小行星带是怎样形成的 太阳系形成早期的剩余物

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小行星上存在水冰 或表明地球生命来自太空



　　 Themis是火星和木星之间小行星带上最大的小行星之一
  　　天文学家借助美国宇航局设在夏威夷的红外线望远镜设施(Infrared Telescope Facility)，分析“24 Themis”小行星表面岩石反射的光线，发现24 Themis小行星覆盖着一层薄薄的霜，而且存在有机物。

　　美国田纳西大学研究人员约什-埃默里说：“我们探测到的有机物似乎是复杂、长链条分子。随陨石降落到地球上，这些有机物开启了地球生命起源。”

　　不过在小行星表面发现水冰也令科学家感到很奇怪，因为它们本应迅速蒸发掉。埃默里补充说：“这意味着这颗小行星内部水冰含量很丰富，很可能其他很多小行星亦是如此。小行星上的水冰为地球上的水究竟来自哪里的奥秘提供了答案。”
小行星带是怎样形成的

小行星带的形成类似于行星光环的形成，源自于太阳系形成之时太阳自转的离心力作用。
盘旋于火星轨道与木星轨道之间区域的小行星带，估计由数十万颗小行星汇集而成，并分别围绕太阳中心做圆周轨道运动。至今人们已经发现并命名的小行星已达120437颗之多。


相关信息显示，它们的形成应源自于太阳系形成时期太阳自转离心力的作用。

借助行星探测器对于小行星的拍摄，比如由伽利略号探测器拍摄的小行星Gaspra和小行星Ida的图片等。对于小行星的相关现象与力学机制我们可以作这样的解析。
从图片中，我们可以看出它们的结构形状都极不规整，整个小行星显现出被高温融合的痕迹。并且，天文观测还发现，富含碳值的C—型小行星占小行星总数的75%以上，那一定是因为受到高温烧灼的缘故。


首先，由小行星的各种现象可以初步推导出如下的结论：

1）从小行星的形状可以判断，它们是经过高温融合而最终形成的，但它们的融合过程与行星及卫星的融合过程不同，在融合过程中起控制作用的绝不仅仅是其中心的万有引力，而是某种外在的力对于其最终的形状起到决定性的作用。

2）与其他天体相比，小行星的直径都很小，只有少数几颗小行星能够达到400km的量级。仅凭其自身的微小引力作用不足以导致在会聚时产生足够的高温将相应物质融合在一起。否则，它们应当完全会具有完整的球状结构。

3）小行星的结构形状与行星光环物质，比如土星环中的物质构成截然不同。土星光环中分布着大量的微细颗粒及尘埃物质，并且未经高温熔化而呈现出疏松的表面结构。这足以说明行星光环中至少存在一部分物质是未曾经历过高温的原始星云物质（如图3-46所示），而小行星带内的小行星，至少对于之前提到的小行星Gaspra和Ida，以及大量的富含碳值的C—型小行星，却是经历过高温融合的硬化颗粒结构。
4）小行星带的分布与行星光环的分布呈现出类似的环带形状。


其次，由以上的第3）条结论，可以验证太阳系是由星云物质凝聚而成的假设是没有太大疑问的。正是行星的光环完美地保留了太阳系形成之前的小部分星云原始物质，使得它们最终没有经历过高温的作用而一直以微粒的形状保留到现在。

由第1）及第2）条结论，我们可以推断其中大部分小行星必定曾经到达过近日空间，并且是在近日空间熔化结合而成为独立的较大颗粒结构，然后又在较大的气流作用下冷却下来，才最终形成了不规整的外在形状。因为它们自身没法产生高温导致融合，这可以从行星光环的分散小颗粒状态得到证明。

     最后，立足于以上推论，对于小行星带甚至整个太阳系的形成过程可以简单地进行这样的描述：

在太阳系形成阶段，大量星云物质在不断地向恒星方向涡旋而进。由于恒星质量的不断增加，加强的引力作用进一步加速了星云旋进的速度，最终使得它们具备了强大的动能。强大的动能最终有一部分在碰撞过程中转换为恒星的内能并使恒星温度升高；另一部分则保留为太阳自转的动能，使太阳加速并保持着较快的自转运动。

随着太阳的自转，不断会聚而来的气体物质也随之具备了围绕太阳自转的速度，并在引力及离心力的共同作用下不断地向赤道面会聚。当坠入恒星的气体物质越来越多，再由于恒星温度进一步的升高，气体物质的体积急剧膨胀并向太阳的赤道面延伸，直至填充到遥远的近日空间。

这些随着太阳一起自转的气体物质，当到达一定高度范围以后，它们会因为自转离心力过大而不断向外逃逸，同时也将一部分坠入近日空间而被熔化的星云物质携带到远离恒星的位置，并最终平衡在某一轨道高度运行。那些被携带出来的，在气旋中受到不规则的力的作用而冷却成为不规则形状的颗粒物最后便构成了小行星带。

同时，大量的气体物质由内向外的逃逸过程或许还在一定程度上改变了正在向恒星中心坠落的行星的运动轨迹，使得它们具备了更大的切向速度，从而避免了它们沿着涡流的方向坠落到恒星中心，成为稳定地运行在太阳周围的行星。

非常幸运的是，这样的作用过程我们可以从哈勃望远镜拍摄的螺旋星云NGC-4622中得到完美的证实。
从星云仍然在不断运动及变化的螺旋结构图中我们可以看出，两条螺旋尾仍处于远离恒星的外围空间，而螺旋的头部向内连接到处于恒星外的一个近似的圆环上，但却没有继续往恒星方向延伸直至坠落到恒星上。我们还可以明显地看见在近似圆环的内侧还有一个由太阳引出的反螺旋结构。


这种天文现象表明：在恒星周围与恒星一同旋转并不断向外逃逸的大气及夹杂物，正在给后面继续靠近的旋涡星云物质不断地改变着运动的方向，给以离心力的作用并给以切向的加速，直至最后它们在恒星外围的某一空间距离实现力学的平衡而永远地围绕恒星运转。就如同太阳系的行星及小行星那样，也或者如同行星的光环那样，环绕中心的天体不停地做惯性圆周运动。

那些以反螺旋方式逃逸出来的气体物质最终在漫长的运行过程中大部分被行星的引力捕获而成为行星的大气层，同时还因为远离恒星的炙热区域而在行星上收缩或者凝结成液态的水或者固态的冰，而被气体携带出来的部分固体颗粒则形成了前面所述的小行星带。

其中，由于地球在太阳系中所处的位置关系，在太阳系形成之时大量的氢、氧元素会合并发生反应所生成的水蒸气也成为逃逸出来的气体物质。当水蒸气到达地球所处轨道空间时由于温度降低而大量凝结为液态的水，于是被地球的引力捕获而形成了地球上的海洋，并使地球成为太阳系唯一存在液态水的行星。

此时，如今所见的太阳系结构也基本形成。
科学家解密小行星来源 太阳系形成早期的剩余物





艺术家绘制的小行星和气态巨行星。图片来源：哈佛-史密森天体物理中心


小行星是太阳系早期的剩余物

     
  
        
关于太阳系形成的主流理论是这样的：一片巨大分子云中一小块的引力坍缩。大多坍缩的质量集中在中心，形成了太阳，同时，太阳附近的尘埃和碎片开始凝聚。小砂砾变成小岩石，它们彼此碰撞形成更大的岩石。在这个混乱时期，留下来的就是我们今天看到的行星、卫星和一些小的天体。通过研究小行星，我们就可以了解太阳系在几十亿年前是什么样子的。

大多数的小行星位于“小行星带”

虽然小行星遍布太阳系，但在火星和木星轨道之间有一个巨大的小行星带。一些天文学家认为如果没有木星在附近，这些小行星也许会形成一个行星。顺便说一句，这个“带”可能会给我们留下错误的印象，即这里挤满了小行星，但实际上，小行星带非常空旷，这里小行星之间的距离有数百或数千英里之遥。这表明太阳系是一个巨大的地方。

小行星是由不同的物质组成的

虽然小行星的种类很多，但根据美国国家航空航天局(NASA)的研究，根据陨石成分和光谱分析将大多数小行星分为三类：“硅质”小行星含有一个石质硅层包围的铁镍内核，这种小行星约占15%。“金属质”小行星占10%，主要由铁和镍组成。“碳质”小行星数量最多，占了75%，它们含有丰富的碳。

有的小行星潜伏在行星附近

NASA对这类小行星也有分类。特洛伊小行星与一些行星在同一个轨道运转，但它们“悬浮”在一个被称为拉格朗日点的特殊的地点，在这里太阳引力和地球引力达到平衡。在火星、木星和海王星附近都发现了特洛伊小行星的存在，而且2011年在地球附近也有发现。在地球附近有很多近地小行星，它们的轨道与地球公转轨道重叠或接近，(从统计学角度讲)这就对地球构成了威胁。可以说，目前还没有发现任何一颗小行星将来肯定会撞击地球。





火星和木星之间的小行星带


小行星也有卫星

卫星是指在围绕一颗行星轨道并按闭合轨道做周期性运行的天然天体，之前，我们一度认为小行星体积太小，不存在小行星卫星。第一颗确认的小行星卫星是环绕艾女星(243 Ida)运行的艾卫(Dactyl)。是在1993年由伽利略号探测船(Galileo probe)所发现。超过150颗小行星拥有卫星，今后还会有更多的小行星卫星被发现。最近的一个例子是2015年初发现的，距离地球120万公里的2004 BL86小行星。
     
  
        





小行星2004 BL86和它的卫星图片


我们可以飞越、围绕甚至降落在小行星上





小行星飞越地球的图片

NASA说超过10个航天器完成了对小行星的探测任务，所以我们这里只列举几个例子。2007年9月27日早7时34分从佛罗里达州肯尼迪航天中心发射升空，这是第一个探测小行星带的人类探测器，也是第一个先后环绕谷神星与灶神星这两个体积最大的小行星的人类探测器。日本隼鸟号是日本宇宙航空研究开发机构的小行星探测计划。这项计划的主要目的是将隼鸟号探测器送往小行星25143，采集小行星样本并将采集到的样本送回地球。

正如我们所知道的，由于体积太小，小行星上没有生命存在

小行星的体积实在太小了，甚至没有大气层。它们的引力很弱不足以将它们塑成圆形，所以小行星的形状是不规则的。为了让我们了解它们到底有多小，美国宇航局介绍说，太阳系中所有小行星的质量加起来还没有我们的月球大。

尽管它们的体积很小，但小行星表面可能有水在流动。2015年发布的灶神星观测结果表明该天体上的沟壑可能是水冲刷的结果。理论认为，当体积小的小行星撞击体积较大的小行星时，较小的小行星会释放出一层冰，并留下较大小行星上，撞击的冲击力会把并变成水，冲刷小行星表面。

一颗小行星可能毁灭了恐龙

     
  
        
根据对恐龙化石和与它们同时代的其他生物的化石研究，恐龙在6500万或6600万年前迅速消失。对这一事件存在两种假说：一个小行星或彗星撞击了地球或大规模的火山喷发。小行星撞击事件的证据是，在世界各地发现了“铱地层”(铱是在地球表面相当罕见的元素，但在陨石中有相对较高的含量)，这个全球性灾难事件的最可信证据是在墨西哥尤卡坦半岛一个叫希克苏鲁伯陨石坑，根据年龄测算有6500万年的历史。但是铱元素在地球内部也有发现，这又印证了火山爆发理论。无论哪一种情况，产生的后果就是碎片阻挡了阳光，地球上暗无天日，植物的光合作用被破坏，撞击幸存下来的恐龙也被饿死，最终导致恐龙灭绝。

最后要说的是，可能不止一颗小行星拥有光环。2013年科学家们首次在一颗小行星周围发现了行星环。该行星名为女凯龙星(Chariklo)。在此之前，人们已知拥有光环的太阳系天体，也仅限于土星、木星、天王星和海王星。