小行星

小行星是太阳系里的小天体，它们大多分布在火星、木星轨道之间的小行星带中，从 1801 年意大利天文学家皮亚齐发现第一颗小行星起，小行星的

发现至今只有 200 多年的历史。

按照提丢斯一波得定则，1781 年 3 月，著名天文学家威廉·赫歇耳在英国意外地发现了天王星，它几乎就在定则给出的距离上，从而有力地支持了提丢斯一波得定则，更激发了人们寻找新行星的兴趣。

1801 年元旦之夜，人们沉浸在辞旧迎新的欢乐中。意大利西西里岛巴勒莫天文台台长皮亚齐，为编制一本星表而做巡天观测时，发现了一个在火星和木星之间游动的陌生天体，后来计算它的轨道正好与要找的行星吻合，被命名为谷神星。因当时测得的半径只有 400 多公里（几经重新测定，现在的

精确数值略大于 1000 公里），不能和大行星相比，所以叫做小行星。

翌年 3 月，德国天文爱好者奥伯斯发现了第二颗小行星——智神星，除了稍小一点儿，它在好些方面与谷神星伯仲难分。接着又连续发现了婚神星和灶神星。19 世纪末开始用照相方法寻找小行星之前，已发现 322 颗小行星。此后小行星的发现逐年增多，特别是近年来由于探测技术及轨道计算方法都有了很大的改进，每年发现的小行星数竟达二三百颗。据统计，到 1994 年底

被正式编号命名的小行星已达 5300 多颗。天文学家推测，太阳系内小行星大

约有 50 万颗。

按照国际惯例，新发现的小行星先给予临时命名，在发现年代之后加两个拉丁字母，第一个表示发现的时间，以半个月为单位，按字母顺序排列，第二个则表示在这段时间内发现的次序，也按字母顺序排列。新发现的小行星算出轨道后，再经过两个以上不同冲日年代的观测，方能得到正式编号和永久命名。发现者享有对小行星的命名权。设在美国史密松天文台的国际小行星中心，负责收集所有的小行星的观测资料，并进行系统的轨道认证和编号。

最早发现的小行星大多以古希腊、罗马的神话人物命名，后来的许多小行星常常冠以天文学家或城市的名字。1928 年，我国著名天文学家张钰哲在美国叶凯士天文台发现了 1125 号小行星，他将这颗小行星命名为中华，这是中国人发现的第一颗小行星，时至今日，紫金山天文台已累积发现了几百颗

新小行星，到 1994 年底正式编号和命名的有 120 多颗。

历史上发现小行星最多的是莱因马齐，他共发现了 246 颗小行星，其次

是首先把照相技术引进小行星观测的德国天文学家沃尔夫，他以发现 231 颗小行星的记录位居第二。

小行星的直径很小，在天文学家所获得的几百颗小行星半径值中，只有几颗较大、较近的小行星是直接测量的，其他都是用光度法、红外波和偏振法测定的。测量表明，直径在 50 公里以上的小行星大约有 560 颗，绝大多数

小行星的直径都在 1 公里以下。

至于小行星的质量，除 1 号谷神星、2 号智神星和 4 号灶神星外，所有的小行星质量都是由它们的直径和假定的密度推算出来的，仅有数量级的概念。一般认为小行星总质量值为 1000 亿吨，其中谷神星大约占总质量的一半。

小行星的反照率取决于它们的化学组成和表面状况。由于小行星表面各部分的反照率不同，再加上自转，使小行星的亮度产生周期性的变化。根据亮度变化曲线，可测出小行星的自转周期和自转轴的取向，并推测它们的形状。从目前已知自转状况的 200 多颗小行星看来，自转周期多数在 4～16 小时，平均为 11．47 小时。自转轴的取向是随机分布的。直径大于 100 公里的小行星的形状一般比较规则，接近球形，直径小于 100 公里的小行星形状则是各种各样的，有的呈长柱形，有的犹如哑铃，还有的甚至像是两块石块粘在一起的。

我国紫金山天文台从 50 年代末开始对小行星的光电观测，已发表了数十条小行星光度曲线，其中有些是在国际上首次发表的，由于观测质量高，被国外观测者广泛采用。

小行星的公转轨道都是椭圆的，大约有 95％的小行星轨道半长径在2．17～3．64 天文单位之间，这一空间区域称为小行星的主环带，位于主环带里的小行星称为“主带小行星”。

一小部分小行星离群索居，形成几个特殊的群体。轨道半径大于 3．3 天文单位的称为远距小行星，其中最著名的是脱罗央群，它们的轨道半径和木星的一样大。从太阳望去，有一些位于木星之前 60°，有一些位于木星之后 60°，前者叫“希腊群”，后者叫“纯脱罗央群”。

另一个特殊群体是近距小行星，它们的轨道近日点深入到内太阳系，有的甚至跑进地球轨道以内，称为近地小行星。按照轨道近日点的距离和半长径的数值特征，近地小行星又被划分成阿莫尔型、阿波罗型和阿登型。阿莫尔型小行星的轨道特征是近日距都在火星轨道之内——1．02～1．3 天文单位，半长径 1．39～4．23 天文单位，偏心率 0．062～0．574，倾角 2．2°～ 52．1°，小行星直径为 0．3～38.5 公里。现已发现这类小行星有 70 多颗。阿波罗小行星的轨道特征是近日距小于 1．017 天文单位，而半长径大于 1 天文单位，因有一段轨道与地球轨道非常靠近甚至相交，而引起天文学家的特别关注。这类小行星已发现了 100 多颗。阿登型小行星的轨道半长径都小

于 1 天文单位，近日距也小于 1 天文单位，远日距略大于 1 天文单位。这种

小行星为数不多，目前仅发现 10 颗左右。因它们的轨道与地球近似，周期也相差不多，所以比阿波罗型小行星更受到重视。

一些近地小行星在大行星的摄动下，轨道会和地球轨道相交，从而有可能与地球相撞。在过去的几十亿年中，这种事件可能确实发生过。通过空间

遥感技术，在地球上已发现了 100 多个陨石坑，其中 91 处推测是小行星撞击造成的。据科学家考证，1976 年吉林陨石雨的母体就是接近火星轨道的阿波罗型小行星的一个碎块。最近美国科学家提出，导致 6500 万年前恐龙灭绝的也是一颗陨落的阿波罗型小行星。

虽然小行星撞击地球造成的危害很大，但是这种机率是微乎其微的。研究表明，直径 10 公里大小的小行星平均 1 亿年左右才会与地球相撞一次，地球每百万年受到三次较小的小行星的撞击，但其中只有一次发生在陆地上。为了预防这种不测事件，一些国家正在考虑发射专门监测近地小行星的人造地球卫星，及早发现并排除它们。

1978 年 6 月 7 日，美国天文学家麦克马洪在观测 532 号大力神小行星掩恒星时，发现它有一颗卫星，命名为 1978（532）I，这是天文学家第一次发现小行星有卫星。532 号小行星和其卫星的直径分别为 243 公里和 45．6 公里，彼此相距 977 公里。半年后，天文学家又从 18 号郁神星掩恒星的资料中

发现它也有卫星。这对小天体的中心距为 460 公里，直径分别为 135 公里和

37 公里，倘若这是一颗同步卫星，那么在郁神星上看来，这个“月亮”的角直径可达 5°24′，视面积几乎是我们月球的 120 倍。以后，又在重新处理过去的一些小行星掩星资料时发现若干小行星也有卫星，其中包括 2 号智神星、6 号春神星、9 号海神星、12 号凯神星等，大概有三四十颗。

1980 年，美国天文学家利用光斑干涉测量的新技术证明 2 号智神星确实存在一颗卫星，但是，对于小行星是否有卫星的问题一直悬而未决，一些持反对意见的天文学家认为，人类已经发射了那么多空间探测器，但迄今未发现一颗小行星的卫星，所以小行星有卫星的结论缺乏观测证据。另外，小行星卫星在天体系统中属于什么层次，能否与月球或木卫等相提并论现在也没有定论。

1989 年发射的木星探测器“伽利略”在 1991 年 10 月飞过第 951 号小行星加斯帕，圆了天文学家近探小行星的梦想。1993 年 8 月，“伽利略”掠过第 243 号小行星艾达，进行了多项观测记录。1994 年 2 月，天文学家分析“伽利略”发回的资料，发现艾达附近有一颗比它小得多的卫星，并在英国学术周刊《自然》上发表了艾达与卫星的合影、卫星的放大图像。此后，“伽利略”又发回更新的成像和光谱资料。据此，天文学家估计艾达卫星的直径为

1．5 公里，发现时距小行星仅 100 公里，天文学家认为，这是确切发现小行星有卫星的第一例。

小行星虽然很小，但是它们在以往的天文学研究中却曾起过重要的作用。譬如，1873 年，德国天文学家伽勒利用 8 号花神星冲日，1877 年英国天文学家吉尔利用 4 号灶神星冲日测定日地距离，都得到了精确的结果。1930～

1931 年，433 号爱神星大冲时，国际天文学联合会组织了空前规模的国际联测，得到了三角测量所能达到的最精确的日地距离数值—14958 万公里。

另外，利用小行星还可以测定行星的质量。当某颗小行星接近大行星时，大行星对它的摄动作用必然影响其轨道，从它轨道的微小变化中可以算出行星的实际质量。1870 年，天文学家利用 29 号爱姆菲特列塔接近木星时所测得的木星质量为太阳质量的 1／1047，今天天文学家仍在采用这个数值。水星、金星、土星、火星等行星的质量均是用小行星测定的，测出的值有相当高的准确度。

为了改进和提高星表的精度，国际天文学联合会组织十几个天文台对谷

神星等 10 颗小行星进行长期的监测和归算，从实际的数据及已知的轨道根数求得黄道和天赤道的准确位置。

小行星还为研究太阳系起源和演化提供重要线索。按照现代太阳系形成理论，太阳系是在 46 亿年前由一团混沌星云凝聚而成的。而当初星云形成太阳系的具体过程已无法从地球和其他行星上找到痕迹了，只有小行星和彗星还保留着许多太阳系形成初期的状态，因此，它们被天文学家称为太阳系早期的“活化石”。

另外，小行星的研究对于发展人类航天事业，保护地球环境，开发宇宙都有重要的意义。特别是近地小行星，它们既是潜在的矿物资源，又是小行星中最容易实现航天近探的目标，“伽利略号”宇宙飞船已于 1991 年 10 月

29 日掠过 951 号小行星加斯帕，从距离 1600 公里处飞近的探测器，可以清

楚地看到这颗小行星表面 50 米的细节特征。飞船上的近红外测绘分光仪所作的初步测量表明，加斯帕的形状很不规则，有可能是由一个大的母体中分裂出来的，是一颗金属型小行星。这是宇宙飞船探测的第一例小行星。目前，意大利已制定了一个以皮亚齐命名的近地小行星航天探测计划，准备近探433 号爱神星。

太阳系新貌

1957 年 10 月 4 日，第一颗人造地球卫星发射成功，开辟了人类探测太阳系的新时代。1959 年前苏联宇宙飞船绕月飞行，开始了现代太阳系天体表面的研究。它拍摄了月球背面照片，第一次把月球的另一面展示在人们面前。1962 年 12 月 14 日，美国“水手 2 号”到达金星附近，揭开了行星近距离探测的新篇章。从那时起，行星探测器纷纷升上天空。至今，对金星作近距离空间考察的探测器已达 30 个，有一个探测器测量了水星的地形；17 个探测器飞到火星附近；测量地球和月亮的探测器就更多了。美国还先后发射了“先锋” 10 号、 11 号和“旅行者” 1 号、 2 号考察外行星。截至 1989 年 8 月 25 日“旅行者 2 号”飞近海王星，太阳系的九大行星已有八个被行星探测器考察过了。目前，太阳系的 4 个内行星表面状况已初步了解，一大批卫星的地形也现端倪。行星探测器向地球传回成千上万张照片和考察数据，为我们描绘出太阳系天体的一些新貌。

本世纪 50 年代以来，人造卫星和向月飞行的航天器，开辟了观测地球的

新途径。同步卫星在离地面 36000 公里高空，拍摄到清晰的地球照片。最为

精彩的是“阿波罗 17 号”在向月球飞行中所拍摄的地球照片。只见蓝色的地球，上面海洋陆地都轮廓分明，浩浩苍穹，地球出现在天上。

过去，人们认为地球的形状是个圆球或像个桔子。通过人造卫星的观测，发现地球是一个不规则的球体，赤道以南比赤道以北高 7．6 米，南极高地心距离比北极短 15．2 米。地球的形状像个梨，梨柄在北极；梨底在南极。在60 年代，空间探测器还发现，由于太阳风的影响，地球磁场被压缩成一个彗星状的区域（磁层），在这个区域里，有两条高能带电粒子的辐射带——范艾伦带。

1969 年 7 月 21 日，美国的“阿波罗 11 号”宇宙飞船把第一批宇航员送上了月球，实现了人类登月的夙愿。宇航员利用带去的月球车，在月面上进行了多学科的考察，收集到 270 多千克月岩和土壤的样品。通过分析这些样品，发现月岩的化学成分与地球岩石基本相似，没有发现可生存的月球有机物，也不存在古微生物的证据。在月球上还发现有地震那样的月震，但月震

很弱，最大的月震只有 1～2 级。通过测定月球的放射性元素，得知月球和地球同龄，它们都有 46 亿岁了。

空间探测结果告诉我们，月球已不是唯一布满环形山的天体了。水星、金星、火星的表面都很像月球，环形山星罗棋布，既有高山，也有平原。火星上的奥林匹斯火山口，是太阳系中最大的火山口，直径为 600 多公里。探测器发回的信息告诉我们，土卫四和土卫五上的环形山，多得与月球不相上下。

金星探测器为我们描述了金星风光：金星天空（云）是橙黄色的，金星的大部分表面都覆盖着一层“浮土”。金星表面的温度是 460℃左右，气压约为地球的 90 倍。在金星上，既有山脉也有峡谷，一条 2000 多公里长的大

裂缝，自南向北穿过金星赤道，裂缝最深的地方有 2900 米左右。这是目前在太阳系天体上发现的一条最大的裂缝。

金星上空闪电频繁，每分钟达 20 多次，有一次竟持续了 15 分钟。土星的大

气中也常常是电光闪闪，雷声隆隆，“旅行者 2 号”曾记录到数千次威力比地球上强烈数万倍的闪电。

自从 1877 年意大利天文学家斯基帕雷利提出火星运河以来，火星上的水一直为人们所关注。1973 年，美国天文学家休古宁注意到火星赤道以南的“太阳湖”地区异常明亮，他认为是有水存在。后来“海盗号”飞船发现那里上空的水蒸汽也比别的地方丰富。经天文学家们研究，并从该地区的雷达探测发现，在一个直径为 300～500 公里地带，雷达回波随季节而变化，这也是水的特征。“水手号”还发现火星表面有干涸的河床。科学家们认为，火星表面虽然现在没有水，但在古代却存在过海洋。

在对太阳系行星研究中，进度较大的是火山。1979 年 3 月，“旅行者 1

号”发现木卫一上至少有 8 座活火山活动，其中有一座正以每小时 1600 公里

的速度喷发着气体和固体物质，喷发物的高度达 480 公里。以后又发现木卫二和海卫一有活火山活动。除活火山外，在太阳系固体行星表面上复杂的地形形成过程中，火山起着相当重要的作用。

本世纪上半叶，除了地球磁场外，其他行星是否存在磁场，是行星物理学研究的一个新课题。20 多年来，大量空间飞行器携带着磁场计、太阳风粒子谱仪和带电粒子望远镜飞到行星附近进行近距离的直接探测。现在，除冥王星外，其他八大行星都被宇宙飞船考察过了。这些空间飞行器发回地球的数据表明，地球、木星、土星都具有极强的磁场；水星的磁场较地球、木星、土星的弱一些；金星的磁场比地球弱得多；火星存在磁场，但有无固有磁场目前尚无定论。此外，“旅行者 2 号”在天王星和海王星附近也进行了磁场测量，结果表明这两颗大行星都有磁场存在。行星存在磁场，磁场与行星周围运动物质相互作用，便可以形成一种特殊区域——磁层。磁层中有等粒子体套、尖点、等离子体片、辐射带和等粒子体层等。地球磁层里有内外两个辐射带，分别由质子和电子组成。空间飞行器发回的数据表明，水星、木星、土星都具有磁层；金星和火星的磁层面目尚不很清楚；天王星和海王星也可能有磁层存在。

地球上有极光，其他行星上是否也有极光？过去有人认为木星上也会有极光，但探测了 20 多年，一直未发现。1979 年，“旅行者 1 号”发现木星背着太阳的一面，有长达三万多公里的极光，在地球以外第一次探测到太阳系天体上的极光。

土星曾以它有光环缭绕而被称为最美丽的行星。土星光环是怎样组成的呢？1980 年 11 月，“旅行者 1 号”在飞近土星时，对土星光环进行了“面对面”的考察。原来，土星光环平面内有 100～1000 条大小不等的环，环内还有环，很像唱片上的纹路。有些光环还像发辫那样互相扭结在一起，难解难分。土星光环是由无数颗大小不等的微粒组成的。

现在，土星已不是唯一有光环的行星了。1977 年，美国、中国、印度、南非等国的天文学家在观测天王星掩恒星时，意外地发现天王星也有光环。1979 年 3 月，“旅行者 1 号”考察木星时，发现木星也有一条宽达数千公里、

厚约 30 公里的光环。1989 年 8 月，“旅行者 2 号”飞到海王星附近探测时，发现海王星也存在光环。经研究，太阳系九大行星中，4 个类木行星（木星、土星、天王星和海王星）均有光环结构；4 个类地行星（水星、金星、地球和火星）则一颗都没有光环。冥王星离我们太远，它有没有环仍然是一个谜。

1979 年以后，宇宙飞船先后访问了土星，相继发现了土星的一些新卫

星。现在发现土星共有 23 颗卫星，是太阳系中最大的一个家族。木星有 16 颗卫星，是第二大家族。“旅行者”1 号和 2 号在行星际空间的大旅行，使地面基地观测已知的 33 颗太阳系天然卫星增加到 66 个，极大地丰富了人类关于太阳系天体的知识宝库。