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第11章 太阳系小行星的发现(2)

由于历史原因,(1125)中华小行星以后再也未曾露过面。新中国建立后,张钰哲任紫金山天文台台长。在他领导下,小行星研究工作又蓬勃发展起来。1957年10月30日,终于发现了一颗轨道与当年“中华”十分相似的小行星,并立即为许多国家的天文学家观测所证实,因而现在国际小行星中心,即将1957年发现的那颗小行星轨道作为(1125)中华小行星的数据……

在张钰哲和他的同事坚持不懈的努力下,到20世纪80年代初,已发现了900多颗未见记录过的小行星,其中200多颗已为国际公认,获得正式编号的有102颗,正式命名的有60多颗,其中前30颗冠以省、市自治区的名字(上页表)。后来少数城市也上了天:(2719)苏州,(2789)佛山,(2851)哈尔滨,(3031)南通以及(3211)常熟。科学家中除最早的4颗是古代大天文学家外,还有一些当代的天文学家与物理学家:(2752)吴健雄、(3171)王绶琯、(3241)叶叔华、(3405)戴文赛、(3421)杨振宁、(3443)李政道、(3462)周光召和(3797)余青松。此外还有几个企业家,他们是:田家炳(第2886号)、邵逸夫(第2899号)、陈嘉庚(第2963号)、张果喜(第3228号)、曾宪梓(第3388号)及李晓华(第3556号)。

近年来,我国北京天文台利用2.16米远东最大的望远镜及CCD技术,大有后来居上之势,几年来已发现的小行星达1740颗,其中已有16颗获得了命名权。1997年8月18日国际小行星中心宣布:确认该台于1996年2月3日发现的(7072)小行星为“北京大学星”。而1998年恰是该校建校100周年,它的命名为校庆纪念增色不少;同时以我国一所大学命名小行星,这也是破天荒的第一次。

我国在研究、发现小行星方面的斐然业绩也赢得了世人的尊敬,国际天文学联合会决定把外国人发现的6颗小行星“赠予”华夏儿女。前3颗是:(1881)“邵(Shao)”、(2051)“张(Zhang)”、(2240)“蔡(Cai)”。它们分别是美籍天文学家邵正元,中国张钰哲和台北天文台台长蔡章献,后面3颗则是(3751)江涛(旅英天文学家)、余青松(紫金山天文台创建者)及(4760)张家祥(中国小行星专家)。1998年又锦上添花增加了2颗著名科普作家:(6741)李元和(6742)卞德培。

“来而不往非礼也”,我们也没有忘记老朋友,所以紫金山天文台把他们发现的第3494号小行星命名为“李约瑟星”(英国著名学者)。

如今,每当夜幕降临,象征中华民族的60多颗小行星正列队从我们头上越过。相信随着中华民族的振兴,这支队伍必将会进一步壮大……

共振创造的奇迹

19世纪中叶,一支训练有素的俄国军队奉命调防,他们踏着整齐划一的步伐,威风凛凛地行进着。当他们走上一座大桥时,齐整清脆的步伐声响彻云霄,指挥官露出了满意的笑容。谁料,坚固的大桥突然倒塌,为士兵带来了灾难……

在彼得大帝时代,俄国有个男高音歌唱家沙利亚,他不仅有卓越的歌唱才能,还有一项绝技:只要发出某种高度的音响,他手中的玻璃杯便会颤动不已,最后还会被他的嗓音振成无数碎片。

大桥倒塌和杯子碎裂,都是“共振”造成的。现在科学家已经掌握了共振的规律,并变害为利,叫它为人类服务。运输工人利用共振可搬动几十吨重的庞然大物,建筑师利用它来捣密混凝土,乐师们则用它造出了悦耳动听的乐器……

大自然也遵循着自己的规则。有人认为,行星分布所以服从提丢斯——波得定则,是互相间引力达到“共振”的结果,而小行星的分布则是尤为明显的证据。

在已发现的7千多颗小行星中,95%以上的轨道都在离太阳2.17~3.64天文单位之间,这个区域称为小行星的主环带。然而,进一步研究表明,即使在主环带内,小行星的分布也很不均匀:有些地方小行星很多,成为“小行星群”;有些地方却很少,几乎没有小行星,称为“扣克伍德空隙”。

造成小行星轨道这种奇特分布的“共振”现象,是因为它外侧有个庞大的木星,木星对它们的引力使得有些轨道特别“诱人”,有些轨道则使它们“如坐针毡”。通过计算不难发现,“小行星群”的轨道周期与木星轨道周期(11.86年)的比值是2/9、2/3、3/4、1/1等,都是整数比,而空隙处亦是整数比:1/3、2/5、3/7、1/2等。

在轨道周期1∶1处的一群小行星称为脱罗央(特洛伊)群。脱罗央小行星的发现有一段佳话。1772年法国杰出数学家拉格朗日正在研究三个天体的运动(称“三体”问题),这是一个至今未解决的大难题。拉格朗日得不到一般的解,却求出了一个十分有趣的特解。他指出,如果某时刻有三个天体恰好构成一个等边三角形,那么,在某种特定条件下,它们就会一直保持这种等边三角形的形状。这个三角形时大时小,作着有规律的、周期性的变化,但始终仍保持为等边三角形的形状,而且这三个天体都以同样的周期绕它们的公共质量中心作椭圆运动。如果再进一步,原先这三个天体像行进中列队里的每个士兵一样,彼此间的相对速度为0,那么这个等边三角形甚至连大小也是稳定的,永远保持不变。

拉格朗日的论文得了奖,可是连他自己也没有想到有什么真正的意义,一般人也只是把它看做是数学家绝顶聪明的象征而已。然而,天文学家却把这种数学游戏变成了真实的模型。1906年2月和10月,人们先后发现了(588)及(617)小行星,它们离太阳的距离与木星几乎相同,因此,与木星、太阳正好一前一后构成了两个等边三角形。到现在为止,一共发现了31颗这类天体,统称为脱罗央群。位于木星前60°的17颗则称希腊群,均以攻打特洛伊城的希腊英雄为名。在木星后面60°的14颗称纯脱罗央群,因为它们都是城市的保卫者。

小行星会撞击地球吗

除了主带小行星外,还有部分小行星喜欢跟太阳“套近乎”,在它们走近太阳争宠献媚之时就会穿越地球轨道,造成险情。例如1949年发现的(1566)伊卡鲁斯,它能一直跑到太阳身旁0.187天文单位(约2800万千米),比水星离太阳还近1倍多!

小行星相撞地球会酿成奇灾大祸,因为它们的速度巨大,即使一个小不点儿也会闹得天翻地覆。例如1968年6月15日与地球“擦肩而过”的伊卡鲁斯,倘若撞在地面上,会把百万平方千米内的一切荡涤殆尽,如落入大海,会产生高600米的巨浪,淹没沿海数千个城市。

因此西方世界不时会传出此类骇人听闻的“爆炸性新闻”,弄得人心惶惶。我国在20世纪80年代末也发生过一次闹剧。1989年12月13日新华社播发了一条可怖的消息,说是据近日结束的美国地球物理联合会秋季会议透露,有颗直径约1千米的小行星可能撞击地球,其能量相当于广岛原子弹的770万倍,地球上将有一半人口遭殃。目前它距地球80万千米,科学家正在设法避免这从天而降的坍天之祸……

尽管我国天文学家第二天就阐明了事情的原委,指出该消息编译有误,而且言之凿凿告诉大家,这颗暂名“1989FC”的小行星直径仅800米,决不会撞上地球。但此事还是引起国人极大恐慌,几个天文台的电话铃整日响个不停,询问详情的信函更是铺天盖地而来……擅长调侃的文人还据此素材写了“飞来的星星”一节编入电视剧《编辑部的故事》。

大冲撞说

天文史上曾经发生过一件大事,刚刚诞生不久的地球,和比自己小一圈的、与火星大小相似的天体相撞。巨大的撞击产生了不少碎片,这些碎片聚在一起形成了月球。据说在天文史上这种冲撞并非只有一次,而是数次撞击的结果。当时在地球轨道的附近,存在着若干个这样的天体。

当然,从理论上讲,小行星特别是近地小行星确实是人类的心腹大患。天文学家又把近地小行星分为两类:一是阿波罗型,一是阿摩尔型,因为它们的典型代表分别是(1862)阿波罗及(2061)阿摩尔。其实两者没有本质的区别,它们都很小,都能非常接近地球。唯一的区别在于,阿波罗型在近日点时,它们离太阳比地球还近,而阿摩尔型则不然,其近日距离稍稍大于1天文单位。就是说,阿波罗型小行星有时会变成内行星,而阿摩尔却始终在地球外侧,但有时受到其他行星摄动后,它们也有撞上地球的可能。到1997年5月10日为止,天文学家所发现的这类“太空杀手”竟有449颗之多。

1997年1月20日我国北京天文台发现的1997BR更叫人大吃一惊,这颗直径1千米~2千米的小行星的轨道几乎与地球的轨道相切,所以与地球最近时仅只7.5万千米——相当于地球到月球距离的1/5,故被人称为“极近地小行星”。目前已发现的这种最“危险人物”仅只3颗(见表)。

最小距离小于7.5万千米的极近地小行星

小行星碰撞地球的可怕幽灵一直萦绕在人们心头。1908年“通古斯”之谜的可怕景象,人们至今记忆犹新。科学家们还相信,正是6500万年前一颗直径8千米~10千米的小行星猛烈撞击地球所造成的大灾祸,才导致了当时统治地球的恐龙的突然灭绝。这场灾难还消灭了地球上许多物种,它爆炸的能量可与100万亿吨TNT烈性炸药相比。尽管小行星袭击的机会很少,据台北天文台台长蔡章献计算,认为平均100万年才可能挨上一次。但是,现在人类已建立了高度的文明社会,发达的工农业,岂能让小行星毁于一旦?

1993年4月世界各国60多位天文学家相聚于意大利埃里斯,认真探讨了这个问题,会后通过并发表了《埃里斯宣言》,并决定制订一个全面计划,在20年内把所有较大的“危险人物”查清来龙去脉,列出其轨道数据,严密监视;在适当时机建立“空间警戒计划”,用6架遍布全球的大望远镜进行联合观测,以组成一个完善的“空间警戒网”,对那些“蠢蠢欲动”的近地小行星及彗星做出预报,争取有足够的时间采取拦截或其他措施,例如可以适时发射一个飞船,待到最佳时刻,在这些将要肇祸的天体邻近引爆一个小小的原子弹,让它的速度方向稍稍偏过一点,人类就能安然无恙了。

被小行星灭绝的庞然大物——恐龙

总之,危险虽然客观存在,但并非已经火烧眉毛,正如“宣言”所说:“减缓近地小行星碰撞威胁的方案,目前还不需要予以考虑。”

身份不明的冥外小行星

与经常吓唬人的近地小行星相反,还有不少小行星却始终在木星轨道之外。最早发现的这种小行星是(944)希达尔各(这是墨西哥的一位民族英雄之名),它最远时的距离为9.69天文单位,差不多就要撞上土星了。后来在1977年则发现了更远的“科瓦尔天体”,其轨道半长径为13.62天文单位,当时这两颗小行星确实也令天文学家“大开眼界”。

但与20世纪90年代发现的冥外小行星相比,这真是“小巫见大巫”了。

最早发现的两个冥外小行星的轨道

1992年8月,美国两位天文学家好不容易发现了一个极其暗淡、缓缓移动的天体1992QB1,后来测出了它的轨道在冥王星之外——44天文单位,估计大小在200千米~250千米间,第二年他们又梅开二度,发现了更远的第二颗这类天体1993FW,其轨道半径为46天文单位,绕太阳转一圈至少要311年!于是他们分别把它们称为“思迈莱”和“喀拉”。

两颗新小行星让他们尝到了甜头,使他们更加努力搜寻。果然在1993年9月,他们又找到了另外两颗:1993RO和1993RP。然而它们似乎稍近些,都位于海王星与冥王星之间,半长径分别是32和35天文单位。

不久,英国天文学家亦有所收获,他们利用大望远镜,在离太阳33和34天文单位处找到了1993SB和1993SC。

不必对小行星的这种奇怪名字惊讶。因为国际上有规定,小行星在确认(不仅要算出准确轨道,而且要依此观测到它3次以上冲日)获得正式编号之前都只能用这种年份加字母的临时编号。编号虽是临时,规则却相当严格,不用说,年份即是发现之年,两个英文字母各有不同含义:第一个字母是表示发现的月份(还分上半月、下半月),去掉I不用,从A到Y是24个字母(表),后面的字母则表示是该半月中见到的第几颗。例如上文说及北京天文台发现的极近地小行星1997BR即是该年1月下半月发现的,该半月中它是第17颗。

1996年,美国天文学家用夏威夷大学的望远镜又发现一颗1996TL66,据测,这是这些小行星中个头最大的,直径约480千米~490千米,表面积可与美国的德克萨斯州相当。它的轨道相当扁长,与太阳最近时不超过35天文单位,但最远时却达到冥王星的3倍多——130天文单位。太阳光射到那儿至少要18个小时!据研究1996TL66绕太阳的周期长达750年。按小行星命名规则,它们根本没有获得正式编号的可能,谁能见到它们3次冲日呢!1996TL66的成分可能主要是冰组成的,所以很可能,它本来就是彗星。现在把所有这些小天体统称为“柯伊伯带小天体”。通过这几年的努力,这种天体已经发现了30多颗。但它们到底姓“行”还是姓“彗”,至今还没人能下定论。事实上现在已发现了好几个小行星“变”为彗星或彗星又转为小行星的例子,这种变化为研究太阳系的演化提供了十分宝贵的线索,所以颇为受人重视。

后来研究表明,1990RO的位置比较独特,它始终离海王星60°左右,这意味着,它很可能是太阳系中又一个奇妙的“正三角形”,正如木星与脱罗央群小行星那样,是海王星的“脱罗央小行星群”之一员,根据这条线索,后来果然又找到另外3个成员,它们的大小均在100千米左右,目前还处于气体、尘埃冻结的团块阶段。

柯伊伯带内究竟有多少天体?有人估计可能会数以亿计,并且还被认为可能是短周期彗星的“仓库”,如哈雷彗星等都是从那儿逃逸出来的。当然这个“大冰库”中也不是均匀的,由于有海王星、冥王星的共振作用,也有密集区和空隙。

只是柯伊伯带太远了,要证实这些推断恐怕还有待于将来。

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