小行星帶:從未形成的行星

~9 min
小行星帶:從未形成的行星

五十年前, 1972年7月15日,先驅者10號成為第一艘到達小行星帶的航天器。我們想借此機會談談太陽系這個奇怪的區域。小行星帶是怎麽形成的?它會不會是數十億年前被破壞的行星的殘余物?閱讀本文以獲得這些問題和許多其他問題的答案。

內容

什麽是小行星帶?

小行星帶是位于火星和木星軌道之間的區域。它擁有太陽系絕大多數小行星,並標志著內部岩石行星和外部氣體巨行星之間的邊界。它有時也被稱為主小行星帶,以區別于柯伊伯帶。主小行星帶包含四個大型天體(谷神星、竈神星、智神星和健神星)和數百萬個較小的天體。

誰發現了小行星帶?

直到19世紀中葉,人們才知道小行星帶的存在。然而,火星和木星之間的區域早在此之前就引起了天文學家的注意:他們在那個區域尋找了一顆行星。

1766年,德國天文學家提丟斯(Johann Daniel Titius)提出以下假設:從太陽系中心向外延伸,每顆行星距太陽的距離應約為其前行星的兩倍。根據這個假設(現在被稱為提丟斯-波得定則),在火星和木星的軌道之間有一顆尚未被發現的行星!

很多人都被這個想法迷住了。例如,一群名為天體警察的德國天文學家組織了一個大型國際項目來尋找“失蹤的行星”。然而,他們被意大利天文學家朱塞普·皮亞齊(Giuseppe Piazzi)超越,他在1801年發現了谷神星。該天體位于提丟斯-波得定則所預測的精確距離處。

當然,谷神星最初被認為是失蹤的行星。然而,很快,在同一區域發現了其他物體。1802年,幸運女神才對天警微笑笑:其成員海因裏希·奧爾伯斯(Heinrich Olbers),[奧伯斯佯謬]的作者,發現了智神星。在那之後,天體警察精神飽滿:1804年,卡爾·哈丁(Karl Harding)觀察到了 婚神星,而1807年,奧爾伯斯觀察竈神星

隨著在火星和木星之間發現越來越多的天體,很明顯它們太小而不能被視為行星。天王星的發現者威廉·赫歇爾(William Herschel)創造了“小行星”(asteroid)這個詞,它就堅持了下來。 大約在1850年代,“小行星帶”一詞開始使用

所以,小行星帶沒有一個發現者。朱塞普·皮亞齊觀察到了小行星帶中的第一個天體,然後其他天文學家在該區域發現了更多天體。

關于提丟斯-波得定則的一個有趣的腳注:當海王星于1846年被發現時,它的位置與提丟斯-波得定則的預測不符。看來提丟斯-波得定則只是數學上的巧合,而不是實際的物理定律!

小行星帶是如何形成的?

最初,天文學家認為小行星帶是在一顆大行星毀滅後形成的。這個理論屬于我們上面已經提到的奧爾伯斯。假想的行星被命名為法厄同星(Phaeton)。這一假說得到了世界各地許多天文學家的支持,並一直影響到20世紀末。

根據現代研究,小行星帶更可能是一顆從未形成的行星。大約46億年前,在太陽系的早期,小塊宇宙塵埃和岩石(稱為微行星)通過吸積過程形成。一些小行星最終變成了我們今天所知道的行星。然而,在火星和木星之間的區域,木星的引力影響並沒有讓小行星聚集成行星:相反,它們發生了碰撞和碎片化。這就是為什麽現在在這個區域有小行星帶。

小行星帶由什麽組成?

小行星帶主要由C型或碳質小行星組成。其他常見的類型是S型或矽酸鹽小行星和M型或金屬小行星。

絕大多數小行星都相對較小,只有大約30顆小行星的直徑大于200公裏。小行星帶中尺寸最大的天體是谷神星(940公裏)、竈神星(525公裏)、智神星(510公裏)和健神星(410公裏)。這四顆天體約占整個小行星帶質量的一半。重要的是要注意谷神星現在被認為是一顆矮行星,這使得竈神星成為小行星帶中最大的小行星。

谷神星是小行星帶中唯一一個大到足以保持球形的天體。大多數小行星看起來像土豆,但其中一些形狀更不尋常:比如小行星艷後星,它看起來像狗骨頭。

盡管你可能在科幻電影中看到過的東西,但小行星帶並不是一個擁擠的地方。它是如此之大,以至于兩顆小行星之間的平均間距約為一百萬公裏!所以通過小行星帶的航天器幾乎沒有發生碰撞的機會。

此外,小行星帶中的小行星分布並不均勻:在某些區域幾乎不存在它們。這些被稱為柯克伍德空隙的區域在木星的引力影響下清除了小行星。柯克伍德空隙以美國天文學家丹尼爾·柯克伍德(Daniel Kirkwood)的名字命名,他于1866年首次觀察到它們。

什麽航天器訪問了小行星帶?

自1970年代以來,多個太空探測器已到達小行星帶並研究其天體。我們將提到過去三個最著名的任務和一個令人興奮的未來任務。

  • 第一個到達小行星帶的航天器是先驅者10號;在其前往木星的任務中,它于1972年飛越了小行星帶。
  • 伽利略號探測器于1989年研究了小行星951(Gaspra)和艾女星(Ida),並發現了圍繞小行星的第一顆衛星(艾女星的衛星,名艾衛或Dactyl)。
  • 黎明號探測器成為第一個訪問小行星竈神星(2011年)和谷神星(2015年)的探測器。
  • 計劃于2023年發射的靈神星探測器宇宙飛船將訪問靈神星(Psyche)。科學家認為,這顆小行星可能是一顆原行星的鐵核。

你能看到小行星帶嗎?

你看不到小行星帶本身,但你肯定能看到它的一些小行星。小行星帶中最大的四個天體(谷神星、竈神星、智神星和健神星)可以通過小型望遠鏡甚至大型雙筒望遠鏡進行觀察。觀察小行星的最佳時間是在沖日期間,當它在天空中最亮的時候。下面我們提供上述天體即將到來的沖日期。在括號中,你可以看到它們將達到的亮度。

  • 竈神星(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,請使用Sky Tonight應用。點擊屏幕底部的放大鏡圖標,輸入小行星的名稱,然後點擊相應搜索項上的藍色目標圖標。

常問問題

小行星帶離地球有多遠?

地球與距離它最近的小行星帶邊緣之間的距離在1.2到2.2個天文單位之間。一個天文單位是地球到太陽的平均距離,等于1.5億公裏。

小行星帶中有多少顆小行星?

根據歐空局,小行星帶包含一到兩百萬顆直徑大于一公裏的小行星。此外,那裏還有數百萬個較小的天體。截至2022年4月,天文學家在小行星帶中發現並編號了598,053顆小行星

小行星帶中最大的物體是什麽?

小行星帶中最大的天體是矮行星谷神星,直徑940公裏。請觀看我們關于谷神星的視頻以了解有關它的有趣事實。

為什麽小行星帶現所在的位置沒有形成行星?

小行星帶沒有成為行星,因為它離木星太近了。這顆氣態巨行星巨大的引力影響阻止了小行星聚集成一個大天體。

小行星帶中發現的兩個紅色物體是什麽?

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,其光譜比小行星帶中任何其他物體的光譜都要紅得多。這些小行星被稱為龐培星(203 Pompeja)和小行星269(269 Justitia)。科學家們認為,它們可能是在太陽系外緣附近形成的,然後在大約40億年前遷移到小行星帶。

小行星帶可以開采嗎?

理論上是可以做到的。一個理想的采礦候選者是可能由鐵和鎳制成的靈神星。根據一些估計,這顆小行星可能價值數百億億美元!然而,開采小行星是一項極其艱巨的任務,需要我們目前可能沒有的技術。

總結:火星和木星之間的小行星帶是包含數百萬不同形狀和大小的太空岩石的區域。最有可能的是,這些小行星是我們太陽系創建時的殘余物,由于木星的引力影響,它們沒有合並成一顆行星。下一個向小行星帶的太空任務是美國國家航空航天局的靈神星任務,計劃于2023年發射。

Trustpilot