小行星

小行星「愛神」(Eros)的近距離外貌，攝於2001年2月14日

小行星是太陽系内類似行星環繞太陽運動，但體積和質量比行星小得多的天體。

至今為止在太陽系內一共已經發現了約70萬顆小行星，但這可能僅是所有小行星中的一小部分，只有少數這些小行星的直徑大於100千米。到1990年代為止最大的小行星是穀神星，但近年在古柏帶內發現的一些小行星的直徑比穀神星要大，比如2000年發現的伐樓拿（Varuna）的直徑為900千米，2002年發現的誇歐爾（Quaoar）直徑為1280千米，2004年發現的厄耳枯斯的直徑甚至可能達到1800千米。2003年發現的塞德娜（小行星90377）位於古柏帶以外，其直徑約為1500千米。

根據估計，小行星的數目應該有數百萬，詳見小行星列表，而最大型的小行星現在開始重新分類，被定義為矮行星。

小行星研究的歷史

由左至右:4 維斯妲、1 西瑞斯、月球

1760年有人猜測太陽系內的行星離太陽的距離構成一個簡單的數位系列。按這個系列在火星和木星之間有一個空隙，這兩顆行星之間也應該有一顆行星。18世紀末有許多人開始尋找這顆未被發現的行星。著名的提丟斯-波得定則就是其中一例。當時歐洲的天文學家們組織了世界上第一次國際性的科研專案，在哥達天文臺的領導下全天被分為24個區，歐洲的天文學家們有系統地在這24個區內搜索這顆被稱為“幽靈”的行星。但這個專案沒有任何成果。

1801年1月1日晚上，朱塞普·皮亞齊在西西里島上巴勒莫的天文臺內在金牛座裏發現了一顆在星圖上找不到的星。皮亞齊本人並沒有參加尋找“幽靈”的項目，但他聽說了這個項目，他懷疑他找到了“幽靈”，因此他在此後數日內繼續觀察這顆星。他將他的發現報告給哥達天文臺，但一開始他稱他找到了一顆彗星。此後皮亞齊生病了，無法繼續他的觀察。而他的發現報告用了很長時間才到達哥達，此時那顆星已經向太陽方向運動，無法再被找到了。

高斯此時發明了一種計算行星和彗星軌道的方法，用這種方法只需要幾個位置點就可以計算出一顆天體的軌道。高斯讀了皮亞齊的發現後就將這顆天體的位置計算出來送往哥達。奧伯斯于1801年12月31日晚重新發現了這顆星。後來它獲得了穀神星這個名字。1802年奧伯斯又發現了另一顆天體，他將它命名為智神星。1803年婚神星，1807年灶神星被發現。一直到1845年第五顆小行星義神星才被發現，但此後許多小行星被很快地發現了。到1890年為止已有約300顆已知的小行星了。

1890年攝影術進入天文學，為天文學的發展給予了巨大的推動。此前要發現一顆小行星天文學家必須長時間記錄每顆可疑的星的位置，比較它們與周圍星位置之間的變化。但在攝影底片上一顆相對於恒星運動的小行星在底片上拉出一條線，很容易就可以被確定。而且隨著底片的感光度的增強它們很快就比人眼要靈敏，即使比較暗的小行星也可以被發現。攝影術的引入使得被發現的小行星的數量增長巨大。1990年CCD攝影的技術被引入，加上電腦分析電子攝影的技術的完善使得更多的小行星在很短的時間裏被發現。今天已知的小行星的數量約達70萬。

一顆小行星的軌道被確定後，天文學家可以根據對它的亮度和反照率的分析來估計它的大小。為了分析一顆小行星的反照率一般天文學家既使用可見光也使用紅外線的測量。但這個方法還是比較不可靠的，因為每顆小行星的表面結構和成分都可能不同，因此對反照率的分析的錯誤往往比較大。

比較精確的資料可以使用雷達觀測來取得。天文學家使用射電望遠鏡作為高功率的發生器向小行星投射強無線電波。通過測量反射波到達的速度可以計算出小行星的距離。對其他資料（衍射資料）的分析可以推導出小行星的形狀和大小。此外，觀測小行星掩星也可以比較精確地推算小行星的大小。

現在也已經有一系列非載人太空船在一些小行星的附近對它們進行過研究：

• 1991年伽利略號在它飛往木星的路程上飛過小行星951，1993年飛過243 艾女星。
• 會合-舒梅克號於1997年飛過小行星253並於2001年在433 愛神星登陸。
• 1999年深太空1號在26千米遠處飛掠小行星9969。
• 2002年星塵號在3300千米遠處飛掠小行星5535。

小行星的命名

C-型小行星253 Mathilde

小行星的名字由兩個部分組成：前面的一部分是一個永久編號，後面的一部分是一個名字。每顆被證實的小行星先會獲得一個永久編號，發現者可以為這顆小行星建議一個名字。這個名字要由國際天文聯會批准才被正式採納，原因是因為小行星的命名有一定的常規。因此有些小行星沒有名字，尤其是在永久編號在上萬的小行星。假如小行星的軌道可以足夠精確地被確定後，那麼它的發現就算是被證實了。在此之前，它會有一個臨時編號，是由它的發現年份和兩個字母組成，比如2004 DW。

第一顆小行星是皮亞齊於1801年在西西里島上發現的，他給這顆星起名為穀神·費迪南星。前一部分是以西西里島的保護神穀神命名的，後一部分是以那波利國王費迪南四世命名的。但各國學者們對此不滿意，因此將第二部分去掉了，所以第一顆小行星的正式名稱是小行星1號穀神星。

此後發現的小行星都是按這個傳統以羅馬或希臘的神來命名的，比如智神星、灶神星、義神星等等。

但隨著越來越多的小行星被發現，最後古典神話的名字都用光了。因此後來的小行星以發現者的夫人的名字、歷史人物或其他重要人物、城市、地點、童話人物名字或其他神話裡的神來命名。比如216 豔后星是依據埃及女王克麗歐佩特拉命名的，2001 愛因斯坦是以阿爾伯特·愛因斯坦命名的，17744 福斯特是依據女演員茱蒂•福斯特命名的，小行星1773是按格林童話中的一個侏儒命名的，145523 鹿林是以中央大學在台灣鹿林山的發現地點鹿林天文臺為名...等等。截至2011年5月21日，已計算出軌道（即獲臨時編號）的小行星共969626顆(查詢)，獲永久編號的小行星共279722顆(查詢)，已命名的小行星共16,528顆（查詢）。

對於一些編號是1000的倍數的小行星，習慣上以特別重要的人、物來命名（但常有例外）。例如:

編號為1000的倍數的已命名小行星

1000	皮亞齊
2000	赫歇爾
3000	達文西
4000	喜帕恰斯
5000	國際天文聯會
6000	聯合國
7000	居里
8000	牛頓
9000	HAL（例外）
10000	Myriostos（例外）
15000	CCD
17000	Medvedev（例外）
20000	伐樓拿
21000	百科全書
24000	Patrickdufour
25000	天體測量
31000	Rockchic
33000	Chenjiansheng
50000	誇歐爾
56000	美索不達米亞
59000	Beiguan
60000	Miminko
71000	Hughdowns（例外）
100000	Astronautica

由於永久編號已超過100,000，一些原來應付5位編號的程式便無法支援，因此出現了一些在萬位元採用英文字母的編號表示方法，即A=10、B=11……Z=35；a=36……z=61，在此安排下，619,999號以下的小行星仍然可以用5位表示。

部分與華人有關的著名小行星

• 第一顆在中國土地上發現的小行星：139 瑞華星(Juewa)（發現者J.C. Watson）
• 第一顆由中國人發現的小行星：1125/3789 中華(China) （發現者張鈺哲，後1125更改為3789）
• 第一顆以中國人名命名的小行星：1802張衡(Zhang Heng)（發現者紫金山天文臺）
• 第一顆以中國地名命名的小行星：2045北京(Peking)（發現者紫金山天文臺）
• 第一顆以中國縣名命名的小行星：3611大埔(Dabu)（發現者紫金山天文臺）
• 第一顆以台灣人名字命名的小行星：2240蔡(Tsai)（發現者哈佛大學天文臺）
• 第一顆以中國太空船名字命名的小行星：8256神舟(Shenzhou)（發現者紫金山天文臺）
• 為表揚香港中學生陳易希在發明上的成就命名的小行星：20780陳易希星(Chanyikhei)（發現者LINEAR小組）
• 為表揚香港中學生陳嘉鍵在發明上的成就命名的小行星：23165陳嘉鍵星(Chankakin)（發現者美國麻省理工大學林肯實驗室）
• 為表揚建國中學學生陳泓任在美國英特爾國際科技展覽會上的成就命名的小行星：23279陳泓任星(Chenhungjen)（發現者美國麻省理工大學林肯實驗室）

小行星的來源

愛達小行星

一開始天文學家以為小行星是一顆在火星和木星之間的行星破裂而成的，但小行星帶內的所有小行星的全部質量比月球的質量還要小。今天天文學家認為小行星是太陽系形成過程中沒有形成行星的殘留物質。木星在太陽系形成時的質量增長最快，它防止在今天小行星帶地區另一顆行星的形成。小行星帶地區的小行星的軌道受到木星的干擾，它們不斷碰撞和破碎。其他的物質被逐出它們的軌道與其他行星相撞。大的小行星在形成後由於鋁的放射性同位素²⁶Al（和可能鐵的放射性同位素⁶⁰Fe）的衰變而變熱。重的元素如鎳和鐵在這種情況下向小行星的內部下沉，輕的元素如矽則上浮。這樣一來就造成了小行星內部物質的分離。在此後的碰撞和破裂後所產生的新的小行星的構成因此也不同。有些這些碎片後來落到地球上成為隕石。

小行星的構成

通過光譜分析所得到的資料可以證明小行星的表面組成很不一樣。按其光譜的特性小行星被分幾類：

• C-型小行星：這種小行星占所有小行星的75%，因此是數量最多的小行星。C-型小行星的表面含碳，反照率非常低，只有0.05左右。一般認為C-型小行星的構成與碳質球粒隕石（一種石隕石）的構成一樣。一般C-型小行星多分佈於小行星帶的外層。
• S-型小行星：這種小行星占所有小行星的17%，是數量第二多的小行星。S-型小行星一般分佈於小行星帶的內層。S-型小行星的反照率比較高，在0.15到0.25之間。它們的構成與普通球粒隕石類似。這類隕石一般由矽化物組成。
• M-型小行星：剩下的小行星中大多數屬於這一類。這些小行星可能是過去比較大的小行星的金屬核。它們的反照率與S-型小行星的類似。它們的構成可能與鎳-鐵隕石類似。
• E-型小行星：這類小行星的表面主要由頑火輝石構成，它們的反照率比較高，一般在0.4以上。它們的構成可能與頑火輝石球粒隕石（另一類石隕石）相似。
• V-型小行星：這類非常稀有的小行星的組成與S-型小行星差不多，唯一的不同是它們含有比較多的輝石。天文學家懷疑這類小行星是從灶神星的上層矽化物中分離出來的。灶神星的表面有一個非常大的環形山，可能在它形成的過程中V-型小行星誕生了。地球上偶爾會找到一種十分罕見的石隕石，HED-非球粒隕石，它們的組成可能與V-型小行星相似，它們可能也來自灶神星。
• G-型小行星：它們可以被看做是C-型小行星的一種。它們的光譜非常類似，但在紫外線部分G-型小行星有不同的吸收線。
• B-型小行星：它們與C-型小行星和G-型小行星相似，但紫外線的光譜不同。
• F-型小行星：也是C-型小行星的一種。它們在紫外線部分的光譜不同，而且缺乏水的吸收線。
• P-型小行星：這類小行星的反照率非常低，而且其光譜主要在紅色部分。它們可能是由含碳的矽化物組成的。它們一般分佈在小行星帶的極外層。
• D-型小行星：這類小行星與P-型小行星類似，反照率非常低，光譜偏紅。
• R-型小行星：這類小行星與V-型小行星類似，它們的光譜說明它們含較多的輝石和橄欖石。
• A-型小行星：這類小行星含很多橄欖石，它們，主要分佈在小行星帶的內層。
• T-型小行星：這類小行星也分佈在小行星帶的內層。它們的光譜比較紅暗，但與P-型小行星和R-型小行星不同。

過去人們以為小行星是一整塊完整單一的石頭，但小行星的密度比石頭低，而且它們表面上巨大的環形山說明比較大的小行星的組織比較鬆散。它們更象由重力組合在一起的巨大的碎石堆。這樣鬆散的物體在大的撞擊下不會碎裂，而可以將撞擊的能量吸收過來。完整單一的物體在大的撞擊下會被衝擊波擊碎。此外大的小行星的自轉速度很慢。假如它們的自轉速度高的話，它們可能會被離心力解體。今天天文學家一般認為大於200米的小行星主要是由這樣的碎石堆組成的。而部分較小的碎片更成為一些小行星的衛星，例如：小行星87便擁有兩顆衛星。

小行星的軌道与近地小行星

主小行星帶的小行星

約90%已知的小行星位於主小行星帶中；主小行星帶是界於火星與木星之間，一個相當寬廣的地帶。谷神星、智神星等首先被發現的小行星都是主小行星帶內的小行星。

火星軌道內的小行星

火星軌道內的小行星總的來說分三群：

• 阿莫爾型小行星群：這一類小行星穿越火星軌道並來到地球軌道附近。其代表性的小行星是1898年發現的(433) 愛神星，這顆小行星可以到達離地球0.15天文單位的距離。1900年和1931年(433) 愛神星來到地球附近時天文學家用這個機會來確定太陽系的大小。1911年發現的小行星719後來又失蹤了，一直到2000年它才重新被發現。這個小行星組的命名星(1221) 阿莫爾的軌道位於離太陽1.08到2.76天文單位，這是這個群相當典型的一個軌道。
• 阿波羅型小行星群：這個小行星群的小行星的軌道位於火星和地球之間。這個組中一些小行星的軌道的偏心率非常高，它們的近日點一直到達金星軌道內。這個群典型的小行星軌道有1932年發現的(1862) 阿波羅，它的軌道在0.65到2.29天文單位之間。小行星69230在僅1.5月球距離處飛略地球。
• 阿登型小行星群：這個群的小行星的軌道一般在地球軌道以內。其命名星是1976年發現的(2062) 阿登。有些這個組的小行星的偏心率比較高，它們可能從地球軌道內與地球軌道向交。

這些小行星被統稱為近地小行星。近年來對這些小行星的研究被加深，因為它們至少理論上有可能與地球相撞。比較有成績的專案有林肯近地小行星研究計畫（LINEAR）、近地小行星追蹤（NEAT）和羅威爾天文臺近地天體搜索計畫（LONEOS）等。 ：

在其他行星的軌道上運行的小行星

在其他行星軌道的拉格朗日點上運行的小行星被稱為特洛伊小行星。最早被發現的特洛伊小行星是在木星軌道上的小行星，它們中有些在木星前，有些在木星後運行。有代表性的木星特洛伊小行星有小行星588和小行星1172。1990年第一顆火星特洛伊小行星小行星5261被發現，此後還有其他四顆火星特洛伊小行星被發現。

土星和天王星之間的小行星

土星和天王星之間的小行星有一群被稱為半人馬小行星群的小行星，它們的偏心率都相當大。最早被發現的半人馬小行星群的小行星是小行星2060。估計這些小行星是從柯伊伯帶中受到其他大行星的引力干擾而落入一個不穩定的軌道中的。

古柏帶的小行星

海王星外天體及類似天體
海王星內天體(Cis-Neptunian object) 半人馬小行星 海王星特洛伊 海王星外天體(TNOs)a 柯伊伯带(KBOs) 傳統古柏帶天體(類QB1天體) 共振KBOs 冥族小天體(2:3共振天體) 黃道離散天體(SDOs) 共振SDOs 奥尔特云 a: 在海王星外的矮行星都屬於類冥矮行星(plutoid)

海王星以外的小行星屬於古柏帶，在這裏天文學家們發現了最大的小行星如小行星50000等。

水星軌道內的小行星

參看: 水內小行星

雖然一直有人猜測水星軌道內也有一個小行星群，但至今為止這個猜測未能被證實。

小行星的探測

在進入太空旅行的年代之前，小行星即使在最大的望遠鏡下也只是一個針尖大小的光點，因此它們的形狀和地形仍然是未知的奧秘。

第一次獲得小行星的特寫鏡頭是1971年水手9號拍攝到的傅博斯和戴摩斯照片，這兩個小天體雖然都是火星的衛星，但可能都是被火星捕獲的小行星。這些圖像顯示出多數的小行星不規則、像馬鈴薯的形狀。之後的航海家計畫計畫從氣體巨星獲得了更多小衛星的影像。

蓋斯普拉是第一個被拍攝到特寫鏡頭的小行星。

第一張真正的小行星特寫鏡頭是由前往木星的太空船伽利略號在1991年飛掠過的951 蓋斯普拉（ Gaspra），然後是1993年的243 艾女星和他的衛星載克太（ Dactyl）。

第一個專門探測小行星的太空計畫是會合-舒梅克號，他在前往433 愛神星的途中，於1997年拍攝了253 瑪秀德（ Mathilde），在完成了軌道環繞探測之後，在2001年成功的降落在愛神星上。

曾經被太空船在其他目地的航程中簡略拜訪過的小行星還有9969 布雷爾（ Braille）（深空1號於1999年）和安妮法蘭克（ Annefrank）（星塵號於2002年）。 ， 在2005年9月，日本的太空船隼鳥號抵達25143 系川做了詳細的探測，並且可能攜帶回一些樣品回地球。隼鳥號的任務曾遭遇到一些困難，包括三個導輪壞了兩個，使他很難維持對向太陽的方向來收集太陽能。接下來的小行星探測計畫是歐洲太空總署的羅塞塔號（已於2004年發射升空），預計在2008年和2010年分探測2867 Šteins和21 魯特西亞。

在2007年美國國家航空暨太空總署發射了黎明號太空船，將要在2011至2015年間環繞穀神星和灶神星，還可能延長任務去探測智神星。

小行星已經被建議做為未來的地球資源來使用，做為罕見原料的採礦場，或是太空休憩站的修建材料。從地球發射是很笨重和昂貴的材料，未來或許能直接從設在小行星上的太空工廠直接製造和開採。

參考資料

• Kometen und Asteroiden. Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH, Heidelberg 2003 (Sterne und Weltraum Special Nr.2003/2) ISBN 3-936278-36-9 （德文）
• William Bottke, Alberto Cellino, Paolo Paolicchi, Richard P. Binzel (Herausgeber): Asteroids III. Univ. of Arizona Press 2002 (Space Science Series) ISBN 0-8165-2281-2 (engl.) （英文）
• Sternenbote: Jahrgang 45/12, Seite 223–234: Die Asteroiden – Dramatik und Schutt im Planetensystem: Gottfried Gerstbach: Artikel im PDF-Format erhältlich: http://www.g.gerstbach.at/papers/Asteroid1202gg.pdf （德文）