主题：[科普]漫谈小行星（根据n久以前出版的《小行星趣谈》改写） -- 多嘴的江南

1、从发现小行星之前的两百年说起

从1800年第一颗小行星谷神星被发现至今，历史刚刚过了二百年出头，比较它们的大行星哥哥们，还算是十分“年轻”的，但是要说清楚小行星的发现过程，我们必须要从1800年再翻回去200年。

1571年，开普勒（Johannes Kepler，1571-1630）出生在德国南部的一个小城镇威尔。他是早产儿，体质很差，四岁时患上了天花和猩红热，身体受到了严重的摧残，自小视力就极差，几乎无法做天文观测（何况望远镜要等1609年才被伽利略发明出来），但凭借惊人毅力，他仍然成为了天文学史上的伟人之一。

1599年，开普勒28岁的时候写了一本名叫《神秘的宇宙》的书，在书中他利用几何中的几种正多面体设计出一种极巧妙的“宇宙模型”（其实是当时的太阳系模型）。他发现太阳系内六个行星（即当时人们所知道的水、金、地球、火、木、土六大行星，天王星要到180多年后才登场亮相）的轨道大小比例有一定的规则，而这正好可以与五种正多面体联系起来，五种正多面体一个套一个，正好可以表示出六个行星轨道的大小。他的模型是这样的：

把太阳系最外面的土星轨道，看作一个立方体（即正六面体）的外接球，那么，这个立方体的内切球便正好是木星的轨道，因为这两个球的半径比是1.732，而当时实际所知的土、木星轨道半径之比则是1.834，相差并不大；木星轨道这个球，可以做一个内接正四面体，而这个正四面体的内切球有刚好可以用来表示火星的轨道，木、火轨道比为3.4，两个球的比则为3.1，也差不多；接下来，火星的轨道球又可以内接一个正十二面体，它的内切球正好是地球的轨道；以此类推，然后内接正二十面体的内切球对应金星，金星内接一个正八面体的内切球则对应水星。

用开普勒自己的话来说，他为这个精妙的“发现”高兴得“无法用语言来形容”。因为数学家们早就证明过，自然界中只有这五种正多面体（即正四面体、正六面体、正八面体、正十二面体和正二十面体），开普勒于是断言，太阳系再也没有第七颗行星了！

知错能改，1609年，开普勒仔细研究了火星轨道，当他知道行星的轨道实际上都是椭圆之后，便毫不犹豫的推翻了自己的这个神奇“发现”，这也是开普勒第一定律的由来。那一年开普勒出版了《新天文学》，提出了著名的开普勒第一和第二定律。

开普勒第一定律：所有行星绕太阳运转的轨道是椭圆的，其大小不一，太阳位于这些椭圆的一个焦点上。

开普勒第二定律：向量半径（行星与太阳的连线）在相等的时间里扫过的面积相等。由此得出了以下的结论：行星绕太阳运动是不等速的，离太阳近时速度快，离太阳远时速度慢。

事实上，开普勒也信仰上帝，他认为无所不能的上帝一定是按照完美无缺的数学规律来缔造整个宇宙的，完美的宇宙一定可以用数学公式来表达。所以他经常沉浸在摆弄数字的游戏中。虽然前面那个模型纯粹是巧合，但接下来的一次尝试却给他带来了巨大的成功，在整个天文学的发展史上都有着极其重要的地位。

17世纪初期，人们还不知道六大行星与太阳之间的实际距离，即使是天文学家们，也只知道它们的“相对距离”，即与“日、地”距离（也就是天文学上所说的“天文单位”，现在我们知道一个天文单位差不多为149,600,000千米）的比值。

开普勒先把行星与太阳的距离列了个表，搞了很久没有结果，于是他就又加上了六大行星绕太阳运行的公转周期，就有了下面的列表。（距离单位为“天文单位”，公转周期单位为年）

水星 与太阳距离0.3871 公转周期0.2408

金星 与太阳距离0.7233 公转周期0.6152

地球 与太阳距离1.0000 公转周期1.0000

火星 与太阳距离1.5237 公转周期1.8808

木星 与太阳距离5.2028 公转周期11.862

土星 与太阳距离9.5388 公转周期29.457

开普勒把这张表格抄了很多份，贴在他能看到的任何一块地方。他用各种可能的运算方法进行计算，加、减、乘、除、平方、立方，加完了乘，减完了除…………，就这样经过了好几年，他一直在做这样子的数学运算，甚至有人已经开始怀疑他的神经是否正常了。就这样过了九年，灵光突现，开普勒终于走出了迷宫。

又要引那句被人们引用了无数次的诗了，“踏破铁鞋无觅处，得来全不费功夫”。结果真是简单，第一排相对距离的立方值刚好就是第二排公转周期的平方值，看看下面的表。

水星

与太阳距离0.3871（立方值0.05801）

公转周期0.2408（平方值0.05801）

金星

与太阳距离0.7233（立方值0.37845）

公转周期0.6152（平方值0.37846）

地球

与太阳距离1.0000（立方值1.0000）

公转周期1.0000（平方值1.0000）

火星

与太阳距离1.5237（立方值3.5375）

公转周期1.8808（平方值3.5375）

木星

与太阳距离5.2028（立方值140.83）

公转周期11.862（平方值140.70）

土星

与太阳距离9.5388（立方值867.92）

公转周期29.457（平方值867.70）

这就是开普勒行星运动第三定律，即任何行星的公转周期的平方同轨道半长径的立方成正比。这个定律也为后来牛顿发现万有引力奠定了基础。

1619年，开普勒出版了《宇宙谐和论》，正式提出了开普勒第三定律。

由于开普勒发现了行星运动的三条基本规律，后来人们称他为“天空的立法者”。

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2、外一则：开普勒猜谜语

1609年，伽利略发明了天文望远镜(后来被称为伽利略望远镜)，1610年1月7日，伽利略发现了木星的四颗卫星，为哥白尼学说找到了确凿的证据。

开普勒得知伽利略发现木星有四颗卫星的消息之后，他立即推断，既然地球有一个卫星月球，木星有四个卫星（木卫五要到270多年后的1892年才被发现，其余的木星卫星都是二十世纪之后才发现的），那么位置在地球和木星之间的火星不应当没有卫星，而且应该有两个才对，只有这样，才能组成一个“1，2，4”的等比数列，这才是“和谐”的宇宙呢！

开普勒的推断其实没有什么科学依据，火星倒是的确有两颗卫星，但那要到二百多年后的1877年才被美国天文学家霍尔Hall·Asaph所证实。虽然只是巧合，但开普勒却没把这个当成玩笑，他仍然信心十足的找寻证据。

说回伽利略，他用自己制作的天文望远镜发现了月面上的环形山和月海、木星的四个卫星和金星的位相之后，把望远镜指向了土星，这一次他碰了壁。因为在他那架只有33倍放大倍率的望远镜中，土星的两旁总有什么“把柄”似的附属物若隐若现（那其实是美丽的土星光环！），但又不像是卫星的模样。

伽利略有些迷糊了，到底那是什么呢？在无可奈何的情况下，他发表了一组令人费解的字谜，这样既可保持最先发现的荣誉，又能有足够的时间去进一步研究和核实。

伽利略关于土星的字谜是这样的：

Smaismermilmepoetalevmibuneunagttaviras

他的本意为，Altissman plametam tergeminum observavi，意思是“我曾看见最高的行星有三个”，因为当时人们都以为土星是太阳系最外围的一颗行星，所以伽利略称它为“最高的行星”。

事实上，要想破译这种字谜几乎是不可能的，因为这组字谜一共有39个字母，一共有4.2695乘以10的35次方种排列方法，即约四千亿亿亿亿种！

翻回头再来说开普勒，虽然他与伽利略是同时代的天文大师，但他们之间却几乎没有什么书信往来。开普勒只是从刊物上才看到伽利略的这组字谜，他马上就入迷了，因为他以为伽利略也在探索火星卫星的问题。正是在这个思路的指引下，开普勒日以继夜地把这些字母颠来倒去的排列个不停，不知道过了多少个昼夜，他终于发现，如果把i、m、v各去掉一个，就可以拼出这样一句符合他要求的拉丁文：

Salve umbestineum geminata Martia proles

意思就是“向您致敬，火星的孪生子！”

开普勒还以为伽利略已经发现了火星的两个卫星呢！当然事实证明，这不过是一个自作聪明的例子而已！

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因为几乎所有的故事都来自《小行星趣谈》那本书，我可不敢加“原创”这两个字

3、提丢斯-波得定则

开普勒在摆弄数学游戏的同时，也曾经注意到火星与木星之间的间距似乎有些过大，在他写的《宇宙体系》导言中，曾经有过专门的论述，并且认为“在火星与木星之间还应当有一个行星存在！”

将近一个半世纪以后，德国的一位科学家，也是一位哲学家，才重新提出了这个问题。

这个人就是大哲学家康德的老师沃尔夫(Christian Wolff,1679-1754)，1741年，他在一本书中，把开普勒的思想又推进了一步。他写道：“倘若把地球到太阳的距离取为10，则水星到太阳的距离就为4，金星为7，火星为15，木星为52，土星为95”。这个观点几乎已经跟后来提丢斯的提法完全相同了，可沃尔夫只是到此为止，没有能够在深入的研究下去。

1764年，荷兰的一位著名学者、自然哲学家查理斯·本生的著作《自然的探索》获得很大的成功，英国、法国、意大利、德国都很快将其翻译出版。德文版的译者是一个中学教师提丢斯(Johann Daniel Titius,1729—1796)。

提丢斯一直对天文很有兴趣，早就在开始研究行星与太阳之间距离的规律问题。在对这本书的翻译过程中，他在译文中加进了一些自己的研究成果，在第一部分第四章的6、7两节之间，他插进了这样一段话，也就是后来让他在天文学史上永留大名的一段话：

“只要我们对行星之间的距离稍稍留神一下，就不难发现，距离的间隔随它们的距离增加而增加。倘若令土星到太阳的距离为100单位的话，则水星就离太阳4个单位，金星离太阳为4+3=7个单位，地球为4+6=10个单位，火星为4+12=16个单位，但从火星再向外，就出现了例外，偏离了这个数列，因为按理火星以外的位置应为4+24=28个单位，但现在那个位置上并没有发现行星，也没有发现任何卫星存在。难道造物主是一个行星离开了这儿才造成这个空隙的吗？不！我们可以满怀信心的打赌，毫无疑问，那儿一定会有天体——或许是尚未发现的火星的卫星，甚至还可以加上木星的几个卫星。越过这个空隙后，到木星的距离即为4+48=52个单位，到土星的距离4+96=100的单位，这是多么值得赞美的关系！”

实际上，提丢斯是推测那里应该有一个行星存在的，但因为他没有证据，所以只能谨慎的说，那个空隙里的也可能是“卫星”。

1766年，提丢斯的德文译本《自然的探索》出版，但是他加入的这段话并没有引起注意，好在他的想法得到了原作者的支持。于是1772年该书第二版出版的时候，他就明确的把自己的研究成果作为译者的脚注加了进去。到第四版的时候，提丢斯更明确的提出：“……这个想法，兰帕特早已观察到，而且沃尔夫早在四十年前的物理书中就阐明过了……”。

1772年，提丢斯出版《自然的探索》第二版的同时，柏林天文台的台长波得(Johann Elert Bode,1747—1826)也正在修订他的《星空研究指南》一书。就在波得把书稿要送去付印的时候，他看到了提丢斯的这个脚注。

波得立即被这个奇妙的数列吸引住了，他马上就接受了提丢斯的想法，而且几乎是原样不变的把提丢斯的文字搬进了自己的书中：

“后者（即六个已知行星离太阳的距离）表现出完全值的赞美的完美形式：可把土星的距离定为100，那么水星的距离为4，金星为4+3=7，地球为4+6=10，火星为4+12=16，接着到了这个数列的空缺处，火星以外的位置应是4+24=28，而那儿现在没有看到行星，宇宙的创造者会让这个地方空着吗？肯定不会！从这以后我们看到木星为4+48=52，最后是土星为4+96=100”。

但是波得做得很不光彩，他根本没有说明这是提丢斯的发现，而且也根本没有提到提丢斯的名字。对于一个科学家来说，这简直可以称为“学术腐败”了！

波得的名气可不是提丢斯这个小小的教师能比得了的，他不但是柏林天文台的台长和德国《天文年鉴》的创始人，而且还是好几个国家的科学院院士，更曾经获得过普鲁士和俄国的勋章。他的天文著作上的新观点，影响可是非同小可，六年前提丢斯这个几乎无人问津的发现，居然以“波得定则”的名义传播开来。对波得来说，更不光彩的是他后来对提丢斯进行了长期的压制，使得提丢斯在一段时间里几乎无人知晓。

但是波得的确为这个定则做了很多工作，正是因为他的努力，才使得这个定则没有被扼杀。在出版《星空研究指南》第三版时，波得进一步的写道：

“从开普勒发现的定律——两个行星的公转周期的平方比，有如它们到太阳距离的立方比——可以计算出，在火星与木星之间的大行星，完成绕太阳一周的时间应为4.5年”。

从开普勒到沃尔夫，从提丢斯到波得，他们都推测火星与木星之间应该还有一个天体存在，“提丢斯—波得定则”正是一百多年来研究成果的一个阶段性总结。然而从定则被提出那天起，就开始遭到诘难，如果那里真的有天体，那么证据呢？

• [科普]漫谈小行星（根据n久以前出版的《小行星趣谈》改写）

还有2个和冥王星差不多大小的

9大是变8大还是12大 这是个问题

首先说它太小了，直径只有2300公里，只有月球的三分之二，也不到其它行星中最小的水星直径的一半；其次它的轨道完全不像个大行星的样子，偏心率达到了0.256（大于水星的0.21），轨道的倾角更是有17.1度（水星也只有7度），从轨道运行特征上看，冥王星倒是比较接近小行星。

但是目前为止发现的最大的小行星也就是1号谷神星，直径只有935公里，好像要是把冥王星归到小行星里面去，又有点儿委屈，所以只好勉强让冥王星做了大行星。

至于凯帕带发现的星体，似乎还没有得到证实，还不能威胁到冥王星的地位呢

实际上从现在的纯天文学角度来讲，实在已经没有道理再将冥王星列为大行星了。冥王星和它的卫星查伦，从哪个方面看，都不过是普通库伯带天体（KBO）而已，也许是KBO中最大的一对，也许不是。KBO近年来发现的速度明显加快，但这些新KBO的大小还很难说，除了包括冥王星在内的少数几个KBO已经通过掩星的方法比较精确地测定了直径外，其余都只是根据一个假设的KBO表面反射率，从其亮度和距离推算得到的。可以想见这样的方法是很不精确的，且近年来有一些证据暗示着以前所用的KBO表面反射率明显偏高，这就意味着很多KBO很可能比现在认为的要大得多。如果冥王星连最大的KBO都不是的话，很难想象它可以被理直气壮地列入九大行星了。

冥王星之类的KBO都在海王星轨道之外的太阳系边缘寒冷地带，无论是性质，起源还是轨道特性上都与火星木星之间的小行星带天体有很大区别。不宜混为一谈。

想当年，以摄动法反向推算出来的海王星发现是个伟大的胜利。而同样的办法得出来的冥王星发现，从今天的眼光来看，却只是个伟大的巧合。但由于九大行星的观念已经深入人心，想把冥王星拿下来也绝不是一件容易的事情。

目前发现的主要大KBO如下：

冥王星，直径2300公里

2005FY9, 直径1800公里

Orcus, 直径1500公里

2003EL61, 直径1500公里

Quaoar, 直径1200公里

查伦，直径1200公里

库伯带大致是一个有一定厚度的圆盘形，从30天文单位延伸至44天文单位。库伯带天体被海王星分别向内或向外抛射，形成抛射库伯带天体（SKBO）。如果算上SKBO，我们还有个更大的2003UB313, 直径3000公里还带个卫星。尽管其轨道高度不规则，可是冥王星的轨道也规则不到哪里去。既然冥王星能算大行星，这个大家伙为啥不能算呢?

再向外走，就进入了内奥尔特云了。在这里我们新发现有Sedna, 直径估计不比冥王星小多少。其它的内奥尔特云天体还有没有更大个儿的也还难说。

最近十年时间，是我们对太阳系认识飞速变化进步的一段时期。众多的新发现在深刻地改变着我们眼中太阳系的面貌。

有鉴于冥王星的地位日益动摇，今年年底国际天文学会将发表新的正式的大行星定义，到时候我们就知道到底是多少个大行星了。请大家密切关注

冥卫Charon对于冥王星好像也太大了，所以我一直觉得它跟冥王星更像个双“星”系统。