Открытие [1] | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Обнаружено | Джузеппе Пиацци | ||||||||
Дата открытия | 1 января 1801 г. | ||||||||
Обозначения | |||||||||
1 Церера | |||||||||
Произношение | / ˈ s ɪər iː z / , SEER -eez | ||||||||
Назван в честь | Церес | ||||||||
Прилагательные | Церериан, -ean ( / s ɪ ˈ r ɪər i ə n / ) | ||||||||
Символ | (исторически астрономический, сейчас в основном астрологический) | ||||||||
Орбитальные характеристики [2] | |||||||||
Эпоха 21 января 2022 г. ( JD 2459600.5) | |||||||||
Афелий | 2,98 а.е. (446 миллионов км ) | ||||||||
Перигелий | 2,55 а.е. (381 млн км) | ||||||||
2,77 а.е. (414 млн км) | |||||||||
Эксцентриситет | 0,0785 | ||||||||
| |||||||||
Средняя орбитальная скорость | 17,9 км/с | ||||||||
291,4 ° | |||||||||
Наклон |
| ||||||||
80,3° | |||||||||
7 декабря 2022 г. | |||||||||
73,6° | |||||||||
Спутники | Никто | ||||||||
Правильные орбитальные элементы [5] | |||||||||
Правильная большая полуось | 2,77 а.е. | ||||||||
Правильный эксцентриситет | 0,116 | ||||||||
Правильный наклон | 9,65° | ||||||||
Собственное среднее движение | 78,2 град / год | ||||||||
Правильный орбитальный период | 4,60358 года (1681,458 дня ) | ||||||||
Прецессия перигелия | 54,1 угловой секунды / год | ||||||||
Прецессия восходящего узла | −59,2 угловых секунд / год | ||||||||
Физические характеристики | |||||||||
Размеры | (966,2 × 962,0 × 891,8) ± 0,2 км [6] | ||||||||
939,4 ± 0,2 км [6] | |||||||||
2,772,368 км 2 [а] | |||||||||
Объем | 434 000 000 км 3 [7] | ||||||||
Масса | |||||||||
Средняя плотность | 2,1616 ± 0,0025 г/см 3 [7] | ||||||||
Экваториальная поверхностная гравитация | 0,284 м/с 2 (0,0290 g 0 ) [а] | ||||||||
0,36 ± 0,15 [8] [б] (оценка) | |||||||||
Экваториальная скорость убегания | 0,516 км/с [а]1141 миль/ч | ||||||||
9,074 170 ± 0,000 001 ч [2] | |||||||||
Скорость экваториального вращения | 92,61 м/с [а] | ||||||||
≈4° [10] | |||||||||
Северный полюс прямое восхождение | 291.42744° [11] | ||||||||
Склонение Северного полюса | 66.76033° [12] | ||||||||
0,090 ± 0,0033 (V-диапазон) [13] | |||||||||
| |||||||||
С [16] | |||||||||
| |||||||||
3.34 [2] | |||||||||
0,854″ до 0,339″ | |||||||||
Церера ( обозначение малой планеты : 1 Церера ) — карликовая планета в среднем главном поясе астероидов между орбитами Марса и Юпитера . Это был первый известный астероид , открытый 1 января 1801 года Джузеппе Пиацци в Палермской астрономической обсерватории на Сицилии и объявленный новой планетой . Позднее Церера была классифицирована как астероид, а затем как карликовая планета, единственная не за пределами орбиты Нептуна .
Небольшой размер Цереры означает, что даже в своей максимальной яркости она слишком тусклая, чтобы ее можно было увидеть невооруженным глазом , за исключением случаев, когда небо очень темное. Ее видимая величина колеблется от 6,7 до 9,3, достигая пика в противостоянии (когда она находится ближе всего к Земле ) раз в 15-16-месячный синодический период . В результате ее поверхностные особенности едва видны даже в самые мощные телескопы, и о ней было мало что известно, пока автоматический космический аппарат NASA Dawn не приблизился к Церере для своей орбитальной миссии в 2015 году.
Dawn обнаружил, что поверхность Цереры представляет собой смесь водяного льда и гидратированных минералов, таких как карбонаты и глина . Гравитационные данные показывают, что Церера частично дифференцирована на грязную (ледяно-каменную) мантию/ядро и менее плотную , но более прочную кору , которая состоит не более чем из тридцати процентов льда по объему. Хотя у Цереры, вероятно, нет внутреннего океана жидкой воды, рассолы все еще протекают через внешнюю мантию и достигают поверхности, позволяя криовулканам , таким как Ахуна Монс, образовываться примерно каждые пятьдесят миллионов лет. Это делает Цереру самым близким известным криовулканически активным телом к Солнцу . Кроме того, у Цереры чрезвычайно разреженная и временная атмосфера из водяного пара, выбрасываемого из локальных источников на ее поверхности.
В годы между принятием гелиоцентризма в 18 веке и открытием Нептуна в 1846 году несколько астрономов утверждали, что математические законы предсказывают существование скрытой или отсутствующей планеты между орбитами Марса и Юпитера . В 1596 году астроном-теоретик Иоганн Кеплер считал, что соотношения между планетарными орбитами будут соответствовать « Божественному замыслу » только с добавлением двух планет: одной между Юпитером и Марсом и одной между Венерой и Меркурием. [19] Другие теоретики, такие как Иммануил Кант , размышляли, был ли этот разрыв создан гравитацией Юпитера; В 1761 году астроном и математик Иоганн Генрих Ламберт задался вопросом: «А кто знает, не исчезли ли уже планеты, покинувшие обширное пространство между Марсом и Юпитером? Разве справедливо для небесных тел, как и для Земли, что более сильные терзают более слабых, и Юпитеру и Сатурну суждено вечно грабить?» [19]
В 1772 году немецкий астроном Иоганн Элерт Боде , ссылаясь на Иоганна Даниэля Тициуса , опубликовал формулу, позже известную как закон Тициуса–Боде , которая, казалось, предсказывала орбиты известных планет, за исключением необъяснимого зазора между Марсом и Юпитером. [19] [20] Эта формула предсказывала, что должна быть еще одна планета с радиусом орбиты около 2,8 астрономических единиц (а.е.), или 420 миллионов км, от Солнца. [20] Закон Тициуса–Боде приобрел еще большую достоверность после открытия Уильямом Гершелем в 1781 году Урана вблизи предсказанного расстояния для планеты за Сатурном . [19] В 1800 году группа во главе с Францем Ксавьером фон Цахом , редактором немецкого астрономического журнала Monatliche Correspondenz ( Ежемесячная переписка ), направила запросы двадцати четырем опытным астрономам, которых он окрестил « небесной полицией », [20] с просьбой объединить свои усилия и начать методичный поиск ожидаемой планеты. [20] Хотя они и не открыли Цереру, позже они нашли астероиды Палладу , Юнону и Весту . [20]
Одним из астрономов, выбранных для поиска, был Джузеппе Пиацци , католический священник в академии Палермо, Сицилия . До того, как получить приглашение присоединиться к группе, Пиацци открыл Цереру 1 января 1801 года. [21] Он искал «87-ю [звезду] Каталога зодиакальных звезд г-на Ла Кайля », [19] но обнаружил, что «ей предшествовала другая». [19] Вместо звезды Пиацци нашел движущийся звездообразный объект, который он сначала принял за комету. [22] Пиацци наблюдал Цереру двадцать четыре раза, последнее наблюдение произошло 11 февраля 1801 года, когда болезнь прервала его работу. Он объявил о своем открытии 24 января 1801 года в письмах двум коллегам-астрономам, своему соотечественнику Барнабе Ориани из Милана и Боде в Берлине . [23] Он сообщил о нем как о комете, но «поскольку его движение столь медленное и довольно равномерное, мне несколько раз приходило в голову, что это может быть что-то лучшее, чем комета». [19] В апреле Пиацци отправил свои полные наблюдения Ориани, Боде и французскому астроному Жерому Лаланду . Информация была опубликована в выпуске Monatliche Correspondenz за сентябрь 1801 года . [22]
К этому времени видимое положение Цереры изменилось (в первую очередь из-за движения Земли вокруг Солнца) и было слишком близко к солнечному блеску, чтобы другие астрономы могли подтвердить наблюдения Пиацци. К концу года Церера должна была снова быть видна, но после столь долгого времени было трудно предсказать ее точное положение. Чтобы восстановить Цереру, математик Карл Фридрих Гаусс , которому тогда было двадцать четыре года, разработал эффективный метод определения орбиты . [22] Он предсказал путь Цереры в течение нескольких недель и отправил свои результаты фон Цаху. 31 декабря 1801 года фон Цах и его коллега-небесный полицейский Генрих В. М. Ольберс обнаружили Цереру вблизи предсказанного положения и продолжили записывать ее положение. [22] Находясь на расстоянии 2,8 а. е. от Солнца, Церера, казалось, почти идеально соответствовала закону Тициуса-Боде; Когда в 1846 году был открыт Нептун, на восемь астрономических единиц ближе, чем предполагалось, большинство астрономов пришли к выводу, что этот закон был совпадением. [24]
Ранние наблюдатели смогли вычислить размер Цереры только с точностью до порядка величины . Гершель недооценил ее диаметр до 260 км (160 миль) в 1802 году; в 1811 году немецкий астроном Иоганн Иероним Шретер переоценил его до 2613 км (1624 миль). [25] В 1970-х годах инфракрасная фотометрия позволила более точно измерить ее альбедо , и диаметр Цереры был определен с точностью до десяти процентов от ее истинного значения в 939 км (583 мили). [25]
Предложенное Пиацци название для своего открытия было Церера Фердинанда : Церера в честь римской богини земледелия , чья земная обитель и старейший храм находились на Сицилии; и Фердинанда в честь монарха и покровителя Пиацци, короля Фердинанда III Сицилийского . [22] Последнее было неприемлемо для других стран и было отклонено. До того , как фон Цах обнаружил Цереру в декабре 1801 года, фон Цах называл планету Герой , а Боде называл ее Юноной . Несмотря на возражения Пиацци, эти названия получили распространение в Германии до того, как существование объекта было подтверждено. После этого астрономы остановились на имени Пиацци. [26]
Формы прилагательного от Ceres — Cererian [27] [28] и Cererean , [29] обе произносятся как / s ɪ ˈ r ɪər i ə n / . [30] [31] Церий — редкоземельный элемент , открытый в 1803 году, был назван в честь карликовой планеты Церера. [32] [c]
Древний астрономический символ Цереры, до сих пор используемый в астрологии, — серп .. [22] [34] Серп был одним из классических символов богини Цереры и был предложен, по-видимому, независимо, фон Захом и Боде в 1802 году. [35] Он похож по форме на символ ⟨♀⟩ (круг с маленьким крестом внизу) планеты Венера, но с разрывом в круге. Он имел различные второстепенные графические варианты, включая перевернутую формуНабрано как «C» (начальная буква имени Церера ) со знаком плюс. Общий символ астероида в виде пронумерованного диска, ①, был введен в 1867 году и быстро стал нормой. [22] [36]
Категоризация Цереры менялась не раз и была предметом некоторых разногласий. Боде считал, что Церера была «пропавшей планетой», которую он предполагал существовать между Марсом и Юпитером. [19] Церере был присвоен планетарный символ, и она оставалась планетой в астрономических книгах и таблицах (вместе с Палладой, Юноной и Вестой) более полувека. [37]
Поскольку в окрестностях Цереры были обнаружены другие объекты, астрономы начали подозревать, что он представляет собой первый из нового класса объектов. [19] Когда в 1802 году была открыта Паллада, Гершель ввел термин астероид («звездообразный») для этих тел, [37] написав, что «они так похожи на маленькие звезды, что их едва можно отличить от них даже с помощью очень хороших телескопов». [38] В 1852 году Иоганн Франц Энке в Berliner Astronomisches Jahrbuch объявил традиционную систему присвоения планетарных символов слишком громоздкой для этих новых объектов и ввел новый метод размещения чисел перед их названиями в порядке открытия. Первоначально система нумерации начиналась с пятого астероида, 5 Astraea , как номера 1, но в 1867 году Церера была принята в новую систему под названием 1 Ceres. [37]
К 1860-м годам астрономы широко признали, что между крупными планетами и астероидами, такими как Церера, существует фундаментальное различие, хотя слово «планета» еще не было точно определено . [37] В 1950-х годах ученые в целом перестали считать большинство астероидов планетами, но Церера иногда сохраняла свой статус после этого из-за своей планетоподобной геофизической сложности. [39] Затем, в 2006 году, дебаты вокруг Плутона привели к призывам дать определение термину «планета» и возможной реклассификации Цереры, возможно, даже к ее общему восстановлению в качестве планеты. [40] Предложение, представленное Международному астрономическому союзу (МАС), всемирному органу, ответственному за астрономическую номенклатуру и классификацию, определило планету как «небесное тело, которое (a) имеет достаточную массу для того, чтобы его собственная гравитация преодолевала силы твердого тела, так что оно принимает гидростатическую равновесную (почти круглую) форму, и (b) находится на орбите вокруг звезды и не является ни звездой, ни спутником планеты». [41] Если бы эта резолюция была принята, она сделала бы Цереру пятой планетой по порядку от Солнца, [42] но 24 августа 2006 года ассамблея приняла дополнительное требование, согласно которому планета должна « очистить окрестности вокруг своей орбиты». Церера не является планетой, потому что она не доминирует на своей орбите, разделяя ее, как это происходит с тысячами других астероидов в поясе астероидов, и составляет лишь около сорока процентов от общей массы пояса. [43] Тела, которые соответствовали первому предложенному определению, но не второму, такие как Церера, были вместо этого классифицированы как карликовые планеты . [44] Планетарные геологи до сих пор часто игнорируют это определение и в любом случае считают Цереру планетой. [45]
Церера — карликовая планета, но есть некоторая путаница в том, является ли она также астероидом. На веб-странице NASA указано, что Веста, второй по величине объект пояса, является крупнейшим астероидом. [46] МАС неоднозначно относится к этому вопросу, [47] [48] хотя его Центр малых планет , организация, ответственная за каталогизацию таких объектов, отмечает, что карликовые планеты могут иметь двойные обозначения, [49] а совместный справочник МАС/ Геологической службы США /НАСА классифицирует Цереру как астероид и карликовую планету. [50]
Церера следует по орбите между Марсом и Юпитером, около середины пояса астероидов, с орбитальным периодом (годом) 4,6 земных лет. [2] По сравнению с другими планетами и карликовыми планетами, орбита Цереры умеренно наклонена относительно орбиты Земли; ее наклон ( i ) составляет 10,6° по сравнению с 7° для Меркурия и 17° для Плутона. Она также слегка вытянута, с эксцентриситетом ( e ) = 0,08 по сравнению с 0,09 для Марса. [2]
Церера не является частью семейства астероидов , вероятно, из-за большой доли льда, так как меньшие тела с тем же составом сублимировались бы до нуля за время существования Солнечной системы. [51] Когда-то считалось, что она является членом семейства Гефион , [52] члены которого имеют схожие собственные орбитальные элементы , что предполагает общее происхождение через столкновение астероидов в прошлом. Позже было обнаружено, что Церера имеет другой состав, чем семейство Гефион [52] , и, по-видимому, является нарушителем , имеющим схожие орбитальные элементы, но не общее происхождение. [53]
Из-за своих малых масс и больших расстояний объекты в поясе астероидов редко попадают в гравитационные резонансы друг с другом. [54] Тем не менее, Церера способна захватывать другие астероиды во временные резонансы 1:1 (делая их временными троянцами ) на периоды от нескольких сотен тысяч до более двух миллионов лет. Было идентифицировано пятьдесят таких объектов. [55] Церера близка к среднему орбитальному резонансу движения 1:1 с Палладой (их собственные орбитальные периоды различаются на 0,2%), но недостаточно близка, чтобы быть значимой в астрономических временных масштабах. [56]
Период вращения Цереры (церерианские сутки) составляет 9 часов и 4 минуты; [10] небольшой экваториальный кратер Кайт выбран в качестве ее нулевого меридиана . [57] Церера имеет осевой наклон 4°, [10] достаточно малый для того, чтобы ее полярные регионы содержали постоянно затененные кратеры, которые, как ожидается, будут действовать как холодные ловушки и накапливать водяной лед с течением времени, подобно тому , что происходит на Луне и Меркурии . Ожидается, что около 0,14% молекул воды, высвобождаемых с поверхности, попадут в ловушки, совершая в среднем три прыжка, прежде чем вырваться или оказаться в ловушке. [10]
Dawn , первый космический аппарат, вышедший на орбиту Цереры, определил, что северная полярная ось указывает на прямое восхождение 19 ч 25 м 40,3 с (291,418°), склонение +66° 45' 50" (около 1,5 градуса от Дельты Дракона ), что означает наклон оси в 4°. Это означает, что Церера в настоящее время видит мало или вообще не видит сезонных изменений солнечного света в зависимости от широты. [58] Гравитационное влияние Юпитера и Сатурна в течение трех миллионов лет вызвало циклические сдвиги наклона оси Цереры, варьирующиеся от двух до двадцати градусов, что означает, что сезонные изменения в воздействии солнца происходили в прошлом, причем последний период сезонной активности оценивается 14 000 лет назад. Те кратеры, которые остаются в тени в периоды максимального наклона оси, с наибольшей вероятностью сохраняют водяной лед от извержений или ударов комет за время существования Солнечной системы. [59]
Церера — крупнейший астероид в главном поясе астероидов. [16] Он был классифицирован как астероид типа C или углеродистый астероид [16] и, из-за наличия глинистых минералов, как астероид типа G. [60] Он имеет схожий, но не идентичный состав с составом метеоритов углеродистых хондритов . [61] Это сплющенный сфероид с экваториальным диаметром на 8% больше полярного диаметра. [2] Измерения с космического аппарата Dawn показали, что средний диаметр составляет 939,4 км (583,7 мили) [2] и масса9,38 × 10 20 кг . [62] Это дает Церере плотность2,16 г/см 3 , [2] что говорит о том, что четверть его массы составляет водяной лед. [63]
Церера составляет 40% от предполагаемой(2394 ± 5) × 10 18 кг массы пояса астероидов, и он имеет 3+В 1 ⁄ 2 раза больше массы следующего астероида, Весты , но это всего лишь 1,3% массы Луны . Она близка к гидростатическому равновесию , но некоторые отклонения от равновесной формы еще предстоит объяснить. [64] Несмотря на это, Церера является единственной широко признанной карликовой планетой с орбитальным периодом, меньшим, чем у Нептуна. [63] Моделирование показало, что каменистый материал Цереры частично дифференцирован , и что она может обладать небольшим ядром , [65] [66] но данные также согласуются с мантией из гидратированных силикатов и отсутствием ядра. [64] Поскольку у Dawn не было магнитометра , неизвестно, есть ли у Цереры магнитное поле ; считается, что его нет. [67] [68] Внутренняя дифференциация Цереры может быть связана с отсутствием у нее естественного спутника , поскольку считается, что спутники астероидов главного пояса в основном формируются в результате столкновительного разрушения, в результате чего образуется недифференцированная структура в виде груды обломков . [69]
Состав поверхности Цереры однороден в глобальном масштабе и богат карбонатами и аммиачными филлосиликатами , которые были изменены водой, [64] хотя водяной лед в реголите варьируется от приблизительно 10% в полярных широтах до гораздо более сухих, даже свободных ото льда, в экваториальных регионах. [64]
Исследования с использованием космического телескопа Хаббл показывают наличие графита , серы и диоксида серы на поверхности Цереры. Графит, очевидно, является результатом космического выветривания на старых поверхностях Цереры; последние два являются летучими в условиях Цереры и, как можно ожидать, либо быстро улетучатся, либо осядут в холодных ловушках, и поэтому, очевидно, связаны с областями с относительно недавней геологической активностью. [70]
Органические соединения были обнаружены в кратере Эрнутет [71] , и большая часть поверхности планеты богата углеродом, примерно 20% по массе. [72] Содержание углерода более чем в пять раз выше, чем в углеродистых хондритовых метеоритах, проанализированных на Земле. [72] Поверхностный углерод показывает, что он смешан с продуктами взаимодействия горных пород и воды, такими как глины. [72] Эта химия предполагает, что Церера образовалась в холодной среде, возможно, за пределами орбиты Юпитера, и что она аккрецировала из ультрабогатых углеродом материалов в присутствии воды, что могло обеспечить условия, благоприятные для органической химии. [72]
Dawn показал, что поверхность Цереры сильно кратерирована, хотя и с меньшим количеством крупных кратеров, чем ожидалось. [75] Модели, основанные на формировании нынешнего пояса астероидов, предсказывали, что на Церере должно быть от десяти до пятнадцати кратеров диаметром более 400 км (250 миль). [75] Самый большой подтвержденный кратер на Церере, бассейн Керван , имеет диаметр 284 км (176 миль). [76] Наиболее вероятной причиной этого является вязкая релаксация коры, медленно сглаживающая более крупные удары. [75] [77]
Северный полярный регион Цереры показывает гораздо больше кратеров, чем экваториальный регион, а восточный экваториальный регион, в частности, сравнительно слабо кратерирован. [78] Общая частота размеров кратеров от двадцати до ста километров (10–60 миль) согласуется с тем, что они возникли во время поздней тяжелой бомбардировки , а кратеры за пределами древних полярных регионов, вероятно, были стерты ранним криовулканизмом . [78] Три крупных неглубоких бассейна (planitiae) с деградированными краями, вероятно, являются эродированными кратерами. [64] Самый большой, Vendimia Planitia , диаметром 800 км (500 миль), [75] также является крупнейшим отдельным географическим объектом на Церере. [79] Два из трех имеют концентрацию аммония выше средней. [64]
Dawn обнаружил 4423 валуна диаметром более 105 м (344 фута) на поверхности Цереры. Эти валуны, вероятно, образовались в результате ударов и находятся внутри или около кратеров, хотя не все кратеры содержат валуны. Крупные валуны более многочисленны на более высоких широтах. Валуны на Церере хрупкие и быстро разрушаются из-за термического напряжения (на рассвете и закате температура поверхности быстро меняется) и метеоритных ударов. Их максимальный возраст оценивается в 150 миллионов лет, что намного короче, чем продолжительность жизни валунов на Весте. [80]
Хотя на Церере отсутствует тектоника плит [81] , а подавляющее большинство ее поверхностных особенностей связано либо с ударами, либо с криовулканической активностью, [82] на ее поверхности предварительно идентифицировано несколько потенциально тектонических особенностей, особенно в ее восточном полушарии. Катены Самайна, линейные разломы километрового масштаба на поверхности Цереры, не имеют никакой очевидной связи с ударами и имеют большее сходство с цепями кратеров-ямок , которые указывают на скрытые нормальные разломы . Кроме того, несколько кратеров на Церере имеют неглубокие, трещиноватые дна, соответствующие криомагматическому вторжению. [83]
На Церере есть одна выдающаяся гора, Ахуна Монс ; это, по-видимому, криовулкан с небольшим количеством кратеров, что предполагает максимальный возраст в 240 миллионов лет. [85] Его относительно высокое гравитационное поле предполагает, что он плотный и, таким образом, состоит больше из камня, чем из льда, и что его размещение, вероятно, связано с диапиризмом суспензии рассола и силикатных частиц из верхней части мантии. [51] Он примерно антиподален бассейну Керван. Сейсмическая энергия от удара, образовавшего Керван, могла быть сосредоточена на противоположной стороне Цереры, разрушая внешние слои коры и вызывая движение высоковязкой криомагмы (грязный водяной лед, смягченный содержанием солей) на поверхность. [86] Керван также демонстрирует доказательства воздействия жидкой воды из-за ударного таяния подповерхностного льда. [76]
Компьютерное моделирование 2018 года предполагает, что криовулканы на Церере, однажды сформировавшись, отступают из-за вязкой релаксации в течение нескольких сотен миллионов лет. Команда определила 22 объекта в качестве сильных кандидатов на расслабленные криовулканы на поверхности Цереры. [85] [87] Ямор Монс, древняя вершина с ударными кратерами, напоминает Ахуна Монс, несмотря на то, что она намного старше, из-за того, что она находится в северном полярном регионе Цереры, где более низкие температуры препятствуют вязкой релаксации коры. [82] Модели предполагают, что за последний миллиард лет на Церере в среднем каждые пятьдесят миллионов лет образовывался один криовулкан. [82] Извержения могут быть связаны с древними ударными бассейнами, но неравномерно распределены по Церере. [82] Модель предполагает, что, вопреки выводам по Ахуна Монс, криовулканы Цереры должны состоять из гораздо менее плотного материала, чем в среднем для коры Цереры, иначе наблюдаемая вязкая релаксация не могла бы произойти. [85]
Неожиданно большое количество кратеров Церерианы имеют центральные ямы, возможно, из-за криовулканических процессов; другие имеют центральные пики. [88] Сотни ярких пятен (faculae) были обнаружены Dawn , самое яркое в середине 80-километрового (50 миль) кратера Оккатор . [89] Яркое пятно в центре Оккатора называется Cerealia Facula, [90] а группа ярких пятен к востоку от него — Vinalia Faculae. [91] Оккатор имеет яму шириной 9–10 км, частично заполненную центральным куполом. Купол появился позже факелов и, вероятно, вызван замерзанием подземного резервуара, сопоставимого с пинго в арктическом регионе Земли. [92] [93] Над Цереалией периодически появляется дымка, подтверждая гипотезу о том, что какой-то вид выделяющегося или сублимирующего льда образовал яркие пятна. [94] В марте 2016 года Dawn обнаружил неопровержимые доказательства наличия водяного льда на поверхности Цереры в кратере Оксо . [95]
9 декабря 2015 года ученые НАСА сообщили, что яркие пятна на Церере могут быть вызваны типом соли из испарившегося рассола, содержащего гексагидрат сульфата магния ( MgSO4 · 6H2O ); также было обнаружено, что пятна связаны с богатыми аммиаком глинами. [96] В 2017 году сообщалось, что спектры этих ярких областей в ближнем инфракрасном диапазоне соответствуют большому количеству карбоната натрия ( Na
2КО
3) и меньшие количества хлорида аммония ( NH
4Cl ) или гидрокарбонат аммония ( NH
4ХСО
3). [97] [98] Предполагается, что эти материалы образовались в результате кристаллизации рассолов, достигших поверхности. [99] В августе 2020 года НАСА подтвердило, что Церера была богатым водой телом с глубоким резервуаром рассола, который просачивался на поверхность в сотнях мест [100], вызывая «яркие пятна», в том числе в кратере Оккатор. [101]
Активная геология Цереры обусловлена льдом и рассолами. Вода, выщелоченная из скал, по оценкам, имеет соленость около 5%. В целом, Церера примерно на 50% состоит из воды по объему (по сравнению с 0,1% для Земли) и на 73% из скал по массе. [14]
Самые большие кратеры Цереры имеют глубину в несколько километров, что не соответствует богатой льдом мелкой подповерхности. Тот факт, что поверхность сохранила кратеры диаметром почти 300 км (200 миль), указывает на то, что внешний слой Цереры примерно в 1000 раз прочнее водяного льда. Это согласуется со смесью силикатов , гидратированных солей и метановых клатратов , с не более чем 30% водяного льда по объему. [64] [102]
Гравитационные измерения с Dawn породили три конкурирующие модели внутреннего строения Цереры. [14] В трехслойной модели Церера, как полагают, состоит из внешней коры толщиной 40 км (25 миль) из льда, солей и гидратированных минералов и внутренней илистой « мантии » из гидратированных пород, таких как глины, разделенных 60-километровым (37 миль) слоем илистой смеси рассола и пород. [103] Невозможно сказать, содержит ли глубокое внутреннее пространство Цереры жидкость или ядро из плотного материала, богатого металлом, [104] но низкая центральная плотность предполагает, что оно может сохранять около 10% пористости . [14] Одно исследование оценило плотность ядра и мантии/коры как 2,46–2,90 и 1,68–1,95 г/см 3 соответственно, при этом мантия и кора вместе имеют толщину 70–190 км (40–120 миль). Ожидается лишь частичная дегидратация (вытеснение льда) из ядра, хотя высокая плотность мантии относительно водяного льда отражает ее обогащение силикатами и солями. [9] То есть ядро (если оно существует), мантия и кора состоят из горных пород и льда, хотя и в разных соотношениях.
Минеральный состав Цереры можно определить (косвенно) только для ее внешних 100 км (60 миль). Твердая внешняя кора толщиной 40 км (25 миль) представляет собой смесь льда, солей и гидратированных минералов. Под ней находится слой, который может содержать небольшое количество рассола. Он простирается до глубины по крайней мере 100 км (60 миль) предела обнаружения. Под ней, как полагают, находится мантия, в которой преобладают гидратированные породы, такие как глины. [104]
В одной двухслойной модели Церера состоит из ядра из хондр и мантии из смешанного льда и твердых частиц микронного размера («грязи»). Сублимация льда на поверхности оставит отложение гидратированных частиц толщиной около двадцати метров. Диапазон степени дифференциации согласуется с данными: от большого ядра размером 360 км (220 миль), состоящего на 75% из хондр и 25% из частиц, и мантии из 75% льда и 25% из частиц, до небольшого ядра размером 85 км (55 миль), состоящего почти полностью из частиц, и мантии из 30% льда и 70% из частиц. При большом ядре граница ядро-мантия должна быть достаточно теплой для карманов с рассолом. При маленьком ядре мантия должна оставаться жидкой ниже 110 км (68 миль). В последнем случае замерзание жидкого резервуара на 2% сожмет жидкость настолько, что часть ее вытолкнет на поверхность, вызывая криовулканизм. [105]
Вторая двухслойная модель предполагает частичную дифференциацию Цереры на богатую летучими веществами кору и более плотную мантию из гидратированных силикатов. Диапазон плотностей коры и мантии можно рассчитать на основе типов метеоритов, которые, как предполагается, поразили Цереру. С метеоритами класса CI (плотность 2,46 г/см 3 ) кора будет иметь толщину приблизительно 70 км (40 миль) и плотность 1,68 г/см 3 ; с метеоритами класса CM (плотность 2,9 г/см 3 ) кора будет иметь толщину приблизительно 190 км (120 миль) и плотность 1,9 г/см 3 . Моделирование наилучшего соответствия дает кору толщиной приблизительно 40 км (25 миль) с плотностью приблизительно 1,25 г/см 3 , и плотностью мантии/ядра приблизительно 2,4 г/см 3 . [64]
В 2017 году Dawn подтвердил, что у Цереры есть временная атмосфера из водяного пара. [106] Намеки на атмосферу появились в начале 2014 года, когда космическая обсерватория Гершеля обнаружила локализованные среднеширотные источники водяного пара на Церере, не более 60 км (40 миль) в диаметре, каждый из которых испускает примерно10 26 молекул (3 кг) воды в секунду. [107] [108] [d] Две потенциальные области источника, обозначенные Пиацци (123° в. д., 21° с. ш.) и Регион А (231° в. д., 23° с. ш.), были визуализированы в ближнем инфракрасном диапазоне как темные области (Регион А также имеет яркий центр) Обсерваторией Кека . Возможные механизмы выделения пара - сублимация приблизительно из 0,6 км 2 (0,2 кв. мили) открытого поверхностного льда, криовулканические извержения в результате радиогенного внутреннего тепла, [107] или повышение давления подповерхностного океана из-за утолщения вышележащего слоя льда. [111] В 2015 году Дэвид Джуитт включил Цереру в свой список активных астероидов . [112] Поверхностный водяной лед нестабилен на расстояниях менее 5 а.е. от Солнца, [113] поэтому ожидается, что он сублимируется при прямом воздействии солнечной радиации. Протонная эмиссия от солнечных вспышек и корональных выбросов массы может распылять открытые ледяные пятна на поверхности, что приводит к положительной корреляции между обнаружением водяного пара и солнечной активностью. [114] Водяной лед может мигрировать из глубоких слоев Цереры на поверхность, но он ускользает за короткое время. Поверхностная сублимация, как ожидается, будет ниже, когда Церера находится дальше от Солнца на своей орбите, и внутренние выбросы не должны зависеть от ее орбитального положения. Ограниченные данные, доступные ранее, предполагали сублимацию в кометном стиле, [107] но данные, полученные с Dawn, предполагают, что геологическая активность может быть, по крайней мере, частично ответственной. [115]
Исследования с использованием детектора гамма-излучения и нейтронов Dawn (GRaND) показывают, что Церера ускоряет электроны из солнечного ветра; наиболее принятая гипотеза заключается в том, что эти электроны ускоряются за счет столкновений солнечного ветра с разреженной экзосферой водяного пара. [116] [117] Подобные ударные волны также можно объяснить кратковременным магнитным полем, но это считается менее вероятным, поскольку внутренняя часть Цереры, как полагают, не обладает достаточной электропроводностью. [117] Тонкая экзосфера Цереры непрерывно пополняется за счет воздействия на участки водяного льда ударами, диффузии водяного льда через пористую ледяную корку и распыления протонов во время солнечной активности. [118] [119] [120] Скорость этой диффузии пара зависит от размера зерна [121] и сильно зависит от глобальной пылевой мантии, состоящей из совокупности частиц размером приблизительно 1 микрон. [122] Пополнение экзосферы только за счет сублимации очень мало, при этом текущая скорость дегазации составляет всего 0,003 кг/с. [123] Были предприняты попытки создания различных моделей существующей экзосферы, включая баллистическую траекторию, DSMC и численные модели полярной шапки. [124] [125] [126] Результаты показали период полураспада экзосферы воды 7 часов из модели баллистической траектории, скорость дегазации 6 кг/с с оптически тонкой атмосферой, поддерживаемой в течение десятков дней с использованием модели DSMC, и сезонные полярные шапки, образованные из экзосферной поставки воды с использованием модели полярной шапки. Подвижность молекул воды внутри экзосферы определяется баллистическими прыжками в сочетании с взаимодействием с поверхностью, однако о прямых взаимодействиях с планетарными реголитами известно меньше. [123]
Церера — это сохранившаяся протопланета , которая образовалась 4,56 миллиарда лет назад; наряду с Палладой и Вестой, одна из трех оставшихся во внутренней Солнечной системе, [127] а остальные либо слились, чтобы сформировать планеты земного типа , были разрушены в столкновениях [128] или были выброшены Юпитером. [129] Несмотря на нынешнее местоположение Цереры, ее состав не соответствует тому, что она образовалась в поясе астероидов. Скорее кажется, что она образовалась между орбитами Юпитера и Сатурна и была отклонена в пояс астероидов, когда Юпитер мигрировал наружу. [14] Открытие солей аммония в кратере Оккатор подтверждает происхождение во внешней Солнечной системе, поскольку аммиак гораздо более распространен в этом регионе. [130]
Ранняя геологическая эволюция Цереры зависела от источников тепла, доступных во время и после ее формирования: ударной энергии от аккреции планетезималей и распада радионуклидов (возможно, включая короткоживущие вымершие радионуклиды, такие как алюминий-26 ). Этого могло быть достаточно, чтобы Церера разделилась на скалистое ядро и ледяную мантию или даже на жидкий водный океан [64] вскоре после ее формирования. [66] Этот океан должен был оставить ледяной слой под поверхностью, когда замерзал. Тот факт, что Dawn не нашел никаких доказательств такого слоя, говорит о том, что изначальная кора Цереры была по крайней мере частично разрушена более поздними ударами, тщательно смешавшими лед с солями и богатым силикатом материалом древнего морского дна и материалом под ним. [64]
На Церере на удивление мало крупных кратеров, что говорит о том, что вязкая релаксация и криовулканизм стерли более старые геологические особенности. [131] Присутствие глин и карбонатов требует химических реакций при температурах выше 50 °C, что согласуется с гидротермальной активностью. [51]
Со временем она стала значительно менее геологически активной, на ее поверхности преобладают ударные кратеры ; тем не менее, данные с Dawn показывают, что внутренние процессы продолжали в значительной степени формировать поверхность Цереры [132], вопреки прогнозам о том, что небольшой размер Цереры должен был прекратить внутреннюю геологическую активность на раннем этапе ее истории. [133]
Хотя Церера не так активно обсуждается как потенциальный дом для микробной внеземной жизни , как Марс , Европа , Энцелад или Титан , на ней больше всего воды, чем на любом другом теле во внутренней Солнечной системе после Земли [51], и вероятные соляные карманы под ее поверхностью могли бы обеспечить среду обитания для жизни. [51] В отличие от Европы или Энцелада, она не испытывает приливного нагрева , но находится достаточно близко к Солнцу и содержит достаточно долгоживущих радиоактивных изотопов, чтобы сохранять жидкую воду в своих недрах в течение длительных периодов. [51] Дистанционное обнаружение органических соединений и наличие воды, смешанной с 20% углерода по массе, в ее близлежащей поверхности может обеспечить условия, благоприятные для органической химии. [72] Из биохимических элементов Церера богата углеродом , водородом , кислородом и азотом [134] , но фосфор еще не обнаружен [135] , а сера, несмотря на то, что предполагалось наблюдениями УФ-излучения Хаббла, не была обнаружена Dawn . [51]
Находясь в оппозиции около перигелия , Церера может достигать видимой величины +6,7. [136] Это слишком тускло, чтобы быть видимым невооруженным глазом , но в идеальных условиях наблюдения острые глаза могут его увидеть. Веста — единственный другой астероид, который может регулярно достигать подобной яркой величины, в то время как Паллада и 7 Ирис делают это только когда находятся и в оппозиции, и вблизи перигелия. [137] Находясь в соединении , Церера имеет величину около +9,3, что соответствует самым слабым объектам, видимым в бинокль 10×50; таким образом, ее можно увидеть в такой бинокль в естественно темном и ясном ночном небе около новолуния . [17]
Покрытие звезды BD+8° 471 Церерой наблюдалось 13 ноября 1984 года в Мексике, Флориде и по всему Карибскому морю , что позволило точнее измерить ее размер, форму и альбедо. [138] 25 июня 1995 года Хаббл получил ультрафиолетовые изображения Цереры с разрешением 50 км (30 миль). [60] В 2002 году обсерватория Кека получила инфракрасные изображения с разрешением 30 км (20 миль) с использованием адаптивной оптики . [139]
До миссии Dawn на Церере было однозначно обнаружено лишь несколько поверхностных особенностей. Ультрафиолетовые снимки Хаббла с высоким разрешением в 1995 году показали темное пятно на ее поверхности, которое было названо «Пиацци» в честь первооткрывателя Цереры. [60] Считалось, что это кратер. Видимые изображения полного оборота, полученные Хабблом в 2003 и 2004 годах, показали одиннадцать узнаваемых поверхностных особенностей, природа которых была не определена. [13] [140] Одна из них соответствовала особенности Пиацци. [13] Изображения в ближнем инфракрасном диапазоне по всему обороту, полученные с помощью адаптивной оптики обсерваторией Кека в 2012 году, показали яркие и темные особенности, движущиеся вместе с вращением Цереры. [141] Две темные особенности были круглыми и предположительно были кратерами; у одной наблюдалась яркая центральная область, а другая была идентифицирована как особенность Пиацци. [141] Рассвет в конце концов показал, что Пиацци — это темная область в центре равнины Вендимия , недалеко от кратера Данту , а другая темная область находится в пределах равнины Ханами и недалеко от кратера Оккатор . [142]
В начале 1990-х годов НАСА инициировало программу Discovery , которая должна была стать серией недорогих научных миссий. В 1996 году исследовательская группа программы предложила высокоприоритетную миссию по исследованию пояса астероидов с использованием космического корабля с ионным двигателем . Финансирование оставалось проблематичным в течение почти десятилетия, но к 2004 году аппарат Dawn прошел критическую проверку конструкции. [143]
Dawn , первая космическая миссия, посетившая Весту или Цереру, была запущена 27 сентября 2007 года. 3 мая 2011 года Dawn получил свой первый снимок цели на расстоянии 1 200 000 км (750 000 миль) от Весты. [144] После тринадцати месяцев нахождения на орбите Весты Dawn использовал свой ионный двигатель, чтобы отправиться к Церере, при этом гравитационный захват произошел 6 марта 2015 года [145] на расстоянии 61 000 км (38 000 миль), [146] за четыре месяца до пролета New Horizons мимо Плутона. [146]
Инструментарий космического корабля включал в себя камеру кадрирования, визуальный и инфракрасный спектрометр , а также детектор гамма-излучения и нейтронов . Эти инструменты исследовали форму и элементный состав Цереры. [147] 13 января 2015 года, когда Dawn приближался к Церере, космический корабль сделал первые снимки с разрешением, близким к разрешению Хаббла, выявив ударные кратеры и небольшое пятно с высоким альбедо на поверхности. Дополнительные сеансы съемки с более высоким разрешением проходили с февраля по апрель. [148]
Профиль миссии Dawn предусматривал изучение Цереры с серии круговых полярных орбит на последовательно более низких высотах. Он вошел в свою первую наблюдательную орбиту («RC3») вокруг Цереры на высоте 13 500 км (8 400 миль) 23 апреля 2015 года, оставаясь только на одном витке (15 дней). [149] [150] Затем космический аппарат сократил свое орбитальное расстояние до 4 400 км (2 700 миль) для своей второй наблюдательной орбиты («survey») в течение трех недель, [151] затем снизился до 1 470 км (910 миль) («HAMO;» высотная картографическая орбита) на два месяца [152] и затем снизился до своей конечной орбиты на высоте 375 км (233 мили) («LAMO;» низковысотная картографическая орбита) по крайней мере на три месяца. [153] В октябре 2015 года НАСА опубликовало полноцветный портрет Цереры, сделанный Dawn . [154] В 2017 году миссия Dawn была продлена для выполнения серии более близких орбит вокруг Цереры, пока не закончился гидразин, используемый для поддержания его орбиты. [155]
Dawn вскоре обнаружил доказательства криовулканизма. Два отчетливых ярких пятна (или высокоальбедные особенности) внутри кратера (отличающиеся от ярких пятен, наблюдавшихся на более ранних снимках Хаббла) [156] были видны на изображении от 19 февраля 2015 года, что привело к предположениям о возможном криовулканическом происхождении [157] или выделении газа. [158] 2 сентября 2016 года ученые из команды Dawn утверждали в научной статье, что Ahuna Mons является самым убедительным доказательством криовулканических особенностей на Церере. [86] 11 мая 2015 года NASA опубликовало изображение с более высоким разрешением, показывающее, что пятна состоят из нескольких более мелких пятен. [159] 9 декабря 2015 года ученые NASA сообщили, что яркие пятна на Церере могут быть связаны с типом соли, в частности с формой рассола, содержащего гексагидрат сульфата магния (MgSO 4 · 6H 2 O); Было также обнаружено, что пятна связаны с глинами, богатыми аммиаком . [96] В июне 2016 года было обнаружено, что ближние инфракрасные спектры этих ярких областей соответствуют большому количеству карбоната натрия ( Na
2КО
3), что подразумевает, что недавняя геологическая активность, вероятно, была связана с созданием ярких пятен. [160]
С июня по октябрь 2018 года Dawn вращался вокруг Цереры на расстоянии от 35 км (22 мили) до 4000 км (2500 миль). [161] Миссия Dawn завершилась 1 ноября 2018 года после того, как у космического корабля закончилось топливо. [162]
В 2020 году группа ЕКА предложила концепцию миссии Calathus , последующей миссии к кратеру Оккатор , чтобы вернуть образец ярких карбонатных факелов и темной органики на Землю. [163] Китайское космическое агентство разрабатывает миссию по возвращению образцов с Цереры, которая состоится в 2020-х годах. [164]
Астероиды различаются по размеру от Весты — самый большой имеет диаметр около 329 миль (530 км)
...
Церера является (или теперь мы можем сказать, что была) самым большим астероидом
... Есть много других астероидов, которые могут приблизиться к орбитальной траектории Цереры.
"карликовых планет" не исключает их двойных обозначений в возможных отдельных каталогах таких тел.