小行星是太阳系内类似行星环绕太阳运动,但体积和质量比行星小得多的天体。 至今为止在太阳系内一共已经发现了约70万颗小行星,但这可能仅是所有小行星中的一小部分,只有少数这些小行星的直径大于100公里。到1990年代为止最大的小行星是谷神星,但近年在古柏带内发现的一些小行星的直径比谷神星要大,比如2000年发现的伐楼拿(Varuna)的直径为900公里,2002年发现的夸欧尔(Quaoar)直径为1280公里,2004年发现的厄耳枯斯的直径甚至可能达到1800公里。2003年发现的塞德娜(小行星90377)位于古柏带以外,其直径约为1500公里。 根据估计,小行星的数目应该有数百万,详见小行星列表,而最大型的小行星现在开始重新分类,被定义为矮行星。

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    1研究历史

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    1760年有人猜测太阳系内的行星离太阳的距离构成一个简单的数位系列。按这个系列在火星和木星之间有一个空隙,这两颗行星之间也应该有一颗行星。18世纪末有许多人开始寻找这颗未被发现的行星。著名的提丢斯-波得定则就是其中一例。当时欧洲的天文学家们组织了世界上第一次国际性的科研专案,在哥达天文台的领导下全天被分为24个区,欧洲的天文学家们有系统地在这24个区内搜索这颗被称为“幽灵”的行星。但这个专案没有任何成果。

    1801年1月1日晚上,朱塞普·皮亚齐在西西里岛上巴勒莫的天文台内在金牛座里发现了一颗在星图上找不到的星。皮亚齐本人并没有参加寻找“幽灵”的项目,但他听说了这个项目,他怀疑他找到了“幽灵”,因此他在此后数日内继续观察这颗星。他将他的发现报告给哥达天文台,但一开始他称他找到了一颗彗星。此后皮亚齐生病了,无法继续他的观察。而他的发现报告用了很长时间才到达哥达,此时那颗星已经向太阳方向运动,无法再被找到了。

    高斯此时发明了一种计算行星和彗星轨道的方法,用这种方法只需要几个位置点就可以计算出一颗天体的轨道。高斯读了皮亚齐的发现后就将这颗天体的位置计算出来送往哥达。奥伯斯于1801年12月31日晚重新发现了这颗星。后来它获得了谷神星这个名字。1802年奥伯斯又发现了另一颗天体,他将它命名为智神星。1803年婚神星,1807年灶神星被发现。一直到1845年第五颗小行星义神星才被发现,但此后许多小行星被很快地发现了。到1890年为止已有约300颗已知的小行星了。

    1890年摄影术进入天文学,为天文学的发展给予了巨大的推动。此前要发现一颗小行星天文学家必须长时间记录每颗可疑的星的位置,比较它们与周围星位置之间的变化。但在摄影底片上一颗相对于恒星运动的小行星在底片上拉出一条线,很容易就可以被确定。而且随着底片的感光度的增强它们很快就比人眼要灵敏,即使比较暗的小行星也可以被发现。摄影术的引入使得被发现的小行星的数量增长巨大。1990年CCD摄影的技术被引入,加上电脑分析电子摄影的技术的完善使得更多的小行星在很短的时间里被发现。今天已知的小行星的数量约达70万。

    一颗小行星的轨道被确定后,天文学家可以根据对它的亮度和反照率的分析来估计它的大小。为了分析一颗小行星的反照率一般天文学家既使用可见光也使用红外线的测量。但这个方法还是比较不可靠的,因为每颗小行星的表面结构和成分都可能不同,因此对反照率的分析的错误往往比较大。

    比较精确的资料可以使用雷达观测来取得。天文学家使用射电望远镜作为高功率的发生器向小行星投射强无线电波。通过测量反射波到达的速度可以计算出小行星的距离。对其他资料(衍射资料)的分析可以推导出小行星的形状和大小。此外,观测小行星掩星也可以比较精确地推算小行星的大小。

    现在也已经有一系列无人太空船在一些小行星的附近对它们进行过研究,1991年伽利略号在它飞往木星的路程上飞过小行星951,1993年飞过艾女星(小行星243)。会合-舒梅克号于1997年飞过小行星253并于2001年在爱神星(小行星433)登陆。1999年深太空1号在26公里远处飞掠小行星9969。2002年星尘号在3300公里远处飞掠小行星5535。

    2命名

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    小行星的名字由两个部分组成:前面是一个永久编号,后面是一个名字。每颗被证实的小行星先会获得一个永久编号,发现者可以为这颗小行星建议一个名字。这个名字要由国际天文联会批准才被正式采纳,原因是因为小行星的命名有一定的常规。因此有些小行星没有名字,尤其是在永久编号在上万的小行星。假如小行星的轨道可以足够精确地被确定后,那么它的发现就算是被证实了。在此之前,它会有一个临时编号,是由它的发现年份和两个字母组成,比如2004 DW。

    皮亚齐于1801年在西西里岛发现第一颗小行星是,他将这颗星起名为谷神·费迪南星。前一部分是以西西里岛的保护神谷神命名的,后一部分是以那波利国王费迪南四世命名的。但各国学者们对此不满意,因此将第二部分去掉了,所以第一颗小行星的正式名称是小行星1号谷神星。

    此后发现的小行星都是按这个传统以罗马或希腊的神来命名的,如智神星、灶神星、义神星等。

    但随着越来越多的小行星被发现,最后古典神话的名字都用光了。因此后来的小行星以发现者夫人的名字、历史人物或其他重要人物、城市、地点、童话人物名字或其他神话里的神来命名。比如216 豔后星是依据埃及女王克娄巴特拉七世命名的,2001爱因斯坦是以阿尔伯特·爱因斯坦命名的,17744福斯特是依据女演员茱蒂·福斯特命名的,小行星1773是按格林童话中的一个侏儒命名的,145523鹿林是以中央大学在台湾鹿林山的发现地点鹿林天文台为名等。截至2013年2月9日,具有轨道数据的小行星共604,344颗,获永久编号的小行星共353,926颗,已命名的小行星共17,698颗。

    对于一些编号是1000的倍数的小行星,习惯上以特别重要的人、物来命名(但常有例外)。例如:

    编号为1000的倍数的已命名小行星

    编号         命名来源

    小行星1000    皮亚齐

    小行星2000    赫歇尔

    小行星3000    达芬奇

    小行星4000    喜帕恰斯

    小行星5000    国际天文联会

    小行星6000    联合国

    小行星7000    居里

    小行星8000    牛顿

    小行星9000    HAL(例外)

    小行星10000 Myriostos(例外)

    小行星15000 CCD

    小行星17000 Medvedev(例外)

    小行星20000 伐楼拿

    小行星21000 百科全书

    小行星24000 Patrickdufour

    小行星25000 天体测量

    小行星31000 Rockchic

    小行星33000 陈健生

    小行星50000 夸欧尔

    小行星56000 美索不达米亚

    小行星59000 北馆

    小行星60000 Miminko

    小行星71000 Hughdowns(例外)

    小行星100000        Astronautica

    由于永久编号已超过100,000,一些原来应付5位编号的程式便无法支援,因此出现了一些在万位元采用英文字母的编号表示方法,即A=10、B=11……Z=35;a=36……z=61,在此安排下,619,999号以下的小行星仍然可以用5位表示。

    3小行星的来源

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    一开始天文学家以为小行星是一颗在火星和木星之间的行星破裂而成的,但小行星带内的所有小行星的全部质量比月球的质量还要小。今天天文学家认为小行星是太阳系形成过程中没有形成行星的残留物质。木星在太阳系形成时的质量增长最快,它防止在今天小行星带地区另一颗行星的形成。小行星带地区的小行星的轨道受到木星的干扰,它们不断碰撞和破碎。其他的物质被逐出它们的轨道与其他行星相撞。大的小行星在形成后由于铝的放射性同位素26Al(和可能铁的放射性同位素60Fe)的衰变而变热。重的元素如镍和铁在这种情况下向小行星的内部下沉,轻的元素如硅则上浮。这样一来就造成了小行星内部物质的分离。在此后的碰撞和破裂后所产生的新的小行星的构成因此也不同。有些这些碎片后来落到地球上成为陨石。

    4小行星的构成

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    主条目:小行星光谱分类

    通过光谱分析所得到的资料可以证明小行星的表面组成很不一样。按其光谱的特性小行星被分几类:

    C-型小行星:这种小行星占所有小行星的75%,因此是数量最多的小行星。C-型小行星的表面含碳,反照率非常低,只有0.05左右。一般认为C-型小行星的构成与碳质球粒陨石(一种石陨石)的构成一样。一般C-型小行星多分布于小行星带的外层。

    S-型小行星:这种小行星占所有小行星的17%,是数量第二多的小行星。S-型小行星一般分布于小行星带的内层。S-型小行星的反照率比较高,在0.15到0.25之间。它们的构成与普通球粒陨石类似。这类陨石一般由硅化物组成。

    M-型小行星:剩下的小行星中大多数属于这一类。这些小行星可能是过去比较大的小行星的金属核。它们的反照率与S-型小行星的类似。它们的构成可能与镍-铁陨石类似。

    E-型小行星:这类小行星的表面主要由顽火辉石构成,它们的反照率比较高,一般在0.4以上。它们的构成可能与顽火辉石球粒陨石(另一类石陨石)相似。

    V-型小行星:这类非常稀有的小行星的组成与S-型小行星差不多,唯一的不同是它们含有比较多的辉石。天文学家怀疑这类小行星是从灶神星的上层硅化物中分离出来的。灶神星的表面有一个非常大的环形山,可能在它形成的过程中V-型小行星诞生了。地球上偶尔会找到一种十分罕见的石陨石,HED-非球粒陨石,它们的组成可能与V-型小行星相似,它们可能也来自灶神星。

    G-型小行星:它们可以被看做是C-型小行星的一种。它们的光谱非常类似,但在紫外线部分G-型小行星有不同的吸收线。

    B-型小行星:它们与C-型小行星和G-型小行星相似,但紫外线的光谱不同。

    F-型小行星:也是C-型小行星的一种。它们在紫外线部分的光谱不同,而且缺乏水的吸收线。

    P-型小行星:这类小行星的反照率非常低,而且其光谱主要在红色部分。它们可能是由含碳的硅化物组成的。它们一般分布在小行星带的极外层。

    D-型小行星:这类小行星与P-型小行星类似,反照率非常低,光谱偏红。

    R-型小行星:这类小行星与V-型小行星类似,它们的光谱说明它们含较多的辉石和橄榄石。

    A-型小行星:这类小行星含很多橄榄石,它们,主要分布在小行星带的内层。

    T-型小行星:这类小行星也分布在小行星带的内层。它们的光谱比较红暗,但与P-型小行星和R-型小行星不同。

    过去人们以为小行星是一整块完整单一的石头,但小行星的密度比石头低,而且它们表面上巨大的环形山说明比较大的小行星的组织比较松散。它们更象由重力组合在一起的巨大的碎石堆。这样松散的物体在大的撞击下不会碎裂,而可以将撞击的能量吸收过来。完整单一的物体在大的撞击下会被冲击波击碎。此外大的小行星的自转速度很慢。假如它们的自转速度高的话,它们可能会被离心力解体。今天天文学家一般认为大于200米的小行星主要是由这样的碎石堆组成的。而部分较小的碎片更成为一些小行星的卫星,例如:小行星87便拥有两颗卫星。

    5小行星的轨道与近地小行星

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    主条目:近地小行星

    主小行星带的小行星

    约90%已知的小行星位于主小行星带中;主小行星带是界于火星与木星之间,一个相当宽广的地带。谷神星、智神星等首先被发现的小行星都是主小行星带内的小行星。

    火星轨道内的小行星

    火星轨道内的小行星总的来说分三群:

    阿莫尔型小行星群:这一类小行星穿越火星轨道并来到地球轨道附近。其代表性的小行星是1898年发现的爱神星,这颗小行星可以到达离地球0.15天文单位的距离。1900年和1931年爱神星来到地球附近时天文学家用这个机会来确定太阳系的大小。1911年发现的小行星719后来又失踪了,一直到2000年它才重新被发现。这个小行星组以小行星1221阿莫尔命名,其轨道离太阳1.08到2.76天文单位,这是这个群相当典型的一个轨道。

    阿波罗型小行星群:这个小行星群的小行星的轨道位于火星和地球之间。这个组中一些小行星的轨道离心率非常高,它们的近日点一直到达金星轨道内。这个群典型的小行星轨道有1932年发现的小行星1862阿波罗,它的轨道在0.65到2.29天文单位之间。小行星69230曾在仅仅1.5月球距离处飞略地球。

    阿登型小行星群:这个群的小行星轨道一般在地球轨道以内。该群以1976年发现的小行星2062阿登命名。这类小行星的离心率比较高,它们有时从地球轨道内与地球轨道向交。

    这些小行星都统称为近地小行星。近年人们对这些小行星的研究加深了,因为它们理论上是有可能与地球相撞的。比较有成绩的计划包括林肯近地小行星研究小组(LINEAR)、近地小行星追踪(NEAT)和罗威尔天文台近地天体搜索计划(LONEOS)等。

    在其他行星的轨道上运行的小行星

    在其他行星轨道的拉格朗日点上运行的小行星被称为特洛伊小行星。最早被发现的特洛伊小行星是在木星轨道上的小行星,它们中有些在木星前,有些在木星后运行。有代表性的木星特洛伊小行星有小行星588和小行星1172。1990年第一颗火星特洛伊小行星小行星5261被发现,此后还有其他四颗火星特洛伊小行星被发现。

    土星和天王星之间的小行星

    土星和天王星之间的小行星有一群被称为半人马小行星群的小行星,它们的偏心率都相当大。最早被发现的半人马小行星群的小行星是小行星2060。估计这些小行星是从柯伊伯带中受到其他大行星的引力干扰而落入一个不稳定的轨道中的。

    古柏带的小行星

    海王星外天体及类似天体

    海王星内天体

    半人马小行星

    海王星特洛伊

    海王星外天体注

    柯伊伯带

    传统柯伊伯带天体(QB1天体)

    共振海王星外天体

    冥族小天体(2:3共振天体)

    黄道离散天体

    共振海王星外天体

    注:在海王星外的矮行星都属于类冥矮行星

    海王星以外的小行星属于柯伊伯带,在这里天文学家们发现了最大的小行星如小行星50000等。

    水星轨道内的小行星

    参见:水内小行星

    虽然一直有人猜测水星轨道内也有一个小行星群,但至今为止这个猜测未能被证实。

    6小行星的探测

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    在进入太空旅行的年代之前,小行星即使在最大的望远镜下也只是一个针尖大小的光点,因此它们的形状和地形仍然是未知的奥秘。

    第一次获得小行星的特写镜头是1971年水手9号拍摄到的傅博斯和戴摩斯照片,这两个小天体虽然都是火星的卫星,但可能都是被火星捕获的小行星。这些图像显示出多数的小行星不规则、像马铃薯的形状。之后的航海家计划计划从气体巨星获得了更多小卫星的影像。

    前往木星的太空船伽利略号在1991年飞掠过951盖斯普拉( Gaspra),拍摄下第一张真正小行星特写镜头,然后是1993年的243艾女星和卫星载克太( Dactyl)。

    会合-舒梅克号是第一个专门探测小行星的太空计划,他在前往433爱神星的途中,于1997年拍摄了253玛秀德( Mathilde),在完成了轨道环绕探测之后,在2001年成功的降落在爱神星上。

    曾经被太空船在其他目地的航程中简略拜访过的小行星还有布雷尔( Braille,深空1号于1999年)和安妮法兰克( Annefrank,星尘号于2002年)。

    日本的太空船隼鸟号在2005年9月抵达25143系川做了详细的探测,并且可能携带回一些样品回地球。隼鸟号的任务曾遭遇到一些困难,包括三个导轮坏了两个,使他很难维持对向太阳的方向来收集太阳能。接下来的小行星探测计划是欧洲空间局的罗塞塔号(已于2004年发射升空),预计在2008年和2010年分探测史坦斯和鲁特西亚。

    美国国家航空航天局在2007年发射黎明号太空船,它在2011至2015年间环绕谷神星和灶神星,还可能延长任务去探测智神星。

    中国国家航天局的嫦娥二号在探测完月球和日地拉格朗日L2点后,于2012年12月成功飞掠探测4179图塔蒂斯,最近飞越距离仅有3.2km,飞越时速高达10.73公里/秒,成功获得了高达5m分辨率的拍摄图像,这些都创造了飞掠型小行星探测任务的新纪录。

    小行星已经被建议做为未来的地球资源来使用,做为罕见原料的采矿场,或是太空休憩站的修建材料。从地球发射是很笨重和昂贵的材料,未来或许能直接从设在小行星上的太空工厂直接制造和开采。但是根据在德雷克方程式基础上发展出的一个Elvis方程式的估算结果,太阳系内可能只有10颗小行星拥有开采价值的铂族金属。

    7采矿热潮

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    参考消息网2016126日报道从小行星上开采矿产资源已经不是科幻小说情节,而是随时可能实现的现实,它正在全世界各国和企业引发太空“淘金热”,这个想法从原则上来说很简单。

    据西班牙《阿贝赛报》网站报道,在木星和火星轨道之间的小行星带,数百万大小不同的岩石(直径1000千米到几米不等)形成环绕太阳的一个环。它们是在遥远的太阳系形成时代留下的残余,已经成为实际上取之不尽的矿产和元素储备,而这些矿产和元素在地球上已经稀缺或者被过度开发。黄金、铂、铁和水仅是其中少数代表。此外行星带中的很多岩石因为相互碰撞离开了行星带,穿过行星系统沿着轨道全速前进,其中不少岩石飞向或者飞近地球。从原则上来说,这些行星对于人类来说最容易登陆。

    报道称,它们的通用名是近地小行星,这些小行星在自身轨道的某个点上,与人们相距不到0.3个天文单位,或者说不到4千万公里。自从天文学家有了更好的工具发现这些小行星后,它们的数量就不断在增加。

    20156月,我们已经发现了12745颗直径为1米到32千米不等的近地小行星,其中不超过981颗直径大于1千米的小行星曾经靠近过地球,人们已经认识了它们当中的逾90%。但是同样的推算告诉我们,或许有超过100万颗直径小于50米的小行星靠近过地球,而人们或许仅了解其中的1%。每年有100颗近地小行星靠近地球,但是人们仍不认识这些太空岩石的绝大部分。

    因此美国航天局在20134月宣布,打算研发开采太空矿产的必要技术,并且实行了一项测试任务,即捕捉一颗小行星,把它带到月球轨道上,然后派遣航天员登陆小行星。毫无疑问,这个活动将是下半个世纪最赚钱的行业之一。

    20151125日,奥巴马总统签署了《美国商业太空发射竞争法案》,其目的就是鼓励私人太空开发,其中一条规定便是允许具备必要技术登陆小行星的个人或企业占有行星以及其他太空资源。美国政府不会干涉这些太空开发活动,并保证那些有能力在行星上采矿的人有权“拥有、运输、使用和出售”他们发现的资源,但他们不对小行星拥有主权。

    报道称,因此,“行星资源”、“深空工业”等私企正在跃跃欲试,发布它们雄心勃勃的太空采矿计划。这些计划的核心内容不仅包括直接开采资源,还包括为未来的月球和火星殖民地提供后勤支持(水、燃料等)的丰厚合同。“行星资源”公司表示,仅仅是供应行星上含量充沛的水,就有可能创造一个盈利万亿的业务。

    至于矿产开采,仅一个直径500米的行星蕴含的铂金数量就有可能相当于地球上至今开采的全部铂金。私有部门估计,开采一个直径只有50米的小行星或可获利5000亿美元。

    报道称,为了确保这个外星新产业的成功,不少企业和机构几年前就开始寻找最佳目标。这并不是说要捕捉靠近地球的第一颗小行星,而是仔细筛选,并事先了解其中蕴含的矿产。根据它们的组成成分,小行星被分为三大类:

    C类:数量最多,占我们认识的小行星的约75%。它们的成分与太阳差不多。

    S类:占我们认识的小行星的17%,含有大量的镍、铁、镁矿。

    M类:它们是最稀少的,但是含有大量的铁矿和镍矿。

    此外这三种小行星还蕴含不同数量的其他元素,例如铂或水等,总之,矿产非常丰富。美国航天局的一项报告指出,仅一个直径1千米、重量20亿吨的小行星,就可开采3000万吨镍,150万吨钴和7500吨铂。

    报道称,“行星资源”公司正在太空检查一系列的观测卫星,以便找到最适合开发的小行星。当然找到合适的小行星并不足够。接下来必须要登陆它们,建立必要的设施,然后进行矿产开发。这些活动需要数十亿美元的投资,但是无论如何这都比在月球或者火星上采矿便宜得多。原因在于,小行星上几乎没有重力,因此不必使用太重的机器。虽然还没有人确切知道如何在这些岩石上采矿,但对总体要求大家都见解一致。

    例如机器必须使用太阳能供电,这就大大减少了需要从地球运往小行星的燃料。同样道理,所有工作人员包括机器人的体重必须够轻,因此有可能会限制搭载人员数量。所有飞船和设备必须紧紧固定在小行星上,以防因为失重而飘走并迷失在太空。失重带来的一个优势是,可以不费吹灰之力运走大块材料。

    “行星资源”公司总裁克里斯·莱维基表示,“我们想要创造的是一个以太空为基础的产业,它将成为为未来经济打开太空大门的经济引擎”。

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    • 更新时间:2016-03-30
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