来自 航天航空 2019-12-11 03:17 的文章
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什么是小行星带?它有什么特征?

  小行星带是位于火星和木星轨道之间的小行星的密集区域,估计此地带存在着50万颗小行星。关于形成的原因,比较普遍的观点是在太阳系形成初期,由于某种原因,在火星与木星之间的这个空挡地带未能积聚形成一颗大行星,结果留下了大批的小行星。 在太阳系中,除了九颗大行星以外,还有成千上万颗我们肉眼看不到的小天体,它们像九大行星一样,沿着椭圆形的轨道不停地围绕太阳公转。与九大行星相比,它们好像是微不足道的碎石头。这些小天体就是太阳系中的小行星。 小行星,顾名思义,它们的体积都很小。最早发现的“谷神星”(Ceres 1)、“智神星”(Pallas 2)、“婚神星”(Juno 3) 和“灶神星”(Vesta 4)是小行星中最大的四颗,被称为“四大金刚”。“四大金刚”中最大的谷神星直径约为1000千米,最小的婚神星直径约为200多千米;如果能把它们从天上“请”到地球上来,中国的青海省刚好可以让谷神星安家。除去“四大金刚”外,其余的小行星就更小了,据估计,最小的小行星直径还不足1千米。虽然它们的体积比卫星还小得多,但是在太阳系这个家庭中,却要和九大行星论资排辈。 大多数小行星是一些形状很不规则、表面粗糙、结构较松的石块,表层有含水矿物。它们的质量很小,按照天文学家的估计,所有小行星加在一起的质量也只有地球质量的4/10000。这些小行星和它们的大行星同伴一起,一面自转,一面自西向东地围绕太阳公转。尽管拥挤,却秩序井然,有时它们巨大的邻居--木星的引力会把一些小行星拉出原先的轨道,迫使它们走上一条新的漫游道路。在近年对小行星观测中,还发现一个有趣的现象,有些小行星竟然也有自己的卫星。 在1991年以前所获得的小行星数据主要是通过基于地面的观测。1991年10月,伽利略号探测器经过951号小行星(Gaspra2017),从而获得了第一张高分辨率的小行星照片。1993年8月,伽利略号又飞经了243号小行星(Ida4005),使其成为第二颗被宇宙飞船访问过的小行星。1997年 6月27日,近地小行星探测器(NEAR)与253号小行星(Mathilde4001)擦肩而过。这次机遇使得科学家们第一次能近距离观察这颗小行星。宇宙探测器经过小行星带时发现,小行星带其实非常空旷,小行星与小行星之间分隔得非常遥远。 在火星和木星轨道之间有数量庞大的岩石状小天体,它们被称为小行星带。已被观测到的小行星数目超过7000颗,其中已测定精确轨道并正式编号的有5000多颗。 小行星比太阳系九大行星中的任何一个都小,仅有为数很少的几颗大型小行星。约有30颗直径超过200公里。已知最大的一颗是谷神星,直径约935公里,第二大的是智神星,直径535公里。约250颗小行星的直径大于100公里。估计太阳系内有几百万颗巨砾规模的小行星。这些小型小行星或许是大型小行星相互碰撞时形成的,其中少数一些以陨石形式撞击到地球表面。最大的小行星的质量才大到足以使它们在形成之际在自身引力作用下塑造成球形。小行星的亮度缺少有规律变化的事实支持上述假设,因为只有对称形态的天体才能产生有规律的光变化。小行星的自转总是呈现出多种多样的反光表面面积。小行星的外形多种多样。 伽利略航天器在前往木星的途中经过小行星带,拍摄到小行星爱达有一颗属于自己的小卫星。爱达呈长约56公里的土豆状,在距离约100公里处有一直径约1.5公里的岩石块,这是已知的太阳系中最小的天然卫星。还有一些小行星也具有自己的卫星。有一些小行星的轨道几乎不断地和地球的轨道交叉。已确认的这类小行星有91颗。它们被称为阿波罗型小行星。天文学家们全力搜索这类小行星,部分原因是惟恐它们可能会和地球相撞。了解这类小行星的存在并计算出它们的轨道,就可能找出改变其轨道的方法,使之远离地球而去。地球和大型小行星的碰撞是罕见的,但与小型小行星的碰撞则较为多见。据估算,在100万年内,可能会有几个直径1000米的小行星与地球碰撞。如果一个这样大小的行星撞上地球,产生的爆炸威力相当于几颗氢弹,碰撞会形成直径13公里左右的陨石坑,还会造成全球性气候的短期失调。撞击点若在海洋,也会产生灾难性后果。一些科学家确信,在白垩纪末期(距今6500万年前),一个直径约10公里的小行星或陨石撞击了尤卡坦半岛北部,致使恐龙以及其他多种动物绝灭。小行星也和陨石一样,由不同比例的石质物质和金属物质(主要是铁)组成。许多这类天体都含有大量的碳,所以颜色发黑,反照率低。它们又称为碳质球粒天体。可以认为这种天体是从诞生太阳系的原始星云中聚合而成的第一批物质。它们没有经受随后的任何变异(如内部的放射性致热所引起的熔融,或陨石撞击所引发的结构性变态)。 绝大多数小行星的绝对星等都在11–19之间,中间值是16。在比较上,谷神星的绝对星等3.32是非常高的。小行星带内的温度随著与太阳的距离而变,尘埃粒子的典型温度在2.2 天文单位之处是200 K(-73°C),到了3.2 天文单位之处会降低至165 K(-108°C)。[26]然而,因为自转的缘故,朝向太阳暴露在太阳辐射的表面和背向太阳面对背景星空的表面,在温度上可能会有显著的差异。 木星是太阳系中最大的行星,它更像是一个恒星而不像是行星,在它的引力影响下,在木星和火星之间的区域内不可能形成任何行星。在太阳系形成过程中,木星的引力作用干扰了小行星带内的行星前物质,促使它们裂碎并破坏,而不是将之聚合并形成一个行星规模的天体。计算表明,假如将所有的小行星聚合成为一个天体,也只能形成一个类似于太阳系中较大的卫星那样大小的天体,如月球。 这些小行星与太阳距离不同、成分和密度互异,而且随着离开太阳系中心的距离增大,有从石质-金属物质向水质、碳质-石质物质的过渡,并有密度递减的趋势。这种情况表明小行星并非一个大行星裂碎或爆发的结果。 彗星是一种绕太阳运行、接近太阳时会产生弥漫的气体包层并往往出现发光长尾的小天体。通常彗星以它们朦胧的外形和极端扁椭圆的轨道区别于太阳系其他天体。 当彗星距离太阳尚远时,用大型望远镜可以看见彗星唯一组成部分是彗核。彗核为一团外形不规则的物质,其成分大部分是冻结的水与类似煤烟的物质或许是微尘状的碳的混合物。航天器1986年拍摄的哈雷彗星的彗核显示了其核的颜色很黑,表面90%被一层尘粒“外壳”所覆盖。彗核相当小,仅为15公里×8公里。随着彗核飞临太阳,它的尘埃表面越来越热,许多热量转移到外壳之内,下表层的冰开始升华。从而产生的气体飞离彗星,并带走一些约束松散的尘粒。当彗星和太阳的距离小于4亿5千万公里时,升华现象开始。蒸发气体的化学成分主要是水(约占80%)其余为一氧化碳、二氧化碳、甲烷、氨和二硫化碳。飞离彗核的第一代分子迅速分裂变为第二代分子、原子团和离子。它们吸收太阳辐射并散射日光。当一个典型的彗核距离太阳小于1亿5千万公里时,它被一个气、尘组成的球状包层(即彗发)所笼罩,其直径可达10万公里。彗发气体以每秒约600米的速度向外散发,同时将尘粒从彗核中拉出来。一个彗星在临近太阳时,可能会演化出两条彗尾。高速质子和电子组成的太阳风在背离太阳的方向驱扫出彗星离子,形成一条笔直的等离子体彗尾。可能出现的第二条彗尾由1微米大小的尘粒组成。尘埃彗尾具有比等离子体彗尾更大的曲率,通常也较短。由于太阳辐射压强作用在微小尘粒上,所以尘埃彗尾也指向背离太阳的方向。较大的尘粒从彗核中释放出来后,即进入和它们曾从属的彗星具有近乎相同轨道要素的轨道中。其中超过及落后于彗星的尘粒最终形成一条在彗星轨道附近的尘埃环带。这就是所谓的流星体群。当地球穿过这样的流星体群时,在地球高层大气中就会产生流星雨。彗星每次经过太阳附近时,都被太阳辐射蒸发出一些物质,形成彗尾,这些物质逐渐消失到行星际空间中去,于是彗星的质量越来越少。不仅如此,彗星还会由于太阳等天体施加的起潮力而逐渐瓦解,形成流星群(见流星雨),比拉彗星的分裂和瓦解就是一例。彗星的寿命有长有短,但平均大概只有几千个公转周期。 一般认为,彗星和太阳系具有同样的年龄,它们是大行星构造材料的残余剩物。它们经历了起吸积作用的太阳系外行星的引力摄动后进入极端扁椭的轨道。在环绕太阳系的一个称为奥尔特云的球状区域内,存在着数亿颗彗核。。这种彗核当受到一个近距恒星的引力扰动时,就可从云中飞出,进入内太阳系。 据一些太阳系吸积模型推测,远久之前的一次彗星轰击地球,可能在大气和海洋的形成过程中起过重要作用。此外,彗星还可能为生命在地球上演化提供所需的有机分子。 彗星一般划分为短周期彗星(周期短于200年)和长周期彗星(周期长于200年)两大类。哈雷彗星是肉眼能容易地见到的彗星之一,其平均周期为76年,一个人一生中可见它回归一次。 注:2006-08-324日,国际天文学联合会大会投票决议,传统九大行星之一的冥王星被归类为“矮行星” ,不再将其视为行星,从而确认太阳系只有8颗行星。

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