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小行星研究的歷史

  由左至右：灶神星（小行星4）、谷神星（矮行星）、月球

1760年有人猜測(cè)太陽(yáng)系內(nèi)的行星離太陽(yáng)的距離構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)位系列。按這個(gè)系列在火星和木星之間有一個(gè)空隙，這兩顆行星之間也應(yīng)該有一顆行星。18世紀(jì)末有許多人開(kāi)始尋找這顆未被發(fā)現(xiàn)的行星。著名的提丟斯-波得定則就是其中一例。當(dāng)時(shí)歐洲的天文學(xué)家們組織了世界上第一次國(guó)際性的科研專(zhuān)案，在哥達(dá)天文臺(tái)的領(lǐng)導(dǎo)下全天被分為24個(gè)區(qū)，歐洲的天文學(xué)家們有系統(tǒng)地在這24個(gè)區(qū)內(nèi)搜索這顆被稱(chēng)為“幽靈”的行星。但這個(gè)專(zhuān)案沒(méi)有任何成果。

1801年1月1日晚上，朱塞普·皮亞齊在西西里島上巴勒莫的天文臺(tái)內(nèi)在金牛座里發(fā)現(xiàn)了一顆在星圖上找不到的星。皮亞齊本人并沒(méi)有參加尋找“幽靈”的項(xiàng)目，但他聽(tīng)說(shuō)了這個(gè)項(xiàng)目，他懷疑他找到了“幽靈”，因此他在此后數(shù)日內(nèi)繼續(xù)觀察這顆星。他將他的發(fā)現(xiàn)報(bào)告給哥達(dá)天文臺(tái)，但一開(kāi)始他稱(chēng)他找到了一顆彗星。此后皮亞齊生病了，無(wú)法繼續(xù)他的觀察。而他的發(fā)現(xiàn)報(bào)告用了很長(zhǎng)時(shí)間才到達(dá)哥達(dá)，此時(shí)那顆星已經(jīng)向太陽(yáng)方向運(yùn)動(dòng)，無(wú)法再被找到了。

高斯此時(shí)發(fā)明了一種計(jì)算行星和彗星軌道的方法，用這種方法只需要幾個(gè)位置點(diǎn)就可以計(jì)算出一顆天體的軌道。高斯讀了皮亞齊的發(fā)現(xiàn)后就將這顆天體的位置計(jì)算出來(lái)送往哥達(dá)。奧伯斯于1801年12月31日晚重新發(fā)現(xiàn)了這顆星。后來(lái)它獲得了谷神星這個(gè)名字。1802年奧伯斯又發(fā)現(xiàn)了另一顆天體，他將它命名為智神星。1803年婚神星，1807年灶神星被發(fā)現(xiàn)。一直到1845年第五顆小行星義神星才被發(fā)現(xiàn)，但此后許多小行星被很快地發(fā)現(xiàn)了。到1890年為止已有約300顆已知的小行星了。

1890年攝影術(shù)進(jìn)入天文學(xué)，為天文學(xué)的發(fā)展給予了巨大的推動(dòng)。此前要發(fā)現(xiàn)一顆小行星天文學(xué)家必須長(zhǎng)時(shí)間記錄每顆可疑的星的位置，比較它們與周?chē)俏恢弥g的變化。但在攝影底片上一顆相對(duì)于恒星運(yùn)動(dòng)的小行星在底片上拉出一條線(xiàn)，很容易就可以被確定。而且隨著底片的感光度的增強(qiáng)它們很快就比人眼要靈敏，即使比較暗的小行星也可以被發(fā)現(xiàn)。攝影術(shù)的引入使得被發(fā)現(xiàn)的小行星的數(shù)量增長(zhǎng)巨大。1990年CCD攝影的技術(shù)被引入，加上電腦分析電子攝影的技術(shù)的完善使得更多的小行星在很短的時(shí)間里被發(fā)現(xiàn)。今天已知的小行星的數(shù)量約達(dá)70萬(wàn)。

一顆小行星的軌道被確定后，天文學(xué)家可以根據(jù)對(duì)它的亮度和反照率的分析來(lái)估計(jì)它的大小。為了分析一顆小行星的反照率一般天文學(xué)家既使用可見(jiàn)光也使用紅外線(xiàn)的測(cè)量。但這個(gè)方法還是比較不可靠的，因?yàn)槊款w小行星的表面結(jié)構(gòu)和成分都可能不同，因此對(duì)反照率的分析的錯(cuò)誤往往比較大。

比較精確的資料可以使用雷達(dá)觀測(cè)來(lái)取得。天文學(xué)家使用射電望遠(yuǎn)鏡作為高功率的發(fā)生器向小行星投射強(qiáng)無(wú)線(xiàn)電波。通過(guò)測(cè)量反射波到達(dá)的速度可以計(jì)算出小行星的距離。對(duì)其他資料（衍射資料）的分析可以推導(dǎo)出小行星的形狀和大小。此外，觀測(cè)小行星掩星也可以比較精確地推算小行星的大小。

現(xiàn)在也已經(jīng)有一系列無(wú)人太空船在一些小行星的附近對(duì)它們進(jìn)行過(guò)研究，1991年伽利略號(hào)在它飛往木星的路程上飛過(guò)小行星951，1993年飛過(guò)艾女星（小行星243）。會(huì)合-舒梅克號(hào)于1997年飛過(guò)小行星253并于2001年在愛(ài)神星（小行星433）登陸。1999年深太空1號(hào)在26公里遠(yuǎn)處飛掠小行星9969。2002年星塵號(hào)在3300公里遠(yuǎn)處飛掠小行星5535。

小行星的命名

 C-型小行星梅西爾德星

 夸歐爾

小行星的名字由兩個(gè)部分組成：前面是一個(gè)永久編號(hào)，后面是一個(gè)名字。每顆被證實(shí)的小行星先會(huì)獲得一個(gè)永久編號(hào)，發(fā)現(xiàn)者可以為這顆小行星建議一個(gè)名字。這個(gè)名字要由國(guó)際天文聯(lián)會(huì)批準(zhǔn)才被正式采納，原因是因?yàn)樾⌒行堑拿幸欢ǖ某Ｒ?guī)。因此有些小行星沒(méi)有名字，尤其是在永久編號(hào)在上萬(wàn)的小行星。假如小行星的軌道可以足夠精確地被確定后，那么它的發(fā)現(xiàn)就算是被證實(shí)了。在此之前，它會(huì)有一個(gè)臨時(shí)編號(hào)，是由它的發(fā)現(xiàn)年份和兩個(gè)字母組成，比如2004 DW。

皮亞齊于1801年在西西里島發(fā)現(xiàn)第一顆小行星是，他將這顆星起名為谷神·費(fèi)迪南星。前一部分是以西西里島的保護(hù)神谷神命名的，后一部分是以那波利國(guó)王費(fèi)迪南四世命名的。但各國(guó)學(xué)者們對(duì)此不滿(mǎn)意，因此將第二部分去掉了，所以第一顆小行星的正式名稱(chēng)是小行星1號(hào)谷神星。

此后發(fā)現(xiàn)的小行星都是按這個(gè)傳統(tǒng)以羅馬或希臘的神來(lái)命名的，如智神星、灶神星、義神星等。

但隨著越來(lái)越多的小行星被發(fā)現(xiàn)，最后古典神話(huà)的名字都用光了。因此后來(lái)的小行星以發(fā)現(xiàn)者夫人的名字、歷史人物或其他重要人物、城市、地點(diǎn)、童話(huà)人物名字或其他神話(huà)里的神來(lái)命名。比如216 艷后星是依據(jù)埃及女王克婁巴特拉七世命名的，2001愛(ài)因斯坦是以阿爾伯特·愛(ài)因斯坦命名的，17744福斯特是依據(jù)女演員茱蒂·福斯特命名的，小行星1773是按格林童話(huà)中的一個(gè)侏儒命名的，145523鹿林是以中央大學(xué)在臺(tái)灣鹿林山的發(fā)現(xiàn)地點(diǎn)鹿林天文臺(tái)為名等。截至2015年10月27日，具有軌道數(shù)據(jù)的小行星共1,266,470顆，獲永久編號(hào)的小行星共450,133顆，已命名的小行星共19,513顆 。

對(duì)于一些編號(hào)是1000的倍數(shù)的小行星，習(xí)慣上以特別重要的人、物來(lái)命名（但常有例外）。例如：

由于永久編號(hào)已超過(guò)100,000，一些原來(lái)應(yīng)付5位編號(hào)的程式便無(wú)法支援，因此出現(xiàn)了一些在萬(wàn)位元采用英文字母的編號(hào)表示方法，即A=10、B=11……Z=35；a=36……z=61，在此安排下，619,999號(hào)以下的小行星仍然可以用5位表示。

小行星的來(lái)源

  愛(ài)達(dá)小行星

一開(kāi)始天文學(xué)家以為小行星是一顆在火星和木星之間的行星破裂而成的，但小行星帶內(nèi)的所有小行星的全部質(zhì)量比月球的質(zhì)量還要小。今天天文學(xué)家認(rèn)為小行星是太陽(yáng)系形成過(guò)程中沒(méi)有形成行星的殘留物質(zhì)。木星在太陽(yáng)系形成時(shí)的質(zhì)量增長(zhǎng)最快，它防止在今天小行星帶地區(qū)另一顆行星的形成。小行星帶地區(qū)的小行星的軌道受到木星的干擾，它們不斷碰撞和破碎。其他的物質(zhì)被逐出它們的軌道與其他行星相撞。大的小行星在形成后由于鋁的放射性同位素 Al（和可能鐵的放射性同位素 Fe）的衰變而變熱。重的元素如鎳和鐵在這種情況下向小行星的內(nèi)部下沉，輕的元素如硅則上浮。這樣一來(lái)就造成了小行星內(nèi)部物質(zhì)的分離。在此后的碰撞和破裂后所產(chǎn)生的新的小行星的構(gòu)成因此也不同。有些這些碎片后來(lái)落到地球上成為隕石。

小行星的構(gòu)成

通過(guò)光譜分析所得到的資料可以證明小行星的表面組成很不一樣。按其光譜的特性小行星被分幾類(lèi)：

C-型小行星：這種小行星占所有小行星的75%，因此是數(shù)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。一般認(rèn)為C-型小行星的構(gòu)成與碳質(zhì)球粒隕石（一種石隕石）的構(gòu)成一樣。一般C-型小行星多分布于小行星帶的外層。

S-型小行星：這種小行星占所有小行星的17%，是數(shù)量第二多的小行星。S-型小行星一般分布于小行星帶的內(nèi)層。S-型小行星的反照率比較高，在0.15到0.25之間。它們的構(gòu)成與普通球粒隕石類(lèi)似。這類(lèi)隕石一般由硅化物組成。

M-型小行星：剩下的小行星中大多數(shù)屬于這一類(lèi)。這些小行星可能是過(guò)去比較大的小行星的金屬核。它們的反照率與S-型小行星的類(lèi)似。它們的構(gòu)成可能與鎳-鐵隕石類(lèi)似。

E-型小行星：這類(lèi)小行星的表面主要由頑火輝石構(gòu)成，它們的反照率比較高，一般在0.4以上。它們的構(gòu)成可能與頑火輝石球粒隕石（另一類(lèi)石隕石）相似。

V-型小行星：這類(lèi)非常稀有的小行星的組成與S-型小行星差不多，唯一的不同是它們含有比較多的輝石。天文學(xué)家懷疑這類(lèi)小行星是從灶神星的上層硅化物中分離出來(lái)的。灶神星的表面有一個(gè)非常大的環(huán)形山，可能在它形成的過(guò)程中V-型小行星誕生了。地球上偶爾會(huì)找到一種十分罕見(jiàn)的石隕石，HED-非球粒隕石，它們的組成可能與V-型小行星相似，它們可能也來(lái)自灶神星。

G-型小行星：它們可以被看做是C-型小行星的一種。它們的光譜非常類(lèi)似，但在紫外線(xiàn)部分G-型小行星有不同的吸收線(xiàn)。

B-型小行星：它們與C-型小行星和G-型小行星相似，但紫外線(xiàn)的光譜不同。

F-型小行星：也是C-型小行星的一種。它們?cè)谧贤饩€(xiàn)部分的光譜不同，而且缺乏水的吸收線(xiàn)。

P-型小行星：這類(lèi)小行星的反照率非常低，而且其光譜主要在紅色部分。它們可能是由含碳的硅化物組成的。它們一般分布在小行星帶的極外層。

D-型小行星：這類(lèi)小行星與P-型小行星類(lèi)似，反照率非常低，光譜偏紅。

R-型小行星：這類(lèi)小行星與V-型小行星類(lèi)似，它們的光譜說(shuō)明它們含較多的輝石和橄欖石。

A-型小行星：這類(lèi)小行星含很多橄欖石，它們，主要分布在小行星帶的內(nèi)層。

T-型小行星：這類(lèi)小行星也分布在小行星帶的內(nèi)層。它們的光譜比較紅暗，但與P-型小行星和R-型小行星不同。

過(guò)去人們以為小行星是一整塊完整單一的石頭，但小行星的密度比石頭低，而且它們表面上巨大的環(huán)形山說(shuō)明比較大的小行星的組織比較松散。它們更象由重力組合在一起的巨大的碎石堆。這樣松散的物體在大的撞擊下不會(huì)碎裂，而可以將撞擊的能量吸收過(guò)來(lái)。完整單一的物體在大的撞擊下會(huì)被沖擊波擊碎。此外大的小行星的自轉(zhuǎn)速度很慢。假如它們的自轉(zhuǎn)速度高的話(huà)，它們可能會(huì)被離心力解體。今天天文學(xué)家一般認(rèn)為大于200米的小行星主要是由這樣的碎石堆組成的。而部分較小的碎片更成為一些小行星的衛(wèi)星，例如：小行星87便擁有兩顆衛(wèi)星。

小行星的軌道與近地小行星

主小行星帶的小行星

約90%已知的小行星位于主小行星帶中；主小行星帶是界于火星與木星之間，一個(gè)相當(dāng)寬廣的地帶。谷神星、智神星等首先被發(fā)現(xiàn)的小行星都是主小行星帶內(nèi)的小行星。

火星軌道內(nèi)的小行星

火星軌道內(nèi)的小行星總的來(lái)說(shuō)分三群：

阿莫爾型小行星群：這一類(lèi)小行星穿越火星軌道并來(lái)到地球軌道附近。其代表性的小行星是1898年發(fā)現(xiàn)的愛(ài)神星，這顆小行星可以到達(dá)離地球0.15天文單位的距離。1900年和1931年愛(ài)神星來(lái)到地球附近時(shí)天文學(xué)家用這個(gè)機(jī)會(huì)來(lái)確定太陽(yáng)系的大小。1911年發(fā)現(xiàn)的小行星719后來(lái)又了，一直到2000年它才重新被發(fā)現(xiàn)。這個(gè)小行星組以小行星1221阿莫爾命名，其軌道離太陽(yáng)1.08到2.76天文單位，這是這個(gè)群相當(dāng)?shù)湫偷囊粋€(gè)軌道。

阿波羅型小行星群：這個(gè)小行星群的小行星的軌道位于火星和地球之間。這個(gè)組中一些小行星的軌道離心率非常高，它們的近日點(diǎn)一直到達(dá)金星軌道內(nèi)。這個(gè)群典型的小行星軌道有1932年發(fā)現(xiàn)的小行星1862阿波羅，它的軌道在0.65到2.29天文單位之間。小行星69230曾在僅僅1.5月球距離處飛略地球。

阿登型小行星群：這個(gè)群的小行星軌道一般在地球軌道以?xún)?nèi)。該群以1976年發(fā)現(xiàn)的小行星2062阿登命名。這類(lèi)小行星的離心率比較高，它們有時(shí)從地球軌道內(nèi)與地球軌道向交。

這些小行星都統(tǒng)稱(chēng)為近地小行星。近年人們對(duì)這些小行星的研究加深了，因?yàn)樗鼈兝碚撋鲜怯锌赡芘c地球相撞的。比較有成績(jī)的計(jì)劃包括林肯近地小行星研究小組（LINEAR）、近地小行星追蹤（NEAT）和羅威爾天文臺(tái)近地天體搜索計(jì)劃（LONEOS）等。

在其他行星的軌道上運(yùn)行的小行星

在其他行星軌道的拉格朗日點(diǎn)上運(yùn)行的小行星被稱(chēng)為特洛伊小行星。最早被發(fā)現(xiàn)的特洛伊小行星是在木星軌道上的小行星，它們中有些在木星前，有些在木星后運(yùn)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年第一顆火星特洛伊小行星小行星5261被發(fā)現(xiàn)，此后還有其他四顆火星特洛伊小行星被發(fā)現(xiàn)。

土星和天王星之間的小行星

土星和天王星之間的小行星有一群被稱(chēng)為半人馬小行星群的小行星，它們的偏心率都相當(dāng)大。最早被發(fā)現(xiàn)的半人馬小行星群的小行星是小行星2060。估計(jì)這些小行星是從柯伊伯帶中受到其他大行星的引力干擾而落入一個(gè)不穩(wěn)定的軌道中的。

古柏帶的小行星

海王星以外的小行星屬于柯伊伯帶，在這里天文學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了最大的小行星如小行星50000等。

水星軌道內(nèi)的小行星

雖然一直有人猜測(cè)水星軌道內(nèi)也有一個(gè)小行星群，但至今為止這個(gè)猜測(cè)未能被證實(shí)。

小行星的探測(cè)

在進(jìn)入太空旅行的年代之前，小行星即使在最大的望遠(yuǎn)鏡下也只是一個(gè)針尖大小的光點(diǎn)，因此它們的形狀和地形仍然是未知的奧秘 。

第一次獲得小行星的特寫(xiě)鏡頭是1971年水手9號(hào)拍攝到的傅博斯和戴摩斯照片，這兩個(gè)小天體雖然都是火星的衛(wèi)星，但可能都是被火星捕獲的小行星。這些圖像顯示出多數(shù)的小行星不規(guī)則、像馬鈴薯的形狀。之后的航海家計(jì)劃計(jì)劃從氣體巨星獲得了更多小衛(wèi)星的影像。

 蓋斯普拉是第一個(gè)被拍攝到特寫(xiě)鏡頭的小行星。

前往木星的太空船伽利略號(hào)在1991年飛掠過(guò)951蓋斯普拉（ Gaspra ），拍攝下第一張真正小行星特寫(xiě)鏡頭，然后是1993年的243艾女星和衛(wèi)星載克太（ Dactyl ）。

會(huì)合-舒梅克號(hào)是第一個(gè)專(zhuān)門(mén)探測(cè)小行星的太空計(jì)劃，他在前往433愛(ài)神星的途中，于1997年拍攝了253瑪秀德（ Mathilde ），在完成了軌道環(huán)繞探測(cè)之后，在2001年成功的降落在愛(ài)神星上。

曾經(jīng)被太空船在其他目地的航程中簡(jiǎn)略拜訪過(guò)的小行星還有布雷爾（ Braille ，深空1號(hào)于1999年）和安妮法蘭克（ Annefrank ，星塵號(hào)于2002年）。

日本的太空船隼鳥(niǎo)號(hào)在2005年9月抵達(dá)25143系川做了詳細(xì)的探測(cè)，并成功取得一些樣品返回地球。隼鳥(niǎo)號(hào)的任務(wù)曾遭遇到一些困難，包括三個(gè)導(dǎo)輪壞了兩個(gè)，使他很難維持對(duì)向太陽(yáng)的方向來(lái)收集太陽(yáng)能。接下來(lái)的小行星探測(cè)計(jì)劃是歐洲空間局的羅塞塔號(hào)（已于2004年發(fā)射升空），并在2008年和2010年分別探測(cè)史坦斯和魯特西亞。

美國(guó)國(guó)家航空航天局在2007年發(fā)射黎明號(hào)太空船，它在2011至2015年間環(huán)繞谷神星和灶神星，還可能延長(zhǎng)任務(wù)去探測(cè)智神星。

中國(guó)國(guó)家航天局的嫦娥二號(hào)在探測(cè)完月球和日地拉格朗日L2點(diǎn)后，于2012年12月成功飛掠探測(cè)4179圖塔蒂斯，最近飛越距離僅有3.2km，飛越時(shí)速高達(dá)10.73公里/秒，成功獲得了高達(dá)5m分辨率的拍攝圖像，這些都創(chuàng)造了飛掠型小行星探測(cè)任務(wù)的新紀(jì)錄。

小行星已經(jīng)被建議做為未來(lái)的地球資源來(lái)使用，做為罕見(jiàn)原料的采礦場(chǎng)，或是太空休憩站的修建材料。從地球發(fā)射是很笨重和昂貴的材料，未來(lái)或許能直接從設(shè)在小行星上的太空工廠直接制造和開(kāi)采。但是根據(jù)在德雷克方程式基礎(chǔ)上發(fā)展出的一個(gè)Elvis方程式的估算結(jié)果，太陽(yáng)系內(nèi)可能只有10顆小行星擁有開(kāi)采價(jià)值的鉑族金屬 。

較大小行星：已列入和即將列入矮行星

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