章節7
發現大群的小行星
又過了兩年,另一位德國天文學家哈丁也在這個空間裏發現了第3顆類似的繞太陽運行的天體。到了1807年,奧白斯又發現了第4顆這樣的天體。這一連串的發現,終於使人們相信,在火星軌道和木星軌道之間,確實不止有一個穀神星。直到這個時候,奧伯斯最初的發現才被人們所承認。由於這幾個星星都像行星一樣繞著太陽運行,但是天體又比別的行星小得多,於是,天文學家都把它們叫做小行星。
在不到10年的短短的時間裏,天文學家就在同一個區域裏發現了4顆小行星,這一下子引起了當時許多天文學家的興趣,尋找小行星就成了他們的一件大事。他們紛紛改進自己的觀測儀器,把一台台天文望遠鏡指向天空,搜索其他小行星。果然,在這以後的幾十年時間裏,小行星一個接一個地被發現了。到了19世紀末,天文學家們發現的小行星已經有400多顆。
由於觀測小行星的技術不斷提高,發現的小行星越來越多,發現小行星的速度也越來越快。到現在為止,用照相巡天觀測的方法,已經發現了50萬顆亮度很暗的小行星。這些小行星像一條帶子一樣分布在火星軌道和木星軌道之間,所以現在天文學家們習慣地把這個區域叫做小行星帶。小行星的編號和命名
按照國際上的規定,對新發現的小行星,在計算出它的運動軌道以後,還必須有兩次以上在離地球最近的位置觀測到它,才給它編號和命名。最先被發現的小行星,也就是穀神星,被編為第1號,智神星被編為第2號,其他小行星的編號也是按照被發現的先後次序來定的。現在已經被編號和命名的小行星已經有5000多顆。
我國觀測小行星的工作,是從本世紀才開始的。1928年,我國的天文學家張鈺哲,在美國葉凱士天文台,用60厘米的反射望遠鏡,發現了一顆小行星。這是我國的天文工作者發現的第一顆小行星,這顆小行星後來就命名為“中華”。新中國成立以後,中國科學院紫金山天文台進行了大量的預測工作,先後發現了400多顆小行星,其中有54顆小行星已經正式編號,有41顆小行星已經正式命名。
從穀神星的發現到現在,隻經過180多年,但是在這180多年的時間裏,人們對小行星的認識卻發生了多次變化。人們最初隻認為在火星軌道和木星軌道之間,隻能存在一顆行星,甚至還不承認第二顆小行星的發現。但是,現在人們已經知道了有一條密密麻麻的小行星帶,橫貫在火星和木星之間。為了紀念在發現小行星方麵最初做出貢獻的皮阿齊和奧伯斯,國際上把第1000顆小行星命名為皮阿齊,而把第1002,號小行星命名為奧伯斯。“中華”小行星的發現
1976年,美國哈佛大學天文台把他們發現的第2051號小行星定名叫“張”。這個“張”就是指我國著名天文學家、紫金山天文台台長張鈺哲。這是為了表達他們對在小行星研究中做出了貢獻的張鈺哲先生的尊敬,也表達對中國人民的友好情誼。
年過8旬的張鈺哲台長1902年出生在福建省閩侯縣。他從小喜愛天文。1910年5月,70多年才出現一次的著名的哈雷彗星又光臨了,當時年僅8歲的張鈺哲有幸看到了這十分壯觀的天象,他感到很新奇,同時也產生了對宇宙和天體的興趣。後來,張鈺哲進了北京清華學堂。
1923年,張鈺哲得到去美國留學的機會。他先後選擇了機械工程係和建築係,但是不久就都放棄了。最後進入了芝加哥大學的天文係。1926年,張鈺哲來到芝加哥大學的葉凱士天文台進行實地觀測,準備考博士學位。當時,在這個天文台隻有他一個中國人。一副為國爭光的無形的重擔壓在這位有強烈愛國心的中國青年的肩上,驅使他發奮地學習和工作。在這裏,他開始了對太陽係的小行星的探索和研究,從此結下了跟小行星的不解之緣。
1928年冬天的一個夜晚,張鈺哲像往常一樣冒著徹骨的寒冷,堅持給星空拍照、衝洗照片,然後再和星圖進行對照比較。
張鈺哲從自己拍下來的星空照片上,發現了1顆過去沒有觀測到的小星,這引起了他的注意。他又連續觀測了半個月,證明這確實是1顆新發現的小行星。他把自己得出的結果寫成報告寄到美國行星中心站。不久,中心站回信告訴張鈺哲,他的發現的確是1顆在這以前沒有被發現的小行星,被編為第1125號小行星。按照慣例,這新發現的小行星由發現者給命名。作為一個中國人,張鈺哲此刻的心情充滿了無比的歡樂和自豪。他決定,把這顆第1125號小行星取名叫“中華”,因為隻有這兩個字才能恰當地表達他對自己祖國深厚的熱愛。這時,張鈺哲才隻有26歲。運動軌道知識
開普勒當年為太陽係天體立下了3條必須遵循的“法律”,其中第二條就是說,在太陽係內運動速度不太大的天體,在太陽引力的作用下,它的軌道一定是一個橢圓,而且太陽正好就在這個橢圓的一個焦點上(如圖所示)。當然實際的情況要複雜一些,因為太陽係內除了太陽以外,還有其他天體,它們也有吸引力,天文上稱之為“攝動”。考慮了攝動的影響後,天體的軌道嚴格講來就不再是一個封閉的橢圓,甚至都無法用平麵問題來描述。但是這隻有在作深入的科學研究時,才必須這樣“麵麵俱到”的進行考慮,因為即使是像木星那樣最大的行星,其質量也隻有太陽的千分之一,故攝動引起行星軌道的改變一般並不大,往往可以忽略。因此,一般人們總是把小行星的軌道也畫成一個橢圓。
要描述小行星的軌道,通常要算出它的“軌道根數”。軌道根數又稱軌道要素,一共有6個量。在軌道要素全部確定後,小行星每時每刻的位置就能了如指掌。小行星的三個重要軌道要素
要完全描述行星的運動,需要知道6個軌道要素,為簡單起見我們隻介紹3個重要的軌道要素。
1軌道傾角i:這個根數表示天體軌道所在的平麵與地球軌道平麵——黃道麵所交的角度。對大行星來說,除了水星和冥王星外,i都不到3°30′。而彗星的i角常有好幾十度,甚至超過90°變成由東向西“逆行”的。小行星的軌道傾角則介於大行星和彗星之間。
2軌道半長徑a:這表示了天體軌道的大小,其值是軌道橢圓長軸(AB)的一半(等OA),也就等於SC,也就是天體到太陽的平均距離。順便指出,a的大小還直接決定了天體繞太陽一周的時間(公轉周期)。因為如前所說,開普勒為天體規定的第三條“法律”是:如果a用天文單位表示,周期T用年表示,則有T2=a3。
3軌道偏心率e:它表示橢圓的形狀。e越大,橢圓越扁,e=1,則橢圓變成了拋物線,e越小,橢圓越接近於圓,實際上,正圓就是橢圓在e=0的特殊情形。上圖中S表示太陽,則e=OS/OA=OS/a。
還要介紹一下,上圖中,橢圓長軸靠近太陽的一端點(A4)叫近日點(A是橢圓上離S最近的一點)。AS的長度就叫近日距,另一端點B即叫遠日點,BS就是遠日距,從開普勒立的第二條“法律”可以推出,天體在近日點處,運動速度會加快,在遠日點時,速度會變慢。
還有兩個量:升交點黃經Ω和近日點角距ω,我們標在圖上,但不作詳細介紹了。小行星帶
我們先將頭4顆小行星的軌道根數列於表中,並將它們連同木星、火星的軌道一起畫出(如圖所示)。
所謂軌道,是小行星在空間運動所描繪出的軌跡,並非宇宙空間有像地上的鐵軌那樣的東西。就像炮道射人空中有它自己的運動軌跡一樣,小行星在空間運動也有自己的軌跡,我們常稱為軌道。
這4顆小行星的軌道平麵與黃道麵(圖上忽略了火星與木星的傾角)都有一定和傾斜。最大的2號智神星差不多有35°,介於大行星和彗星之間,4顆星軌道的半長徑都差不多,尤其是前3顆。從軌道半長徑來看,95%的小行星都在217與364天文單位之間。如果我們將所有小行星在某一時刻的位置一一找出,就可以得到一個模模糊糊的圓環,圓環的兩個邊界差不多就是半徑為上述兩個數值的圓周。這個圓環被稱為小行星主環帶(如上圖所示)。