第三百八十九篇 古小龙-龙冰雪-水柔二十七

    关于银河系太阳系小行星带形成的原因，比较普遍的观点是在太阳系形成初期，由于某种原因，在火星与木星之间的这个空挡地带未能积聚形成一颗大行星，结果留下了大批的小行星。

    被认同的行星形成理论是太阳星云假说，认为星云中构成太阳和行星的材料，尘埃和气体，因为重力陷缩而生成旋转的盘状。在太阳系最初几百万年的历史中，因吸积过程的碰撞变得黏稠，造成小颗粒逐渐聚集形成更大的丛集，并且使颗粒的大小稳定的持续增加。一旦聚集到足够的质量—所谓的微星—便能经由重力吸引邻近的物质。这些星子就能稳定的累积质量成为岩石的行星或巨大的气体行星。

    在平均速度太高的区域，碰撞会使星子碎裂而抑制质量的累积，阻止了行星大小的天体生成。在星子的轨道周期与木星的周期成简单整数比的地区，会发生轨道共振，会因扰动使这些星子的轨道改变。在火星与木星之间的空间，有许多地方与木星有强烈的轨道共振。

    当木星在形成的过程中向内移动时，这些共振轨道也会扫掠过小行星带，对散布的星子进行动态的激发，增加彼此的相对速度。星子在这个区域受到太强烈的摄动因而不能成为行星，只能一如往昔的继续绕着太阳公转，而且小行星带可以视为原始太阳系的残留物。

    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，小行星带原来的质量应该与地球相当。主要是由于重力的扰动，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。

    当主带开始形成时，在距离太阳2.7au之处形成了一条温度低于水的凝结点线—“雪线”，在这条线之外形成的星子就能够累积冰。在小行星带生成的主带彗星都在这条线之外，并且是造成地球海洋的主要供应者。

    因为大约在40亿年前，小行星带的大小和分布就已经稳定下来（相对于整个太阳系），也就是说小行星带的主带在大小上已经没有显著的增减变化。

    但是，小行星依然会受到许多随后过程的影响，像是：内部的热化、撞击造成的熔化、来自宇宙线和微流星体轰击的太空风化。因此，小行星不是原始的，反而是在外面古柏带的小行星，在太阳系形成时经历的变动比较少。

    主带的内侧界线在与木星的轨道周期有4:1?轨道共振的2.06au之处，，在此处的任何天体都会因为轨道不稳定而被移除。在这个空隙之内的天体，在太阳系的早期历史中，就会因为火星（远日点在1.67au）重力的扰动被清扫或抛射出去。

    最早提出的成因解释是爆炸说，是太阳系第十大行星亿万年前的大爆炸分解成了千万颗小行星。

    这种理论一下子就解决了两个难题：小行星带的产生和为什么没有第十行星。但这种设想最大的缺陷是行星爆炸的原因说不清楚。也有人认为，木星与火星之间的轨道上本来就存在着510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。

    到21世纪为止，不载人航天器至少探访过许颗小行星。根据它们的形貌探测与研究结果，科学家们发现，许多小行星表面崎岖嶙峋，布满了大大小小的撞击坑，表面上有许多大小不等的巨砾；和地球一样，小行星上也有许多沟槽（即小行星表面上的脊与谷），裂谷和裂缝（小行星表面上细小的开裂线）；而与地球上绝大多数沟槽和断裂，裂缝的成因不同，它们是由剧烈的碰撞形成的。

    小行星带包含两种主要类型的小行星。在小行星带的外缘，靠近木星轨道的，以富含碳值的c型小行星为主，此类小行星占总数的75%以上。与其它的小行星相比，颜色偏红而且反照率非常低。它们表面的组成与碳粒陨石相似，化学成分、光谱特征都是太阳。

    靠近内侧的部分，距离太阳2.5天文单位，以含硅的s型小行星较为常见，光谱显示其表面含有硅酸盐与一些金属，但碳质化合物的成分不明显。这表明它们与原始太阳系的成分有显著区别，可能由于太阳系早期的熔解机制，导致分化的结果。相对c型小行星来说，此类小行星有着高反射率。在小行星带的整个族群中约占17%。

    还有第三类的小行星，总数约占10%的m型小行星。它们的光谱中含有类似铁镍的谱线，显白色或轻微的红色，而没有吸收线的特征。m型小行星推测是由核心以铁镍为主母体经过毁灭性撞击形成。在主带内，m型小行星主要分布在半长径2.7天文单位的轨道上。

    测量小行星带中巨大小行星的自转周期显示有一个下限存在，直径大于100米的小行星，自转周期都超过2.2小时。虽然一个结实的物体可以用更高的速率自转，但当小行星的自转周期快过这个数值时，表面的离心力便会大于重力，因此表面所有的松散物质都会被抛离。这也说明直径超过100米的小行星实际上是在碰撞后的瓦砾堆中形成的。

    小行星带高密度的天体分布使得彼此间的碰撞频繁（天文学的时间尺度）。在小行星带中半径为10公里的天体，平均每一千万年就会发生一次碰撞。碰撞会产生许多小行星的碎片（导致新的小行星族产生），而且一些碰撞的残骸可能会在进入地球的大气层并成为陨石。但当小行星以低速碰撞时，两颗小行星可能会结合在一起。在过去的40亿年中，还有一些小行星带的成员仍保持着原始的特征。

    除了小行星的主体之外，小行星带中也包含了半径只有数百微米的尘埃微粒。这些细微颗粒至少有一部分是来自小行星之间的碰撞（或微小的陨石体对小行星的撞击）。由于坡印廷·罗伯逊阻力，来自太阳辐射的压力会使这些粒子以螺旋的路径缓慢的朝向太阳移动。

    这些细小微粒带动彗星抛出的物质，产生了黄道光，这种微弱的辉光可以太阳西沉后的暮光中，沿着黄道面的平面上观察到。产生黄道光的颗粒半径大约为40微米，而这种颗粒可以维持的生命期通常是700,000年，因此必须有新产生的颗粒源源不断地来自小行星带。

    在主带的小行星大约有三分之一属于不同家族的成员。同一家族的小行星来自同一个母体的碎片，共享着相似的轨道元素，像是半长轴、离心率、轨道倾角，还有相似的光谱。

    由这些轨道元素的图型显示，在主带中的小行星集中成几个家族，大约有20–30个集团可以确定是小行星族，并且可能有共同的起源。还有一些可能是，但还不是很确定的。小行星族可以借由光谱的特征来进行辨认。较小的小行星集团称为组或群。