小行星带为什么会在火星和木星之间?其它行星之间为什么没有?

Napoleone2016


在以太阳为中心的太阳系内,八大行星围绕着太阳有序的运动着,它们各自的的卫星又在稳定的围绕其自身运动,除了一些处于游离状态的小行星之外,太阳系是有序的。





由于木星和火星之间存在着一个小行星带,所以木星和火星之间却是经常发生碰撞和兼并的。小行星带里聚集着大量的小行星,据统计,仅仅被编号的小行星已经达到了12万颗以上,预计小行星的数量在50万颗以上。



谷神星就是是小行星带里唯一的一颗矮行星,它的直径约为950km,它的质量只有地球的1/3000。在构造上谷神星是一个分化型星球,具有岩石内核,但地幔层包含大量冰水物质。




为什么只有火星和木星之间存在小行星带?

在火星和木星之间存在有大约3.6个天文单位的空阔地区。后来奥伯斯就提出来了“爆炸说”,就是指在小行星带的这个空阔位置应该有一颗大行星的,只不过发生了爆炸,于是才有了那么多的小行星构成了行星带。





目前已经有很多科学家在木星和火星之间发现了谷神星、智神星、灶神星等小行星!但是由于木星的引力太大,而且人类的技术有限,依然还有很多未发现的小行星。

为什么这么多的小行星没有碰撞成一颗行星呢?

这个原因应该归结于它的邻居——木星,我们都知道木星是太阳系内最大的行星,木星的质量比其余七颗行星加起来都要大,这就造成了巨大的引力。



在木星的引力下,小行星带中的行星的运动轨迹就收到了制约,据观察,木星还将小行星带中的一些行星“占为己有”,更有一些行星还被木星的引力甩出了小行星带,这就是那么多的小行星没有聚集成更大的天体的原因。


星球上的科学


在我们的太阳系中存在着一个“特殊区域”,它位于火星轨道至木星轨道间,由近50万颗小行星组成


这个被称为“小行星带”的区域在1972年7月16日曾迎来了“先锋十号”探测器,其后又迎来了包括“旅行者系列探测器”和伽利略号与卡西尼号等探测器,而这些探测器在都没有在穿越小行星带途中与小行星发生碰撞,这是因为小行星带内物质密度太低,理论上相撞的可能性只有十亿分之一。

历史上第一次意识到火星——木星轨道之间应该存在天体的的人是德国天文学家波德,他根据“提丢斯-波德定则”对中太阳的行星轨道半径的研究预测出了天王星的轨道,也同样根据该定则判定“火星和木星间应该存在一颗行星”



1801年,天文学家根据波德的推断发现了矮行星谷神星(当时还没有矮行星这个说法),随后又发现了智神星和婚神星以及灶神星,然而这些星球的质量实在是太小了,远远不像波德预测的行星,1845年在发现义神星后,该区域内的天体数量开始井喷式增长下,天文学家也终于意识到他们发现的是一个小行星带而不是什么行星。

如今在自动巡天系统的帮助下小行星的数量每天都在增加,然而小行星带究竟从何而来呢?


现代天文学认为小行星带之所以会出现在火星到木星之间,就是因为木星的引力太大。太阳系刚诞生的时候这个区域内的“星子”本来是可以在引力作用下变成和地球一样的岩石金属行星的,然而由于木星的引力扰动,所以这些“星子”始终无法完全靠拢在一起,而仅仅是极为有限的聚合成了几颗“矮行星”

虽然也有人认为小行星是远古时期一颗行星被摧毁后的产物,然而该猜想难以解释为什么小行星们成分差别如此之大,更何况整个小行星带的质量加起来还不如月球,说它在很久以前是一颗行星实在是太过于牵强了。


对未来的人类文明来说,小行星带将是一个完美的露天矿场,而且其内的彗星群也将提供给人类源源不断的水资源,所以未来人类没准会分化出一个“小行星带人”


宇宙观察记录


在太阳系中小行星带是天体最密集的区域之一,迄今为止,科学家们发现的所有小行星中,有12万颗都位于小行星带中,占到了已发现的小行星总量的98.5%,天文学家们甚至认为在那里有着50万颗左右的小行星,因此它也被认为,使太阳系中的一条特殊天体带,这条天体带位于火星和木星之间,那么它为什么会存在呢?因为为什么会存在于这个位置呢?



先说小行星带是怎么形成的?目前一般认为小行星带是由原始太阳星云中的一群星子形成,但是最初是形成了几个甚至是一个较大的星球的,后来又由于相互撞击作用破碎成了小行星,如今的小行星带的宽度达1.5个天文单位,近2亿3000万公里,比地球到太阳的距离还远了50%,从这个宽度上来看,小行星带就不可能位于水星轨道之内,也不可能位于金星与地球或者地球与火星之间,因为它们轨道之间的距离都太近了,只有火星与木星,以及木星与土星、土星与天王星、天王星与海王星之间的轨道能容得下它。



火星到木星之间的宽度则达5亿多公里,完全能够放下小行星带,但是之所以小行星带位于火星与木星之间,并非因为这里足够宽,而是由于太阳系行星分布规律的问题。太阳系八大行星的距离都遵循提丢斯-波得定则,简称“波得定律”,根据这一定律,在小行星带的位置也是应该有一颗行星的,但是这颗行星却缺失了。


如今小行星带中没有行星级天体,最大的星体是谷神星,直径900公里左右,质量只有地球的1/3000,它是小行星赛中已知唯一的矮行星,不能被算作行星。

小行星带中有那么多的小天体,为什么没有凝聚成一颗行星呢?天文学家们认为小行星带本来是可以形成一颗行星的,而且已经形成了几颗质量较大的天体,那么为什么又破碎成了数量众多的小行星呢?就在于它有一个太强势的邻居——木星。



因为木星的引力作用,小行星带中的天体会受到它的引力影响,这些天体在围绕太阳运行的过程中,忽然又受到木星引力场的拖拽,于是就容易发生碰撞,导致形成的质量较大的天体,重新又破碎成较小的星体,这些较小的星体在运行的过程中又受到木星引力场的影响,因此也会撞击成更小的天体,甚至还有些小天体因为距离木星太近,而被木星捕捉和甩出小行星带。

因此小行星带中的小天体,不仅不能形成一颗行星,其总质量也会越来越小,有天文学家认为早期是小行星带中的天体总质量很可能和我们的地球差不多,但是现在却只有地球质量的1‰了,也就是说本来那里是可以形成一个地球这样的行星的,木星的引力场导致了这颗行星的缺失,后来小行星带中的天体已经大部分都被木星吃掉了。



另外,小行星带中的天体也有不少是被火星引力捕获吞并的,而那些被木星和火星甩出去的小行星则成为了太阳系中的流浪者,有些偶尔会光顾我们地球附近的小行星就是来源于小行星带中。


人类的方向


在火星和木星轨道之间,有一个小行星带,目前一共发现了近12万颗小行星和矮行星,它们的总质量加起来据说不到地球的1%。这个小行星带的位置,正好是一颗大行星的位置。于是,有人提出这有可能是一颗大行星的残骸。这种情况的可能性是比较大的,为什么这么说呢?最大的原因就是这些小行星都是在同一区域按照同一轨道围绕太阳公转,如果当初只有一颗大行星由于自身的原因,让自己碎成了渣渣,就会形成这个小行星带。另外,火星和木星也是岩石行星和气态行星的分界线,那么这颗碎裂的行星很可能是最后一颗岩石上行星。至于,什么原因形成的,现在众说纷纭,毕竟人类天文观测的记录只有2000多年,发现小行星带不过200多年,想搞清楚小行星带的成因确实很难。不过,大行星碎裂一说,倒是一个不错的解释,也可以给很多科幻、史前文明的题材提供一个很好的想象空间!


NHCC全球探险



火星和木星之间的小行星带被认为是由于木星的引力影响而无法形成的行星留下的,或者是在碰撞中被摧毁的行星残骸。这条小行星带由不同大小的岩石和冰组成。


小行星带包含离太阳2到4个天文单位(地球与太阳的距离)的区域。该小行星带形成于460万年前,当时木星的引力引起的应力或碰撞很可能摧毁了一颗约为月球一半大小的行星或原行星。在该小行星带发现的大多数小行星的轨道周期在3至6年之间。该带的物体大小从鹅卵石到直径约1000公里的小行星谷神星不等。

虽然大多数小行星位于小行星带内,但它们可以分散在整个太阳系中。接近太阳1.3天文单位以内的小行星,或者由于周期性碰撞或木星引力影响而轨道移出带外的小行星,称为近地小行星。这些小行星可能有一天会与地球相撞。



其他行星之间没有形成小行星带主要是没有木星那么大的体积和质量,引力不足以摧毁行星。


军机处留级大学士


小行星带位于火星和木星之间,是太阳系中天体数量最密集的区域之一,这里已被记录在案的小行星就已经在12万颗以上,人类已发现的98.5%的小行星都集中在这一区域,天文学家预估这里至少有50万颗小行星。

那么为什么小行星带位于火星和木星之间。而不是位于水星和金星,或者金星与地球、地球与火星、以及木星与土星等等之间呢?这要从小行星带的性质和起源说起。



目前一般认为小行星带由原始太阳星云中的一群星子(比行星微小的行星前身)形成,它的宽度达1.5个天文单位,近2亿3000万公里,其实从这个宽度上看,它就不可能存在于水星到金星、金星到地球以及地球到火星之间,因为小行星带的宽度远超过了这些星球之间的距离,而火星到木星之间的宽度则达5亿多公里,足够放下小行星带了。


根据太阳系行星分布规律来看,在小行星带的位置也是应该有一颗行星的,那么小行星带为什么没有凝聚成一颗行星呢?天文学家们认为小行星带本来是可以形成一颗行星的,或者说甚至已经形成过矮行星之类的天体,然而因为它们有一个势力强大的邻居——木星,导致它们难以聚集成一颗行星,因为木星的引力作用阻碍了这些星子形成行星。

在小行星带的外围,木星引力场带动了相当数量的小行星,这些小行星虽然没有环绕木星运行,但是它们很明显地在木星的引力场下随波逐流,难以形成较大的星体。





也有科学家认为,小行星带曾经形成过几颗较小的矮行星,但是由于轨道不稳定,所以后来它们又发生了碰撞,破碎的星体碎片重新成为小行星,并且形成了一些某些物质含量较多的小行星家族,如碳质、硅酸盐、金属和彗星族群小行星。

从上面的讲解中,我们大概能明白小行星带为什么位于火星和木星之间了,其实主要就是两个原因,一是火星和木星之间的距离足够宽敞,容得下宽达2亿多公里的小行星带,再就是这里本来就应该有一颗行星,所以太阳系形成之初,这里的物质比较丰富,而其之所以没有形成小行星,木星的引力影响是一大因素。


小行星带虽然小行星数量很多,范围也很宽,实际上它的总质量并不大,只有地球质量的1‰左右,但是天文学家们认为在太阳系早期,小行星带的原始物质和地球不相上下,只是由于木星的吸引,很多的小行星都坠落到了木星上,也有小部分坠落到了火星上,当然也有一部分小行星逃离了小行星带,成为了太阳系的流浪者,降落到地球上的一些小行星,也很有可能是来自于小行星带之中的,因此小行星带的质量越来越小,如今只有当初的1‰左右了,而且这里由于没有物质补充,还会呈现出越来越少的趋势。


科普大世界


本来在火星与木星之间是应该有一颗行星的,而木星的强大引力把它撕碎了。

预言太阳系各行星轨道距离的提丢斯-彼得定律。

17世纪初,德国天文学家约翰尼斯·开普勒在研究行星与太阳的距离时,注意到火星和木星轨道之间出现了一个空缺。于是他断言:在火星和木星之间还应当有一个行星存在。

1766年,德国的一位中学数学教师戴维·提丢斯(Johannes Titius)研究太阳系里各行星轨道时,发现它们遵循一个简单的几何学规则,但唯独火星与木星之间少了一颗行星,所以提丢斯也支持开普勒的观点。

1772年柏林天文台台长约翰·彼得(Johann Bode)将提丢斯的发现的规则进行归纳,并提出了计算公式,也被称为提丢斯-彼得法则。

我把这个公式的表达方式调整了一下:L=0.4+0.3×2^n

L:为太阳系各行星公转半径,以天文单位(A.U.)来计算。1A.U.=1.496x10^8千米(地日距离)。

n:取值-∞、0,、1、2、3、4、5、6由内向外分别对应水星、金星、地球……天王星只是3对应的是火星外的小行星带。2^-∞=0;2^0=1。

以此带入n值,可分别得出L=0.4、0.7、1.0、1.6、2.8、5.2、10.0、19.6。这和水星、金星、地球、火星、小行星带、木星、天王星的轨道距离对应的很好。

尤其是1781年,赫歇耳发现天王星之后,发现其也符合“提丢斯-波得法则”,极大地鼓动了当时的天文爱好者积极地去寻找火星与木星之间“缺失”的行星。

1801年,意大利天文学家朱塞普·皮亚齐终于发现了这个新行星,根据皮亚奇的观测数据, 当时年轻的高斯算出这颗新行星的与太阳的平均距离为2.77个天文单位,与 “提丢斯-波得法则”预言的2.8个天文单位几乎完全吻合, 这颗新发现的行星被命名为“谷神星”。

但1年后,第二颗“智神星”、第三颗“婚神星”、第四颗“灶神星”相继被发现,而且其轨道与“谷神星”几乎一致。这时人们才意识到“缺失”的行星,其实一片小行星带。

小行星带,太阳系里的原始“积木”

现在我们知道小行星带的总质量只有地球质量的4%,上面说的四颗小行星占了总质量的1/2,其他小行星一个比一个小,有的小到河边随手捡的鹅卵石那么大,甚至是尘埃般大小。

2003年发射的日本隼鸟号探测器,历经7年后从25143号小行星(又叫“糸川”)带回了人类的第一批小行星研究样本。NASA2011年也曾发射黎明号造访过“灶神星”,而后2015又造访了“谷神星”。

小行星带直径超过1000米的小行星大约有200万颗,它们身上可能潜藏着太阳系行星形成的秘密,就像还未拼接好的零散“积木”一样。或者说,小行星带其实就是一颗凝聚失败的行星碎片群。而罪魁祸首就是木星,正是木星强大的引力撕碎了这本该成形的行星。

小行星带的威胁

对于地球来说,好莱坞电影里描述的行星撞地球的威胁其实一直存在。2013年,俄罗斯车里雅宾斯克州就被一颗直径20米的小行星袭击过,万幸的是没有过重的人员伤亡,一些人只是被冲击波震碎的剥离划伤了。

但6500万年前那颗直径达10公里的小行星,撞上如今的墨西哥海岸,可是一场货真价实的世界末日。席卷全球的海啸,无尽的火雨,骤如冰期的全球气候突变,随之而来的就是残酷的物种大灭绝。由于火山云遮盖了天空,没有阳光,植物大范围死亡,底层食物链的崩坏,随之而来的是动物的相继死亡。短短100年里,恐龙消失在了地球上,另外70%的陆地生物灭绝,而海洋生物更灭绝了90%。

当然这样大规模的灭绝事件实属罕见。科学家预测大约2000万,地球才可能再次遭遇这样的小行星撞地球事件。不过还好我们已经学会了眺望星空。

总结

小行星带之所以会出现在火星与木星之间,完全是因为木星强大的引力,把本该形成的一颗离它最近的行星给撕碎了。

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答:很大可能和木星有关,科学家猜测原本在小行星带处,可以存在一颗行星的,但是因为木星的存在(木星实在太大了),使得那颗行星无法聚集起来,只能以小行星分布在一定区域内。


在1766年,一位德国的中学数学老师提丢斯,意外地发现一个几何公式,可以很好地描述太阳系内各大行星的分布情况;后来经过天文学家波得的总结,归纳成一个数学数列,称之为提丢斯-波得定则。

在当时来说,已发现的大行星和提丢斯-波得定则完美契合,甚至还预言了海王星的存在;但是提丢斯-波得定则存在一个问题,就是在n=5的地方,还没有发现任何大行星。

于是天文学家们,不断提升自己的望远镜能力,来试图寻找那颗行星;直到1801年,天文学家发现了谷神星(直径950公里),轨道半径2.77,和提丢斯-波得定则不谋而合。

现在我们知道,谷神星是小行星带中最大的天体,而小行星带中天体的平均轨道半径,大约就是2.8,和提丢斯-波得定则预言的一致。至于提丢斯-波得定则的深层原因,目前也没有人能给出合理的解释。


科学家猜测:在太阳系形成之初,小行星带内的天体,原本是可以组成一颗大行星的,但是在小行星带附近形成了木星,木星质量实在太大了,几乎就快成为一颗褐矮星(失败的恒星)。

在木星和太阳引力的影响下,小行星带内的天体无法聚集起来,它们之间相互撞击,天体也越来越小,分布越来越均匀,形成了如今的小行星带。


这就是小行星带形成的解释之一,在很多图片中,我们看到小行星带的天体分布非常密集,其实这是不对的,小行星带内非常空旷,目前已经有几十个探测器随机穿越小行星带,没有任何一个受到小行星的撞击。

科学家推测,在小行星带内存在几十万个天体,它们直径从几百公里到几微米不等,总质量加起来和月球质量差不多。


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小行星带为什么会在火星和木星之间?其它行星之间为什么没有?

对于火星与木星之间的小行星带,大家的印象肯定非常深刻!不仅是因为形容小行星带的各种图片,也因为很多科幻片中对于闯入小行星带的飞船的特效,更是让人记忆深刻!

而《太空旅客》中的小行星撞击特效更制作得令人倍感科幻!

也许以上两个感觉已经占据了大家对小行星带的全部概念.....认为小行星带就是这样一种存在!那么问题来了:

第一、小行星带真的是这么密集吗?简直密集恐惧症啊....

第二、如此一个小行星带是如何形成的?

第三、小行星带未来能形成一个大的行星吗?

也许这代表大部分朋友的想法,那么我们就来简单说明下:

首先小行星带其实是一个宽度达到了4亿千米的环状区域,可能无法来理解这个广袤,简单的说地月系之间的平均距离38.4万千米大概只占0.96‰,这个区域大约有超过50万颗小型天体,差不多相当于数个地月系之间的距离才能遇到一颗天体!因此科幻片中的小行星带都是为了观赏效果而制作的!

那么它是如何形成的呢?天文学家彼得根据提丢斯的发现在计算太阳系里的行星分布时,按理认为小行星带有一个大型天体,但事实上并不存在,除了谷神星勉强比较大之外,其他统统都是小行星!因此就怀疑原先存在一个大型天体,但来遭受了撞击碎裂成了各个小型天体!但事实上即使将小行星带的所有天体都聚合成一个天体其直径也不会超过1500千米,而相比之下被开除出行星序列的冥王星直径都接近2400KM!

因此天文学家怀疑这个区域从来都没有形成过整一个天体,因为其受到了附近木星这个巨无霸的引力扰动,并且在年复一年的反复干扰下将这些原本聚合成单个天体的小行星均匀的分布到了整个小行星带的太阳系盘面上!

因此在木星的阴影之下,未来小行星带也不可能形成一个大型天体,也许这样的模式将永远延续下去,直到未来太阳成为白矮星而打破这个平衡!


星辰大海路上的种花家



其实如果火星和木星之间的距离足够远,那么小行星带内的小行星是可以变成一个星球的,但是现在的小行星带受到火星和木星的引力影响太大,无法再像太阳系形成初期那样互相撞击融合为一个星球。

太阳系的行星都是在太阳形成不久后诞生的,地球这种类地行星在冰冻线以内,所以主要成分是熔点高的金属和石头,而冰冻线外侧都是气态行星,原因就是固态冰可以在融化之后被木星和土星等行星捕获,久而久之冰冻线外就都是类木行星,并且体积和质量都要比冰冻线内的类地行星大出不少。


太阳系的类地行星都是在早期不断的撞击中慢慢形成的,但是在太阳系行星格局基本成型之后,引力格局也就基本成型了,小行星带处在火星和木星之间宽达5亿公里的范围内,如果不是因为木星强大的引力在搅局,小行星带是可以形成一个行星的。

其他行星之间没有小行星带某种程度上也是因为其他行星之间的间隔不够大,目前为止人类已经永久登记的小行星已经达到了12万颗以上,初步估计小行星的数量在50万颗左右,如此一来小行星带的宽度就达到了1.5个天文单位,要知道地球和太阳的距离才1个天文单位,所以小行星带只能存在于木星和火星之间5亿公里的空间内。


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