科普:小行星帶

中學時期學過地理的同學們都會聽說過“小行星帶”,老師們爲了方便我們記憶,形象地說火星怕把木星燒着了,所以需要一些東西阻隔,這便是小行星帶。

小行星帶是太陽系內介於火星和木星軌道之間的小行星密集區域,98.5%的小行星都在此處被發現,已經被編號小行星有120,437顆。由於小行星帶是小行星最密集的區域,這個區域因此也被稱爲主帶。

小行星帶距離太陽約2.17-3.64天文單位的空間區域內,聚集了大約50萬顆以上的小行星。這麼多小行星能夠被凝聚在小行星帶中,除了太陽的引力作用以外,木星的引力也起着作用。

小行星帶由原始太陽星雲中的一羣星子(比行星微小的行星前身)形成。但是,因爲木星的重力影響,阻礙了這些星子形成行星,造成許多星子相互碰撞,並形成許多殘骸和碎片。小行星帶內最大的三顆小行星分別是智神星、婚神星和竈神星,平均直徑都超過400 公里;在主帶中僅有一顆矮行星(矮行星或稱"侏儒行星",體積介於行星和小行星之間,圍繞恆星運轉,質量足以克服固體引力以達到流體靜力平衡形狀,沒有清空所在軌道上的其他天體,同時不是衛星。),它就是穀神星,直徑約爲950公里;其餘的小行星都較小,有些甚至只有塵埃大小。

在主帶內的小行星依照它們的光譜和主要形式分成三類:碳質、硅酸鹽和金屬。

據分析,造訪地球的隕星,大多數來自於火星和木星之間的小行星帶,小部分來自月球和火星。根據隕石裡面鐵元素所佔的比例,可以分爲:石隕石,鐵隕石,石鐵混合隕石三種。

納米比亞的霍巴隕鐵

阿勒泰隕石堆

阿勒泰大隕鐵,重達18噸

隕鐵打造的馬來克力士劍

小行星帶其實非常廣袤

小行星帶其實是一個寬度達到了4億千米的環狀區域,可能無法來理解這個廣袤,簡單的說地月系之間的平均距離38.4萬千米大概只佔0.96‰,這個區域大約有超過50萬顆小型天體,差不多相當於數個地月系之間的距離才能遇到一顆天體!因此科幻片中的小行星帶都是爲了觀賞效果而製作的!小行星帶的物質非常稀薄,已經有好幾艘太空船安全通過而未曾發生意外就是很好的證明。

小行星帶的發現

1766年德國天文學家提丟斯(J.Titius)偶然發現一個數列:(n+4)/10,將n=0,3,6,12,……代入,可相當準確地給出各顆大行星與太陽的實際距離。這件事起初未引起人們的注意,後來柏林天文臺的臺長波德(J.Bode)得知後將它發表,乃爲天文界所知。在1781年發現天王星之後,進一步證實公式有效,波德於是提出在火星和木星軌道之間也許還有一顆行星。

1801年,西西里和皮亞齊(G.Plazzi)在例行的天文觀測中偶然發2.77 AU處有個小天體,即把它命名爲穀神星(Ceres)。

穀神星

1802年,天文學家奧伯斯(H.Olbere)在同一區域內又發現另一小行星,隨後命名爲智神星(Pallas)。威廉·赫歇爾認爲這些天體是一顆行星被毀壞後的殘餘物。到了1807年,在相同的區域內又增加了第三顆婚神星和第四顆竈神星。由於這些天體的外觀類似行星,威廉·赫歇爾就採用希臘文中的語根aster- (似星的)命名爲asteroid,中文則譯爲小行星。

智神星

拿破崙戰爭結束了小行星帶發現的第一個階段,一直到1845年才發現第五顆小行星義神星。緊接着,新小行星發現的速度急速增加,到了1868年中發現的小行星已經有100顆,而在1891年馬克斯·沃夫引進了天文攝影,更加速了小行星的發現。1923年,小行星的數量是1,000顆,1951年到達10,000顆,1982年更高達100,000顆。現代的小行星巡天系統使用自動化設備使小行星的數量持續增加。

小行星艾達(Ida)和它的衛星,伽利略號探測器拍攝。

小行星Gaspra,伽利略號探測器拍攝

太陽系八大行星之間的距離提丟斯-波得定則,簡稱“波得定律”,是用來計算太陽系中行星軌道時通常採用的一個簡單規則。除海王星之外,其他行星之間的距離都十分符合這一定則。該定則的表述形式爲,利用4+0、3、6、12這個形式的數字,得出的數值即爲太陽系中各大行星之間的距離,其中不包括海王星。用這樣的公式我們計算出的結果如下表所示:

其實嚴格的說,並不是太陽系中所有的小行星都處於火星和木星之前,只是人類可以觀察到的小行星有98%以上都處於火星和木星之間的軌道上!

日本的“隼鳥”

小行星撞擊是人類生存的重大威脅,爲了研究和防範這些威脅,弄清太陽系的形成機制,幾十年來,許多發達航天機構發射了不少小行星探測器,近距離甚至登陸小行星探測,有的還帶回了樣本。比較有名的有日本的“隼鳥”1號、2號,歐空局的“羅塞塔”號,NASA的“新視野號”、“近地小行星交會”探測器等。

在太陽系至少有三個小行星聚集帶,位於火星和木星之間的小行星帶被稱爲小行星主帶,在海王星軌道外,還有柯伊伯帶,在更遠的太陽系邊緣,還有奧特爾星雲帶,這些地方的小行星和彗星更多,以萬億顆計。因此,人類對小行星的研究還任重道遠。