Церера | ||||
Церера в видимом цвете. Снимок телескопа Хаббла (ACS). Контраст был увеличен, чтобы показать детали. |
||||
Другие названия |
1899 OF; 1943 XB |
|||
---|---|---|---|---|
Обозначение |
1 Ceres |
|||
Категория малых планет | ||||
Открытие[1] | ||||
Первооткрыватель | ||||
Место открытия | ||||
Дата открытия | ||||
Орбитальные характеристики[2] | ||||
Перигелий |
381 028 000 км |
|||
Афелий |
446 521 000 км |
|||
Большая полуось (a) | ||||
Эксцентриситет орбиты (e) |
0,07934[2] |
|||
Сидерический период обращения | ||||
Орбитальная скорость (v) |
17,882 км/с |
|||
Средняя аномалия (Mo) |
27,448° |
|||
Наклонение (i) | ||||
Долгота восходящего узла (Ω) |
80,399°[2] |
|||
Аргумент перицентра (ω) |
2,825°[2] |
|||
Физические характеристики | ||||
Экваториальный радиус |
487,3 ± 1.8 км[4] |
|||
Полярный радиус |
454,7 ± 1.6 км[4] |
|||
Масса (m) | ||||
Средняя плотность (ρ) | ||||
Ускорение свободного падения на экваторе (g) | ||||
Наклон оси |
около 3°[4] |
|||
Прямое восхождение северного полюса (α) | ||||
Склонение северного полюса (δ) |
59°[4] |
|||
Альбедо |
0,090 ± 0,0033 (V-band geometric)[7] |
|||
Cпектральный класс |
G[8] |
|||
Видимая звёздная величина | ||||
Абсолютная звёздная величина |
3,36 ± 0.02[7] |
|||
Угловой диаметр | ||||
Температура | ||||
|
||||
Кельвин |
|
|||
|
||||
Атмосфера | ||||
не постоянна, крайне слаба |
Цере́ра[13] (1 Ceres) — карликовая планета в поясе астероидов внутри Солнечной системы[14][15][16]. Церера — самая близкая к Земле карликовая планета, она удалена от Земли на 263 млн км. Церера была открыта вечером 1 января 1801 года итальянским астрономом Джузеппе Пьяцци в Палермской астрономической обсерватории[17]. Некоторое время Церера рассматривалась как полноценная планета Солнечной системы; в 1802 году она была классифицирована как астероид[18], а по результатам уточнения понятия «планета» Международным астрономическим союзом 24 августа 2006 года на XXVI Генеральной Ассамблее МАС была отнесена к карликовым планетам. Она была названа в честь древнеримской богини плодородия Цереры.
При диаметре около 950 км, Церера на сегодняшний день является крупнейшим и наиболее массивным телом в поясе астероидов, по размерам превосходит многие крупные спутники планет-гигантов, и содержит почти треть (32 %) общей массы пояса[19][20]. Недавние наблюдения показали, что она имеет сферическую форму, в отличие от большинства малых тел, имеющих из-за низкой гравитации неправильную форму[7]. Поверхность Цереры, вероятно, представляет собой смесь водяного льда и различных гидратированных минералов, таких как карбонаты и глины[8]. Церера, как предполагается, имеет каменное ядро и ледяную мантию[4], и даже возможно содержит местами океаны жидкой воды под своей поверхностью[21].
С Земли видимый блеск Цереры колеблется от 6,7 до 9,3 звёздной величины. Этого мало для того, чтобы можно было различить её невооруженным глазом[9]. 27 сентября 2007 года НАСА запустило зонд Dawn для изучения Весты (2011—2012) и Цереры (2015).
Содержание |
Идея о том, что между орбитами Марса и Юпитера может существовать не открытая планета впервые была предложена Иоганном Элертом Боде в 1772 году[17]. Его соображения основывались на ныне опровергнутом правиле Тициуса — Боде, впервые предложенном в 1766 году немецким астрономом и математиком Иоганном Тициусом, который заявил, что выявил простую закономерность в нарастании радиусов околосолнечных орбит планет[22][17][23]. После открытия в 1781 году Уильямом Гершелем Урана, которое соответствовало данному правилу, начались поиски планеты на удалении 2,8 а. е. от Солнца (расстояние между орбитами Марса и Юпитера)[23][22], приведшие к созданию в 1800 году группы из 24 астрономов, носящей название «Небесная стража»[22]. Данная группа, возглавляемая фон Цахом, вела ежедневные круглосуточные наблюдения в несколько самых мощных телескопов того времени[17][23]. Ими не была обнаружена Церера, однако, было открыто несколько крупных астероидов[23].
Церера была открыта вечером 1 января 1801 года итальянским астрономом Джузеппе Пьяцци в Палермской астрономической обсерватории[24], который так же был приглашен в группу «Небесная стража», но сделал своё открытие до приглашения. Он искал «87-ю звезду Каталога Зодиакальных звезд г-на ла Кайля», но нашел, что «ей предшествовала другая»[17]. Вместо звезды он обнаружил космический объект, который сначала посчитал кометой[25]. Пьяцци наблюдал за Церерой в общей сложности 24 раза (последние наблюдения были 11 февраля 1801 года), пока болезнь не прервала его наблюдения[26][27]. 24 января 1801 года он объявил о своем открытии в письмах двум своим коллегам: своему соотечественнику Барнабе Ориани (Barnaba Oriani) из Милана и Иоганну Боде из Берлина[28]. В этих письмах он описал этот объект как комету, но тут же пояснил, что «так как её движение является медленным и довольно однородным, мне несколько раз пришло в голову, что это могло бы быть что-то лучше чем комета»[17]. В апреле того же года Пиацци послал наиболее полные свои наблюдения к перечисленным выше коллегам и к Жерому Лаланду в Париж. Наблюдения были изданы в сентябрьском выпуске журнала «Monatliche Correspondenz» 1801 года.
К моменту выпуска журнала видимое положение Цереры изменилось (в основном из-за орбитального движения Земли), и из-за бликов солнца другие астрономы не смогли подтвердить наблюдения Пиацци. К концу года Цереру вновь можно было наблюдать, но после такого долгого времени было трудно предсказать её точное положение. Специально для определения орбиты Цереры Карл Фридрих Гаусс в 24 года разработал эффективный метод определения орбиты[25]. Он поставил перед собой задачу найти способ определения элементов орбиты по трём полным наблюдениям (если на три момента времени известны — время, прямое восхождение и склонение)[29]. Всего за несколько недель он рассчитал путь Цереры и отправили свои результаты фон Цаху. 31 декабря 1801 года Франц Ксавер фон Цах совместно с Генрихом Ольберсом однозначно подтвердили обнаружение Цереры[25][26].
Первые наблюдатели Цереры смогли вычислить её размер довольно приблизительно от 260 км (по расчетам Гершеля в 1802 году) до 2613 км (расчёты Иоганна Шрётера, сделанные в 1811 году)[30][31].
Первоначально Пьяцци предложил название Церере — Церера Фердинанда (Ceres Ferdinandea), в честь римской богини земледелия и короля Сицилии Фердинанда III[17][25][26]. Название «Ferdinandea» было неприемлемо для других стран мира, и поэтому впоследствии было снято. В течение короткого времени в Германии Цереру называли Герой[32], в Греции же планету называют Деметрой (греч. Δήμητρα), которая является греческим эквивалентом римской богини Цереры[33]. Старым астрономическим символом Цереры является серп ⚳ ()[34], похожий на символ Венеры ♀, но с промежутком в одной из части круга; позже символ был заменен нумерацией диска ①[25][35]. Адъективной формой Цереры будет Церерианский. В честь Цереры был назван химический элемент церий, обнаруженный в 1803 году[36]. В том же году еще один химический элемент был также первоначально назван в честь Цереры, но его первооткрыватель изменил свое название на палладий (в честь открытия второго крупного астероида Паллада), когда наименование получил церий[37].
Статус Цереры не раз менялся и был предметом некоторого разногласия. Иоганн Элерт Боде считал Цереру «недостающей планетой», которая должна была существовать на промежутке между Марсом и Юпитером, на расстоянии 419 млн км (2,8 а.е.) от Солнца[17]. Церере был назначен планетарный символ и в течение полувека она считалась планетой (наряду с 2 Паллада, 3 Юнона и 4 Веста), что было запечатлено в астрономических таблицах и книгах[17][25][38].
Через некоторое время были обнаружены другие объекты в области между Марсом и Юпитером и стало ясно, что Церера — один из данных объектов[17]. В 1802 году Уильям Гершель ввёл для таких тел термин «астероид» (подобный звезде)[38], написав:
Они напоминают маленькие звёзды, так как едва отличаются от них, даже если смотреть в очень хорошие телескопы (англ. they resemble small stars so much as hardly to be distinguished from them, even by very good telescopes)[39]
Таким образом Церера стала первым открытым астероидом[38].
Дискуссии о Плутоне и о том, что представляют из себя планеты, привели к рассмотрению вопроса о возвращении Церере статуса планеты[40][41]. Международный астрономический союз предложил определение, что планета — это небесное тело, которое:
а) имеет достаточную массу для того, чтобы под действием сил гравитации поддерживать гидростатическое равновесие и иметь близкую к округлой форму.
б) обращается по орбите вокруг звезды и не является ни звездой ни спутником планеты[42].
Данная резолюция сделала бы Цереру пятой планетой по удалённости от Солнца[43], но не была принята в том виде и с 24 августа 2006 года вступило в силу альтернативное определение, в котором вводилось дополнительное требование, что термин «планета» означает, что космическое тело, помимо вышеперечисленных характеристик, под воздействием собственной гравитации должно иметь вблизи своей орбиты «пространство, свободное от других тел». По данному определению, Церера не попадает под термин «планеты», поскольку она не доминирует на своей орбите, а разделяет её с тысячами других астероидов в поясе астероидов, и составляет лишь около трети от общей массы[13]. Поэтому она теперь классифицируется как карликовая планета.
11 июня 2008 года МАС ввел новое определение для карликовых планет — «плутоиды»[44], которые отделяются от остальных карликовых планет тем, что их радиус орбиты должен быть больше радиуса орбиты Нептуна. А из-за того, что определить форму и отношение к классу карликовых планет на таком расстоянии довольно трудно, учёные решили временно относить к ним все объекты, блеск которых на 1 а. е. ярче +1[45]. Из определённых карликовых планет единственная Церера не попадает в категорию плутоидов[45].
В некоторых источниках предполагается, что раз Церере присвоена категория карликовой планеты, то она больше не является астероидом. Например, в новостях на Space.com говорится, что «Паллада, крупнейший астероид, и Церера, карликовая планета, ранее были классифицированы как астероиды»[46], а Международный астрономический союз при размещении вопросов и ответов заявляет, что «Церера (или теперь мы можем сказать в прошедшем времени) — самый большой астероид», хотя когда речь заходит о «других астероидах» на пути пересечения Цереры, то подразумевают, что Церера по-прежнему один из астероидов[47]. Центр малых планет отмечает, что у таких космических объектов может быть двойное обозначение[48]. В действительности, решением МАС 2006 года, которое классифицировало Цереру как карликовую планету, не было уточнено, является или не является она теперь астероидом, поскольку МАС никогда не давал определения слову «астероид», предпочитая до 2006 года использовать термин «малая планета», а после 2006 года — термины «малое тело Солнечной системы» и «карликовая планета». Кеннет Лэнг (2011) прокомментировал, что «МАС дал новое обозначение Церере, классифицируя его как карликовую планету. […] По [его] определению, Эрида, Хаумеа, Макемаке и Плутон, так же как и самый большой астероид, 1 Церера, являются карликовыми планетами», а в другом месте описывает Цереру, как «карликовый астероид-планета 1 Церера»[49]. НАСА, как и большинство различных академических учебников[50][51], говоря о Церере так же продолжает упоминать то, что она является астероидом, заявив, что «Dawn выйдет на орбиту двух крупнейших астероидов в главном поясе»[52].
Орбита Цереры лежит между орбитами Марса и Юпитера в поясе астероидов и весьма «планетообразна»: слабоэллиптична (эксцентриситет 0,08) и имеет умеренный (10,6°) по сравнению с Плутоном (17°) и Меркурием (7°) наклон к плоскости эклиптики[2]. Большая полуось орбиты составляет 2,76 а. е., расстояния в перигелии и афелии — 2,54, 2,98 а. е. соответственно. Период обращения вокруг Солнца — 4,6 года. Среднее расстояние до Солнца 2,77 а. е. (413,9 млн км). Среднее расстояние между Церерой и Землёй ~ 263,8 млн км[53]. Церерианский день составляет 9 часов и 4 минуты[54].
В прошлом Церера, вероятно, принадлежала к семейству астероидов[55]. Эти группы астероидов, как правило, имеют одинаковые орбитальные характеристики, что указывает на их общее происхождение. При помощи спектрального анализа Цереры обнаружились отличия от других членов группы в поясе астероидов и потому сейчас это семейство называют Семейство Гефьён, названное в честь астероида с наименьшим порядковым номером (1272) Гефьён[55]. Церера, по-видимому, с данным семейством астероидов имеет лишь общую орбиту, а не общее происхождение[56].
Изображение демонстрирует орбиту Цереры (выделена синим цветом) и орбиты некоторых других планет (выделены белым и серым цветом). Более тёмным цветом выделена область орбиты ниже эклиптики, а оранжевым плюсом по центру обозначено Солнце. На диаграмме сверху слева показано расположение орбиты Цереры между орбитами Марса и Юпитера. На диаграмме сверху слева видно расположение перигелия (q) и афелия (Q) Цереры и Марса. Перигелий Марса находится на противоположной стороне Солнца от перигелия Цереры и нескольких из больших астероидов, таких как 2 Паллада и 10 Гигея. Нижняя диаграмма демонстрирует наклон орбиты Цереры относительно орбит Марса и Юпитера.
В 2011 году сотрудники Парижской обсерватории, после компьютерного моделирования с учётом поведения 8 планет Солнечной системы, а также Плутона, Цереры, Луны, Паллады, Весты, Ириды и Бамберги[57], обнаружили, что у карликовых планет Солнечной системы — Цереры и Весты — наблюдается склонность к хаотическому поведению[58].
Наименование планеты | Масса | δe | δi | δθ | δω | δε | δχ | δα |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Меркурий | 1:(8×106) | −0,000018 | +0,000044 | −0,000241 | +0,000484 | +0,071482 | +0,000488 | +3×10-7 |
Венера | 1:(41×104) | −0,000025 | +0,000227 | −0,027558 | +0,037903 | +1,446688 | +0,038375 | +3×10-6 |
Земля | 1:329390 | −0,000536 | +0,000011 | −0,106807 | +0,092360 | +1,887510 | +0,094189 | −4×10-7 |
Марс | 1:(3085×103) | +0,000069 | +0,000359 | −0,039992 | +0,064190 | +0,239440 | +0,064875 | +4×10-7 |
Юпитер | 1:(1047,35) | −0,6752 | −0,5772 | −52,184 | +55,909 | −56,053 | +56,802 | −2×10-4 |
Сатурн | 1:(3501,6) | −0,022 | −0,041 | −1,411 | +1,290 | −2,125 | +1,314 | −1×10-4 |
Уран | 1:22650 | +0,00025 | +0,000002 | −0,02712 | +0,02327 | −0,03735 | +0,02373 | +3×10-5 |
Нептун | 1:19350 | +0,000013 | −0,000229 | −0,007816 | +0,007691 | −0,011239 | +0,007825 | −1×10-5 |
Жак Ласкар (Jacques Laskar) в журнале «Astronomy & Astrophysics»[60] пишет, что «возможно столкновение Цереры и Весты, с вероятностью 0,2 % на миллиард лет» и что «даже если космические миссии позволят провести очень точные изменения положений Цереры и Весты, их движения будут непредсказуемы уже через 400 тысяч лет»[57][61]. Данное исследование значительно снижает возможность прогнозирования изменения земной орбиты.
Меркурий, Венера, Земля и Марс могут пройти над Церерой, пересекая Солнце. Наиболее распространён астрономический транзит Меркурия, который обычно происходит раз в несколько лет (последний раз мог наблюдаться в 2006 и 2010 годах). Для Венеры даты прохождения соответствуют 1953 и 2051 году, для Земли — 1814 и 2081 году, а для Марса — 767 и 2684[62].
Церера — самый крупный объект в поясе астероидов, располагающемся в пространстве между Марсом и Юпитером[8]. Её масса была определена на основе анализа влияния на меньшие астероиды. Полученные результаты у разных исследователей немного отличаются[63]. Принимая во внимание три наиболее точных значения, измеренных с 2008 годы, считается, что масса Цереры равна 9,4·1020 кг[5][63], что составляет почти треть всей массы пояса астероидов (3.0 ± 0.2·1021 кг)[64], но в то же время более чем в 6000 раз уступает массе Земли и составляет около 4 % от массы Луны. Значительная масса Цереры привела к тому, что под действием собственной гравитации это небесное тело, как и многие другие планетоиды, приобрело форму, близкую к сферической[4], размеры которого составляют 975×909 км. Этим Церера отличается от других крупных астероидов, таких как 2 Паллада[65], 3 Юнона[66], и, в частности, 10 Гигея[67], у которых, как известно, форма не сферическая.
В отличие от большинства астероидов, на Церере после приобретения сферической формы началась гравитационная дифференциация внутренней структуры — более тяжёлые породы переместились в центральную часть, более лёгкие сформировали поверхностный слой. Таким образом сформировалось каменное ядро и криомантия из водяного льда[4]. Судя по низкой плотности Цереры, толщина её мантии достигает 100 километров (23—28 % массы Цереры; 50 % от её объёма)[68], и кроме того она содержит значительное количество льда, который составляет 200 миллионов кубических километров воды, что превосходит количество пресной воды на Земле[69]. Эти данные подтверждаются наблюдениями, сделанными телескопом Кек в 2002 году и эволюционным моделированием[5][21]. Кроме того, некоторые характеристики поверхности и геологической истории (например, расстояние Цереры от Солнца, благодаря которому можно говорить о достаточном ослаблении солнечного излучения для того, чтобы позволить некоторым компонентам с низкой точки замерзания быть включенными в её состав в процессе формирования), указывают на наличие летучих веществ в недрах Цереры[5].
На начальном этапе существования ядро Цереры могло разогреваться за счёт радиоактивного распада и, возможно, какая-то часть ледяной мантии находилась в жидком состоянии. По всей видимости, значительная часть поверхности и сейчас покрыта льдом или некой разновидностью ледяного реголита. По аналогии с ледяными спутниками Юпитера и Сатурна можно предположить, что под действием УФ излучения Солнца часть воды диссоциирует и образует сверхразреженную «атмосферу» Цереры. Также остаётся открытым вопрос о наличии на Церере сейчас или в прошлом криовулканизма.
О внешнем облике Цереры известно не так уж и много. На земном небосклоне она предстаёт слабой звёздочкой всего лишь 7-й величины. Видимый диск Цереры очень мал, поэтому первые подробности удалось разглядеть только в конце XX века с помощью орбитального телескопа «Хаббл». На поверхности Цереры различимы несколько светлых и тёмных структур, предположительно кратеров. По слежению за ними удалось точно установить период вращения Цереры (9,07 часа) и наклон оси вращения к плоскости орбиты (менее 4°). Самая яркая структура (см. рисунок слева) в честь первооткрывателя Цереры получила название «Пьяцци». Возможно, это кратер, обнаживший ледяную мантию или даже криовулкан. Наблюдения в ИК диапазоне показали, что средняя температура поверхности составляет 167 К (−106 °C), в перигелии она может достигать 240 К (−33 °C). Радиотелескопом в Аресибо несколько раз проводилось исследование Цереры в диапазоне радиоволн. По характеру отражения радиоволн было установлено, что поверхность Цереры довольно гладкая, видимо, за счёт высокой эластичности ледяной мантии. Спутников у Цереры не обнаружено. По крайней мере пока, наблюдения «Хаббла» исключают существование сателлитов размерами более 10—20 км.
В настоящее время единственным способом изучения Цереры остаются телескопические наблюдения. Регулярно проводятся кампании по наблюдению покрытий звёзд Церерой, по возмущениям в движении соседних астероидов и Марса уточняется её масса.
Качественно новым этапом в изучении Цереры должна стать миссия аппарата АМС Dawn (NASA), запущенного 27 сентября 2007 года. В 2011 году «Dawn» вышел на орбиту вокруг Весты, в феврале 2015 года он должен достигнуть Цереры.
Церера | ||||
---|---|---|---|---|
География |
|
|||
Исследование | Dawn | |||
Другие темы | Колонизация · Терраформирование · Жизнь |
Солнечная система | |
---|---|
|
|
Звезда | |
Планеты и карликовые планеты |
|
Крупные спутники планет |
|
Спутники / кольца | |
Малые тела |
Метеороиды • астероиды / их спутники (околоземные · основного пояса · троянские · кентавры) • транснептуновые (пояс Койпера (плутино · кьюбивано) · рассеянный диск) • дамоклоиды • кометы (облако Оорта) |
Астрономические объекты • Портал:Астрономия • Проект:Астероиды |
Церера.