穀神星

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Ceres
谷神星

發現 ^A

發現者

皮亞齊

發現日期

1801年 1月1日

其他編號

A899 OF; 1943 XB ^B

天體分類

矮行星

軌道根數 ^{C D}

^{曆元 2006年3月6日（JD 2453200.5）}

離心率 (e)

0.080

半長軸 (a)

2.765 AU

近日點 (q)

2.544 AU

遠日點 (Q)

2.988 AU

公轉週期 (P)

1681.243 日 (4.60 a)

平均公轉速度

17.91 km/s

軌道傾角 (i)

10.587°

昇交點黃經 (Ω)

80.409°

近日點引數 (ω)

73.231°

平均近點角 (M)

129.983°

物理資料

直徑

959.2×932.6 km

質量

9.445×10²⁰ 千克

密度

2.05 克/立方厘米

表面重力

0.26 米/秒²

逃逸速度

0.51 km/s

自轉週期

0.3781日

光譜分類

G型小行星

絕對星等

3.34

反照率

0.113

表面平均溫度

約 230 K

穀神星（Ceres）或小行星1是太陽系中最小的、也是唯一一顆位於小行星帶的矮行星。由意大利天文学家皮亞齊發現，並於1801年 1月1日公佈。^[1]

穀神星的直徑約950公里，是小行星帶之中已知最大最重的天體，約佔小行星帶總質量的三分之一^[2]^[3]。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^[4]，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^[3]。穀神星也可能擁有包含水氣的稀薄大氣層。

[编辑] 發現

在火星和木星之間可能有一顆未知行星的理論最先由约翰·波得於1768年提出。^[1]其主要根據是今天已不被使用的提丟斯-波得定則。^[5]^[1]根據定則，這顆行星的軸心應該接近2.8 AU。^[5]威廉·赫歇爾在1781年發現了天王星^[1]使人們更加相信這個定則。而在1800年，24位有經驗的天文學家一同合作，並對未知行星作出有條理的搜尋工作。^[1]^[5]這個團隊由Franz Xaver von Zach領導。雖然他們並沒有發現穀神星，但是他們後來發現了另外幾顆大小行星。^[5]

Piazzi's Book "Della scoperta del nuovo pianeta Cerere Ferdinandea" outlining the discovery of Ceres

穀神星終於在1801年 1月1日被朱塞普‧皮亞齊發現，當時他正在搜尋一顆由Francis Wollaston列為Mayer 87的恆星，因為這顆恆星並不在 Mayer的所述的位置上。^[1]他沒有發現恆星，發現的是一顆移動的星體，他當初還以為是一顆彗星。^[6]皮亞齊總共觀測了穀神星24次，直到2月11日，他患了病而暫停了他的觀測。他把發現於1801年 1月24日在他寫給和他一起合作的天文學家們（其中包括米蘭的Barnaba Oriani）的信裏面發佈。他描述穀神星為一顆彗星但是「由於它的行動如此緩慢和規則，我曾經數次覺得它應該是一些比彗星要好的東西」（Since its movement is so slow and rather uniform, it has occurred to me several times that it might be something better than a comet）。^[1]在4月，皮亞齊在巴黎把所有觀測記錄寄給了Oriani、波得和Lalande。這些資料發佈於1801年9月的Monatliche Correspondenz中。^[6]

不久後，穀神星的位置明顯地發生了變化，主要由於地球的軌道運動。然後，它又運行得太接近太陽光輝，因此一直到年尾其他的天文學家都不能確認皮亞齊的觀測結果。不過經過這麼長的時間，人們已經很難預測它的準確位置。為了找回穀神星，當時只有24歲的高斯研究出了一種有效率的方法預計它的軌道。^[6]在短短的幾個星期以內，他準確地預測了它的路徑，並把結果寄給了Franz Xaver, Baron von Zach，Monatliche Correspondenz的編輯。在1801年 12月31日，von Zach和奧伯斯在預測位置的附近成功找回了穀神星。^[6]

[编辑] 命名

皮亞齊最初建議命名為Ceres Ferdinandea，來源於罗马神话中的穀物女神刻瑞斯及兩西西里王國的费迪南多國王。^[1]^[6]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。^[7]在希臘，它被稱為Δήμητρα（Demeter），是Ceres同等意思的希臘文。在英文裏，Demeter是另一顆小行星（小行星1108）的名字。由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 Cerean^[3] have been used in fiction。在語法上，Cererean會是正確的，來源於它的拉丁文 genitiveCereris。^[8]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。^[6]^[9]元素鈰的拉丁名稱Cerium是以穀神星命名的。^[10]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。^[11]

[编辑] 地位

穀神星、地球和月球的對比圖^[12]

穀神星的歸類已經被變更過很多次，並且都是一些天文學家們的意見不和造成的。Johann Elert Bode相信穀神星就是那顆在火星和木星之間、距離太陽4.19億公里（2.8 AU）的「失蹤的行星」^[1]穀神星被賦予一個行星的符號，在更多小行星被發現之前，穀神星（還有智神星、婚神星和灶神星）有將近半個世紀都以行星之名列在天文學書表之中。^[1]^[6]

然而當其他的天體陸續在同一範圍內被發現，人們慢慢了解到穀神星只是許許多多相似類型天體的第一位而已。^[1]Sir William Herschel coined in 1802 the term asteroid ("star-like") for such bodies, ^[13] writing "they resemble small stars so much as hardly to be distinguished from them, even by very good telescopes"。^[14]作為第一顆被發現的小行星，它以現代小行星編號系統被列為小行星1穀神星^[13]

在2006年關於冥王星到底是不是「行星」的辯論引發了穀神星是否應被歸進行星類別的問題。^[15]^[16]在國際天文學聯合會定義行星之前，一個行星會被定義為「一個天體符合：(a) 有足夠的質量，能以自身的重力克服剛體力，因此能呈現流體靜力平衡的形狀（接近圓球體）；(b)在軌道上圍繞一顆恆星公轉，而且不是一顆恆星或衛星。「^[17]若然依照這種定義，穀神星將會是從太陽按次序的第五顆行星。^[18]但是，這並沒有被承認，並且同時一個新定義於2006年 8月24日生效：一顆行星符合"(a)和(b)，而且必須將鄰近軌道上的天體清除。」根據這樣的定義，穀神星就不是一顆行星（因為它在小行星帶上的軌道佈滿了千千萬萬個小行星），並且現在歸為「矮行星」（同時還有冥王星和鬩神星）。它是否還是小行星並未説明。^[19]天文學裏存在著小行星帶彗星等的雙重身份天體，而且屬於一顆矮行星也不代表不能擁有雙重身份。^[20]

[编辑] 物理特性

穀神星是迄今小行星帶中最大的天體。^[4]古柏帶中包含著更大的天體，包括冥王星、創神星和厄耳枯斯，而在黃道離散天體中的鬩神星是所有小行星中最大的。^[21]

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。^[22]而2008年最近三次數據的平均數為9.4×10²⁰公斤。^[23]以這樣的質量，穀神星會佔據太陽系所有小行星估計總共3.0 ± 0.2 ×10²¹公斤的三分之一，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、^[23]婚神星^[24]和灶神星^[25]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，^[4]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鐵的粘土（cronstedtite）和碳酸鹽（白雲石和菱鐵礦），它們都是碳質球粒隕石中常見的礦物。^[4]碳酸鹽和粘土的光譜特徵在其他C型小行星裏並不會出現。^[4]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）。

[编辑] 歸類

自1801年發現谷神星後，天文學家根據與「提丟斯-波得定則」軌道相若的關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佈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。

[编辑] 特徵

由哈勃太空望遠鏡拍攝的谷神星影像，解像度達每像素30千米。當中亮點的性質不詳。動畫 [1]

其平均直徑為952公里，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，包括小行星28978（伊克西翁）、小行星50000（夸歐爾）、小行星90482（厄耳枯斯）以及矮行星鬩神星等，而新發現的最遠天體小行星90377（塞德娜）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柯伊伯帶天體。

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。

美國太空總署在2007年 9月發射黎明號（Dawn）探測器前往穀神星，預計於2015年 2月到達。

[编辑] 軌道

穀神星的軌道

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和木星中間的空隙內；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^[26]。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^[26]。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^[27]。穀神星的自轉週期是9小時4分^[28]。

[编辑] 探測

藝術家概念下探測穀神星和灶神星的黎明號。

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^[29]。

執行這項任務的黎明號太空船將會先進入高度5,900公里的軌道環繞穀神星，經過5個月的研究之後，太空船會先將高度降低至1,300公里，然後再經過5個月才降至700公里^[30]。這艘太空船攜帶的儀器包括框架相機、可見光和紅外分光儀、伽瑪射線和中子偵測儀。這些將用來審視這顆矮行星的形狀和元素豐度^[29]。

從在火星表面和軌道上環繞的太空船所發送的無線電訊號，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。

[编辑] 參見

太陽系主題首頁

[编辑] 參考資料

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[编辑] 外部鏈接

前一小行星： -	小行星列表	後一小行星： (2)智神星

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穀神星