有關(guān)小行星的那些事兒

2021-12-27 07:02:44蘇唐

太空探索 2021年12期

文/蘇唐

▲ 小行星

提起行星，人們最先想到的是火星、木星這一類比較大的行星。在許多人的印象里，小行星一直就沒什么存在感，即便在太陽系中，小行星是太陽系中發(fā)現(xiàn)數(shù)量最多的天體（有數(shù)百萬之多）。但是，要讓一個人說出一顆著名小行星的名字卻有點困難，不會像說出火星、木星那樣順口。其實，小行星的地位已經(jīng)越來越重要。了解小行星會給人類帶來不少益處，比如能幫我們更好地了解太陽系的起源和演化，更好地預(yù)測人類與小行星有關(guān)的命運等。

小行星、衛(wèi)星、彗星和流星

▲ 哈雷彗星

從名稱上來講，小行星就是體積和質(zhì)量比行星小得多的天體。起初，行星里只有大行星（行星）和小行星兩類，但是有些小行星非常大，比如最先發(fā)現(xiàn)的谷神星，平均直徑達到了900 多千米?，F(xiàn)在，這種特大型的小行星已被重新分類，被定義為矮行星。

區(qū)分大行星、矮行星、小行星其實挺容易，簡單地說，它們就是大、中、小型號的關(guān)系。現(xiàn)在，再讓我們來看一看小行星和衛(wèi)星、彗星還有流星之間的關(guān)系。

它們之間的區(qū)別也挺明顯，只要記住下面這些要點就可以輕易地辨別出來：小行星圍繞著恒星運轉(zhuǎn)，衛(wèi)星圍繞著行星運轉(zhuǎn)；彗星是來自外太陽系的冰塊和巖石，并且通常伴有彗發(fā)和尾流，而太陽系中的小行星大多集中在火星和木星之間，無彗發(fā)和尾流，屬于比較安靜的“美男子”；流星體指的是比塵埃顆粒大，但是比小行星小的天體，當它墜落到地球的大氣層并開始燃燒時，會發(fā)出我們可以用肉眼看見的光條紋，宛若天上的星星，因此被稱為流星；而當一顆流星在大氣層當中沒有燃燒完全，最終掉落在地球上，則會成為一塊來自天外的不發(fā)光的巖石，這個時候就叫做隕石。如果你還是覺得會混淆小行星和彗星，那么請記住一句話：小行星是體積和質(zhì)量比行星小得多的非彗星天體。

▲ 2013 年2 月15 日，俄羅斯車里雅賓斯克地區(qū)遭遇隕石雨“襲擊”，這是隕石墜入冰凍的切巴爾庫爾湖中形成的窟窿

▲ 小行星帶

形成原因

太陽系中，將近99%的小行星都集中在火星與木星之間的小行星帶上，即著名的小行星帶，所以小行星刷的是“集體存在感”。

對于這些小行星的形成，有一種觀點認為，小行星帶上眾多小行星是一顆遠古大行星的殘骸，大行星曾經(jīng)遭遇了猛烈的碰撞，然后分解變成了若干小行星。還有一種觀點認為，小行星帶上的小行星是太陽系形成過程中，由于受到周邊大天體拖拽影響，始終沒形成行星的原始星云殘留物。

第一種觀點受到了很大的質(zhì)疑，因為科學(xué)家發(fā)現(xiàn)這些小行星的特征不太像來自于同一顆行星，而且就算把它們搜羅后加在一起，總直徑也只有不到1500 千米，算起來總質(zhì)量還不如一個月球。因此，認為小行星是太陽系形成時的殘留物，記載著太陽系行星形成初期的信息，是目前的主流觀點。

特洛伊小行星

2021 年10 月，美國宇航局的“露西”探測器成功發(fā)射，首次對木星的特洛伊小行星進行專門的探測。那么，什么是特洛伊小行星呢？

特洛伊小行星是小行星家族中的一種，常與其他大天體共享軌道，在大天體軌道上的拉格朗日點上運行,比如木星特洛伊小行星就是在木星軌道上的拉格朗日點上運行。因為發(fā)現(xiàn)它們并不容易，就如同尋找隱藏在特洛伊木馬中的士兵，所以這些小行星被冠以了“特洛伊”的名稱。“露西”探測器的目標特洛伊小行星大約在木星拉格朗日點L4 或L5 上。實際上，最早發(fā)現(xiàn)的特洛伊小行星也是在木星軌道上發(fā)現(xiàn)的，一部分在木星前，一部分在木星后，其中比較有代表性的是木星特洛伊小行星588 和小行星1172。小行星5261——第一顆火星特洛伊小行星發(fā)現(xiàn)于1990 年。

處于火星和木星之間的小行星帶是一個非常寬闊的地帶。根據(jù)軌道半徑的大小，我們可以把在火星軌道內(nèi)的小行星家族分成3 類，分別是阿莫爾型小行星群、阿波羅小行星群和阿登型小行星群。

阿莫爾型小行星群的小行星能夠穿越火星軌道來到地球軌道附近，但不會穿越地球軌道。1898 年出現(xiàn)的小行星433 達到了距離地球0.15 個天文單位的位置，是這個家族的代表“人物”。

阿波羅型小行星群的小行星軌道位于火星和地球之間。1932 年發(fā)現(xiàn)的小行星1862 阿波羅，其軌道在0.65～2.29 個天文單位之間，是這一小行星群中的典型代表。

阿登型小行星群的小行星軌道一般在地球軌道以內(nèi)，平均軌道半徑接近一個天文單位。這個小行星群的名稱來自1976 年發(fā)現(xiàn)的小行星2062 阿登。對于地球來說，3 個小行星群中阿登型小行星群更加危險，因為此類型的一些小行星的偏心率比較高，可能從地球軌道內(nèi)與地球軌道相交, 和地球相撞幾率較大。

這3 類小行星群備受重視的原因是它們都是近地小行星。理論上，這些家族的小行星都可能會成為與地球相撞的危險分子，所以近年來，人類對這些小行星也越發(fā)關(guān)注。

除了火星和木星之間的小行星帶外，在土星和天王星之間也有小行星，而海王星軌道之外的小行星屬于柯伊伯帶，在這里，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了50000 多顆小行星。

小行星上有礦嗎？

人類現(xiàn)在對小行星越來越感興趣,不僅是因為監(jiān)測小行星可以更好預(yù)測人類未來的命運，還在于小行星上會有人類需要的未來資源。目前，小行星已經(jīng)被建議作為未來的地球資源來使用，比如作為罕見原料的采礦場，或是太空休息站的修建材料。起初，人類認為小行星是一塊完整并且物質(zhì)構(gòu)成比較單一的巖石，但光譜分析顯示，它們的組成還是有很大差別的。

我們可以按照光譜的特性將小行星進行分類。這種分類方法的好處是可以告訴我們小行星的物質(zhì)組成特性。

▲ 小行星的空間分布（綠色是近期不會接近地球的小行星，紅色是近地小行星）

▲ 火星和木星之間的小行星帶與特洛伊小行星的位置關(guān)系

▲ 美國深空工業(yè)公司小行星采礦示意圖

C 類小行星表面含有碳元素，具有更加豐富的水資源，像氧化鎂、氧化鋁這樣的巖土資源也相對豐富。 C 類小行星數(shù)量最多，占所有小行星的75%。這種小行星的構(gòu)成和碳質(zhì)球粒隕石的構(gòu)成類似，多分布在小行星帶的外層。

由硅化物組成的S 類小行星是數(shù)量位居第二的小行星, 占所有小行星的17%，二氧化硅含量比較豐富，一般分布在小行星帶的內(nèi)層。

剩下的小行星，其構(gòu)成大多與鎳鐵隕石類似，被歸為M 類小行星，這類小行星的金屬資源更豐富一些?？茖W(xué)家認為，它們可能是過去比較大的小行星的金屬核。

其他還有一些非常細化的分類，不過因為這些小行星數(shù)量的占比十分小，成分也相對特殊，比如由頑火輝石構(gòu)成的E 類小行星。在這里就不一一贅述了。

命名方式

發(fā)現(xiàn)小行星的人對小行星有命名的權(quán)利。不過，人們的命名喜好相差并不多，早期都喜歡用女神的名字，比如阿波羅群/愛神星。后來隨著觀測手段不斷發(fā)展，被發(fā)現(xiàn)的小行星越來越多，命名方式逐漸多樣化，改用人名、地名等，可謂五花八門。

一個完整的小行星名字是類似“C類小行星253 Mathilde” 這樣的。C類，文章前面已經(jīng)提過這是它的光譜分類，意味著這顆小行星含有碳元素;而 253是它的永久編號; 最后是一個名字。更常見的是類似“小行星719 阿爾伯特”這樣的, 永久編號加名字, 顯然，這顆小行星是按照阿爾伯特·愛因斯坦來命名的。

盡管發(fā)現(xiàn)者可以給小行星命名，但是這些命名也要經(jīng)過國際天文聯(lián)合會的批準，需要符合小行星命名的常規(guī)，才會被正式采納。而在被正式命名之前，被確認的小行星一般會擁有一個臨時的編號，比方說2004 DW, 其中2004 是這顆小行星的發(fā)現(xiàn)年。

▲ 漫畫：小行星撞擊最終致使恐龍滅絕

接近小行星

6500 萬年前的恐龍滅絕被認為和小行星碰撞有關(guān)，因為只有小行星碰撞才可以產(chǎn)生如此大至滅絕世間萬物的力量。所以,地球上可能沒有其他生物比恐龍更了解這顆“超級流星”的恐怖了。1908 年6 月30 日，俄羅斯西伯利亞上方發(fā)生的通古斯卡大爆炸，也被認為是小行星變成“大流星”惹的禍。

由于一些小行星的軌道與地球的軌道相交，這些調(diào)皮的小行星偶爾也會與地球擦身而過。如果落在地球上，那么將會造成難以預(yù)計的災(zāi)難。為了防止小行星讓人類刻骨銘心的悲劇發(fā)生, 科學(xué)家們很早就開始了對小行星的追蹤和探測。

1991 年以前，人們都是通過地面觀測來獲得小行星的相關(guān)數(shù)據(jù)。

1991 年前往木星的伽利略號，才拍到了第一張真正的小行星特寫鏡頭。之后，全世界許多國家都發(fā)射了各種各樣的探測器對小行星進行密切監(jiān)測,并根據(jù)小行星的情況進行觀測預(yù)警。2010 年10 月發(fā)射的露西探測器是最新的一次, 目標也更為具體。這次探測可能讓人類對小行星的認知有進一步的提升。

那么，如何避免小行星帶來的重大自然災(zāi)害呢？