星空万象

在电影《独行月球》中袭击地球的派小行星是来自太阳系中的小行星带里的某一颗，在现实中，这种情况有可能发生吗？

在我们太阳系里除了恒星外，还有行星，矮行星和小行星。今天我们就来聊聊这些数量惊人的小天体。

小行星

小行星是指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。

小行星一般被认为是由太阳系形成时期的微行星演变而来，是发现数量最多的太阳系天体，截至2020年12月31日小行星中心的数据，太阳系内已有1026572颗小行星被确认（包含外海王星天体），其中约57%已有正式编号，但这很可能仍仅是所有小行星中的一小部分。受到2000年代以后观测技术进步以及观测任务增多的影响，已发现的小行星数量每天都在持续增长，如今每个月都能有多达数千颗新的小行星被发现。

皮亚齐与人类最早发现的小行星

由于小行星体积都比较小，2013年一颗小行星是被美国小行星观测中心发现，并将其命名为2013RZ53。其直径为3米，是当时发现的体积最小的小行星，而到了2015年发现的2015TC 25天体就是一颗微型的近地星球，它的直径只有2米左右，但它的反射率非常高，能够将太阳光的60%都反射出去。

理论上来说，直径在3米-1000公里的小天体都能被归类称之为小行星。因此，以过去人类早期的观测能力和观测设备，最早被发现的小行星一定是体积很大能够有足够视星等反射阳光的那些。

朱塞普·皮亚齐（Giuseppe Piazzi，1746年7月7日—1826年7月22日），出生于意大利，是一名神父，也是一位天文学家。

皮亚齐最为人熟悉的事迹，便是在19世纪的第一天，发现了太阳系中的第一颗小行星。在1801年（我们中国的清朝嘉庆六年）1月1日晚上，在位于西西里岛的皮亚齐留意到一个在背景星空中移动的星点。起初他以为是一颗遥远的恒星，位置移动只是因为观测错误，但在之后三个晚上的连续观测之后，他肯定这星点并非恒星。然而，谨慎的他起初只公布可能发现了一颗新的彗星。但由于这天体没有呈云雾状，移动速度亦较慢且均匀，他也意识到这天体可能并非彗星。

夜空中的小行星

后来皮亚齐因病中断观测，康复后想再度找寻它时,却杳无踪迹了。于是看热闹不嫌事大的吃瓜群众开始议论纷纷,客气的说他年纪大了老眼昏花，不客气的说他耸人听闻想骗取荣誉。一时间流言蜚语满天飞。皮亚齐有苦难言，因为在浩瀚的星空中寻找一颗不知轨迹的新行星，的确犹如海底捞针。

高斯算星

消息传到德国著名数学家高斯耳里,他想,行星运动是有规律的,只要它确实存在,就能算出来。高斯利用皮亚齐的观测资料,以他的行星轨道计算法和最小二乘法,终于算出它的轨道在火星和木星之间。高斯把结果公布之后,1802年元旦之夜,德国天文爱好者、医生奥尔贝斯,果然在预计的地方重新找到了它。数学家以他们的铅笔与算草纸，给天文学家送回了这个迟到了一年的新年礼物。

皮亚齐持续观测至2月11日，但他的发现却未受注意，之后该小行星已公转至太阳背面而无法观测。

另一位天文学家波得认为火星与木星轨道之间的位置理应有行星，而谷神星正是该颗他认为的未知行星，但它的体积比起其他大行星要小得多，因此威廉·赫歇尔（Friedrich Wilhelm Herschel，1738年11月15日～1822年8月25日）后来把这类天体称为“小行星”（asteroid）并由此延伸出一个标准，即要确定一个天体是否为行星，这个行星的体积必须比谷神星要大。

皮亚齐他给这颗星起名为谷神·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。但国际学者们对此不满意，因此将第二部分去掉了。因此第一颗小行星的正式名称是小行星1号谷神星。

升级的谷神星

2006年，国际天文学联合会将谷神星重新定义为矮行星（和冥王星平起平坐），谷神星曾被认为是太阳系已知最大的小行星。

谷神星其平均直径为952公里，是小行星带中最大最重的天体。谷神星4.6个地球年才绕太阳公转一周。谷神星很可能是一个分化型星球，具有岩石内核，地幔层包含大量冰水物质，现探测到星球表面有大量载水矿物质。初步推测水占谷神星体积的40%。谷神星还能通过太阳能获得能量，因为它距离太阳仅2.8个天文单位，相比之下，木卫二和土卫二一距离较远，分别是5.2和9个天文单位。

谷神星

谷神星位于火星和木星轨道间的小行星带中，此前研究已确认其内部存在大量的冰。欧航局在《自然》杂志上报告说，他们利用赫歇尔望远镜首次在谷神星上发现了水蒸气，这些水蒸气来自谷神星表面颜色较深的区域。

水蒸气的量并不大，约为每秒6千克，但这一发现对于证实谷神星上有水意义重大。研究人员推测，水蒸气冒出的具体原因可能有两个：一是太阳照射使谷神星表面的冰被迅速加热所致，二是谷神星内部仍有能量。科学家推测可能拥有液态水的海洋。

小行星带

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，98.5%的小行星都在此处被发现，已经被编号小行星有120,437颗。由于小行星带是小行星最密集的区域，这个区域因此也被称为主带。目前主带中最大的就是谷神星。

小行星带距离太阳约2.17-3.64天文单位的空间区域内，聚集了大约50万颗以上的小行星。这么多小行星能够被凝聚在小行星带中，除了太阳的引力作用以外，木星的引力也起着作用。

很多想象图和示意图中把小行星带描述为这样的，但是其实小行星带中的物质非常稀薄，也没有这么密集。小行星带内比较大的几颗小行星分别是谷神星、智神星、婚神星和灶神星。

除了谷神星直径约为950公里外其他几个平均直径都超过400 公里；而其余的小行星都较小，有些甚至只有尘埃大小。火星和木星之间轨道空间十分空旷，50万颗分布在其中也很稀疏，目前人类制造的好几艘太空探测器都非常安全地通过这个看似危险的区域而未曾发生意外，比如先驱者十一号探测器、旅行者号探测器、卡西尼号土星探测器等。

小行星带的形成

目前关于小行星带成因的说法一共有三种比较主流的。

第一种是原始星云说；小行星带由原始太阳星云中的物质形成。但是，因为太阳与木星的引力影响，阻碍了这些原始星云物质聚合形成行星，造成许多物质相互碰撞，并形成许多残骸和碎片。在太阳与木星之间形成了一个引力平衡区域而分散开来变成条带状。

第二种是爆炸撕裂说；灵感来源是土星的光环，土星光环形成的原因与彗星、小行星与较大的土卫相撞后产生的碎片组成有关。于是有科学家猜测，在太阳系早期，在火星与木星之间应该存在一颗质量与地球类似的行星，但是由于未知的原因，这颗行星发生了爆炸。

小行星带的计算机模拟轨道

经过计算目前小行星带所拥有的质量应该仅是原始小行星带的一小部分，以电脑模拟的结果目，小行星带原来物质的质量应该与地球质量相当。后来主要是由于木星引力扰动的影响，在百万年的形成周期过程中，大部分的物质都被抛出去，残留下来的质量大概只有原来的千分之一。这个说法后来成为了很多科幻作者的灵感来源，他们说曾经这是一颗有智慧文明的星球但是被外来的星际力量摧毁了，而其中有一部分逃到了地球。但是他们的家园变成了现在的小行星带。

第三种说法是，木星与火星之间的轨道上本来就存在着5-10颗同谷神星大小相似的体积相对较大的小行星。这些行星通过长时间的相互碰撞逐渐解体，越来越小，越分越多，形成了大量的碎片，也就是我们观测到的小行星带。这些解释各有道理，但都不能自圆其说，因而都未形成定论。

小行星琅琊榜

自从谷神星晋级脱离小行星群体后，其他小行星都以各自的特点想来打一下小行星琅琊榜。

智神星（2 Pallas），小行星工号2号，是人类继谷神星（小行星带中唯一的矮行星）后所发现的第二颗小行星。它一颗的质量就约占了小行星带所有小天体的7%。

智神星直径为560千米，比灶神星稍大一些，但是其质量却比灶神星轻10–30%，所以智神星是小行星带中第二重的小行星。公转周期1686天，自转周期9～12小时，目视星等为8.0等。智神星可能是太阳系中最大的不规则天体（也就是本身的重力不能使外貌呈现圆滑），也可能是残余的原行星。据测算智神星可能有一颗直径1千米的卫星，但是至今没有观测到。

灶神星（Vesta）（第四颗被发现的小行星），是目前小行星带质量最大的一个小行星几乎占所有小行星总质量的9%（因为谷神星已被定义为矮行星），它有着525公里的平均直径。

它是由德国天文学家海因里.威廉.马提亚.奥伯斯于1807年3月29日发现的。随后被命名为维斯塔（罗马神话中掌管家庭和壁炉的女神）。

灶神星是我们太阳系中观测到的最大亮度的天体之一。明亮的物质似乎是天然岩石，而黑暗的物质被认为是由其他小行星撞上灶神星而沉积的。科学家估计，在过去的35亿年里，大约有300颗直径从1公里到10公里的黑暗小行星撞击了灶神星。这足以将灶神星包裹在一个大约1到2米厚的“灰尘毯子”里。

灶神星赤道区域周围有一个巨大的峡谷系统。最大的，命名为迪瓦利亚福萨（Divalia Fossa），比美国大峡谷还要大。

婚神星（英语：3 Juno）是人类发现的第三颗小行星，是由较重的石质组成的S-型小行星。它在1804年9月1日被德国天文学家卡尔·路德维希·哈丁以一架普通的2英寸口径望远镜发现的，以罗马神话中位阶最高的婚姻之神朱诺来命名。

质量约占整个小行星带的1.0%，在大小排序上也在前10名之内。它与司法星争夺石质的S-型小行星中最大者的荣衔，但最新测量已使婚神星屈居第二。光谱研究显示婚神星表面含球粒陨石的成分，以及普通的石陨石中都有的含铁硅酸盐，像是橄榄石和辉石等，可能是球粒陨石的来源。在2001年10月2日于日正当中时，测得的表面最高温度约为293K，换算可得在近日点位置时其表面温度可以达到301K（28℃）（感觉还蛮舒适的温度）。

司琴星（Lutetia），小行星编号21，是一颗位于小行星带上的大型小行星，拥有不寻常的光谱类型。它直径约100公里（沿其主轴120公里）。它于1852年由赫尔曼·戈德施密特（Hermann Goldschmidt）发现，并以巴黎的拉丁名Lutetia命名。

司琴星形状不规则，陨石坑遍布，最大的撞击坑直径达45公里。地表在地质上是不均匀的，被一系列沟槽和陡坎相交。此外，它的平均密度很高，这意味着它是由富含金属的岩石构成的。

2010年7月，罗塞塔号探测器在距离司琴星3162公里的范围内通过。这是2011年7月黎明号抵达灶神星之前，航天器访问过的最大小行星。

系川小行星，（最有潜力撞地球的候选人）“系川”长630米，状如土豆，从获得的照片上发现:“系川”的表面崎岖不平，主要是块状物而不是风化层，密度也比预期的小，可能是被重力结合在一起的两块岩石小行星的组合体构成的。

为什么这颗小行星的部分表面很平滑呢？没人能给个明确的答案，但原因可能是和这颗小行星是由松散石块所聚成而不一是一整块巨石有关。

计算机轨道模拟显示这颗500公尺宽的系川小行星，可能在接下来的数百万年之间冲撞地球。不过不用担心，以人类目前作死的速度，估计到时候我们已经灭绝了。即便延续到那时也能开发出小行星防御武器了。

龙宫小行星，编号为1999JU3，是距离地球约3.4亿公里的小行星。“龙宫”直径只有约1千米，比小行星“丝川”更为原始，可能有更多的含水矿物和有机物。“龙宫”的自转周期约为7个半小时，比一般的小行星自转要慢。

2020年12月，由探测器“隼鸟2号”搭载的为期6年的回收舱从3亿多公里外的小行星“龙宫”（Ryugu）返回地球，并带回约5.4克行星表面样本。日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）等团队分析了样本后，从中检测到20多种氨基酸。

龙宫是目前探测器造访过并且成功取样返回的小行星。

擦肩而过

就在2013年9月的一天，美国麻省的小行星观测中心发布了一条消息，表示观测到一颗直径约为3米的小行星将会在早上闯过地球和月球间的空隙，当时人们还非常担心这颗小行星如果产生偏差，那么很可能会对地球产生威胁。

一般来说当直径小于50米的小行星闯入大气层中，基本都无法在大气层中坚持很久，高速的飞行会导致它很快就被摩擦产生的热量燃烧殆尽，最终变为尘埃。

比如已经在大气层中烧毁的退役和平号空间站全长有87米。不过和平号的速度比小行星慢挺多的。而以上的这颗小行星直径仅3米，就算是直接飞向地球也是完全没事的。当时据说这颗小行星距地只有23万公里，也就是相当于位于地月间的三分之二的距离。

和平号空间站在大气中变成流星

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迪莫弗斯（Dimorphos），小行星，直径160米，（体积与古罗马斗兽场类似）其伴生小行星迪迪莫斯直径780米。在距离地球1100万公里的地方，是小行星双星系统。

2022年9月26日，执行美国国家航空航天局（NASA）的“双小行星重定向测试”（DART）任务的航天器将撞击小行星“迪莫弗斯”，以尝试改变其运行轨道。这项任务将使“杀手小行星”偏离地球成为可能，以免对地球构成威胁。

当地时间2022年10月11日，美国国家航空航天局（NASA）就其“双小行星重定向测试”（DART）任务举行新闻发布会。NASA指出，在9月26日的测试中，DART航天器成功碰撞目标小行星“迪莫弗斯”（Dimorphos）并使其偏离原运行轨道，这也是世界上首次行星防御测试。

撞击后，产生了长达一万千米的羽流，迪莫弗斯的轨道周期缩短为11小时23分钟，相当于人类将它的轨道周期缩短了32分钟，测量不确定性范围为正负2分钟。而之前天文学家预测轨道只能缩短10分钟左右。

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