穀神星

穀神星

穀神星(Ceres)是太陽系中最小的、也是唯一一顆位於小行星帶的矮行星。由義大利人皮亞齊發現,並於1801年1月1日公布。穀神星的直徑約950千米,約占小行星帶總質量的三分之一。近期的觀測表明穀神星接近球體,並不像更低重力的天體具有不規則的形狀。穀神星表面可能水冰和各種水合礦物組成,如碳酸鹽和粘土等,其整體可分為巖殼和其下的冰幔,在外殼下,甚至可能存在一個液態水的海洋,這使其成為尋找外星生命的潛在目標之一。穀神星也可能擁有包含水汽的稀薄大氣層。

基本信息

簡單介紹

穀神星穀神星哈勃空間望遠鏡下的穀神星(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
象徵:收穫
季節:秋天
心理層面:懷孕,食物,家庭,祖國,勞動與工作及養育,被視為母親的象徵。
占星意義:用來判斷母性傾向的特徵。
穀神星(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1801年1月1日發現。其平均直徑為952公里,等於月球直徑的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個象徵母親的星。

星體發現

穀神星穀神星哈勃空間望遠鏡下的穀神星(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……然後再把每個數字都加上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)有著一定的聯繫。

提丟斯的朋友,天文學家波得深知這一發現的重要意義,就於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,只是現在還沒有被發現。於是,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,他從望遠鏡里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“穀神星”。

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,為什麼它只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注意。高斯想,既然天文學家通過觀察找不到穀神星,那么,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。天文學家都找不到穀神星,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。克卜勒正是憑藉著自己的數學才能,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,只用了一個小時就算出了穀神星的軌道形狀,並指出它將於何時出現在哪一片天空里。
1801年12月31日夜,德國天文愛好者奧伯斯,在高斯預言的時間裡,用望遠鏡對準了這片天空。果然不出所料,穀神星出現了!

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,但他的發現卻未受注意,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,並於翌年由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,而穀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穀神星要大。

名字由來

(圖)穀神星皮亞齊最初建議命名為Ceres Ferdinandea,來源於羅馬神話中的穀物女神刻瑞斯西西里王國的斐迪南國王。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。在英文裡,Demeter是另一顆小行星(小行星1108)的名字。由於這個名字並不常用,there is no consensus as to the proper adjectival form of the name, although the nonce forms Cerian and Cereanhave been used in fiction。在語法上,Cererean會是正確的,來源於它的拉丁文genitiveCereris。穀神星的符號是一個鐮刀,相似於金星的符號()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是以穀神星命名的。元素鈀本來也以穀神星命名,可是它的發現者在鈰被命名後將之改以智神星命名。

結構特徵

穀神星穀神星

穀神星與其他類似地球的行星一樣,是由岩石所組成的,而且其外觀呈現圓形,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穀神星沒有辦法成為一個大型行星的原因。

穀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,比穀神星大的天體也隨之被找到,包括(28978)小行星(Ixion)、(50000)夸奧爾星(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)也可能比穀神星大,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穀神星的外貌,發現它相當接近球形,而且表面具有不同的反照率,相信擁有複雜的地形,有天文學家甚至推測穀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探測器前往穀神星,預計於2015年8月到達。

物理特性

穀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年最近三次數據的平均數為9.4×1020千克。以這樣的質量,穀神星會占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,近似於流體靜力平衡。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。

穀神星的表面成分和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徵在其他C型小行星里並不會出現。有時穀神星也會被歸類於G-型小行星。

穀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)。

軌道探索

(圖)穀神星的軌道穀神星的軌道

自1801年發現穀神星後,天文學家根據與“提丟斯-波得定則”軌道相若的關係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,四顆天體曾一併並列為行星之列,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),穀神星則為“四大小行星”之首。

而在2006年8月24日,於布拉格舉行之“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,而把穀神星劃入其中。

穀神星的軌道介於木星和火星之間,位於主帶內,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 )

說明圖中呈現穀神星的軌道(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,穀神星的軌道在火星木星中間的空隙內;右上圖是特寫圖,標示出火星和穀神星的近日點(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,將穀神星和火星與木星的軌道比較。

在過去,穀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,發現穀神星的光譜特性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。穀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。穀神星的自轉周期是9小時4分。

迄今還沒有太空船曾經拜訪過穀神星,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年探測穀神星。

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穀神星,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框架相機、可見光紅外分光儀伽瑪射線中子偵測儀。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,觀察火星受到穀神星的運動所誘導的攝動,曾經被用來估計穀神星的質量。

神話故事

(圖)由哈勃空間望遠鏡拍攝的穀神星影像。由哈勃空間望遠鏡拍攝的穀神星影像。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,象徵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,於是世間萬千植物,皆慢慢枯萎。直到她的女兒返回,她才恢復過來。於是一瞬間,世間的種子開始發芽,鮮花開始盛開,農田裡又布滿了綠油油的莊稼。
色列絲女神在神話中穀神是農業之神,其養活萬物,被視為母親的象徵,是除了月亮之外,第二個關於母親(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(穀神星(Ceres)、智神星(Pallas)、婚神星(Juno)和灶神星(Vesta))中,穀神星是最大的一顆,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,將會發生穀神星沖日,屆時,穀神星、地球與太陽將呈一條直線,地球位於兩者之間,穀神星的亮度會達到最高值。此後十多天時間裡,天文愛好者通過雙筒野外望遠鏡即可看到其倩影。

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在距離地球2.6億公里外的神秘小行星帶內,太陽系內最大的小行星———穀神星與太陽正在籌劃著名一場“星際約會”。記者從中科院上海天文台了解到,2005年5月11日夜空中將上演穀神星沖日的奇觀,天文愛好者有望憑藉雙筒望遠鏡觀測到穀神星的“倩影”。

天文學家表示,在11日太陽落山以後,穀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,穀神星,地球與太陽將呈一條直線,而地球位於兩者之間。在沖日的時候,穀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穀神星附近,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——穀神星沖日,屆時,如果天氣晴朗,藉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“穀神星”“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”穀神星,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公里,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月的穀神星在南魚座中逆行。17日沖日時,穀神星、地球與太陽將呈近似一條直線,地球位於兩者之間。此時,穀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,穀神星的亮度為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。選擇黯黑的郊外觀測,效果最佳。

天文專家提醒愛好者,儘管穀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。

太陽系內五大矮行星

2005年發現的鬩神星,是質量最大的矮行星,比冥王星還要大27%,也正是由於它的原因才使得行星的定義重新修訂,“冥王星”被排除出行星之列。按照新的定義,太陽系內總共有八大行星和五大矮行星。
冥王星 | 穀神星 | 鬩神星 | 妊神星 | 鳥神星

太陽系

行星水星金星地球火星木星土星天王星海王星
矮行星穀神星冥王星妊神星鳥神星鬩神星
衛星月球火星的衛星;小行星衛星木星的衛星;土星的衛星
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