谷神星

谷神星

谷神星(Ceres)是太陽系中最小的、也是唯一一顆位于小行星帶矮行星。由義大利天文學家皮亞齊發現,並于1801年1月1日公布。2006年,國際天文學聯合會將谷神星重新定義為矮行星,谷神星曾被認為是太陽系已知最大的小行星。谷神星很可能是一個分化型星球,具有岩石核心,地幔層包含大量冰水物質,現探測到星球表面有大量載水礦物質。初步推測水佔谷神星體積的40%。谷神星還能通過太陽能獲得能量,因為它距離太陽僅2.8個天文單位,相比之下,木衛二和土衛二距離較遠,分別是5.2和9個天文單位。

谷神星位于火星和木星軌道間的小行星帶中,此前研究已確認其內部存在大量的冰。歐航局在《自然》雜志上報告說,他們利用"赫歇爾"太空望遠鏡首次在谷神星上發現了水蒸氣,這些水蒸氣來自谷神星表面顏色較深的區域。水蒸氣的量並不大,約為每秒6千克,但這一發現對于證實谷神星上有水意義重大。研究人員推測,水蒸氣冒出的具體原因可能有兩個:一是太陽照射使谷神星表面的冰被迅速加熱所致,二是谷神星內部仍有能量。科學家推測可能擁有液態水的海洋。

2014年12月18日,美國行星科學研究所科學家李劍揚說:"我並不認為在天體生物學方面谷神星不如其它潛在宜居性的星球。生命存在需要3個基本條件--液態水、能量來源和某些化學成分(碳、氫、氮、氧、磷和硫磺等),谷神星均佔一定優勢。"

  • 中文名稱
    谷神星
  • 外文名稱
    Ceres
  • 發現者
    皮亞齊
  • 發現日期
    1801年1月1日
  • 空間位置
    火星與木星之間的小行星帶中
  • 質量
    9.43±0.07×10^20 kg
  • 宇宙速度
    0.51 km/s

​簡單介紹

谷神星谷神星

哈勃空間望遠鏡下的谷神星(先進巡天照相機拍攝),對比被增強以顯示表面的詳細資訊。

英文名:Ceres

中文名:色列絲

象征:收獲

季節:秋天

心理層面:懷孕,食物,家庭,祖國,勞動與工作及養育,被視為母親的象征。

佔星意義:用來判斷母性傾向的特征。

谷神星(1 Ceres)是火星與木星之間的小行星帶中,人們最早發現的第一顆小行星,由義大利人皮亞齊于1801年1月1日發現。其平均直徑為952公裏,等于月球直徑的1/4,質量約為月球的1/50,又被稱為1號小行星。是小行星帶中最大最重的天體,初發現時被列為八大行星之一,是月亮以外第2個象征母親的星。

星體發現

谷神星谷神星

哈勃空間望遠鏡下的谷神星(先進巡天照相機拍攝),對比被增強以顯示表面的詳細資訊。 1766年,德國有一位名叫提丟斯的中學數學教師,把下面的數列:

3,6,12,24,48,96,192……的前面加上0,即:

0,3,6,12,24,48,96,192……然後再把每個數位都加上4,就得到了下面的數列:

4,7,10,16,28,52,100,196……再把每個數都除以10,最後得到:

0.4,0.7,1,1.6,2.8,5.2,10,19.6……

令提丟斯驚奇的是,他發現這個數列的每一項與當時已知的六大行星(即水星金星地球、火星、木星、土星)到太陽的距離比例(地球到太陽的距離定為1個單位)有著一定的聯系。

提丟斯的朋友,天文學家波得深知這一發現的重要意義,就于1772年公布了提丟斯的這一發現,這串數從此引起了科學家的極大重視;並被稱為提丟斯——波得定則,即:

當時,人們還沒有發現天王星、海王星和冥王星,以為土星就是距太陽最遠的行星。

1781年,英籍德國人赫歇爾在接近19.6的位置上(即數列中的第八項)發現了天王星,從此,人們就對這一定則深信不疑了。根據這一定則,在數列的第五項即2.8的位置上也應該對應一顆行星,隻是現在還沒有被發現。于是,許多天文學家和天文愛好者便以極大的熱情,踏上了尋找這顆新行星的征程。

1801年新年的晚上,義大利天文學家皮亞齊還在聚精會神地觀察著星空。突然,他從望遠鏡裏發現了一顆非常小的星星,正好在提丟斯——波得定則中2.8的位置上。可是,當皮亞齊再想進一步觀察這顆小行星時,他卻病倒了。等到他恢復健康,再想尋找這顆小行星時,它卻不知去向了。皮亞齊沒有放棄這一偶然的機會,他認為這可能就是人們一直沒有發現的那顆行星,並把它命名為“谷神星”。

天文學家對皮亞齊的這一發現持有不同的看法。有人認為皮亞齊是正確的;也有人認為這可能是一顆彗星,不然的話,為什麽它隻露了一面就不見了呢?

幾個月過去了,人們的爭論也沒見分曉。可是,這場爭論卻引起了德國數學家高斯的註意。高斯想,既然天文學家通過觀察找不到谷神星,那麽,是否可以通過數學方法找到它呢?許多天文學家對高斯的這一提法不以為然。天文學家都找不到谷神星,難道高斯還能把它算出來嗎?朋友們也勸他不要把自己的時間和才智浪費在這一毫無希望的問題上。

年輕的高斯卻有自己的看法。他認為,天文學是離不開數學的。如果沒有雄厚的數學知識,是不可能成為一個出色的天文學家的。在天文學發展史上,情況也正是如此。開普勒正是憑借著自己的數學才能,才發現了行星運動的三大定律。牛頓也是憑著淵博的數學知識,才發現了萬有引力定律。

在高斯之前,著名數學家歐拉曾經研究出了一種計算行星軌道的方法。可是,這個方法太麻煩。高斯決心去尋找一種簡便易行的方法。在前人的基礎上,高斯經過艱苦的運算,以其卓越的數學才能創立了一種嶄新的行星軌道計算理論。他根據皮亞齊的觀測資料,利用這種方法,隻用了一個小時就算出了谷神星的軌道形狀,並指出它將于何時出現在哪一片天空裏。

1801年12月31日夜,德國天文愛好者奧伯斯,在高斯預言的時間裏,用望遠鏡對準了這片天空。果然不出所料,谷神星出現了!

高斯的計算方法成功了。高斯從筆尖上尋找到的這顆行星,在隱藏了整整一年後,卻又成為人類的最好的新年禮物。這一禮物向人們顯示了數學在科學研究中的巨大作用。

在發現小行星之前,皮亞齊原是找尋Francis Wollaston的恆星列表中所記載的Mayer 87星,但他在表中所述的位置找不到該星。及後他找到一顆會移動的星,最初他認為這是顆彗星。

皮亞齊持續觀測至2月11日,但他的發現卻未受註意,之後該小行星已公轉至太陽背面而無法觀測。及後德國數學家高斯憑著皮亞齊的三次觀測結果去估計其軌道,並于翌年由Franz Xaver、Baron von Zach和奧伯斯成功尋回該天體。另一位天文學家波得認為火星與木星軌道之間的位置理應有行星,而谷神星正是該顆他認為的未知行星,但它的體積比起其他大行星要小得多,因此威廉·赫歇爾後來把這類天體稱為“小行星”(asteroid)。並由此延伸出一個標準,即要確定一個天體是否為行星,這個行星的體積必須比谷神星要大。

軌道探索

(圖)谷神星的軌道(圖)谷神星的軌道

自1801年發現谷神星後,天文學家根據與“提丟斯-波得定則”軌道相若的關系判別其為一直失蹤的行星之一,但其後數年分別發現另外三顆小行星後,四顆天體曾一並並列為行星之列,但其後再發現5號小行星義神星後,天文學家相信火星與木星之間散布著十分零碎而且數量不菲的小行星,因此英國天文學家威廉·赫歇爾把這類天體稱為“小行星”(asteroid),谷神星則為“四大小行星”之首。

而在2006年8月24日,于布拉格舉行之“第26屆國際天文學大會”上,由2500多位天文學家表決,開設並定義矮行星這一名詞,而把谷神星劃入其中。

谷神星的軌道介于木星和火星之間,位于主帶內,每4.6地球年繞行太陽一周。軌道有適度的傾斜(i = 10.6°,比較的水星是7°,和冥王星的17°)和離心率(e = 0.08,比較的火星是0.09 )

說明圖中呈現谷神星的軌道(藍色)和一些行星的軌道(白色/灰色),在黃道面下方的軌道使用較暗的顏色,並以橘色的加號表示太陽的位置。左上圖是從極點鳥瞰的圖,谷神星的軌道在火星木星中間的空隙內;右上圖是特寫圖,標示出火星和谷神星的近日點(q)和遠日點(Q),火星的近日點與小行星帶主要的小行星,包括智神星和健神星,分在太陽的兩側;下圖是顯示軌道傾角的透視圖,將谷神星和火星與木星的軌道比較。

在過去,谷神星曾經被認定是小行星家族中最大的小行星。這一家族的小行星共享著相似的軌道元素,有著共同的起源,而在某一段期間經過碰撞而形成。但是,發現谷神星的光譜特徵與家族中其他成員的不同,因此這個家族現在已經更名為Gefion family,是依據家族中序號最小的 Gefion命名的。谷神星看來是這個家族的侵入者,恰巧有著相似的軌道元素,但來源是不同的。谷神星的自轉周期是9小時4分。

迄今還沒有太空船曾經拜訪過谷神星,然而NASA已經在2007年9月27日發射黎明號太空船,將會在2011年探測灶神星,然後在2015年探測谷神星。

執行這項任務的黎明號太空船將會先進入高度5,900千米的軌道環繞谷神星,經過5個月的研究之後,太空船會先將高度降低至1,300千米,然後再經過5個月才降至700千米。這艘太空船攜帶的儀器包括架構相機、可見光和紅外分光儀、伽瑪射線和中子偵測儀。這些將用來審視這顆矮行星的形狀和元素豐度。

從在火星表面和軌道上環繞的太空船所傳送的無線電訊號,觀察火星受到谷神星的運動所誘導的攝動,曾經被用來估計谷神星的質量。

結構特征

谷神星谷神星

谷神星與其他類似地球的行星一樣,是由岩石所組成的,而且其面板呈現圓形,顯示可能在內部有分層結構的產生。木星的強大的重力影響有可能是讓谷神星沒有辦法成為一個大型行星的原因。

谷神星是迄今小行星帶中最大的天體,但隨著凱柏帶及其天體的發現,比谷神星大的天體也隨之被找到,包括(28978)小行星(Ixion)、(50000)誇奧爾星(Quaoar)、(90482)小行星(Orcus)以及最近發現的2003 UB313等,而新發現的最遠天體(90377)塞德娜星(Sedna)也可能比谷神星大,它可能來自奧特雲內層。冥王星有時也會被認為是凱柏帶天體。

2003年底及2004年初,哈勃太空望遠鏡首度攝得谷神星的外貌,發現它相當接近球形,而且表面具有不同的反照率,相信擁有復雜的地形,有天文學家甚至推測谷神星的具有冰質的幔及金屬的核心。

2006年6月,美國太空總署將發射Dawn探測器前往谷神星,預計于2015年8月到達。

物理特徵

物理資料

直徑 959.2×932.6 km

質量 9.445×1020 千克

密度 2.05 克/立方釐米

表面重力 0.26 米/秒²

逃逸速度 0.51 km/s

自轉周期 0.3781天

光譜分類 G型小行星

絕對星等 3.34

反照率 0.113

表面平均溫度 ~230 K

谷神星的質量的測量可以由觀測它對其它小行星的影響得知。不同觀測者的不同結果會有少許的差異。而2008年最近三次資料的平均數為9.4×1020千克。以這樣的質量,谷神星會佔據太陽系所有小行星估計總共3.0 ± 0.2 ×1021千克的三分之一,且是月球質量的4%。它的大小和質量使它能保持一個接近球體的形狀,近似于流體靜力平衡。在對比下,其他大型的小行星如智神星、婚神星灶神星的形狀則較為不規則。

谷神星的表面成分和C-型小行星差不多,但是仍然存在著一些差別。由紅外線光譜可看出其主要物質是一些水合的礦物,顯示出它內部存在著相當數量的水。其他可能的表面成分包括富含的粘土(cronstedtite)和碳酸鹽(白雲石菱鐵礦),它們都是碳質球粒隕石中常見的礦物。碳酸鹽和粘土的光譜特征在其他C型小行星裏並不會出現。有時谷神星也會被歸類于G-型小行星。

谷神星的表面相對地較暖。它面向太陽的一面在1991年5月5日的測量中估計出有235K(約-38°C)。

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在距離地球2.6億公裏外的神秘小行星帶內,太陽系內最大的小行星———谷神星與太陽正在籌劃著一場“星際約會”。記者從中科院上海天文台了解到,2005年5月11日夜空中將上演谷神星沖日的奇觀,天文愛好者有望憑借雙筒望遠鏡觀測到谷神星的“倩影”。

天文學家表示,在11日太陽落山以後,谷神星將從東方地平線上現身,直到第二天太陽升起後,它才從西邊落下,整夜均可觀測。屆時,谷神星、地球與太陽將呈一條直線,而地球位于兩者之間。在沖日的時候,谷神星的亮度會達到最高值7等,是觀測的有利時機。

如果一切順利的話,11日晚上天文愛好者便能使用雙筒望遠鏡面向東方,在天秤座附近搜尋到它的身影。而細心的愛好者甚至還可在谷神星附近,看到著名的人馬座球狀星團M54,其形狀大致呈球形。

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江蘇、天津兩地天文學會通報,2006年8月17日1號小行星——谷神星沖日,屆時,如果天氣晴朗,借助小型天文望遠鏡或雙筒望遠鏡就可以在繁星背景中找到它的“倩影”。

太陽系中,除了九大行星之外,在紅色的火星和巨大的木星軌道之間,還有約50萬顆像大行星那樣沿橢圓形軌道繞太陽運動的小天體。與九大行星相比,它們好像微不足道的碎石頭,這些小天體被稱作小行星,肉眼一般無法看到。最早發現的“谷神星”“智神星”“婚神星”和“灶神星”是小行星中最大的四顆,並稱四大金剛。本次沖日的“主角”谷神星,是1801年1月1日由義大利天文學家皮亞齊發現的,直徑約933公裏,質量約為月球的1/50,在小行星中排名第一,因此也稱為1號小行星。

天文學家介紹,8月的谷神星在南魚座中逆行。17日沖日時,谷神星、地球與太陽將呈近似一條直線,地球位于兩者之間。此時,谷神星的亮度會達到最高值,是觀測的有利時機。17日太陽降落以後,小行星將從東方地平線上升起,直到第二天太陽升起後,它才從西邊落下,因此整夜均可觀測。

沖日期間,谷神星的亮度為7.6星等,肉眼無法直接看到。但通過雙筒望遠鏡或小型天文望遠鏡就有機會看到其身影。選擇黯黑的郊面板測,效果最佳。

天文專家提醒愛好者,盡管谷神星每天的位置都會有微小的變化,觀測有一定難度,但在使用望遠鏡時若能再配上<世紀星圖> ,那將會比較容易找到它了。

發現

發現者朱塞普·皮亞齊

發現日期1801年1月1日

命名

小行星命名谷神星(小行星1)

發音Template:IPAc-enoras拉丁語:Cerēs

命名依據刻瑞斯

其他名稱A899OF;1943XB

小行星

分類矮行星

主帶

形容詞Cererian

軌道資料

歷元2009年6月18日

(JD2455000.5)

遠日點446,669,320千米(2.9858天文單位)

近日點380,995,855千米(2.5468天文單位)

半長軸413,832,587千米(2.7663天文單位)

離心率0.07934

軌道周期1680.5日

4.60儒略年

平均軌道速度17.882km/s

平近點角27.448°

軌道傾角10.585°(相對于黃道)

9.20°(相對于不變平面)

升交點黃經80.399°

近心點幅角72.825°

物理特征

赤道半徑487.3±1.8km

兩極半徑454.7±1.6km

質量9.43±0.07×1020kg

平均密度2.077±0.036g/cm3

赤道表面重力0.27m/s2

0.028g

宇宙速度0.51km/s

恆星自轉周期0.3781d

9.074170h

轉軸傾角about3°

北極赤經19h24min

291°

北極赤緯59°

反照率0.090±0.0033(幾何)

表面溫度

K最小平均最大

?~167K239K

光譜類型C-型小行星

星等6.7to9.32

絕對星等(H)3.36±0.02

角直徑0.84"to0.33"

谷神星正在向外噴射水蒸氣羽狀物質

2014年1月,赫歇爾天文台發現谷神星正在向外噴射水蒸氣羽狀物質。從概念圖中可以看到,谷神星大而且圓,使它成為像冥王星一樣的矮行星。科學家認為,可能是谷神星在接近太陽時,表面冰山蒸發導致這種現象。谷神星一直被認為隻有岩石存在,以現在的情況來看,它可能擁有比地球更多的淡水。

名字由來

(圖)谷神星(圖)谷神星

皮亞齊最初建議命名為Ceres Ferdinandea,來源于羅馬神話中的谷物女神刻瑞斯及西西裏王國的斐迪南國王。但“Ferdinandea”不為其他國家接受,因此沒再使用。另外,該天體在德國曾被稱為“赫拉”,但為時不長。在希臘,它被稱為Δήμητρα(Demeter),是Ceres同等意思的希臘文。在英文裏,Demeter是另一顆小行星(小行星1108)的名字。由于這個名字並不常用,there is no consensus as to the proper adjectival form of the name, although the nonce forms Cerian and Cereanhave been used in fiction。在文法上,Cererean會是正確的,來源于它的拉丁文genitiveCereris。谷神星的符號是一個鐮刀,相似于金星的符號()一個女性的符號或者是維納斯手中的鏡子。元素鈰的拉丁名稱Cerium是以谷神星命名的。元素鈀本來也以谷神星命名,可是它的發現者在鈰被命名後將之改以智神星命名。

神話故事

(圖)由哈勃空間望遠鏡拍攝的谷神星影像。(圖)由哈勃空間望遠鏡拍攝的谷神星影像。

希臘神話中,豐收女神是得墨忒耳(Demeter)。而在羅馬神話中,色列斯(Ceres)是主管農業和豐收的女神,象征著養育人類文明的肥沃的土壤,她被作為滋養眾生的母親來被人們祭拜。在神話中有這樣一個故事:

色列斯的女兒珀爾塞福涅突然被冥神普路托綁架。聞此噩耗,色列斯萬分悲痛,無心本職之工作,于是世間萬千植物,皆慢慢枯萎。直到她的女兒返回,她才恢復過來。于是一瞬間,世間的種子開始發芽,鮮花開始盛開,農田裏又布滿了綠油油的庄稼。

色列絲女神在神話中谷神是農業之神,其養活萬物,被視為母親的象征,是除了月亮之外,第二個關于母親(性)的指標。代表了懷孕,食物,家庭,祖國,勞動與工作及養育。

據統計,太陽系中約有50萬顆小行星和八大行星一樣繞著太陽公轉,目前已登記在冊的超過8000顆。它們大多體積很小,最早發現的四大小行星(谷神星(Ceres)、智神星(Pallas)、婚神星(Juno)和灶神星(Vesta))中,谷神星是最大的一顆,通常被稱作『偉大的母親』。這種稱呼,就是來自那些遙遠的羅馬神話。

每年5月11日前後,將會發生谷神星沖日,屆時,谷神星、地球與太陽將呈一條直線,地球位于兩者之間,谷神星的亮度會達到最高值。此後十多天時間裏,天文愛好者通過雙筒野外望遠鏡即可看到其倩影。

彩色照片

本月6日,美國宇航局發射的“黎明”號探測器,在經歷了近8年,超過50億公裏的星際探索後,成功抵達谷神星軌道。今天,美國宇航局正式公布了“黎明”號拍攝的谷神星表面彩色照片。

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