沙漠火球网络的高分辨率数字火球观测站检测。由于该系统固有的动力学特性，流星体在撞击前被暂时捕获的概率对其初速度极为敏感。我们研究火球的轨道历史的敏感性所选择的三角测量方法。我们使用数值积分器REBOUND来评估粒子历史并评估DN160822_03的统计起源。从我们的积分中，我们发现，最可能的捕获时间，速度，半长轴，近地天体群，捕获机制每年都有变化。大多数粒子表明，在地球的远日点和近日点有一个增加的捕获概率。在未来，像这样的事件可能会被像大型综合巡天望远镜这样的望远镜提前探测到，并且可以验证大气层前的轨迹。
2019-12-04 astro-ph.EP
Discovery of eclipsing white dwarf systems in a search for Earth-size companions
虽然白矮星被认为是大多数恒星演化的终点，但与主序星不同，它们还没有成为专门针对系外行星的时域调查的对象。我们将讨论它们的大小和独特的颜色如何使它们成为广泛搜索系外行星的理想目标。特别是，我们注意到，地球大小的行星可以引起大质量白矮星的多次日食。如此大的信号几乎是不会错的，即使用非常低精度的测光也可以检测到。对于较小的天体，目前用于探测超级地球和较小行星过境太阳大小的恒星的高精度测光，能够在它们过境白矮星时揭示R~ 100公里的小行星。这种观测可以用来检验目前的证据，即小行星大小的物体是最近在一些白矮星上观测到的尘埃环的原因。目前没有其他的系外行星搜索方法能够探测到这样的系外小行星。作为这种搜索策略的初步测试，我们结合了从卡特琳娜巡天与多色测光和光谱从斯隆数字巡天搜索〜 12,000白矮星光变曲线的日食事件的天气数据。我们发现了20个新的食白矮星双星系统与低质量的同伴。这使已知的食分白矮星的数量增加了一倍，并有望精确测定白矮星的半径。其中三个发现的半径与亚恒星系统一致，并且在SDSS光学光谱或近红外数据中没有显示来自食星物体的通量的证据。
2010-09-15 astro-ph.EP
Transit surveys for Earths in the habitable zones of white dwarfs
到目前为止，寻找可居住的类地行星主要集中在核燃烧恒星上。我建议，这项研究应该扩大到冷却已经消耗了核燃料的白矮星。我定义了白矮星的连续宜居带，并表明对于质量为0.4到0.9太阳质量、温度低于10，000 K、可居住时间至少为3 Gyr的白矮星，它的范围为~0.005到0.02 AU。由于它们的大小与地球相似，白矮星可能会被边缘运行的类地行星深深地遮住，这可以很容易地用地面望远镜探测到。如果行星可以向内迁移或改造附近的白矮星，我表明，全球机器人望远镜网络可以进行过境调查附近的白矮星放置有趣的限制存在的可居住的地球。如果行星被检测到，我表明，调查将有利于检测类似于地球的行星：类似的大小，温度，旋转周期，以及类似于太阳的主恒星温度。大型综合巡天望远镜可以对白矮星周围可居住地球的频率施加更严格的限制。对这些行星的确认和定性可以用大型地面和太空望远镜进行。
2011-03-29 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Recent development in high-precision high-fidelity spectrographs for exoplanet research and characterization
Observatoire de Genève, Université de Genève（日内瓦天文台，日内瓦大学）
本文介绍了ESPRESSO、NIRPS、ANDES和RISTRETTO等新型高精度高保真光谱仪，用于探测地球质量系外行星所需的亚米/秒径向速度精度，解决仪器和恒星不稳定性问题。
2026-04-10 astro-ph.EP astro-ph.IM
Finding the Needles in the Haystacks: High-Fidelity Models of the Modern and Archean Solar System for Simulating Exoplanet Observations
我们提出了两个最先进的太阳系模型，一个对应于今天，一个对应于35亿年前的太古宙。每个模型包含恒星、行星和行星际尘埃的空间和光谱信息，从太阳延伸到50天文单位，覆盖波长范围为0.3至2.5微米。此外，我们还创建了一个光谱图像立方体，代表了对太阳系外行星系（包括星系和银河系恒星）进行深度观测后将看到的天文背景。这些模型旨在作为使用配备高对比度能力的望远镜对系外行星系统进行直接观测的高保真模拟的投入。它们将有助于提高观测和仪器参数的真实性，这些参数是统计观测台产量计算所需的投入，并指导能够直接对类地行星成像的望远镜的后处理算法的开发。
2017-10-17 astro-ph.EP
Implications for planetary system formation from interstellar object 1I/2017 U1 (`Oumuamua)
最近发现的小天体1 I/2017 U1（'Oumuamua）是我们太阳系中第一个不受太阳引力约束的已知天体。它的双曲线轨道（离心率大于1）强烈表明它起源于我们的太阳系之外;它的红色与漫长的星际旅行中经历的大量空间风化一致。我们对探测到这样一个物体的概率进行了一个简单的计算。我们发现，如果在行星形成过程中，从附近恒星喷出的物质的平均质量为20个地球质量，类似于我们的太阳系的预期值，可以满足观测到的1 I类天体的检测率。目前这种星际闯入者的探测率估计为每年0.2次，而过去几年的预期探测次数几乎正好是1次。当大型综合巡天望远镜开始其宽、快、深的全天空巡天时，探测率将提高到1/年。这些预期的探测将通过更好地估计星际物体的数量和性质，进一步限制附近行星系的形成。
2017-11-09 astro-ph.EP
An Open Benchmark of One Million High-Fidelity Cislunar Trajectories
Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
本研究发布了一个包含一百万条高保真地月轨道轨迹的数据集，用于支持空间领域意识、导航和机器学习等方法开发，以及轨道家族统计研究和社区扩展。
2025-12-11 astro-ph.EP astro-ph.IM
On the detectability of transiting planets orbiting white dwarfs using LSST
白矮星是少数几种我们对可能存在的伴行星几乎一无所知的恒星天体之一。最近关于金属污染的大气层、星周碎片盘和凌日行星碎片的证据都表明行星可能存在。然而，白矮星凌日调查是具有挑战性的，由于这些对象的内在微弱，凌日的时间尺度短，以及由于其紧凑的半径而导致的低凌日概率。大型综合巡天望远镜（LSST）为这些问题提供了一个补救办法，它是一个深空巡天望远镜，快速曝光，涵盖了大约1000万颗$r<24.5$视星等的白矮星。我们模拟了10年内对350万颗白矮星的LSST测光观测，并计算了通过凌日对$P<10$ d的伴星的可探测性。我们发现谷神星大小的天体到地球大小的世界的典型检测率在$5 \times 10^{-6}$到$4 \times 10^{-4}$的范围内，产生$\sim 50$到$4\,000$的检测，每个检测的发生率都是100%。对于连续可居住带中的类地行星，我们发现$\sim 10^{-3}$的检测率表明LSST将揭示数百个这样的世界，其发生率在1%至10%的范围内。
2018-10-01 astro-ph.EP
Comparing NEO Search Telescopes
已提议使用多个地面和空间望远镜来探测和跟踪近地天体。对这些系统搜索性能的详细模拟使用了复杂的计算机代码，这些代码并不广泛可用，这妨碍了对建议进行准确的交叉比较，并模糊了它们是否具有一致的假设。此外，一些拟议的仪器将探测红外波段，而另一些仪器将在可见波段工作，模拟中使用的小行星热模型和可见光模型之间的差异使同类比较更加复杂。我使用简单的物理原理来估计地面大型综合巡天望远镜和三个天基仪器的基本性能指标-哨兵，NEOCam和立方体卫星星座。对两种不同的近地天体分布情况，即Bottke等人的一般近地天体分布情况和Veres等人的撞击地球的近地天体分布情况，进行了性能测量。比较结果显示了简化的相对性能指标，包括搜索量中可见近地天体的预期数量和每个系统的预期初始探测率。虽然这些简化的比较没有捕捉到所有的细节，但它们对限制性能的物理因素提供了相当深入的了解。多个小行星热模型，包括FRM，NEATM，和一个新的广义形式的FRM（GFRM）。我描述的问题，如何在以前的研究中，这可能会使他们不准确的红外辐射和发射率估计。一个翻滚的小行星的热模型也被开发出来，并表明翻滚的小行星可能是令人惊讶的难以观察的红外望远镜。
2016-02-01 astro-ph.EP astro-ph.IM
Surveying the Inner Solar System with an Infrared Space Telescope
我们提出了一个分析，调查内太阳系的物体，可能会对地球构成威胁。大多数分析是基于对哨兵提供的能力的理解，哨兵是一种放置在金星附近日心轨道上的红外天基望远镜的概念。从这个分析中，我们发现1）目标的大小范围可以影响调查设计，2）目标样本的轨道分布可以影响调查设计，3）调查期间的最小观测弧长是调查性能的重要度量，和4）调查必须考虑小到D=15的对象-30米，以实现确定有可能在未来100年内对地球造成损害的物体的目标。Sentinel将能够在6.5年的调查中找到50%的大于40米的撞击物。哨兵飞行任务概念在寻找大于D=140米的物体方面与任何测量一样有效，但在应用于寻找撞击地球轨道上的较小物体时更为有效。Sentinel在寻找人类探索感兴趣的物体方面也更有效，这些物体受益于较低的推进要求。为了探索空间和地面搜索计划之间的相互作用，我们还研究了一个案例，其中哨兵与大型综合巡天望远镜相结合，并显示了将天基天文台放置在轨道上的好处，减少了搜索区域与地面望远镜的重叠。在这种情况下，假设Sentinel的寿命为6.5年，LSST的寿命为10年，Sentinel+LSST可以找到超过70%的大于40米的撞击物。
2016-07-18 astro-ph.EP astro-ph.IM
MEGASIM: Distribution and Detection of Earth Trojan Asteroids
本研究利用MEGASIM数据集的N体模拟，分析地球特洛伊小行星的高分辨率空间分布，结合ZTF与LSST巡天评估其可探测性，发现十亿年尺度稳定可探测ETA极少，还给出两类巡天对100米以上ETA的数量限制。
2023-11-07 astro-ph.EP
The Impact of Planetary Phase Functions on Exo-Earth Detectability with EXOSIMS
Lunar & Planetary Laboratory, University of Arizona（亚利桑那大学月球与行星实验室）；Habitability, Atmospheres, and Biosignatures Laboratory, University of Arizona（亚利桑那大学宜居性、大气与生物标志物实验室）；NASA Nexus for Exoplanet System Science Virtual Planetary Laboratory, University of Washington（华盛顿大学虚拟行星实验室）；Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（加州理工学院喷气推进实验室）；Sibley School of Mechanical and Aerospace Engineering, Cornell University（康奈尔大学西布莱机械与航空航天工程学院）；Carl Sagan Institute, Cornell University（康奈尔大学卡尔·萨根研究所）
研究利用EXOSIMS工具，探讨行星相位函数对类地行星探测的影响。通过纳入高保真地球模型相位依赖反射率进行模拟，发现现实相位函数和日冕仪内工作角参数影响产量估计，强调建模需更真实表示类地行星。
2026-07-10 astro-ph.EP astro-ph.IM
High-Fidelity Semianalytical Theory for a Low Lunar Orbit
我们已经开发了一个半解析理论的低空月球轨道的目的是验证什么的最低阶的引力模型应考虑，以产生现实的结果，可以应用于分析和设计的实际任务。为此，我们考虑了一个由50 × 50的引力场和来自地球的第三体引力组成的微扰模型。首先，简要描述了发展理论的过程。然后重点讨论了冻结轨道的搜索问题，分别分析了引力模型中各个调和项的影响。当包含高阶纬向谐波时，会出现新的冻结轨道族。此外，冻结轨道可能存在的偏心率和倾角值也会发生变化。这一影响非常重要，需要加以考虑，因为忽略高次谐波可能导致预测在某些倾角上存在冻结轨道，在这些倾角上冻结轨道的偏心率实际上超过撞击极限。因此，已经证实，与其他作者一致，50x50的引力模型应该是实际应用中考虑的最小值。
2020-07-25 astro-ph.EP physics.space-ph
Designing trajectories in the Earth--Moon system: a Levenberg--Marquardt approach
Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa（里斯本大学高等技术学院）；European Space Agency（欧洲空间局）
本文基于高精度历法模型，通过非线性优化方法设计地月空间轨迹，采用莱文伯格-马夸尔特算法提升优化鲁棒性，并在不同应用场景中验证其有效性。
2026-07-29 astro-ph.EP cs.SY eess.SY
Mathematical Modelling and a Numerical Solution for High Precision Satellite Ephemeris Determination
本文开发了高精度卫星轨道确定模型，采用自适应步长数值积分并计入多种摄动力，实现了与 HPOP 媲美的卫星星历确定器 SED。
2023-11-25 astro-ph.EP cs.MS cs.NA
Survey-Wide Asteroid Discovery with a High-Performance Computing Enabled Non-Linear Digital Tracking Framework
针对传统小行星探测在暗弱天体和计算复杂性上的局限，提出适配大型综合巡天的非线性数字跟踪框架，结合高性能计算提升探测灵敏度，可显著增加不同轨道家族的可观测小行星数量。
2025-06-21 astro-ph.EP astro-ph.IM
Simulating reflected light coronagraphy of Earth-like exoplanets with a large IR/O/UV space telescope: impact and calibration of smooth exozodiacal dust
观测类地系外行星在类太阳恒星的宜居带内运行，并在反射星光下研究它们的大气层，需要在可见光下对比$\sim1\mathrm{e}{-10}$。在如此高的对比度下，被外黄尘反射的星光预计将成为一个重要的污染源。在这里，我们提出了高保真度模拟的日冕观测的合成太阳系位于10 pc的距离，观察与12米和8米外接孔径直径空间望远镜在500 nm波长。我们探索了不同的技术来从正面、30度倾斜和60度倾斜情况下的模拟图像中减去外黄道和恒星散斑，并将剩余的系统噪声量化为系统外黄道尘埃水平的函数。我们发现，在面对的情况下，exozodi可以减去exozodi水平高达$\sim1000$ zodi使用一个简单的玩具模型exozodiacal磁盘的光子噪声限制，而在60度倾斜的情况下，这只能工作到$\sim50$ zodi。我们还研究了较大的波前误差和较大的系统距离的影响，发现虽然前者没有显着的影响，后者有很强的（负面）影响。最后，我们推导出一个惩罚因子作为exozodi水平和系统倾角的函数，应该考虑在系外行星产量研究作为一个现实的估计，从exozodi过量的系统噪声。
2022-10-06 astro-ph.EP astro-ph.IM
Ultraviolet Reflected-Light Spectroscopy of Modern Earth Analogs with Starshade Observations
Stanford University（斯坦福大学）；Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（加州理工学院喷气推进实验室）；University of California, Riverside（加州大学河滨分校）
本研究开发端到端紫外日冕仪光谱框架，模拟分析现代地球 analogs 的臭氧探测条件，确定仅用紫外波段、R=7 反射光谱需 SNR≈30，宜居世界天文台 3 天积分可满足，探测鲁棒性良好。
2026-10-14 astro-ph.EP astro-ph.IM
BLADE: An Automated Framework for Classifying Light Curves from the Center for Near-Earth Object Studies (CNEOS) Fireball Database
本文提出了BLADE框架，通过集成Savitzky-Golay滤波、峰值检测和梯度分析的系统流水线，实现对CNEOS火球数据库中太空探测火流星光变曲线的自动化分类与碎裂事件识别，为行星防御提供可扩展的分析方法。
2025-06-19 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.geo-ph
