矮行星 · 彗星 · 流星
太阳系小天体(small Solar System bodies)指除行星与卫星之外、直接绕太阳运行的天体,包括矮行星、小行星、彗星、流星体,以及由它们碎屑产生的流星现象。它们保存着约 46 亿年前太阳系形成时的原始物质,其分布、轨道与成分是研究太阳系起源与演化的重要依据,同时也是天文观测与天文摄影的常见目标。本页梳理这些小天体的定义、分类、结构与典型数值,并说明它们与观测的关系。
矮行星(dwarf planet)
Section titled “矮行星(dwarf planet)”2006 年国际天文学联合会(IAU)第 5 号决议给出行星与矮行星的定义。一颗行星(planet)须同时满足三项条件:绕太阳运行、自身引力足以达到流体静力学平衡(hydrostatic equilibrium)而呈近球形、并已清空轨道附近的其它天体(cleared the neighbourhood)。**矮行星(dwarf planet)**满足前两项,但未能清空轨道,且不是卫星。第三项「清空轨道」是矮行星与行星的关键分界,也是冥王星(Pluto)在 2006 年由行星重新归类为矮行星的直接原因。
IAU 目前正式承认五颗矮行星。除谷神星位于小行星带外,其余四颗均位于海王星轨道之外的柯伊伯带或离散盘,属于海外天体(trans-Neptunian object, TNO)。
| 矮行星 | 所在区域 | 平均直径(km) | 卫星数 | 发现年 | 主要特征 |
|---|---|---|---|---|---|
| 谷神星 Ceres | 小行星带 | 939 | 0 | 1801 | 唯一位于内太阳系,小行星带最大天体,曾被当作行星 |
| 冥王星 Pluto | 柯伊伯带 | 2377 | 5 | 1930 | 最大卫星卡戎(Charon),2015 年新视野号(New Horizons)飞掠 |
| 阋神星 Eris | 离散盘 | 2326 | 1 | 2005 | 质量最大的矮行星(约 1.64×10²² kg),其发现直接触发冥王星归类之争 |
| 妊神星 Haumea | 柯伊伯带 | ~1560 | 2 | 2004 | 自转极快(约 3.9 小时),被拉成明显椭球形,已知有环 |
| 鸟神星 Makemake | 柯伊伯带 | 1430 | 1 | 2005 | 表面富含甲烷冰,反照率高 |
小行星带(asteroid belt)与近地天体
Section titled “小行星带(asteroid belt)与近地天体”小行星带位于火星与木星轨道之间,距太阳约 2.1–3.3 天文单位(astronomical unit, AU),聚集着数以百万计的岩石与金属小天体。尽管数量庞大,带内全部物质的总质量约仅为月球的 3%–4%,其中谷神星一颗就占据约三分之一。木星的引力扰动在带内形成柯克伍德空隙(Kirkwood gaps),并阻止物质聚成一颗大行星。
按成分,主带小行星大致分为三类:
| 类型 | 占比(约) | 成分 | 反照率 | 代表 |
|---|---|---|---|---|
| C 型(碳质) | ~75% | 富含碳与含水矿物 | 低 | 谷神星 |
| S 型(硅质) | ~17% | 硅酸盐与镍铁 | 中 | 灶神星 Vesta、司琴星 |
| M 型(金属) | 其余 | 镍铁为主 | 中高 | 灵神星 Psyche |
灶神星(Vesta,直径约 525 km)与智神星(Pallas)是除谷神星外最大的主带天体,但两者均未达流体静力学平衡的球形,故不属于矮行星。
近地天体(NEO)
Section titled “近地天体(NEO)”近地天体(near-Earth object, NEO)指近日点距离小于 1.3 AU 的太阳系小天体,绝大多数为近地小行星(near-Earth asteroid, NEA),另有少量近地彗星。按轨道相对地球轨道(半长轴 1 AU)的几何关系,近地小行星分为四群:
| 群 | 命名来源 | 轨道特征 | 占比(约) |
|---|---|---|---|
| 阿莫尔型 Amor | (1221) Amor | 轨道完全在地球轨道外侧(近日点 1.017–1.3 AU) | ~35% |
| 阿波罗型 Apollo | (1862) Apollo | 半长轴 > 1 AU,可穿越地球轨道 | ~57% |
| 阿登型 Aten | (2062) Aten | 半长轴 < 1 AU,可穿越地球轨道 | ~8% |
| 阿迪娜型 Atira | (163693) Atira | 轨道完全在地球轨道内侧 | <0.1% |
具有潜在威胁的天体被单列为潜在威胁小行星(potentially hazardous asteroid, PHA),须同时满足:与地球轨道的最小轨道交会距离(MOID)≤ 0.05 AU(约 750 万千米),且绝对星等 H ≤ 22(对应直径约 140 m 以上)。
外围储库:柯伊伯带、离散盘与奥尔特云
Section titled “外围储库:柯伊伯带、离散盘与奥尔特云”海王星轨道(约 30 AU)之外存在三个层次的小天体储库,它们是不同类型彗星的来源。
| 区域 | 距太阳范围(AU) | 几何形态 | 主要成员 | 来源关系 |
|---|---|---|---|---|
| 柯伊伯带 Kuiper belt | ~30–50 | 扁平环带,靠近黄道面 | 冥王星、妊神星、鸟神星及众多 TNO | 木星族短周期彗星 |
| 离散盘 scattered disc | ~30 至数百 | 轨道高偏心、高倾角 | 阋神星等 | 部分短周期彗星 |
| 奥尔特云 Oort cloud | ~2000 至 10 万以上 | 包裹太阳系的球壳 | 仅由理论与彗星轨道推断 | 长周期彗星 |
柯伊伯带由冰质天体组成,是短周期彗星(尤其木星族彗星)的主要来源。奥尔特云(Oort cloud)是一层假想的球状冰质天体壳,外缘可能延伸至约半光年,接近邻近恒星的引力影响范围;经过的恒星、星际云与银河系潮汐力的扰动可将其中天体推向内太阳系,形成长周期彗星。奥尔特云至今没有直接观测证据,完全由长周期彗星的轨道分布反推得出。
彗星(comet)
Section titled “彗星(comet)”彗星是由冰、尘埃与岩石组成的小天体,常被形象地称为「脏雪球(dirty snowball)」。当它接近太阳被加热时,挥发性冰升华喷发,围绕固态核心展开彗发与彗尾,亮度可在数周内大幅变化。
| 组成 | 物质 | 典型尺度 | 颜色/可见性 |
|---|---|---|---|
| 彗核 nucleus | 水冰及 CO₂、CO、甲烷、氨等挥发物冰,混合硅酸盐尘与岩石 | 数百米至约 30 km;平均密度约 0.6 g/cm³ | 固态,远离太阳时不活动 |
| 彗发 coma | 升华气体与尘埃组成的大气 | 数千至上百万千米,可超过太阳直径 | 明亮云团,肉眼/望远镜可见 |
| 氢云 hydrogen envelope | 水分子光解产生的中性氢 | 可达数百万千米 | 仅紫外波段可探测,肉眼不可见 |
| 离子尾 ion tail | 被太阳风电离的气体(如 CO⁺) | 可达上亿千米 | 偏蓝,笔直,沿太阳磁场指向 |
| 尘埃尾 dust tail | 被辐射压推开的微米级尘埃 | 可达上千万千米 | 偏黄白,略弯,因受轨道运动影响 |
哈雷彗星(1P/Halley)的彗核约为 15×8×8 km,67P/丘留莫夫-格拉西缅科彗星约 4.1×3.3×1.8 km,呈不规则形状,均由探测器近距离观测确认。
按轨道周期,彗星分为短周期与长周期两大类,二者来源不同。
| 类别 | 周期 | 来源 | 轨道特征 | 代表 |
|---|---|---|---|---|
| 木星族 JFC | < 20 年 | 柯伊伯带 / 离散盘 | 低倾角(≤30°),远日点近木星轨道 | 67P、恩克彗星 2P |
| 哈雷型 HTC | 20–200 年 | 柯伊伯带 / 离散盘 | 倾角分布广,可逆行 | 哈雷彗星 1P(约 76 年) |
| 长周期 LPC | > 200 年 | 奥尔特云 | 高偏心率,来向遍布天球各方向 | 海尔-波普 C/1995 O1、百武 C/1996 B2、NEOWISE C/2020 F3 |
彗星每一次接近太阳并增亮的过程称为一次回归(apparition)。短周期彗星可预测回归,如哈雷彗星历史上多次准确回归(1531、1607、1682、1759 年等),最近一次过近日点为 1986 年,下次预计在 2061 年。长周期彗星轨道周期可达数千乃至上百万年,通常一生仅观测到一次。亮彗星可用肉眼或入门望远镜观赏,观测要点见 /astronomy/observing/visual-techniques/,拍摄与可见性还受大气与光污染条件影响,参见 /astronomy/observing/conditions/。
流星体、流星与陨石
Section titled “流星体、流星与陨石”三个术语描述同一物质在不同阶段的状态,需严格区分:
| 术语 | 定义 | 所在位置 |
|---|---|---|
| 流星体 meteoroid | 行星际空间中的岩石/金属碎块(尺度自微米至米级) | 大气层外 |
| 流星 meteor | 流星体高速进入大气、与气体摩擦电离而发光的现象(俗称「流星」) | 大气层内,典型高度约 75–100 km |
| 陨石 meteorite | 未完全烧蚀、落到地表的残余固体 | 地面 |
流星体进入大气的速度约为每秒 11–72 km;比金星更亮(约 −4 等以上)的极亮流星称为火流星(fireball),有时在空中爆裂解体并伴随余迹、声响,这类爆裂事件又称为火球爆(bolide)。
流星雨(meteor shower)
Section titled “流星雨(meteor shower)”当地球穿过彗星(或某些小行星)沿轨道遗留的尘埃流时,大量流星体沿近乎平行的轨迹涌入大气,形成流星雨。
- 辐射点(radiant):同场流星看似自天球某一点向四周发散,这是平行轨迹的透视效果;辐射点所在星座(或邻近恒星)即流星雨的命名来源。
- ZHR(zenithal hourly rate,天顶每时出现率):在波特尔最暗等级、辐射点位于天顶的理想条件下,单个观测者每小时可见流星数的外推值。实际可见数通常低于 ZHR,随辐射点高度下降、天空变亮而减少。
- 母体(parent body):遗留尘埃流的天体,多为彗星,少数为小行星(可能是「熄火」的彗星)。
| 流星雨 | 极大日期(约) | 辐射点星座 | 母体 | ZHR(约) | 特点 |
|---|---|---|---|---|---|
| 象限仪座 Quadrantids | 1 月 3–4 日 | 牧夫座 | 小行星 2003 EH₁(疑似熄火彗星) | 110 | 峰值尖锐,仅持续数小时 |
| 英仙座 Perseids | 8 月 12–13 日 | 英仙座 | 斯威夫特-塔特尔彗星 109P | 100 | 北半球夏夜经典,火流星较多 |
| 双子座 Geminids | 12 月 13–14 日 | 双子座 | 小行星 3200 法厄同(Phaethon) | 150 | 年度最稳定丰盛,母体为小行星 |
象限仪座流星雨以一个已废止的星座「象限仪座」命名,其辐射点今位于牧夫座。象限仪座与双子座是仅有的两场母体为小行星而非彗星的主要流星雨。
黄道光(zodiacal light)与对日照(gegenschein)
Section titled “黄道光(zodiacal light)与对日照(gegenschein)”**黄道光(zodiacal light)**是行星际尘埃散射阳光形成的弥散微光。这些尘埃集中分布于黄道面附近,构成以太阳为中心的透镜状尘埃云,因此黄道光沿黄道呈锥形光柱,近地平处较亮、向上渐暗,并随黄道倾斜。它们是小天体亿万年碰撞与彗星脱落物质的累积,即行星际尘埃。
观测黄道光的最佳条件:
- 在中纬度,春季日落后的西方天空或秋季日出前的东方天空(对北半球)较易见到,日出前的黄道光俗称「假黎明(false dawn)」。
- 需波特尔 1–3 级的暗空,且避开月光与光污染。
对日照(gegenschein,counterglow)是行星际尘埃将阳光向后散射形成的另一现象,出现在与太阳正相对的反日点(antisolar point)附近,表现为一小片略亮的椭圆光斑,比黄道光更微弱、更难辨认。连接黄道光与对日照、沿整条黄道延伸的极弱光带称为黄道带(zodiacal band),仅在极佳暗空下可见。
- Dwarf planet — Wikipedia:IAU 2006 矮行星定义与五颗成员的直径、质量与轨道数据。
- Comet — Wikipedia:彗星结构、彗尾成因、短周期与长周期分类及著名彗星。
- Near-Earth object — Wikipedia:NEO 定义、近地小行星分群、PHA 判据与撞击事件。
- Zodiacal light — Wikipedia:黄道光、对日照与黄道带的成因与观测条件。
- Pluto & Dwarf Planets — NASA Science:矮行星总览与候选天体说明。
- Quadrantids / Geminids — Wikipedia:主要流星雨的辐射点、母体与 ZHR 数值。