【半人马之星】太阳系小天体系列之——半人马天体（Centaur）

太阳系木星和海王星轨道之间有一个特殊的小天体，天文学家称之为半人马天体(Centaur)。

关于半人马天体，没有非常明确的定义，总之它们的轨道至少要与外太阳系中三个气态大行星（木星、天王星、海王星）中的一个或多个轨道相交。在国际小行星中心（Minor Planet Center, MPC）的定义中，半人马天体是指近日点在木星轨道之外（q>5.2 AU）、同时半长径在海王星轨道之内的天体（a<30.1 AU）。然而MPC现在也将半人马天体和散射盘天体放在同一类中。而在喷气动力实验室（Jet Propulsion Laboratory, JPL）的定义中，半人马天体是指轨道半长径在木星和海王星之间的天体（5.2 AU≤a≤30.1 AU）。不过在我看来什么定义并不重要，重要的是我们要知道在大约那么个位置，有这么一群天体在围绕太阳运转。

半人马天体分布示意图，横坐标表示轨道半长径，纵坐标表示轨道倾角

轨道

上图显示了已知半人马天体的轨道特征，包括半长径、轨道倾角等。对于蓝色点表示的天体，其圆圈大小代表了直径，其他白色较小的天体，则代表了绝对星等（绝对性等跟直径有关），此外红色线代表了轨道近日点和远日点能够到达的距离。可以看到，半人马天体的偏心率分布范围较大，像Pholus, Asbolus, Amycus, Nessus有非常高得偏心率，而像Chariklo(体积最大的半人马天体，直径超过230km），Okyrhoe，Thereus等偏心率则较低。另外上图中的黄色直线标出了一些轨道非常特殊的半人马天体，比如1999 XS35 (Apollo 型小行星)，偏心率高达0.947，轨道近日点到达地球以内，远日点在海王星轨道之外。

部分半人马天体的轨道为逆行轨道，轨道倾角从160°到120°不等，其中有17个已知的半人马天体被认为是来自太阳系外的星际天体。半人马天体的轨道通常是不稳定的，轨道寿命只有几百万年，但有一个特例，小天体（514107） Kaʻepaokaʻawela，其轨道是稳定的。而小天体（55576）Amycus的轨道则是不稳定的，它与天王星处于近3:4共振状态，科学家们通过研究半人马天体的轨道后发现，半人马天体的轨道可能是处在柯伊伯带天体（KBOs）向木星族彗星（JFCs）迁移过程中的过渡状态。下图展示了半人马天体（8405）Asbolus在未来5500年的轨道演化情况。

半人马天体Asbolus的轨道半长径随时间的演化，演化周期为5500年，可以看到受木星的引力影响较大

物理特性

首先是色指数，色指数是由光度系统中使用基于不同波长的滤光片来测量一个天体的亮度而得到，其中常用的UBV光度系统，可以用来表征传统小行星和遥远的天体，其中U代表ultraviolet(极紫外线)，V代表Visible（可见光），B代表Blue(蓝光)。半人马天体的色指数范围较广，下图展示了已知半人马天体的色指数与土星卫星Phoebe和火星色指数的对比。

半人马天体的色指数

小天体的光谱与小天体表面的颗粒大小、材质等因素有关。半人马天体的光谱特征比较模糊，通过望远镜观测到的光谱与多个模型吻合。不过在半人马天体中，可以确定的是由水冰的存在，包括 2060 Chiron, 10199 Chariklo 和 5145 Pholus。除了水冰外，还发现了半人马天体的一些其他特征，比如Chariklo的表面是有机物与非晶碳的混合体，Pholus表面被发现有和土卫六泰坦星（Titan）表面相似的有机物以及黑色的碳、橄榄石和甲烷冰。在半人马天体中，Chiron的光谱最为复杂，且光谱形态与观测时间有关，表明Chiron表面的物质形态在发生变化，且有可能具有一定活动性。

在1988年和1989年对Chiron的观测中发现，该小天体在过近日点时产生了慧发！因此该小天体被认为既是彗星又是小行星。其他的半人马天体比如(60558) Echelus和166P/NEAT，也发现有类似的彗星活动。截至目前，总共发现有超过30颗半人马天体具有活动性，不过这些具有活动性的半人马天体，更趋于有较小的近日点距离。在Echelus和Chiron中，科学家们探测到CO，这些一氧化碳足以形成一个慧发结构，但对比另一颗被认为是半人马天体的彗星29P/Schwassmann–Wachmann，CO含量较少。

左：哈勃望远镜拍摄到的Chiron；右：Spitzer望远镜拍摄到的彗星29P/Schwassmann–Wachmann

半人马天体起源

虽然近年来关于半人马天体的起源相关研究较多，但受限于观测数据太少，很多结论都有待商榷。轨道模拟显示，柯伊伯带天体可能受到引力扰动向内迁移，成为半人马天体。而目前最好的候选起源地则是散射盘区域（scattered disc），但色指数与半人马天体的特征略有差异。除此之外，在柯伊伯带中接近冥王星轨道的一些天体，与半人马天体有类似的色指数特征，并且这些天体的轨道并非都是稳定的，在冥王星引力扰动下，也有可能向内迁移变为半人马天体。部分研究表明，在气态巨行星的引力撕扯作用下产生的碎片，也可能演变为半人马天体。

半人马天体、柯伊伯带、散射盘的位置，其中柯伊伯带天体、散射盘天体，均属于海外天体（TNOs）