中学时期学过地理的同学们都会听说过“小行星带”,老师们为了方便我们记忆,形象地说火星怕把木星烧着了,所以需要一些东西阻隔,这便是小行星带。
小行星带是太阳系内介于火星和木星轨道之间的小行星密集区域,98.5%的小行星都在此处被发现,已经被编号小行星有120,437颗。由于小行星带是小行星最密集的区域,这个区域因此也被称为主带。
小行星带距离太阳约2.17-3.64天文单位的空间区域内,聚集了大约50万颗以上的小行星。这么多小行星能够被凝聚在小行星带中,除了太阳的引力作用以外,木星的引力也起着作用。
小行星带由原始太阳星云中的一群星子(比行星微小的行星前身)形成。但是,因为木星的重力影响,阻碍了这些星子形成行星,造成许多星子相互碰撞,并形成许多残骸和碎片。小行星带内最大的三颗小行星分别是智神星、婚神星和灶神星,平均直径都超过400 公里;在主带中仅有一颗矮行星(矮行星或称"侏儒行星",体积介于行星和小行星之间,围绕恒星运转,质量足以克服固体引力以达到流体静力平衡形状,没有清空所在轨道上的其他天体,同时不是卫星。),它就是谷神星,直径约为950公里;其余的小行星都较小,有些甚至只有尘埃大小。
在主带内的小行星依照它们的光谱和主要形式分成三类:碳质、硅酸盐和金属。
据分析,造访地球的陨星,大多数来自于火星和木星之间的小行星带,小部分来自月球和火星。根据陨石里面铁元素所占的比例,可以分为:石陨石,铁陨石,石铁混合陨石三种。
纳米比亚的霍巴陨铁
阿勒泰陨石堆
阿勒泰大陨铁,重达18吨
陨铁打造的马来克力士剑
小行星带其实非常广袤
小行星带其实是一个宽度达到了4亿千米的环状区域,可能无法来理解这个广袤,简单的说地月系之间的平均距离38.4万千米大概只占0.96‰,这个区域大约有超过50万颗小型天体,差不多相当于数个地月系之间的距离才能遇到一颗天体!因此科幻片中的小行星带都是为了观赏效果而制作的!小行星带的物质非常稀薄,已经有好几艘太空船安全通过而未曾发生意外就是很好的证明。
小行星带的发现
1766年德国天文学家提丢斯(J.Titius)偶然发现一个数列:(n+4)/10,将n=0,3,6,12,……代入,可相当准确地给出各颗大行星与太阳的实际距离。这件事起初未引起人们的注意,后来柏林天文台的台长波德(J.Bode)得知后将它发表,乃为天文界所知。在1781年发现天王星之后,进一步证实公式有效,波德于是提出在火星和木星轨道之间也许还有一颗行星。
1801年,西西里和皮亚齐(G.Plazzi)在例行的天文观测中偶然发2.77 AU处有个小天体,即把它命名为谷神星(Ceres)。
谷神星
1802年,天文学家奥伯斯(H.Olbere)在同一区域内又发现另一小行星,随后命名为智神星(Pallas)。威廉·赫歇尔认为这些天体是一颗行星被毁坏后的残余物。到了1807年,在相同的区域内又增加了第三颗婚神星和第四颗灶神星。由于这些天体的外观类似行星,威廉·赫歇尔就采用希腊文中的语根aster- (似星的)命名为asteroid,中文则译为小行星。
智神星
拿破仑战争结束了小行星带发现的第一个阶段,一直到1845年才发现第五颗小行星义神星。紧接着,新小行星发现的速度急速增加,到了1868年中发现的小行星已经有100颗,而在1891年马克斯·沃夫引进了天文摄影,更加速了小行星的发现。1923年,小行星的数量是1,000颗,1951年到达10,000颗,1982年更高达100,000颗。现代的小行星巡天系统使用自动化设备使小行星的数量持续增加。
小行星艾达(Ida)和它的卫星,伽利略号探测器拍摄。
小行星Gaspra,伽利略号探测器拍摄
太阳系八大行星之间的距离提丢斯-波得定则,简称“波得定律”,是用来计算太阳系中行星轨道时通常采用的一个简单规则。除海王星之外,其他行星之间的距离都十分符合这一定则。该定则的表述形式为,利用4+0、3、6、12这个形式的数字,得出的数值即为太阳系中各大行星之间的距离,其中不包括海王星。用这样的公式我们计算出的结果如下表所示:
其实严格的说,并不是太阳系中所有的小行星都处于火星和木星之前,只是人类可以观察到的小行星有98%以上都处于火星和木星之间的轨道上!
日本的“隼鸟”
小行星撞击是人类生存的重大威胁,为了研究和防范这些威胁,弄清太阳系的形成机制,几十年来,许多发达航天机构发射了不少小行星探测器,近距离甚至登陆小行星探测,有的还带回了样本。比较有名的有日本的“隼鸟”1号、2号,欧空局的“罗塞塔”号,NASA的“新视野号”、“近地小行星交会”探测器等。
在太阳系至少有三个小行星聚集带,位于火星和木星之间的小行星带被称为小行星主带,在海王星轨道外,还有柯伊伯带,在更远的太阳系边缘,还有奥特尔星云带,这些地方的小行星和彗星更多,以万亿颗计。
因此,人类对小行星的研究还任重道远。
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