小行星带：陨石的神秘故乡

像皮克斯基尔市的这次事件，天文学家可以借助现场照片和视频，还原陨石在坠地前的活动轨迹。这些证据表明，大部分陨石都来自小行星带，难怪它们具有岩石的质地。天文学家认为，这种叫作流星体的碎石在空间中，特别是小行星带中还有几十亿颗，它们如同小型行星一样绕着太阳转动。每一年，它们中总有一小部分会撞向地球变成陨石。

在撞向其他天体之前，碎石在太空中游荡的时间是有限的。按理说，那些和太阳系同时期形成的流星体应该早已撞到不知哪个行星或小行星上并灰飞烟灭了。换言之，今天还存在着的一定是刚形成不久的，而且有证据证实了这一推测。流星体在太空中游荡时会受到宇宙射线的轰炸，宇宙射线是来自太阳和银河系其他部分的一种高能粒子。宇宙射线与流星体表层的原子核发生反应后会产生一些特征性的同位素，这些同位素可以在坠落到地球的流星体中检测到。流星体在太空游荡的时间越长，其表层积累的宇宙射线产物就越多。通过检测这些物质的含量我们知道，落到地球前，流星体在太空中最多只生存了几千万年。

宇宙射线只能到达岩质天体表面以下数米的深度。这意味着流星体原本应属于更大的小行星的一部分，只是埋藏较深，宇宙射线无法到达。那么它们是怎么离开母星进入太空的呢？最大的可能就是，它们是小行星相撞后的残骸。小行星一般以每秒几千米的速度向另一颗靠近，两颗小行星相遇的结果往往是毁灭性的。不久前，天文学家有幸发现了两个小行星相撞产生的遗留物。2010年1月，林肯近地小行星研究（LINEAR）项目的一架巡天望远镜发现了小行星带中有一颗疑似彗星的朦胧天体。近距离观测后发现它实际上是一团由尘埃和碎石构成的云，显然，这是2009年年初两颗未知小行星相撞后形成的。2010年11月，一颗100千米宽的小行星希拉（Scheila）被一个只有30米直径的天体偷袭，这次撞击共向太空喷射了66万吨尘埃。

小行星碰撞是流星体的稳定来源，但这不是故事的全部。小行星被撞击产生的碎片仍然会沿着母星的轨道运行，也就是流星体会一直留在小行星带中。所以，在它们驶向地球之前一定发生了什么事情使它们的轨道发生了改变。

柯克伍德空隙给出了一部分答案（图5-1）。小行星带中存在着一些几乎空无一物的狭窄空隙，这些空隙是由美国天文学家丹尼尔·柯克伍德在19世纪发现的，因此以他的名字命名。柯克伍德空隙和一种叫作共振的特殊轨道活动有关。如果一颗小行星位于3∶1共振位，这表示它的轨道周期是木星的1/3。第3章中提过，行星的引力摄动可以潜移默化地改变太阳系所有天体的运行轨道，这些变化通常只是无伤大雅的小型振荡。然而，位于共振位的小行星则不同。它们每次经过木星时都会受到木星引力的轻微拉拽。因为共振，这颗小行星每次都会在它轨道的同一位置和木星相遇，所以木星的牵引力总是往一个方向拉拽小行星，于是它的轨道慢慢被拉得越来越长。麻省理工学院的行星科学家杰克·威兹德姆（Jack Wisdom）在20世纪80年代利用计算机计算出了处于共振位的小行星在数百万年来的变化情况。他发现它们的轨道很快变得非常狭长，并且还会和一个或更多行星的轨道相交。流星体也同理。进入共振位的流星体极有可能会在数百万年内撞向太阳或其中一颗行星，撞向地球的则变成陨石。

图5-1　柯克伍德空隙。从这个简单的小行星数量和轨道周期关系图我们可以看到，但凡与木星轨道成共振的轨道周期处都出现了明显的凹槽（柯克伍德空隙）。举例来说，如果一颗小行星的轨道周期略小于4年，则它公转3圈相当于木星公转1圈，所以位于3∶1共振位(www.xing528.com)

现在，只剩下一个问题就能解开谜题了，那就是：两颗小行星相撞产生的碎片是怎么进入共振位的呢？其实早在100多年前，一名叫作伊万·雅尔可夫斯基（Ivan Yarkovsky）的业余科学爱好者就已经给出了答案，只是在当时无人注意。更加糟糕的是，雅尔可夫斯基在将他的发现发表在一本小册子后不久便撒手人寰，于是他的研究成果也几乎一同葬送。50多年后，爱沙尼亚著名天文学家恩斯特·奥皮克（Ernst Öpik）忆起他曾读过这本小册子且还记得大体细节，这才让雅尔可夫斯基的发现引起世人关注。

根据奥皮克的回忆，雅尔可夫斯基发现，流星体的运动不单受到引力的影响，还有太阳光。当流星体在太空游荡时，面向太阳的一面比背对太阳的一面温度高。然后，流星体以红外辐射的形式将热返回到太空中。大多数流星体都会自转，它们升温和降温也需要时间。当流星体受热的一面开始放出辐射时，这一面已经不再正对着太阳了（图5-2）。地球也一样，这就是为什么太阳在天空的高度不变而地球下午一般比早晨温度高的原因。地球受到的太阳光照射以及地球释放到太空的辐射产生的效应仅仅是让地球变热和变冷而已，但对于体积较小的流星体而言，阳光微弱的推力及红外辐射的反向推力已经足以持续改变它的公转轨道了。

图5-2　雅尔可夫斯基效应示意图。雅尔可夫斯基效应指小行星面朝太阳光照的一面因受热升温向外散发红外辐射，使小行星获得一个微弱的反方向的推力。随着时间的推移，此效应可明显改变小行星的公转轨道

两颗小行星相撞数百万年后，碰撞产生的碎片可以飘浮到很远，甚至横穿小行星带并到达共振位，那里，木星的引力会迫使一些碎片撞向地球。这些碎片大多比较小，坠落后变成的陨石也很少造成伤害。然而，有些则大得多。地球轨道附近就潜伏着几千块直径达到几千米的小行星，一旦它们其中一颗与地球发生碰撞，就有可能给地球带来灾难性的后果。