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漫谈小行星的诞生
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摘要：提到小行星,还要先从行星说起｡很久以前,人们就发现,天空中除了太阳和月亮,还有五颗与众不同的明星｡这五颗星星在天空的位置会移动,如同在星空中不停地“行走”｡于是,人们给它们取了一个非常形象的名字:行星｡
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嗨,大家好!我是你们的老朋友一天文望远镜｡最近,听说人工智能､悟空号､嫦娥四号､GPS定位､无人机等新科技和新设备都在杂志中纷纷露面,这让我这种元老级天文设备很是羡慕啊｡刚才,听到小智和小新在讨论小行星的身世之谜,就这个话题,我必须毛遂自荐!因为,小行星就是通过我的某位曾曾曾祖父发现的｡
提到小行星,还要先从行星说起｡很久以前,人们就发现,天空中除了太阳和月亮,还有五颗与众不同的明星｡这五颗星星在天空的位置会移动,如同在星空中不停地“行走”｡于是,人们给它们取了一个非常形象的名字:行星｡此后相当漫长的一段时间里,人们都认为,太阳系中除了地球,就只有金､木､水､火､土五大行星｡直到有了天文望远镜,也就是我们家族的出现,这个认知才被打破｡
七大行星各就位
1781年,英国天文学家赫歇尔用自己制作的“七英寸望远镜”进行巡天观测,突然,他注意到金牛座里的一颗星与别的恒星不太一样｡在我这位曾曾曾祖父的帮助下,赫歇尔发现这颗星是一个圆面,而不像其他恒星那样,是个亮点｡
▲发现天王星的赫歇尔
这是怎么回事呢?赫歇尔觉得奇怪,就对这颗星作了标记｡4天以后,当再次观测这颗星的时候,赫歇尔激动地发现,它的位置发生了移动｡这一发现震惊了当时的天文学界｡后续的观测证明,这颗星其实不是恒星,而是一颗大行星,也就是“天王星”｡
茫茫星海等“星”来
太阳系第七颗行星一一天王星的发现,为赫歇尔带来盛誉｡人们心想,既然存在第七颗行星,那么天空中是否还有更多未被发现的行星呢?许多天文学家摩拳擦掌,纷纷投入到寻找新行星的行动中来｡可是,星海茫茫,去哪里寻找新行星呢?天文学家们一筹莫展,对着满天繁星望眼欲穿｡
▲木星轨道和火星轨道之间有明显的距离
就在这时,有人看到太阳系各行星轨道的示意图,越看越觉得不对劲:这火星和木星轨道间的距离不太正常啊,这怎么看都有点大｡随后,又有人指出:早在发现行星运动三大定律时开普勒就注意到,火星到木星之间突然有个大跳跃!
还有人想起“提丢斯-波德”公式的启示:即距太阳2.8天文单位的地方应有一颗行星!种种证据似乎表明,火星和木星之间应该存在一颗未被发现的行星｡于是,天文学家将我的曾曾曾祖父指向距离太阳2.8天文单位的地方,期待在那里发现新行星｡
行星神秘失踪事件
我们知道,天空中肉眼可见的星星有六七千颗之多｡如果借助小型天文望远镜,可以观测到的亮度在8等星以上的星星多达十万颗｡我的曾曾曾祖父级别很低,那时的观测技术也不发达｡面对数量如此庞大的星星家族,天文学家该从何入手呢?
天文学家们在无奈之下,选择了类似于“查户口”的方法,在浩渺的星河里展开行星大排查｡他们先确定天空中每颗星星的坐标,过段时间后重新测量它们的坐标｡把两次结果进行比对,如果发现某颗星星的位置发生了移动,那就继续对它进行跟踪观测,直到确定它是否是行星｡
看到这里,或许你会想:“这算什么方法?照这么查下去,那得等到何年何月?”的确,这也是让我的曾曾曾祖父十分钦佩的一件事情｡就这样,年复一年,曰复一曰,尽管机会渺茫,幸运还是降临了｡
1801年1月1曰的晚上,从事这项排查工作长达11年之久的意大利天文学家皮亚齐,对金牛座50颗星星的坐标做了记录｡第二天,当他对这些星星的数据进行复核时,发现其中有一颗暗淡星体的位置移动了4角分(角分是一个非常小的角度单位,1｡=60角分)的距离｡皮亚齐顺着线索跟踪观测,确定了它在恒星间的运动轨迹｡不巧的是,一个月后,皮亚齐病倒了,他将这一发现写信告诉其他天文学家｡但是,当那些天文学家收到信的时候,这颗行星已经运行到太阳附近,观测不到了｡
数学天才锁定新行星
怎样才能找到这颗失踪的新行星呢?
当时,皮亚齐仅得到24次观测数据,￥之天体轨道的计算非常复杂,一次计算可能要花费几个月的时间,所以对这颗新行星的寻找计划又被搁置了｡’当时的情形,就如同刚刚捞到的银针又重新沉入大海｡
这时,德国的一位数学天才崭露头角,他仅用了几个星期的时间,就计算出了新行星的轨道｡这位数学天才,就是后来被称为“数学王子”的高斯｡根据高斯的计算结果,天文学家们竟然真找到了这颗失踪的新行星｡最让人惊叹的是,它的位置距离高斯的预测只差半度!高斯的计算结果还指出,这颗新行星的运行轨道是椭圆,半长径为2.77天文单位,位于火星和木星之间｡这正好与“提丢斯-波德”公式计算的轨道相对应｡
这个故事在我们天文望远镜家族中一直流传下来｡我第一次听到这个故事时,遗憾自己出生太晚,没能亲眼一睹这位数学天才的风采!
突如其来的小行星
新行星失而复得｡它的发现者皮亚齐将它命名为谷神星｡不过,麻烦很快就来了｡1802年3月28日,距离谷神星被重新发现仅仅过了三个多月,德国天文学家奥伯斯在谷神星附近又发现一颗移动的星星,即智神星｡高斯计算了它的轨道,结果发现它与谷神星几乎完全一样,半长径也是2.77天文单位｡一个轨道里竟然有两颗行星,这又是什么情况?
天王星的发现者赫歇尔也对它们进行了观测｡他估算谷神星的直径只有260千米(事实上谷神星直径约1000千米),与其他行星比起来实在是太小｡综合考量之后,赫歇尔将它们称为“asteroid”,意为“像星星一样小的物体”,也就是我们今天说的“小行星”｡后来,在1804年和1807年,天文学家又分别发现了3号小行星——婚神星和4号小行星——灶神星,它们的轨道也基本符合“提丢斯-波德”公式的推算结果｡于是,有人猜测,火星和木星之间的那颗未知行星已经爆炸成多个碎块,成了小行星｡
群累环绕的小行星带
天文学家的目标本来是发现大行星,小行星的意外出现,使大家失去了继续寻找新行星的兴趣｡直到1845年,人们才发现了第5号小行星——义神星｡
18世纪90年代以后,天体照相技术的应用,使发现小行星的概率大大提高,几乎每年都有新的小行星被发现｡到1923年,第1000颗小行星被人们发现,它被命名为“皮亚齐小行星”｡1928年,我国天文学家张钰哲在美国g加哥大学进行天文观测时,发现了第1125颗小行星,将其命名为“中华”｡到了当代,利用CCD(图像控制器)和计算机技术,使得观测和计算变得更为高效,甚至只需要几个小时的观测,便可以确定一颗新的小行星的轨道｡迄今为止,国际小行星数据库中已有78万颗以上的小行星｡这些小行星当中,超过90%都位于火星和木星轨道之间,也就是天文学家称作“小行星带”的区域｡
最后,我们回到上文中的问题,为何火星和木星轨道之间都是些小行星,而没有预期中大行星的存在,难道真的是那颗大行星爆炸了吗?关于这个问题,只依靠我们天文望远镜是无法解答的｡不过,我听我的主人,也就是那位无所不知的阿能博士讲过,现代理论认为,在太阳系八大行星中,木星最先长大,那时候的木星比现在要更靠近太阳｡木星强大的引力很快将位于小行星轨道上的大部分物质吞噬,使得那里的物质不足以聚集成一颗大行星,最终只残留下了一些行星的“建小行星｡如此看来,弱肉强食的规则在行星之间也是通用的!
王科超.小行星的身世之谜[J].新世纪智能,2019(9):20-24.
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先进天基太阳天文台(AdvancedSpace-basedSolarObservatory,ASO-S)是中国首颗太阳专用观测卫星[1],硬X射线成像仪(HardX-rayImager,HXI)作为其3台载荷之一主要负责在30–200keV能段对耀斑源区进行成像、能谱和光变观测,以研究耀斑磁重联中的能量释放和高能电子加速等物理过程[2].
2020-08-27
太阳黑子是产生于太阳表面的，容易被观测的太阳活动现象，其所在的太阳区域有强磁场的聚集。对太阳黑子的观测和分析对于人类理解和研究太阳活动具有重大意义，如帮助天文学者研究耀斑的爆发与黑子群的相关性[1]。随着太阳物理学以及观测设备的发展[2,3]，人们对于太阳黑子观测产生的数据量呈爆发式增长趋势。
2020-08-27
莱曼阿尔法太阳望远镜(LST)[1,2,3]是先进天基太阳天文台(ASO-S)[4,5]卫星的3个有效载荷之一,它由白光太阳望远镜(WST)、全日面成像仪(SDI)、日冕仪(SCI)和导星镜(GT)组成[2,6].SDI和WST的视场为1.2倍太阳半径,SDI的工作波段为莱曼阿尔法波段(121.6±7.5nm),WST的工作波段为紫外窄带连续谱(360±2.0nm)[2,6].
2020-08-27
太阳是太阳系的中心,也是距离我们最近的一颗恒星,它孕育了地球的万物.太阳耀斑和日冕物质抛射(CME)是太阳大气乃至整个行星际空间能量释放最为剧烈的两类爆发现象,蕴含着丰富的物理过程[1,2,3,4].太阳磁场是引起太阳活动的一个根本原因,是太阳上各种活动现象的能量来源.对于它们的研究,既能加深人们对太阳的认识和理解,又能帮助人们理解宇宙中其他恒星上发生的类似现象[5,6].
2020-08-27
19世纪50年代,Bobcock父子利用机械扫描的方法,将狭缝光谱仪测量的线源(一维)目标的磁场通过机械扫描获得日面二维磁图,该磁图具备多波长、非实时的特点(光谱型磁像仪).到了70年代发明了视频磁像仪,从而能够获得某一波长的实时二维磁图(滤光器型磁像仪)[1].我国太阳磁场的观测研究始于上世纪80年代,中国科学院国家天文台怀柔太阳观测基地研制的35cm太阳磁场望远镜[2]、60cm多通道望远镜[3]以及全日面太阳望远镜[4]均进行太阳磁场的观测,都属于滤光器型磁像仪.
2020-08-27
公元 4943 年，X 国科学家预测一颗来自太阳系外的未标明巨行星将在 20 年后撞击地球。这个消息一经传出，马上就如洪水猛兽般触动着每一个人的神经，如滚雪球般在极短的时间内席卷了整个地球。各个国家暂时抛弃了私怨，组成联合政府，商讨如何解决这个关系人类未来的重大问题。
2020-07-14
太阳系是我们的家园，也是我们探索宇宙的第一站。在认识宇宙的漫长历程中，从史前人类到 2000 多年前的古希腊先哲，再到 17 世纪的开普勒、牛顿等科学巨匠，我们对宇宙的几乎所有探索都集中在太阳系的日月行星等天体上。直到 18 世纪早期，人们才真正开始关注太阳系以外的诸如恒星等天体。
2020-07-14
美国一直在默默搞自己的核火箭计划。美国宇航局很早就认识到，如果要把探索目标定在更深远的太阳系，核推进可能是唯一可行的技术选择。即使探测范围仅仅超越火星轨道，太阳能电池板所能提供的电力就已经不够了，而采用化学推进将需要大量的推进剂或超长的行程时间，新视野号冥王星探测器就是个明显的例子。
2020-07-14
太阳轨道器运行的位置，是整个太阳系里环境最恶劣的地方之一。虽然最后确定的轨道比最初设计要离太阳远一点，但在最近的地方，太阳轨道器距离太阳也只有 4200 万公里。这个数字看上去挺大的，但只有地球到太阳距离的 1/4。想想夏日正午的阳光是什么样的？而且地球外面还有厚厚的大气层。实际上，这个距离比金星到太阳还近。
2020-07-14
地球所处的太阳系并不平静。小行星带、柯伊伯带和奥尔特云中存在大量不稳定的碎片，它们是太阳系制造行星时留下的碎屑。据推测，最终成为车里雅宾斯克陨石的流星可能形成于约3万年前小行星带中的一次强烈碰撞。柯伊伯带位于海王星轨道之外。奥尔特云是包围太阳系的一圈云状陨石圈，也是艾桑彗星的故乡。
2020-07-14
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期刊名称：天文学进展
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主管单位：中国科学院
主办单位：中国科学院上海天文台,中国天文学会,国家自然科学基金委员会数理学部(协办)
出版地方：上海
专业分类：科学
国际刊号：1000-8349
国内刊号：31-1340/P
邮发代号：4-819
创刊时间：1983年
发行周期：季刊
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2020-03-23
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上传者：管理员
