天文科普:為什么只有在火星與木星之間存在小行星帶
發(fā)布時(shí)間:2020-07-11
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在美麗的銀河系中,太陽系作為已知的一個(gè)單恒星星系系統(tǒng)已經(jīng)存在了非常長的時(shí)間了,在這單恒星系統(tǒng)中八大行星衛(wèi)星和無數(shù)的小行星等都在圍繞著太陽進(jìn)行著公轉(zhuǎn),它們都處于既定的軌道之間,然而看似毫無特殊之處的行星軌道之間卻有一點(diǎn)顯得非常有趣,且令人感到非常詫異,那就是處于火星與木星之間的小行星帶。這片小行星帶區(qū)域就像當(dāng)初王母娘娘分開“牛郎與織女”的那條銀河隔絕在火星木星之間。

為什么只有在火星與木星之間存在小行星帶

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圖解:小行星帶位置圖

在這八大行星之間,為什么偏偏只有火星與木星之間會(huì)出現(xiàn)這樣的小行星帶呢?而其他相鄰的行星卻沒有發(fā)現(xiàn)這樣的情況呢?

行星位置近似值公式

海王星就是被稱為“筆尖下的行星”它就是被計(jì)算出來的,所以說數(shù)學(xué)是一門非常好的學(xué)科,萬事萬物都存在一定的規(guī)律,只要通過合適的公式就能夠算出普遍的規(guī)律,這個(gè)公式被稱作“提丟斯·波德公式”,是關(guān)于太陽系中行星軌道的一個(gè)簡單的幾何學(xué)規(guī)則,它是在1766年德國的一位中學(xué)教師“戴維·提丟斯”發(fā)現(xiàn)的,后來被柏林天文臺(tái)的臺(tái)長“波得”歸納成一個(gè)經(jīng)典公式來表示,簡單的來說這個(gè)公式就是【a=(n+4)÷10】,其中n=0,3,6,12,24,48…(后一個(gè)數(shù)字為前一個(gè)數(shù)字的兩倍),計(jì)算出來的結(jié)果就是各個(gè)行星到太陽距離的近似值,例如,如果取n=0,3, 6,12, 24 ,48…得出的結(jié)果就是0.4,0.7,1.0,1.6,2.8,5.2…

為什么只有在火星與木星之間存在小行星帶

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太陽系各大行星到太陽的平均距離,以天文單位AU為單位,水星為0.39,金星為0.72,地球是1,火星是1.52,木星是5.2,與上面數(shù)列的誤差均在5%以內(nèi)。

但是2.8,當(dāng)時(shí)在這個(gè)位置上卻沒有發(fā)現(xiàn)任何天體,“波得”不相信在這個(gè)位置上會(huì)有空白存在,而“提丟斯”也認(rèn)為也許是一顆未被發(fā)現(xiàn)的火星衛(wèi)星,但不管怎樣定,定則在2.8處出現(xiàn)了中斷。波德也因此向其他的天文專家們呼吁,希望大家一起來尋找這顆丟失的行星,當(dāng)然大家的熱情也很高,立刻響應(yīng)號(hào)召開始了大搜索,但好幾年過去了,什么也沒有發(fā)現(xiàn)。

為什么只有在火星與木星之間存在小行星帶

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圖解:“提丟斯-波德公式”

一顆行星的發(fā)現(xiàn)卻迎來了轉(zhuǎn)機(jī),那就是“天王星”

正當(dāng)人們有些灰心準(zhǔn)備放棄搜索時(shí),1781年,英國天文學(xué)家“赫歇爾”宣布他在無意中發(fā)現(xiàn)了太陽系的第七大行星“天王星”。

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使人驚訝的是天王星與太陽的平均距離是19.2天文單位,用定則推算(192+4)÷10=19.6,就這樣大家的積極性再次被調(diào)動(dòng)起來,所有人都對定則完全相信了,大家一致認(rèn)為在2.8處的確還存在一顆大行星,正在等待著大家的發(fā)現(xiàn)。

很快10多年時(shí)間過去了,直到1801年從位于意大利西西島里的一處偏僻的天文臺(tái)傳出消息,此臺(tái)臺(tái)長在進(jìn)行常規(guī)觀測時(shí),發(fā)現(xiàn)了一顆新天體,經(jīng)過計(jì)算它的距離是2.77天文單位與2.8極為近似,它被命名為“谷神星”??墒撬膫€(gè)子太小了,只有1020公里。

在谷神星發(fā)現(xiàn)隨后幾年里,智神星,婚神星,灶神星等相繼被發(fā)現(xiàn),小行星帶正式走進(jìn)了人們的視野。

為什么只有在火星與木星之間存在小行星帶

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圖解:谷神星

小行星帶是怎么形成的呢?

對于小行星帶有以下4個(gè)方面的論述:

  • 第一:形狀

小行星帶的形成高溫融合形成的,但是這種融合和其他行星不同,例如地球,地球在形成過程中的融合過程,是以萬有引力為主導(dǎo)作用,但是小行星帶中的小行星是由外部力量起決定性作用。

  • 第二:體積

由于小行星帶中的行星個(gè)體都非常的小,并且在形成的過程中由外力導(dǎo)致其自身的引力作用幾乎不起作用,沒有辦法將其自身在融合過程中產(chǎn)生足夠的高溫,將物質(zhì)融合在一起,因此小行星帶中的行星形狀都不規(guī)則,無法形成像地球等行星所顯示出來的球狀。

  • 第三:物質(zhì)差異

小行星帶中的物質(zhì)和行星光環(huán)的物質(zhì)完全不同,比如土星環(huán)中的物質(zhì),土星光環(huán)中的物質(zhì)是由大量非常細(xì)微的顆粒組成,并且這種物質(zhì)顯得非常的疏松,沒有經(jīng)過高溫的融合過程,但是對于小行星帶來說,由于其形成經(jīng)過外力的作用,會(huì)使得部分行星會(huì)經(jīng)過高溫融合形成硬化的顆粒結(jié)構(gòu)。

  • 第四:引力

由于火星與木星的萬有引力作用造成了小行星帶的分布成帶狀。

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根據(jù)以上四個(gè)方面的論述,對于小行星帶的形成過程可以簡單的進(jìn)行以下的描述:

在太陽系形成之初,小行星帶內(nèi)的天體原本是可以組成一顆大行星的,為什么這里的小行星為什么沒有凝聚成一個(gè)行星呢?其實(shí)主要原因還是由于這個(gè)區(qū)域有一個(gè)霸道的鄰居“木星”。在小行星帶的外圍就是太陽系中第二大天體(木星),木星質(zhì)量實(shí)在太大了,幾乎就快成為一顆“褐矮星”,在木星和太陽引力的影響下,可以干擾小行星的運(yùn)行軌跡。

同時(shí)木星引力場帶動(dòng)了相當(dāng)數(shù)量的小行星,導(dǎo)致小行星帶內(nèi)的天體無法聚集起來,它們之間相互撞擊,天體也越來越小,分布越來越均勻形成了,如今的小行星帶,所以從太陽系形成至今,這里仍然還都只是一些小天體,最大的天體就是被列入矮行星的谷神星了,直徑超過了900公里,其質(zhì)量達(dá)到了整個(gè)小行星帶天體的1/3左右。

為什么只有在火星與木星之間存在小行星帶

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圖解:小行星帶運(yùn)行軌道

為什么只有在火星與木星之間存在小行星帶呢?

通過上面的內(nèi)容講解,其實(shí)主要就是兩個(gè)原因:

  • 第一:距離

由于火星和木星之間的距離足夠?qū)挸?,才容得下寬達(dá)2億多公里的小行星帶。

  • 第二:這里本來就應(yīng)該有一顆行星

太陽系形成之初,這里的物質(zhì)比較豐富,而其之所以沒有形成小行星,木星的引力影響是一大因素,所以,小行星帶只能在火星和木星之間,位于其他星體之間還真不行。

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小行星帶的總質(zhì)量

小行星帶大概有著多達(dá)50萬顆小行星,然而與龐大的數(shù)量相比,小行星十分之小,小行星帶中所有物質(zhì)質(zhì)量的總質(zhì)量僅為月球質(zhì)量的4%,其中一半的物質(zhì)包含在4顆最大的小行星中,這4顆小行星為谷神星,灶神星,智神星和婚神星,如果所有這些物質(zhì)都集中在一起,它將是一顆半徑約為700千米的矮行星,相比太陽系的另一顆矮行星冥王星僅小一500千米,冥王星半徑為1188千米。

為什么只有在火星與木星之間存在小行星帶

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在太陽系早期小行星帶的原始物質(zhì)和地球不相上下,這是由于木星的吸引,很多的小行星都?jí)嬄涞搅四拘巧?,也有小部分墜落到了火星上,也有一小部分小行星逃離了小行星帶成為了太陽系的流浪者,降落到地球上的一些小行星,許多都是來自于小行星帶之中的,因此小行星帶的質(zhì)量越來越小,如今只有當(dāng)初的1%左右了,現(xiàn)在也是小的可憐了,而且由于這里沒有物質(zhì)補(bǔ)充,還會(huì)呈現(xiàn)出越來越少的趨勢。

為什么只有在火星與木星之間存在小行星帶

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結(jié)語

小行星帶已經(jīng)在這里存在了超過40億年了,它們也親身經(jīng)歷了太陽系的形成和發(fā)展,小行星帶這片區(qū)域或許還保持著40億年前的一些原始記錄,綜合來說研究小行星帶對于研究地球的起源,太陽起源等等是非常有必要的,或許有一天能夠利用小行星的資源,揭開宇宙神秘的面紗。

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