5月7日   《尋找“丟失”的行星》   趙君亮

    央視國際 2004年04月29日 14：25

    主講人簡介：趙君亮：中科院上海天文臺原臺長，研究員。發表多篇天文學術著作，同時致力于天文科普事業，亦有多篇天文科普著作問世。

    內容簡介：這個講演的題目就叫做《尋找“丟失”的行星》，大家注意到這個“丟失”是打引號的，實際上并不是丟失的。那么我這個講題下面分四個內容：第一怎么樣找到小行星，所謂“丟失”的行星就是小行星，怎么樣找到小行星的過程。第二就是小行星的基本情況。第三小行星它是怎么樣形成的？它到底怎么來的？第四也許是大家最感興趣的，這個小行星如果撞到地球上來怎么辦？對我們有沒有威脅？

    我們為什么要找這個“丟失”的小行星呢？因為它可能威脅地球。剛才我們講了大部分小行星挺好，它都在小行星帶，在木星和火星的軌道中間。那么我們地球的軌道是在火星軌道之內，所以它不會碰到我們。但是的確有一部分小行星它的軌道比較扁，它會轉到地球軌道之內來，這個叫做近地小行星。那么它要是撞上來怎么辦？我相信很多人看過科學幻想電影，叫《天地大沖撞》。在未來的某一年天文學家算出來了，有一顆小行星在多少年以后就要撞上地球，其后果不堪設想。于是就從總統開始，聯合全世界的科學家就要想辦法對付它。最后這個電影里面，就派了一個宇宙飛船，就到了這個小行星，然后在那里挖洞，然后把核彈就塞在里面去，要把它炸碎掉。最后這幾個宇航員回不來了，他們就獻身了，回不來了。結果這一炸呢，有一點效果了。這個小行星一炸兩個，一塊大的沒撞上來，偏過去了。一塊小的還是撞上來了，這塊小的，從電影畫面里面這塊小的比大的要小得多。這個小的撞在海洋里，結果浪過來，整個紐約很快就掃平。這里面還有一些愛情故事，但撞擊很可怕。那么這個事情到底會不會發生？這個發生到底有多可怕？我們有沒有辦法對付它，這個必須是考慮的。

    （全文）

    這個講演的題目就叫做《尋找“丟失”的行星》，大家注意到這個“丟失”是打引號的，實際上并不是丟失的。那么我這個講題下面分四個內容：第一怎么樣找到小行星，所謂“丟失”的行星就是小行星，怎么樣找到小行星的過程。第二就是小行星的基本情況。第三小行星它是怎么樣形成的？它到底怎么來的？第四也許是大家最感興趣的，這個小行星如果撞到地球上來怎么辦？對我們有沒有威脅？

    那么我們現在開始講第一個，就是小行星的發現過程。在這個之前呢，我想給大家說一下，在太陽系里面的幾類天體，怎么區分？什么叫行星？什么叫小行星？什么叫彗星？什么叫流星？首先我們把行星提出來，所謂行星是指太陽系里面繞著太陽公轉運動的主要天體。或者說是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星，這九顆大行星的綜合。那么行星又稱大行星，實際上這個名字就是因為后來發現小行星，我們的中文名字才有大行星一說。那么我們現在看小行星，太陽系里面除了大行星以外可以說統稱為小天體。那么我們怎么來區分這些小天體？首先小行星，我把小行星和彗星都放在一起對比，小行星是沿橢圓軌道運動的，而且這個橢圓是不太扁的。而彗星通常是沿著比較扁的橢圓軌道，甚至是拋物線，或者是雙曲線，就是這個扁的橢圓軌道一直扁下去，扁到最后它就等于拋物線。然后拋物線甩開去就是雙曲線，所以這個是小行星和彗星的差別。

    第二個差別，小行星是不大容易揮發出物質的，它就是一塊石頭這樣的東西。而彗星在接近太陽的時候，它有氣體物質揮發出來，這是它們很大的區別。那么所謂小天體是指質量小，不是指體積小。那么這個就是用空間探測器拍到的小行星，大家看這里有個比例尺，這個比例尺是20公里，那么可見這個小行星之小。這幾個小行星尺度我們就不能講直徑了，因為它不是一個球，它的尺度不超過幾十公里，或者不大于一百公里。那么除了這兩類小天體以外，還有一類更小的小天體，就是叫做流星體。我們通常說的流星是流星體闖入地球大氣，流星體的速度可以高達每秒鐘10公里到70公里。這個速度很快的，每秒鐘十公里已經是子彈出槍口速度的十倍。子彈出槍口的速度大概每秒一公里，如果每秒七十公里那就更快，那么這個高速闖入地球，就和地球的大氣發生摩擦，然后它就發熱、燃燒、發光。這條光跡稱為流星，所以流星和流星體是兩個完全不同的概念，流星體是一塊東西，流星是一個現象。

    大家可能聽到獅子座流星雨，一大批流星在一個短的時間內同時進入了大氣層，那就會形成所謂流星雨，那是比較漂亮的。那么小行星和流星體的主要區別就是流星體更小，小行星、彗星、流星體統稱為太陽系的小天體。這是一張流星照片，你看這個流星劃過天空，下面是一些村莊、水。這是一顆火流星，流星中間特別明亮的稱為火流星。你們都看過《三國演義》，對不對？諸葛亮死的時候，司馬懿夜觀天象，然后說一顆星星劃過天空，他說孔明必死無疑。然后他就大舉進攻了，他就怕諸葛亮。古人就是說天上掉下一顆流星，地上死了一個人。那么這個人官做得越大，這個流星就越大。這都是無稽之談，這個就是火流星，最亮的火流星如果白天出現可以比太陽還亮。那么這是流星雨的繪畫，請注意，我特別說明，這是繪畫。沒有這樣的流星雨，這么密密麻麻的。所以你們不要相信報紙上講流星雨出現的描述，這是一種夸張的手法，主要對這種東西沒有做一個詳細說明。我給你們看張照片，這張是流星雨的照片，這是真實的。這里就沒有幾顆流星了，這里有幾條，而且這張照片必須要拍幾分鐘，在一瞬間之內可能就有一條。但是你在一分鐘之內，它可能出現十條。這就相當好看了，你如果曝光十分鐘，那你可能有幾十條，就合成這么一張照片。所以越是漂亮的流星雨照片你們越得提高警惕。那么這里我提出某種科學研究的一種思路，有的時候有些數字或者有些圖像比較奇怪，它表現出一種有趣現象，但是找不到這種道理，然后有人就拼命去想，沒有道理也去想，往往會得出一些你想像不到的結果。

    18世紀下半葉，哥白尼這個日心說已經確立了地位，牛頓的萬有引力定律已經建立。當時已經知道了六顆大行星，包括地球在內，水星、金星、地球、火星、土星、木星，它的運動規律已經全部掌握好了。你們看看，我們來說一下這個情況，現在我們以地球到太陽的平均距離為一個天文單位，這個大概等于1.5億公里，我們來量一下這六顆行星到太陽的距離，你們看：水星0.39，金星0.72，地球1，火星1.52，木星5，土星9.54，這個數字有規律嗎？沒有規律，一個比一個大。還有什么規律嗎？看不出什么規律，對吧？有人就是動腦筋，就是這個人，這個人叫提丟斯，德國人。1766年，我們對他說得好聽，他就是科學精神，說得不好聽就是挖空心思，他就在想，這個數字怎么來的？他就想出這么個辦法，從3開始寫出一串數，每一個數比前面數大一倍，然后前面再添一個零，就這個0、3、6、12、24、48、96、192，對不對？這是一串數，沒什么道理的，完全沒道理的，這個你也不是幾何奇數對不對？零拿掉是幾何奇數，零放上去又不成幾何奇數。然后把這些數字都加上一個4，那就變成下面這排，4、7、10、16一直到196，妙的就在后面，然后他把所有的數字都除上10，然后這個奇怪的現象發生了，他把剛才我講的行星到太陽距離的天文單位的數字放上去。你們看這個數字簡直太妙了，這個是提丟斯數組，0.4，0.39、0.7、0.72，地球當然是1，這個是1.6，1.52這里缺了一塊，然后是木星5.2，這個土星是9，這個是10，然后這個是天王星當時沒發現，你們看這個現象很怪，他就這么動腦筋，動來動去，就找出這個數字。這個數字就叫提丟斯數組，居然和行星到太陽的距離很相像。然后提丟斯注意2.8這個地方，少了一個星，所以我們說尋找“丟失”的行星，這個2.8，按照他的數組應該有顆星，這沒有，他沒吭聲。

    那么后人差不多同時代的人波得，他在1772年就公布提丟斯的發現，并且他就聲稱這個地方應該有顆行星。這個就是我們前面講的一串有趣的數字，奇怪的數字，居然有一個地方不符合他的規律，他就大膽預報這里有一顆星，這件事情就稱為提丟斯-波得定則。妙了！1781年，赫歇耳，赫歇耳是一個德國籍的英國天文學家，他原來是音樂家，搞音樂的。他發現了天王星，是偶然情況下發現天王星。大家注意，我們現在知道九大行星，前面幾顆行星是沒有辦法說誰發現的，就知道了。真正說到發現的是天王星、海王星、冥王星，因為人類老早就知道什么水星、金星，你查是哪一個人發現的，談不上發現。當時1781年赫歇耳發現了天王星，結果他到這個太陽的距離居然是19.2天文單位，而提丟斯數組下面，已經有這個數字。還沒有發現天王星，這個數字19.6，那么這個事情就更加奇怪了，對不對？所以這個就變得非常奇妙了，于是就有人企圖找這顆星。1785年天文學家查哈，他試圖組織力量要找這顆“丟失”的行星，這顆星到底有沒有？1806年9月查哈和另外五個天文學家，他們自己的原文，把它翻成中文就是：他要組織一次叫天空警察支隊，以跟蹤和捕獲太陽系中逃亡的子民，要把它抓住。他希望要找一個有名的觀測家，意大利的天文學家皮亞齊來參加尋找。這個要用望遠鏡，對不對？要有經驗，隨便講講沒有用的。他們還沒有找到皮亞齊，皮亞齊已經發現這顆星了。這個發現呢，是有點偶然性，你們學過哲學，偶然中間有必然。他并不是觀測去找這顆星，他是在編一份星表，那么他就要大量觀測，他發現有一顆小星，在其它恒星中間的位置每天是不一樣的。恒星之間的位置是大體上不動的，你過十年、二十年它不會動的，比如三顆星組成一個三角形，明天還是個三角形，后天還是個三角形。但這顆星今天在三角形這個地方，明天到這個地方，后天到這個地方，在移動。那么他以為是彗星，他連續觀測了6個星期，生病了。生病當然不觀測了，但是他沒有算出這顆行星的軌道，所以他生病完了以后，他再去觀測，找不到了。