✨Tiểu hành tinh

phải|nhỏ|250x250px|[[253 Mathilde, một tiểu hành tinh kiểu C.]]

Tiểu hành tinh là một hành tinh vi hình—một vật thể không phải là hành tinh thực sự hay sao chổi—ở vòng trong hệ Mặt Trời. Chúng là những vật thể bằng đá, kim loại hoặc băng không có bầu khí quyển. Kích thước và hình dạng của các tiểu hành tinh khác nhau đáng kể, từ những tảng đá có đường kính 1 mét đến một hành tinh lùn có đường kính gần 1.000 km.

Trong số khoảng một triệu tiểu hành tinh đã biết, số lượng lớn nhất nằm giữa quỹ đạo của Sao Hỏa và Sao Mộc, cách Mặt Trời khoảng 2 đến 4 AU, trong vành đai tiểu hành tinh. Các tiểu hành tinh thường được phân thành ba loại: loại C, loại M và loại S. Chúng được đặt tên theo và thường được xác định tương ứng với các thành phần carbon, kim loại và silic. Kích thước của các tiểu hành tinh rất khác nhau; lớn nhất, Ceres, có chiều ngang gần và đủ tiêu chuẩn để là một hành tinh lùn, trong khi số còn lại hiện được xếp loại như những vật thể nhỏ hệ Mặt Trời. Tổng khối lượng của tất cả các tiểu hành tinh cộng lại chỉ bằng 3% khối lượng Mặt Trăng của Trái Đất. Phần lớn các tiểu hành tinh ở vành đai chính có quỹ đạo hơi hình elip, ổn định, quay cùng hướng với Trái Đất và mất từ ​​​​ba đến sáu năm để hoàn thành một vòng quanh Mặt Trời.

Mọi người cho rằng các tiểu hành tinh là tàn tích của một đĩa tiền hành tinh, và trong vùng này sự hợp nhất của các tàn tích tiền hành tinh thành các hành tinh không thể diễn ra vì những ảnh hưởng hấp dẫn to lớn từ Sao Mộc trong giai đoạn thành tạo của hệ Mặt Trời. Một số tiểu hành tinh có các vệ tinh hay đi thành cặp trở thành các hệ đôi.

Lịch sử quan sát

nhỏ|phải|Từ trái sang phải: [[4 Vesta, 1 Ceres, Mặt Trăng của Trái Đất.]] Chỉ có một tiểu hành tinh, 4 Vesta, có bề mặt tương đối phản chiếu, thường có thể nhìn thấy bằng mắt thường. Khi ở vị trí thuận lợi, 4 Vesta có thể được nhìn thấy trên bầu trời tối. Hiếm khi, các tiểu hành tinh nhỏ đi gần Trái Đất có thể được nhìn thấy bằng mắt thường trong một khoảng thời gian ngắn. Tính đến tháng 4 năm 2022, Minor Planet Center đã có dữ liệu về 1.199.224 hành tinh vi hình trong và ngoài hệ Mặt Trời, trong đó khoảng 614.690 hành tinh vi hình có đủ thông tin để được đánh số.

Khám phá Ceres

Năm 1772, nhà thiên văn học người Đức Johann Elert Bode, trích dẫn Johann Daniel Titius, đã công bố một numerical procession được gọi là định luật Titius–Bode. Ngoại trừ khoảng cách không giải thích được giữa Sao Hỏa và Sao Mộc, công thức của Bode dường như dự đoán quỹ đạo của các hành tinh đã biết.

Công thức của Bode dự đoán một hành tinh khác sẽ được tìm thấy với bán kính quỹ đạo gần 2,8 đơn vị thiên văn (AU), hay 420 triệu km, tính từ Mặt Trời. Ông đang tìm kiếm "[ngôi sao] thứ 87 trong the Catalogue of the Zodiacal stars of Mr la Caille".

Piazzi đã quan sát Ceres tổng cộng 24 lần, lần cuối cùng vào ngày 11 tháng 2 năm 1801, khi bệnh tật làm gián đoạn công việc của ông. Ông công bố khám phá của mình vào ngày 24 tháng 1 năm 1801 bằng thư và chỉ gửi cho hai nhà thiên văn học là Barnaba Oriani ở Milan và Bode ở Berlin. Ông cho biết nó là một sao chổi nhưng "vì chuyển động của nó quá chậm và khá đồng đều nên tôi đã nhiều lần nghĩ rằng nó có thể là thứ gì đó hơn là sao chổi".

Năm 1891, Max Wolf đi tiên phong trong việc sử dụng kỹ thuật chụp ảnh thiên văn để phát hiện các tiểu hành tinh xuất hiện dưới dạng những vệt ngắn trên các tấm ảnh phơi sáng dài. trong khi chỉ có hơn 300 tiểu hành tinh được phát hiện cho đến thời điểm đó. Người ta biết rằng còn nhiều hơn nữa, nhưng hầu hết các nhà thiên văn học không bận tâm đến chúng, một số gọi chúng là "sâu bọ của bầu trời", cụm từ bị gán cho Eduard Suess và Edmund Weiss. Thậm chí một thế kỷ sau, chỉ có vài nghìn tiểu hành tinh được xác định, đánh số và đặt tên.

Thế kỷ 19 và 20

thumb|Những khám phá về các tiểu hành tinh gần Trái Đất được biết đến theo kích thước, 1980–2022.

Trước đây, các tiểu hành tinh được phát hiện bằng quy trình gồm bốn bước. Đầu tiên, một vùng bầu trời được chụp ảnh bằng kính viễn vọng trường rộng hoặc astrograph. Các cặp ảnh được chụp, thường cách nhau một giờ. Nhiều cặp có thể được thực hiện trong một loạt các ngày. Thứ hai, hai film hoặc plate của cùng một vùng được xem dưới kính lập thể. Một vật thể quay quanh Mặt Trời sẽ di chuyển nhẹ giữa cặp film. Dưới kính lập thể, hình ảnh của vật thể dường như nổi lên một chút trên nền của các ngôi sao. Thứ ba, một khi xác định được một vật thể chuyển động, vị trí của nó sẽ được đo chính xác bằng kính hiển vi số hóa (digitizing microscope). Vị trí sẽ được đo tương ứng với các vị trí ngôi sao đã biết.

Ba bước đầu tiên này không giúp khám phá ra tiểu hành tinh: người quan sát chỉ tìm thấy một sự hiện diện, được chỉ định tạm thời, bao gồm năm phát hiện, một chữ cái biểu thị half-month phát hiện, và cuối cùng là một chữ cái và một con số chỉ rõ số thứ tự của khám phá (ví dụ, ). Bước cuối cùng là gửi vị trí và thời gian quan sát đến Minor Planet Center.

Phân loại

Các tiểu hành tinh thường được phân loại theo hai tiêu chí: đặc điểm quỹ đạo của chúng và đặc điểm phổ phản xạ của chúng.

Phân loại quỹ đạo

Nhiều tiểu hành tinh đã được xếp vào group và family dựa trên đặc điểm quỹ đạo của chúng. Ngoài sự phân chia rộng nhất, người ta thường đặt tên một group tiểu hành tinh theo tên tiểu hành tinh đầu tiên của group đó được phát hiện. Các group là những liên kết động học tương đối lỏng lẻo, trong khi các family thì chặt chẽ hơn và là kết quả của sự tan vỡ của một tiểu hành tinh mẹ lớn trong quá khứ.

Phân loại quang phổ

nhỏ|phải|Bức ảnh này của [[433 Eros cho thấy hình ảnh nhìn từ một phía tiểu hành tinh qua rãnh máng ở mặt trên của nó về phía đối diện. Các đặc điểm lớn cỡ 35m có thể được nhìn thấy.]]

Năm 1975, một hệ thống phân loại dựa trên màu sắc, suất phản chiếu và hình dạng quang phổ đã được Clark R. Chapman, David Morrison, và Ben Zellner phát triển. Các tính chất đó được cho là tương ứng với thành phần vật chất bề mặt tiểu hành tinh. Ban đầu, họ chỉ xếp tiểu hành tinh vào ba loại:

• Các tiểu hành tinh kiểu C, carbon, 75% số tiểu hành tinh đã biết.
• Các tiểu hành tinh kiểu S, silic, 17% số tiểu hành tinh đã biết.
• Các tiểu hành tinh kiểu M, kim loại, đa số còn lại.

Từ đó danh sách này đã được mở rộng bao gồm một số kiểu tiểu hành tinh khác. Số lượng các kiểu tiếp tục tăng lên khi càng nhiều tiểu hành tinh được nghiên cứu.

Cần nhớ rằng tỷ lệ các tiểu hành tinh đã biết được xếp vào nhiều kiểu quang phổ khác nhau không nhất thiết phản ánh tỷ lệ tất cả các tiểu hành tinh thuộc kiểu đó; một số kiểu dễ dàng phát hiện hơn những kiểu khác, ảnh hưởng tới những con số tổng kết.

Những vấn đề khi sử dụng phân loại theo quang phổ

Trước kia, việc xác định quang phổ dựa trên sự suy luận thành phần của tiểu hành tinh:

• C – carbon
• S – silic
• M – kim loại

Tuy nhiên, sự tương ứng giữa lớp quang phổ và thành phần không phải lúc nào cũng tốt đẹp, và có rất nhiều kiểu xếp hạng được sử dụng. Điều này dẫn tới sự lẫn lộn rất lớn. Trong khi các tiểu hành tinh thuộc các lớp quang phổ khác nhau có vẻ được cấu thành từ những vật liệu khác nhau, thì lại không có những sự đảm bảo rằng các tiểu hành tinh trong cùng một lớp phân loại được cấu thành từ những vật liệu như nhau.

Hiện tại, việc xếp hạng quang phổ dựa trên nhiều cuộc khảo sát phân tích quang phổ không chính xác trong thập kỷ 1990 vẫn được coi là tiêu chuẩn. Các nhà khoa học không thể đồng thuận cho một hệ thống xếp hạng tốt hơn, phần lớn bởi sự khó khăn để thu được các số đo chi tiết thường xuyên cho một lượng lớn các tiểu hành tinh (ví dụ, phân tích quang phổ chính xác hơn, hay các dữ liệu phi quang phổ như mật độ sẽ rất hữu ích).nhỏ|phải|[[243 Ida và vệ tinh Dactyl, vệ tinh đầu tiên của một tiểu hành tinh được khám phá.]]

Đặt tên tiểu hành tinh

Quy ước đặt tên

Một tiểu hành tinh mới được phát hiện được đặt một tên tạm thời gồm năm phát hiện và một mã chữ (như ). Khi quỹ đạo của nó đã được xác định, nó được trao một số, và sau này có thể được đặt một cái tên (ví dụ, ). Quy ước đặt tên chính thức sử dụng dấu ngoặc quanh số (ví dụ, (433) Eros), nhưng việc bỏ dấu ngoặc cũng khá thường xuyên. Một cách không chính thức, mọi người thường gộp tất cả số lại với nhau, hay bỏ nó sau khi đã được đề cập tới lần đầu tiên ở những tên lặp lại sau đó.

Các tiểu hành tinh đã được trao một con số nhưng không phải là tên thì vẫn giữ tên tạm thời của mình, ví dụ, (29075) 1950 DA. Khi các kỹ thuật khám phá tiểu hành tinh hiện đại khiến số lượng chúng tăng vọt, dần dần chúng bị bỏ mặc vô danh như cũ. Tiểu hành tinh đầu tiên không có tên như vậy là (3360) 1981 VA.

Đánh số tiểu hành tinh

Các tiểu hành tinh sẽ được trao một con số chính thức ngay khi quỹ đạo của chúng được xác định. Với tốc độ phát hiện tiểu hành tinh ngày càng tăng, chúng hiện được đánh theo dãy sáu số. Việc chuyển từ dãy năm số sang dãy sáu số diễn ra sau việc xuất bản Minor Planet Circular (MPC) ngày 19 tháng 10 năm 2005, với việc số tiểu hành tinh được đánh số nhảy vọt từ 99947 lên 118161. Sự thay đổi này đã gây ra một cơn khủng hoảng kiểu "Y2K" nhỏ với nhiều trung tâm dịch vụ dữ liệu tự động, bởi chúng chỉ được quy định định dạng dãy năm số cho tiểu hành tinh. Đa số các trung tâm dã mở rộng phạm vi số tiểu hành tinh. Những trung tâm không làm tương tự xử lý vấn đề này bằng cách thay con số xa nhất bên trái (đơn vị mười ngàn) bằng chữ. Vì thế, dãy số dài như 120437 sẽ được định dạng thành C0437 trên một số bản danh sách.

Nguồn tên

Một số ít tiểu hành tinh đầu tiên được đặt tên theo những nhân vật trong thần thoại Hy Lạp – La Mã, nhưng khi tên những vị thần đã được sử dụng hết, những nhân vật khác—người nổi tiếng, nhân vật văn học, tên vợ những người có công khám phá, tên trẻ em, và thậm chí cả những nhân vật truyền hình cũng được dùng.

Tiểu hành tinh đầu tiên được đặt tên không theo thần thoại là 20 Massalia, theo tên thành phố Marseille. Trong một thời gian chỉ tên phụ nữ (hay nữ hoá) mới được sử dụng; Alexander von Humboldt là người đàn ông đầu tiên có tên được đặt cho một tiểu hành tinh, nhưng tên ông đã được nữ hóa thành 54 Alexandra. Quy ước truyền thống ngầm này kéo dài tới tận khi đặt tên cho 334 Chicago; thậm chí sau đó, nhiều tên nữ hóa kỳ quặc vẫn xuất hiện trong những bản danh sách trong nhiều năm sau.

Khi số lượng tiểu hành tinh bắt đầu lên tới hàng trăm, và cuối cùng là hàng nghìn, những người khám phá ra chúng dần ít chú ý tới việc đặt tên nên đã xuất hiện những cái tên kỳ cục. Những ví dụ đầu tiên là 482 Petrina và 483 Seppina, được đặt theo tên những chú chó của người tìm ra chúng. Tuy nhiên, cho tới năm 1971 vẫn có cuộc tranh cãi nhỏ về vấn đề này, khi đặt tên cho 2309 Mr. Spock (nó không được đặt theo tên nhân vật trong phim Star Trek, mà là tên con mèo của người phát hiện tiểu hành tinh, vốn có vẻ ngoài khá giống nhân vật kia). Dù Liên đoàn Thiên văn Quốc tế (IAU) sau đó đã cấm dùng tên thú nuôi đặt cho tiểu hành tinh, nhưng vẫn có những cái tên được đề xuất và chấp nhận như 6042 Cheshirecat, 9007 James Bond hay 26858 Misterrogers.

Các quy định đặt tên đặc biệt

Việc đặt tên tiểu hành tinh không phải tùy thích: có một số kiểu tiểu hành tinh phải được đặt theo một nguồn tên. Ví dụ, các tiểu hành tinh Centaur (nằm giữa Sao Thổ và Sao Hải Vương) đều phải được đặt tên theo các centaur trong thần thoại, các tiểu hành tinh Troia theo tên các vị anh hùng chiến tranh thành Troia và các vật thể ngoài Sao Hải Vương theo tên những linh hồn dưới địa ngục.

Một quy định từ lâu khác là các sao chổi phải được đặt theo tên người phát hiện ra chúng, trong khi đó các tiểu hành tinh thì không cần như avạy. Các nhà thiên văn có một cách để "lách" quy định này là dùng tên lẫn nhau để đặt cho khám phá của họ. Một trường hợp ngoại trừ đặc biệt của quy định này là 96747 Crespodasilva, nó được đặt theo tên người phát hiện là Lucy d'Escoffier Crespo da Silva, vì bà đã qua đời chỉ một thời gian ngắn sau thành công, ở tuổi 22.

Các biểu tượng tiểu hành tinh

Một số ít tiểu hành tinh phát hiện đầu tiên được gắn các biểu tượng như kiểu những biểu tượng truyền thống thường dùng cho Trái Đất, Mặt Trăng, Mặt Trời và các hành tinh. Các biểu tượng này nhanh chóng trở nên vô duyên, khó viết và nhận dạng. Tới cuối năm 1851 đã có 15 tiểu hành tinh được phát hiện, 14 tiểu hành tinh đã có biểu tượng riêng. Bốn biến thể chính đầu tiên:

:1 Ceres Sickle variant symbol of Ceres Old planetary symbol of Ceres Variant symbol of Ceres Other sickle variant symbol of Ceres :2 Pallas Old symbol of Pallas :3 Juno Old symbol of Juno :4 Vesta Old symbol of Vesta Modern astrological symbol of Vesta

Johann Franz Encke đã tiến hành một thay đổi lớn trong cuốn Berliner Astronomisches Jahrbuch (BAJ, "Berlin Astronomical Yearbook") năm 1854. Ông sử dụng các số được khoanh tròn thay cho các biểu tượng, dù ông bắt đầu đánh số từ Astraea, bốn tiểu hành tinh đầu tiên vẫn tiếp tục được biểu thị bằng các biểu tượng của chúng. Cải tiến mới này nhanh chóng được cộng đồng thiên văn học chấp nhận. Một năm sau đó, dãy số của Astraea lên tới 5 số, nhưng từ Ceres tới Vesta sẽ chỉ được biểu thị bằng dãy số từ năm 1867. Một số tiểu hành tinh khác (28 Bellona, 35 Leukothea, và 37 Fides) vừa có biểu tượng vừa có dãy số định danh.

Vòng tròn sau này trở thành hai dấu ngoặc, và trong vài thập kỷ sau thì cả dấu ngoặc thỉnh thoảng cũng bị bỏ đi.

Khảo sát tiểu hành tinh

Trước thời du hành vũ trụ, các tiểu hành tinh chỉ đơn giản là những hình ảnh nhỏ, thậm chí khi quan sát bằng các kính viễn vọng lớn nhất, hình dạng cũng như địa hình của chúng còn là điều bí ẩn.

Những bức ảnh gần đầu tiên của những vật thể như tiểu hành tinh được chụp năm 1971 khi tàu thăm dò vũ trụ Mariner 9 chụp ảnh Phobos và Deimos, hai vệ tinh nhỏ của Sao Hoả, có lẽ là những tiểu hành tinh đã bị bắt giữ. Những hình ảnh này cho thấy hình dạng không đều, giống như củ khoai tây của hầu hết tiểu hành tinh, tương tự như những hình ảnh sau này về các vệ tinh nhỏ của các hành tinh khí khổng lồ do tàu thăm dò vũ trụ Voyager chụp.

nhỏ|phải|[[951 Gaspra, tiểu hành tinh đầu tiên được chụp cận cảnh.]] Tiểu hành tinh thật sự đầu tiên được chụp gần là 951 Gaspra năm 1991, sau đó là 243 Ida và vệ tinh của nó là Dactyl năm 1993, tất cả những bức ảnh này đều do tàu thăm dò vũ trụ Galileo chụp khi đang trên đường tới Sao Mộc.

Tàu thăm dò vũ trụ đầu tiên dành riêng cho mục đích nghiên cứu tiểu hành tinh là NEAR Shoemaker, nó đã chụp ảnh 253 Mathilde năm 1997, trước khi đi vào quỹ đạo quay quanh 433 Eros, cuối cùng đổ bộ xuống bề mặt tiểu hành tinh này năm 2001.

Các tiểu hành tinh khác từng được tàu vũ trụ viếng thăm trong một khoảng thời gian khi chúng đang trên đường thi hành nhiệm vụ khác gồm 9969 Braille (bởi Deep Space 1 năm 1999), và 5535 Annefrank (bởi Stardust năm 2002).

Tháng 12 năm 2005, tàu thăm dò vũ trụ Hayabusa của Nhật Bản đã bắt đầu nghiên cứu chi tiết 25143 Itokawa và sẽ quay trở lại Trái Đất với những mẫu lấy từ bề mặt tiểu hành tinh này. Chương trình nghiên cứu tiếp sau là của châu Âu với tàu thăm dò vũ trụ Rosetta (được phóng năm 2004), nghiên cứu 2867 Šteins và 21 Lutetia vào năm 2008 và 2010.

NASA có kế hoạch phóng Dawn năm 2007, bay quanh 1 Ceres và 4 Vesta năm 2011–2015, và nhiệm vụ của nó có thể sẽ mở rộng sang cả 2 Pallas.

Từng có ý kiến đề xuất sử dụng các tiểu hành tinh trong tương lai như một nguồn nguyên liệu thay thế cho nguồn nguyên liệu sẽ cạn kiệt trên Trái Đất (khai thác tiểu hành tinh).

Tiểu hành tinh trong khoa học viễn tưởng

Thông thường các tiểu hành tinh (và có ít hơn là các sao chổi) trong khoa học viễn tưởng được thể hiện như những mối đe dọa bởi sự va chạm giữa chúng và Trái Đất có thể gây nên nguy cơ nghiêm trọng với thế giới. Điều này có cơ sở từ giả thuyết khoa học cho rằng những vụ va chạm như vậy trong quá khứ Trái Đất đã dẫn tới sự tuyệt chủng của loài khủng long—dù dường như chúng xảy ra các nhau hàng chục triệu năm, không hề có lý do đặc biệt nào để cho rằng sự va chạm như vậy có thể xảy ra trong vài nghìn năm tới đây.

Một cách khác để coi các tiểu hành tinh là một mối nguy hiểm là biểu hiện chúng như những vật có thể đe dọa tới những con tàu vũ trụ bay từ Trái Đất ra phía ngoài hệ Mặt Trời khi bay ngang qua vành đai tiểu hành tinh (hay phải buộc bay vòng–tốn thời gian và nhiên liệu–để tránh nó). Các tiểu hành tinh được thể hiện như vậy thường giống như những bãi cát ngầm hay những quả núi ngầm dưới mặt biển xuất hiện trong những câu chuyện chinh phục đại dương thời cổ. Và cũng giống như những bãi cát hay đá ngầm dưới đại dương, các tiểu hành tinh cũng có thể được dùng làm nơi trú ẩn cho những kẻ ngoài vòng pháp luật phải sống trốn tránh. Vành đai tiểu hành tinh được thể hiện trong phim ảnh thường là những phiến đá bay hỗn loạn đầy nguy hiểm phi hiện thực. Các tiểu hành tinh trong thực tế, thậm chí cả vành đai chính, nằm rất xa nhau.

Trước khi việc chinh phục các tiểu hành tinh có thể trở thành một khả năng hiện thực, sự quan tâm chính tới chúng chính là lý thuyết nguồn gốc tiểu hành tinh, cụ thể lý thuyết cho rằng các tiểu hành tinh là tàn tích của một hành tinh đã nổ tung. Điều này tự nhiên dẫn tới giả thuyết viễn tưởng rằng trên hành tinh này từng có người ở, và vì thế chính các cư dân ở đó đã gây ra sự hủy diệt của chính họ, bởi chiến tranh hay những hành động tàn phá môi trường. Mở rộng thêm lý thuyết đó, nếu các tiểu hành tinh là tàn dư của một hành tinh trong quá khứ thì tương lai hủy diệt Trái Đất và các hành tinh khác thành các tiểu hành tinh mới cũng không thể bỏ qua.

Khi đề tài chinh phục liên hành tinh lần đầu trở thành một chủ đề trong khoa học viễn tưởng, vành đai tiểu hành tinh không phải là nơi đáng thèm muốn, kém xa rất nhiều so với các hành tinh như Sao Hoả và Sao Kim (thường được coi là một kiểu hành tinh thiên đường, cho tới khi các tàu thăm dò vũ trụ thập kỷ 1960 khám phá ra nhiệt độ và điều kiện thực tế bên dưới những đám mây của Sao Kim). Vì thế, trong nhiều câu chuyện và cuốn sách về vành đai tiểu hành tinh, nếu không thực sự là một nguy cơ, thì nó cũng chỉ là một nơi tù túng hiếm khi được đặt chân đến trong quá trình chinh phục hệ Mặt Trời.

Viễn cảnh chinh phục các hành tinh trong hệ Mặt Trời càng trở nên tăm tối khi những khám phá ngày càng nhiều về điều kiện trên bề mặt của chúng. Trái lại, giá trị tiềm năng của các tiểu hành tinh lại tăng lên nhiều, như một nguồn tài nguyên khoáng vật, dễ dàng tiếp cận trong điều kiện lực hút hấp dẫn nhỏ, và khi những nguồn tài nguyên trên Trái Đất đang cạn đi. Những câu chuyện về khai thác tiểu hành tinh đã bắt đầu xuất hiện ngày càng nhiều kể từ cuối thập kỷ 1940, và bước tiến hợp logic tiếp theo chính là các xã hội kiểu Trái Đất trên những tiểu hành tinh đó.