小行星带（火星和木星轨道之间的小行星）

小行星带

火星和木星轨道之间的小行星

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，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，它们沿着椭圆形的轨道不停地围绕太阳公转。

概述

小行星带，是太阳系内介于火星和木星轨道之间的小行星密集区域。小行星是由岩石或金属组成，围绕着太阳运动的小天体，因为在比较上这是小行星最密集的区域，估计为数多达50万颗，所以这个区域被称为主小行星带，简称“主带”。

历史发现

理论预测

1766年德国天文学家提丢斯（J.Titius）偶然发现一个数列：(n+4)/10，将n=0、3、6、12……代入，可相当准确地给出各颗大行星与太阳的实际距离。这件事起初未引起人们的注意，后来柏林天文台的台长波德（J.Bode）得知后将它发表，乃为天文界所知。在1781年发现天王星之后，进一步证实公式有效，波德于是倡议在火星和木星轨道之间也许还有一颗行星。

观测发现

1801年，西西里和皮亚齐（G.Plazzi）在例行的天文观测中偶然发现在2.77 AU处有个小天体，即把它命名为谷神星（Ceres）。1802年，天文学家奥伯斯（H.Olbere）在同一区域内又发现另一小行星，随后命名为智神星（Pallas）。威廉·赫歇尔就建议这些天体是一颗行星被毁坏后的残余物。到了1807年，在相同的区域内又增加了第三颗婚神星和第四颗灶神星。由于这些天体的外观类似恒星，威廉·赫歇尔就采用希腊文中的语根aster- （似星的）命名为asteroid，中文则译为小行星。 拿破仑战争结束了小行星带发现的第一个阶段，一直到1845年才发现第五颗小行星义神星。紧接着，新小行星发现的速度急速增加，到了1868年中发现的小行星已经有100颗，而在1891年马克斯·沃夫引进了天文摄影，更加速了小行星的发现。1923年，小行星的数量是1,000颗，1951年到达10,000颗，1982年更高达100,000颗。现代的小行星巡天系统使用自动化设备使小行星的数量持续增加。

计算证实

在小行星带发现后，必须要计算它们的轨道元素。1866年，丹尼尔·柯克伍德宣布由太阳算起，在某些距离上是没有小行星存在的空白区域，而在这些区域上绕太阳公转的轨道周期与木星的公转周期有简单的整数比。柯克伍德认为是木星的摄动导致小行星从这些轨道上被移除。 在1918年，日本天文学家平山清次注意到小行星带上一些小行星的轨道有相似的参数，并由此形成了小行星族。到了1970年代，观察小行星的颜色发展出了分类的系统，三种最常见的类型是C-型（碳质）、S-型（硅酸盐）和M-型（金属）。2006年，天文学家宣布在小行星带内发现了彗星的族群，而且推测这些彗星可能是地球上海洋中水的来源。

形成学说

有一种叫“爆炸说”的理论认为：小行星带内原先有一颗与地球、火星不相上下的大行星，后来由于某种现在尚不清楚的原因，这颗大行星发生了爆炸，炸裂的碎片就成了现在的小行星。此外还有所谓的碰撞说等等。这些假说都从某些方面假说了小行星的起源，但又都存在许多问题难以自圆其说。现在越来越多的天文学家认为，小行星记载着太阳系行星形成初期的信息，小行星的起源是太阳系起源问题中不可分割的一环。

主要组成

主带

在主带的小行星大约有三分之一属于不同家族的成员。同一家族的小行星来自同一个母体的碎片，共享着相似的轨道元素，像是半长轴、离心率、轨道倾角，还有相似的光谱。由这些轨道元素的图型显示，在主带中的小行星集中成几个家族，大约有20–30个集团可以确定是小行星族，并且可能有共同的起源。还有一些可能是，但还不是很确定的。小行星族可以借由光谱的特征来进行辨认。 较小的小行星集团称为组或群。 

在主带内著名的小行星族（依半长轴排序）有花神星族、司法星族、鸦女星族、 曙神星族、和司理星族。 最大的小行星族是以灶神星为主的灶神星族（谷神星是属于Gefion族的闯入者），相信是由形成灶神星上陨石坑的撞击造成的，而且HED陨石可能也是起源自这一次的撞击。在主带内也被找到三条明显的尘埃带，他们与曙神星、鸦女星、司理星有相似的轨道倾角，所以可能也属于这些家族。

外缘

在小行星带的内缘（距离在1.78和2.0天文单位之间，平均半长轴1.9天文单位）有匈牙利族的小行星。们以匈牙利为主，至少包含52颗知名的小行星。匈牙利族的轨道都有高倾角，并被4：1的柯克伍德空隙与主带分隔开来。有些成员属于穿越火星轨道的小行星，并且可能是因为火星的扰动才使这个家族的成员减少。另一个在小行星主带外缘的高倾角家族是福后星族，轨道在距离太阳2.25到2.5天文单位之间。主要由S-型的小行星组成，在靠近匈牙利族的附近有一些E-型的小行星。最大家族之一的花神星族已知的成员超过800颗，可能是在十亿年前的撞击后形成的， 主要分布在主带的内侧边缘。在主带的外缘有原神星族的小行星，轨道介于3.3至3.5天文单位之间，与木星有7：4的轨道共振。希尔达族的轨道介于3.5和4.2天文单位之间，与木星有3：2的轨道共振。相对来说，在4.2天文单位之外，直到与木星共轨的特洛伊小行星之间仍有少量的小行星。

运动特点

小行星带由原始太阳星云中的一群星子——比行星微小的行星前身——形成。木星的引力阻碍了这些星子形成行星，并造成许多星子相互间高能量的碰撞，于是清扫了这一区域，造成许多残骸和碎片。小行星绕太阳公转的轨道，继续受到木星的摄动，形成了与木星的轨道共振。在这些轨道距离（即柯克伍德空隙）上的小行星会被很快地扫进其它轨道。

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。

测量小行星带中巨大小行星的自转周期显示有一个下限存在，直径大于100米的小行星，自转周期都超过2.2小时。虽然一个结实的物体可以用更高的速率自转，但当小行星的自转周期快过这个数值时，表面的离心力便会大于重力，因此表面所有的松散物质都会被抛离。这也说明直径超过100米的小行星实际上是在碰撞后的瓦砾堆中形成的。

小行星带高密度的天体分布使得彼此间的碰撞频繁（天文学的时间尺度）。在小行星带中半径为10公里的天体，平均每一千万年就会发生一次碰撞。 碰撞会产生许多小行星的碎片（导致新的小行星族产生），而且一些碰撞的残骸可能会在进入地球的大气层并成为陨石。 但当小行星以低速碰撞时，两颗小行星可能会结合在一起。在过去的40亿年中，还有一些小行星带的成员仍保持着原始的特征。

除了小行星的主体之外，小行星带中也包含了半径只有数百微米的尘埃微粒。这些细微颗粒至少有一部分是来自小行星之间的碰撞（或微小的陨石体对小行星的撞击）。由于坡印廷·罗伯逊阻力，来自太阳辐射的压力会使这些粒子以螺旋的路径缓慢的朝向太阳移动。这些细小微粒带动彗星抛出的物质，产生了黄道光，这种微弱的辉光可以太阳西沉后的暮光中，沿着黄道面的平面上观察到。产生黄道光的颗粒半径大约为40微米，而这种颗粒可以维持的生命期通常是700,000年，因此必须有新产生的颗粒源源不断地来自小行星带。

科学研究

科罗拉多大学的天文学家丽贝卡·马丁和空间望远镜研究所的马里奥·利维奥提出了一个假说，认为太阳系中小行星带的位置在木星和火星之间并非偶然，而恰恰是地球生命形成的必要条件。太阳系形成之时，木星和太阳之间的引力作用将太阳系内部的尘埃块和小行星拖了出来。小行星带位于所谓的“雪线”上，脆弱的物质如冰块等，在这一距离仍能保持冰冻状态，而再靠近的话就可能融化或分解。

太阳系形成过程中，冷却的岩石和冰块结合，形成我们现在所知的行星。然而在木星形成时，其轨道移位靠近太阳，在木星和太阳之间引力的作用下，“雪线”上的物质分崩离析，一颗新行星的形成过程被中止，只留下小行星带。现在小行星带的总质量只相当于最初形成时的百分之一。

对于太阳系内部的行星(包括地球)来说，这些小行星的攻击已是家常便饭。在理论上小行星还为地球带来了生命形成所需的原材料(如水等)，并通过剧烈改变地球的环境和气候，刺激了生命的演化过程。为了确定小行星带并非太阳系所独有，这些红外信号数据指示了在大约90个不同的恒星星系中，也有小行星带的存在。马丁和利维奥研究了520个围绕恒星运转的大型气体星球，发现其中只有19个位于雪线理论位置的外侧。这意味着，只有少于4%的地外行星系统符合间断平衡理论的设定，具备支持智慧生命进化的合适条件。

参考资料

1.那个小行星·微思

2.太阳系内介于火星和木星之间的小行星带·新浪博客

3.小行星带或将成为寻找外星生命关键·新浪科技