星星中的小字辈

第五节　星星中的小字辈

一、小 行 星

小行星是太阳系中类似于行星的固态小天体，不易挥发出气体和尘埃。太阳系的小行星总数估计有几十万颗，总质量只有地球质量的万分之四。小行星也沿椭圆轨道绕太阳运行，大多数小行星位于小行星带中，小行星带是轨道半长径为2．17～3．64天文单位的椭圆区域。也有少数小行星的轨道半长径比火星的小，或比木星的大。

（一）小行星的发现与命名

17世纪初，开普勒在研究行星运动时发现木星和火星轨道间距过大，并由此推测此间距内应当有一颗未知的行星。另外，根据提丢斯—波得定则的预言，在木星和火星之间，离太阳2．8天文单位处应该有一颗行星。

1801年，意大利天文学家皮亚齐无意中发现了谷神星。谷神星直径约为950千米，质量不到月球的2%，轨道半长径为2．77天文单位。1802～1807年，第二颗小行星智神星、第三颗小行星婚神星和第四颗小行星灶神星相继被发现。实际上，在火星和木星的轨道之间没有大行星，而只有成千上万颗小行星组成的小行星带。

早期发现的小行星常以神话人物的名字命名，从1924年起，新发现的小行星先给予临时名称，算出轨道后，再经两次冲日观测，才由国际天文学联合会给予正式编号。已发现并编号的小行星有7万多颗，一般由发现者提名，以人名、国家名及地名等予以命名，如第662号小行星被命名为牛顿、第1125号为中华、第2197号为上海、第2223号为喜马拉雅。

小行星带

（二）小行星概况

大的小行星大致呈球形，而多数小行星形状不规则，可能是较大母体被撞击瓦解的碎块。小行星带中最大的小行星是谷神星，其次是智神星。智神星的形状大致是三轴长为559千米、525千米和532千米的椭球；地理星（小行星1620号）是雪茄形，平均直径约2．2千米；1989PB（小行星243号）形如山芋，这颗小行星还有一颗小卫星。

仅少数小行星可由观测资料推算出质量。谷神星为1．17×10²¹千克、智神星为2．15×10²⁰千克、灶神星为2．74×10²⁰千克。其他小行星的质量通常由其直径和合理假定的密度来估算。

根据小行星表面反照率和光谱等特征，可把小行星分为石质小行星、碳质小行星、金属小行星等类型。

小行星虽小，但有些也有卫星。1978年，第一颗小行星卫星被发现，它绕大力神（小行星第532号）运行，直径为45．6千米。以后又陆续发现了一些其他小行星的卫星。

（三）小行星的起源

关于小行星的起源问题，提出过几类假说，如大行星爆炸说、彗星形成说和半成品说等。大行星爆炸说认为，小行星是由一颗大行星爆炸形成的。这种假说有无法解释的难题，因为若小行星来自爆炸的大行星，则小行星轨道应该相交于一点，但实际上并非如此，且爆炸产生的碎块不可能像谷神星那样呈球形。此外，小行星带中小行星的质量总和远小于大行星质量，因而无法解释爆炸的大行星的其余大部分质量转移到何处的问题。另外，大行星发生爆炸的原因尚不清楚。

彗星形成说认为，彗星损失掉挥发物质后留下的残核形成了小行星。这种可能性是有的，但绝大多数彗星的质量都比小行星小，而且也很难解释彗星轨道是如何演化成小行星轨道的。

半成品说认为，在太阳系诞生之初，火星和木星形成区之间的原始星云物质先形成了一些星子，这些星子因环境条件（尤其大质量木星的引力作用）不利，没法凝聚成大行星，而是停留在半成品阶段，其中许多星子在轨道演化过程中相互碰撞而碎裂成许多小的小行星。对此，中国天文学家曾做过具体的计算和论述，将这种理论向前推动了一大步。但仍有许多疑点尚未解决，故未成定论。

（四）近地小行星

小行星在运行过程中会受行星的引力扰动而改变轨道，有些小行星可以因此而运行到地球附近，成为近地小行星。近地小行星造成了潜在的撞击地球的危险，因此，对近地小行星的研究备受重视。已发现的近地小行星有1400多颗，大小在1千米以上的有上千颗。1994XM₁距地球最近时仅10．47万千米。未来一个多世纪内，小行星撞击地球的可能性很小，但更长的时间尺度内则完全有可能发生小行星撞击地球事件。研究表明，平均约50万年可能发生一次小行星撞击地球事件。

在地球46亿年的历史中，尤其在早期，小行星撞击地球的事件很多。6500万年前，地球上包括恐龙在内的70%的物种灭绝，这一事件被认为可能是一颗直径10千米的小天体撞击地球引起的。20世纪90年代，在墨西哥湾尤卡坦半岛找到了一个直径180多千米的陨星坑，该陨星坑的产生年代恰为6500万年前，与恐龙灭绝时的年代吻合。

1908年6月30日晨，西伯利亚的通古斯地区上空发生的飞行大火球爆炸事件，破坏了几百平方千米的森林，估计爆炸能量相当于1000多万吨TNT炸药或两颗广岛原子弹爆炸的能量，这就是通古斯大爆炸。据科学家研究分析，这可能是由一个直径数千米的小行星或小彗星撞击地球引起的。

造成全球性灾难的撞击事件是很少的，亿吨TNT当量级的大撞击灾难平均1亿～10亿年才发生一次。虽然规模比它小的撞击未必会造成物种大规模灭绝，但仍然会像核爆炸或火山喷发那样把尘屑抛到平流层并散布到全球，造成灾难。对于这类灾难性撞击，人们正在设法进行更为及时可靠的预报，相信现代科学技术完全可以阻止这类事件的发生。

二、彗 星

彗星俗称扫帚星，是一类靠近太阳时能够较长时间大量挥发气体和尘埃的小天体。“彗”就是扫帚的意思，中国古代称彗星为长星、妖星等。彗星的英文名称“Comet”一词来自希腊文，原义是有毛发的星。在古代，人们视形态怪异的彗星的出现为灾祸的征兆，实际上，彗星的出现完全是一种自然现象。

彗星摄影图

（一）彗星的结构

大多数彗星较暗，肉眼可见的亮彗星平均要几年或几十年才有机会看到一颗。彗星可分为彗头和彗尾两部分。

彗头是朦胧云雾状亮斑，中心亮而外部暗。彗头由彗核和彗发组成。彗核虽然看起来只是彗头中间的小亮点，但它才是彗星的本体，彗星的绝大部分物质集中在固态彗核上。彗核的大小一般为100米到40千米，质量一般在10¹¹～10¹⁶千克。彗核的成分主要是水冰，也有少量其他气体凝聚成的冰和尘埃。彗发是从彗核蒸发出来的气体及尘埃形成的彗星大气。彗发延展的范围很大，尺度达10⁴～10⁵千米，但物质密度很小，其背后的星光可以毫不减弱地透过来。在彗发外面还可能有由氢原子组成的彗晕，其尺度可达上千万千米。

彗尾常背太阳方向延展，其物质密度更小。彗尾的视长度受光的影响很大，在无灯光污染的山区甚至可看到彗尾穿越大半个天空，其长度达几千万千米乃至上亿千米。彗尾分为两类，一类直而长，颜色偏蓝，主要由气体离子组成，称做离子彗尾；另一类常常是弯曲的，颜色偏黄，由尘埃组成，称做尘埃彗尾。

（二）彗星的运动和形态

大多数彗星沿扁长椭圆轨道运行，为周期彗星，它们以一定的公转周期绕太阳公转。也有沿抛物线乃至双曲线轨道运行的非周期彗星，它们绕太阳运行后就一去不复返了。

彗星经过大行星如木星等附近时，会受其引力作用而改变轨道，周期较长的彗星可能会变成周期较短的彗星，周期较短的彗星可能会变成非周期彗星。

彗星

彗星在运行过程中其形态会不断地变化。当它离太阳很远时，基本上是赤裸的彗核；接近太阳时，因受太阳辐射作用越来越大而长出彗发和彗尾；当它过近日点后远离太阳时，彗发和彗尾逐渐消失。

除了上述普遍的形态变化规律之外，彗星的形状有很大差别，有的彗发或彗尾不太显著，有的离子彗尾发生断尾现象——老的彗尾断掉并远离，然后长出新彗尾。

从彗核表面蒸发为彗发的气体和尘埃，在经历了物理或化学过程后会呈现不同现象。在近核区可观察到从彗核的活动区蒸发出物质，形成物质喷流等现象。在太阳辐射作用下，彗发物质发生分解和电离，进而发出荧光辐射而变亮，彗发的等离子体受太阳风粒子流及其磁场的强推斥作用而形成离子彗尾。彗星尘埃受太阳辐射压力推斥作用而形成尘埃彗尾，有时会呈条纹状。

多数彗星的近日点离太阳有一定距离，但是掠日彗星非常靠近太阳，甚至可于白天在太阳附近观察到它们。有的掠日彗星撞毁于太阳大气中，有的却从稀薄的高温日冕中穿越出来。有些掠日彗星穿过日冕之后分裂，成为多个小彗星。

已观测到的彗星有1000多颗，而尚未观测到的彗星更多。可根据彗星出现的数目和轨道情况作统计研究来估算彗星的数量。

（三）哈雷彗星

英国天文学家哈雷在计算彗星轨道时发现，1531年、1607年、1682年出现的彗星有相似的轨道，从而断言它们是同一颗彗星的三次回归，并预言它将在1758年末到1759年初再次回归。后来这个预言果然应验了，为纪念哈雷，将此彗星命名为哈雷彗星。

哈雷彗星的彗核是花生形扁球体，长轴16千米，短轴8千米，像陀螺那样运转。彗核表面暗黑如炭，有几个凹坑。它的质量约100亿吨，平均密度仅约300千克／米3，是一个脏雪球。气体和尘埃主要从彗核表面几个活动区蒸发出来，并随彗核自转而形成螺线形喷流，进而呈包层状。

哈雷彗星效果图

哈雷彗星沿扁长椭圆轨道运行，约76年绕太阳公转一圈。20世纪它有两次回归。1910年5月18日，它的彗尾跨越半个天空，与银河争辉，甚为壮观。1985～1986年回归期间，人们进行了大规模的观测活动，有6艘飞船近距离探测它。哈雷彗星在最近一次回归中共发生了16次断尾事件，在远离太阳14天文单位时还发生了一次特大爆发，这可能是受到其他天体撞击而引起的。它下次回归的情况尚不明朗。

三、流星与陨星

太阳系中绕太阳运行的碎小物体统称为流星体。流星是流星体进入地球大气层后，因与大气剧烈摩擦、烧蚀而产生的发光现象。大的流星体在陨落过程中不完全烧蚀，其残骸落到地面，称为陨星。陨星常以发现地命名，如吉林陨星、新疆陨铁等。除偶尔出现的偶现流星，有时还可以看到像节日焰火般呈发散状的流星雨。流星雨是地球与流星群相遇而造成在某个天区流星明显增多的现象。

（一）流星体

流星体运行到地球附近时，在地球引力作用下会高速闯入地球大气，并与大气摩擦后燃烧产生光迹。很小的彗星和小行星与大的流星体之间没有严格界限。流星体的质量一般小于100吨。大多数流星体只是微小的固体颗粒，称为宇宙尘。

有些流星体的轨道很相似，只是过近日点先后不同，它们称为流星群。除了肉眼直接可见的亮流星，以及用望远镜可以观测或用照相方法可以拍摄到的暗流星外，还有用这些方法观测不到但可反射雷达波的雷达流星或射电流星。

通过观测和研究流星体的质量和大小、密度和成分、空间轨道和分布、出现规律等，不仅可为研究太阳系演化提供有益线索，为航天技术提供防备流星体撞击的安全期预报，还可以了解星体与大气相互作用的各种过程和高层大气状况。大量流星烧蚀物的降落可能成为水汽的凝结核，促进降水。

（二）流星雨

流星常零星而偶然出现，但有时可以看到大量（多达每小时数万颗）流星像节日焰火般从星空某点（或小区域）迸发出来，呈现出流星雨天象。流星雨的迸发点称为辐射点。实际上，流星轨迹基本上是平行的，流星雨从辐射点散开只是表面现象，正如本来是平行的铁轨看起来像从远处散开的透视现象一样。

流星雨常在一定时间内周期性出现，为了标记它们，通常以辐射点所在星座或恒星来命名，如猎户流星雨、狮子流星雨、宝瓶η流星雨等。中国有世界最早的流星雨记载，《春秋》所载的鲁庄公七年（公元前687年）“四月辛卯夜，恒星不见，夜中星陨如雨”，即是天琴流星雨。

流星雨

流星雨的形成与彗星有关，如产生猎户流星雨和宝瓶η流星雨的是哈雷彗星的尘埃，产生金牛流星雨的是恩克彗星的尘埃。

（三）宇宙尘

早在100多年前，天文学家就发现格陵兰冰雪中的磁性微铁尘的成分和铁陨星的成分相似，后在海底软泥中也找到来自宇宙尘的金属微粒。近几十年来，人们广泛地从极地冰、海底沉积物、古地层乃至花岗岩、大气和太空中收集宇宙尘样品。在收集到的宇宙尘样品中，有些（尤其是在高空收集的尺度为10微米以下的样品）是原始行星际尘，它们在陨落过程中没有烧蚀，其成分和结构未改变；很多样品则是流星体在大气中烧蚀的产物，其成分和结构发生了改变，但仍含有地外宇宙尘信息。宇宙尘一般都小于100微米，数目虽多但质量不大。据估计，每天有十几吨到几十吨宇宙尘陨落到地球。

宇宙尘在黄道面附近较密集，它反射和散射太阳光而呈现为黄道光和对日照现象。在地球上的低纬度山区，春季黄昏后于西方地平线之上或秋季黎明前于东方地平线之上，容易看到沿黄道方向向上延伸的长锥形微弱发光带，其亮度跟银河相当，这就是黄道光。通常，黄道光的亮度随离太阳的角距增大而减弱。产生黄道光的宇宙尘的大小为10～100微米，但在离太阳角距160°～180°处，黄道光的亮度反而随角距增大而增加，即夜空背太阳天区呈现出辉斑，这就是对日照。对日照是由于宇宙尘背向散射太阳光较多的缘故。

（四）陨星

陨星大小不一，有的陨星质量达几十吨，有的不足1毫克。陨星的形态结构和性质也多种多样，按照金属和硅酸盐的相对含量，一般把陨星分为石陨星、铁陨星（陨铁）和石铁陨星三类。石陨星主要由硅酸盐组成，铁陨星主要由铁、镍等金属组成，石铁陨星中主要有铁、镍和硅酸盐等。石陨星又有球粒陨星和无球粒陨星之分。在已收集到的陨星（不包括微陨星及在南极发现的陨星）中，石陨星居多，其次是铁陨星，而石铁陨星最少。

地球上有数千种矿物，而陨星中的矿物仅140多种，其中有39种是地球上没有的。即使是与地球矿物成分相同的陨星矿物，其结构上也有差异。陨星常有陨落烧蚀的表面特征，因此可通过矿物来鉴别出陨星。有一类碳质球粒陨星颇受重视，因为它含有60多种有机物，包括氨基酸这种构成生命的重要物质。

科学家已在南极地区收集到几千块陨星，这些陨星大多较小，有的仅几克。已鉴别出有些来自月球、有些来自火星。月球和火星的表层物质因外来天体（如小行星）的强力撞击而熔融、溅射并冷凝，冷凝的块体被抛射到行星际空间，其中有的陨落到地球上，成为月球陨星和火星陨星。陨星是太阳系的“考古”标本，测定陨星的年龄和成分有助于研究太阳系的演化。

玻璃陨星是一种天然玻璃体，一般质量仅几克，大小为几厘米到二十几厘米，而毫米大小以下的称为玻璃微陨星。玻璃陨星有纽扣状、哑铃状、水滴状等多种形状，一般呈黑色或绿色，也有褐色、灰色、乳白色等。大多数玻璃陨星表面有流纹、环状纹或浅坑，说明它们经过烧蚀。对玻璃陨星的成因，目前仍有争议，也可能是地球物质被陨星撞击而成。

有时，在大气中爆裂的陨星碎块像雨点般落下，成为陨星雨。

（五）陨星坑

美国亚利桑那州的荒漠中有一个巨大的碗形坑，曾一度被认为是一个大的死火山口。后来从那里发现了陨铁碎屑和陨击构造特征，1960年确证是地外天体撞击形成的陨星坑。地球上已找到100多个陨星坑，它们都是近20亿年内被天体撞击成的。老的陨星坑已被地质过程破坏而难以辨认。

人们越来越认识到陨星撞击对类地天体的重要地质作用。一个有趣的例子是加拿大的萨德伯里盆地，其直径为140千米，那里有贵金属矿，价值达几十亿美元。据研究，它是18．4亿年前由于陨星撞击诱发火山活动而成矿的。

实践馆：

1.去图书馆搜集有关太阳与八大行星的资料，对八大行星的各方面特征进行对比。

2.在网上搜索、观看关于太阳系的视频介绍。

3.阅读关于太阳系的科普读物，了解太阳风与地球磁场的关系等知识。