[新版]5月7日 《查寻“丧掉”的行星》 赵君亮shtml

[新版]5月7日 《查寻“丧掉”的行星》 赵君亮shtml 5月7日 《寻找“丢失”的行星》 赵君亮shtml 央视国际,,,,年,,月,,日,,,, 主讲内容简介:这个讲演的题目就叫做《寻找“丢失”的行星》，大家注意 到这个“丢失”是打引号的，实际上并不是丢失的。那么我这个讲题下面分四个 内容:第一怎么样找到小行星，所谓“丢失”的行星就是小行星，怎么样找到小 行星的过程。第二就是小行星的基本情况。第三小行星它是怎么样形成的,它到 底怎么来的,第四也许是大家最感兴趣的，这个小行星如果撞到地球上来怎么办, 对我们有没有威胁, 我们为什么要找这个“丢失”的小行星呢,因为它可能威胁地球。刚才我们 讲了大部分小行星挺好，它都在小行星带，在木星和火星的轨道中间。那么我们 地球的轨道是在火星轨道之内，所以它不会碰到我们。但是的确有一部分小行星 它的轨道比较扁，它会转到地球轨道之内来，这个叫做近地小行星。那么它要是 撞上来怎么办,我相信很多人看过科学幻想电影，叫《天地大冲撞》。在未来的 某一年天文学家算出来了，有一颗小行星在多少年以后就要撞上地球，其后果不 堪设想。于是就从总统开始，联合全世界的科学家就要想办法对付它。最后这个 电影里面，就派了一个宇宙飞船，就到了这个小行星，然后在那里挖洞，然后把 核弹就塞在里面去，要把它炸碎掉。最后这几个宇航员回不来了，他们就献身了， 回不来了。结果这一炸呢，有一点效果了。这个小行星一炸两个，一块大的没撞 上来，偏过去了。一块小的还是撞上来了，这块小的，从电影画面里面这块小的 比大的要小得多。这个小的撞在海洋里，结果浪过来，整个纽约很快就扫平。这 里面还有一些爱情故事，但撞击很可怕。那么这个事情到底会不会发生,这个发 生到底有多可怕,我们有没有办法对付它，这个必须是考虑的。 (全文) 这个讲演的题目就叫做《寻找“丢失”的行星》，大家注意到这个“丢失” 是打引号的，实际上并不是丢失的。那么我这个讲题下面分四个内容: 第一怎么 样找到小行星，所谓“丢失”的行星就是小行星，怎么样找到小行星的过程。第 二就是小行星的基本情况。第三小行星它是怎么样形成的,它到底怎么来的,第 四也许是大家最感兴趣的，这个小行星如果撞到地球上来怎么办,对我们有没有 威胁, 那么我们现在开始讲第一个，就是小行星的发现过程。在这个之前呢，我想 给大家说一下，在太阳系里面的几类天体，怎么区分,什么叫行星,什么叫小行 星,什么叫彗星,什么叫流星,首先我们把行星提出来，所谓行星是指太阳系里 面绕着太阳公转运动的主要天体。或者说是水星、金星、地球、火星、木星、土 星、天王星、海王星、冥王星，这九颗大行星的综合。那么行星又称 大行星，实 际上这个名字就是因为后来发现小行星，我们的中文名字才有大行星一说。那么 我们现在看小行星，太阳系里面除了大行星以外可以说统称为小天体。那么我们 怎么来区分这些小天体,首先小行星，我把小行星和彗星都放在一起对比，小行 星是沿椭圆轨道运动的，而且这个椭圆是不太扁的。而彗星通常是沿着比较扁的 椭圆轨道，甚至是抛物线，或者是双曲线，就是这个扁的椭圆轨道一直扁下去， 扁到最后它就等于抛物线。然后抛物线甩开去就是双曲线，所以这个是小行星和 彗星的差别。 第二个差别，小行星是不大容易挥发出物质的，它就是一块石头这样的东西。 而彗星在接近太阳的时候，它有气体物质挥发出来，这是它们很大的区别。那么 所谓小天体是指质量小，不是指体积小。那么这个就是用空间探测器拍到的小行 星，大家看这里有个比例尺，这个比例尺是,,公里，那么可见这个小行星之小。 这几个小行星尺度我们就不能讲直径了，因为它不是一个球，它的尺度不超过几 十公里，或者不大于一百公里。那么除了这两类小天体以外，还有一类更小的小 天体，就是叫做流星体。我们通常说的流星是流星体闯入地球大气，流星体的速 度可以高达每秒钟,,公里到,,公里。这个速度很快的，每秒钟十公里已经是 子弹出枪口速度的十倍。子弹出枪口的速度大概每秒一公里，如果每 秒七十公里 那就更快，那么这个高速闯入地球，就和地球的大气发生摩擦，然后它就发热、 燃烧、发光。这条光迹称为流星，所以流星和流星体是两个完全不同的概念，流 星体是一块东西，流星是一个现象。 大家可能听到狮子座流星雨，一大批流星在一个短的时间内同时进入了大气 层，那就会形成所谓流星雨，那是比较漂亮的。那么小行星和流星体的主要区别 就是流星体更小，小行星、彗星、流星体统称为太阳系的小天体。这是一张流星 照片，你看这个流星划过天空，下面是一些村庄、水。这是一颗火流星，流星中 间特别明亮的称为火流星。你们都看过《三国演义》，对不对,诸葛亮死的时候， 司马懿夜观天象，然后说一颗星星划过天空，他说孔明必死无疑。然后他就大举 进攻了，他就怕诸葛亮。古人就是说天上掉下一颗流星，地上死了一个人。那么 这个人官做得越大，这个流星就越大。这都是无稽之谈，这个就是火流星，最亮 的火流星如果白天出现可以比太阳还亮。那么这是流星雨的绘画，请注意，我特 别说明，这是绘画。没有这样的流星雨，这么密密麻麻的。所以你们不要相信报 纸上讲流星雨出现的描述，这是一种夸张的手法，主要对这种东西没有做一个详 细说明。我给你们看张照片，这张是流星雨的照片，这是真实的。这里就没有几 颗流星了，这里有几条，而且这张照片必须要拍几分钟，在一瞬间之 内可能就有 一条。但是你在一分钟之内，它可能出现十条。这就相当好看了，你如果曝光十 分钟，那你可能有几十条，就合成这么一张照片。所以越是漂亮的流星雨照片你 们越得提高警惕。那么这里我提出某种科学研究的一种思路，有的时候有些数字 或者有些图像比较奇怪，它表现出一种有趣现象，但是找不到这种道理，然后有 人就拼命去想，没有道理也去想，往往会得出一些你想像不到的结果。 ,,,。,亿公里，我们来量一下这六颗行星到太阳的距离，你们看:水星 ,。,,，金星,。,,，地球,，火星,。,,，木星,，土星,。,,，这 个数字有规律吗,没有规律，一个比一个大。还有什么规律吗,看不出什么规律， 对吧,有人就是动脑筋，就是这个人，这个人叫提丢斯，德国人。,,,,年， 我们对他说得好听，他就是科学精神，说得不好听就是挖空心思，他就在想，这 个数字怎么来的,他就想出这么个办法，从,开始写出一串数，每一个数比前面 数大一倍，然后前面再添一个零，就这个,、,、,、,,、,,、,,、,,、 ,,,，对不对,这是一串数，没什么道理的，完全没道理的，这个你也不是几 何奇数对不对,零拿掉是几何奇数，零放上去又不成几何奇数。然后把这些数字 都加上一个,，那就变成下面这排，,、,、,,、,,一直到,,,，妙的就 在后面，然后他把所有的数字都除上,,，然后这个奇怪的现象发生了，他把刚 才我讲的行星到太阳距离的天文单位的数字放上去。你们看这个数字简直太妙了， 这个是提丢斯数组，,。,，,。,,、,。,,。,,，,，这个是,。,， ,。,,这里缺了一块，然后是木星,。,，这个土星是,，这个是,,，然后 这个是天王星当时没发现，你们看这个现象很怪，他就这么动脑筋，动来动去， 就找出这个数字。这个数字就叫提丢斯数组，居然和行星到太阳的距离很相像。 然后提丢斯注意,。,这个地方，少了一个星，所以我们说寻找“丢失”的行星， 这个,。,，按照他的数组应该有颗星，这没有，他没吭声。 那么后人差不多同时代的人波得，他在,,,,年就公布提丢斯的发现，并 且他就声称这个地方应该有颗行星。这个就是我们前面讲的一串有趣的数字，奇 怪的数字，居然有一个地方不符合他的规律，他就大胆预报这里有一颗星，这件 事情就称为提丢斯- 波得定则。妙了～,,,,年，赫歇耳，赫歇耳是一个德国 籍的英国天文学家，他原来是音乐家，搞音乐的。他发现了天王星，是偶然情况 下发现天王星。大家注意，我们现在知道九大行星，前面几颗行星是没有办法说 谁发现的，就知道了。真正说到发现的是天王星、海王星、冥王星，因为人类老 早就知道什么水星、金星，你查是哪一个人发现的，谈不上发现。当 时,,,, 年赫歇耳发现了天王星，结果他到这个太阳的距离居然是,,。,天文单位，而 提丢斯数组下面，已经有这个数字。还没有发现天王星，这个数字,,。,，那 么这个事情就更加奇怪了，对不对,所以这个就变得非常奇妙了，于是就有人企 图找这颗星。,,,,年天文学家查哈，他试图组织力量要找这颗“丢失”的行 星，这颗星到底有没有,,,,,年,月查哈和另外五个天文学家，他们自己的 ，把它翻成中文就是:他要组织一次叫天空警察支队，以跟踪和捕获太阳系 中逃亡的子民，要把它抓住。他希望要找一个有名的观测家，意大利 的天文学家 皮亚齐来参加寻找。这个要用望远镜，对不对,要有经验，随便讲讲没有用的。 他们还没有找到皮亚齐，皮亚齐已经发现这颗星了。这个发现呢，是有点偶然性， 你们学过哲学，偶然中间有必然。他并不是观测去找这颗星，他是在编一份星表， 那么他就要大量观测，他发现有一颗小星，在其它恒星中间的位置每天是不一样 的。恒星之间的位置是大体上不动的，你过十年、二十年它不会动的，比如三颗 星组成一个三角形，明天还是个三角形，后天还是个三角形。但这颗星今天在三 角形这个地方，明天到这个地方，后天到这个地方，在移动。那么他以为是彗星， 他连续观测了,个星期，生病了。生病当然不观测了，但是他没有算出这颗行星 的轨道，所以他生病完了以后，他再去观测，找不到了。 然后他就写信请人帮忙，那么这个时候就是高斯，高斯是一个非常出名的数 学家。他当时已经发明了一种办法，现在我们知道，就是最小二乘法，只要有三 次观测，三次不同时间的观测，就可以确立这个轨道。然后高斯就帮助计算，皮 亚齐已经观测六个星期，他有一批观测资料，高斯根据这个观测资料就算出来轨 道。这个轨道就在火星和木星之间，就是火星和木星的轨道之间有一颗星，算出 来找就有目标了。他开始是偶然看到它，一算出来就开始找了，按照预报的位置 找了，很快找到，最起劲的那位天文学家查哈，他根据高斯的预报一下找到这个 小行星，但是第一个发现的人是皮亚齐，所以这个命名权在皮亚齐那里，他把它 命名为谷神星。这就是发现的第一颗小行星。 奥伯斯曾经做过医生，他在一个偶然的机会，发现了第二颗行星，后来命名 为智神星，比谷神星稍微小一点。一算这个轨道，这两颗行星的轨道很接近。那 么就要思考了，所以奥伯斯就有一个大胆的猜想，他认为在提丢斯数组,。,的 地方，原来可能是有一颗大行星，这个大行星爆炸，碎裂成小的行星。所以这里 应该不止两个，应该还有。而且它们既然是从一个地方爆炸的，那么这些小行星 的轨道应该在这个爆炸点都相交，对不对,某一个时候都会通过这个爆炸点，那 么反过来说如果我盯着这个爆炸点观测，就去存心要找小行星，这个机会就比较 大。你到处乱找，这个机会就比较小，不大容易找到。现在有两颗小行星，两颗 小行星轨道的交点就是爆炸点。然后他就守株待兔，这个奥伯斯有这个猜想以后， 他就开始观测。就等在那个地方，等了三年。这个人精神够好的，等了三年，守 株待兔式的监测。奥伯斯终于发现了另一颗小行星，就是灶神星。在他之前另外 一位德国天文学家叫哈丁，他偶然发现了婚神星。那么小行星慢慢多了，人们就 有兴趣了，接下来有一段很长时间的停顿。 科学家有一个考虑问题的方法，一旦发现一种新的现象，或者一 种新的天体。 数量增多以后，他就开始统计分类，这个可以引出很多重要结论。结果发现这些 小行星很少超过一百公里，几十万颗小行星，大部分都不超过一公里，真是名副 其实地小～然后把它们质量全部加起来，还不到地球质量的万分之四，或者说不 到月球质量的三十分之一。你可想而知这个小行星虽然多，它的确非常小。那么 小行星的运动情况怎么样呢,就发现大部分小行星都在火星和木星的轨道之间运 动，那么这一条带称为小行星带，或者称为主小行星带，它的运动轨道都是一些 不太圆的椭圆。但是的确有一部分少量的小行星，它的轨道略微扁一点。这一扁 不要紧，一扁它这个轨道可能会到地球轨道之内。也就是说，这样的小行星轨道， 和地球的轨道有可能相交，那就意味着有可能和地球相撞。那么这一类小行星就 叫近地小行星，我们后面还要详细地讲。天文学家现在对近地小行星非常有兴趣， 那么这个就是小行星带的示意图，这个是小行星带在太阳系里面总体位置。不过 他画得太密了一些，没那么多。随着观测技术的进步，居然发现很小的小行星， 它还有它的月亮，它有它的卫星。月亮是我们地球的天然卫星，小行星有它自己 的卫星。,,,,年,月,日，天文学家麦克马洪发现，这颗大力神小行星编号 是,,,号，它的直径是,,,公里，还是比较大的，它有一颗卫星直径是,,。 ,公里，这小行星和它的卫星相隔不到一千公里。同年,,月,,日，又发现, ,号梅菠蔓小行星的卫星，那么主小行星是,,,公里，它的卫星是,,公里， 以后发现小行星卫星的都有报道，但是有的很难证实。因为这个东西太小，那么 怎么样发现小行星的卫星呢,你们想想看，离开地球比如说几亿公里，直径只有 几十公里，这个东西太难发现。那么有这几种办法，一种是小行星掩星，什么叫 小行星掩星呢,就是恒星在远方，小行星比较近，偶然一个机会小行星会把后面 恒星的星光遮掉，这就叫小行星掩星。月亮也会掩星，就是月掩星。那么如果小 行星有一颗卫星和小行星没有卫星，这个遮的过程中间后面那颗恒星的光的变化 情况是不一样的。如果是单颗星，它的光就下去又上来。如果两颗星， 它可能下 去一会儿，又下去一会儿，那么根据这个光度的变化就可以算出来这一颗小行星 的卫星。 第二你观测小行星本身亮度的变化，这个卫星不是绕着小行星转吗,如果这 个卫星跑到小行星前面，就把小行星的光要挡掉一点。这个小行星就会变得暗一 点，这个也可以发现小行星的卫星。另一个是空间探测，这个显然是可以直接找 到小行星的卫星。比如说,,,,年,月伽利略号航天器，它掠过一颗小行星叫 艾达。它就发现它有颗卫星。那么最有趣的是人们现在给小行星建人造卫星，, ,,,年,月,,日美国发射了一颗叫妮儿的航天器，它从,,,,年,月起就 成为爱神星的人造卫星。这颗小行星很有名的，,,,号小行星，爱神星的人造 卫星，然后对这个小行星，爱神星进行考察。 第三点，我要给大家说一下，这个小行星，那么多小行星怎么形成的,就是 说小行星的起源问题，太阳系中有如此众多的小行星，如何形成,如何演化的, 那么归纳一下大体上有四种说法，第一种是大行星爆炸说，第二种是以提出人柯 依伯命名的柯依伯假说，第三种叫半成品说，第四种彗星演化说。我们一个一个 介绍，在说这个理论之前，我们要把小行星的观测特征要说一下，你任何一个理 论，要能说明问题，才能成立。所以小行星的起源要能成立，它必须说明小行星 有关的观测事实。那么把小行星的观测事实稍微一下，大概有这么三条:第 一它是绕太阳运动的，它的数量很多，体积相对很小的，形状绝大多数是不规则 的。第二小行星的运动轨道绝大多数是一些不太扁的椭圆。第三大多数小行星位 于小行星带之内。但是也有例外，这个例外的事情最讨厌了，理论要解释例外。 首先我们讨论一下大行星爆炸说，那个就是前面我们讲的奥伯斯的思想，他就认 为在提丢斯数组,。,这个位置上，原来就是有颗大行星。后来不知道什么原因， 它爆炸了，炸碎以后这些小行星都各奔东西，那么它们大小都是不一样的，形状 也是不规则的，就是今天我们看到的小行星。那么这个爆炸说对于小行星不规则 的这一点很有利，一炸就是炸得乱七八糟的，对不对,那么也的确有相当一部分 小行星它们的轨道是交于同一点的，即使你现在看到的小行星，它的轨道不交于 同一点，也可能是因为在以后这个漫长的过程中间，受到其他天体特别是它附近 木星、火星，这些大行星引力的干扰，它轨道变了，所以不交于同一点，这是一 个学说，那么它的问题在于这个爆炸原因是什么，它为什么炸呢,始终没法给出 解释，总的质量也太小，既然是炸的，这个质量应该不太小吧，所以这个它没法 解释。 那么第二种学说称为柯依伯假说。这个人是一个美国籍的荷兰天文学家，实 际上他的思想就要回避爆炸说里面，这个爆炸原因没法解释的这一个难点。他认 为在太阳系演化过程中，太阳系怎么演化呢,大概这么个情况，远在太阳系形成 之前，有一大团星云，这个密度比恒星要低得多，体积要比现在的太阳系大得多。 它在自身引力的作用下就收缩，由于它有转动，所以收缩一定是变成扁的。它不 会变成球，因为它在转，如果它不转的话，它就是大的球变成小的球。因为它在 转，所以它本来是一个球体，那就变扁，变成一个盘子一样的。然后中心的物质 形成太阳，边上的物质就慢慢慢慢形成行星，包括行星周围的卫星，比如我们的 月亮。这是太阳系形成大体的过程，这个过程经历大概几亿年。那么柯依伯这个 人就认为在火星和木星轨道之间，它因为某种原因它没有能够形成一颗大行星。 就在太阳系的演化过程中间，它没有形成一颗大行星。而是生成了五个到十个比 较小的原始行星，为什么叫原始行星呢,大体上意思就是还没有冷却下来的行星， 是原始行星。那么这个原始行星在后来，因为从太阳系形成到现在已经五十亿年 了，这个过程中间，这些小的原始状态的行星就互相碰撞，就碎掉了，就变成现 在的小行星。那么其他地方呢，因为生成一个大的行星，所以它没有碰撞的问题。 比如地球，它就是球状的，大体上是球状的。那么这就是用他的理论来说，今天 我们看到那么多小行星是这么个过程形成的。所以实际上是对奥伯斯 理论的一种 修正，那么为什么爆炸这个难点就回避了。 那么第三种学说是半成品说，提出这个学说包括我们国家已故的著名天文学 家戴问赛先生，他是这样想，他的学说是这样讲:太阳系在演化过程中，并不是 一步形成的。首先是形成星胎，好像这个孩子还没有生出来，胚胎一样。然后这 个星胎不断地吸集，因为它有引力作用，不断地碰撞吸集，把它周围的物质吸集 过来就形成大行星。那么这个过程是很长的，那么在火星和木星之间，这个星胎 吸集周围物质变成大行星的过程没有进行到底，而中途停顿，就形成了好多小行 星，它们以分散的形式一直保持到今天，就是我们今天所看到的小行星。那么从 这个意义上讲，小行星是太阳系演化的半成品，这是星胎形成的示意图。这个是 太阳系形成以后，太阳已经大体上形成了，然后这个就是星胎。它还是在围着太 阳转呢，那么它们互相碰撞吸集就形成行星，而火星和木星轨道之间这个过程没 有进行到底，小行星就保留下来。 第四种观点是彗星演化说，彗星在靠近太阳的时候，它有东西挥发出来，挥 发出来以后就形成了彗发和彗尾。但是彗星在远离太阳的时候，温度很低，它就 是一块东西，看上去如果你用望远镜观测和小行星没什么两样，因此有人认为这 两类天体是一类天体的演化序列。什么意思呢,彗星接近太阳的时候，它表面有 层什么,实际上是冰冻的水，还有一些灰尘。那么一接近太阳它就升华蒸发，然 后在太阳光压和太阳辐射、太阳风的作用下，形成彗发和彗尾。然后这个东西就 挥发掉了，然后下一次又来又挥发。所以每次回归太阳就要损失一部分质量，那 么有的彗星比较短的，你比如说哈雷彗星是七十六年回到太阳附近一次，那么就 每七十六年它要挥发一次。有的彗星两三年回来一次，那就挥发得更快，有的彗 星可能几百年、几千年、几万年一次，那它挥发过程就比较慢。但不管怎么样， 总有一批彗星在几十亿年的时间内，它会挥发完了，挥发完了也就没有东西挥发 了，因此它就不会形成彗发和彗尾了，因此它就变成一颗小行星。也就是说，挥 发物质挥发完的彗星就是小行星。 我们讲最后一个问题，威胁地球。刚才我们讲了大部分小行星挺好，它都在 小行星带，在木星和火星的轨道中间。那么我们地球的轨道是在火星轨道之内， 所以它不会碰到我们。但是的确有一部分小行星它的轨道比较扁，它会转到地球 轨道之内来，这个叫做近地小行星。近地小行星中间还有一部分会靠近地球，有 人给它取了个名字叫掠地小行星，好像从地球附近掠过一样。那么这个打到我们 怎么办,它掠一下，要是撞上来怎么办,我相信很多人看过科学幻想电影，叫《 天地大冲撞》。在未来的某一年天文学家算出来了，有一颗小行星在多少年以后 就要撞上地球，其后果不堪设想。于是就从总统开始，联合全世界的科学家就要 想办法对付它。最后这个电影里面，就派了一个宇宙飞船，就到了这个小行星， 然后在那里挖洞，对不对,然后把核弹就塞在里面去，要把它炸碎掉，中间有很 多惊险的场面。最后这几个宇航员回不来了，他们就献身了，回不来了。结果这 一炸，有一点效果了。这个小行星一炸两个，一块大的没撞上来，偏过去了。一 块小的还是撞上来了，这块小的，从电影画面里面这块小的比大的要小得多。这 个小的撞在海洋里，结果浪过来，整个纽约很快就扫平。这里面还有一些爱情故 事，但撞击很可怕。那么这个事情到底会不会发生,这个发生到底有多可怕,我 们有没有办法对付它，这个必须是考虑的。 (来源:;;,,- ,,, (编辑:兰华 来源:,,,,。;,,)