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标题: 谷神星的迷人之处 [打印本页]

作者: 友朋远方来 时间: 2023-1-20 23:22
标题: 谷神星的迷人之处

谷神星(Ceres, /'sreri:z/; 小行星序号: 1 Ceres;符号: )是火星和木星轨道之间的主小行星带中最亮的天体。它的直是火星和木星轨道之间的主小行星带中最亮的天体。它的直径大约是945公里(587英里) ，是海王星轨道以内最大的小行星。在太阳系天体巨细列表排名第35，是在海王星轨道内唯一被标示为矮行星的天体。谷神星由岩石和冰构成，估计它的质量占整个主小行星带的三分之一。谷神星也是主小行星带已知唯一自身到达流体静力平衡的天体。谷神星因其体积较小较为黯淡，视星等范围在+6.7至+9.3之间，在近所在取得最大值，但若无极度昏暗的夜晚条件下，地球上也很难通过肉眼观察到谷神星。1801年1月1日意大利人朱塞普.皮亚齐在巴勒莫首先发现了谷神星。谷神星最初被当成一颗行星，但随着越来越多的小天体在相似的轨道上被发现，其在1850年代被重新归类为小行星。
引力数据表现谷神星内部存在区分，分别为岩石、核和冰的地函，冰层之下可能存在液态水的内部海洋。表面可能是水冰和不同的水合物矿物，像是黏土和碳酸盐的混淆物。在2014年1月，在谷神星的几个地域都检测到排放出的水蒸气。然而一般只有彗星才会发出水蒸气，在主小行星带的大天体床通常不会发出水蒸气，因此这项发现出人意料。
引力数据表现谷神星内部存在区分，分别为岩石、核和冰的地函，冰层之下可能存在液态水的内部海洋。表面可能是水冰和不同的水合物矿物，像是黏土和碳酸盐的混淆物。在2014年1月，在谷神星的几个地域都检测到排放出的水蒸气。然而一般只有彗星才会发出水蒸气，在主小行星带的大天体床通常不会发出水蒸气，因此这项发现出人意料。
美国NASA的机器人曙光号在2015年3月6日进入绕行谷神星的轨道。从2015年1月，曙光号就从前所未见的高解析度传回影像，表现表面有着坑坑洼洼。两个独特的亮点(或高反照率特性)出如今撞击坑内(不同于早些时间哈伯太空望远镜在一个撞击坑中观测到的影像。) ;出现于2015年2月19日的影像，导致思量可能有冰火山或释气地发想。在2015年3月3日，NASA的一位发言人说，这些点符合含冰或盐的反光物质，但不太可能是冰。在2015年5月11日，NASA开释出高解析的影像，表现不是一个或两个点，现实上在高解析的影像上有好几个。在2015年12月9日，NASA的科学家报导，谷神星的亮斑可能是一种范例的盐类，特别是“卤水”，包括硫酸镁等硫酸盐矿物(MgSO46H20) ;也发现这些斑点与富含氨的黏土相干联。2015年 10月，NASA释出了由曙光号拍摄的真实色彩谷神星影像。
汗青
发现
<noscript> </noscript> 皮亚齐的书: "Della scoperta delnuovo pianeta Cerere Ferdinandea".概述了谷神星的发现，将新的"行星"呈献给费迪南多一世。约翰.波德在1772年率先提出在火星和木星轨道之间可能存在着一颗尚未被发现的行星。在1596年，克卜勒就已经注意到在火星和木星之间的差距;波德的想法源自提丢斯-波德定律一约翰.丹尼尔.提丢斯(英语: Johann DanielTitius)在1766提出，如今已经丧失光荣的假说:观察到其时已知行星轨道的半长轴，由于火星轨道和木星轨道的巨大差距，而没有可遵照的规律模式。这个模式预测在轨道半长轴2.8天文单位之处应该有一颗行星存在。赫歇尔在1781年发现的天王星位置靠近提丢斯波德定律预测在土星之外的行星位置，增长了其时人们对这条定律的信心。在1800年，由《每月通讯》(Monatliche Correspondenz)的编辑弗朗兹，克萨韦尔.冯，扎克(Franz Xaver von Zach)，为首的一个团体，发送了要求24位资深的天文学家，结合他们的努力，开始为预期的天体进行有系统的搜寻(被称为「天空巡警」)。然而，他们没有发现谷神星，但稍后他们发现了几颗较大的小行星。
在西西里巴勒莫学院的天文学家朱塞普.皮亚齐，在接受这项约请之前，就选择了这项搜寻工作。他在1801年1月1日发现了谷神星。他在探求尼可拉.路易，拉卡伊的黄道星表的第87颗星时，发现他望见的是另一颗不在星表上的星星。皮亚齐发现这是颗会移动的星，他首先想到的是彗星。皮亚齐总共观测这颗星24次，最后一次是在1801年2月11日，因为抱病停止了他的观测。他在1801年1月24日在信中宣布了他的发现，但是只给了两位天文学家:他在米兰的同胞巴尔纳巴.奥里亚尼(英语: Barnaba Oriani)和在柏林的约翰，波德。他报告说它像一颗彗星，“但是它的运动速度太慢，而且较为均匀。他曾经多次以为它可能是比彗星更好的东西”。在4月，皮亚齐送出了完备的报告给奥里亚尼、波德和在巴黎的杰罗姆.拉朗德。这分资料刊登在1801年9月的每月通讯。
不久之后，谷神星的位置改变了(主要是由于地球的轨道运动)，因为太靠近太阳而隐没在眩光中，使得其他天文学家难以观测与确认皮亚齐的发现。到当年底应该可以再次见到谷神星，可是经过这么长的时间已经难以预测它确切的位置。为了再发现谷神星，年仅24岁的高斯发展出了轨道测定的有效方法高斯法。他将完备的三次观测资料(时间、赤经和赤纬)，代入他本身暂定的克卜勒定律。在数学上，这意味着一个在空间中确定的圆锥曲线，将太阳看成圆锥曲线的一个焦点，和二次圆锥曲线上的三个交点(从地球视线的直线与本身运动的椭圆轨道交点)，可以由经历的时间丈量行星在弧线，上的移动(弧长可以依据克卜勒第二定律计算)。这个标题会导出一个至八个解的方程式，但此中的一个解，地球的轨道是已经知道的。而利用物理学的条件可以排除别的的六个解，得到解决的方案。在这项工作中，高斯使用了他为此目地而创建的全面近似法。只花了几个星期，他就将预测谷神星路径的结果发送给冯●扎克。在1801年12月31日，冯.扎克和欧伯斯就在靠近预测的位置附近重新找回了谷神星。
早期的观测者只能够推算出谷神星巨细的数量级。在1802年，赫歇尔低估了它的直径为260公里，而施罗特在1811年高估为2,613公里。
命名
皮亚齐最初建议将它以农业女神刻瑞斯(被以为劈头于义大利的西西里的，当地有最古老的神殿)和西西里的费迪南多国王的名字结合，命名为刻瑞斯.费迪南多。但是「费迪南多」不被其它的国家接受，因而被舍弃了。
另外，它在德国曾被称为赫拉，但为时不长。
在希腊，它被称为狄蜜特，是与罗马的谷神有着相同意义的希腊文。在英文，狄蜜特是小行星1108的名字。
谷神星固有的天文学符号是把镰刀(<noscript> </00noscript>与金星的符号相似(<noscript> </noscript> )，但是圆圈是断裂的。它有时会变为< <noscript> </noscript> >，这是源自'Ceres'的首字母'C'。这些小行星符号的厥后都被编号的序列取代<①)。
在1803年发现的稀土元素铺，是以谷神星命名的。在同一年发现的另一个元素最初也以谷神星命名，但在铈被命名后，他的发现者改以第二颗小行星智神星(2 Pallas)命名为钯(palladium) 。
分类
谷神星的分类已经变动过不止一次，但照旧有一些不同的意见。约翰.波德相信谷神星是在于火星和木星之间，距离太阳4亿1,900万公里(2.8天文单位)“失落的行星”。谷神星被赋予一个行星的符号，而且曾经在天文书籍和表中被归类为行星(还有2智神星、3婚神星和4灶神星)达半个世纪。<noscript> </noscript>前10大主带小行星与月球巨细的比较。谷神星在最左边.
当其它的天体陆续在谷神星的附近被发现，这表现谷神星代表着一类新的天体。在1802年，随着2智神星的发现，威廉.赫歇尔为这种天体创造了“小行星”(“ asteroid”,意思是“像星状”)这个名词，写到:“它们像是小星星，纵然用很好的望远镜也难以区别”。作为第一颗被发现的这种天体，谷神星在当代的小行星序号系统被赋予了第1号。在1860年代，只管对行星没有正确的定义，也没有明确的规范，像是谷神星如许的小行星和行星之间存在的基本差异普各处被接受。
2006年，围绕着冥王星是否能构成颗行星的辩说，导致重新思量谷神星是否要在改叙为一颗行星。之前提交给国际天文学联合会的行星定义是如许界定行星的:(a) 具有富足的质量，其自身的重力可以降服钢性力，而到达流体静力平衡(靠近球体)的形状:而且(b)在绕行一颗恒星的轨道上，既不是颗恒星，也不是一颗行星的卫星。这项发起如果通过，就会造成谷神星是从太阳算过来的第五颗行星。然而，这并没有发生，在2006年8月24日通过的是修正案，要成为一颗行星，还额外的要求“清除围绕在轨道附近的小天体”。根据如许的定义，谷神星不是一颗行星，因为它不能支配它的轨道，而与成千上万颗的其它小行星共用主小行星带，而且只拥有带中大约三分之一的质量。符合原始议案，但不符合修正案的天体，像是谷神星，被重分类为矮行星。
谷神星是主小行星带中最大的天体。有时它被假设已经被重分类为矮行星，因此不再被以为是一颗小行星。例如，在space.com新上传的资料就称智神星是最大的小行星，谷神星从前是一颗小行星。有鉴于国际天文学联合会的标题与回答公告状态:“谷神星(大概我们如今说它是)是最大的小行星”，然后它说“其它小行星”会穿越谷神星的路径，这隐含着谷神星依然被以为是颗小行星。小行星中心注意到这个天体可能有双重名称。国际天文学联合会在2006年将谷神星列为矮行星，但从未解决它是不是小行星的标题。究竟上，在2006年之前国际天文学联合会从未在任何场合定义，“小行星”这个名词，而在2006年之后宁肯使用 “太阳系小天体”和“矮行星”这两个名词。Lang在2011年评论:“国际天文学联合会添加新的名词给谷神星，把它列为一颗矮行星。...依据它的定义，阋神星、妊神星、鸟神星和冥王星，以及最大的小行星，谷神星，都是矮行星”，而且在其它先容它是“矮行星，第一号小行星谷神星”。NASA继承指称谷神星是一颗小行星，并置入各种学术教科书。
天文学里也存在着小行星带彗星这种双重身份的天体，因此也不排除一颗矮行星可以有其它的名称。
轨道
<noscript> </noscript>谷神星的轨道
谷神星的轨道在火星和木星之间的主小行星带内，其周期为4.6地球年。轨道有着适度的倾斜(i= 10.60，相较于水星的7°和冥王星的17°)和适度的离心率(e = 0.08，相较之下火星是0.09)。

谷神星
克日点和谷神星等几颗较大的小行星，包括2智神星与10健神星，分列在太阳的两侧。底下的图是侧视图，表现谷神星相对于火星的轨道倾角。
谷神星曾被以为是小行星家属的成员之一。这个小行星家属共享相似的固有轨道要素，这表现它们可能有着共同的劈头，在过去的某一时间碰撞而形成。厥后发现谷神星的光谱性质与家属的其他成员不同，如今这个家属已经依据序号最小的1272吉菲昂(1272 Gefion)重新命名为吉菲昂族。谷神星好像只是这个家属的突入者偶合的有着相似的轨道要素，但没有共同的劈头。
谷神星的自转周期是(谷神星日) 9小时4分钟。
谷神星与智神星有着近乎1:1的轨道共振(固有的轨道周期相差只有0.2%)。然而，因为它们的质量太小，相隔的距离又很遥远，两者不太可能有真正的共振，这类小行星之间的关系黑白常有数的。不过，谷神星照旧能够暂时捕捉到一些有着1:1共振的其它小行星(时间达200万年或更长) ;已经证明有50颗这种的小行星。
特洛伊
已知谷神星有几颗暂时的特洛伊小行星。
谷神星的行星凌日
谷神星有优越的职位，可以望见水星、金星、地球和火星从太阳火线经过，也就是凌日的征象。最常发生的是水星凌日，通常每隔几年就有一次，迩来的是在2006年和2010年。迩来的金星凌日发生在1953年，下一次会在2051年;地球凌日的相应日期是1814年和2081年，火星则是767年和2684年。
地质
曙光号太空船丈量谷神星的质量为7020939000000000000@9.39x10 20 kg,相较于主小行星带的总质量3.0土0.2x10 21公斤，谷神星的质量约占了三分之一，换言之，这大约是月球质量的4%。谷神星的质量大到可以到达流体静力平衡，富足形成近似球体的形状。在太阳系的天体中，谷神星的尺度介于较小的灶神星和较大的特提斯之间，其表面积近似于印度或是阿根廷的陆地。
表面
谷神星表面的化学构成大致上与C-型小行星相同，也存在着一些差异。谷神星的红外线光谱表现出水合的质料无所不在，表明其内部存在大量的水。表面可能的其它身分包括富铁黏土矿物(黑铁蛇纹石)和碳酸盐矿物(白云石和菱铁矿)，都是碳质球粒陨石中常见的矿物。碳酸盐岩和黏土矿物的光谱特性通常在其它C型小行星中是所欠缺的。有时，谷神星会被归类为G型小行星类。
谷神星的表面是相对暖和的。在1991年5月5日测定其日下点的最高温度大约是235K (大约是一38°C或- 36。F)。在如许的温度下，冰是不稳固的。在表面的冰升华后所留下的质料，可以解释谷神星何以会比外太阳系其它的冰卫星暗中。
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曙光号观测之前
<noscript> </noscript> HST 在2004年拍摄的2小时又20钟的自转影像。
在曙光号探测之前，已经清晰地检测到谷神星表面的几个特性。在1995年，哈伯太空望远镜拍摄的高解析紫外线影像表现表面有暗中的斑点，并已被眶称为皮亚齐以尊崇其发现者，这被以为是一个坑穴。稍后，凯克望远镜使用调适光学在近红外波段的高解析观测完备的自转移动，表现谷神星的表面有几个暗中的豁亮的斑点。两个圆形的暗中特性被推定为坑穴，此中一个被观测到中央有着豁亮的地域，而另一个就是皮亚齐。哈伯太空望远镜在2003年和2004年以可见光观测自转的完备影像，揭露出11个可以辨认的表面特性，此中有些性质仍待测定，而此中一个特性对应于之前所指认出的皮亚齐。
最后的观测表现谷神星的北极指向赤经19h24m (291°) 、赤纬+59°，也就是星座中的天龙座，其结果是谷神星只有大约3°的转轴倾角。曙光号之后的丈量确认北极轴现实是指向赤经19h24m40.3s (291.418°) 、赤纬+66°45'50”(距离天厨一，天龙座δ1.5°左右)，这意味着转轴倾角有4°。
曙光号的观测
曙光号观测到大量的坑穴与不明显的突起，表现这些坑穴可能躺在较柔软的表面，可能是水冰之上。此中一个直径270 km (170 mi)的坑穴，只有着极低的突起，让人想起特提斯和伊阿珀托斯大而平的坑穴。意外的是大量谷神星的坑穴有中央的凹陷，而很多有着中央峰。曙光号观测到几个亮斑，最亮的斑("5号斑") 位于直径80-公里(50-英里)，被称为欧卡托坑的中央。于2015年5月4日拍摄的谷神星影像表现，第二亮的斑点现实上是一群可能多达10个分散亮点的集团。这些豁亮特性的反照率大约是40%，这是表面的一种物质，可能是反射太阳光的冰或盐类。最著名的亮斑，"5号斑"会周期星的出现阴霾，支持这是某种释气或冰的升华形成的亮斑。在2016年3月，曙光号在Oxo坑发现谷神星表面有水分子的决定性证据。喷射推进实行室高兴的说: "这些水可以被束缚在矿物，或者是冰的形式。"
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在2015年12月9日，NASA的科学家报告说，谷神星的亮斑可能涉及某些盐类，特别是表列出来的滷水，包括硫酸镁、六水泻盐(Mg4.6H2);这些斑点也发现与富含氨的黏土有所关联
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内部的结构
康奈尔大学的彼得.汤马斯提出谷神星有分异的内部，因为对一颗未分异的天体来说它的扁率是太低了。这表现它他有一个被含冰的地函包覆的岩石焦点。厚约100公里的地函(占谷神星23-28%的质量，和约50%的体积))包罗2亿立方公里的冰，这比地球上的淡水总量还要多，此-结果得到凯克望远镜在2002的观测和演化模型的支持。同样的，在它的表面上也留下了一些汗青的陈迹(距离太阳是云云的远，减弱了太阳辐射的影响力，使其在形成的过程中纳入了一些低熔点的身分)，谷神星的内部可能有挥发性物质。
另一方面，谷神星的形状和巨细大概可以解释它内部的多孔性和只有部门的分异或是完全未分异。只有一层冰存在于岩石的根本上，在重力上是不稳固的。如果有任何的岩石矿床陷入一层分异的冰中，将形成盐类的沉积，而这些岩类是检测不出来的。因此谷神星可能没有一个很大的冰壳，取而代之的是多水的身分和低密度的小行星。放射性同位素的衰变也许不敷以造身分异。
<noscript> </noscript>图示表现出谷神星内部可能的结构。
大气层
有迹象表现谷神星有着薄弱的大气层。在距离太阳5AU之内，天体表面的水冰是不稳固的，以是当直接袒露在太阳辐射下时，它可以升华。水冰可以从谷神星的深层迁徙到表面，但是会在很短的时间逃逸。结果是，很难检测到水气的蒸发。在1990年代的初期，有可能观测到水从谷神星的极地泄漏出来，不过没有办法证明。也可能在新撞击火山口或是裂缝中检测到逃逸出来的水蒸气。国际紫外线探测卫星的紫外线观测表如今谷神星的北极检测到在统计上故意义的氢氧化物，是由太阳辐射的紫外线分解水蒸气的产物。
劈头和演化
谷神星可能是尚存的原行星(抽芽期的行星)，于45.7亿年前在小行星带中形成。虽然大多数内太阳系的原行星(包括所有月球-火星巨细的天体)不是和其他的原行星归并成为类地行星，就是被木星弹射到太阳系外，谷神星相信是留存下来较为完备的(另一颗可能是原行星的是灶神星，它的体积更小，并在固化后曾遭受庞大的撞击，损失它自身~1%的质量)，一个替换的理论则以为谷神星形成于古柏带，稍后才迁徙到小行星带。
谷神星的地质演化取决于形成期间和之后可用的热源:来自微行星吸积的摩擦力、各种不同放射性元素的可能包括短半衰期的元素(像是26AI)。这些被以为已足以使谷神星在形成后不久分异为岩石的焦点和冰的地函。这种过程可能导制表面被水火山和地质构造重塑，消除了古老的地质容貌。由于它比较小，谷神星会比较快的冷却而有效的制止导致早期地质结构重整的过程。任安在表面上的冰都会逐渐升华，留下各种的水合矿物，像是黏土和碳酸盐。
今天，谷神星好像是一颗地质处于非活跃状态的天体，表面可能只受到撞击的影响。大量的水冰存在于其构成内，使得谷神星内部可能有一层液态水的存在，这个假设的层大概可以称为海洋。如果有一层液态水存在，相信他会藉于古体的焦点和冰地函之间，就像在理论上存在于欧罗巴的海洋一样。海洋的存在更有可能将溶质(即盐、氨、硫酸或其它的防冻剂等身分)溶解在其水。

与地球比较

观测
当谷神星在克日点附近冲时，它的视星等可以到达+6.7等，一般以为对裸眼来说如许的光度照旧太暗而难以见到，但视力特别锐利的观测者可能可以望见这颗矮行星。谷神星在2012年12月18日的视星等可以到达+6.73等。亮度可以到达这种程度的小行星还有灶神星、智神星(在有数的克日点冲)和虹神星。谷神星在合的时间光度是+9.3等，相当于使用10X50的双筒望远镜可以望见的最暗天体。因此，当他在地平线上的任何时候，只要天空够暗中，都可以用双筒望远镜望见它。观察谷神星的一些值得关注的里程碑包括:
探测
<noscript> </noscript>艺术家刻画下探测谷神星(右侧)，灶神星和小行星带的曙光号太空船。
从在火星表面和轨道上环绕的太空船所发送的无线电讯号，观察火星受到谷神星的运动所诱导的摄动，曾经被用来估计谷神星的质量。
曙光号太空船被NASA在2007年9月27日发射，已经从2011年7月15日至2012年9月5日探测灶神星，然后它继承前去谷神星。它在2015年3月6日到达谷神星，比新视野号太空船在到达冥王星之前早4个月。因此曙光号是第一个在近距离研究矮行星的探测任务。
按照曙光号太空船的任务筹划，它会从一系列高度逐渐低落的圆形极轨道研究谷神星。2015年4月23日，它进入第一个高度13,500公里的观测轨道("'RC3"轨道) ，停留大约一圈(15日)。之后，太空船降落至高度4,400公里的轨道(调查轨道)停留三星期。然后又在高度1,470公里的轨道("HAMO"轨道) 停留两个月。最后，在高度375公里的轨道("LAMO"轨道)停留最少三个月。这艘太空船携带的仪器包括框架相机、可见光和红外分光仪、伽玛射线和中子侦测仪仪。这些仪器被用来审视这颗矮行星的形状和元素丰度。

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