Tiểu hành tinh

Tiểu hành tinh, hành tinh nhỏ là những từ đồng nghĩa để chỉ một nhóm các thiên thể nhỏ trôi nổi trong hệ mặt trời trên quỹ đạo quanh Mặt trời. Asteroid (từ tiếng Hy Lạp có nghĩa "giống sao") là từ được sử dụng nhiều nhất trong tiếng Anh để chỉ các tiểu hành tinh, và đã trở thành thuật ngữ ưu tiên của Liên đoàn Thiên văn học Quốc tế; một số ngôn ngữ khác thường sử dụng planetoid (tiếng Hy lạp: "giống hành tinh"), vì từ này miêu tả chính xác hơn thực tế hiện trạng của chúng. Cuối tháng 8 năm 2006, IAU đã đưa ra thuật ngữ "các vật thể nhỏ hệ mặt trời" (SSSBs), bao gồm đa phần các vật thể không được xếp hạng là hành tinh nhỏ, cũng như là sao chổi; chúng đồng thời được xếp loại "hành tinh lùn" đối với những vật thể lớn nhất. Bài viết này đặc biệt chú trọng tới các hành tinh nhỏ ở phía bên trong hệ mặt trời (gần quỹ đạo Sao Mộc) và có lẽ có thành phần chính là "đá". Đối với các loại vật thể khác, như sao chổi, các thiên thể cắt ngang quỹ đạo Sao Hải Vương, và các tiểu hành tinh Centaur, xem bài Vật thể nhỏ Hệ Mặt trời.
Trong Hệ Mặt trời, tiểu hành tinh đầu tiên và lớn nhất được phát hiện là Ceres, hiện tại nó được xếp loại là một hành tinh lùn, trong khi số còn lại hiện được xếp loại như những vật thể nhỏ Hệ Mặt trời. Số lượng to lớn các tiểu hành tinh được khám phá bên trong vành đai tiểu hành tinh chính, với các quỹ đạo elíp giữa quỹ đạo Sao Hoả và Sao Mộc. 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 Mặt Trăng hay đi thành cặp trở thành các hệ đôi.

Các tiểu hành tinh trong Hệ Mặt trời

Hàng trăm nghìn tiểu hành tinh đã được khám phá bên trong hệ mặt trời và tỷ lệ khám phá hiện nay là khoảng 5000 tiểu hành tinh/tháng. Tới ngày 17 tháng 9 năm 2006, trong tổng số 342.358  tiểu hành tinh được biết, 136.563 có quỹ đạo được xác định đủ để được đánh ký hiệu chính thức. Trong số đó, 13.422 có tên chính thức. Hành tinh nhỏ được đánh số nhỏ nhất nhưng chưa được đặt tên là (3360) 1981 VA; hành tinh nhỏ có số lớn nhất và chưa có tên (ngoài các hành tinh lùn 136199 Eris và 134340 Pluto) là 129342 Ependes.
Ước tính hiện nay tổng số tiểu hành tinh có đường kính hơn 1 km trong hệ mặt trời là khoảng từ 1.1 đến 1.9 triệu. tiểu hành tinh lớn nhất phía bên trong hệ mặt trời là 1 Ceres, với đường kính 900–1000 km. Hai vật thể lớn khác ở vành đai tiểu hành tinh của hệ mặt trời là 2 Pallas và 4 Vesta; cả hai đều có đường kính ~500 km. Vesta là tiểu hành tinh duy nhất trong vành đai tiểu hành tinh chính thỉnh thoảng có thể được quan sát thấy bằng mắt thường (trong một số dịp rất hiếm hoi, một tiểu hành tinh gần Trái Đất có thể được quan sát thấy bằng mắt thường; xem 99942 Apophis).
Khối lượng của toàn bộ các tiểu hành tinh trong Vành đai chính được ước tính khoảng 3.0-3.6×10²¹ kg, hay khoảng 4% khối lượng Mặt Trăng của chúng ta. Trong số đó, 1 Ceres chiếm 0.95×10²¹ kg, khoảng 32% tổng khối lượng. Ba tiểu hành tinh có khối lượng lớn tiếp theo là 4 Vesta (9%), 2 Pallas (7%), và 10 Hygiea (3%), tổng khối lượng của chúng chiếm tới 51%; trong khi ba tiểu hành tinh sau đó là 511 Davida (1.2%), 704 Interamnia (1.0%), và 3 Juno (0.9%), chỉ chiếm 3% tổng khối lượng. Số lượng tiểu hành tinh tăng lên nhanh chóng khi khối lượng riêng lẻ của chúng giảm đi.
Xem thêm Danh sách các tiểu hành tinh đáng chú ý trong Hệ Mặt trời, hay Danh sách các tiểu hành tinh.

Xếp hạng tiểu hành tinh

Các tiểu hành tinh thường được xếp vào hai nhóm dựa trên tính chất quỹ đạo của chúng và trên các chi tiết quang phổ ánh sáng mặt trời do chúng phản chiếu.

Các phương pháp khám phá lịch sử

Trong hai thế kỷ qua các phương pháp khám phá tiểu hành tinh đã có những bước tiến bộ to lớn.
Những năm cuối thế kỷ 18, Baron Franz Xaver von Zach đã tổ chức một nhóm 24 nhà thiên văn học để khảo sát bầu trời nhằm tìm kiếm "hành tinh bí ẩn" được tiên đoán nằm ở khoảng cách 2.8 AU từ Mặt trời theo Quy luật Titius-Bode, một phần có cảm hứng từ khám phá ra Sao Thiên Vương trước đó ở đúng vị trí "tiên đoán" theo quy luật này của Ngài William Herschel năm 1781. Nhiệm vụ này đỏi hỏi phải vẽ tay các biểu đồ bầu trời với toàn bộ những ngôi sao trong dải hoàng đạo với giới hạn phát sáng nhỏ nhất của ngôi sao theo thoả thuận trước. Trong những đêm tiếp sau, bầu trời sẽ được vẽ lần nữa và bất kỳ một vật thể nào chuyển động, sẽ biến thành một vạch. Chuyển động theo tiên đoán của hành tinh bí ẩn đó là khoảng 30 cung một giờ, rõ ràng có thể phân biệt đối với các nhà quan sát.
Trớ trêu thay, tiểu hành tinh đầu tiên, 1 Ceres, không phải do một thành viên trong nhóm này khám phá, mà là một phát hiện tình cờ năm 1801 của Giuseppe Piazzi, khi ấy đang là giám đốc đài quan sát Palermo, tại Sicilia. Ông đã khám phá ra một vật thể tương tự sao mới trong khu vực chòm sao Taurus và theo dõi sự dịch chuyển của nó trong nhiều đêm. Đồng nghiệp của ông, Carl Friedrich Gauss, đã sử dụng những quan sát đó để xác định khoảng cách chính xác của vật thể chưa biết đó tới Trái Đất. Những tính toán của Gauss cho thấy vật thể nằm giữa hai hành tinh Sao Hoả và Sao Mộc. Piazzi đặt tên nó là Ceres, vị nữ thần nông nghiệp của người La Mã.
Ba tiểu hành tinh khác (2 Pallas, 3 Juno, 4 Vesta) được khám phá trong vài năm sau đó, Vesta được tìm thấy năm 1807. Sau tám năm tìm kiếm không hiệu quả tiếp theo, đa số các nhà thiên văn kết luận rằng không còn một tiểu hành tinh nào nữa và dừng tìm kiếm.
Tuy nhiên, Karl Ludwig Hencke vẫn bền bỉ và bắt đầu tìm kiếm thêm các tiểu hành tinh khác năm 1830. Mười lăm năm sau, ông tìm ra 5 Astraea, tiểu hành tinh mới đầu tiên sau 38 năm. Ông cũng phát hiện 6 Hebe chỉ chưa tới hai năm sau. Sau đó, các nhà thiên văn học khác cùng tham gia tìm kiếm và ít nhất mỗi năm lại có một tiểu hành tinh được tìm thấy (trừ thời năm 1945 đang có chiến tranh). Những người tìm kiếm tiểu hành tinh nổi tiếng nhất thời kỳ đầu này gồm J. R. Hind, Annibale de Gasparis, Robert Luther, H. M. S. Goldschmidt, Jean Chacornac, James Ferguson, Norman Robert Pogson, E. W. Tempel, J. C. Watson, C. H. F. Peters, A. Borrelly, J. Palisa, Paul Henry và Prosper Henry và Auguste Charlois.
Năm 1891 Max Wolf đã tiên phong sử dụng kỹ thuật chụp ảnh thiên văn để tìm kiếm các tiểu hành tinh, chúng sẽ biến thành các vệt trên những tấm kính ảnh có thời gian lộ sáng dài. Kỹ thuật này đã cải thiện đáng kể tỷ lệ khám phá so với những phương pháp trước đó: chỉ mình Wolf đã phát hiện ra 248 tiểu hành tinh, đầu tiên là 323 Brucia, trong khi từ trước tới đó chỉ hơn 300 tiểu hành tinh được phát hiện. Tuy vậy, một thế kỷ sau, chỉ vài nghìn tiểu hành tinh được xác định, đánh số và đặt tên. Mọi người biết rằng còn nhiều tiểu hành tinh khác, nhưng đa số các nhà thiên văn học không chú ý tới chúng, gọi chúng là "ký sinh của bầu trời".

Các phương pháp khám phá hiện đại

Tới tận năm 1998, các tiểu hành tinh vẫn được khám phá theo quy trình bốn bước. Đầu tiên, một vùng bầu trời được chụp ảnh bằng kính thiên văn có thị trường rộng. Thông thường cứ mỗi giờ lại chụp hai bức (một cặp). Một ngày có thể chụp nhiều cặp. Thứ hai, hai film của cùng một vùng bầu trời được quan sát dưới kính nổi. Bất kỳ một vật thể nào có quỹ đạo quanh Mặt trời sẽ hơi chuyển chỗ sau mỗi cặp phim. Dưới kính nổi, hình ảnh vật thể sẽ thể hiện hơi nổi lên trên nền các ngôi sao phía sau. Thứ ba, một khi vật thể di chuyển đã được xác định, vị trí của nó sẽ được đo đạc chính xác bằng kính hiển vi số. Vị trí này sẽ được đo so với vị trí các ngôi sao đã được biết trước.
Ba bước đầu tiên đó chưa hoàn thành việc khám phá tiểu hành tinh: người quan sát chỉ mới tìm thấy một sự xuất hiện (apparition), và nó được cấp một số định danh tạm thời, gồm năm khám phá, một chữ thể hiện tuần lễ khám phá, và cuối cùng là một chữ và một số thể hiện số dãy (sequential number) của sự khám phá (ví dụ: 1998 FJ₇₄).
Bước cuối cùng là gửi những dữ liệu vị trí và thời gian quan sát tới Brian Marsden thuộc Trung tâm tiểu hành tinh. Dr. Marsden có các chương trình máy tính tính toán xem liệu một sự xuất hiện có liên quan tới những sự xuất hiện trước đó thành một quỹ đạo duy nhất không. Nếu đúng vậy, vật thể sẽ được gắn một số. Người quan sát sự xuất hiện đầu tiên và tính ra được quỹ đạo của nó được tuyên bố là người khám phá ra tiểu hành tinh, và anh ta có được vinh dự đặt tên cho nó (phải được Liên đoàn Thiên văn học Quốc tế chấp nhận) một khi nó được đánh số.

Tổng quan: 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 2002 AT4). 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 433 Eros). 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. Trong những dịp hiếm hoi, một tên tạm thời của tiểu hành tinh có thể được dùng làm tên gọi của chính nó: tiểu hành tinh chưa được đặt tên (15760) 1992 QB1 gave its name to a group of asteroids which became known as cubewanos.

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 Tờ tin Hành tinh Nhỏ (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. A=10, B=11,…, Z=35, a=36,…, z=61. Vì thế, dãy số dài như 120437 sẽ được định dạng thành C0437 trên một số bản danh sách.

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 Centaurs (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.

Khảo sát tiểu hành tinh

Trước thời du hành vũ trụ, các tiểu hành tinh chỉ đơn giản là những hình ảnh nhỏ như đầu đinh ghim, thậm chí khi quan sát bằng các kính viễn vọng lớn nhất và 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 Mặt Trăng nhỏ của các hành tinh khí khổng lồ do tàu thăm dò vũ trụ Voyager chụp.
Tiểu hành tinh thật sự đầu tiên được chụp gần là 951 Gaspra năm 1991, sau đó là 243 Ida và Mặt Trăng 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 sẽ là của châu Âu với tàu thăm dò vũ trụ Rosetta (được phóng năm 2004), sẽ nghiên cứu 2867 Šteins và 21 Lutetia năm 2008 và 2010.
NASA đang có kế hoạch phóng Dawn Mission năm 2007, sẽ bay quanh quỹ đạo 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).