天空中出現的壯麗光亮，源自太空中飛過的塵埃或卵石，浪漫而神秘。
當我在科羅拉多州大章克辛附近的沙漠觀光時，有人借給我一副夜視眼鏡，這讓我非常高興。這種特別設計的眼鏡非常強大，能使光增強很多倍，通常對人眼來說太暗的東西也可以被看到，因此美國法律禁止將它們出口。軍方用這些眼鏡找尋敵軍，而山民則用它們來尋找夜行動物。
我對那些功用沒有興趣，我只想利用它來觀察天空，希望看到一些不用輔助手段永遠也注意不到的闇弱天體。在晴朗的夜空中，最吸引我的就是在大氣中頻繁出現的流星。在僅僅幾分鐘的時間裡，有大概5～10顆流星在我的視野裡飛馳而過。我很幸運，因為我看向天空的時候正好有一場流星雨，閃光經過視野的頻率比平時更多。然而，即使沒有流星雨來增強頻率，微小的沙粒也總是在大氣層中持續燃燒。
這些塵埃粒子造成的流星讓人特別激動。天空中出現的壯麗光亮，源自太空中飛過的塵埃或卵石，浪漫而神秘。當然，前提是它們不會衝到地面——沒人願意被高速墜落的石頭砸中，且我們也肯定不希望有大石頭砸中地球。幸運的是，雖然在極少數情況下一些大個頭會擊中或靠近地球而造成傷害，但大多數靠近地球的物體並不值得擔憂。每天有上百萬的小流星體，攜帶大約有50噸的天外物質進入地球的大氣層，然而我們並沒有受到什麼明顯影響。
第一部分以暗物質和整個宇宙為重點，只在最後簡略介紹了銀河系和太陽系；第二部分將集中講述太陽系，尤其是可能與暗物質盤的存在相關的東西。這一部分將探索能夠到達地球或者地球附近的天體，以及已經對地球生物造成關鍵影響的天文現象。本章討論行星、小行星、流星、流星體、隕石以及各種容易混淆、不斷變化的天文術語。第7章將轉向另一種地球束縛軌道天體——彗星，及其“前身”所處的太陽系的更遠地帶。
模糊的邊界
我和我的合作者大多是理論物理學家，這意味著我們研究的是基本粒子（即組成物質的基本成分）的性質。而天文學家主要研究天空中最大的物體，他們考察這些東西是什麼，以及它們是如何由基本物質合併而成，並演化成今日之貌。眾所周知，粒子物理學家總是在創造一些新奇的術語，或者用人名來命名尚未被發現的、有些純粹是假想的對象，比如“夸克”“希格斯玻色子”“軸子”。和大多數天文學名字相比（它們經常被粒子物理學家笑話），我們的命名系統就顯得非常有條理。天文學命名要考慮歷史背景，而不是基於已知科學的解釋說明。現在的天文學命名慣例和計量單位是非常晦澀並且不直觀的。那些術語通常和事物發現時的已知知識或者僅僅是猜測的東西相關，而與人們目前對事物的理解無關。
例如，你可能以為星族I指的是宇宙中的第一代恆星，但星族I被用於指代一種稍後形成的恆星，星族II被用於指代另外一種。而當一種短暫存在的最早期形成的恆星被提出時，它們被叫作星族III。另一個同樣令人混淆的例子是“行星狀星雲”這個稱呼，它是紅巨星演化的最終階段，與行星一點關係都沒有。這個讓人困惑的名字起源於18世紀末期，天文學家威廉·赫捨爾（William Herschel）在望遠鏡裡第一次看到這類天體的時候，誤認為是行星[10]，所以將其命名為行星狀星雲。
天體物理中有一些讓人困惑不已的術語。人類在長達幾個世紀的時間裡一直進行天文學觀測，並依據當時的觀測得到結論，同時給出命名。而要在很久以後，能夠正確解釋這些術語本質的理論才會出現。只在極少數情況下，在一開始就有人理解了全部圖像，但通常都是在一段時間之後才出現的。因為沒有更好的理解，命名不可能建立在正確有條理的原則之上。
對行星、小行星和流星的術語命名也不例外。最初的分類非常寬泛，包含非常多不同類型的對象。只有從新天體的發現表明最初的命名不恰當之後，人們才意識到這個問題。雖然如此，最初的命名通常都會保留下來，不過具體的定義會隨著時間發生改變。我總是對更改名字很謹慎。在商業或者政治活動中，改變稱謂經常被用來轉移對真正問題的注意力。然而，大多數天文術語的演化反映了真實的科學進步。目前，術語所代表內容的擴大是一個令人激動的現象，反映了我們對太陽系的理解取得的重大進步。
行星的等級世界
最開始，“行星”這個術語是被廣泛應用的。當古希臘人第一次發明這個詞時，他們並不清楚天空中大多數物體之間的區別。當時的科學家需要更加精密的測量工具，才有可能瞭解到天空中看上去一樣光亮的點是不一樣的。有一件事情希臘天文學家可以觀測到，那就是有些天體是在運動的，因此他們造出了一個單獨的詞“asters planetai”（遊走的恆星）來稱呼它們。但是最初的定義不僅包括行星，還包括太陽和月亮。
後續的發現要求使用更精確的術語。雖然起初含義廣泛，但隨著時間推移，“行星”這個術語變得越來越嚴格。它的意思一開始是指肉眼可見的五大行星（不包括地球，在以地球為中心的模型中地球算不上行星），後來也包括其他由望遠鏡發現的行星。
現在我們知道，行星是在太陽誕生之後形成的。塵埃顆粒不斷地積聚當時與之碰撞的大量物質，然後增長到與今天差不多的狀態。這一過程大概需要幾百萬年、幾千萬年的時間。從天文學的角度看，這只是短暫的一瞬間。
行星的成分和狀態取決於它的溫度。對於小行星和彗星來說溫度同樣重要。你可以想像到，對於靠近太陽的行星，吸積到此行星上的物質，比吸積到離太陽更遠的行星上的物質溫度高得多。較高的溫度使得水和甲烷處在氣體狀態，這個範圍延伸到4倍日地距離的地方。因此最初在這裡幾乎沒有這類物質凝結。此外，太陽發射出帶電粒子，把其附近區域中的氫和氦沖走。因此，只有結實的物質，比如鐵、鎳、鋁以及硅酸鹽，這些在這樣的高溫下也不會融化的物質，才能凝結到內側的行星上去。
正是這些物質組成了靠近太陽的4顆類地行星——水星、金星、地球和火星。這些元素相對罕見，因此這些靠近中心的行星需要一定時間長大。它們能達到今天的體積，碰撞和併合必不可少，但是和靠外的行星相比，它們的體積仍然很小（見圖6-1）。
圖6-1
4個靠近太陽的岩石組成的行星，以及4個靠外的體積較大的氣態行星，相對大小如圖所示。小行星帶和柯伊伯帶也在圖中標出了。下方的圖例給出了行星的名字以及它們在太陽系中的相對位置。
遠離太陽的地方，在火星和木星的軌道之間有一個邊界。在這個邊界之外，水和甲烷這樣易揮發的化合物凍結成晶體。這個外部區域的行星的增長更為高效，因為和構成類地行星的物質相比，構成它們的物質的丰度要大得多。這其中包括了氫，當行星足夠快速地形成的時候，能夠大量積聚氫。這4個氣態巨行星（包括木星、土星、天王星和海王星）的總質量是太陽系質量（不包括太陽本身的質量）的99%。而木星，這個最接近物質能否積聚的分界線的行星，又佔了其中的大部分。
在過去的20多年裡，在太陽系的外部區域，發現了更多類行星物體，更不用說那些圍繞在其他恆星軌道上的物體了。行星不再是一個簡單的類別。這其中的成員彼此之間差異巨大，小的可以比月亮還小，大的幾乎可以達到恆星核燃燒的尺寸。此前發生過多次對定義的修訂。比如，谷神星（Ceres）被發現之後在長達50年時間裡都被認為是行星，然後被重新歸類為一個小行星。然而，不久之前的一次討論引發了很多人的關注。
你也許記得當時的新聞故事，關於冥王星是否繼續有資格作為一個行星。天文學家們現在仍在私下討論這個問題，有時候甚至展開投票，想要讓冥王星恢復原來的身份。近期的一些發現引發了最初的討論。辯論愈演愈烈，但爭論並非完全出乎意料，因為自從20世紀20年代，當冥王星首次被發現之時，人們就覺得它有些怪異。冥王星的軌道比其他行星的軌道偏心率更大，也就是軌道被拉長得更多。而它的軌道傾角（相對於太陽系平面的角度）比其他行星大得多。與太陽系裡的其他距離太陽較遠的行星（那些被稱作氣態和冰態的行星）相比，冥王星非常小。在行星王國裡，它明顯是個異類。
然而，70年後，有幾個類似的天體在附近軌道被發現，表明古怪的冥王星其實並沒有那麼特別，本來對於它是行星的身份而言，也沒有必要非要把它單獨挑出來。對於改變冥王星分類的理由，簡而言之，類似於制定許多隨意的規則時所採用的理由一樣：“如果我們讓你加入，那麼我們不得不讓所有其他人也加入。”這是個偷懶的理由，為了避免更加微妙的分類而設定，不過它很難令人滿意或者具有說服力。但是和冥王星大小以及軌道都相似的天體也被發現了。如果冥王星繼續作為行星，那麼另一個相似的在2005年被發現的叫作鬩神星（Eris）的天體也應該是行星。還有好幾個其他天體也很有可能如此。鬩神星尤其麻煩，測量發現它比冥王星還要重27個百分點。之後有了更多類似的發現，某個人（或者某個組織）將不得不規定行星身份質量的下限。但是如果把冥王星降級，問題就可以解決了。這就是國際天文學聯合會（IAU）2006年在布拉格大會上作出的決定。他們利用了人們在此類情形下的通常做法：他們改變了准入規則。
所以，現在行星的定義為，由於自身引力成為圓球，並且“清掃了鄰近區域”，在其附近不存在圍繞太陽運動的更小天體的物體。這意味著，對於像冥王星和鬩神星一樣的天體，是附近有獨立軌道的一些天體構成的天體帶的一部分，所以它們就不再屬於行星了。而像水星和木星這樣的天體，近似球形，並且在它們的軌道上是孤立的，雖然互相之間差異巨大，它們仍是合格的行星。
這意味著，雖然我們大多數人都出生在一個太陽系有九大行星的時代，但現在，只有八大行星了。你也許會覺得這很讓人沮喪，但這可能比不上美國在1984年進入大學的人所經歷的。因為1984年7月17日法律上的一個改變，他們從合法飲酒的年齡被降級為未達法定飲酒年齡[11]。2006年，當國際天文學聯合會改變行星准入門檻的時候，冥王星被降級了。
有趣的是，最初對於鬩神星和冥王星的相對大小的估計，後來被證明是個誤導。雖然鬩神星被認為比冥王星大，但誤差非常大，天文學家不得不等待更詳細的觀測結果來核實這個說法。2015年7月，“新視野”號（New Horizons）宇宙飛船近距離飛越冥王星，拍下了壯觀的圖像，得到更加詳細的信息，結果表明其實冥王星的體積更大。如果從一開始就沒有這個不確定性，也許冥王星現在依然位於大行星的精英之列。
作為安慰獎，在“行星”被重新定義的同一個會議上，國際天文學聯合會發明了術語“矮行星”（dwarf planet），來稱呼和冥王星一樣掉入小行星和行星裂縫之間的天體。冥王星成為這個新創建俱樂部的首位成員，也是模範代表。“矮行星”這個特殊的名字一直都有爭議。不像矮恆星其實就是恆星，矮行星並不是行星。這個名字的產生是由於最開始區分就並不清楚。其他被提議的名字更荒謬，比如“微行星”（planetoid）、“子行星”（subplanet）。
和行星一樣，矮行星圍繞太陽運動，而不是像月亮一樣繞著另一個行星運動。矮行星和小行星也不一樣，小行星只是形狀任意的岩石。按照定義，矮行星比小行星大，必須質量足夠大，能夠在其自身引力作用下成為近似的圓球形。但矮行星和真正的行星不一樣，它們沒有獨立的軌道。很多其他天體也在附近有繞轉。就是因為這個不孤立因素，它們沒有清空近鄰區域，從而被排除在行星身份之外。一位天體物理學同事開玩笑說，行星就像資深的教授，把附近的軌道都清空了；矮行星更像博士後，獨立工作，但是他們的辦公室挨著研究生；研究生就像小行星一樣，還沒有成型。
目前，矮行星的成員還有限。冥王星和谷神星是唯一被確認的矮行星，它們是小行星帶上最大的，但又是已知矮行星中最小的天體。谷神星是內太陽系的唯一一個矮行星。在遙遠的區域，妊神星（Haumea）、鳥神星（Makemake）和鬩神星也被官方認定為矮行星，因為它們足夠大，同時它們幾乎可以肯定是圓的，雖然它們的形狀還需要進一步進行可靠觀測。其他的候選者也可能滿足要求，比如神秘的塞德娜（Sedna），我們只有在完成更好的探測之後才能確定。然而，很多天文學家認為更多，也許數量多達100個或者200個的矮行星還存在於遙遠的柯伊伯帶中（這點我們稍後會講到）。柯伊伯帶很可能是上述物體起源的地方，也非常可能是有待發現的更多類似種類的源頭。
小行星，太陽系最資深的漂流者
與“行星”和“矮行星”不同，“小行星”這個專業名詞的定義仍然模糊，只是在口頭上這樣稱呼它，天文學界還從未正式地定義它。直到19世紀中葉，“小行星”和“行星”這兩個詞還是可以交替使用的，並且通常認為是同義詞。今天我們用“小行星”這個詞的時候，通常指的是比流星體大，但是比行星小的物體，它在太陽系內圈，直徑從幾十米到幾公里不等。《紐約客》雜誌撰稿人喬納森·布利策（Jonathan Blitzer）曾經對它們這樣描述：“小行星是太陽系最資深的漂流者，有著岩石般的身體，圍繞著太陽運轉，從太陽系形成之時被遺留。其太小不能成為行星，但又並非小到可以被遺忘，它們能夠揭示出很多關於宇宙原初歷史的事情。”
與矮行星不同，小行星的形狀通常是不規則的（見圖6-2）。因為觀測到的小行星旋轉速率的上限很低，讓科學家們認為，大部分小行星並不是結合緊密的天體，僅僅是岩石碎屑的聚集物。如果旋轉速度更快，碎石塊就會飛散。探測器已經到訪過一些小行星，以及小行星衛星的觀測都支持這一推測，證明小行星的密度較低。
小行星的數目非常多，也許有幾十億個，而它們的成分千差萬別。它們中的大部分，要麼是S型的，由普通硅酸鹽岩石組成，大部分在火星附近發現；要麼是C型的，富含碳元素，距離上更靠近木星。當人們研究太陽系中生命的起源時，特別注意了後一種小行星，因為碳元素對於生命至關重要。有趣的是，對於隕石所做的實驗研究發現，一些小行星含有微量的氨基酸，由此使得它們更加受關注。下一章我們會看到，彗星也是如此，讓它們成為另一個考慮生命起源時的重要主題（稍後我會講述）。對生命而言，水很重要。一些小行星包含水，而彗星中普遍含有更多的水。主要由鐵和鎳組成的金屬小行星上也有水。儘管至少有一個相對仔細研究的小行星，它有一個鎳鐵核以及一個玄武岩的殼層，但還是比較罕見的，只佔小行星總數的百分之幾。
圖6-2
截止到2014年8月，被探測器訪問過的小行星和彗星的圖像。它們的直徑從幾百米到100公里不等。（圖像由艾米麗·拉克達沃拉[Emily Lakdawalla]合成。數據來自NASA/JPL/JHUAPL/UMD/JAXA/ESA/OSIRIS團隊/俄羅斯科學院/中國國家航天局。圖像由艾米麗·拉克達沃拉、丹尼爾·馬查歇克[Daniel Machacek]、特德·斯特裡克[Ted Stryk]、戈登·烏加爾科維奇[Gordan Ugarkovic]處理）
和行星不一樣，小行星極少是孤立的。它們在太陽系中特定的區域做軌道運動，和附近許多其他的小行星一起繞轉。大多數小行星位於小行星帶。這一區域從火星一直延伸到包含木星軌道的位置，涵蓋了從岩石類行星區域外邊緣一直到遙遠的氣態行星（見圖6-3）。小行星帶延展寬度大約為2天文單位[12]至4天文單位，距離太陽大約2.5億公里～6億公里遠。在主帶之外，另一類小行星——特洛伊（Trojans）族小行星，被一個更大的行星或者一個行星的衛星束縛，保證了其穩定性。
圖6-3
火星和木星之間的主小行星帶以及特洛伊族小行星，這是一個阿波羅型小行星和一個阿莫斯型小行星的例子。
小行星的分佈
自21世紀以來，天文學家開始瞭解早期太陽系的行星遷移。關於小行星帶形成的科學研究取得了很多進展。現在我們知道，在行星開始形成之後的幾百萬年時間中，由太陽發射出的帶電粒子，把盤上剩餘的大部分氣體和塵埃都吹走了。行星的形成就此終止，然而太陽系的形成仍在繼續。在此時間之後，行星會遷移，有時是破壞性的，把剩餘的物體全都彈到太陽系外，或者把較小的物體移到周圍。在過去幾十年裡，行星科學中很重要的一項研究進展是，理解並認識到這種行星遷移對太陽系形成的作用。氣態行星遷移得最顯著，並且影響了小行星和彗星的形成。內部的行星也會向內遷移，但幅度很小，因此很可能起的作用也比較小。很有可能，當幾個外部的行星向外遷移，而木星同時向內遷移的時候，大量小行星被拋到了太陽系內圈，開始了被稱為晚期重大的撞擊事件，它發生在大約40億年以前（太陽系形成之後的大約5億年）。月球和水星上大量由這些衝撞造成的隕石坑為這一事件提供了證據。
天文學家認為小行星是原行星盤（行星形成之前存在的盤）的遺跡。小行星帶最初可能有遠大於今天的質量，而大部分質量在太陽系充滿活力的早期丟失掉了。在它們併合之前，木星將很多原本在這個區域的物體散射開來。這也許解釋了這個區域行星缺失的原因，因為丟失了太多的物質。雖然這裡有幾十萬個直徑大於1 000米的物體，但這些物體今天的總質量也只有月亮的1/25，而谷神星自己的質量就佔據了其中的1/3。把谷神星和另外3個質量最大的小行星加起來，就佔了這些物體總質量的1/2，剩下的則由上千萬個小質量物體構成。除了幾十萬個或者100萬個直徑大於1 000米的小行星之外，還有更多更小的小行星。雖然很難被識別，它們的數目在小規模地迅速增加。所遵循的經驗規律是：尺寸小1/10，物體的數目大約增加100倍。
在把星子（planetesimal）從小行星帶彈射出去的過程中，木星可能也把一些攜帶水的天體扔向了地球。雖然我們對地球上水的起源所知甚少，由於最初水比較容易在太陽系的外部冷的區域積聚到足夠數量，這些木星在早期也許對地球獲得豐富的水供給起到了一定的作用。有趣的是，在早期撞擊時期結束“不久之後”（在地質學的尺度上），大約是38億年以前，生命開始出現。幸運的是，從那時到今天，雖然小型撞擊偶爾還是會發生，但小行星和彗星早已沒有早期那麼危險了。
和行星一樣，最初發現的小行星被分配了各種符號。到1855年，這些符號達到20個的時候，它們的名字還帶有神話色彩，而近期的發現則被分配了一些別出心裁的名字，包括流行文化偶像，比如“詹姆士·邦德”“柴郡貓”，甚至還有發現者親戚的名字。看著這些代表單個小行星的符號，讓我感覺像在看一塊象形文字的匾牌（見表6-1）。正如我的合作者所說，這些名字非常像那些“曾被稱作普林斯（Prince）的藝人”的名字，原名非常難讀。這個比喻特別恰當，因為像普林斯一樣，這些天體現在有更容易發音的名字。
表6-1 不同小行星及表示符號
早期科學家獲得發現的方式可能和古代埃及人區別不大，都是在一種神秘的狀態下發現的。這並不代表古人沒有努力地找尋規則。宇宙十分複雜，要弄明白宇宙所含物體的本質，時間、專注和技術都必不可少。在觀測能力有限時，因為一個物體的尺寸、成分和位置的差別，很難判斷一個天體是不是更暗或更亮，更大或是更小。只有隨著時間推移和更好測量工具的出現，才會帶來真正的科學理解。
在行星最初被發現時，沒人知道有小行星。小行星和行星一樣，不會發出可見光。行星、小行星和流星體只有在反射太陽光時才是明亮的。然而，找尋小行星困難得多，因為它們的尺寸要小很多，更加暗淡因，從而更難以被看到。彗星有明亮的長尾巴，流星相對比較近、比較明亮，小行星則沒有這些很明顯的特徵。因此，在以前發現它們很困難——現在也沒有容易到哪兒去。
的確，人類花了幾千年的時間才意識到小行星的存在。如果沒有特別靈敏的工具，發現這些闇弱天體的唯一途徑就是長時間地盯著它們看，當然如果事先知道往哪裡看也會有些幫助。最初的嘗試依靠後一種方式。天文學家並不知道最佳的目標位置，但他們採用了一個啟髮式的方式，認為這樣可能會幫助指導他們的研究。提丟斯-波得定則（Titius-Bode law）所給出的位置似乎和已知行星的位置相符合，同時能夠預言其他行星的位置。1781年，天王星在被這個定律所預言的位置被發現了，這似乎是一個很大的成功。即便如此，並沒有一個真正的理論來判斷此“定則”的正確性。但不管怎樣，海王星的位置並沒有遵從定則的預言。
儘管預言的位置很任意，但以18世紀的技術水平，尋找行星所採用的技術方法卻相當可靠（請注意，當時還沒有小行星被發現）。觀測者比較不同夜晚的星空圖，尋找位置發生改變的天體。近距離的行星運動很明顯，而遙遠的恆星看上去是不動的。利用這一方法（同時以提丟斯-波得定則做指導），西西里島巴勒莫天文台的創建者和台長、天主教牧師朱塞普·皮亞齊（Giuseppe Piazzi）在1801年的新年第一天，在火星和木星之間發現了一個物體。數學家卡爾·高斯（Carl F.Gauss）之後計算出了這個天體到地球的距離。
現在我們知道，他們所發現的天體——谷神星，並不是一個行星，而是第一個被發現的小行星，它位於我們現在所知的火星和木星之間的小行星帶上。伴隨相繼的幾個這類發現，天文學家威廉·赫歇爾爵士（Sir William Herschel）提議用一個單獨的名詞“小行星”來描述它們。這個名字源自希臘詞語“asteroeidēs”，意為“恆星形狀的”，因為和行星相比，它們更像一個點狀物。谷神星，現在我們知道它近於球形，直徑大約為1 000公里，甚至比其他小行星更特別，它後來被證明是第一個被發現的矮行星。
人類最初對小行星所知甚少，直到科技和航天項目取得一定發展，更多這類物體被更好地觀測到。而這一領域的研究人員所作出的出色進展令人驚歎。和發現小行星一樣令人興奮，觀測和探索它們更加有趣。正在進行的航天計劃已經設計了好幾個近期的任務，都和這一目的相關。當近距離的圖像首次揭示出小行星的不規則形態時，這些更加直接的探索將極大地改進早在20世紀70年代開始但沒有細節的觀測結果。
過去，其他值得關注的小行星任務之一是包括近地小行星探測計劃“會合-蘇梅克號”（NEAR Shoemaker），它是第一個小行星探測儀。2001年，它給第一個靠近地球的小行星愛神星拍了照片，甚至登陸了上去。日本的“隼鳥號”（Hayabusa）項目在2010年帶回了石質小行星樣本。而近期，日本的科學家發射了更加野心勃勃的“隼鳥2號”，它將登陸一個小行星，並部署三個探測車，任務結束時它將會收集到更多樣本。美國國家航空航天局將要發射源光譜釋義資源安全風化層辨認探測器（OSIRIS-Rex），它應該會帶回一些小行星的碳質樣本。[13]
在近期新聞中更加出名的是歐洲的羅塞塔（Rosetta）探測器。它先是飛過了直徑大約為100公里的魯特西亞和直徑大約為4.6公里的斯坦斯兩個小行星，並且獲得了它們的詳細信息。之後更為出名的事件是羅塞塔探測器與彗星會合。美國國家航空航天局的黎明號（Dawn）探測器最近也有消息。它已經訪問了灶神星（Vesta），並且現在已經到達了矮行星谷神星。
計劃在未來對小行星進行雄心勃勃的開採行動現在也在考慮當中，雖然這不一定是最經濟的路線，但很有可能也會使相當多的小行星被發現。目前正在進行中的以小行星偏轉為設計目標的探測器，例如美國國家航空航天局正在發展的小行星轉向任務（ARM），也可能會獲得同樣的發現。目前的美國太空項目以小行星為重點：小行星與行星相比，沒有那麼有趣，但是通常更容易到達，而且它們很可能告訴我們更多關於太陽系的新信息。
流星體、流星和隕石
下面我們將從小行星轉向更小的天體——流星體（mete-roid）。對流星體的研究是以聽起來有些尷尬的術語“meteoritics”（隕星學，而不是“meteorology”[氣象學]，meteoritics意指對隕石的研究），後者是一個聽起來更合理的名字。這個源於希臘語“meteoreon”（在高空中）和“logos”（知識），在天文學採用它之前，氣象研究已經使用它了。古代希臘人認為對天氣的研究符合“meteorology”一詞，即對天空中物體的研究。
流星體
在行星際空間運動的固態物體，尺寸比小行星小很多，同時又比一個原子大很多。
對於流星體的標準定義，直到1961年才由國際天文學聯合會確定：在行星際空間運動的固態物體，尺寸比小行星小很多，同時又比一個原子大很多。雖然與“氣象學”相比，從天文學角度來看更加合適，但這個定義仍然不是很具體。1995年，兩位科學家建議將尺寸限制在100微米～10米之間。但當直徑小於10米的小行星被發現時，隕石協會的科學家們建議將尺寸範圍改為10微米～1米之間，1米大約是觀測到的小行星的最小尺寸。但這一改變建議一直沒有被官方採納。在本書中我將“流星體”來指代天空中那些中等尺寸的物體，但對於尺寸更小的物體，我將用更加精確的名字“微流星體”或者“宇宙塵埃”來指代它們。
和小行星一樣，流星體的本質千差萬別，這源於它們在太陽系中差別巨大的起源。有些是雪球一樣的物體，密度只有冰的1/4；有些是緻密的、富含鎳和鐵的岩石；有些碳含量很豐富。
雖然口語中使用的“流星”經常包含了創造它的流星體或者微流星體，對這個詞的正確使用對應著這個術語的希臘語詞根，其意為“懸浮在空氣中”，並且僅指代我們在天空中看到的東西。流星是當流星體或者微流星體進入地球大氣層時，所產生的肉眼可見的一道光。雖然定義如此，不過大多數人，甚至記者，在講到流星掉向地球時都並不準確，就像1979年的電影《流星》（Meteor）的名字一樣[14]，但公平地說，它有它的娛樂重要性。
有趣的是，“流星”這個詞的早期定義和天氣相關，最初包含所有的大氣現象，比如冰雹或者颱風。風被稱作“空氣流星”；雨、雪以及冰雹被稱作“水流星”；光的現象，比如彩虹和極光被稱作“光流星”；而閃電以及我們現在所說的流星被稱作“火流星”。這些術語是古時候的遺跡，那時沒人知道那些東西都有多高，也不知道天氣特徵和天文學特徵的緣起有著非常大的區別。“氣象學”作為專有名詞也許並不完全是誤導，因為天氣的確與地球在太陽系中的位置相關，當然和最初想像的非常不同。幸運的是，儘管“氣象學家”早期對“流星”有誤解，不過這個詞後來再沒有這樣被誤用過。
人們很容易看見流星，因為引起這個現象的物體進入大氣層後被加熱，會產生讓人眼看得到的光的物質，而且流星體的運動速度很快，產生的光呈弧形。雖然很多流星隨機發生，但是流星雨的發生卻更加規律，產生於地球經過彗星的碎片。當然在太陽光沒有掩蓋流星時，流星在晚上更容易被看到。這裡沒有哲學思維實驗中所討論的森林裡樹木倒下的困局[15]。流星的存在並不依賴於觀測者實際的觀察，而且原則上它所產生的一道道光，必須要在可見光範圍之內才能夠被看到。
大多數流星產生於塵埃大小或者石子尺寸的物體。每天有數百萬個這類物體進入地球的大氣層。因為大多數流星體在海拔50公里的高空破碎，流星通常發生在海平面以上75～100公里叫作中間層的地方。儘管精確的速度依賴於物體的具體性質，以及相對於地球的角度，但總體來說，其速度在每秒幾十公里這個量級上。流星的軌道能幫助識別產生它的流星體來自哪裡，而流星發出的可見光的譜線，以及它對射電信號的影響，都能幫助科學家確定流星體的成分。
能夠穿過大氣層並且擊中地球的流星體稱為隕石。隕石是地外物體擊中地球之後，分解、融化並且部分蒸發之後留在地球上的石塊。隕石又是另外一個確鑿的提示，表明地球本質上是宇宙環境的一部分。如果幸運的話，你能在流星體撞擊點的附近找到一顆隕石，但你更可能會在實驗室、博物館或者那些足夠癡迷的、幸運的或者富人的房子裡看到它們。梵蒂岡天文台博物館有著相當棒的收藏，與史密森美國自然歷史博物館一樣，後者有著最大的收藏量。一位三星上將曾告訴我，美國國防部也有不少很棒的各種隕石。他們的收藏與導彈防禦相關聯，但遺憾的是，他們關於流星體撞擊的數據仍然保密。那些能夠接觸到的隕石研究已經告訴了我們很多有關太陽系以及其起源的事情。
隕石也能源於彗星，彗星是太陽系外圈的物體（我將在下一章詳述）。太陽系內圈和外圈的物體是非常不一樣的，只有在木星軌道以內的物體才能被叫作小行星或者次行星（minor planets）。次行星和小行星不同，它的名字聽上去有些輕視的意味，但卻是官方術語。彗星和小行星的區別看上去很明顯，比如彗星有明顯的尾巴，但二者之間的區別要細微得多。彗星通常有著更加拉長的軌道，但一些小行星也有著相似的橢圓軌道，也許是因為它們最初就是彗星。此外，含水的小行星並不一定與在太陽系外部形成的彗星的種群不同。小行星的多樣成分也表明，被歸類為小行星的種群和被歸類為彗星的種群是有一些重疊的。
由於小行星和彗星的區別過於模糊，因此在2006年，國際天文學聯合會定義了一個專有名詞“太陽系小天體”（small Solar System body），這個定義同時包含兩者，但不包含矮行星。矮行星本來也可以包含在太陽系小天體中，但由於它們的尺寸更大、形狀更圓，也表明引力越強，越有可能成為固態物體，因而國際天文學聯合會沒有將矮行星歸到太陽系小行星類別裡，而是用它們自己的名字區分開來。總的說來，國際天文學聯合會更喜歡用“太陽系小天體”這個術語，而不是“次行星”，因為小行星帶中的有些物體帶有彗核的特徵。一個包含了小行星和彗星兩個類別的名稱，雖然提供了較少的信息，但避免了錯誤。即便如此，小行星大體上要更加岩石化一些，而彗星通常包含更多的易揮發物質，因此大多數天文學家還是堅持它們之間的差別。
當我在本書其餘部分提到撞擊地球的大物體時，這些複雜的命名讓我陷入兩難。在天空中就燒盡的小物體是流星體或者微流星體。更大的物體，源自小行星或者彗星，偶爾可以到達地球或者只到達大氣層。但我們只有在觀察了軌跡，知道了它的起源之後，才能知道到底是哪一種。我們需要一個能夠同時指代二者的詞語。嚴格說來，“太陽系小天體”這個煩瑣的詞彙符合了這個要求，但這個術語極少被用於描述來自天空飛入地球大氣層的物體（尤其那些接近或者擊中地球的物體）。看一下很多新聞中的標題，你會發現人們更經常使用“流星”“流星體”，甚至“隕石”這些名詞，嚴格說來，如果物體的直徑大於一米，這些詞都是錯的。現在似乎還沒有一個通用的並且足夠明確的口語詞彙（雖然“撞擊天體”和“火流星”有時會被使用），在本書中，當提到從地球以外進入大氣層或者擊中地球的物體時，我將把這類物體叫作“流星體”（這些物體是最沒有攻擊性的一類）。這可以算是對術語的輕微濫用，因為這個詞通常僅指代尺寸較小的物體，但聯繫上下文你就會明白我的意思。