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行星体系命名法
2017-02-09
 
行星体系命名法

行星体系命名法,就像为地面命名一样,是标示行星和卫星表面特征的唯一系统,使其能轻松介绍、描述和讨论。特征的名称和分配是1919年成立的国际天文学联合会(IAU)的任务。

IAU如何核准名称

当第一次获得一颗行星或卫星表面的影像时,主要的功能是选择主题和几个主要的特征命名,通常由国际天文学联合会适当的任务小组(通常是公认的行星命名小组)来执行。稍后,有更高解析的影像和能制作地图时,在研究者有需要时,额外的地形特征、表面或地质的构造才会被命名。任何人都能建议特殊的名称,但需要经过任务组的过滤。如果任务组的成员同意名称是适当的,它可以被保留使用;当科学社群请求为某个需要的特殊地形特征命名时,就可以使用。通过任务小组审核的名称都会提交给国际天文学联合会的行星系统命名工作小组(Working Group for Planetary System Nomenclature,WGPSN)。 通过WGPSN成员的审查,就被认为是暂时核准和可以用在出版的地图上,只是要明确地指出这是临时状态。临时的名称会提交给IAU的会员大会,他们会审视过去和现行采用的行星表面特征,为有所需要的命名。直到大会说通过,这个名称才是官方认可的正式名称。

IAU的规则和会议

必须是遵循各项规则和这些年来修正协定的名称才会被国际天文学联合会核准。这些包括:
1.命名法是一种工具,首先要考虑的应该是让它简单、清晰和明确。
2.最长的维度小于100米的地形特征,不会赋予正式的名称。除非他们有极大的科学价值。
3.每个主体的名称选择数量应该保持在最低的限度,并且他们的定位是受到科学社群控制的。
4.要避免相同的名称用在两个或更多的物体上。
5.每个物体个别的名称应表示出在母语中的来源,并应赋予各种字母的译音,不会无法从一种语言翻译至另一种语言。
6.在可能的情况下,应使用早期建立的太阳系命名主题并予以扩充。
7.太阳系的命名法应该是全球性的选择其名称。建议提交给国际天文学联合会的国家委员会考虑,但名字的最终选择是国际天文学联合会的责任。WGPSN坚决支持在每份地图上从各个国家/民族公平的选择名字;然而,规划着陆的国家被允许在登陆区拥有较高比例的名字。
8.名字不能有政治、军事或(现代)宗教意义可能使用的名称,除非这是19世纪以前的政治人物的名字。
9.以自己的名字在行星上命名来纪念活动不是该有的行为与目标,但应该为名声持久不墬的国际知名人士预留。拥有如此荣幸的人必须已经过世三年以上。
10.当现存的名字有多种拼写的方法,应该使用现存的首选或是权威引用中使用的拼法。必要时将部分名称将使用音符。
11.新发现的卫星环和孔隙的命名,要由WGPSN和国际天文学联合会的第20委员会(小行星、彗星与卫星的位置与运动)共同商讨。除非其轨道要素是明确的众所周知或具有特色,否则卫星不会被命名。

除了这些一般性的规则,每个任务小组对个别行星的主体发展和附加的约定,也是有趣和有意义的命名法。

描述术语(特色类型)



为行星和卫星命名的特征分类

水星

特征类型              命名常规
坑穴  Craters      已故的知名演出者、音乐家、画家、作家。
山脊  Dorsa        对这颗行星进行过详细研究的天文学家。
崭沟  Fossae       重要的建筑工程。
山脉  Montes       各种语言中有关"热"的单字。目前仅有一座山脉一拉丁文的"热"(Caloris)命名为:卡洛里山脉。
平原  Planitiae    各种语言中的水星名称(无论是行星或神话)
峭壁,陡岩  Rupēs  科学探险或发现的船只。
谷  Valles         电波望远镜设备

金星

金星上,除了三个例外,所有的地形都以女性的名字命名。这三个例外是在命名常规建立之前,就经过核定的,分别是阿尔法(α区)、贝塔区(β区)和麦克斯韦山脉。

特征类型                命名常规
Astra               女神、多才多艺的作家。
深谷  Chasmata      女狩猎神、女月神。
圆丘  Colles        女海神。
冕状物  Coronae     生育和土地的女神。
撞击坑  Craters     超过20公里的以著名的女性命名;小于20公里的以一般女性的名字命名。
山脊、皱脊  Dorsa   天空的女神。
薄饼状穹丘  Farra   女水神。
熔岩流  Fluctūs     女神、多才多艺的作家。
槽沟  Fossae        女水神。
迷宫  Labyrinthi    女神、多才多艺的作家。
线形地形  Lineae    女水神。
山脉  Montes        女神、多才多艺的作家(有一位雷达科学家)。
火山口  Paterae     著名的妇女。
平原  Planitiae     神话中的瑛雌
高原  Plana         幸福女神。
高反射区  Regiones  女巨人和女泰坦(有两区以希腊字母命名)。
峭壁、断崖  Rupēs   健康和家庭女神。
高地  Terrae        女爱神。
镶嵌地块  Tesserae  命运和财富女神。
圆顶小山或丘  Tholi 女神、多才多艺的作家。
沙丘  Undae         沙漠女神。
峡谷  Valles        长度超过400公里的,使用各种语言中称呼金星的单字;长度不足400公里的使用河流的女神。

月球

特征类型                                                      命名常规
环形山、陨石坑  Craters                       坑穴一般是以在他们的领域中有杰出或基本贡献,且已过世的科学家、学者、艺术家或探险者
                                              来命名。除此之外,莫斯科海周围的坑穴是以已故的俄罗斯太空人命名;阿波罗坑周围的卫星
                                              坑以罹难的美国太空人命名(参见太空意外和事故)。其它国家发生航太事故时,罹难的太空
                                              人将可以比照办理。
湖、海、沼、湾  Lacūs, Maria, Paludes, Sinūs  这些特征的名字使用拉丁文描述天气和其他抽象概念的术语。
山脉  Montes                                  以地球上的山脉或邻近的环形山命名。
峭壁,陡岩  Rupēs                             以邻近的山脊命名(见上文)。
月谷  Valles                                  以邻近的特征命名。
其它  Others                                  不属于前述任何类别的特征,以附近的坑穴命名。

火星和火星的卫星

火星

特征类型                                   命名常规
大坑  Large craters       对火星研究有贡献的已故科学家,以及对火星传说多所着墨的作家和其他人士。
小坑  Small craters       世界各地人口少于100,000的村庄。
大谷  Large valles        各种语言中火星/恒星的名称。
小谷  Small valles        传统或现代的河流名称。
其它特征  Other features  在Schiaparelli或Antoniadi的地图上最靠近的反照率特征。参见火星反照率特征列表。

在太空探测器已经登陆火星之后,个别的小特征,如岩石、沙丘和空洞,经常会列在非正式名称。其中多数都是无意义的:有被称为冰淇淋(像是冰淇淋奶昔)、卡通特征(像是海绵宝宝和派大星)、还有1970年代的音乐团体(像是ABBA和比吉斯)。

德摩斯

火卫二,德摩斯,的特征是以撰写火星卫星名字的作者命名的,目前有两个坑洞已经被命名。一个是史威夫特坑,另一个是伏尔泰坑;分别以预测火星存在着卫星的强纳森·史威夫特和伏尔泰命名。

福波斯

火卫一,福波斯,的所有特征都以发现、研究火星及其卫星属性的科学家,或出现在强纳森·史威夫特的格列佛游记中的人名和地名命名。

木星的卫星

阿玛耳忒亚

木卫五,阿玛耳忒亚,以其神话中的人物和地点来命名。

忒拜

木卫十四,忒拜,以其神话中的人物和地点来命名。目前只有一个特征被命名为西苏斯坑。

伊娥

特征类型                                            命名常规
活动喷发中心  Active eruptive centers      埃欧上活动的火山以火、太阳、雷之神或英雄命名。
坑链  Catenae                              坑链以各种语言的太阳神之名命名。
Fluctūs                                    以邻近的地形特征名字命名,可以是火神、太阳神、雷神、火山神、女神或英雄,甚至神话中的铁匠。
斑点、山脉、高原、区和山丘
Mensae, Montes, Plana, Regiones and Tholi  这些特征使用与埃欧相关的地点命名,或是依据邻近其他特征的名字,或是但丁的神曲地狱篇中的地名。
火山  Paterae                              埃欧的火山以火神、太阳神、雷神、火山神、女神或英雄,或神话中的铁匠命名。
山谷  Valles                               依据邻近特征的名字命名。

欧罗巴

特征类型                                 命名常规
混沌  Chaos                          与凯尔特神话相关的地方。
坑  Craters                          凯尔特的神与英雄。
弯脊结构  Flexūs                     与欧罗巴神话相关的地点。
大的环型特征  Large ringed features  凯尔特的石圈。Celtic stone circles
镜状  Lenticulae                     凯尔特的神与英雄。
线型地形  Lineae                     与欧罗巴神话相关的地点。
斑块  Maculae                        与欧罗巴神话相关的地点。
区  Regiones                         与凯尔特神话相关的地方。

伽倪墨得

特征类型                             命名常规
坑链、深坑  Catenae, craters  古代肥沃月湾居民的神和英雄。
光斑  Faculae                 与埃及神话相关的地方。
崭沟  Fossae                  古代肥沃月湾居民的神(或领导者)。
火山  Paterae                 加利美德的火山以肥沃月湾的干谷命名。
区  Regiones                  发现木星卫星的天文学家。
沟  Sulci                     与古代人民神话相关的地方。

卡利斯托

特征类型                                 命名常规
大的环形特征  Large ringed features  神和英雄们的家园。
坑穴  Craters                        来自北方的男女英雄们。
坑链  Catenae                        高纬度地区的神话场所。

土星的卫星

雅努斯

出自卡斯托耳和波鲁克斯神话中的人物。

厄庇墨透斯

出自卡斯托耳和波鲁克斯神话中的人物。

米玛斯

出自托马斯·马洛礼的亚瑟之死传说的地点和人物(贝恩的翻译)。

恩克拉多斯

出自伯顿的《阿拉伯之夜》的地点和人物。

忒提斯

出自荷马的《奥德赛》的地点和人物。

狄娥涅

出自维吉尔的《埃涅伊德》的地点和人物。

瑞亚

出自创世纪神话的人物和地点。

泰坦

特征类型                                                命名常规
反照率特征、土地  Albedo features, terrae  神圣的或被施了魔法的地方,天堂或或来自传说的天界,神话、故事和世界各地文化的诗歌。
丘陵  Colles                               出自英国小说家托尔金(1892-1973)的虚构小说中土大陆中人物的名字。
坑和环  Craters and ringed features        智慧的男女神仙。
光斑  Facula and faculae                   Facula:以地球上在政治上不是独立的岛屿命名;Faculae:以群岛命名。
熔岩流  Fluctūs                            美丽的男女神仙命名。
波纹  Flumina                              以神话或想像中的河流命名。
峡  Freta                                  以美国作家阿西莫夫(1920 -1992年)的科幻小说《基地系列》中的人物命名。
岛  Insulae                                以神话和传说中的岛屿名称命名。
湖  Lacūs and lacunae                      泰坦上的湖泊或空地尽可能以地球上外型相似的湖泊命名。
海  Mare and maria                         以神话和文学作品中的海洋生物命名。
山脉  Montes                               出自英国小说家托尔金(1892-1973)的虚构小说中土大陆中的山脉和山峰的名字。
平原和沟网  Planitiae and labyrinthi       以美国作家法兰克·赫伯特 (1920年-1986)的系列科幻小说《沙丘系列小说》中的行星命名。
湾  Sinūs                                  以地球的海湾、海角、峡湾或其它著名的入口命名。
沙丘  Undae                                以男女的风神命名。
幡状  Virgae                               以男女的雨神命名。

亥伯龙

以太阳和月神命名。

伊阿珀托斯

以塞耶斯翻译的《香颂德罗兰》中的人名和地名命名,唯一的例外是卡西尼区,是以发现者乔凡尼·卡西尼的名字命名。

福柏

特征类型              命名常规
坑  Craters  福柏的坑穴以福柏神话相关的人或出自罗德岛的阿波罗尼奥斯和瓦莱里乌斯·弗拉库斯的阿尔戈英雄传的人物命名。
其它  Other  非坑穴的特征以阿尔戈英雄传中的地名命名。

天王星的卫星

普克

淘气(略带恶意)一族的精灵。

米兰达

出自莎士比亚戏剧中的地点与角色。

艾里尔

光之精灵(个体或族群)。

乌姆柏里厄尔

黑暗的精灵(个体)。

泰坦妮亚

莎士比亚戏剧中的女角色和地名。

奥伯龙

莎士比亚戏剧中的悲剧英雄和地名。

小卫星

天王星的小卫星目前还没有任何特征被命名。然而,命名的要求是要出自莎士比亚和浦伯的戏剧中的英雄人物。

海王星的卫星

普洛托

特征以与水有关的精灵、神或女神命名。但不能是希腊或罗马的神。唯一已经命名的特征是Pharos。

特里同

海卫一的地形特征名称必须与水相关,但不包括起源于希腊或罗马的。描述个别的项目主题可能包括全世界的水中精灵、著名的地面喷泉或喷泉所在地、陆栖的水生特征、著名的陆地间歇泉或间歇泉所在的地点和陆地的岛屿。

涅瑞伊得斯

目前没有特征被命名。一旦发现有特征,它们会以个别的女神命名。

小卫星

一旦发现这些小卫星上的地形特征,他们会以与涅普顿/波塞冬神话或泛神话有关的水生生物命名。

冥王星

因为目前使用地基或太空的望远镜都难以看见冥王星上的地形特征,所以现在还没有正式的地形特征名称。从发现后,到新视野号在2015年7月14日飞掠过去,冥王星表面特征的暂定名称主要是以虚幻的冥府世界神灵与恶魔命名,然后就是太空计划,或与冥王星的发现与研究有关的人。迄今(2016 年 6 月),冥王星和它卫星的所有地名都是非正式的(国际天文学联合会尚未批准)。

小行星

(243) 艾女星

特征类型            命名常规
坑穴  Craters 地球上的洞穴和石窟
山脊  Dorsa   伽利略计划的参与者。
区  Regiones  艾女星的发现者和与发现者有关的地方和协会。

(243) 艾卫一

特征类型               命名常规
坑穴  Craters       Idaean dactyls

(951) 加斯普拉

特征类型        命名常规
坑穴  Craters  各地的温泉
区  Regiones   (951) 加斯普拉和伽利略计划的参与者。

(253) 梅西尔德

特征类型               命名常规
坑穴  Craters      世界的煤田和盆地。

(433) 爱神星

特征类型            命名常规
坑穴  Craters  情色性质的神话和传奇名称。
区  Regiones   爱神星的发现者。
山脊  Dorsa    对爱神星的研究和探测有所贡献的科学家。

(25143) 系川

特征类型                   命名常规
坑穴  Craters  多以科学研究所的所在处和太空发射中心命名。
区  Regiones   多以宇宙航空研究开发机构相关地点命名。



小行星

小行星是太阳系内类似行星环绕太阳运动,但体积和质量比行星小得多的天体。

至今为止在太阳系内一共已经发现了约127万颗小行星,但这可能仅是所有小行星中的一小部分,只有少数这些小行星的直径大于100公里。到1990年代为止最大的小行星是谷神星,但近年在古柏带内发现的一些小行星的直径比谷神星要大,比如2000年发现的伐楼拿(Varuna)的直径为900公里,2002年发现的夸欧尔(Quaoar)直径为1280公里,2004年发现的厄耳枯斯的直径甚至可能达到1800公里。2003年发现的塞德娜(小行星90377)位于古柏带以外,其直径约为1500公里。

根据估计,小行星的数目应该有数百万,详见小行星列表,而最大型的小行星现在开始重新分类,被定义为矮行星。

小行星研究的历史

1760年有人猜测太阳系内的行星离太阳的距离构成一个简单的数位系列。按这个系列在火星和木星之间有一个空隙,这两颗行星之间也应该有一颗行星。18世纪末有许多人开始寻找这颗未被发现的行星。著名的提丢斯-波得定则就是其中一例。当时欧洲的天文学家们组织了世界上第一次国际性的科研专案,在哥达天文台的领导下全天被分为24个区,欧洲的天文学家们有系统地在这24个区内搜索这颗被称为“幽灵”的行星。但这个专案没有任何成果。

1801年1月1日晚上,朱塞普·皮亚齐在西西里岛上巴勒莫的天文台内在金牛座里发现了一颗在星图上找不到的星。皮亚齐本人并没有参加寻找“幽灵”的项目,但他听说了这个项目,他怀疑他找到了“幽灵”,因此他在此后数日内继续观察这颗星。他将他的发现报告给哥达天文台,但一开始他称他找到了一颗彗星。此后皮亚齐生病了,无法继续他的观察。而他的发现报告用了很长时间才到达哥达,此时那颗星已经向太阳方向运动,无法再被找到了。

高斯此时发明了一种计算行星和彗星轨道的方法,用这种方法只需要几个位置点就可以计算出一颗天体的轨道。高斯读了皮亚齐的发现后就将这颗天体的位置计算出来送往哥达。奥伯斯于1801年12月31日晚重新发现了这颗星。后来它获得了谷神星这个名字。1802年奥伯斯又发现了另一颗天体,他将它命名为智神星。1803年婚神星,1807年灶神星被发现。一直到1845年第五颗小行星义神星才被发现,但此后许多小行星被很快地发现了。到1890年为止已有约300颗已知的小行星了。

1890年摄影术进入天文学,为天文学的发展给予了巨大的推动。此前要发现一颗小行星天文学家必须长时间记录每颗可疑的星的位置,比较它们与周围星位置之间的变化。但在摄影底片上一颗相对于恒星运动的小行星在底片上拉出一条线,很容易就可以被确定。而且随着底片的感光度的增强它们很快就比人眼要灵敏,即使比较暗的小行星也可以被发现。摄影术的引入使得被发现的小行星的数量增长巨大。1990年CCD摄影的技术被引入,加上电脑分析电子摄影的技术的完善使得更多的小行星在很短的时间里被发现。今天已知的小行星的数量约达70万。

一颗小行星的轨道被确定后,天文学家可以根据对它的亮度和反照率的分析来估计它的大小。为了分析一颗小行星的反照率一般天文学家既使用可见光也使用红外线的测量。但这个方法还是比较不可靠的,因为每颗小行星的表面结构和成分都可能不同,因此对反照率的分析的错误往往比较大。

比较精确的资料可以使用雷达观测来取得。天文学家使用射电望远镜作为高功率的发生器向小行星投射强无线电波。通过测量反射波到达的速度可以计算出小行星的距离。对其他资料(衍射资料)的分析可以推导出小行星的形状和大小。此外,观测小行星掩星也可以比较精确地推算小行星的大小。

现在也已经有一系列无人太空船在一些小行星的附近对它们进行过研究,1991年伽利略号在它飞往木星的路程上飞过小行星951,1993年飞过艾女星(小行星243)。会合-舒梅克号于1997年飞过小行星253并于2001年在爱神星(小行星433)登陆。1999年深太空1号在26公里远处飞掠小行星9969。2002年星尘号在3300公里远处飞掠小行星5535。

小行星的命名

小行星的名字由两个部分组成:前面是一个永久编号,后面是一个名字。每颗被证实的小行星先会获得一个永久编号,发现者可以为这颗小行星建议一个名字。这个名字要由国际天文联会批准才被正式采纳,原因是因为小行星的命名有一定的常规。因此有些小行星没有名字,尤其是在永久编号在上万的小行星。假如小行星的轨道可以足够精确地被确定后,那么它的发现就算是被证实了。在此之前,它会有一个临时编号,是由它的发现年份和两个字母组成,比如2004 DW。

皮亚齐于1801年在西西里岛发现第一颗小行星是,他将这颗星起名为谷神·费迪南星。前一部分是以西西里岛的保护神谷神命名的,后一部分是以那波利国王费迪南四世命名的。但各国学者们对此不满意,因此将第二部分去掉了,所以第一颗小行星的正式名称是小行星1号谷神星。

此后发现的小行星都是按这个传统以罗马或希腊的神来命名的,如智神星、灶神星、义神星等。

但随着越来越多的小行星被发现,最后古典神话的名字都用光了。因此后来的小行星以发现者夫人的名字、历史人物或其他重要人物、城市、地点、童话人物名字或其他神话里的神来命名。比如216 艳后星是依据埃及女王克娄巴特拉七世命名的,2001爱因斯坦是以阿尔伯特·爱因斯坦命名的,17744福斯特是依据女演员茱蒂·福斯特命名的,小行星1773是按格林童话中的一个侏儒命名的,145523鹿林是以中央大学在台湾鹿林山的发现地点鹿林天文台为名等。截至2015年10月27日,具有轨道数据的小行星共1,266,470颗,获永久编号的小行星共450,133颗,已命名的小行星共19,513颗。

对于一些编号是1000的倍数的小行星,习惯上以特别重要的人、物来命名(但常有例外)。例如:

编号为1000的倍数的已命名小行星

编号         命名来源
小行星1000   皮亚齐
小行星2000   赫歇尔
小行星3000   达芬奇
小行星4000   喜帕恰斯
小行星5000   国际天文联会
小行星6000   联合国
小行星7000   居里
小行星8000   牛顿
小行星9000   HAL(例外)
小行星10000  Myriostos(例外)
小行星15000  CCD
小行星17000  Medvedev(例外)
小行星20000  伐楼拿
小行星21000  百科全书
小行星24000  Patrickdufour
小行星25000  天体测量
小行星31000  Rockchic
小行星33000  陈健生
小行星50000  夸欧尔
小行星56000  美索不达米亚
小行星59000  北馆
小行星60000  Miminko
小行星71000  Hughdowns(例外)
小行星100000 Astronautica

由于永久编号已超过100,000,一些原来应付5位编号的程式便无法支援,因此出现了一些在万位元采用英文字母的编号表示方法,即A=10、B=11……Z=35;a=36……z=61,在此安排下,619,999号以下的小行星仍然可以用5位表示。

小行星的来源

一开始天文学家以为小行星是一颗在火星和木星之间的行星破裂而成的,但小行星带内的所有小行星的全部质量比月球的质量还要小。今天天文学家认为小行星是太阳系形成过程中没有形成行星的残留物质。木星在太阳系形成时的质量增长最快,它防止在今天小行星带地区另一颗行星的形成。小行星带地区的小行星的轨道受到木星的干扰,它们不断碰撞和破碎。其他的物质被逐出它们的轨道与其他行星相撞。大的小行星在形成后由于铝的放射性同位素26Al(和可能铁的放射性同位素60Fe)的衰变而变热。重的元素如镍和铁在这种情况下向小行星的内部下沉,轻的元素如硅则上浮。这样一来就造成了小行星内部物质的分离。在此后的碰撞和破裂后所产生的新的小行星的构成因此也不同。有些这些碎片后来落到地球上成为陨石。

小行星的构成

通过光谱分析所得到的资料可以证明小行星的表面组成很不一样。按其光谱的特性小行星被分几类:

C-型小行星:这种小行星占所有小行星的75%,因此是数量最多的小行星。C-型小行星的表面含碳,反照率非常低,只有0.05左右。一般认为C-型小行星的构成与碳质球粒陨石(一种石陨石)的构成一样。一般C-型小行星多分布于小行星带的外层。

S-型小行星:这种小行星占所有小行星的17%,是数量第二多的小行星。S-型小行星一般分布于小行星带的内层。S-型小行星的反照率比较高,在0.15到0.25之间。它们的构成与普通球粒陨石类似。这类陨石一般由硅化物组成。

M-型小行星:剩下的小行星中大多数属于这一类。这些小行星可能是过去比较大的小行星的金属核。它们的反照率与S-型小行星的类似。它们的构成可能与镍-铁陨石类似。

E-型小行星:这类小行星的表面主要由顽火辉石构成,它们的反照率比较高,一般在0.4以上。它们的构成可能与顽火辉石球粒陨石(另一类石陨石)相似。

V-型小行星:这类非常稀有的小行星的组成与S-型小行星差不多,唯一的不同是它们含有比较多的辉石。天文学家怀疑这类小行星是从灶神星的上层硅化物中分离出来的。灶神星的表面有一个非常大的环形山,可能在它形成的过程中V-型小行星诞生了。地球上偶尔会找到一种十分罕见的石陨石,HED-非球粒陨石,它们的组成可能与V-型小行星相似,它们可能也来自灶神星。

G-型小行星:它们可以被看做是C-型小行星的一种。它们的光谱非常类似,但在紫外线部分G-型小行星有不同的吸收线。

B-型小行星:它们与C-型小行星和G-型小行星相似,但紫外线的光谱不同。

F-型小行星:也是C-型小行星的一种。它们在紫外线部分的光谱不同,而且缺乏水的吸收线。

P-型小行星:这类小行星的反照率非常低,而且其光谱主要在红色部分。它们可能是由含碳的硅化物组成的。它们一般分布在小行星带的极外层。

D-型小行星:这类小行星与P-型小行星类似,反照率非常低,光谱偏红。

R-型小行星:这类小行星与V-型小行星类似,它们的光谱说明它们含较多的辉石和橄榄石。

A-型小行星:这类小行星含很多橄榄石,它们,主要分布在小行星带的内层。

T-型小行星:这类小行星也分布在小行星带的内层。它们的光谱比较红暗,但与P-型小行星和R-型小行星不同。

过去人们以为小行星是一整块完整单一的石头,但小行星的密度比石头低,而且它们表面上巨大的环形山说明比较大的小行星的组织比较松散。它们更象由重力组合在一起的巨大的碎石堆。这样松散的物体在大的撞击下不会碎裂,而可以将撞击的能量吸收过来。完整单一的物体在大的撞击下会被冲击波击碎。此外大的小行星的自转速度很慢。假如它们的自转速度高的话,它们可能会被离心力解体。今天天文学家一般认为大于200米的小行星主要是由这样的碎石堆组成的。而部分较小的碎片更成为一些小行星的卫星,例如:小行星87便拥有两颗卫星。

小行星的轨道与近地小行星

主小行星带的小行星

约90%已知的小行星位于主小行星带中;主小行星带是界于火星与木星之间,一个相当宽广的地带。谷神星、智神星等首先被发现的小行星都是主小行星带内的小行星。

火星轨道内的小行星

火星轨道内的小行星总的来说分三群:

阿莫尔型小行星群:这一类小行星穿越火星轨道并来到地球轨道附近。其代表性的小行星是1898年发现的爱神星,这颗小行星可以到达离地球0.15天文单位的距离。1900年和1931年爱神星来到地球附近时天文学家用这个机会来确定太阳系的大小。1911年发现的小行星719后来又失踪了,一直到2000年它才重新被发现。这个小行星组以小行星1221阿莫尔命名,其轨道离太阳1.08到2.76天文单位,这是这个群相当典型的一个轨道。

阿波罗型小行星群:这个小行星群的小行星的轨道位于火星和地球之间。这个组中一些小行星的轨道离心率非常高,它们的近日点一直到达金星轨道内。这个群典型的小行星轨道有1932年发现的小行星1862阿波罗,它的轨道在0.65到2.29天文单位之间。小行星69230曾在仅仅1.5月球距离处飞略地球。

阿登型小行星群:这个群的小行星轨道一般在地球轨道以内。该群以1976年发现的小行星2062阿登命名。这类小行星的离心率比较高,它们有时从地球轨道内与地球轨道向交。

这些小行星都统称为近地小行星。近年人们对这些小行星的研究加深了,因为它们理论上是有可能与地球相撞的。比较有成绩的计划包括林肯近地小行星研究小组(LINEAR)、近地小行星追踪(NEAT)和罗威尔天文台近地天体搜索计划(LONEOS)等。

在其他行星的轨道上运行的小行星

在其他行星轨道的拉格朗日点上运行的小行星被称为特洛伊小行星。最早被发现的特洛伊小行星是在木星轨道上的小行星,它们中有些在木星前,有些在木星后运行。有代表性的木星特洛伊小行星有小行星588和小行星1172。1990年第一颗火星特洛伊小行星小行星5261被发现,此后还有其他四颗火星特洛伊小行星被发现。

土星和天王星之间的小行星

土星和天王星之间的小行星有一群被称为半人马小行星群的小行星,它们的偏心率都相当大。最早被发现的半人马小行星群的小行星是小行星2060。估计这些小行星是从柯伊伯带中受到其他大行星的引力干扰而落入一个不稳定的轨道中的。

古柏带的小行星

海王星以外的小行星属于柯伊伯带,在这里天文学家们发现了最大的小行星如小行星50000等。

水星轨道内的小行星

虽然一直有人猜测水星轨道内也有一个小行星群,但至今为止这个猜测未能被证实。

小行星的探测

在进入太空旅行的年代之前,小行星即使在最大的望远镜下也只是一个针尖大小的光点,因此它们的形状和地形仍然是未知的奥秘。

第一次获得小行星的特写镜头是1971年水手9号拍摄到的傅博斯和戴摩斯照片,这两个小天体虽然都是火星的卫星,但可能都是被火星捕获的小行星。这些图像显示出多数的小行星不规则、像马铃薯的形状。之后的航海家计划计划从气体巨星获得了更多小卫星的影像。

前往木星的太空船伽利略号在1991年飞掠过951盖斯普拉( Gaspra),拍摄下第一张真正小行星特写镜头,然后是1993年的243艾女星和卫星载克太( Dactyl)。

会合-舒梅克号是第一个专门探测小行星的太空计划,他在前往433爱神星的途中,于1997年拍摄了253玛秀德( Mathilde),在完成了轨道环绕探测之后,在2001年成功的降落在爱神星上。

曾经被太空船在其他目地的航程中简略拜访过的小行星还有布雷尔( Braille,深空1号于1999年)和安妮法兰克( Annefrank,星尘号于2002年)。

日本的太空船隼鸟号在2005年9月抵达25143系川做了详细的探测,并成功取得一些样品返回地球。隼鸟号的任务曾遭遇到一些困难,包括三个导轮坏了两个,使他很难维持对向太阳的方向来收集太阳能。接下来的小行星探测计划是欧洲空间局的罗塞塔号(已于2004年发射升空),并在2008年和2010年分别探测史坦斯和鲁特西亚。

美国国家航空航天局在2007年发射黎明号太空船,它在2011至2015年间环绕谷神星和灶神星,还可能延长任务去探测智神星。

中国国家航天局的嫦娥二号在探测完月球和日地拉格朗日L2点后,于2012年12月成功飞掠探测4179图塔蒂斯,最近飞越距离仅有3.2km,飞越时速高达10.73公里/秒,成功获得了高达5m分辨率的拍摄图像,这些都创造了飞掠型小行星探测任务的新纪录。

小行星已经被建议做为未来的地球资源来使用,做为罕见原料的采矿场,或是太空休憩站的修建材料。从地球发射是很笨重和昂贵的材料,未来或许能直接从设在小行星上的太空工厂直接制造和开采。但是根据在德雷克方程式基础上发展出的一个Elvis方程式的估算结果,太阳系内可能只有10颗小行星拥有开采价值的铂族金属。

较大小行星:已列入和即将列入矮行星

矮行星与候选矮行星(直径大于800公里)





矮行星

矮行星(别称中行星、准行星、侏儒行星)是具有行星级质量,但既不是行星,也不是卫星的太阳系天体。也就是说,它是直接环绕着太阳,并且自身的重力足以达成流体静力平衡的形状(通常是球体),但未能清除邻近轨道上的其它小天体和物质。

矮行星这个项目是国际天文学联合会在2006年通过环绕太阳天体的三种分类定义的一部分,导致新增加了发现的比海王星离太阳更远的天体,其大小足以和冥王星匹敌,并且最后质量超过冥王星的天体,例如阋神星。在国际天文学联合会的行星定义上将矮行星排除在外,既有称赞的也有批评的。天文学家麦克-布朗赞这是正确的决定,而他是阋神星和其它新矮行星的发现者,但拒绝接受这样定义的阿兰·施特恩(Alan Stern),却是在1991年4月创造矮行星这个名词的天文学家。

国际天文学联合会(IAU)目前承认的矮行星有5颗:谷神星、冥王星、妊神星、鸟神星、和阋神星。布朗批评官方的认可:“一个理性的人可能会认为,太阳系里面只有5颗符合IAU定义的已知矮行星,但这些理性的人将无从修正。”

在另一份有数百颗已知的天体列在其中的清单,被怀疑都是太阳系的矮行星,估计在完整的探索过整个古柏带之后,可能会发现200颗矮行星,而在探索过古柏带以外的区域后,矮行星的总数可能超过10,000颗。个别的科学家认定的还有一些,麦克-布朗在2011年8月发表的清单中,从几乎可以肯定到有可能是矮行星,就有390颗候选天体。布朗目前标示的11颗已知天体 -除5颗是已经被IAU认可的之外,还有(225088) 2007 OR10、创神星、塞德娜、亡神星、(307261) 2002 MS4和潫神星—是“几乎可以确定”的,另外还有12颗是极有可能的。施特恩也指出还有十多颗已知的矮行星。

然而,只有两颗天体,谷神星和冥王星,有足够详细的观测资料可以确定它们符合国际天文学联合会的定义。国际天文学联合会接受阋神星是矮行星,是因为它比冥王星更大。他们附带决议尚未命名的海王星外天体,它们的绝对星等必须大于 +1(这意味着假设几何反照率 ≤ 1,直径就必须≥838公里),就会据以假设是矮行星来命名。目前,只有鸟神星和妊神星是依据这个程序被承认是矮行星。国际天文学联合会还没有讨论其它可能是矮行星天体的相关问题。

在其它行星系统的分类中,并未列出矮行星的特征。

历史的概念

从1801年开始,天文学家在火星和木星之间陆续发现谷神星和其它天体,几十年间它们都被认为是行星。大约在1851年间,这些天体的数量达到23颗,天文学家开始改用小行星这个字眼来称呼这些体积较小的天体,并且不再以行星命名与将它们归类为行星。

在1930年发现了冥王星,多数的科学家都认为太阳系有9颗行星,再加上数以千计值得注意的小天体(小行星和彗星)。大约有50年的时间,冥王星被认为比水星大。但是,在1978年发现冥王星的卫星夏戎,使冥王星的质量可以精确地被测量出来,确定她远远的比与最初估计的小。它的质量只有水星的廿分之一,使得冥王星成为最小的行星。然而,它的质量依然超过主小行星带最大的天体,谷神星的10倍,大约是地球的卫星,月球的五分之一。此外,它还有一些不寻常的特性,如大的轨道离心率和轨道倾角,这很明显地使它完全不同于其它的行星。

在1990年代,天文学家开始在冥王星所在的空间区域(现在所知的古柏带)内,以及更遥远处发现一些天体。其中有许多共用冥王星的轨道特征,而冥王星开始被认为是一个新族群的天体,冥族小天体的成员。这使得一些天文学家不再认为冥王星是一颗行星;一些名词,包括次行星和微型行星(planetoid),开始被用来称呼现在所认定的矮行星。到了2005年,三颗大小与冥王星相匹敌的海王星外天体(创神星、塞德娜、和阋神星)被提出来。显然,如果不重新分类冥王星,它们也将被归类为行星。天文学家也发现有更多和冥王星一样大的天体,如果冥王星还是一颗行星,那么行星的数量将会大幅增长。

阋神星(发现时称为2003 UB313)在2005年1月发现,被认为略大于冥王星,一些报告也非正式的称它为第10行星。此一结果,成为2006年8月在捷克的布拉格召开的国际天文学联合会第26届会员大会最具争议的议题。国际天文学联合会的初步草案建议包括夏戎、阋神星和谷神星都列在行星的名单。许多天文学家都反对这项建议,替代方案是乌拉圭的天文学家胡里奥·安赫尔·费尔南德(Julio Ángel Fernández)所提出,他提出一个折衷的分类方案,将那些够大可以成为球体,但不能清空轨道附近其他物质的天体,分类为微行星。先从清单中删除了冥卫一,新的提案也删除了冥王星、谷神星和阋神星,因为它们都未能清除轨道附近的其他天体。

国际天文学联合会最后的决议是在保留5A提案轨道环绕太阳的三类天体系统。他们是:

国际天文学联合会 ... 决定行星和其它天体,除了卫星,在我们的太阳系以下列方式的定义分为三类:

(1) 行星1是符合以下条件的天体:(a)轨道环绕着太阳,(b)有足够的质量足以克服刚体力,达到流体静力平衡的形状(接近球体),和(c)能够清除在轨道附近的小天体

(2) "矮行星"是符合以下条件的天体:(a)轨道环绕着太阳,(b)有足够的质量足以克服刚体力,达到流体静力平衡的形状(接近球体),和(c)未能够清除在轨道附近的小天体和(d)不是一颗卫星

(3) 除卫星之外,所有轨道环绕着太阳的其它天体3都是"太阳系小天体"。

注脚:1 8颗行星是:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。
      2 IAU会设立程序,确定临界天体属于矮行星还是某个其他类别。
      3 包括绝大部分的太阳系小天体,也就是小行星、大多数的海王星外天体、彗星和其它的小天体。

虽然关系到其它恒星的行星分类,这个议案未解决问题;取代的是等到观察到这类天体时再研议。

在矮行星的探测方面,截至2015年7月,共有两艘飞船近距离观察研究矮行星。2015年3月6日,曙光号探测器进入了环绕谷神星的轨道,成为第一艘环绕矮行星的航天器。2015年7月14日,新视野号探测器掠过了冥王星系统。

名称

矮行星这个名词本身就有些争议,它意味着这些天体就像矮星是恒星一样,骨子里还是一颗行星;这是提升了施特恩当初为太阳系创造这个名词的概念。更早的名词微型行星(planetoid,"有着行星的形式")在英文当中就没有这样的涵义,并且也合于天文学家用在国际天文学联合会的定义。布朗就表示微型行星是一个理想的字眼,并且几年来也都是使用这个名词,而使用矮行星似乎也暗示这个非行星的天体是低能的,但它却出自于国际天文学联合会试图恢复冥王星地位所铺陈的第三次会议第二项决议案中。事实上,在草案5A的决议中,是称这些中间的天体为微型行星。但是在全体会议投票时,一致同意改称为矮行星。第二项的5B决议案,定义矮行星是行星的子分类,施特恩本来很希望能将原本的行星行星称为"经典行星"。在这样的安排下,被驳回的12颗行星提案,将有8颗是"经典行星",和4颗是矮行星。然而,5B案被否决而5A案却获得通过。因为矮行星这个名词在语意学上不一致的前后矛盾性,也讨论了奈行星和次行星,但没有取得共识而未能做出改变。

在多数的语言中,都已等效的术语来翻译英文dwarf planet中的“dwarf”:如法文planète naine、西班牙文planeta enano、德文Zwergplanet、俄文карликовая планета(罗马化:karlikovaya planeta)、阿拉伯文كوكب قزم‎(罗马化:kaukab qazm)、中文矮行星、韩文왜소행성(矮小行星)等等。例外的则有日文的準惑星和拉丁文的planetula(或取希腊文词尾的planetion),后者是planeta(行星)的小称,也暗喻比行星少了一些东西。

国际天文学联合会在2006年的6A决议案中,认可冥王星是海王星外天体新的一族的原型。此类型的确切名称与性质当时没有指定,但留给国际天文学联合会在稍后依据先前辩论达成的决议去讨论,对这个类别的建议有类冥天体(plutonian objects)、和plutons,但这两个名词都没有获得采用。或许是来自地质学界的反对,因为plutons在地质学上的意思是深成岩,会造成混淆。在2008年6月11日,国际天文学联合会的执行委员会宣布采用类冥矮行星(plutoid),并且定义为:所有在海王星外的矮行星都是类冥矮行星。部分原因是电子邮件的沟通不顺畅,行星系统命名工作小组并未参与此一名称的选择。事实上,行星系统命名工作小组后来表决拒绝使用这个特定的名词,并且这个名词在天文学家之间也很少被使用。

特性

轨道优势

阿兰·施特恩和哈罗德·利维森(Harold F. Levison)介绍了参数Λ,表示天体在给定的轨道偏移下,造成与临近天体遭遇的可能性(概率)。在施特恩的模型中,此参数的值与质量的平方成正比,与周期成反比。这个值可以用来估计天体清除邻近轨道天体的能力。若Λ > 1,最终就能清除。在最小的类地行星和最大的古柏带天体之间,Λ的数值差距达到5个数量级。

使用这个参数,史蒂芬·索特(Steven Soter)和其他的天文学家争辩行星和矮行星的差别在于后者不能"清除其轨道附近的邻居":行星能够经由碰撞、捕获、或是引力扰动(或是建立轨道共振来避免碰撞)移除邻近轨道的小天体;而矮行星缺乏这样做所需要的的质量。索特提出他所谓的行星判别式参数,用符号µ(缪)来表示,它描述一个轨道区域被清除程度的实验数值,µ的计算是以候选天体的质量除以共享其轨道的其它天体的总质量。µ的值大于100,就认为轨道能够被清除。还有几种其它方案试图区分行星和矮行星,但是2006年的定义使用的是索特的观念。

流体静力平衡

当天体有足够的质量,由本身的万有引力,造成足够的内部压力,使天体因塑性变形有足够的可塑性而将表面抚平(高处沉陷与将凹处填满),这个过程称为引力弛缓。小于几公里的物体不是由万有引力主导往往有不规则的形状。较大的物体,万有引力较显著,但尚未达到主导的地位,会呈现"马铃薯"的形状;随着质量越来越大,它的内部压力逐渐升高,而外型也就越来越浑圆;直到压力足以克服其内部的抗压强度,他就达到流体静力平衡。在这一点上,天体的形状会尽可能地趋近球体,但是受到自转和潮汐的影响,他的形状会是椭球体。这是一颗矮行星最起码的定义。

当一个天体处于流体静力平衡时,覆盖其全球的液体会形成一致的液体表面,仅有局部会有像是坑洞或裂缝等小规模的表面特征。如果天体没有转动,它会是一个球体;而它转动得越快,它就变得越扁圆形,或是椭球体。然而,如果这种旋转的天体是被加热直到它融化,它整体的形状也会如同液体,不会有其它变化。处在流体静力平衡但不是球体的极端例子就是妊神星,它的长轴是其极轴(短轴)的两倍长。如果天体有质量接近的伴星,潮汐力就会产生影响,将它扭曲成长椭球体。一个例子就是木星的卫星艾欧,潮汐加热的效应使它成为太阳系内有着最活耀的火山。潮汐力也会造成天体的旋转逐渐成为潮汐锁定的状态,会永远以相同的一面朝向它的伴星。一个极端的例子就是冥王星和夏戎的系统,这两个天体是相互潮汐锁定的。地球的卫星,月球也是潮汐锁定的,许多气态巨行星的小卫星也都被潮汐锁定。

现国际天文学联合会没有限定矮行星质量和大小的上限和下限。没有质量上限的定义,因此一个天体即使质量和大小都超过水星,但是只要未能清除邻近的小天体,仍将被归类为矮行星。下限是要求达到流体静力平衡的形状,但达到此一形状的大小和质量取决于其组成和热历史。国际天文学联合会2006年决议的原草案有将流体静力学平衡重新定义,限制“适用于质量高于5×1020kg且直径大于800 km的天体”,但在最终定稿时未被保留。

依观测的经验显示,下限取决于天体的组成和热历史。对一个固体的硅酸盐,像是石质小行星,要转换成流体静力平衡的直径大约为600公里,并且质量大约是3.4×1020 公斤。不是那么钢性的水冰,其下限大约在直径320公里和质量1019 公斤。在小行星带,谷神星是唯一明显超越此一石质下限的(然而它实质上是岩石和冰组成的),并且它的形状是平衡的球体。然而,岩石的智神星和灶神星刚好都低于下限。智神星的直径在525-560公里,质量在1.85–2.4×1020 公斤,形状"近似球形"但还是有些不规则。造神星的直径是530公里,质量2.6×1020 公斤,主要是由于其极大的撞击盆地,使其偏离了椭球体的形状。

大小与形状

在对矮行星这一概念进行辩论时,被认为达到流体静力学平衡的最小冰质天体是土卫一(直径396 km,质量3.75×1019 kg)。位于外太阳系的最大不规则天体为海卫八(直径405–435 km,假设的质量约为4.4×1019 kg)。土卫一比海卫八形状更为规则,可能是因为它有着更高温的热历史,或者是一次撞击事件使它的形状变得更规则的。这两个天体都不是由纯冰组成,所以布朗认为冰质矮行星的实际直径下限可能在400 km以下。目前位于这一数值以上的海王星外天体共有一百个左右。然而,后来科学家发现土卫一并不处于流体静力学平衡,其椭球形是演变历史所致,这和更极端的土卫九相似。经过确认,在土星的卫星当中,达到流体静力学平衡的最小者为土卫五,直径为1,530 km,而不处于流体静力学平衡的最大者为土卫八,直径为1,470 km。土卫八比鸟神星(1,415–1,445 km)稍大,又比妊神星(1,180–1,310 km)大得多,但这些研究结果并没有被纳入针对矮行星定义的讨论当中。

矮行星和可能的矮行星

许多海王星外天体被认为有冰的核心,因此只要达到400公里的直径 -质量大约也只是地球的3%- 就能轻易的达到重力平衡的状态。在2015年1月,大约有150颗已知的海王星外天体被认为可能是矮行星,不过都只是用这些天体粗略估计的直径为依据。一个团队研究了其中的30颗,认为在最终古柏带将会有约200颗的矮行星,而在这之外的数量会数以千计。

国际天文学联合会迄今只认证了5颗矮行星:谷神星、冥王星、阋神星、妊神星和鸟神星。谷神星和冥王星是直接透过观测认证的。阋神星是因为它的质量比冥王星更多(经由新视野号的测量,显示冥王星的直径比阋神星大),而妊神星和鸟神星是因为它们的绝对星等而获得认证。以相对于太阳的距离,这5颗是:

1.谷神星 ⚳ – 在1801年1月1日发现,比海王星早了45年。在被分类为小行星之前,有半个世纪之久它被当成行星。后来它被指定为第1号小行星。在2006年9月13日,国际天文学联合会重新认定它是一颗矮行星。

2.冥王星 ♇ – 在1930年2月18日发现,长达76年的时间被视为一颗行星。在2006年8月24日被国际天文学联合会重分类为矮行星。

3.妊神星 – 在2004年12月28日发现,国际天文学联合会在2008年9月17日认可它是一颗矮行星。

4.鸟神星 – 在2005年3月31日发现,国际天文学联合会在2008年7月11日认可它是一颗矮行星。

5.阋神星 – 在2005年1月5日发现,在媒体报导中被称为第10颗行星。国际天文学联合会在2006年9月13日认可它是一颗矮行星。

迈克·布朗认为另外还有6颗海王星外天体几乎肯定将是矮行星,它们的直径接近或是超过900公里。这些天体是:

1.亡神星 –2004年2月17日发现。

2.2002 MS4 – 2002年6月18日发现。

3.潫神星 – 2004年9月22日发现。

4.创神星 – 2002年6月5日发现。

5.2007 OR10 – 2007年7月17日发现。

6.塞德娜 – 2003年11月14日发现。

贡萨洛·坦克雷迪(Gonzalo Tancredi)等人已建议IAU接受亡神星、塞德娜和创神星为矮行星。另外,坦克雷迪还把(20000) 伐罗那、(28978) 伊克西翁、2003 AZ84、2004 GV9及2002 AW197归类为矮行星。布朗的清单中也列入了这些天体,但判断为非常可能。延伸的矮行星候选表详细的列出这两位天文学家推荐的矮行星。

经IAU确认的矮行星



其他由布朗和坦克雷迪列出的矮行星



灶神星,看似接近球体,在小行星带中是继谷神星之后质量最大的小行星。偏离球体的原因是在凝固之后大规模的撞击,形成了雷亚希尔维亚盆地和维纳尼亚盆地两个撞击坑;此外,它三轴的尺寸也不符合流体静力平衡。 崔顿被认为是遭到海王星捕获的矮行星。菲比也是被捕获的天体,像灶神星一样,也没有达到流体静力平衡,但在其发展早期可能曾经处于流体静力平衡状态。

探测

在2015年3月6日,曙光号成为第一艘环绕谷神星的太空船,开始在轨道上探测这颗矮行星。在2015年7月14日,新视野号太空船飞掠过冥王星和它的五颗卫星。曙光号之前还先探测了灶神星;卡西尼号不久前也探测了菲比;航海家2号也探测过崔顿。这三颗都被认为以前可能是矮行星,对它们的探测有助于研究矮行星的演变。

争议

IAU在定义矮行星之后,一些科学家发声对此决议案表示反对。表示方法包括汽车保险杠贴纸和T恤等。阋神星的发现者米高·E·布朗认同把行星数目降至八的做法。

美国国家航空航天局宣布将会采用IAU所设下的新指引。不过,冥王星探测飞船新视野号的任务总监阿兰·施特恩却反对IAU对行星的新定义。他认为,不应该把非行星天体称为矮行星,也不应该用轨道属性(而非内在属性)来定义一种天体。所以,时至2011年,他仍然把冥王星称作行星,并把谷神星、阋神星等矮行星以及较大的卫星都当做额外的行星。在IAU重新定义行星的几年前,他曾用轨道属性区分“高等行星”(überplanet,即八大行星)和“低等行星”(unterplanet,即矮行星),并把两者都视为行星。

行星质量的卫星

已知有19颗卫星有足够的质量可以自身的引力弛豫成为球体,而且其中有7颗比阋神星或冥王星还要大。它们在体态上与矮行星相同,但因为它们的轨道不是绕着太阳,所以它们不是矮行星。这7颗比阋神星还要大的卫星是月球、木星的4颗伽利略卫星(埃欧、欧罗巴、盖尼米德和卡利斯多)、土星的卫星泰坦和海王星的卫星崔顿。其余的还有土星的6颗卫星(米玛斯、恩克拉多斯、特提斯、狄俄涅、瑞亚、伊阿珀托斯),天王星的5颗卫星(爱丽儿、乌姆柏里厄尔、泰坦妮亚、奥伯龙和米兰达),还有冥王星的夏戎。在海王星外天体还有更多的可能,包括轨道绕行阋神星的迪丝诺美亚。阿兰·施特恩称这些卫星为"卫星行星",与传统行星和矮行星均为行星的三种类别之一。名词planemo("planetary-mass object")就是行星、质量和天体三个单字的复合词。

在IAU的行星定义的决议草案,考虑到冥王星和夏戎既满足了矮行星的质量和形状的要求,又围绕着一个介于两者之间(不在两者中任何一颗的内部)的共同质心运转,因此被视为矮行星的联星系。国际天文学联合会目前认定夏戎不是矮行星,只是冥王星的卫星。但是依据这种想法,在稍后的日子,夏戎有可能为自身的条件而成为一颗矮行星。质心的位置不只是取决于天体相对的大小,也与它们之间的距离有关;例如,木星和太阳轨道的质心就在太阳之外。

行星的判别式



显示太阳系内天体类型的欧拉图。





谷神星



谷神星(Ceres,/ˈsɪəriːz/;小行星序号:1 Ceres)是在火星和木星轨道之间的主小行星带中最亮的天体。它的直径大约是945千米(587英里),使它成为海王星轨道以内最大的小行星。在太阳系天体大小列表排名第35,是在海王星轨道内唯一被标示为矮行星的天体。谷神星由岩石和冰组成,估计它的质量占整个主小行星带的三分之一。谷神星也是主小行星带唯一已知自身达到流体静力平衡的天体。从地球看谷神星,它的视星等范围在+6.7至+9.3之间,因此即使在最亮时,除非天空是非常的黑暗,否则依然是太暗淡而难以用肉眼直接看见。1801年1月1日意大利人朱塞普·皮亚齐在巴勒莫首先发现了谷神星。最初被当成一颗行星,随着越来越多的小天体在相似的轨道上被发现,因此在1850年代被重分类为小行星。

谷神星显示已经有区分成岩石、核和冰的地幔,并且在冰层之下可能留有液态水的内部海洋。表面可能是水冰和不同的水合物矿物,像是黏土和碳酸盐的混合。在2014年1月,在谷神星的几个地区都检测到排放出的水蒸气。这是出乎意料之外的,在主小行星带的大天体不会发出水蒸气,因为这是彗星的特征。

美国NASA的机器人曙光号在2015年3月6日进入绕行谷神星的轨道。从2015年1月,曙光号就以前所未见的高分辨率传回影像,显示表面有着坑坑洼洼。两个独特的亮点(或高反照率特征)出现在撞击坑内(不同于早些时候哈勃空间望远镜在一个撞击坑中观测到的影像。);出现于2015年2月19日的影像,导致考虑可能有冰火山或释气的发想。在2015年3月3日,NASA的一位发言人说,这些点符合含冰或盐的反光物质,但不太可能是冰。在2015年5月11日,NASA释放出高解析的影像,显示不是一个或两个点,实际上在高解析的影像上有好几个。在2015年12月9日,NASA的科学家报导,谷神星的亮斑可能是一种类型的盐类,特别是卤水,包括硫酸镁等硫酸水合物(MgSO4·6H2O);也发现这些斑点与富含氨的黏土相关联。2015年10月,NASA释出了由曙光号拍摄的真实色彩谷神星影像。

历史

发现

约翰·波德在1772年率先提出在火星和木星轨道之间可能存在着一颗尚未被发现的行星。在1596年,开普勒就已经注意到在火星和木星之间的差距;波德的想法源自提丢斯-波德定律 -约翰·丹尼尔·提丢斯在1766提出,现在已经丧失名誉的假说:观察到当时已知行星轨道的半长轴,由于火星轨道和木星轨道的巨大差距,而没有可遵循的规律模式。这个模式预测在轨道半长轴2.8天文单位之处应该有一颗行星存在。 赫歇尔在1781年发现的天王星位置靠近提丢斯-波德定律预测在土星之外的行星位置,增加了当时人们对这条定律的信心。在1800年,由《每月通讯》(Monatliche Correspondenz)的编辑弗朗兹·克萨韦尔·冯·扎克(Franz Xaver von Zach),为首的一个团体,发送了要求24位资深的天文学家,结合他们的努力,开始为预期的天体进行有系统的搜寻(被称为“天空巡警”)。然而,他们没有发现谷神星,但稍后他们发现了几颗较大的小行星。

在西西里巴勒莫学院的天文学家朱塞普·皮亚齐,在接受这项邀请之前,就选择了这项搜寻工作。他在1801年1月1日发现了谷神星。他在寻找尼可拉·路易·拉卡伊的黄道星表的第87颗星时,发现他看见的是另一颗不在星表上的星星。皮亚齐发现这是颗会移动的星,他首先想到的是彗星。皮亚齐总共观测这颗星24次,最后一次是在1801年2月11日,因为生病中断了他的观测。他在1801年1月24日在信中宣布了他的发现,但是只给了两位天文学家:他在米兰的同胞尔纳巴·奥里亚尼和在柏林的约翰·波德。他报告说它像一颗彗星,"但是它的运动速度太慢,而且较为均匀。他曾经多次认为它可能是比彗星更好的东西"。在4月,皮亚齐送出了完整的报告给奥里亚尼、波德和在巴黎的杰罗姆·拉朗德。这分资料刊登在1801年9月的每月通讯。

不久之后,谷神星的位置改变了(主要是由于地球的轨道运动),因为太靠近太阳而隐没在眩光中,使得其他天文学家难以观测与确认皮亚齐的发现。到当年底应该可以再次见到谷神星,可是经过这么长的时间已经难以预测它确切的位置。为了再发现谷神星,年仅24岁的高斯发展出了轨道测定的有效方法高斯法。他将完整的三次观测资料(时间、赤经和赤纬),代入他自己暂定的开普勒定律。在数学上,这意味着一个在空间中确定的圆锥曲线,将太阳当作圆锥曲线的一个焦点,和二次圆锥曲线上的三个交点(从地球视线的直线与本身运动的椭圆轨道交点),可以由经历的时间测量行星在弧线上的移动(弧长可以依据开普勒第二定律计算)。这个问题会导出一个至八个解的方程式,但其中的一个解,地球的轨道是已经知道的。而利用物理学的条件可以排除其余的六个解,得到解决的方案。在这项工作中,高斯使用了他为此目地而创建的全面近似法。只花了几个星期,他就将预测谷神星路径的结果发送给冯·扎克。在1801年12月31日,冯·扎克和欧伯斯就在靠近预测的位置附近重新找回了谷神星。

早期的观测者只能够推算出谷神星大小的数量级。在1802年,赫歇尔低估了它的直径为260千米,而施罗特在1811年高估为2,613千米。

命名

皮亚齐最初建议将它以农业女神刻瑞斯(被认为起源于意大利的西西里的,当地有最古老的神殿)和西西里的费迪南多国王的名字结合,命名为刻瑞斯·费迪南多。但是"费迪南多"不被其它的国家接受,因而被舍弃了。

另外,它在德国曾被称为赫拉,但为时不长。

在希腊,它被称为狄蜜特,是与罗马的谷神有着相同意义的希腊文。在英文,狄蜜特是小行星1108的名字。

谷神星固有的天文学符号是一把镰刀(),与金星的符号相似(),但是圆圈是断裂的。它有时会变为(),这是源自'Ceres'的首字母'C'。这些小行星符号的后来都被编号的序列取代。

在1803年发现的稀土元素铈,是以谷神星命名的。在同一年发现的另一个元素最初也以谷神星命名,但在钚被命名后,他的发现者改以第二颗小行星智神星(2 Pallas)命名为钯(palladium)。

分类

谷神星的分类已经变更过不止一次,但还是有一些不同的意见。约翰·波德相信谷神星是在于火星和木星之间,距离太阳4亿1,900万千米(2.8天文单位)"失落的行星"。谷神星被赋予一个行星的符号,并且曾经在天文书籍和表中被归类为行星(还有2 智神星、3 婚神星和4 灶神星)达半个世纪。

当其它的天体陆续在谷神星的附近被发现,这显示谷神星代表着一类新的天体。在1802年,随着2 智神星的发现,威廉·赫歇尔为这种天体创造了"小行星"("asteroid",意思是"像星状")这个名词,写到:"它们像是小星星,即使用很好的望远镜也难以区别"。作为第一颗被发现的这种天体,谷神星在现代的小行星序号系统被赋予了第1号。在1860年代,尽管对行星没有精确的定义,也没有明确的规范,像是谷神星这样的小行星和行星之间存在的基本差异普遍的被接受。

2006年,围绕着冥王星是否能构成一颗行星的辩论,导致重新考虑谷神星是否要在改叙为一颗行星。之前提交给国际天文学联合会的行星定义是这样界定行星的:(a)具有足够的质量,其自身的重力可以克服钢性力,而达到流体静力平衡(接近球体)的形状;而且(b)在绕行一颗恒星的轨道上,既不是颗恒星,也不是一颗行星的卫星。这项提议如果通过,就会造成谷神星是从太阳算过来的第五颗行星。然而,这并没有发生,在2006年8月24日通过的是修正案,要成为一颗行星,还额外的要求"清除围绕在轨道附近的小天体。根据这样的定义,谷神星不是一颗行星,因为它不能支配它的轨道,而与成千上万颗的其它小行星共用主小行星带,并且只拥有带中大约三分之一的质量。符合原始议案,但不符合修正案的天体,像是谷神星,被重分类为矮行星。

谷神星是主小行星带中最大的天体。有时它被假设已经被重分类为矮行星,因此不再被认为是一颗小行星。例如,在space.com新上传的资料就称智神星是最大的小行星,谷神星以前是一颗小行星。有鉴于国际天文学联合会的问题与回答公告状态:"谷神星(或许我们现在说它是)是最大的小行星",然后它说"其它小行星"会穿越谷神星的路径,这隐含着谷神星依然被认为是颗小行星。小行星中心注意到这个天体可能有双重名称。国际天文学联合会在2006年将谷神星列为矮行星,但从未解决它是不是小行星的问题。事实上,在2006年之前国际天文学联合会从未在任何场合定义"小行星"这个名词,而在2006年之后宁可使用"太阳系小天体"和"矮行星"这两个名词。Lang在2011年评论:"国际天文学联合会添加新的名词给谷神星,把它列为一颗矮行星。……依据它的定义,阋神星、妊神星、鸟神星和冥王星,以及最大的小行星,谷神星,都是矮行星",并且在其它介绍它是"矮行星,第一号小行星谷神星"。NASA继续指称谷神星是一颗小行星,并置入各种学术教科书。

天文学里也存在着小行星带彗星这种双重身份的天体,因此也不排除一颗矮行星可以有其它的名称。

轨道

谷神星的固有(长期平均)轨道要素相较于吻切(瞬时)轨道根数

元素类型                   a(AU)  e         i          周期(日)
固有                       2.7671   0.116198  9.647435   1,681.60
吻切(历元:2010年7月23日)  2.7653   0.079138  10.586821  1,679.66
差异                       0.0018   0.03706   0.939386   1.94

谷神星的轨道在火星和木星之间的主小行星带内,其周期为4.6地球年。轨道有着适度的倾斜(i = 10.6°,相较于水星的7°和冥王星的17°)和适度的离心率(e = 0.08,相较之下火星是0.09)。

图说是谷神星的轨道(蓝色)和几颗行星的轨道(白色和灰色)。在黄道下方的轨道用较暗的颜色绘制,橙色的加号标示的是太阳的位置。最上面左侧的图是从天球北极上方的鸟瞰图,显示谷神星在火星和木星之间位置的差距。右上角是一个特写,显示火星和谷神星的近日点(q)和远日点(Q)。在这张图中(但一般不会这样)火星的近日点和谷神星等几颗较大的小行星,包括2智神星与10健神星,分列在太阳的两侧。底下的图是侧视图,显示谷神星相对于火星的轨道倾角。

谷神星曾被认为是小行星家族的成员之一。这个小行星家族共享相似的固有轨道要素,这表示它们可能有着共同的起源,在过去的某一时间碰撞而形成。后来发现谷神星的光谱性质与家族的其他成员不同,现在这个家族已经依据序号最小的1272 吉菲昂(1272 Gefion)重新命名为吉菲昂族。谷神星似乎只是这个家族的闯入者巧合的有着相似的轨道要素,但没有共同的起源。

谷神星的自转周期是(谷神星日)9小时4分钟。

谷神星与智神星有着近乎1:1的轨道共振(固有的轨道周期相差只有0.2%)。然而,因为它们的质量太小,相隔的距离又很遥远,两者不太可能有真正的共振,这类小行星之间的关系是非常罕见的。不过,谷神星还是能够暂时捕捉到一些有着1:1共振的其它小行星(时间达200万年或更长);以经证实有50颗这种的小行星。

特洛伊

已知谷神星有几颗临时的特洛伊小行星。

谷神星的行星凌日

谷神星有优越的地位,可以看见水星、金星、地球和火星从太阳前方经过,也就是凌日的现象。最常发生的是水星凌日,通常每隔几年就有一次,最近的是在2006年和2010年。最近的金星凌日发生在1953年,下一次会在2051年;地球凌日的相应日期是1814年和2081年;火星则是767年和2684年。

地质

曙光号太空船测量谷神星的质量为9.39×1020 kg,相较于主小行星带的总质量3.0 ± 0.2×1021千克,谷神星的质量约占了三分之一,换言之,这大约是月球质量的4%。谷神星的质量大到可以达到流体静力平衡,足够形成近似球体的形状。在太阳系的天体中,谷神星的尺度介于较小的灶神星和较大的特提斯之间,其表面积近似于印度或是阿根廷的陆地。

表面

谷神星表面的化学组成大致上与C-型小行星相同,也存在着一些差异。谷神星的红外线光谱显示出水合的材料无所不在,表明其内部存在大量的水。表面可能的其它成分包括富铁黏土矿物(黑铁蛇纹石)和碳酸盐矿物(白云石和菱铁矿),都是碳质球粒陨石中常见的矿物。碳酸盐岩和黏土矿物的光谱特征通常在其它C型小行星中是所欠缺的。有时,谷神星会被归类为G-型小行星一类。

谷神星的表面是相对温暖的。在1991年5月5日测定其日下点的最高温度大约是235K(大约是− 38 ° C 或− 36 ° F)。在这样的温度下,冰是不稳定的。在表面的冰升华后所留下的材料,可以解释谷神星何以会比外太阳系其它的冰卫星黑暗。

曙光号观测之前

在曙光号探测之前,已经清楚地检测到谷神星表面的几个特征。在1995年,哈勃空间望远镜拍摄的高解析紫外线影像显示表面有黑暗的斑点,并已被昵称为皮亚齐以尊崇期发现者,这被认为是一个坑穴。稍后,凯克望远镜使用调适光学在近红外波段的高解析观测完整的自转移动,显示谷神星的表面有几个黑暗的明亮的斑点。两个圆形的黑暗特征被推定为坑穴,其中一个被观测到中央有着明亮的区域,而另一个就是皮亚齐。哈勃空间望远镜在2003年和2004年以可见光观测自转的完整影像,揭露出11个可以辨认的表面特征,其中有些性质仍待测定,而其中一个特征对应于之前所指认出的皮亚齐。

最后的观测显示谷神星的北极指向赤经19h24m(291°)、赤纬 +59°,也就是星座中的天龙座,其结果是谷神星只有大约3°的转轴倾角。曙光号之后的测量确认北极轴实际是指向赤经19h24m40.3s(291.418°)、赤纬 +66°45’50”(距离天厨一,天龙座δ1.5°左右),这意味着转轴倾角有4°。

曙光号的观测

曙光号观测到大量的坑穴与不明显的突起,显示这些坑穴可能躺在较柔软的表面,可能是水冰之上。其中一个直径270 km(170 mi)的坑穴,只有着极低的突起,让人想起特提斯和伊阿珀托斯大而平的坑穴。意外的是大量谷神星的坑穴有中央的凹陷,而许多有着中央峰。曙光号观测到几个亮斑,最亮的斑("5号斑")位于直径80-千米(50-英里),被称为欧卡托坑的中央。于2015年5月4日拍摄的谷神星影像显示,第二亮的斑点实际上是一群可能多达10个分散亮点的集团。这些明亮特征的反照率大约是40%,这是表面的一种物质,可能是反射太阳光的冰或盐类。最有名的亮斑,"5号斑"会周期星的出现阴霾,支持这是某种释气或冰的升华形成的亮斑。在2016年3月,曙光号在Oxo坑发现谷神星表面有水分子的决定性证据。喷射推进实验室兴奋的说:"这些水可以被束缚在矿物,或者是冰的形式。"

在2015年12月9日,NASA的科学家报告说,谷神星的亮斑可能涉及某些盐类,特别是表列出来的卤水,包括硫酸镁、六水泻盐(Mg4·6H2);这些斑点也发现与富含氨的黏土有所关联。

内部的结构

康奈尔大学的彼得·汤马斯提出谷神星有分异的内部,因为对一颗未分异的天体来说它的扁率是太低了。这表示它他有一个被含冰的地幔包覆的岩石核心。厚约100千米的地幔(占谷神星23-28%的质量,和约50%的体积))包含2亿立方千米的冰,这比地球上的淡水总量还要多,此一结果得到凯克望远镜在2002的观测和演化模型的支持。同样的,在它的表面上也留下了一些历史的痕迹(距离太阳是如此的远,削弱了太阳辐射的影响力,使其在形成的过程中纳入了一些低熔点的成分),谷神星的内部可能有挥发性物质。

另一方面,谷神星的形状和大小或许可以解释它内部的多孔性和只有部分的分异或是完全未分异。只有一层冰存在于岩石的基础上,在重力上是不稳定的。如果有任何的岩石矿床陷入一层分异的冰中,将形成盐类的沉积,而这些岩类是检测不出来的。因此谷神星可能没有一个很大的冰壳,取而代之的是多水的成分和低密度的小行星。放射性同位素的衰变也许不足以造成分异。

大气层

有迹象显示谷神星有着微弱的大气层。在距离太阳5AU之内,天体表面的水冰是不稳定的,所以当直接暴露在太阳辐射下时,它可以升华。水冰可以从谷神星的深层迁移到表面,但是会在很短的时间逃逸。结果是,很难检测到水汽的蒸发。在1990年代的初期,有可能观测到水从谷神星的极地泄漏出来,不过没有办法证明。也可能在新撞击火山口或是裂缝中检测到逃逸出来的水蒸气。国际紫外线探测卫星的紫外线观测显示在谷神星的北极检测到在统计上有意义的氢氧化物,是由太阳辐射的紫外线分解水蒸气的产物。

起源和演化

谷神星可能是尚存的原行星(萌芽期的行星),于45.7亿年前在小行星带中形成。虽然大多数内太阳系的原行星(包括所有月球-火星大小的天体)不是和其他的原行星合并成为类地行星,就是被木星弹射到太阳系外,谷神星相信是留存下来较为完整的(另一颗可能是原行星的是灶神星,它的体积更小,并在固化后曾遭受重大的撞击,损失它自身~1%的质量),一个替代的理论则认为谷神星形成于古柏带,稍后才迁移到小行星带。

谷神星的地质演化取决于形成期间和之后可用的热源:来自微行星吸积的摩擦力、各种不同放射性元素的可能包括短半衰期的元素(像是26Al)。这些被认为已足以使谷神星在形成后不久分异为岩石的核心和冰的地幔。这种过程可能导制表面被水火山和地质构造重塑,消除了古老的地质容貌。由于它比较小,谷神星会比较快的冷却而有效的阻止导致早期地质结构重整的过程。任何在表面上的冰都会逐渐升华,留下各种的水合矿物,像是黏土和碳酸盐。

今天,谷神星似乎是一颗地质处于非活跃状态的天体,表面可能只受到撞击的影响。大量的水冰存在于其组成内,使得谷神星内部可能有一层液态水的存在,这个假设的层或许可以称为海洋。如果有一层液态水存在,相信他会藉于古体的核心和冰地幔之间,就像在理论上存在于欧罗巴的海洋一样。海洋的存在更有可能将溶质(即盐、氨、硫酸或其它的防冻剂等成分)溶解在其水。

观测

当谷神星在近日点附近冲时,它的视星等可以达到+6.7等,一般认为对裸眼来说这样的光度还是太暗而难以见到,但视力特别锐利的观测者可能可以看见这颗矮行星。谷神星在2012年12月18日的视星等可以达到+6.73等。亮度可以达到这种程度的小行星还有灶神星、智神星(在罕见的近日点冲)和虹神星。谷神星在合的时候光度是+9.3等,相当于使用10X50的双筒望远镜可以看见的最暗天体。因此,当他在地平线上的任何时刻,只要天空够黑暗,都可以用双筒望远镜看见它。

观察谷神星的一些值得关注的里程碑包括:
1984年11月13日,在墨西哥、佛罗里达和加勒比海之间,观测到谷神星的恒星掩星。
在1995年6月25日,哈勃空间望远镜的紫外线观测得到分辨率达到50千米的影像。
在2002年,凯克望远镜使用调适光学得到分辨率30千米的红外线影像。
在2003年和2004年使用哈勃空间望远镜观测,得到分辨率30千米的可见光影像(最好的资料)。

探测

从在火星表面和轨道上环绕的太空船所发送的无线电讯号,观察火星受到谷神星的运动所诱导的摄动,曾经被用来估计谷神星的质量。

曙光号太空船被NASA在2007年9月27日发射,已经从2011年7月15日至2012年9月5日探测灶神星,然后它继续前往谷神星。它在2015年3月6日到达谷神星,比新视野号太空船在到达冥王星之前早4个月。因此曙光号是第一个在近距离研究矮行星的探测任务。

按照曙光号太空船的任务计划,它会从一系列高度逐渐降低的圆形极轨道研究谷神星。2015年4月23日,它进入第一个高度13,500千米的观测轨道("RC3"轨道),停留大约一圈(15日)。之后,太空船下降至高度4,400千米轨道(调查轨道),停留三星期 。然后又在高度1,470千米轨道("HAMO"轨道) 停留两个月。最后,在高度375千米轨道("LAMO"轨道)停留最少三个月。这艘太空船携带的仪器包括框架相机、可见光和红外分光仪、伽玛射线和中子侦测仪。这些仪器被用来审视这颗矮行星的形状和元素丰度。

 

   
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