小行星帶是太陽系內介於火星和木星軌道之間的小行星密集區域,由已經被編號的120,437顆小行星統計得到98.5%的小行星都在此處被發現。小行星是由岩石或金屬組成,圍繞著太陽運動的小天體。因為在比較上這是小行星最密集的區域,估計為數多達50萬顆,所以這個區域被稱為主帶,通常就直接稱為小行星帶。
小行星帶由原始太陽星雲中的一群星子—比行星微小的行星前身—形成。但是,因為木星的重力影響,阻礙了這些星子形成行星,並造成許多星子相互之間高能量的碰撞,於是清掃了這一區域,造成許多殘骸和碎片。小行星繞太陽公轉的軌道,繼續受到木星的攝動,形成了與木星的軌道共振。在這些軌道距離—柯克伍德空隙—上的小行星,會很快的被清掃入其他不同的軌道內。
在主帶內的質量都集中在幾顆最大的小行星上。在主帶內最大的三顆小行星是智神星、婚神星和灶神星,平均直徑都超過400 公里;在主帶中只有一顆矮行星—穀神星,直徑大約950 公里;其餘的小行星都不大,有些甚至小到只有塵埃的大小。小行星帶的物質非常稀薄,已經有好機艘太空船平安的通過而未曾發生意外。在主帶內的小行星依照它們的色彩和主要的形式分成三類:碳質、矽酸鹽和金屬。小行星之間的碰撞可能形成擁有相似軌道特徵和成色的小行星族,這些碰撞也是產生黃道光的塵土的主要來源。
觀測的歷史
目前被認同的行星形成理論是太陽星雲假說,認為星雲中構成太陽和行星的材料,塵埃和氣體,因為重力陷縮而生成旋轉的盤狀。,在此處的任何天體都會因為軌道不穩定而被移除。在這個空隙之內的天體,在太陽系的早期歷史中,就會因為火星(遠日點在1.67 AU)重力的擾動被清掃或拋射出去。
起源主条目:第五行星(假說)
一個早期的假說,早已經失寵的假說,認為小行星帶是一顆行星被摧毀後的殘骸。 在這個假說中有一些關鍵性的問題需要解決:第一,要摧毀一顆行星需要多大的能量?其次,目前小行星帶的總質量太低,比地球的衛星(月球)還要少!最後,小行星在化學成分上的歧異,很難解釋它們是否來自同一顆行星。
第五顆類地行星
儘管是群聚之處,小行星帶仍是非常的空曠。如果不是刻意的選定目標,太空船在穿越小行星帶時,在廣漠的太空中大的仍會一無所見。儘管如此,目前我們還是知道成千上萬的小行星,而總數可能高達數百萬顆或更多,就看我們如何界定小行尺寸的下限。在紅外線波段的巡天顯示,直徑在1 公里以上的小行星數量在700,000至1,700,000顆之間,而且還可能更多。然而,因為自轉的緣故,朝向太陽暴露在太陽輻射的表面和背向太陽面對背景星空的表面,在溫度上可能會有顯著的差異。
環境
在太陽系早期的歷史中,小行星曾經歷了某種程度的熔解,使大部分或全部的元素分離,某些母體甚至經歷了火山作用的爆發週期,形成了岩漿的海洋。而因為體積相對於行星小了很多的緣故,只要很短時間的熔解就能分化,所以在45億年前就完成了。
構造主条目:柯克伍德空隙
小行星半長軸分布圖主要用於描述在太陽附近小行星的範圍,它的價值在可以推斷小行星的軌道週期。就所有小行星的半長軸而論,在主帶會出現引人注目的空隙。在這些半徑上,小行星的平均軌道週期與木星的軌道週期呈現整數比,這樣與氣體巨星平均運動共振的結果,足以造成小行星軌道元素的改變。實際的效果是在這些空隙位置上的小行星會被推入半長軸更大或更小的不同軌道內。不過,因為小行星的軌道通常都是橢圓形的,還是有許多小行星會穿越過這些空隙,因而在實際的空間密度上,在這些空隙的小行星並不會比鄰近的地區為低。
主帶也明顯的被分成內外二區帶,內區帶由靠近火星的的區域一直到3:1(2.5 天文單位)共振的空隙,外區帶一直延伸到接近木星軌道的附近。(也有些人以2:1共振空隙做為內外區帶的分界,或是分成內、中、外三區。)
柯克伍德空隙
測量主帶中巨大小行星的自轉週期顯示有一個下限存在,直徑大於100米的小行星,自轉周期都超過2.2小時。雖然,一個結實的物體可以用更高的速率自轉,但當小行星的自轉週期快過這個數值時,表面的離心力便會大於重力,因此表面所有的鬆散物質都會被拋離。這也建議直徑超過100米的小行星實際上是在碰撞後的瓦礫堆中形成的。
碰撞主条目:小行星族
在主帶的小行星大約有三分之一屬於不同家族的成員。同一家族的小行星來自同一個母體的碎片,共享著相似的軌道元素,像是半長軸、離心率、軌道傾角,還有相似的光譜。由這些軌道元素的圖型顯示,在主帶中的小行星集中成幾個家族,大約有20–30個集團可以確定是小行星族,並且可能有共同的起源。還有一些可能是,但還不是很確定的。小行星族可以藉由光譜的特徵來進行辨認。
家族和群組
在小行星帶的內緣(距離在1.78和2.0天文單位之間,平均半長軸1.9天文單位)有匈牙利族的小行星。他們以匈牙利為主,至少包含52顆知名的小行星。匈牙利族的軌道都有高傾角,並被4:1的柯克伍德空隙與主帶分隔開來。有些成員屬於穿越火星軌道的小行星,並且可能是因為火星的擾動才使這個家族的成員減少。 主要分布在主帶的內側邊緣。
在主帶的外緣有原神星族的小行星,軌道介於3.3至3.5天文單位之間,與木星有7:4的軌道共振。希爾達族的軌道介於3.5和4.2天文單位之間,與木星有3:2的軌道共振。相對來說,在4.2天文單位之外,直到與木星共軌的特洛伊小行星之間仍有少量的小行星。
邊緣
證據顯示新的小行星族仍在形成中(以天文學的時間尺度),Karin Cluster顯然是在570萬年前在一顆直徑約16公里的母體小行星碰撞後產生的。
新家族
先鋒10號在1972年7月16日成為進入小行星帶的第一艘太空船,當時仍有許多不可預期的危險,像是小行星的碎片,威脅到太空船的安全。在此以後的先鋒11號、航海家1號和2號、伽利略號、卡西尼號、尼爾 、尤利西斯號和新地平線號都沒有發生意外,平安的穿越過小行星帶。由於小行星帶物質的低密度,估計與探測器發生碰撞的機率低於十億分之一。.
探測
虛構的小行星
半人馬
小行星的殖民
碎片盤
小行星
特洛伊小行星
參考資料
Elkins-Tanton, Linda T.(2006).Asteroids, Meteorites, and Comets,First edition,New York:Chelsea House.ISBN 0-8160-5195-X.
延伸讀物
Staff(October 31, 2006).Asteroids.NASA.於2007年4月20日查閱.
Arnett, William A.(February 26, 2006).Asteroids.The Nine Planets.於2007年4月20日查閱.
Main Asteroid Belt.Sol Company.於2007年4月20日查閱.
Hsieh, Henry H.(March 1, 2006).Main-Belt Comets.University of Hawaii.於2007年4月20日查閱.
Staff(2007年).Space Topics: Asteroids and Comets.The Planetary Society.於2007年4月20日查閱.
Plots of eccentricity vs. semi-major axis and inclination vs. semi-major axis at Asteroid Dynamic Site