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走近“小行星”

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也许是因为太远而遥不可及,也许是因为太美丽而只能远观,更也许,相对于这些闪耀的活了千万年的“小行星”来说,我们自己是那样渺小,生命如此短暂。普通大众和这些“小行星”就像两条平行线,各自闪耀或者挣扎在自己的运行轨道里。但是,现在,在无垠的太空中,有了一颗小行星,她的名字叫“丽江”,这个名字和我们这块小小的却有“三个遗产”称号的土地一样的名字。这像是某种启示,丽江这片太空中小小的地球上的土地,可与星空中的某一个亮点互相辉映。不管是因为有了冉冉升起的“丽江”这片热土才有了“丽江星”,还是有了“丽江星”以后,“丽江”会有更多的“亮点”受到关注,现在,也许是一个机会,让我们因为有了“丽江星”而了解一些太空中这些和我们一起生存和消亡的可能有生命可能无生命的“小行星”。

小行星是太阳系内类似行星环绕太阳运动,但体积和质量比行星小得多的天体,只有少数小行星的直径大于100千米。 至今为止在太阳系内一共已经发现了约22万颗小行星,但这可能仅是所有小行星中的一小部分,根据估计,小行星的数目可能会有50万颗。

小行星研究的历史

1760年有人猜测太阳系内的行星离太阳的距离构成一个简单的数字系列。按这个系列在火星和木星之间有一个空隙,这两颗行星之间理应有一颗行星。18世纪末有许多人开始寻找这颗未被发现的行星。当时欧洲的天文学家们组织了世界上第一次国际性的科研项目,在哥达(德国东部城市)天文台的协调下,将全天分为24个区,欧洲的天文学家们系统地在这24个区内搜索这颗被称为“幽灵”的行星。但没有取得任何成果。

1801年1月1日晚上,意大利天文学家皮亚齐在西西里岛上巴勒莫的天文台发现了一颗星图上找不到的星体。皮亚齐本人并没有参加寻找“幽灵”的项目,但他听说过这个项目,他怀疑他找到了“幽灵”,因此他在此后数日内继续观察这颗星。他将他的发现报告给哥达天文台,称他找到了一颗彗星。此后皮亚齐生病了,无法继续他的观察。而他的发现报告用了很长时间才到达哥达,此时那颗星已经向太阳方向运动,观测起来非常困难了。

与此同时,德国数学家高斯发明了一种计算行星和彗星轨道的方法,用这种方法只需要几个位置点就可以计算出一颗天体的轨道。高斯读了皮亚齐的发现后就将这颗天体的位置计算出来送往哥达。奥伯斯于1801年12月31日晚重新发现了这颗星。后来这颗星被命名为谷神星。1802年奥伯斯又发现了另一颗天体,他将它命名为智神星。1803年婚神星,1807年灶神星相继被发现。一直到1847年,又发现了第五颗小行星义神星。截止到1890年已有约300颗已知的小行星了。

1890年摄影术进入天文观测,对天文学的发展给予了巨大的推动。此前要发现一颗小行星,天文学家必须长时间记录每颗可疑的星的位置,比较它们与周围星位置之间的变化。但在摄影底片上一颗相对于恒星运动的小行星会拉出一条线,因此很容易被确定。而且随着底片感光度的提高,它们可以比人眼更灵敏,即使比较暗的小行星也可以被发现。摄影术的引入使得发现小行星的数量迅速增长。1990年前后,电荷藕合器件(CCD)开始应用于天文观测。加上计算机分析技术的完善,越来越多的小行星在很短的时间里被发现。

一颗小行星的轨道被确定后,天文学家可以根据对它的亮度和反照率的分析来估计它的大小。但这个方法还是有些不可靠,因为每颗小行星的表面结构和成分可能不同,单单从反照率获得的结果往往误差较大。

更精确的数据可以使用雷达观测来取得。天文学家使用射电望远镜向小行星发射大功率的无线电波。通过测量反射波到达的速度可以计算出小行星的距离。对其它数据(衍射数据等)的分析则可推导出小行星的形状和大小。此外,观测小行星掩星的方法也可以比较精确地推算小行星的大小。

小行星的命名

小行星的名字由两个部分组成:前面的一部分是一个永久编号,后面的一部分是一个名字。每颗被证实的小行星先会获得一个永久编号,发现者可以为这颗小行星建议一个名字。这个名字要由国际天文联会批准才被正式采纳,原因是因为小行星的命名有一定的规则。因此有些小行星没有名字,尤其是在永久编号在万以上的小行星。在小行星的轨道可以足够精确地被确定后,那么它的发现就算是被证实了。在此之前,它只有一个临时编号,是由它的发现年份和两个字母组成,比如2004 DW。

第一颗小行星是皮亚齐于1801年在西西里岛上发现的,他给这颗星起名为谷神・费迪南星。前一部分是以西西里岛的保护神谷神命名的,后一部分是以那波利国王费迪南四世命名的。但国际学者们对此不满意,因此将第二部分去掉了。因此第一颗小行星的正式名称是小行星1号谷神星。 此后发现的小行星都是按这个传统以罗马或希腊的神来命名的,比如智神星、灶神星、义神星等等。

但随着越来越多的小行星被发现,最后古典神的名字都用光了。因此后来的小行星以发现者的名字、历史人物或其他重要人物、城市、童话人物名字或其它神话里的神来命名。比如小行星216以埃及女王克利奥帕特拉七世命名,小行星719以阿尔伯特・爱因斯坦命名,小行星17744以女演员茱迪・福斯特命名,小行星1773以格林童话中的一个侏儒命名,等等。截至到2005年11月16日,已计算出轨道的小行星305,224颗,获永久编号的小行星120,437颗,获命名的小行星12,712颗。 对于一些编号是1000的倍数的小行星,习惯上以特别重要的人、地、物等来命名(但偶有例外)。

部分与中国有关的著名小行星

第一颗与在中国土地上发现的小行星:193 瑞华星(Juewa)(发现者J.C. Watson)

第一颗由中国人发现的小行星:1125 中华(China) (发现者张钰哲)

第一颗以中国人名命名的小行星:1802 张衡(Zhang Heng)(发现者紫金山天文台)

第一颗以中国地名命名的小行星: 2045 北京(Peking)(发现者紫金山天文台)

第一颗以中国太空船名字命名的小行星:8256 神舟(Shenzhou)(发现者紫金山天文台)

小行星的轨道

小行星带的小行星:约90%已知的小行星的轨道位于小行星带中。小行星带是一个相当宽的位于火星和木星之间的地带。谷神星、智神星等首先被发现的小行星都是小行星带内的小行星。

火星轨道内的小行星:火星轨道内的小行星总的来说分三群:阿莫尔型小行星群:这一类小行星穿越火星轨道并来到地球轨道附近。其代表性的小行星是1898年发现的小行星433,这颗小行星可以到达离地球0.15天文单位的距离。1900年和1931年小行星433来到地球附近时,天文学家利用这个机会来确定太阳系的大小。1911年发现的小行星719后来又失踪了,一直到2000年它才重新被发现。这个小行星组的得名的小行星1221阿莫尔的椭圆轨道距离太阳从1.08到2.76天文单位(1天文单位等于1.5亿千米),这是这个群中小行星典型的轨道。阿波罗小行星群:这个小行星群的小行星的轨道位于火星和地球之间。其中一些小行星的轨道的椭圆偏心率非常高,它们的近日点一直到达金星轨道以内。这个群典型的小行星轨道有1932年发现的小行星1862阿波罗,它的轨道距太阳在0.65到2.29天文单位之间。小行星69230在仅1.5倍地球-月球距离(地-月平均距离38万千米)处飞略地球。

阿登型小行星群:这个群的小行星的轨道一般在地球轨道以内。其名来自1976年发现的小行星2062阿登。有些这个组的小行星的偏心率比较高,它们可能从地球轨道内与地球轨道相交。

以上这些小行星被统称为越地小行星。近年来对这些小行星的研究越来越重视,因为它们至少理论上有可能与地球相撞。其中比较重要的项目有林肯近地小行星研究计划(LINEAR)、近地小行星追踪(NEAT)和洛维尔天文台近地天体搜索计划(LONEOS)等。

在其它行星的轨道上运行的小行星:在其它行星轨道的拉格朗日点上运行的小行星被称为特洛伊小行星。最早被发现的特洛伊小行星是在木星轨道上的小行星,它们中有些在木星前,有些在木星后运行。有代表性的木星特洛伊小行星有小行星588和小行星1172。第一颗火星特洛伊小行星,小行星5261是在1990年发现的,此后还有其它四颗火星特洛伊小行星被发现。

土星和天王星之间的小行星:土星和天王星之间的小行星有一群被称为半人马小行星群的小行星,它们的偏心率都相当大。最早发现的半人马小行星群内的小行星是小行星2060。估计这些小行星是从柯伊伯带中受到其它大行星的引力干扰而落入一个不稳定的轨道中的。

柯伊伯带的小行星:海王星以外的小行星属于柯伊伯带,在这里天文学家们发现了最大的小行星如小行星50000等。

另外,一直有人猜测水星轨道内也有一个小行星群,但至今为止这个猜测未被证实。

小行星的成分

通过光谱分析所得到的数据可以证明小行星的表面组成很不一样。按其光谱特性小行星被分为以下几类:

C-小行星:这种小行星占全部小行星的75%,因此是数量最多的小行星。C-小行星的表面含碳,反照率非常低,只有0.05左右。一般认为C-小行星的构成与碳质球粒陨石(一种石陨石)的构成一样。一般C-小行星多分布于小行星带的外层。

S-小行星:这种小行星占所有小行星的17%,是数量第二多的小行星。S-小行星一般分布于小行星带的内层。反照率比较高,在0.15到0.25之间。它们的构成与普通球粒陨石类似。这类陨石一般由硅化物组成。

M-小C:剩下的小行星中大多数属于这一类。这些小行星可能是过去比较大的小行星的金属核。它们的反照率与S-小行星的类似,构成可能与镍-铁陨石类似。

此外,还有E-小行星、V-小行星、G-小行星等等几种较为稀少的种类。

过去人们以为小行星是一整块完整单一的石头,但小行星的密度比石头低,而且它们表面上巨大的环形山说明比较大的小行星的组织比较松散。它们更像由重力组合在一起的巨大的碎石堆。这样松散的物体在大的撞击下不会碎裂,而可以将撞击的能量吸收过来。完整单一的物体在大的撞击下会被击碎。此外,大的小行星的自转速度很慢。假如它们的自转速度高的话,它们可能会被离心力解体。今天天文学家一般认为大于200米的小行星主要是由这样的碎石堆组成的。而部分较小的碎片更成为一些小行星的“卫星”,如小行星87便拥有两颗“卫星”。

小行星的来源

最初,天文学家们以为小行星是一颗在火星和木星之间的行星破裂而成的,但小行星带内的所有小行星的全部质量加起来,却比月球的质量还要小。现在天文学家认为小行星是太阳系形成过程中没有形成行星的残留物质。木星在太阳系形成时的质量增长最快,小行星带地区的小行星的轨道受到木星的干扰,不断地碰撞和破碎。其它的物质被逐出它们的轨道与其它行星相撞。大的小行星在形成后由于铝的放射性同位素26Al(可能还有铁的放射性同位素60Fe)的衰变而变热。较重的元素如镍和铁,在这种情况下向小行星的内部下沉,轻的元素如硅则上浮。这样就造成了小行星内部物质的分离。在此后的碰撞和破裂后所产生的新的小行星的构成因此也不同。这些碎片中的一小部分后来落到地球上,就成为陨石。