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        阿西莫夫最新科学指南·太阳系

        [美]I. 阿西莫夫 著  朱 岚 译

火星轨道外的小行星群

  在太阳系中,每一颗行星和太阳的距离都大约是前一颗的1.3
~2.0倍,惟一的例外就是第五颗木星和太阳的距离为第四颗火星
的3.4倍。
  在天王星发现之后(此时新行星的可能性令人兴奋),天文学
家们对木星和火星之间的特大间隔感到迷惑不解。在这个间隔里会
不会有一颗行星,比方说,一颗第4½行星,一颗一直未被发现的行
星呢?德国天文学家奥伯斯领导一个小组计划系统地搜寻这样一颗
行星。
  当他们正在准备时,意大利天文学家皮亚齐在完全没有考虑新
行星的情况下观看天空,无意中看到了一个每天都在改变位置的天
体。从它移动的速度来估计,好像位于土星和火星之间;从它黯淡
的程度来看,它的体积必定非常小。发现的那一天是1801年的1月1
日,正好是一个新世纪的第一天。
  德国数学家高斯根据皮亚齐的观察结果,成功地推算出了这个
天体的轨道:它确实是颗新行星,轨道在火星和木星的轨道之间,
恰好是使各个行星均匀分布所应该处的位置。因为皮亚齐的研究工
作是在意大利的西西里岛上进行的,所以他特别将这颗新行星命名
为刻瑞斯(中文名谷神星),罗马神话中古代意大利专司粮食的女
神刻瑞斯与西西里岛有特别密切的联系。

    Ceres
           图:谷神星的红外照片

  从它的亮度和距离来推算,谷神星的确非常小,比其他任何一
颗行星都小得多。最新的数字表明,它的直径大约是1000公里(620
英里),质量大概是月球的1/50,比起较大的卫星就小得更多了。
  在火星和木星的间隔中似乎不可能只有谷神星一颗行星,因此
虽然皮亚齐发现了谷神星,奥伯斯仍继续搜寻。到了1807年,果不
其然,他在这一间隔里又发现了三颗行星。它们分别被命名为智神
星、婚神星和灶神星。其中最小的是婚神星,直径仅有97公里(60
英里)。
  这些新行星非常小,即使用当时最好的望远镜观察,它们也显
现不出小光盘。它们一直是一些光点,就像恒星那样。所以W·赫
歇耳建议把它们叫做小行星,这个建议被采用了。
  后来直到1845年,德国天文学家亨克才又发现了第五颗小行星,
命名为阿斯特赖亚(中文名义神星,即小行星5号)。此后,新的发
现接连不断。至今已经发现了1600多颗,每一颗都比第一个被发现
的谷神星小得多。它们几乎全都位于火星和木星的间隔之中,所以
这个区域现在被称为小行星带。
  为什么会有这些小行星存在呢?早期, 当奥伯斯发现前4颗小
行星时,他主张,这些小行星是一颗爆炸了的行星所留下的残余碎
片。可是,其他的天文学家对这种可能性半信半疑。他们认为,这
些小行星很可能是一颗未形成的行星的前身。在其他的区域里,一
般的情形是,原始的星云物质逐渐聚合成星子(相当于小行星),
然后再慢慢聚合成单独的行星(最后聚合的那些星子会在行星表面
上留下环形山标志),但是在小行星带内,聚合永远不会超过星子
阶段。人们认为,这是附近巨大木星的摄动效应造成的。
  到了1866年,己发现的众多小行星足以表明,它们在这个间隔
里的分布并不均匀。有些区域没有小行星的轨道。在平均距离太阳
37,000万公里(23,000万英里)、44,000万公里(27,500万英里)、
49,000万公里(30,500万英里)、54,700万公里(34,000万英里)的
地方没有小行星。美国天文学家柯克伍德1866年指出,在这些轨道
上,这些小行星绕太阳的公转周期是木星的公转周期的一个简单分
数。在这种情况下,木星对小行星所产生的摄动效应会非常大,迫
使在那里运行的小行星不是更靠近就是更远离太阳。这些柯克伍德
空隙更清楚他说明,木星影响广泛,而且能够阻止聚合。
  1906年,德国天文学家M.沃尔夫发现588号小行星后, 进一步
弄清了木星和小行星之间更为密切的关系。 588号小行星之所以不
寻常,是因为它运行的速度出人意料的慢,因此,它距离太阳也必
定出人意料的远。实际上,它是目前我们所知道的最远的一颗小行
星。它以特洛伊战争中的希腊英雄阿基里斯的名字命名。(一般为
小行星取名时都是以女性的名字为主,只对那些具有特殊轨道的小
行星才赋予男性的名字)。
  仔细的观察证明,阿基里斯是在木星的轨道上运行,而且还超
前木星60°。同一年的年底,又发现617号小行星, 也是在木星轨
道上,比木星落后60°。 617号小行星被命名为帕特罗克卢斯,在
荷马的史诗《伊利亚特》中,他是阿基里斯的朋友。后来发现这两
颗星附近又分别群集了许多小行星,所有这些小行星都以特洛伊战
争中的英雄人物来命名。木星、阿基里斯和帕特罗克卢斯是我们首
次发现的3个天体分别位于等边三角形的3个顶点上稳定运行的实际
例子。所以特别把这种状况称为特罗央位置,而这些小行星则称为
特罗央群小行星。阿基里斯及其星群在L-4位置、 而帕特罗克卢斯
及其星群则占L-5位置。

  Trojan
    图:特罗央小行星群示意图(点击放大)

  看上去像是被木星俘获的那些木星外层卫星,可能曾经一度是
特罗央群小行星。
  而土星最外层的土卫十和海王星外层的海卫二想来也可能是被
俘获的卫星,这表明在木星以外的区域至少也存在着零零星星的小
行星。或许它们原来都在小行星带中,由于某种摄动,被迫外移,
终于被某个行星俘获。
  例如,1920年,巴德发现了944号小行星,他称之为希达尔戈。
当计算出它的轨道以后,发现它远在木星以外运行, 公转周期为
13.7年,是小行星平均周期的3倍,甚至比木星的公转周期还长。
  944号小行星的轨道偏心率高达0.66。在近日点时,它和太阳
仅相距30,600万公里(19,000万英里),所以它正好在小行星带内;
而在远日点时;和土星到太阳的距离差不多,高达144,000万公里
(89,500万英里)。但是,由于它的轨道倾斜很厉害,以至当它在
远日点时,它远在土星之下,因此没有被俘获的危险:然而在这
种抛得很远的轨道上运行的其他小行星,可能会更靠近土星;而
最终被土星或其他更外围的行星俘获。
  难道没有一颗小行星因受引力摄动的影响永远在小行星带以
远的轨道上运行吗?1977年,美国天文学家科瓦尔发现了一个在
恒星背景上移动的非常暗淡的小光斑;但速度只有木星的1/3,它
必定远在木星轨道之外。
  科瓦尔继续追踪了它一段日子,计算出了近似的轨道,然后
又从以前的底片上重新寻找它;他在大约30张底片上确定出它的
位置,其中有一张底片是1895年拍摄的。这样他就能够画出这颗
新星的精确轨道了。
  结果表明这是颗相当大的小行星,直径大约有190公里(120
英里)。最靠近太阳时,距离太阳大约和土星一样远,最远时可
达到天王星与太阳的距离。它虽然穿梭于土星和天王星之间,但
由于轨道是倾斜的,所以不会太靠近它们。
  科瓦尔根据希腊神话中一个马人(半人半马)的名字,把它
命名为半人马星。它的公转周期是50.7年,现在它在接近远日点
的途中。再过20年,它和我们之间就会不到目前距离的一半,那
时我们就可以更清楚地看到它了。
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