小行星帶事實：它是什麼、位於哪裏，以及如何形成
小行星帶是太陽系中位於火星和木星之間、包含大多數已知小行星的區域。儘管名字聽起來像一條密集的岩石帶，但那裏大多是空曠空間，而不是一堵由岩石構成的密牆。本指南將解釋它是如何形成的、包含哪些天體，以及能否從地球上看到它。如果你想在天空中找到像穀神星和竈神星這樣的明亮小行星，請使用免費的 Sky Tonight 應用。
內容
- 什麼是小行星帶，它位於哪裏？
- 小行星帶中有什麼？
- 小行星帶是如何形成的，爲什麼它沒有變成一顆行星？
- 誰發現了小行星帶？是什麼時候？
- 能從地球上看到小行星帶嗎？
- 前往小行星帶的太空任務
- 太陽系主小行星帶：總結
什麼是小行星帶，它位於哪裏？
小行星帶，也叫主小行星帶，是位於火星和木星之間、包含大多數已知小行星的區域，它標誌着內部巖質行星與外部氣態巨行星之間的分界。
主帶中包含數百萬塊太空岩石，不過它的總質量並不大：這些天體加起來的總質量還不到月球的質量，且其中大約一半的質量屬於四個最大的天體——穀神星、竈神星、智神星和健神星。
一個常見的誤解是它的樣子——儘管你可能在科幻電影中看到過不同的畫面，小行星帶並不是一個擁擠的地方。兩顆小行星之間的平均距離大約爲100萬千米！因此，穿越小行星帶的航天器幾乎沒有發生碰撞的可能。
此外，小行星帶中的小行星分佈並不均勻——有些區域幾乎沒有小行星存在。這些區域被稱爲柯克伍德空隙，是由於木星的引力影響而被“清空”的。柯克伍德空隙以美國天文學家丹尼爾·柯克伍德命名，他於1866年首次觀測到這些空隙。
注意：不要把主小行星帶與柯伊伯帶混淆——後者是位於海王星軌道之外、充滿冰質天體和像冥王星這樣的矮行星的巨大寒冷區域。
小行星帶中有什麼？
小行星帶包含數百萬個天體：主要是C型或碳質小行星，以及S型（硅質）和M型（金屬質）小行星，此外還有矮行星穀神星和大型小行星竈神星、智神星和健神星。
天文學家估計，小行星帶中大約有100萬到200萬顆直徑大於1千米的小行星，此外還有數以百萬計更小的天體。只有大約30顆小行星帶中的小行星直徑超過200千米。
小行星帶中最大的天體是穀神星（940千米）、竈神星（525千米）、智神星（510千米）和健神星（410千米）。這四個天體約佔整個小行星帶總質量的一半。需要注意的是，穀神星現在被歸類爲矮行星，這使得竈神星成爲該帶中最大的小行星。
帶中的大多數小行星甚至都不是球形——它們看起來像凹凸不平、形狀不規則的土豆。不過，其中一些擁有更爲奇特的形狀——例如216 Kleopatra，看起來像一根狗骨頭。
一些小行星帶天體還含有富含水的礦物。對它們的研究有助於科學家理解水（以及可能孕育生命的原料）是如何在早期太陽系中傳播、並最終到達地球的。
小行星帶是如何形成的，爲什麼它沒有變成一顆行星？
小行星帶很可能由早期太陽系中未能形成行星的剩餘物質組成。
大約46億年前，在太陽系早期，被稱爲微行星的塵埃和岩石小塊開始通過吸積聚合在一起。其中一些最終形成了行星。但在火星和木星之間的區域，木星的引力影響阻止了這些微行星繼續吸積成一顆行星——相反，它們發生碰撞並破碎，最終保留下來成爲無數較小的天體。這就是爲什麼今天我們會在這一區域看到小行星帶。
最初，天文學家曾認爲小行星帶是在一顆大行星毀滅後形成的；這一理論屬於海因裏希·奧伯斯。那顆假想行星被命名爲法厄同。這一“行星破碎假說”曾得到全球許多天文學家的支持，並一直持續影響到20世紀末。
誰發現了小行星帶？是什麼時候？
直到19世紀中葉，人們才知道小行星帶的存在。然而，火星與木星之間的區域早已引起天文學家的注意——他們一直在尋找那裏的一顆行星。
1766年，德國天文學家約翰·丹尼爾·提丟斯提出如下假說：從太陽系中心向外延伸，每顆行星與太陽的距離大致應是前一顆行星的兩倍。根據這一假說（如今稱爲提丟斯-波得定律），火星和木星軌道之間應當存在一顆尚未被發現的行星！
許多人因此癡迷於這一想法。例如，一羣德國天文學家組成了名爲天體警察的團體，發起了一項大型國際計劃來尋找這顆失蹤的行星。然而，他們被意大利天文學家朱塞佩·皮亞齊搶先一步——他於1801年發現了穀神星。這個天體所在的位置，幾乎正好符合提丟斯-波得定律的預測距離。
當然，穀神星最初被認爲就是那顆失蹤的行星。然而，不久之後，人們又在同一區域發現了其他類似天體。1802年，幸運降臨到天體警察頭上：其成員海因裏希·奧伯斯（奧伯斯佯謬的提出者）發現了智神星。此後，這個團體接連取得成果：1804年，卡爾·哈丁觀測到了婚神星；1807年，海因裏希·奧伯斯通過觀測又作出了第二次發現——竈神星。
隨着越來越多的天體在火星和木星之間被發現，人們逐漸意識到它們太小，不能被視爲行星。天王星的發現者威廉·赫歇爾創造了“asteroid（小行星）”一詞，而這個名稱沿用至今。到了19世紀50年代左右，“小行星帶”這一表述開始被使用。
所以，小行星帶並沒有某一個單獨的發現者。朱塞佩·皮亞齊觀測到了帶中的第一個天體，而後其他天文學家通過發現這一區域更多的天體共同促成了對小行星帶的認識。
關於引發這一切的提丟斯-波得定律，還有一個有趣的註腳：當海王星於1846年被發現時，它的位置並不符合提丟斯的預測。看來提丟斯-波得定律更像是一種數學巧合，而不是真正的物理定律！
能從地球上看到小行星帶嗎？
你無法直接看到小行星帶本身，但你當然可以看到其中一些小行星。小行星帶中最大的四個天體——穀神星、竈神星、智神星和健神星——可以通過小型望遠鏡甚至大雙筒望遠鏡進行觀測。觀測小行星的最佳時機是在衝日期間，因爲那時它在天空中會顯得最亮。
| 天體 | 最亮視星等 | 最大角直徑 |
|---|---|---|
| 穀神星 | 6.7等 | 0.85″ |
| 竈神星 | 5.1等 | 0.7″ |
| 智神星 | 6.1等 | 0.5″ |
| 健神星 | 9.1等 | 0.3″ |
瞭解更多：行星、小行星和矮行星的即將到來的衝日
對於一臺普通的4英寸（100毫米）望遠鏡來說，穀神星和竈神星看起來只是像恆星一樣的光點。要識別它們，可以尋找相對於附近恆星在連續幾個夜晚中緩慢改變位置的天體。使用低倍目鏡（25–32毫米）會更容易找到所在視場，而中等倍率則有助於確認小行星的運動。
與行星不同，小行星不會呈現圓盤狀（即使在望遠鏡中也是如此）；它們看起來像暗淡的恆星。識別它們的關鍵，在於隨着時間推移觀察它們相對於背景星空的緩慢移動。
要快速在天空中找到目標小行星，請使用Sky Tonight應用。點擊屏幕底部的放大鏡圖標，輸入小行星名稱，然後點擊對應搜索結果中的藍色目標圖標。
前往小行星帶的太空任務
自20世紀70年代以來，多臺太空探測器已抵達小行星帶並研究其中的天體。這裏我們將提到過去三項具有里程碑意義的任務，以及一項目前正在飛往主帶天體的重要任務。
- 第一艘到達小行星帶的航天器是Pioneer 10；它在前往木星的任務途中於1972年飛越了小行星帶。
- Galileo航天器在20世紀90年代研究了小行星加斯普拉和伊達，並發現了第一顆小行星衛星——伊達的衛星達克提爾。
- Dawn探測器成爲首個探訪竈神星（2011年）和穀神星（2015年）的小行星探測器。
- Psyche航天器於2023年10月發射，目前正飛往小行星16 Psyche，預計將於2029年到達。科學家認爲，這顆富含金屬的天體或許能幫助揭示早期類行星天體核心是如何形成的。
小行星帶常見問題
火星和木星之間的那條帶叫什麼？
火星和木星之間的那條帶叫作小行星帶，或者主小行星帶。
小行星帶中有多少顆小行星？
根據 ESA 的數據，小行星帶中大約有100萬到200萬顆直徑大於1千米的小行星，此外還有數以百萬計更小的天體。
小行星帶距離地球有多遠？
地球軌道與距離地球最近的小行星帶邊緣之間的距離通常在1到2個天文單位之間。一個天文單位（AU）是地球到太陽的平均距離，相當於1.5億千米。
小行星帶中最大的天體是什麼？
小行星帶中最大的天體是矮行星穀神星，直徑爲940千米。觀看我們關於穀神星的視頻，瞭解有關它的有趣知識。
爲什麼現在小行星帶所在的位置沒有形成一顆行星？
小行星帶之所以沒有形成一顆行星，主要是因爲木星的引力不斷擾動這一區域。這些太空天體並沒有合併形成更大的天體，而是在一次次破壞性碰撞中被加速，最終形成了一條由較小天體組成的帶狀區域。
哪些航天器訪問過小行星帶？
已有多艘航天器探索過小行星帶：
- Pioneer 10是第一艘於1972年飛越小行星帶並前往木星的航天器。
- Galileo在20世紀90年代研究了加斯普拉和伊達，並發現了達克提爾——已知的第一顆小行星衛星。
- Dawn成爲首個繞兩顆主帶天體運行的航天器：竈神星於2011年，穀神星於2015年。
- Psyche於2023年發射，目前正飛往富含金屬的小行星16 Psyche，預計將於2029年到達。
在小行星帶中發現的兩顆紅色天體是什麼？
2021年7月，日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）發現了兩顆巨大的小行星，它們的光譜比小行星帶中的其他任何天體都更紅。這兩顆小行星名爲203 Pompeja和269 Justitia。科學家認爲，它們可能形成於太陽系外緣附近，隨後在大約40億年前遷移到了小行星帶。
小行星帶對航天器危險嗎？
儘管電影中常常這樣表現，小行星帶並不是一個混亂的飛石區域。實際上，那裏的天體彼此相距極遠，通常相隔數十萬到數百萬千米。這就是爲什麼像 Pioneer 10、Galileo 和 Dawn 這樣的航天器能夠穿越小行星帶而不與太空岩石相撞。意外撞上小行星的概率極低。
說到危險，你知道 NASA 正在追蹤數千顆潛在危險小行星嗎？閱讀我們的《下一顆預計撞擊地球的小行星將在什麼時候到來？》文章，瞭解更多相關信息。
小行星帶可以被開採嗎？
從理論上來說，可以。適合開採的理想候選者是可能由鐵和鎳組成的小行星16 Psyche。根據一些估算，這顆小行星的價值可能高達數十萬萬萬億美元！然而，開採小行星是一項極其艱鉅的任務，可能需要我們目前尚不具備的技術。
還能從小行星上開採哪些其他資源？小行星採礦是否合法？在這張信息圖中查找這些以及許多其他問題的答案！
太陽系主小行星帶：總結
位於火星和木星之間的小行星帶，是數百萬個岩石天體的家園，從微小碎片到矮行星穀神星應有盡有。最有可能的是，這些天體是太陽系形成過程中遺留下來的物質，由於木星引力不斷擾亂這一區域，它們始終沒能形成一顆行星。與此同時，NASA 於2023年發射的 Psyche 任務目前正在前往探索這條帶中最引人注目的小行星之一，幫助我們更進一步理解行星本身曾經是如何形成的。你現在就可以使用免費的 Sky Tonight 應用，在你的天空中找到一顆小行星。
