火星到太阳的平均距离为(12+4)10=1。6
照此下去,下一个行星的距离应该是:(24+4)10=2。8
可是这个距离处没有行星,也没有任何别的天体。波得相信“造物主”不会有意在这个地方留下空白;提丢斯则认为也许是火星的一颗还没有发现的卫星在这个位置上的,但不管怎么说提丢斯——波得定则在“2。8(天文单位)”处出现了间断。当时认识的两颗最远的行星是木星和土星,按照定则的思路继续往外推算,情况是令人鼓舞的,定则给出的数据与实际情况对比如下:
定则给出的数据各行星到太阳的实际距离(天文单位)
水星0。40。387
金星0。70。723
地球1。01。000
火星1。61。524
木星5。25。203
土星10。09。554
定则算出来的那些数据与行星距离十分相似,于是大家开始相信“2。8“那个地方应该有颗大行星补上,波得为此向其他天文学家呼吁,希望共同组织起来寻找这颗“丢失”了的行星。一些热心的天文学家便开始搜索“丢失”的行星,好几年过去了,毫无结果。正当大家有点灰心准备放弃这种漫无边际的搜寻工作时,1781年英国天文学家赫歇耳地无意中发现了太阳系的第七大行星——天王星,令人惊讶的是,天王星与太阳的平均距离为19。2天文单位,和提丢斯-波得定则算出的结果(192+4)10=19。6竟然符合得好级了。这一下子,定则的地位陡然高涨,几乎所有的人对它都笃信无疑,而且完全相信在“2。8”空缺位置上,一定存在一颗大行星,只是方法不得当,所以才一直没有找到。…;
小行星带可是很快十多年又过去了,这颗“丢失”的大行星依然杳无音信。直到1801年初,一个惊人的消息从意大利西西里岛传出,那里的一处偏僻天文台的台长皮亚齐在一次常规观测时发现了一颗新天体,经计算它的距离是2。77天文单位,与“2。8”极为近似。新天体因此被认为就是那颗好多人在拚命寻找而一直没有找到的大行星,并被命名为“谷神星”。接着谷神星的直径被测定出来,是700多公里,这可把大家弄糊涂了,怎么不是大个子行星而是小个子行星呢?但令人震惊的事情还在后头,第二年即1802年3月德国医生奥伯斯又在火星与木星轨道之间发现了一颗行星——智神星,除了略小之外,智神星与谷神星相差不多,距离基本一致,接着又发现了第三颗——婚神星和第四颗——灶神星。到最后前前后后发现的小行星总数竟达50万颗之多,它们都集中在火星与木星之间的一个特定区域内,即所谓的“小行星带”,其中心位置正好符合提丢斯——波得定则给出的数据。
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。77AU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。编辑本段起源演化在太阳系形成初期,因吸积过程的碰撞普遍,造成小颗粒逐渐聚集形成更大的丛集,一旦聚集到足够的质量(即所谓的微星),便能用重力吸引周围的物质。这些星子就能稳定地累积质量成为岩石行星或巨大的气体行星。小行星带的形成之谜不知道何时才能破解。不过,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。因此,小行星的起源是研究太阳系起源问题中重要的和不可分割的一环。…;
主流观点及解释
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。
目前被认同的行星形成理论是太阳星云假说,认为星云中构成太阳和行星的材料,尘埃和气体,因为重力陷缩而生成旋转的盘状。在太阳系最初几百万年的历史中,因吸积过程的碰撞变得黏稠,造成小颗粒逐渐聚集形成更大的丛集,并且使颗粒的大小稳定的持续增加。一旦聚集到足够的质量—所谓的微星—便能经由重力吸引邻近的物质。这些星子就能稳定的累积质量成为岩石的行星或巨大的气体行星。
在平均速度太高的区域,碰撞会使星子碎裂而抑制质量的累积,阻止了行星大小的天体生成。在星子的轨道周期与木星的周期成简单整数比的地区,会发生轨道共振,会因扰动使这些星子的轨道改变。在火星与木星之间的空间,有许多地方与木星有强烈的轨道共振。当木星在形成的过程中向内移动时,这些共振轨道也会扫掠过小行星带,对散布的星子进行动态的激发,增加彼此的相对速度。星子在这个区域(持续到现在)受到太强烈的摄动因而不能成为行星,只能一如往昔的继续绕着太阳公转,而且小行星带可以视为原始太阳系的残留物。
目前小行带所拥有的质量应该仅是原始小行星带的一小部分,以电脑模拟的结果,小行星带原来的质量应该与地球相当。主要是由于重力的扰动,在百万年的形成周期过程中,大部分的物质都被抛?
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