科普知识 | 小行星的发现与命名

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小行星是怎么被发现的？它的命名需要遵循什么样的规则？
1801年1月1日，新世纪的钟声刚刚敲响，位于西西里岛的巴勒莫天文台便传来了一阵欢呼声。就在这天晚上，巴勒莫天文台台长朱塞普·皮亚齐在金牛座方向发现了一颗未知天体。第二天，他注意到这一天体相对于星空背景有所移动。在对它进行了一个多月的连续观测后，皮亚齐病倒了，待他康复时，这一天体早已不知所踪……


意大利天文学家朱塞普·皮亚齐

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皮亚齐的发现
起初，皮亚齐认为他发现了一颗彗星，但是法国天文学家约翰·卡尔·布尔克哈特等人经过反复计算，指出这一天体的轨道并非类似彗星那样的椭圆形，而是呈圆形，似乎更像行星，并且位于火星与木星轨道之间。在这之前20年，英国天文学家威廉·赫歇尔发现了太阳系的第七颗行星——天王星，将太阳系的半径扩大了1倍，这被认为是提丢斯-波德定则的胜利。这一定则描述了太阳系行星与太阳距离的规律，在预言了天王星的同时，也预言火星与木星轨道之间应当存在一颗行星（1846年发现海王星后，人们发现海王星并不符合提丢斯-波德定则。现在认为水星到天王星之所以符合这一定则，仅仅是由于巧合）。
此时大家认为皮亚齐发现的这颗新天体无疑是一颗“行星”。德国天文学家约翰·埃勒特·波德——提丢斯-波德定则的提出者之一，想要将这一新“行星”命名为Juno，其他人则想将其命名为Hera或皮亚齐。就在大家吵得不可开交时，匈牙利天文学家弗朗兹·萨维尔·冯·扎克提出，应由发现者为新发现的天体命名。
皮亚齐不认同其他人的命名，他思前想后，最后拍了下脑门，就把它命名为“谷神·斐迪南（CeresFerdinandea）”吧。Ceres是罗马神话中的丰收女神，也是西西里岛的守护神，Ferdinandea则是献给西西里国王斐迪南四世的。但是其他天文学家不能接受后半部分，因此这颗新“行星”便被皮亚齐称为谷神星（Ceres）。


罗马神话中的丰收女神 ceres



美国宇航局黎明号小行星探测器

眼中的谷神星

到这时，除了皮亚齐之外，还没有其他人观测到这颗新“行星”。时年24岁的“数学王子”约翰·卡尔·弗里德里希·高斯听说了这件事，伸出了援手，他用一种新方法计算了新“行星”的位置。虽然高斯的计算和其他人相比有很大偏差，但是1801年12月31日，冯·扎克和德国天文学家海因里希·威廉·马特乌斯·奥伯斯在高斯计算的位置附近再次找到了这颗新“行星”，在这之后，越来越多的人观测到了这颗新“行星”。


数学王子高斯为小行星的轨道计算

作出了杰出的贡献

波德等人为新“行星”的命名流传甚广，皮亚齐提议的谷神星其实并未被广泛接受。但当冯·扎克和奥伯斯重新观测到这颗新“行星”时，天文学界最终采纳了皮亚齐的建议，将这颗新“行星”正式命名为谷神星。

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越来越多的发现
紧接着，1802年3月28日，奥伯斯发现了第二颗位于火星与木星轨道之间的天体；1804年9月1日，德国天文学家卡尔·路德维希·哈丁发现了第三颗；1807年3月29日，奥伯斯发现了第四颗。
在命名这些新天体的时候，天文学家们遵循了行星命名的传统，使用古罗马或古希腊神话中的人物来起名。因此1802～1807年间发现的这3颗新天体分别被命名为智神（Pallas，希腊神话中的智慧与战争女神）星、婚神（Juno，罗马神话中的天后，婚姻女神）星、灶神星（Vesta，罗马神话中的炉灶与家庭女神）星。


人类的探测器“黎明”已经探测过

灶神星（左）与谷神星（右）



灶神星

此后30多年里，人们再也没有在火星与木星轨道之间发现任何新天体。直到1845年12月8日，德国天文学家卡尔·路德维希·亨克终于打破了“魔咒”，他在寻找灶神星的时候，意外发现了第五颗新天体，这颗天体后被命名为义神（Astraea，希腊神话中的正义女神）星。
后来的发现就源源不断了，截至1860年年底，在火星与木星轨道之间发现的天体数量已达62颗。它们都比较暗弱，这意味着它们非常小，在发现谷神星以来的最初几十年里，大部分天文学家认为这些天体都是行星，但是随着火星和木星轨道之间发现的新天体数量越来越多，天文学家便开始思考，这些“小不点”是否够格称为行星。
其实，早在1802年发现智神星后，威廉·赫歇尔就给这一天体类别取了一个名字——小行星（asteroid），因为它们非常小，以至于以当时的技术看不出行星那样的圆面。到了十九世纪五六十年代，天文学界已普遍认为火星与木星轨道之间的这些天体不同于行星，而是属于小行星，从第五颗小行星义神星开始用阿拉伯数字为其编号（即义神星为1号小行星，后来发现的其他小行星依次编号），但是在1867年，天文学家改变了编号顺序，将谷神星编号为1号小行星，智神星为2号小行星，婚神星为3号小行星，灶神星为4号小行星，义神星为5号小行星，韶神星为6号小行星……


在火星和木星之间存在着大量的小行星



欧洲南方天文台甚大望远镜

对小行星带中最大的 42 个小行星成像

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命名规则的变更
当发现的小行星越来越多的时候，特别是19世纪末，德国天文学家马克斯·沃尔夫将照相术用于小行星搜寻以后（他一个人就发现了248颗小行星），人们慢慢意识到，这些只是冰山一角。长此以往，神话中的名字早晚会供不应求。因此天文学家修改了命名规则：不再要求必须使用神话中的名字，发现者也可以用地名、人名等来命名小行星。


空间望远镜拍摄的小行星

第一颗不以神话命名的小行星是20号“马赛（Massalia）”星，这是法国城市马赛的希腊名字，它是20号小行星的发现地之一。第一颗以人名命名的小行星是43号香女星（Eugenia），这是拿破仑三世的妻子欧仁妮皇后的名字。
虽然命名范围不再局限于神话，但由于之前的小行星基本都使用神话中女神的名字命名，因此改变规则后，大家便遵守这样一条规定：若使用非女性的名字，须先将其女性化。德国博物学家亚历山大·冯·洪堡是第一位被用来命名小行星的男性，由于上述规定，他的名字被用于小行星命名时便被女性化为54号哲女星（Alexandra）。这一不成文的规定直到334号“芝加哥（Chicago）”星才被打破。

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如今的命名规则
在今天，当观测者发现了一颗小行星，并且该小行星在一个冲日期内有至少两晚的观测数据时，国际天文学联合会小行星中心会授予它一个临时编号。临时编号由发现的年份（四个阿拉伯数字，如2021）、发现的半月、发现的顺序组成。“发现的半月”由一个大写英文字母代表：每月1～15日为上半月，余下日期为下半月，如A表示1月上半月、B表示1月下半月、C表示2月上半月……Y表示12月下半月，其中字母I因与阿拉伯数字1相似而不用。“发现的顺序”由1个大写英文字母（字母I不用）与数个阿拉伯数字组成，发现顺序=下方表格中第二个字母对应的数字+临时编号中的数字×25，如A是第1颗、B是第2颗、C是第3颗……Z是第25颗、A1是第26颗、B1是第27颗……Z1是第50颗……


小行星临时编号规则

举两个例子。我国业余天文爱好者使用业余器材发现的首颗获得永久编号的小行星是546049号“朱进（Zhujin）”星（星明天文台的孙国佑、高兴发现），它的临时编号是2011YL4，意为2011年12月下半月发现的第11+4×25=111颗小行星；本文作者参与国际天文搜寻联盟获得的第一颗小行星临时编号是2021EO40，意为2021年3月上半月发现的第14+40×25=1014颗小行星。

为了防止小行星丢失，当一颗小行星经过至少4次冲日，且轨道的不确定性降为0的时候就可以获得永久编号了。这个过程需要等待几年到几十年。小行星丢失在人类对小行星研究的早期阶段经常发生，例如本文开头讲述的谷神星发现的故事。比较著名的例子还有我国天文学家张钰哲在1928年发现的1125号“中华（China）”星，这是中国人发现的第一颗小行星，因观测数据较少，后丢失。1957年紫金山天文台发现一颗小行星与其轨道相似，经张钰哲同意，取代了原1125号“中华”星的编号和命名，1928年发现的那颗小行星于1986年被找回，重新编号并命名为3789号“中国（Zhongguo）”星。


我国天文学家张钰哲

当一颗小行星获得永久编号后，它的发现权和命名权也便有了归属。在小行星研究的早期阶段，这两项权利属于第一个上报该小行星的观测者。后来这一规则经过多次变更，目前的规定是：在最早有两晚观测数据的冲日期内，提供了第一个观测报告的观测者将获得这两项权利。
经过多年的漫长等待，发现者终于可以给自己发现的小行星取一个琅琅上口的名字啦。经过200多年的演变，如今的小行星命名规则一般为：
1.发现者在小行星获得永久编号起10年内享有命名权，若10年内未命名，命名权将被国际天文学联合会收回；

2. 每位发现者或组织在两个月内最多只能提交两个小行星命名；

3. 不长于16个字符；

4. 最好是一个词；

5. 非攻击性词汇；

6.在某种语言中可以发音；

7.应避免名称与已获得命名的天体名称相似；

8.不鼓励使用宠物的名字；

9.不能用发现者自己的名字命名；

10.以政治或军事活动闻名的人或事，在其本人死亡或事件发生后的100年内不能用来命名；

11.不允许纯商业或以商业性质为主的命名；

12.对于编号是1000的倍数的小行星，习惯上以特别重要的人物命名。

第8条规定很有趣。最早以宠物命名的小行星是482号“佩特丽娜（Petrina）”星和483号“塞皮纳（Seppina）”星，它们都是发现者马克斯·沃尔夫的宠物狗。宠物命名直到2309号“史波克先生（Mr.Spock）”星才引起广泛争议（“史波克先生”是发现者美国天文学家詹姆斯·吉布森的宠物猫），进而促使国际天文学联合会作出上述第8条规定。

此外，如上述第9条所述，小行星一般不以发现者自己的名字命名，但有一个例外，那就是96747号“克雷斯波·达·席尔瓦（Crespodasilva）”星，它的发现者是麻省理工学院的本科生露西·德埃科菲·克雷斯波·达·席尔瓦，她在发现这颗小行星一年后就去世了，年仅22岁，此命名由她的老师、麻省理工学院行星科学教授理查德·宾泽尔提议。

各位读者也应注意第11条规定，它意味着买卖小行星命名是行不通的。正如国际天文学联合会所说，“那些赚走你钞票的人会很开心的”，“购买小行星命名是不可能的，如果你想申请小行星命名，最好的建议是自己去发现一个”。

在确定命名之后，发现者需要将命名和命名理由通过小行星中心官网提交，该命名将由国际天文学联合会小天体命名工作组进行审核，随后将在《小天体命名工作组公告》中向全世界宣布，成为这颗小行星的永久正式名称。

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特殊轨道的小行星命名规则

以上仅是小行星命名的一般规则，对于一些特殊轨道的小行星还需要遵循以下命名要求：

1.木星的特洛伊型小行星：绝对星等暗于12星等的特洛伊型小行星可用奥运会运动员命名，其他以特洛伊战争中的英雄人物命名。其中，L4位置以希腊英雄命名，L5位置以特洛伊英雄命名；

2.木星与海王星轨道之间的半人马型小行星：以希腊神话中的半人马命名；

3.与海王星形成1：1共振的小行星：以希腊神话中的亚马逊人命名；

4.与海王星形成3：2共振的小行星：以冥界神话命名；

5.经典海王星外天体：以创世神话命名；

6.近地小行星：以除去创世和冥界之外的神话命名。

木星的特洛伊型小行星被认为是行星形成过程中遗留下来的物质，位于木星与太阳的两个拉格朗日点附近，可分为两个部分，即L4的希腊群和L5的特洛伊群。露西号小行星探测器是人类首个计划对特洛伊型小行星进行探测的航天器，以1974年发现的南方古猿化石“露西少女”为名。“露西少女”被认为是目前发现的最古老的人类化石，它的发现和后续研究刷新了对人类起源的认知。以此命名，正是希望该探测器通过对特洛伊型小行星的研究，改变对太阳系的起源和早期阶段的认知。


露西号小行星探测器轨道

露西号小行星探测器计划造访的8颗小行星，其中包括1颗主带小行星（即位于火星与木星轨道之间的小行星）和7颗木星的特洛伊型小行星。

露西号小行星探测器

计划探测的8颗小行星

仔细观察，可以发现大部分小行星都遵从前述命名规则，但仍然有一个例外：617号双小行星系统位于L5特洛伊群，根据特殊类型小行星的命名规则应当用特洛伊英雄命名，但它却用希腊英雄帕特洛克罗斯命名，这似乎违反了命名规则。为何会这样呢？答案其实非常简单，因为命名这一双小行星系统的时候，尚未作出L5特洛伊群小行星必须用特洛伊英雄来命名的规定。与此类似，L4希腊群也混入了特洛伊的“卧底”，它就是624号“赫克托尔（Hektor）”，赫克托尔是特洛伊的王子、特洛伊军队的统帅。获得小行星命名是非常崇高的国际性荣誉。根据小行星中心官方网站的数据，截止2021年11月4日12时，发现的小行星总数为1143628颗，其中607011颗已获得永久编号，占发现总数的53.1%。与之形成鲜明对比的是，获得永久编号的小行星里仅有22830颗被命名，仅占永久编号小行星数量的3.8%。不少小行星以中国相关的名字来命名，如139号“瑞华（Juewa）”星、1802号“张衡（ZhangHeng）”星、2405号“北京（Peking）”星、10911号“自强不息（Ziqiangbuxi）”星、325136号“钟南山（Zhongnanshan）”星……

从这篇文章里，我们简单了解了小行星的发现往事和200多年来小行星命名规则的演变。事实上，就像已发现的小行星仅仅是所有小行星的很少一部分一样，本文所述也只是小行星发现历史和命名趣事中的沧海一粟，有兴趣的读者可自行进一步探究。

本文原载于《太空探索》杂志2021年第12期。

来源：中国航天科普