小行星到底是“何方神圣”？太陽(yáng)系神秘的小行星帶是如何形成的？

大約在6500萬(wàn)年前，統(tǒng)治了地球1.6億年的恐龍走向了滅亡。關(guān)于各種恐龍滅絕的假說(shuō)中，其中一個(gè)比較主流的就是“小行星撞擊”。如果說(shuō)恐龍的滅絕真的跟小行星有關(guān)，那么這一事件無(wú)疑地球生命演化史上的一個(gè)重大轉(zhuǎn)折點(diǎn)，這顆小行星的撞擊不僅改變了地球的生態(tài)系統(tǒng)，也讓我們深刻認(rèn)識(shí)到小行星對(duì)地球的巨大影響力。

那么，小行星究竟是什么？它們又從何而來(lái)？對(duì)我們地球又有哪些潛在威脅？

小行星是太陽(yáng)系內(nèi)類似行星環(huán)繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，但體積和質(zhì)量比行星小得多的天體。它們大多數(shù)分布在火星和木星軌道之間的小行星帶，也有一些小行星的軌道較為特殊，會(huì)穿越地球的軌道，這些被稱為近地小行星。

小行星的形狀各異，不像行星那樣因?yàn)樽陨硪Χ尸F(xiàn)出較為規(guī)則的球體形狀。它們有的像土豆，有的像啞鈴，還有的呈現(xiàn)出各種不規(guī)則的塊狀。這是因?yàn)樾⌒行堑馁|(zhì)量較小，自身引力不足以使其重塑成球形。其大小也相差懸殊，小的可能只有幾米，大的直徑超過(guò)上百公里。谷神星是人類發(fā)現(xiàn)的第一顆小行星，不過(guò)它現(xiàn)在被重新定義為矮行星，和冥王星處于同一行列。谷神星的發(fā)現(xiàn)還要追溯到1801年，當(dāng)時(shí)天文學(xué)家還沒(méi)有弄明白這顆星體的歸屬，因?yàn)樗√?，不符合行星的?biāo)準(zhǔn)，但又肯定不是恒星、彗星和衛(wèi)星。之后天文學(xué)家就用“小行星”這一名詞來(lái)描述谷神星和新發(fā)現(xiàn)的智神星。此后，科學(xué)家們陸續(xù)在火星和木星軌道之間發(fā)現(xiàn)了大量的小行星，截止2024年，在這個(gè)區(qū)域已經(jīng)被編號(hào)的小行星就有將近60萬(wàn)顆。據(jù)估算，至少有上百萬(wàn)顆小行星聚集在這個(gè)區(qū)域，因此木星和火星軌道之間這個(gè)區(qū)域也被稱為“小行星帶”。

為什么在木星和火星軌道之間會(huì)存在一個(gè)小行星帶呢？

關(guān)于這個(gè)小行星帶的起源，科學(xué)界有多種假說(shuō)。其中一種較為廣泛接受的假說(shuō)是，在太陽(yáng)系形成初期，太陽(yáng)周圍的物質(zhì)逐漸聚集形成了行星。在火星和木星軌道之間的區(qū)域，原本也有可能形成一顆行星，但由于受到木星強(qiáng)大引力的干擾，這一區(qū)域的物質(zhì)無(wú)法聚集形成一顆完整的大行星，而是相互碰撞、碎裂，最終形成了眾多的小行星。

另一種假說(shuō)認(rèn)為，小行星帶可能是早期行星遭受巨大撞擊后產(chǎn)生的碎片。在太陽(yáng)系早期，行星之間的碰撞較為頻繁，一些行星在遭受猛烈撞擊后，部分物質(zhì)被拋射到太空中，這些物質(zhì)在引力作用下逐漸聚集形成了小行星帶。

提及小行星，人們可能常將其與彗星、流星混淆，但是它們是有本質(zhì)區(qū)別的。

小行星主要由巖石和金屬構(gòu)成，其成分與太陽(yáng)系內(nèi)的行星類似，主要包括硅酸鹽、鐵、鎳等；彗星則主要由冰、塵埃和巖石組成，其中冰的成分包括水冰、二氧化碳冰、甲烷冰等。彗星通常形成于太陽(yáng)系的邊緣，那里溫度極低，揮發(fā)性物質(zhì)能夠以冰的形式存在。當(dāng)彗星靠近太陽(yáng)時(shí)，太陽(yáng)的熱量使彗星表面的冰升華，形成長(zhǎng)長(zhǎng)的彗尾，這也是彗星最為顯著的特征之一；流星則是來(lái)自小行星或彗星等天體的碎片，當(dāng)這些碎片進(jìn)入地球大氣層時(shí)，與大氣摩擦產(chǎn)生高溫，從而燃燒發(fā)光，如果流星體沒(méi)有在大氣層中完全燃燒殆盡，剩余的部分落到地球表面就成為隕石。

雖然小行星撞擊地球的事件極為罕見(jiàn)，但小行星還是對(duì)地球存在潛在威脅。科學(xué)家推測(cè)，如果小行星的直徑在幾十米到幾百米之間，撞擊地球可能會(huì)造成局部地區(qū)的嚴(yán)重破壞。例如，1908年的通古斯大爆炸，被認(rèn)為可能是由一顆直徑約50米左右的小行星或彗星碎片在空中爆炸引起的，爆炸中心區(qū)域周圍約2000平方公里的森林被夷為平地。而直徑超過(guò)1公里的小行星撞擊地球可能引發(fā)全球性災(zāi)難。這種規(guī)模的撞擊會(huì)產(chǎn)生巨大的沖擊波，能夠瞬間摧毀大片區(qū)域。同時(shí)，撞擊還會(huì)激起大量的塵埃進(jìn)入大氣層，這些塵埃會(huì)阻擋陽(yáng)光，導(dǎo)致全球氣候變冷，這無(wú)疑會(huì)給地球帶來(lái)巨大的劫難。另外，如果小行星落入海洋中，巨大的能量釋放可能會(huì)引發(fā)全球性的海嘯，對(duì)地球同樣會(huì)造成毀滅性的打擊。

到2024年，已發(fā)現(xiàn)的近地小行星數(shù)量超過(guò)3.6萬(wàn)顆，其中與地球最小距離在0.05個(gè)天文單位、直徑大于140米的被定義為有潛在威脅的近地小行星，約占總數(shù)的近十分之一。據(jù)科學(xué)家估計(jì)，直徑大于 1 公里的小行星撞擊地球的概率大約為每70萬(wàn)年1次，而直徑大于10公里的小行星撞擊地球的概率則更低，大約為每1億年1次。盡管概率極低，但一旦發(fā)生撞擊，對(duì)我們地球造成災(zāi)難將是無(wú)可挽回的。

為了應(yīng)對(duì)小行星對(duì)地球的潛在威脅，科學(xué)家們采取了多種措施來(lái)預(yù)防。首先，通過(guò)各種天文觀測(cè)設(shè)備，如地面望遠(yuǎn)鏡和太空探測(cè)器，對(duì)小行星進(jìn)行監(jiān)測(cè)和跟蹤，盡可能早地發(fā)現(xiàn)潛在威脅的小行星，并精確計(jì)算它們的軌道。其次，科學(xué)家們提出了一些應(yīng)對(duì)小行星撞擊的技術(shù)方案。例如，通過(guò)發(fā)射航天器撞擊小行星，改變其軌道方向，使其偏離與地球相撞的軌道。不過(guò)，這個(gè)方案還處于研究和試驗(yàn)階段，實(shí)施起來(lái)面臨著諸多技術(shù)方面的挑戰(zhàn)。

小行星作為太陽(yáng)系中的神秘天體，不僅承載著太陽(yáng)系形成和演化的重要信息，也對(duì)地球的安全構(gòu)成了潛在威脅。通過(guò)對(duì)小行星的深入研究，我們不僅能夠更好地了解太陽(yáng)系的奧秘，還能為保護(hù)地球家園、預(yù)防小行星撞擊事件做好充分準(zhǔn)備。

作者：星眾成光
審核：中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心研究員 李明濤
出品：中國(guó)科協(xié)科普部
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