为什么太阳系中有那么多的小行星

十万个为什么 日期:2021-10-8

1766年,德国科学家提丢斯发现,如果写下这样一串数字:0,3,6,12,24,48,将其加上4,然后除以10,就得到了0.4,0.7,1.0,1.6,2.8,5.2,10.0。如果用日地间距离(即天文单位)为计算单位,那么这个数组中除了2.8以外,其余都十分接近当时已知的行星同太阳的距离:0.387(水星)、0.732(金星)、1.000(地球)、1.520(火星)、5.20(木星)、9.54(土星)。1772年,德国天文学家波得再次介绍了这一规律,这一规律于是被称为“提丢斯—波得定则”。

提丢斯—波得定则发现以后,很多天文学家相信,在火星与木星之间,与太阳距离2.8天文单位的地方,应该有一颗未被发现的行星。于是纷纷把望远镜对准了那片区域。1801年,意大利天文学家皮亚齐在距太阳2.77天文单位的轨道上发现了谷神星,符合提丢斯—波得定则,但它的直径还不到1000千米,和已知的大行星相去甚远。

1802年和1807年,德国天文学家奥伯斯又在谷神星的轨道附近发现了智神星和灶神星,1804年,德国天文学家哈丁在距太阳2.67天文单位处发现了婚神星。其后在这个区域发现的小行星越来越多。1868年达到100颗,1879年达到200颗,1890年达到287颗……今天在这个区域中观测到的小行星已经数以十万计。绝大部分小行星的直径小于1千米,它们大多集中在距太阳2.1~3.5天文单位的地方,这个区域也被称为小行星主带。在这个区域内的小行星数量,可能占太阳系所有小行星的98%以上。

小行星主带补上了提丢斯—波得定则中所“空缺”的那个轨道,因此有些天文学家认为小行星是原来运行于这个轨道上的一颗大行星碎裂而成的。但是小行星主带中所有小行星的质量加起来也没有月球的质量大,而且如果是碎裂形成的,那么小行星的轨道应该能相交在碎裂点上,但事实上小行星的轨道相差很大;另外,不同小行星的化学成分也相差很大,这是“大行星碎裂说”难以解释的。

近几十年来,当科学家们能够用计算机数值模型来模拟太阳系的演化过程时,另一种假说得到了更多人的承认。那就是“边角料”模型,即小行星是太阳系形成初期的行星盘的残留物。这个模型认为,太阳系形成之初,有一个由尘埃和气体组成的行星盘。盘中的尘埃不断碰撞、形成了较大的星子,星子又在碰撞中不断合并,变得越来越大。大的星子容易吸积周围的物质,就会变得更大,太阳系的大行星就是这么形成的。但是在小行星主带上的星子却很不幸,因为它边上先形成了一颗质量巨大的木星。当木星的公转周期与小行星主带中的星子的公转周期之比为一些特定的数值时,便会产生“轨道共振”现象。星子或小行星和木星产生轨道共振的话,它的轨道就会受到强烈的扰动。而且太阳系历史上还曾出现过木星和土星这两个巨大行星共同产生的“超级轨道共振”。这些大行星的引力作用会把小行星主带中的星子往各个方向抛射开去,因此那里的星子就无法像其他行星一样不断长大。所以这些“边角料”就一直以原始的形态残留在小行星主带中了。

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