Церера (карликовая планета) -Ceres (dwarf planet)

1 Церера⚳
Церера — RC3 — Кратер Хаулани (22381131691) (обрезано).jpg
Церера в истинном цвете в 2015 году
Открытие
Обнаружено Джузеппе Пьяцци
Дата открытия 1 января 1801 г.
Обозначения
1 Церера
Произношение / ˈ s ɪər z /
Названный в честь
Церес
прилагательные Cererian, -ean ( / s ɪ ˈ r ɪər i ə n / )
Орбитальные характеристики
Эпоха 21 января 2022 г. ( JD 2459600.5 )
Афелий 2,98  а.е. (446 млн  км )
перигелий 2,55 а.е. (381 млн км)
2,77 а.е. (414 млн км)
Эксцентриситет 0,0785
17,9 км/с
291,4 °
наклон
80,3°
7 декабря 2022 г.
73,6°
Правильные элементы орбиты
Правильная большая полуось
2,77  а.е.
Правильный эксцентриситет
0,116
Правильный наклон
9,65°
Правильное среднее движение
78,2  град  / год
4,60358 года ( 1681,458 дня )
Прецессия перигелия
54,1  угловых секунд  / год
−59,2 угловых  с  / год
Физические характеристики
Габаритные размеры (964,4 × 964,2 × 891,8) ± 0,2 км
Средний диаметр
939,4 ± 0,2 км
Средний радиус
469,73 км
2 770 000 км 2
Объем 434 000 000 км 3
масса
Средняя плотность
2,162 ± 0,008 г/см 3
0,36 ± 0,15 (оценка)
Экваториальная скорость убегания
0,51 км/с
9,074 170 ± 0,000 001  ч
Экваториальная скорость вращения
92,61 м/с
≈4°
прямое восхождение на северный полюс
291,42744°
Склонение северного полюса
66,76033°
0,090 ± 0,0033 (V-диапазон)
Температура поверхности мин иметь в виду Максимум
Кельвин ≈110 235±4
С
3,34
от 0,854″ до 0,339″

Церера ( / ˈs ɪər z / ; обозначение малой планеты : 1 Церера ) — карликовая планета в поясе астероидов между орбитами Марса и Юпитера . Это был первый астероид , открытый 1 января 1801 года Джузеппе Пьяцци в Астрономической обсерватории Палермо на Сицилии и объявленный новой планетой . Позже Церера была классифицирована как астероид, а затем как карликовая планета — единственная, которая всегда находится внутри орбиты Нептуна .

Небольшой размер Цереры означает, что даже в самом ярком свете она слишком тусклая, чтобы ее можно было увидеть невооруженным глазом , за исключением очень темного неба. Его видимая величина колеблется от 6,7 до 9,3, достигая пика в оппозиции (когда он находится ближе всего к Земле) один раз в 15–16 месяцев синодического периода . В результате детали ее поверхности едва видны даже в самые мощные телескопы, и о ней мало что было известно до тех пор, пока в 2015 году автоматический космический корабль НАСА « Рассвет » не приблизился к Церере для своей орбитальной миссии.

Дон обнаружил, что поверхность Цереры представляет собой смесь водяного льда и гидратированных минералов, таких как карбонаты и глина . Данные гравитации предполагают, что Церера частично дифференцирована на илистую (ледяную) мантию/ядро и менее плотную , но более прочную кору , состоящую не более чем на 30% из льда по объему. Хотя на Церере, вероятно, нет внутреннего океана жидкой воды, рассолы все еще текут через внешнюю мантию и достигают поверхности, позволяя криовулканам , таким как Ахуна Монс , формироваться примерно каждые пятьдесят миллионов лет. Это делает Цереру ближайшим к Солнцу известным криовулканическим телом, а рассолы обеспечивают потенциальную среду обитания для микробной жизни.

В январе 2014 года вокруг Цереры были обнаружены выбросы водяного пара, создавшие разреженную переходную атмосферу , известную как экзосфера . Это было неожиданно, потому что пар обычно является отличительной чертой комет , а не астероидов.

История

Открытие

В период 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 орбитами планет будут соответствовать « Божьему замыслу » только при добавлении двух планет: одной между Юпитером и Марсом и одной между Венерой и Меркурием. Другие теоретики, такие как Иммануил Кант , размышляли о том, был ли разрыв создан гравитацией Юпитера; в 1761 году астроном и математик Иоганн Генрих Ламберт спросил: «А кто знает, не пропали ли уже планеты, которые покинули обширное пространство между Марсом и Юпитером? слабее, и неужели Юпитеру и Сатурну суждено вечно грабить?»

В 1772 году немецкий астроном Иоганн Элерт Боде , цитируя Иоганна Даниэля Тициуса , опубликовал формулу, позже известную как закон Тициуса-Боде , которая, по-видимому, предсказывала орбиты известных планет, но для необъяснимого разрыва между Марсом и Юпитером. 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. Закон Тициуса-Боде получил больше доверия после открытия Уильямом Гершелем в 1781 году Урана вблизи предсказанного расстояния для планеты за Сатурном . В 1800 году группа, возглавляемая Францем Ксавером фон Заком , редактором немецкого астрономического журнала Monatliche Correspondenz  [ de ] («Ежемесячная переписка»), направила запросы 24 опытным астрономам, которых он назвал « небесной полицией », с просьбой объединить свои усилия и начать методичный поиск ожидаемой планеты. Хотя они не открыли Цереру, позже они нашли астероиды Паллада , Юнона и Веста .

Одним из астрономов, выбранных для поиска, был Джузеппе Пьяцци , католический священник Академии Палермо, Сицилия. Прежде чем получить приглашение присоединиться к группе, Пьяцци обнаружил Цереру 1 января 1801 года. Он искал «87-ю [звезду] в Каталоге зодиакальных звезд мистера Ла Кайля », но обнаружил, что «ей предшествовала другая». . Вместо звезды Пиацци нашел движущийся звездообразный объект, который сначала принял за комету. Пьяцци наблюдал Цереру 24 раза, последний раз 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. Он сообщил об этом как о комете, но «поскольку ее движение такое медленное и довольно равномерное, мне несколько раз приходило в голову, что это может быть нечто лучшее, чем комета». В апреле Пиацци отправил свои полные наблюдения Ориани, Боде и французскому астроному Жерому Лаланду . Информация была опубликована в сентябрьском выпуске Monatliche Correspondenz за 1801 год .

К этому времени видимое положение Цереры изменилось (в первую очередь из-за движения Земли вокруг Солнца) и было слишком близко к солнечному свету, чтобы другие астрономы могли подтвердить наблюдения Пиацци. Ближе к концу года Церера снова должна была быть видна, но по прошествии столь длительного времени было сложно предсказать ее точное положение. Чтобы восстановить Цереру, математик Карл Фридрих Гаусс , которому тогда было 24 года, разработал эффективный метод определения орбиты . В течение нескольких недель он предсказал путь Цереры и отправил свои результаты фон Заку. 31 декабря 1801 года фон Зак и его коллега-полицейский Генрих В. М. Ольберс нашли Цереру рядом с предсказанным положением и продолжили записывать ее положение. На расстоянии 2,8 а.е. от Солнца Церера, казалось, почти идеально соответствовала закону Тициуса – Боде; когда Нептун был открыт в 1846 году, на восемь а.е. ближе, чем предполагалось, большинство астрономов пришли к выводу, что закон был совпадением.

Первые наблюдатели смогли рассчитать размер Цереры только с точностью до порядка . Гершель недооценил его диаметр в 260 км (160 миль) в 1802 году; в 1811 году немецкий астроном Иоганн Иероним Шретер переоценил его в 2613 км (1624 мили). В 1970-х годах инфракрасная фотометрия позволила более точно измерить ее альбедо , и диаметр Цереры был определен с точностью до 10% от ее истинного значения в 939  км.

Имя и символ

Предложенное Пьяцци название для своего открытия было Церера Фердинандеа : Церера в честь римской богини земледелия , чей земной дом и самый старый храм находились на Сицилии; и Ferdinandea в честь монарха и покровителя Пьяцци, короля Сицилии Фердинанда  III . Последнее было неприемлемо для других народов, и от него отказались. До того, как фон Зах восстановил Цереру в декабре 1801 года, фон Зах называл планету Герой , а Боде — Юноной . Несмотря на возражения Пиацци, эти имена получили распространение в Германии еще до того, как было подтверждено существование объекта. Как только это произошло, астрономы остановились на имени Пьяцци.

Прилагательные формы Ceres являются Cererian и Cereran , оба произносятся / s ɪ ˈ r ɪər i ə n / . Церий , редкоземельный элемент , открытый в 1803 году, был назван в честь карликовой планеты Цереры.

Старый астрономический символ Цереры, до сих пор используемый в астрологии, — это серп . ⚳Серп был одним из классических символов богини Цереры и был предложен, по-видимому, независимо друг от друга фон Заком и Боде в 1802 году. По форме он подобен символу ⟨♀⟩ (круг с маленьким крестом под ним) планета Венера, но с разрывом в круге. Он имел различные второстепенные графические варианты, в том числе перевернутую форму Символ Цереры 'C'.svg, набранную 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.

Классификация

Церера (внизу слева), Луна и Земля в масштабе
Церера (внизу слева), Луна и Земля в масштабе
Относительные размеры четырех крупнейших астероидов.  Церера самая левая.
Относительные размеры четырех крупнейших малых планет в поясе астероидов ( карликовая планета Церера слева )
Масса 1 Цереры (синяя) по сравнению с другими крупными астероидами: 4 Веста , 2 Паллада , 10 Гигея , 704 Интерамния , 15 Эуномия и остаток Главного пояса. Единица массы × 1018 кг.

Категоризация Цереры менялась не раз и была предметом некоторых разногласий. Боде считал Цереру «недостающей планетой», которую он предполагал существование между Марсом и Юпитером. Церере был присвоен планетарный символ, и она оставалась в списке планет в астрономических книгах и таблицах (наряду с Палладой, Юноной и Вестой) более полувека.

Когда в окрестностях Цереры были обнаружены другие объекты, астрономы начали подозревать, что она представляет собой первый представитель нового класса объектов. Когда в 1802 году была открыта Паллада, Гершель ввел для этих тел термин астероид («звездообразный»), написав, что «они настолько похожи на маленькие звезды, что их трудно отличить от них даже в очень хорошие телескопы». 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 именами в порядке открытия. Первоначально система нумерации начиналась с пятого астероида, 5 Астреи , под номером  1, но в 1867 году Церера была принята в новую систему под названием 1  Церера.

К 1860-м годам астрономы широко признавали, что существует фундаментальное различие между большими планетами и астероидами, такими как Церера, хотя слово «планета» еще не было точно определено . В 1950-х годах ученые вообще перестали рассматривать большинство астероидов как планеты, но Церера иногда сохраняла свой статус после этого из-за своей планетоподобной геофизической сложности. Затем, в 2006 году, дебаты вокруг Плутона привели к призывам дать определение «планеты» и возможную реклассификацию Цереры, возможно, даже ее общее восстановление в качестве планеты. В предложении, представленном Международному астрономическому союзу (МАС), глобальному органу, отвечающему за астрономическую номенклатуру и классификацию, планета определяется как «небесное тело, которое (а) имеет достаточную массу для собственной гравитации, чтобы преодолевать силы твердого тела, так что принимает форму гидростатического равновесия (почти круглую) и (b) находится на орбите вокруг звезды и не является ни звездой, ни спутником планеты». Если бы эта резолюция была принята, Церера стала бы пятой планетой по порядку от Солнца, но 24 августа 2006 года собрание приняло 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 и тысячи других астероидов в поясе астероидов, и составляет лишь около 40% общей массы пояса. Тела, которые соответствовали первому предложенному определению, но не второму, такие как Церера, вместо этого были классифицированы как карликовые планеты . Планетарные геологи до сих пор часто игнорируют это определение и все равно считают Цереру планетой.

Церера — карликовая планета, но есть некоторая путаница в том, является ли она также астероидом. На веб-странице НАСА говорится, что Веста, второй по величине объект пояса, является крупнейшим астероидом. МАС неоднозначно относится к этому вопросу, хотя его Центр малых планет , организация, отвечающая за каталогизацию таких объектов, отмечает, что карликовые планеты могут иметь двойное обозначение, а в совместном справочнике МАС/ Геологической службы США /НАСА Церера классифицируется как астероид и карликовая планета. .

Орбита

Орбиты Цереры (красные, наклонные) вместе с Юпитером и внутренними планетами (белые и серые). На верхней диаграмме показана орбита Цереры сверху вниз. Нижняя диаграмма представляет собой вид сбоку, показывающий наклон орбиты Цереры к эклиптике . Более светлые оттенки указывают выше эклиптики; темнее указано ниже.

Церера следует по орбите между Марсом и Юпитером, около середины пояса астероидов, с периодом обращения (годом) 4,6 земных года. По сравнению с другими планетами и карликовыми планетами, орбита Цереры умеренно наклонена по отношению к орбите Земли; его наклон ( i ) составляет 10,6 ° по сравнению с 7 ° для Меркурия и 17 ° для Плутона. Он также слегка вытянут, с эксцентриситетом ( e ) = 0,08 по сравнению с 0,09 у Марса.

Церера не является частью семейства астероидов , вероятно, из-за большой доли льда, поскольку более мелкие тела с таким же составом сублимировались бы до нуля за возраст Солнечной системы. Когда-то считалось, что он принадлежит к семейству Гефион , члены которого имеют сходные правильные орбитальные элементы , что предполагает общее происхождение в результате столкновения с астероидом в прошлом. Позже было обнаружено, что Церера имеет состав, отличный от семейства Гефион, и, по-видимому, является вторжением , имеющим схожие орбитальные элементы, но не общего происхождения.

Резонансы

Из-за своих малых масс и больших расстояний объекты внутри пояса астероидов редко вступают в гравитационный резонанс друг с другом. Тем не менее, Церера способна захватывать другие астероиды во временные резонансы 1:1 (что делает их временными троянами ) на периоды от нескольких сотен тысяч до более чем двух миллионов лет. Выявлено пятьдесят таких объектов. Церера близка к орбитальному резонансу среднего движения 1: 1 с Палладой (их собственные орбитальные периоды различаются на 0,2%), но недостаточно близко, чтобы иметь значение в астрономических масштабах времени.

Вращение и осевой наклон

Постоянно затененные области, способные накапливать поверхностный лед

Период вращения Цереры (церерианские сутки) составляет 9  часов 4  минуты; ее начальным меридианом выбран небольшой экваториальный кратер Кайт . Осевой наклон Цереры составляет 4 °, что достаточно мало для того, чтобы в ее полярных регионах были постоянно затененные кратеры, которые, как ожидается, будут действовать как холодные ловушки и со временем накапливать водяной лед, подобно тому, что происходит на Луне и Меркурии . Ожидается, что около 0,14% молекул воды, выпущенных с поверхности, окажутся в ловушках, совершив в среднем три прыжка, прежде чем сбежать или попасть в ловушку.

Dawn , первый космический аппарат на орбите Цереры, определил, что северная полярная ось указывает на прямое восхождение 19 ч 25 м 40,3 с (291,418°), склонение +66° 45' 50" (примерно 1,5 градуса от дельты Дракона ), что означает осевой наклон 4 °. Это означает, что Церера в настоящее время практически не видит сезонных колебаний солнечного света по широте. В течение трех миллионов лет гравитационное влияние Юпитера и Сатурна вызвало циклические сдвиги осевого наклона Цереры, в диапазоне от двух до двадцати. градусов, что означает, что сезонные колебания солнечного воздействия имели место в прошлом, а последний период сезонной активности оценивается в 14 000 лет назад. Те кратеры, которые остаются в тени в периоды максимального осевого наклона, с наибольшей вероятностью сохраняют водяной лед от извержений. или кометные удары в течение возраста Солнечной системы.

Геология

Церера — крупнейший астероид в главном поясе астероидов. Он был классифицирован как астероид C-типа или углеродистый астероид, а из-за присутствия глинистых минералов — как астероид G-типа . Он имеет аналогичный, но не идентичный состав углеродистых хондритовых метеоритов. Это сплющенный сфероид с экваториальным диаметром на 8% больше, чем его полярный диаметр. Измерения космического корабля Dawn показали, что средний диаметр составляет 939,4 км (583,7 миль), а масса -9,38 × 10 20  кг . Это дает Церере плотность2,16 г/см 3 , что позволяет предположить, что четверть его массы составляет водяной лед.

Церера включает 40% предполагаемого(2394 ± 5) × 10 18  кг массы пояса астероидов и имеет 3+В 1/2 раза больше массы следующего астероида, Весты , но составляет всего 1,3% массы Луны . Он близок к гидростатическому равновесию , но некоторые отклонения от равновесной формы еще предстоит объяснить. Если предположить, что она находится в равновесии, Церера — единственная карликовая планета, которая всегда находится в пределах орбиты Нептуна. Моделирование показало, что скалистый материал Цереры частично дифференцирован и может иметь небольшое ядро , но данные также согласуются с мантией из гидратированных силикатов и отсутствием ядра. Поскольку у Зари не было магнитометра , неизвестно, есть ли у Цереры магнитное поле ; считается, что нет. Внутренняя дифференциация Цереры может быть связана с отсутствием у нее естественного спутника , поскольку в основном считается, что спутники астероидов главного пояса образуются в результате разрушения при столкновениях, создавая недифференцированную структуру груды щебня .

Поверхность

Сочинение

Состав поверхности Цереры однороден в глобальном масштабе и богат карбонатами и аммонизированными филлосиликатами , которые были изменены водой, хотя водяной лед в реголите варьируется от примерно 10% в полярных широтах до гораздо более сухих, даже свободных ото льда, в экваториальных районах.

Исследования с использованием космического телескопа Хаббла показывают графит , серу и диоксид серы на поверхности Цереры. Графит, очевидно, является результатом космического выветривания на старых поверхностях Цереры; последние два летучи в церерианских условиях, и можно было бы ожидать, что они либо быстро исчезнут, либо осядут в холодных ловушках, и поэтому они, очевидно, связаны с областями с относительно недавней геологической активностью.

Органические соединения были обнаружены в кратере Эрнутет, и большая часть ближней поверхности планеты богата углеродом примерно на 20% по массе. Содержание углерода более чем в пять раз выше, чем в углеродистых хондритовых метеоритах, проанализированных на Земле. Поверхностный углерод свидетельствует о том, что он был смешан с продуктами взаимодействия порода-вода, такими как глины. Этот химический состав предполагает, что Церера сформировалась в холодной среде, возможно, за пределами орбиты Юпитера, и что она образовалась из ультрабогатых углеродом материалов в присутствии воды, что могло обеспечить условия, благоприятные для органической химии.

Кратеры

Топографическая карта Цереры. Самые низкие дна кратеров (индиго) и самые высокие вершины (белые) представляют собой разницу в высоте 15  км (10  миль). "Ysolo Mons" был переименован в "Yamor Mons".

Рассвет показал, что поверхность Цереры сильно изрыта кратерами, хотя больших кратеров меньше, чем ожидалось. Модели, основанные на формировании нынешнего пояса астероидов, предсказали, что Церера должна иметь от десяти до пятнадцати кратеров диаметром более 400 км (250 миль). Самый большой подтвержденный кратер на Церере, бассейн Керван , имеет диаметр 284 км (176 миль). Наиболее вероятной причиной этого является вязкая релаксация земной коры, медленно сглаживающая более крупные удары.

В северной полярной области Цереры гораздо больше кратеров, чем в экваториальной области, при этом восточная экваториальная область, в частности, сравнительно слабо покрыта кратерами. Общая частота кратеров от двадцати до ста километров (10–60  миль) согласуется с тем, что они возникли в результате поздней тяжелой бомбардировки , при этом кратеры за пределами древних полярных регионов, вероятно, были стерты ранним криовулканизмом . Три крупных неглубоких котловины (planitiae) с деградированными краями, вероятно, представляют собой эродированные кратеры. Самый большой из них, Vendimia Planitia , диаметром 800 км (500 миль), также является крупнейшим географическим объектом на Церере. Два из трех имеют более высокие, чем средние концентрации аммония.

Рассвет наблюдал 4423 валуна диаметром более 105 м (344 фута) на поверхности Цереры. Эти валуны, вероятно, образовались в результате ударов и находятся внутри кратеров или рядом с ними, хотя не все кратеры содержат валуны. Крупные валуны более многочисленны в более высоких широтах. Валуны на Церере хрупкие и быстро разрушаются из-за термического стресса (на рассвете и в сумерках температура поверхности быстро меняется) и метеоритных ударов. Их максимальный возраст оценивается в 150  миллионов лет, что намного меньше, чем срок жизни валунов на Весте.

Тектонические особенности

Хотя на Церере отсутствует тектоника плит , а подавляющее большинство особенностей ее поверхности связано либо с ударами, либо с криовулканической активностью, на ее поверхности были предварительно идентифицированы несколько потенциально тектонических особенностей, особенно в ее восточном полушарии. Катены Самайна, линейные трещины километрового масштаба на поверхности Цереры, не имеют какой-либо очевидной связи с ударами и имеют более сильное сходство с цепочками ямных кратеров , которые указывают на погребенные нормальные разломы . Кроме того, несколько кратеров на Церере имеют мелкое трещиноватое дно, свидетельствующее о криомагматической интрузии.

криовулканизм

Гладкая гора, возвышающаяся над серой поверхностью
Ахуна Монс имеет высоту около 5 км (3 мили) по самой крутой стороне.
Ледяные пятна на сером плоском фоне
Cerealia и Vinalia Faculae

На Церере есть одна выдающаяся гора Ахуна Монс ; похоже, это криовулкан с небольшим количеством кратеров, что предполагает максимальный возраст 240  миллионов лет. Его относительно высокое гравитационное поле предполагает, что он плотный и, таким образом, состоит больше из горных пород, чем из льда, и что его расположение, вероятно, связано с диапиризмом взвеси рассола и силикатных частиц с верхней части мантии. Это примерно противоположно бассейну Керван. Сейсмическая энергия удара, образовавшего Керван, могла быть сосредоточена на противоположной стороне Цереры, расколов внешние слои земной коры и вызвав движение высоковязкой криомагмы (илистый водяной лед, размягченный содержанием солей) на поверхность. Керван также показывает доказательства воздействия жидкой воды из-за ударного таяния подповерхностного льда.

Компьютерное моделирование 2018 года предполагает, что криовулканы на Церере, когда-то сформировавшиеся, отступают из-за вязкой релаксации в течение нескольких сотен миллионов лет. Команда определила 22 объекта как сильных кандидатов на роль расслабленных криовулканов на поверхности Цереры. Гора Ямор, древняя вершина, покрытая ударными кратерами, напоминает гору Ахуна, несмотря на то, что она намного старше, поскольку находится в северной полярной области Цереры, где более низкие температуры препятствуют вязкой релаксации земной коры. Модели предполагают, что за последний миллиард лет один криовулкан формировался на Церере в среднем каждые пятьдесят миллионов лет. Извержения неравномерно распределены по Церере, но могут быть связаны с древними ударными бассейнами. Модель предполагает, что, в отличие от находок на горе Ахуна, криовулканы Цереры должны состоять из гораздо менее плотного материала, чем в среднем для коры Цереры, иначе наблюдаемая вязкая релаксация не могла бы произойти.

Неожиданно большое количество церерианских кратеров имеют центральные ямы, возможно, из-за криовулканических процессов; другие имеют центральные вершины. Заря наблюдала сотни ярких пятен ( факелов ) , самое яркое из которых находится в середине 80-километрового (50 миль) кратера Оккатор . Яркое пятно в центре Оккатора называется Cerealia Facula , а группа ярких пятен к востоку от него — Vinalia Faculae. Оккатор имеет котлован шириной 9–10 км, частично заполненный центральным куполом. Купол старше факелов и, вероятно, возник из-за замерзания подземного резервуара, сравнимого с пинго в арктическом регионе Земли. Над Цереалией периодически появляется дымка, что подтверждает гипотезу о том, что яркие пятна образовались из-за выделения газа или сублимации льда. В марте 2016 года Dawn обнаружила неопровержимые доказательства существования водяного льда на поверхности Цереры в кратере Оксо .

9 декабря 2015 года ученые НАСА сообщили, что яркие пятна на Церере могут быть связаны с типом соли из выпаренного рассола, содержащего гексагидрат сульфата магния (MgSO 4 ·6H 2 O); также было обнаружено, что пятна связаны с глинами, богатыми аммиаком. В 2017 году сообщалось, что спектры этих ярких областей в ближней инфракрасной области соответствуют большому количеству карбоната натрия ( Na
2
СО
3
) и меньшие количества хлорида аммония ( NH
4
Cl
) или бикарбонат аммония ( NH
4
ХСО
3
). Было высказано предположение, что эти материалы возникли в результате кристаллизации соляных растворов, достигших поверхности. В августе 2020 года НАСА подтвердило, что Церера представляет собой богатое водой тело с глубоким резервуаром рассола, который просачивается на поверхность в сотнях мест, вызывая «яркие пятна», в том числе в кратере Оккатор.

Внутренняя структура

изображение интерьера Цереры в разрезе
Трехслойная модель внутреннего строения Цереры:
  • Толстая внешняя корка (лед, соли, гидратированные минералы)
  • Солесодержащая жидкость ( рассол ) и горная порода
  • «Мантия» (гидратированная порода)

Активная геология Цереры обусловлена ​​льдом и рассолами. По оценкам, вода, выщелоченная из горных пород, имеет соленость около 5%. В целом Церера состоит примерно на 50% из воды по объему (по сравнению с 0,1% для Земли) и на 73% из горных пород по массе.

Самые большие кратеры Цереры имеют глубину несколько километров, что несовместимо с мелкой глубиной, богатой льдом. Тот факт, что на поверхности сохранились кратеры диаметром почти 300 км (200 миль), указывает на то, что самый внешний слой Цереры примерно в 1000 раз прочнее водяного льда. Это согласуется со смесью силикатов , гидратированных солей и клатратов метана с содержанием водяного льда не более 30% по объему.

Гравитационные измерения с Dawn позволили создать три конкурирующие модели интерьера Цереры. В трехслойной модели предполагается, что Церера состоит из внешней коры толщиной 40 км (25 миль), состоящей из льда, солей и гидратированных минералов, и внутренней илистой « мантии » из гидратированных пород, таких как глины, разделенных промежутком в 60 км. (37 миль) слой илистой смеси рассола и породы. Невозможно сказать, содержит ли глубокая недра Цереры жидкость или ядро ​​из плотного материала, богатого металлом, но низкая плотность в центре предполагает, что она может сохранять около 10% пористости . Одно исследование оценило плотность ядра и мантии/коры в 2,46–2,90 и 1,68–1,95  г/см 3 соответственно, при этом толщина мантии и коры вместе составляет 70–190 км (40–120 миль). Ожидается лишь частичная дегидратация (вытеснение льда) из ядра, хотя высокая плотность мантии по отношению к водяному льду отражает ее обогащение силикатами и солями. 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 ним находится слой, который может содержать небольшое количество рассола. Это распространяется на глубину не менее 100 км (60 миль) предела обнаружения. Считается, что под ним находится мантия, в которой преобладают гидратированные породы, такие как глины.

В одной двухслойной модели Церера состоит из ядра хондр и мантии из смешанного льда и твердых частиц микронного размера («грязи»). Сублимация льда на поверхности оставила бы отложения гидратированных частиц толщиной около двадцати метров. Диапазон степени дифференциации согласуется с данными: от большого ядра протяженностью 360 км (220 миль), состоящего из 75% хондр и 25% твердых частиц, и мантии, состоящей из 75% льда и 25% твердых частиц, до небольшого, 85 км. (55 миль) ядро, состоящее почти полностью из твердых частиц и мантии, состоящей на 30% из льда и на 70% из твердых частиц. При большом ядре граница ядро-мантия должна быть достаточно теплой для образования карманов рассола. При небольшом ядре мантия должна оставаться жидкой ниже 110 км (68 миль). В последнем случае замерзание жидкого резервуара на 2% сожмет жидкость достаточно, чтобы вытолкнуть часть на поверхность, вызывая криовулканизм.

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 по типам метеоритов, которые, как считается, упали на Цереру. У метеоритов класса CI (плотность 2,46 г/см 3 ) кора будет иметь толщину примерно 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 примерно 190 км (120 миль) и плотность 1,9 г/см 3 . Моделирование наилучшего соответствия дает толщину коры примерно 40 км (25 миль) с плотностью примерно 1,25 г/см 3 и плотностью мантии/ядра примерно 2,4 г/см 3 .

Атмосфера

В 2017 году Dawn подтвердила, что у Цереры есть переходная атмосфера из водяного пара. Намеки на атмосферу появились в начале 2014 года, когда космическая обсерватория Гершеля обнаружила локализованные среднеширотные источники водяного пара на Церере диаметром не более 60 км (40 миль), каждый из которых испускает примерно10 26 молекул (3  кг) воды в секунду. Две области потенциальных источников, обозначенные Пьяцци ( 123 ° в . Обсерватория . Возможными механизмами выброса паров являются сублимация из примерно 0,6 км 2 (0,2 квадратных миль) обнаженного поверхностного льда, криовулканические извержения в результате радиогенного внутреннего тепла или повышение давления в подповерхностном океане из-за утолщения вышележащего слоя льда. В 2015 году Дэвид Джуитт включил Цереру в свой список активных астероидов . Поверхностный водяной лед нестабилен на расстоянии менее 5 а.е. от Солнца, поэтому ожидается, что он возгонится под прямым воздействием солнечной радиации. Водяной лед может мигрировать из глубоких слоев Цереры на поверхность, но через короткое время ускользает. Ожидается, что сублимация поверхности будет ниже, когда Церера будет дальше от Солнца на своей орбите, и ее орбитальное положение не должно влиять на выбросы с внутренней энергией. Ранее доступные ограниченные данные предполагали сублимацию кометного типа, но данные Dawn предполагают, что геологическая активность может быть, по крайней мере, частично ответственной.

Исследования с использованием детектора гамма-излучения и нейтронов Dawn (GRaND) ​​показывают, что Церера ускоряет электроны от солнечного ветра; Наиболее распространенная гипотеза состоит в том, что эти электроны ускоряются в результате столкновений между солнечным ветром и разреженной экзосферой водяного пара. Подобные удары из лука также можно было бы объяснить нестационарным магнитным полем, но это считается менее вероятным, поскольку считается, что внутренняя часть Цереры не обладает достаточной электропроводностью.

Происхождение и эволюция

Церера — уцелевшая протопланета , сформировавшаяся 4,56  миллиарда лет назад; наряду с Палладой и Вестой, одной из трех, оставшихся во внутренней части Солнечной системы, а остальные либо сливаются, образуя планеты земной группы , либо разбиваются при столкновениях, либо выбрасываются Юпитером. Несмотря на нынешнее местоположение Цереры, ее состав не соответствует тому, что она образовалась в пределах пояса астероидов. Скорее кажется, что он образовался между орбитами Юпитера и Сатурна и отклонился в пояс астероидов, когда Юпитер мигрировал наружу. Открытие солей аммония в кратере Оккатор подтверждает их происхождение из внешней части Солнечной системы, поскольку в этом регионе аммиака гораздо больше.

Ранняя геологическая эволюция Цереры зависела от источников тепла, доступных во время и после ее образования: энергии удара от планетезимальной аккреции и распада радионуклидов (возможно, включая короткоживущие вымершие радионуклиды , такие как алюминий-26 ). Этого могло быть достаточно, чтобы позволить Церере дифференцироваться в каменистое ядро ​​и ледяную мантию или даже в океан с жидкой водой вскоре после ее образования. Этот океан должен был оставить ледяной слой под поверхностью, когда он замерз. Тот факт, что Доун не обнаружил никаких доказательств наличия такого слоя, предполагает, что первоначальная кора Цереры была, по крайней мере, частично разрушена более поздними ударами, тщательно смешавшими лед с солями и богатым силикатным материалом древнего морского дна и материалом под ним.

На Церере на удивление мало больших кратеров, что позволяет предположить, что вязкая релаксация и криовулканизм стерли более старые геологические особенности. Присутствие глин и карбонатов требует химических реакций при температуре выше 50  °C, что соответствует гидротермальной активности.

Со временем он стал значительно менее геологически активным, на его поверхности преобладают ударные кратеры ; тем не менее, данные Dawn показывают, что внутренние процессы продолжали формировать поверхность Цереры в значительной степени, вопреки предсказаниям о том, что небольшой размер Цереры прекратил внутреннюю геологическую активность в начале своей истории.

Обитаемость

полярное изображение Цереры, показывающее темно-синий цвет в северном полушарии.
Концентрация водорода (синий) в верхнем метре реголита указывает на наличие водяного льда.

Хотя Церера не так активно обсуждается как потенциальный дом для микробной внеземной жизни , как Марс , Европа , Энцелад или Титан , она содержит больше всего воды из всех тел во внутренней части Солнечной системы после Земли, а также вероятные соляные карманы под ее поверхностью. могли обеспечить среду обитания для жизни. Он не испытывает приливного нагрева , как Европа или Энцелад, но он достаточно близок к Солнцу и содержит достаточно долгоживущих радиоактивных изотопов, чтобы сохранять жидкую воду в своих недрах в течение длительных периодов времени. Дистанционное обнаружение органических соединений и наличие на ее ближней поверхности воды, смешанной с 20% углерода по массе, могло создать условия, благоприятные для органической химии. Из биохимических элементов Церера богата углеродом, водородом , кислородом и азотом , но фосфор еще предстоит обнаружить, а сера, несмотря на то, что она была предложена УФ-наблюдениями Хаббла, не была обнаружена Dawn .

Наблюдение и исследование

Наблюдение

коричневая нечеткая сфера с размытыми яркими и темными пятнами
Улучшенное изображение Цереры с телескопа Хаббла, лучшее из полученных телескопом, сделанное в 2004 году.

В оппозиции около перигелия Церера может достигать видимой величины +6,7. Он слишком тусклый, чтобы его можно было увидеть невооруженным глазом , но в идеальных условиях наблюдения его могут увидеть даже острые глаза. Веста - единственный другой астероид, который может регулярно достигать такой же яркой величины, в то время как Паллада и 7 Ирис делают это только в оппозиции и вблизи перигелия. В соединении Церера имеет звездную величину около +9,3, что соответствует самым слабым объектам, видимым в бинокль 10×50; таким образом, его можно увидеть в такой бинокль на естественно темном и ясном ночном небе в период новолуния .

13 ноября 1984 г. в Мексике, Флориде и на Карибских островах наблюдалось покрытие звезды BD + 8 ° 471 Церерой , что позволило лучше измерить ее размер, форму и альбедо. 25 июня 1995 года Хаббл получил ультрафиолетовые изображения Цереры с разрешением 50 км (30 миль). В 2002 году обсерватория Кека получила инфракрасные изображения с разрешением 30 км (20 миль) с использованием адаптивной оптики .

До миссии « Рассвет » на Церере было однозначно обнаружено лишь несколько особенностей поверхности. Ультрафиолетовые снимки Хаббла высокого разрешения в 1995 году показали темное пятно на ее поверхности, которое было прозвано «Пьяцци» в честь первооткрывателя Цереры. Считалось, что это кратер. Изображения полного оборота в видимом свете, сделанные Хабблом в 2003 и 2004 годах, показали одиннадцать распознаваемых особенностей поверхности, природа которых не была определена. Один из них соответствовал функции Пиацци. Изображения в ближнем инфракрасном диапазоне за весь оборот, сделанные с помощью адаптивной оптики обсерваторией Кека в 2012 году, показали яркие и темные детали, движущиеся вместе с вращением Цереры. Две темные детали были круглыми и предположительно были кратерами; у одного наблюдалась яркая центральная область, а другой был идентифицирован как особенность Пиацци. Рассвет в конце концов показал, что Пьяцци представляет собой темную область в центре равнины Вендимия , недалеко от кратера Данту , а другая темная особенность находится в пределах равнины Ханами и недалеко от кратера Оккатор .

Рассветная миссия

Большой розовый эллипс формируется вокруг маленькой зеленой точки, которая медленно окружается матовым розовым ореолом.
Анимация траектории Рассвета вокруг Цереры с 1 февраля 2015 г. по 1 февраля 2025 г.
   Рассвет  ·   Церера
Рассвет видел запуск ионного двигателя
Художественная концепция космического корабля Dawn

В начале 1990-х годов НАСА инициировало программу « Дискавери» , которая должна была представлять собой серию 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 десяти лет, но к 2004 году автомобиль Dawn прошел критическую проверку конструкции.

« Рассвет » , первая космическая миссия, посетившая Весту или Цереру, была запущена 27 сентября 2007 года. 3 мая 2011 года « Рассвет » получил свое первое прицельное изображение на расстоянии 1 200 000 км (750 000 миль) от Весты. После тринадцати месяцев обращения вокруг Весты Dawn использовала свой ионный двигатель, чтобы отправиться к Церере, при этом гравитационный захват произошел 6 марта 2015 года на расстоянии 61 000 км (38 000 миль), за четыре месяца до пролета New Horizons над Плутоном.

Аппаратура космического корабля включала кадрирующую камеру, визуальный и инфракрасный спектрометр , а также детектор гамма-излучения и нейтронов . Эти инструменты исследовали форму и химический состав Цереры. 13 января 2015 года, когда « Рассвет » приблизился к Церере, космический корабль сделал свои первые снимки с разрешением, близким к Хабблу, на которых были обнаружены ударные кратеры и небольшое пятно с высоким альбедо на поверхности. Дополнительные сеансы визуализации со все более высоким разрешением проводились с февраля по апрель.

Профиль миссии Dawn требовал изучения Цереры с серии круговых полярных орбит на последовательно более низких высотах. Он вышел на свою первую наблюдательную орбиту («RC3») вокруг Цереры на высоте 13 500 км (8 400 миль) 23 апреля 2015 года, оставаясь только на одну орбиту (15 дней). Затем космический корабль сократил свое орбитальное расстояние до 4400 км (2700 миль) для своей второй наблюдательной орбиты («обзор») на три недели, а затем до 1470 км (910 миль) («HAMO»; «высотная картографическая орбита») на два месяца. а затем вниз на свою последнюю орбиту на высоте 375 км (233 мили) («LAMO»; картографическая орбита на малой высоте) в течение как минимум трех месяцев. В октябре 2015 года НАСА выпустило полноцветный портрет Цереры, сделанный Dawn . В 2017 году миссия Dawn была расширена, чтобы выполнить серию более близких орбит вокруг Цереры, пока не закончится гидразин , используемый для поддержания его орбиты.

Рассвет вскоре обнаружил доказательства криовулканизма. Два отчетливых ярких пятна (или особенности с высоким альбедо) внутри кратера (отличающихся от ярких пятен, наблюдавшихся на более ранних изображениях Хаббла) были видны на изображении от 19 февраля 2015 года, что привело к предположениям о возможном криовулканическом происхождении или выделении газа. 2 сентября 2016 года ученые из команды Dawn заявили в научной статье, что Ахуна Монс является самым убедительным доказательством существования криовулканических особенностей на Церере. 11 мая 2015 года НАСА опубликовало изображение с более высоким разрешением, показывающее, что пятна состоят из нескольких более мелких пятен. 9 декабря 2015 года ученые НАСА 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); также было обнаружено, что пятна связаны с глинами, богатыми аммиаком . В июне 2016 года было обнаружено, что спектры этих ярких областей в ближней инфракрасной области соответствуют большому количеству карбоната натрия ( Na
2
СО
3
), подразумевая, что недавняя геологическая активность, вероятно, была связана с созданием ярких пятен.

С июня по октябрь 2018 года Dawn вращался вокруг Цереры с расстояния от 35 км (22 миль) до 4000 км (2500 миль). Миссия Dawn завершилась 1 ноября 2018 года после того, как у космического корабля закончилось топливо.

Будущие миссии

В 2020 году группа ЕКА предложила концепцию миссии Калафуса, последующей миссии к кратеру Оккатор , чтобы вернуть на Землю образец ярких карбонатных факелов и темной органики. Китайское космическое агентство разрабатывает миссию по возврату образцов с Цереры, которая состоится в 2020-х годах .

Смотрите также

Заметки

использованная литература

внешние ссылки