最后更新：2025年9月9日

邂逅小行星：主小行星带

小行星带

主小行星带是太阳系中位于火星和木星轨道之间的一个区域，这里聚集了最高密度的被称为小行星的岩石天体。这个迷人的区域为了解约46亿年前太阳系形成时的环境条件提供了宝贵线索。

形成与组成

主小行星带形成于围绕年轻太阳的原行星盘。木星的引力作用阻止了这些物质聚集成一颗行星，反而留下了大小不一的碎片。

发现与探索

早期发现

第一颗小行星于1801年1月1日被发现，当时朱塞佩·皮亚齐（1746-1826）在巴勒莫天文台观测到了谷神星。不久之后，在19世纪早期，智神星、婚神星和灶神星等天体相继被确认，逐渐证实了火星与木星之间存在一个富含小天体的区域。

20世纪的发展

在20世纪，天文摄影和早期计算机的应用极大地加速了小行星的普查工作。如今，得益于LINEAR、Pan-STARRS以及未来的LSST（时空遗产巡天）等自动化巡天项目，数十万颗主带小行星已被编录在册。

太空任务

空间探测器的直接探索始于伽利略号任务（NASA，1989年发射），该任务实现了首次近距离飞越：1991年的加斯普拉星和1993年的艾达星。这些观测证实了小行星的形态多样性和碎裂特性。

最近，黎明号任务（NASA，2007-2018）在延长的轨道上研究了灶神星（2011-2012）和谷神星（2015-2018），揭示了复杂的地质结构、盐类沉积物以及冰火山活动的证据。

主带小行星的大小

分层分布

主带小行星的尺寸分布极为广泛，直径从不足1公里到近1000公里不等。其中最大的天体——谷神星（约940公里）、灶神星（约525公里）、智神星（约512公里）和健神星（约430公里）——占据了主带总质量的50%以上。然而，大多数天体仅为数公里大小的碎片，这是由剧烈的碰撞历史所导致的。

如何计算小行星的数量？

直径大于 \(D\) 的小行星数量，记作 \(N(>D)\)，大致遵循幂律关系： \( N(>D) \propto D^{-q} \) 其中指数 \(q\) 随所考虑的尺寸范围而变化。对于小天体（\(D < 10 \, km\)），\(q \approx 2.5{-}3\)，表明该群体富含小型碎片。对于较大天体（\(D > 100 \, km\)），斜率较低，反映了这些未被完全碎裂的原始天体较为罕见。

巨型天体（\(D > 400 \, km\)）：已知的巨型天体仅有4个：谷神星、灶神星、智神星和健神星。它们保留了内部分层结构：金属核心、硅酸盐地幔、地壳。
大型小行星（\(100 \, km < D < 400 \, km\)）：这类天体数量稀少但在质量上占主导地位，整个主带中约有200颗，包括小行星英特阿姆尼亚（约330公里）和欧芙洛绪涅（约260公里）。它们是早期吸积时期的"幸存者"。
中等天体（\(50 \, km < D < 100 \, km\)）：约2,000颗小行星。
小天体（\(10 \, km < D < 50 \, km\)）：约20,000颗小行星。
非常小的天体（\(1 \, km < D < 10 \, km\)）：模型预测约有100万至200万个此类天体，但迄今仅有其中一小部分被编录。
微观天体（\(10 \, m < D < 1 \, km\)）：主带中约有5000亿个直径在10米至1公里之间的小天体。

这些估算展示了层级关系：体积越小，数量增长越快。大量微小天体持续为地球观测到的流星体通量提供来源。注意不要与陨石混淆——陨石是穿过大气层并抵达地壳的天体碎片。

小行星大小与质量汇总表

主带代表性小行星
类别	直径（D）	估计数量	质量比例	示例	特性/成分
巨大身躯	400公里	4	50%	谷神星、灶神星、智神星、健神星	内部差异化结构：金属核心、硅酸盐地幔、地壳
大型小行星	100–400公里	~200	约30%	健神星（约330公里）、欧佛洛绪涅星（约260公里）	初始吸积的幸存者，带内主导质量
中等天体	50–100公里	约2000	约10%	许癸亚（示例）	显著碎片，但质量小于大型天体
小天体	10–50 公里	~20,000	~5%	厄洛斯，西尔维娅	硅酸盐（S）、碳（C）、金属（M）的混合物
非常小的天体	1–10 公里	1–2百万	< 1%	丝川（约0.33公里）、贝努（约0.49公里）	普通球粒陨石、多孔表土、碰撞碎片
微观物体	10米–1公里	约5000亿	小于0.1%	-	极小的碎片为流星体通量提供燃料。