＃發行日期：1981、12
＃期號：0144
＃專欄：
＃標題：小行星
＃作者：陶蕃麟
．圖：陶蕃麟現任職於台北市立天文台。
．圖：
小行星
1978年12月30日，哈佛大學的艾加錫（Agassiz）觀測所發現了一顆光度16等的小行星（編註：或譯作小遊星），因為是在當年12月下半月發現的第一顆小行星，所以被編號為1978YA。第二年哈佛大學在1月4日∼23日之間，又繼續做了五次觀測工作，並且由巴杜威（C.M. Bardwell）計算了軌道要素，以供下次觀測時參考。到了1980年3月，這顆小行星回到了可以觀測的位置，捷克的
天文台首先在3月16日找到了這顆小行星；4月17日哈佛大學也再度確認了這顆小行星的存在。
哈佛大學的馬士登（B.G. Marsden）根據這兩次的觀測資料，詳細地計算了這一顆小行星的軌道，發現與1966RH及1972TV1為同一顆小行星。因此確定了這一顆小行星的存在，正式編號為2240號，並且命名為蔡氏小行星，以推崇台北市立天文台蔡章獻台長三十年來致力於天文推廣工作及在變星觀測上的成就（註一）。
蔡氏小行星的公轉周期為5.58年，離心率0.15636，軌道半長徑為3.1470天文單位（編註：一個天文單位等於太陽到地球的距離），是一顆標準的小行星。
在火星與木星軌道之間，有一段寬1億5千萬公里的小行星帶（asteroid belt），在這一段區間中，有成千上萬顆小天體在運行著。這些天體的共同特徵就是小，最大的直徑也不過760公里，小的則只有數百公尺而已。到目前為止，已經被命名的大約有2,330顆左右，其中直徑300公里以上的只有6顆，直徑100公里以上的也不過200多顆。如果我們致力於小行星的發現工作，相信只要使用地球上現有的天文儀器，就能夠發現十萬顆以上的小行星（見圖）。
這麼許多的小行星擠在火星與木星軌道之間，難免會有些不守規矩的份子，因此在火星、金星甚至水星軌道之內也都能發現小行星，自然也有一些是向外跑到木星軌道上的。此外，這些小行星們也有分群的現象，也就是在小行星帶的某些區間中小行星比較多，有些地方的數目就很少，因此小行星又被分為一個一個的群，群中的個體都有相似的軌道。其中一些比較特殊的，將在下文做一些簡單的介紹。至於小行星的起源，則到目前還沒有一個完美的學說能夠解釋。
1766年，德國天文學家鐵提斯（J.D. Titius）列出了一組奇妙的數列，0, 3, 6, 12, 24,……，這些數字稱為波特數（註二），將波特數加4再除以10，就得到0.4, 0.7, 1, 1.6, 2.8, 5.2, 10,……等數字，將這組數字與行星的平均距離比較看看，可以發現一些巧合的地方：
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當這一數列被提出時，天王星尚未被發現，因此並未被人們重視。1781年發現天王星以後，發現天王星與太陽的平均距離和由波特數計算所得的數值十分接近，使得這一個數列被天文學家重視。今天，我們已經知道這純屬一種巧合，而且海王星與冥王星的距離都與這一個數列的計算值相差甚多。可是在當時，實在是一項很了不起的成就，因此鐵提斯-波特定律在天文史上仍然佔有一席之地，並且由此一定律導致了小行星的發現。
由於天王星的距離與波特數相符合，因此天文學家就注意到在火星與木星之間也有一個波特數存在，那麼在這一個位置上是否也該有一顆行星呢？為了解決這個問題，德國哥特地天文台的台長馮查哈（B. von Zach），在1800年網羅了當時天文界的精英24人，組織成天空偵察隊。將黃道附近的星空劃分為24區，做有計畫的搜尋工作，來尋找這一顆存在於火星與木星間的行星。
第二年，也就是1801年的1月1日，在義大利西西里島巴勒莫（Palermo）地方的畢亞齊（G. Piazzi）發現了第一顆小行星，被命名為穀神星（Ceres）。但它的直徑只有760公里，與其他的行星比較，實在是太小了。所以，雖然它與太陽的距離是2.76天文單位，能符合波特數，天文學家並不認為就是他們要找的行星，所以搜尋的工作仍然繼續進行著。
1802年3月28日，德國天文學家歐爾伯（H. W. M. Olbers）又發現了第二顆小行星智神星（Pallas），直徑也只有480公里，所以搜尋的工作仍然進行下去。1804年9月1日，第三顆小行星婚神星（Juno）也被哈定（K. Harding）發現；1807年3月29日歐爾伯再發現了第四顆小行星
神星（Vesta）；第五顆小行星則遲到1845年2月8日才被亨克（K.L. Hencke）發現。此後由於攝影術的應用與觀測技術的改進，小行星的數目不斷地增加，二十世紀初已經發現了千餘顆，現在則多達2千3百多顆。
為了區別如此眾多的小行星，命名就成為一件科學化的工作。首先根據被發現的時間與先後次序，使用發現的年份與兩個大寫英文字母組合（註三），做為暫時的名稱。等到測定軌道要素，確定是小行星之後再予以編號，並由發現者予以命名。蔡氏小行星就是經由這些程序，而命名為1978YA＝2240, Tsai。
早期，因為小行星的數目不多，因此就沿襲了希臘羅馬神話中諸神的名稱。以後小行星的數目超過了神的數目，遂產生了命名的困難。因此，在1949年國際天文聯合會成立了小行星中心，專門從事小行星的研究工作。目前小行星的研究中心設於史密松寧天文物理天文台（S. A. O.）（註四）。
一、特洛伊群（Trojan asteroids）
這一群小行星與木星有著相同的軌道，總數至少有700顆，分別在木星前方60°及後方 60°之處，也就是和木星、太陽分別在正三角形的頂點上。拉格朗日（J. L. Lagrange）早已算出這一群小行星的位置，是處在一個穩定的點上，但並不很安定。在這些點上的天體，會做一種簡諧運動，可是軌道卻是相當穩定。這一群小行星的發現，證實了三體力學的推斷；特洛伊群的小行星確實在它們的軌道位置上前後擺動著，只是周期長達一百多年，短時間還看不出任何變化。
在這一群中最亮的赫克德（Hektor, 624），光度有週期性的變化，相差達3倍之多。在1980年的觀測，顯示這種變化是因為這顆小行星表面形狀的怪異所引起的。根據光度與熱輻射的變化曲線比較，顯示它的形狀不是球體而是一顆長形的天體，並且可能是由兩顆小行星像落花生般的結合在一起。如果我們能進一步的測定由這一顆小行星兩端所反射的光譜，就可以知道它是否如我們所想像的是兩顆小行星的結合，目前測定這顆小行星的直徑在150∼300公里之間。
二、阿波羅群（Apollo asteroids）
1932年4月24日，海登堡大學的雷毛斯（K. Reinmuth）發現了一顆小行星──1932HA，近日點距離為0.645天文單位，比金星還要接近太陽。這一群小行星已經發現了20餘顆，總數可能有1千顆左右。
這一群中的1976AA，軌道與地球軌道十分接近，公轉一周是347天，直徑大約3公里。它在1995年與地球最接近時，將是太空船探測的一個好目標。
另一顆小行星伊卡洛斯（Icarus），軌道則深入水星軌道之中，與太陽的距離只有2,700萬公里，在1968年曾接近地球至600萬公里之處。
這一群小行星的軌道均深入地球軌道內，因此可能與地球發生碰撞，而在地球表面上形成隕石坑。所幸這一群中直徑超過1公里的沒有幾個，因此不致於對我們產生太多的危害。
三、愛神星（Eros, 433）
1898年8月13日，柏林的威特（C. G. Witt）在哥本哈根的尤拉尼亞天文台（Urania Observatory）發現了這一顆小行星，近日點深入火星軌道內。距離地球軌道只有2,300萬公里，但有很大的偏心率（0.223）及軌道傾斜度（10°50'），所以它的光度雖然可以達到6.5等，卻遲到十九世紀末才被發現。當1900年與地球接近時，竟遠離黃道帶而跑到北天，以致在中緯度地區都不見它落到地平線下。
愛神星的光度在接近地球時，有變光的現象，周期為5小時16分鐘；而遠離後這種現象又漸漸消失。有人認為是雙星系統，也有人認為是表面有明暗區的分別。在1975年與地球接近時，利用無線電望遠鏡測出它的三軸為13×15×36公里，由此看來，它的形狀是接近橢圓體，而變光周期即為它的自轉周期。
四、有衛星的小行星
1978年6月7日，小行星赫克利那（Herculina﹐532）遮蔽了一顆6等的恒星──SAO120774，當時觀測的天文學家很驚異的發現這顆恒星被遮蔽了兩次。也就是說，這顆小行星並不是一顆單獨的星，它有一顆直徑約為50公里，距離975公里的小衛星。這個發現震驚了天文界，以往天文學家都認為小行星太小，不可能有衛星存在，這一次的發現推翻了過去的觀念。
同年的12月11日，Melpomene（第18號）在掩蔽SAO 114159號星（8.6等），也發生了一次長達5.77秒的二次掩蔽。兩次的間隔為1.14秒，由此求得Melpomene有一顆直徑3.7公里的衛星。從此以後，小行星的掩星，就成為天文觀測上的熱門項目之一。
小行星的成因，至今仍是一個謎，各家的說法不一，比較著名的有下列三種：一、爆炸說，二、捕獲說，三、星雲說。每一家的論說都有其根據，但都無法完滿的解釋小行星的各種現象，而在目前則以星雲說較占優勢。
一、爆炸說
1802年，歐爾伯發現了第2顆小行星以後，提出了這一個說法。他認為小行星原來是在木星與火星軌道間的一顆行星，因為分裂而形成現在的小行星。
由於落在地球上的隕石是小行星的一群，而研究這些隕石的結果顯示，隕石的材料必定是在極高的壓力下變為結晶體的，在一些鐵質隕石中發現了小鑽石，更支持了這一理論。
可是爆炸說不足以解釋小行星的分布狀況，因此被修正為經多次爆炸而成。以後幾次的爆炸，是由第一次爆炸所產生的碎片互撞所形成的，這些碎片再由於木星的攝動作用，形成了今天的形態。
可是，什麼因素引發了第一次的爆炸呢？日本的山本一清認為是受到了其他恒星的攝動，由於遠古時有一顆恒星接近了太陽，而引發了第一次的爆炸。
前幾年，美國海軍天文台的佛蘭德根據60顆長周期彗星軌道的分析，認為這一顆爆炸了的行星，原來的大小與土星相似，質量為地球的90倍，在1,600萬年前突然爆炸形成了現在的小行星。
可是目前所發現的小行星，質量遠小於地球質量，實不足以引發一次爆炸，因而成為爆炸說的致命傷。此說的優點，在於能完滿的解釋形狀上的不規則，與軌道特異小行星的存在。
二、捕獲說
一般小行星的特性為(一)軌道傾角大，(二)軌道扁率大，因此有些學者認為小行星是經由捕獲而得的。當宇宙間的小質點運行到太陽系附近時，由於太陽引力的作用，被拘束在軌道上，乃形成了小行星。
可1917年，日本的天文學家K. Hirayama發現一些小行星有相同的軌道特性，也就是說小行星彼此之間好像形成一個一個的家族。他假設每一個家族內的小行星都是經由一次小爆炸，或是碰撞而產生的。
1950年，耶魯大學的布勞威（D. Brouwer）更進一步的分析了1,537顆小行星。將這些小行星分為29個家族，每一族中包含了4∼62顆小行星。每一個大的家族又可以細分為數個小單位，顯示這些大家族可能是由互相撞擊所形成的。而每一次的撞擊所形成的軌道差異越來越小，因此這29個家族又再細分為64個小單位。
現在的捕獲說，事實上已修正為捕獲碰撞說，具有爆炸說的優點，卻不需要解釋發生爆炸的原因，但是仍然無法完全的說明小行星的成因。
三、星雲說
1858年，紐康（S. Newcomb）在哈佛大學畢業時，提出了這一學說。他引用了拉普拉斯的星雲假說，認為小行星不像其他的行星帶那麼重，因而形成了許多小碎片。這一學說認為，原始的太陽星雲在凝聚時，由於熱輻射的作用，分子都向外逸散出去，越輕的分子跑得越遠，重的分子則留在中心。由於重力的作用，這些分子逐漸的凝聚成行星；小行星帶則因為位置不隹，所含的分子不夠多，因此無法凝聚成大的行星。
此外，在小行星帶中，公轉周期為木星的1/2、2/5、1/3的軌道上沒有小行星存在。1866年，寇克伍德（D. Kirkwood）認為，這種現象是由於木星長期攝動的結果造成的。因為在這些軌道上的小行星，每公轉太陽兩三次，就會在相同的位置上受到相同的攝動，因此很容易由原來的軌道上逸出，而形成了一道一道的間隙。
依照星雲說，小行星的成分應該與原始的太陽星雲相似。所以研究小行星的起源問題，間接的可以了解太陽系的起源，因此小行星的研究工作仍然是天文學家的重要工作。
星雲說的缺點是無法解釋一些軌道特異的小行星，及小行星的形狀不為圓形的事實。但如果我們同意小行星在形成後，由於大行星的攝動使得某些小行星改變軌道，因而引發碰撞，不是也可以解釋這些現象嗎？
參考資料：
1. Pasachoff & Kutner, University Astronomy.
2. G. O. Abell, Exploration of The Universe.
3. 天文快報 台北市立天文台
4. 王石安 天文知識叢書(一) 中華書局
5. 天文通訊 台北市立天文台
註一：蔡台長於1952年1月18、19兩日的觀測中發現麒麟座變星，BD-8°1642星。
註二：此一組數列是鐵提斯發現，起初並未發表，後得德國柏林天文台長波特（J.E. Bode）重視，而於1772年公開發表，咸稱鐵提斯-波特定律。
註三：兩個字母中前一字母代表發現的月份，分為上半月（l∼15日）及下半月（16日以後），各月的代表字母分別為1月：A、B；2月：C、D；3月：E、F；4月：G、H；5月：I、J；6月：K、L；7月：M、N；8月：O、P；9月：Q、R；10月：S、T；11月：U、W；12月：X、Y。
第二個字母代表發現的先後順序，依A, B, C,D……的順序排列。
註四：小行星報告中心原設於辛辛那提天文台，由赫格特（P. Herget）擔任主任，最近才遷至史密松寧（Smithsonian）天文物理天文台。
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