小行星带:从未形成的行星

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小行星带:从未形成的行星

五十年前, 1972年7月15日,先驱者10号成为第一艘到达小行星带的航天器。我们想借此机会谈谈太阳系这个奇怪的区域。小行星带是怎么形成的?它会不会是数十亿年前被破坏的行星的残余物?阅读本文以获得这些问题和许多其他问题的答案。

内容

什么是小行星带?

小行星带是位于火星和木星轨道之间的区域。它拥有太阳系绝大多数小行星,并标志着内部岩石行星和外部气体巨行星之间的边界。它有时也被称为主小行星带,以区别于柯伊伯带。主小行星带包含四个大型天体(谷神星、灶神星、智神星和健神星)和数百万个较小的天体。

谁发现了小行星带?

直到19世纪中叶,人们才知道小行星带的存在。然而,火星和木星之间的区域早在此之前就引起了天文学家的注意:他们在那个区域寻找了一颗行星。

1766年,德国天文学家提丢斯(Johann Daniel Titius)提出以下假设:从太阳系中心向外延伸,每颗行星距太阳的距离应约为其前行星的两倍。根据这个假设(现在被称为提丢斯-波得定则),在火星和木星的轨道之间有一颗尚未被发现的行星!

很多人都被这个想法迷住了。例如,一群名为天体警察的德国天文学家组织了一个大型国际项目来寻找“失踪的行星”。然而,他们被意大利天文学家朱塞普·皮亚齐(Giuseppe Piazzi)超越,他在1801年发现了谷神星。该天体位于提丢斯-波得定则所预测的精确距离处。

当然,谷神星最初被认为是失踪的行星。然而,很快,在同一区域发现了其他物体。1802年,幸运女神才对天警微笑笑:其成员海因里希·奥尔伯斯(Heinrich Olbers),[奥伯斯佯谬]的作者,发现了智神星。在那之后,天体警察精神饱满:1804年,卡尔·哈丁(Karl Harding)观察到了 婚神星,而1807年,奥尔伯斯观察灶神星

随着在火星和木星之间发现越来越多的天体,很明显它们太小而不能被视为行星。天王星的发现者威廉·赫歇尔(William Herschel)创造了“小行星”(asteroid)这个词,它就坚持了下来。 大约在1850年代,“小行星带”一词开始使用

所以,小行星带没有一个发现者。朱塞普·皮亚齐观察到了小行星带中的第一个天体,然后其他天文学家在该区域发现了更多天体。

关于提丢斯-波得定则的一个有趣的脚注:当海王星于1846年被发现时,它的位置与提丢斯-波得定则的预测不符。看来提丢斯-波得定则只是数学上的巧合,而不是实际的物理定律!

小行星带是如何形成的?

最初,天文学家认为小行星带是在一颗大行星毁灭后形成的。这个理论属于我们上面已经提到的奥尔伯斯。假想的行星被命名为法厄同星(Phaeton)。这一假说得到了世界各地许多天文学家的支持,并一直影响到20世纪末。

根据现代研究,小行星带更可能是一颗从未形成的行星。大约46亿年前,在太阳系的早期,小块宇宙尘埃和岩石(称为微行星)通过吸积过程形成。一些小行星最终变成了我们今天所知道的行星。然而,在火星和木星之间的区域,木星的引力影响并没有让小行星聚集成行星:相反,它们发生了碰撞和碎片化。这就是为什么现在在这个区域有小行星带。

小行星带由什么组成?

小行星带主要由C型或碳质小行星组成。其他常见的类型是S型或硅酸盐小行星和M型或金属小行星。

绝大多数小行星都相对较小,只有大约30颗小行星的直径大于200公里。小行星带中尺寸最大的天体是谷神星(940公里)、灶神星(525公里)、智神星(510公里)和健神星(410公里)。这四颗天体约占整个小行星带质量的一半。重要的是要注意谷神星现在被认为是一颗矮行星,这使得灶神星成为小行星带中最大的小行星。

谷神星是小行星带中唯一一个大到足以保持球形的天体。大多数小行星看起来像土豆,但其中一些形状更不寻常:比如小行星艷后星,它看起来像狗骨头。

尽管你可能在科幻电影中看到过的东西,但小行星带并不是一个拥挤的地方。它是如此之大,以至于两颗小行星之间的平均间距约为一百万公里!所以通过小行星带的航天器几乎没有发生碰撞的机会。

此外,小行星带中的小行星分布并不均匀:在某些区域几乎不存在它们。这些被称为柯克伍德空隙的区域在木星的引力影响下清除了小行星。柯克伍德空隙以美国天文学家丹尼尔·柯克伍德(Daniel Kirkwood)的名字命名,他于1866年首次观察到它们。

什么航天器访问了小行星带?

自1970年代以来,多个太空探测器已到达小行星带并研究其天体。我们将提到过去三个最著名的任务和一个令人兴奋的未来任务。

  • 第一个到达小行星带的航天器是先驱者10号;在其前往木星的任务中,它于1972年飞越了小行星带。
  • 伽利略号探测器于1989年研究了小行星951(Gaspra)和艾女星(Ida),并发现了围绕小行星的第一颗卫星(艾女星的卫星,名艾卫或Dactyl)。
  • 黎明号探测器成为第一个访问小行星灶神星(2011年)和谷神星(2015年)的探测器。
  • 计划于2023年发射的灵神星探测器宇宙飞船将访问灵神星(Psyche)。科学家认为,这颗小行星可能是一颗原行星的铁核。

你能看到小行星带吗?

你看不到小行星带本身,但你肯定能看到它的一些小行星。小行星带中最大的四个天体(谷神星、灶神星、智神星和健神星)可以通过小型望远镜甚至大型双筒望远镜进行观察。观察小行星的最佳时间是在冲日期间,当它在天空中最亮的时候。下面我们提供上述天体即将到来的冲日期。在括号中,你可以看到它们将达到的亮度。

  • 灶神星(6.1星等):2022年8月22日
  • 智神星 (7.7星等):2023年1月15日
  • 谷神星(7.1星等):2023年3月21日
  • 健神星 (9.7星等):2023年8月10日

要在天空中快速找到所需的小行星,请使用Sky Tonight应用。点击屏幕底部的放大镜图标,输入小行星的名称,然后点击相应搜索项上的蓝色目标图标。

常问问题

小行星带离地球有多远?

地球与距离它最近的小行星带边缘之间的距离在1.2到2.2个天文单位之间。一个天文单位是地球到太阳的平均距离,等于1.5亿公里。

小行星带中有多少颗小行星?

根据欧空局,小行星带包含一到两百万颗直径大于一公里的小行星。此外,那里还有数百万个较小的天体。截至2022年4月,天文学家在小行星带中发现并编号了598,053颗小行星

小行星带中最大的物体是什么?

小行星带中最大的天体是矮行星谷神星,直径940公里。请观看我们关于谷神星的视频以了解有关它的有趣事实。

为什么小行星带现所在的位置没有形成行星?

小行星带没有成为行星,因为它离木星太近了。这颗气态巨行星巨大的引力影响阻止了小行星聚集成一个大天体。

小行星带中发现的两个红色物体是什么?

2021年7月,日本宇宙航空研究开发机构 (JAXA) 发现了两颗巨大的小行星,其光谱比小行星带中任何其他物体的光谱都要红得多。这些小行星被称为庞培星(203 Pompeja)和小行星269(269 Justitia)。科学家们认为,它们可能是在太阳系外缘附近形成的,然后在大约40亿年前迁移到小行星带。

小行星带可以开采吗?

理论上是可以做到的。一个理想的采矿候选者是可能由铁和镍制成的灵神星。根据一些估计,这颗小行星可能价值数百亿亿美元!然而,开采小行星是一项极其艰巨的任务,需要我们目前可能没有的技术。

总结:火星和木星之间的小行星带是包含数百万不同形状和大小的太空岩石的区域。最有可能的是,这些小行星是我们太阳系创建时的残余物,由于木星的引力影响,它们没有合并成一颗行星。下一个向小行星带的太空任务是美国国家航空航天局的灵神星任务,计划于2023年发射。

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