13.E：彗星和小行星——太阳系的碎片（练习）

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为了进一步探索

文章

小行星

Asphang，E. “小行星。” 《科学美国人》（2000年5月）：46。关于小行星，包括NEAR任务的结果。

Beatty，J. “猎鹰的狂野飞行。” 天空与望远镜（2006 年 9 月）：34。在日本对小行星板川的任务中。

Beatty，J. “爱神差点坠落。” 天空与望远镜（2001 年 5 月）：35。第一次降落在小行星上。

Betz，E. “黎明任务揭示了矮行星谷神星。” 天文学（2016 年 1 月）：44。第一张照片和发现。

Binzel，R. “小行星的新世纪。” 天空与望远镜（2001 年 7 月）：44。概述不错。

Boslaugh，M. “寻找死亡暴跌的小行星。” 天文学（2015 年 7 月）：28。关于寻找穿越地球的小行星的现有和拟议计划。

库克，B. “致命吸引力。” 天文学（2006 年 5 月）：46。在近地小行星阿波菲斯上，它的轨道以及我们可以从中学到什么。

Durda，D. “奇怪的情侣。” 天文学（2005 年 12 月）：54。在二进制小行星上。

Durda，D. “全家福。” 天文学（1993年2月）：36。讨论小行星家族。

Oberg，J. “2013 年历史性的俄罗斯陨石坠落” 天文学（2012 年 6 月）：18。在车里雅宾斯克赛事中。

谢泼德，S. “与行星共舞。” 天空与望远镜（2016 年 6 月）：16。在 “跟随” 木星等行星的特洛伊小行星上。

Talcott，R. “Galileo Views Gaspra。” 天文学（1992 年 2 月）：52。

Yeomans，D. “日本访问一颗小行星。” 天文学（2006 年 3 月）：32。关于隼鸟号探测器对小行星板川的探索。

Zimmerman，R. “冰淇淋圣代冰淇淋和土豆泥。” 天文学（1999年2月）：54。正在执行 “近战” 任务。

彗星

阿吉雷，E. “1997 年的大彗星。” 天空与望远镜（1997 年 7 月）：50。在 Hale-Bopp 彗星上。

Bakich，M. “如何观察彗星。” 天文学（2009 年 12 月）：50。业余天文学家指南。

戈尔，R. “哈雷彗星'86：远不止眼神。” 《国家地理》（1986年12月）：758。（此外，1987年3月号的《天空与望远镜》专门介绍了我们在1986年从哈雷彗星中学到的东西。）

Hale，A. “Hale-Bopp Plus Ten。” 天文学（2005 年 7 月）：76。一颗裸眼彗星的共同发现者讲述了发现的故事以及随后发生的事情。

Jewett，D. “神秘旅行者：彗星科学。” 天空与望远镜（2013年12月）：18。很好地总结了我们对彗星的了解和我们有的问题。

Rao，J. “明亮的彗星多久出现一次？” 天空与望远镜（2013年11月）：30。很好地总结了上个世纪的明亮彗星以及哪些因素使彗星在我们的天空中引人注目。

Sekanina，Z。“Sungrazing Comets”。 天文学（2006 年 3 月）：36。

Sheppard，S. “超越柯伊伯腰带。” 天空与望远镜（2015 年 3 月）：26。在 Sedna 和 Oort 云上。

Stern，S. “边缘的进化。” 天文学（2005 年 9 月）：46。彗星核如何随时间演变。

塔尔科特，R. “与一颗不断演变的彗星会合 [67P/C-G 彗星上的罗塞塔]。” 天文学（2015 年 9 月）：44。

Tytell，D. “Deep Impact 投掷锤子。” 天空与望远镜（2006 年 10 月）：34。在执行向彗星原子核投掷探测器的任务中。另见（2005年6月）：40。

Weissman，P. “彗星的故事。” 天空与望远镜（2006 年 2 月）：36。对我们对彗星物理性质的了解和不知道的内容进行了很好的回顾。

网站

小行星

黎明任务：http://dawn.jpl.nasa.gov。了解有关此次前往最大小行星的任务的更多信息。

Near-Shoemaker 任务：http://near.jhuapl.edu/。查看背景信息，看看 Mathilde 和 Eros 执行的任务中的精彩图片。

彗星

深度冲击任务：http://www.nasa.gov/mission_pages/deepimpact/main/。

柯伊伯腰带：http://www2.ess.ucla.edu/~jewitt/kb.html。夏威夷大学的大卫·杰维特一直在追踪已发现的物体。

彗星任务：http://solarsystem.nasa.gov/missions/target/comets。阅读美国宇航局当前和过去的彗星任务。

星尘任务：http://stardust.jpl.nasa.gov/home/index.html。了解这个收集彗星样本并将其带回地球的任务。

视频

小行星

流汗小东西：近地小行星的恐惧与乐趣：https://www.youtube.com/watch?v=5gyAvc5OhII。何塞·路易斯·加拉奇的哈佛天文台之夜讲座（1:18:07）。

揭开矮行星谷神星的面纱：https://www.youtube.com/watch?v=_G9LudkLWOY。卡罗尔·雷蒙德博士于 2015 年 10 月发表的 vonKarMan 讲座还包括 Vesta 的成绩（1:18:38）。

彗星

大彗星、一般彗星和彗星 ISON：https://www.youtube.com/watch?v=DiBkYAnQ_C。太空望远镜科学研究所弗兰克·萨默斯的演讲（1:01:10）。

关于彗星 Shoemaker-Levy 9 与木星影响的新闻发布会：https://www.youtube.com/watch?v=B-tUP8afEIo。撞击后的第二天；1994 年 7 月 17 日；与发现者和海蒂·哈默尔合影（1:22:29）。

罗塞塔：到目前为止的故事：https://www.ras.org.uk/events-and-me...e-story-so-far。伊恩·赖特博士的皇家天文学会讲座（1:00:29）。

协作小组活动

你的小组是一个国会委员会，负责评估寻找所有宽度大于0.5公里的近地小行星（近地小行星）的资金。列出找到此类物体对人类有用的理由。如果我们找到了将在几年后撞击地球的飞机，我们应该（我们能）做什么？
许多文化都认为彗星是坏兆头。传说将彗星与国王的死亡、战争中的损失或王朝的终结联系起来。你们小组中的任何成员听说过这样的民间故事吗？讨论为什么早期的彗星可能声誉如此糟糕的原因。
由于小行星具有多种成分和低重力，因此很容易去除物质，因此有人认为，开采小行星可能是将来获得所需资源的一种方式。列出小行星（以及进入太阳系内部的彗星）中可能对航天文明有价值的材料清单。在这些小世界上进行采矿作业的利弊是什么？
正如第 13.4 节中 “将彗星狩猎作为一种爱好” 的专题框中所讨论的那样，业余彗星猎人通常花费 400 多个小时用望远镜扫描天空以寻找彗星。这需要花很多时间（通常是独自一人，通常远离城市的灯光，通常在寒冷的环境中，总是在黑暗中）。与小组成员讨论你能否看到自己如此专注。人们为什么要进行这样的任务？你羡慕他们的奉献精神吗？
已知最大的柯伊伯带天体也被称为矮行星。到目前为止，我们太阳系中的所有行星（陆地行星、木星行星和矮行星）都以神话中的神灵命名。（矮行星的名字已经从罗马神话转向了其他文化的神灵。）让你的小组讨论我们是否应该对新发现的矮行星延续这种命名传统。为什么或者为什么不呢？
罗塞塔号将航道与彗星相匹配的总成本约为14亿欧元（约合16亿美元）。让你的小组讨论这项投资是否值得，并给出你选择哪一方的理由。（在欧洲航天局的网站上，他们将这笔费用置于背景之下，他们说：“这个数字仅为一艘现代潜艇或三架空中客车380大型喷气式飞机价格的一半，涵盖了从1996年项目开始到2015年任务结束的将近20年。”）
如果足够早地发现了接近地球的小行星，人类可以采取措施防止碰撞。讨论偏转甚至摧毁小行星或彗星的可能方法。超越文本中提到的几种方法，发挥你的创造力。给出每种方法的优缺点。

查看问题

为什么小行星和彗星对我们理解太阳系历史很重要？
简要描述一下小行星带。
描述 C 型和 S 型小行星之间的主要区别。
除了前面提到的小行星之外，第三类稀有的小行星是什么？
维斯塔很不寻常，因为它表面含有什么矿物质？这种材料的存在意味着什么？
将小行星带的小行星与接近地球的小行星进行比较。这两组的主要区别是什么？
简要描述一下美国宇航局的太空护卫调查。在这次调查中发现了多少物体？
谁首先根据可追溯到古代的历史记录计算了彗星的轨道？
描述一颗典型彗星的原核，并将其与大小相似的小行星进行比较。
描述两种类型的彗星尾巴以及它们是如何形成的。
诸如冥王星和厄里斯之类的物体有什么分类，它们足够大，可以变成圆形，其轨道超出了海王星的轨道？
描述我们从地球上看到的彗星的起源和最终命运。
我们有什么证据证明柯伊伯带的存在？在那里发现了什么样的物体？
简要描述柯伊伯带和奥尔特云。

思想问题

至少给出两个理由，今天的天文学家对发现更多接近地球的小行星如此感兴趣。
假设你在设计一艘航天器，该航天器将航向与小行星相匹配，并沿着小行星的轨道行驶。你会使用什么样的仪器来收集数据，你想学习什么？
假设你在设计一艘航天器，它将航向与彗星相匹配，并随之移动一段时间。你会使用什么样的仪器来收集数据，你想学习什么？
假设发现一颗彗星正在接近太阳，这颗彗星的轨道将导致它在20个月后，即近日点通过后与地球碰撞。（这与拉里·尼文和杰里·普尔内勒的科幻小说《路西法之锤》中描述的情况差不多。）我们能做什么？有没有办法保护自己免受灾难的侵害？
我们相信，像 Comet Shoemaker-Levy 9 这样的彗星碎片链不仅与木星行星碰撞，而且偶尔会与它们的卫星碰撞。你会在外星卫星上寻找什么样的特征来寻找这种碰撞的证据？（作为额外的奖励，你能在月球上找到像 Callisto 这样的特征的图像吗？你可以在 photojournal.jpl.nasa.gov 上使用行星图像的在线网站，例如《行星摄影杂志》。）
为什么在过去的二十年里，我们在柯伊伯带发现了这么多物体，而不是在那之前？
为什么即使是柯伊伯带中较大的物体也很难给出确切的直径？

自己搞清楚

请参阅第 13.4 节\(13.4.1\)中的示例。如果奥尔特云中一颗典型的彗星的直径仅为1千米，计算结果会有何变化？
请参阅第 13.4 节\(13.4.1\)中的示例。如果奥尔特云中一颗典型的彗星更大（比如直径为50千米），计算结果会发生怎样的变化？
第 13.4 节示例\(13.4.1\)中的计算指的是已知的奥尔特云，这是我们看到的大多数彗星的来源。如果像一些天文学家所怀疑的那样，太阳系中有10倍的彗星天体，那么彗星物质的总质量与木星的质量相比如何？
如果奥尔特云包含 1012 颗彗星，并且每年发现十颗新的彗星靠近太阳，那么自太阳系开始以来，有多少百分比的彗星被 “用完” 了？
小行星的质量主要存在于较大的小行星中，因此要估计总质量，我们只需要考虑较大的物体。假设最大的三颗小行星——谷神星（直径1000千米）、帕拉斯（直径500千米）和维斯塔（直径500千米）——占总质量的一半。假设这三颗小行星的密度均为3×10 ³ g/cm ³，然后计算它们的总质量。将结果乘以 2 得出小行星带总质量的估计值。这与奥尔特云的质量相比如何？
对柯伊伯带的质量进行类似的估计。最大的三个物体是冥王星、厄里斯和马克马克（每个物体约2000千米）。此外，假设有八个直径约为 1000 千米的物体（包括 Haumea、Orcus、Quaoar、Ixion、Varuna 和 Charon 以及尚未命名的物体）。假设所有物体的冥王星密度均为 2 × 10 ³ g/cm ³。计算最大的 13 个物体质量的两倍，然后将其与主小行星带的质量进行比较。
对于一颗位于小行星带中间半长轴为 3 AU 的小行星来说，绕太阳的旋转周期是多少？
远日点位于 5 AU、近日点位于地球轨道的彗星的旋转周期是多少？