小行星发现史话

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一次次出人意料的科学发现，构成了一部人类发现小行星的历史。

提丢斯－波得定则的预言

1543年，伟大的波兰天文学家哥白尼发表了他的划时代名著《天体运行论》。之后，行星围绕太阳运行的“太阳中心说”日益为越来越多的人所接受，人们开始思考行星在太阳系里如何分布。1766年，德国一位中学老师提丢斯在翻译－本荷兰文著作《自然的探索》时，将他对行星距离的研究成果作为脚注加在书中，内容如下：

如果把土星到太阳的距离作为100单位，那么水星就离太阳4个单位，金星离太阳为4+3=7个单位，地球为4+6=10个单位，火星为4+12=16个单位。但从火星再向前，就出现了例外，偏离了这个数列，因为按理火星以下的位置应为4+24=28个单位，然而在那个位置上，现在既没有发现行星，也没有发现任何卫星存在。难道是造物主使一个行星离开了这儿才造成这个空隙的吗？不！我们可以满怀信心地打赌，毫无疑问，那儿一定会有天体。越过这个空隙后，则木星到太阳的距离为4+48=52个单位，土星为4+96=100个单位。这是多么值得赞美的关系！

提丢斯没有过多地张扬自己的发现，他加在译著中的这段话并未引起人们的注意。到了1772年，德国天文学家波得看到了提丢斯的这个有趣脚注，立即被其中的奇妙数列所吸引，几乎原封不动地把提丢斯的话搬进了他的《星空研究指南》一书。波得后来担任了柏林天文台台长，借助他的声望，提丢斯的发现才得以广泛传播。1787年，天文学家乌尔姆（UIm）在深入研究其中的规律后，总结出一个经验公式：an=0.4+0.3×2n-2（天文单位）。式中an为以天文单位（日地距离）计量的行星到太阳的平均距离，n为行星的序号，不过水星应取－∞。

关于行星距离的这个法则，由于是提丢斯首先发现，后来因波得的转述和宣传而得以传播，后人就称之为提丢斯一波得定则。提丢斯和波得都认为在火星和木星轨道之间还应该有一颗行星。波得还预言了它的公转周期为4.5年。对于这一推断，人们见仁见智，争议纷纭。但有不少人深表怀疑，认为这是毫无根据的臆想，就连著名哲学家黑格尔也竭力反对。自然，也有许多人对此深信不疑，甚至着手用望远镜去搜寻这个隐匿在茫茫太空中的地球的“兄弟”。

其实，早在1596年，开普勒就富有前瞻性地认识到这个情况。他在《神秘的宇宙》一书中写道：“在木星与火星之间我要放进一颗行星。”因为他认为行星离太阳越远，运行速度就越慢，而速度的改变应符合一定的规律。显然木星与火星相比，运行速度有一个异乎寻常的跳变。

英国天文学家威廉·赫歇尔（1738年～1822年）原本是一位天好者，他热衷于自己制作天文望远镜，并用来观察星空。他的望远镜越做越大，先后四次巡视了整个天空，每次都用了几年时间。当他用自制的一架口径16厘米、焦距2.1米的反射望远镜，配上放大227倍的目镜作第二次巡天观测时，1781年3月13日，发现在双子座H附近，有一颗星在望远镜视场中显得非常明亮，而且似乎具有一定大小的视圆面。通过连续几夜的跟踪观测，赫歇尔发现它在星空背景中的众恒星间缓慢穿行。不久，它被确认是一颗新行星。后来，它被命名为天王星。

发现天王星后，经过测量和计算，得出它与太阳的平均距离为19.18天文单位。用上面的公式来算，应取n=8，得an=19.6，与实际距离相差无几。这一发现有力地证实了提丢斯一波得定则的正确性，使怀疑论者哑口无言，即使大名鼎鼎的黑格尔，对此也不得不承认自己在这方面的见解“不令人满意”。这极大地鼓舞了定则的支持者们，也更促使他们去奋力寻找那离太阳2.8天文单位的未知行星，可是直到18世纪末的近20年间都未寻得其影踪。

谷神星的发现

18世纪的德国尚未统一，分布着许多大大小小的城邦国家，其中有一个叫哥达。哥达的宫廷天文学家冯·扎赫（B.von　Zach，1754年～1832年）看到天王星如此符合提丢斯－波得定则，对于在火星与木星之间存在行星更是深信不疑。1787年，他对那个“空隙”作了搜索，试图在那里找到行星，结果一无所获。1799年，冯·扎赫拜访了许多德国同行，与他们讨论，逐渐形成了组织起来联合探索的想法。1800年9月，扎赫在利林塔尔镇会见了包括该镇镇长、著名天好者施罗特（J.H.Schroter，1745年～1816年）在内的五位志同道合者，其中还包括天好者、医生奥伯斯（H.Olbers，1758年～1840年）和天文学家哈尔丁（C.Harding，1765年～1834年）。他们决定号召全欧洲的杰出天文观测者合作，组成一支包括24名“天空巡警”的观测队，由施罗特担任“队长”，每人分配黄道带上的一个区域，要求在各自的区域内仔细地搜寻预言中的未知天体。他们拟议的合作者之中，有一位是意大利西西里岛巴勒莫天文台的皮亚齐。巴勒莫天文台位于欧洲的最南端，皮亚齐是该天文台台长。但是，就在皮亚齐本人还不知道自己已经成了“预备巡警”时，却“逮住”了一个隐匿的“嫌疑人”。

事情就在19世纪的第一个夜晚发生了转机。1801年1月1日的夜间，皮亚齐又开始进行观测。那时他在编制一部恒星星表。他测量了黄道带上金牛座一颗恒星的位置，察觉到这颗恒星的附近有一个暗弱的陌生星点，于是也做了测量。第二天，他仍然把望远镜对准那个天区，令他吃惊的是，发现那个陌生的不速之客相对于不动的恒星背景已移动了4′的距离。以后多天的连续观测，都能看到它在恒星问的移动。这很可能是一颗新行星！

整个1801年1月，只要天气条件允许，皮亚齐就去观测他所发现的这个太阳系新成员。到了2月中旬，这个天体运行到了太阳附近。它被发现没有多久，在天空只移动了很短的一个弧段，天文学家就面临着它将被太阳光淹没的窘境。天文学家们必须算出它的轨道，以便当它从阳光的遮蔽之下复出时，能够重新找到它。但是，要根据一段短短的弧段去算出整条轨道，谈何容易！当时人们还没有掌握适当的方法，只能眼睁睁地看着这个“新行星”丢失在茫茫星海中。

同年11月，德国数学家高斯发展了一种利用三次观测资料计算行星轨道的数学方法。他利用皮亚齐的观测资料，计算出这个新天体的轨道，指出它的轨道是椭圆，其半长径（即到太阳的平均距离）为2.77天文单位，绕太阳的公转周期为1680天。这个消息一传到冯·扎赫的耳中，他立刻开始搜索这颗“丢失”了大半年的行星。就在当年最后一天的晚上，他在高斯所预言的位置上重新找到了这颗星。

皮亚齐发现的“行星”正好在火星与木星的轨道之间，与提丢斯一波得定则预言的位置2.8天文单位相当吻合；公转周期与波得所预言的也相差不到1个月。看来问题得到了圆满解决。皮亚齐根据惯例，把这颗“新行星”命名为“塞雷斯”（Ceres），这是西西里岛传说中的农业守护神，中文就译为“谷神星”。

谷神星冲日时，也就是在距离地球几乎最近的位置上，也不过是颗8等星，亮度只有木星的1／1000。然而它冲日时的距离只有木星冲日距离的40％，既然它的距离近得多而亮度如此低，说明它的“个子”一定很小。由此推算，它的直径大约为950千米，只比月球的1／3稍大，而其质量只有月球的2％。谷神星作为一颗行星，竟然远逊于一颗卫星，因此只能叫做“小行星”了。小行星这个词是威廉·赫歇尔起的，多少带有一些贬义，因为他本人在20年前发现了一颗货真价实的大行星天王星。月球虽然比谷神星大，不过论起辈分来，月球还要管谷神星叫“叔叔”，因为月球是环绕地球运转的卫星，而谷神星却是与地球肩并肩地环绕太阳运行的“兄弟”。谷神星是球状的，是最大的一颗小行星。2006年，国际天文联合会定义了矮行星以后，它从小行星的队伍里脱颖而出，升格为矮行星。因为它符合矮行星的定义，与小行星的不同之处在于它的质量足够大，能够靠自身的引力形成球形。

小行星成群结队“报到”

谷神星太不起眼，以至于有人认为在2.8天文单位处一定还有另一颗“真正的”行星。于是他们继续毫不气馁地在天空搜寻。老天不负有心人，“巡警队员”奥伯斯于1802年3月28日晚上发现了一个亮度为7等的新天体，但这也只是一颗小行星，而非人们期待的“大行星”，估算其轨道也在火星与木星之间。他把它取名为“智神星”。计算表明智神星的轨道与谷神星几乎一样，智神星和谷神星不啻一对“双生子”。

可是好事多磨，“一山不容二虎”，一个行星轨道之内岂能容纳两颗同类行星？！观念僵化和思维定势阻碍人们正视事实，有人拒绝承认奥伯斯的发现，甚至加以诘难。继智神星之后，1804年9月1日，另一位“巡警队员”哈尔丁发现了第三颗小行星婚神星。1807年3月29日，奥伯斯又发现了第四颗小行星灶神星。小行星大军中的这四个“先驱者”，的确是“四大金刚”，最大也最亮，因而较容易发现。

过了30多年，直到1845年德国天好者亨克（K.L.Hencke）才发现了第5颗小行星义神星，1847年他又发现了第6颗韶神星。也是在1847年，英国天文学家欣德（J.R.Hind）在伦敦发现了7号虹神星和8号花神星。

此后，每年都有新成员加入小行星的行列。到1868年被发现的小行星数目已达到100颗。19世纪90年代，照相术应用于天文观测，天体的发现被注入了强大的驱动力。即以德国海德堡的天文学家沃尔夫（M.Wolf，1863年～1932年）为例，他一个人用天体照相术就发现了225颗小行星。这样，到19世纪末，被发现的小行星已超过了400颗。20世纪以来，小行星的花名册扩展更加迅速。到2008年6月中旬末，已发现小行星41万多颗，己编号的约有18.9万颗，已获永久命名的有14500多颗。估计小行星的总数在100万颗以上。

由于小行星的大量发现，天文学家在火星与木星轨道之间确定了一个小行星带，绝大部分小行星都在这个带里运行，它们的近日距（过近日点时与太阳的距离）不小于1.5天文单位。

可是有些小精灵却越轨而行，不在这个主带内运行。1898年发现了一颗小行星，正式编号为433号。天文学家算出它的轨道之后吃了一惊，原来它的轨道竟整个儿在火星的轨道之内。特别在它过近日点时，它的近日距只有1.13天文单位，几乎接近地球轨道。由于它如此“亲近”地球，被赋予了“爱罗斯”（Eros）的雅号。爱罗斯是希腊神话中的小爱神，中文就译成“爱神星”。继它之后，又陆续地发现了几颗类似的小行星。到了1932年，新发现的小行星阿摩尔（Amor，拉丁神的意思）的近日距只有1.09天文单位，成为当时已发现的小行星中最接近太阳的冠军。天文学家于是把近日距在地球与火星轨道之间的这类近地小行星，叫做阿摩尔型小行星。现在已知的近日距最短的阿摩尔型小行星是第2061号安扎（Anza），它的近日距只有1.0455天文单位。

可是阿摩尔的桂冠不久就被夺走了。两个月后发现的一颗小行星，其近日距只有0.65天文单位。它不仅越过了火星轨道的“雷池”，甚至还相继穿越地球和金星轨道，飞到了比金星更靠近太阳的地方。后来它以太阳神阿波罗冠名。以后的数十年里，又有20多颗这类小行星被发现，且不断“打破纪录”。例如，1949年发现的伊卡鲁斯（1566号）的近日距只有0.187天文单位，1983年发现的法厄同（3200号）的近日距更近到只有0.139天文单位。这类近日距小于1天文单位的小行星被称为阿波罗型小行星。显然，阿波罗型小行星的轨道与地球的轨道是相交的。

在小行星的发现史上也有中国天文学家的成就。1928年，我国著名天文学家张钰哲发现了第1125号小行星，并将其命名为“中华”。后来，由于他在发现和研究小行星方面的卓著功绩，他本人的名字也用以命名小行星（2051号）。60年来，我国的小行星研究成果卓著，我国的天文台已经发现了数千颗小行星，而且其中的一些以我国的著名科学家或我国的地名来命名。