Астрономия

Цере́ра (1 Ceres по каталогу ) — ближайшая к и наименьшая среди известных . Расположена в . Церера была открыта вечером итальянским астрономом в . Некоторое время Церера рассматривалась как полноценная ; в она тоже была классифицирована как, но продолжала считаться планетой ещё несколько десятилетий, а по результатам уточнения понятия «» на XXVI Генеральной Ассамблее МАС была отнесена к . Она была названа в честь .

При диаметре около 950 км, Церера является крупнейшим и наиболее массивным телом в , по размерам превосходит многие крупные спутники планет-гигантов и содержит почти треть (32 %) общей массы пояса. Она имеет сферическую форму, в отличие от большинства малых тел, имеющих из-за слабой неправильную форму. Поверхность Цереры, вероятно, представляет собой смесь водяного льда и различных веществ, а также (, ) и богатых железом (). Церера, как предполагается, имеет каменное ядро и ледяную мантию, и даже возможно содержит местами океаны жидкой воды под своей поверхностью. В 2014 году телескоп Гершель обнаружил водяной пар вокруг карликовой планеты.

С Земли видимый блеск Цереры колеблется от 6,7 до 9,3 . Этого мало для того, чтобы можно было различить её невооруженным глазом. запустило зонд для изучения (2011—2012) и Цереры (2015). аппарат вышел на орбиту Цереры, учёные Земли смогут изучать её в течение 16 месяцев.

Открытие[ | ]

Идея о том, что между орбитами Марса и Юпитера может существовать неоткрытая планета, впервые была предложена в 1772 году. Его соображения основывались на , впервые предложенном в 1766 году немецким астрономом и математиком , который заявил, что выявил простую закономерность в величинах радиусов орбит известных к тому времени планет. После открытия в 1781 году , которое подтверждало данное правило, начались поиски планеты на удалении 2,8 от Солнца (расстояние между орбитами Марса и Юпитера), приведшие к созданию в 1800 году группы из 24 астрономов, носящей название «Небесная стража». Данная группа, возглавляемая , вела ежедневные круглосуточные наблюдения в несколько самых мощных телескопов того времени. Ими не была обнаружена Церера, однако, было открыто несколько других крупных астероидов.

Книга Пьяцци «Della scoperta del nuovo pianeta Cerere Ferdinandea», в которой изложено открытие Цереры.

Церера была открыта в итальянским астрономом , который также был приглашен в группу «Небесная стража», но сделал своё открытие до приглашения. Он искал «87-ю Каталога Зодиакальных звезд », но нашёл, что «ей предшествовала другая». Таким образом, рядом с искомой звездой он обнаружил другой космический объект, который сначала посчитал . Пьяцци наблюдал Цереру в общей сложности 24 раза (последние наблюдения были 11 февраля 1801 года), пока болезнь не прервала его наблюдения. 24 января 1801 года он объявил о своем открытии в письмах двум своим коллегам: своему соотечественнику Барнабе Ориани (Barnaba Oriani) из и Иоганну Боде из. 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». В апреле того же года Пиацци послал наиболее полные свои наблюдения перечисленным выше коллегам и в Париж. Наблюдения были изданы в сентябрьском выпуске журнала «Monatliche Correspondenz» за 1801 год.

К моменту выпуска журнала видимое положение Цереры изменилось (в основном, из-за орбитального движения Земли), и из-за солнечных бликов другие астрономы не смогли подтвердить наблюдения Пиацци. К концу года Цереру вновь можно было наблюдать, но после такого долгого времени было трудно установить её точное положение. Специально для определения орбиты Цереры в 24 года разработал эффективный метод. Он поставил перед собой задачу найти способ определения элементов орбиты по трём полным наблюдениям (если на три момента времени известны время,). Всего за несколько недель он рассчитал путь Цереры и отправил свои результаты фон Цаху. 31 декабря 1801 года Франц Ксавер фон Цах совместно с однозначно подтвердили обнаружение Цереры.

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).

Наименование[ | ]

Первоначальное название, которое Пиацци предложил открытому им объекту, — Церера Фердинанда (Ceres Ferdinandea), в честь земледелия и короля . Название «Ferdinandea» было неприемлемо для других стран мира, и поэтому впоследствии было убрано. В течение короткого времени в Цереру называли , в Греции же планету называют ( Δήμητρα), которая является греческим эквивалентом римской богини Цереры. Старым Цереры является серп⚳ (), похожий на символ ♀, но с разрывом в ; позже символ был заменен нумерацией диска ①. Цереры будет Церерианский. В честь Цереры был назван химический элемент , обнаруженный в 1803 году. В том же году ещё один был также первоначально назван в честь Цереры, но его изменил своё название на (в честь открытия второго крупного астероида), когда наименование получил церий.

Статус[ | ]Сравнение Цереры (внизу слева) с (вверху слева) и

Статус Цереры не раз менялся и был предметом некоторого разногласия. считал Цереру «недостающей планетой», которая должна была существовать в промежутке между и , на расстоянии 419 млн км (2,8 а.е.) от Солнца. Церере был назначен планетарный символ и в течение полувека (наряду с , и ), что было запечатлено в астрономических таблицах и книгах.

Через некоторое время были обнаружены другие объекты в области между Марсом и Юпитером и стало ясно, что Церера — один из данных объектов. Уже в 1802 году ввёл для таких тел термин «астероид» (подобный звезде), 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)

Таким образом, Церера стала .

Дискуссии о и о том, что представляют собой планеты, привели к рассмотрению вопроса о возвращении Церере статуса планеты. предложил — 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 и не является ни звездой, ни .

Данная резолюция сделала бы Цереру пятой планетой по удалённости от Солнца, 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 , и составляет лишь около трети от общей массы. Поэтому она теперь классифицируется как .

11 июня 2008 года МАС ввел определение для особой категории карликовых планет — «». К этой категории относятся те карликовые планеты, радиус орбиты которых больше радиуса орбиты . Поскольку определить форму и отношение к классу карликовых планет на таком расстоянии довольно трудно, то решили временно относить к ним все объекты, абсолютная которых (блеск с расстояния в 1 а. е.) ярче +1. Из ныне известных карликовых планет лишь Церера не попадает в категорию плутоидов.

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 классифицированная как астероид», а Международный астрономический союз при размещении вопросов и ответов заявляет, что «Церера является (или теперь мы можем сказать „являлась") самым большим астероидом», хотя когда речь заходит о «других астероидах», пересекающих путь Цереры, то подразумевают, что Церера по-прежнему один из астероидов. отмечает, что у таких космических объектов может быть двойное обозначение. 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 «», а после 2006 года — термины «» и «карликовая планета». Кеннет Лэнг (2011) прокомментировал, что «МАС дал новое обозначение Церере, классифицируя её как карликовую планету. [...] По [его] определению, , , и , также как и самый большой астероид, 1 Церера, являются карликовыми планетами», а в другом месте описывает Цереру, как «карликовая планета-астероид 1 Церера». НАСА, как и большинство различных академических учебников, говоря о Церере, также продолжает упоминать о том, что она является астероидом, заявляя, например, что «Dawn выйдет на орбиту двух крупнейших астероидов в главном поясе».

Орбита[ | ]Расположение орбиты Цереры

Орбита Цереры лежит между орбитами и в и весьма «планетообразна»: слабоэллиптична ( 0,08) и имеет умеренный (10,6°) по сравнению с Плутоном (17°) и Меркурием (7°) наклон к плоскости эклиптики. 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 2,77 а. е. (413,9 млн км). Среднее расстояние между Церерой и ~ 263,8 млн км. Церерианские сутки длятся приблизительно 9 часов и 4 минуты.

В прошлом Церера, вероятно, принадлежала к . Астероиды одной группы, 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 , по имени астероида с наименьшим порядковым номером . Церера, по-видимому, с данным семейством астероидов имеет лишь общую орбиту, а не общее происхождение.

Орбита Цереры

На изображении представлена орбита 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 справа видно расположение Цереры и Марса. Перигелий Марса находится на противоположной стороне от Солнца по сравнению с перигелием Цереры и перигелиями нескольких из больших астероидов, таких как и . На нижней диаграмме показан наклон орбиты Цереры относительно орбит Марса и Юпитера.

В 2011 году сотрудники , после компьютерного моделирования с учётом поведения 8 планет Солнечной системы, а также Плутона, Цереры, Луны, Паллады, Весты, и , обнаружили у Цереры и Весты нестабильность орбит и возможность их столкновения с вероятностью 0,2 % в течение одного миллиарда лет.

Вековые возмущения Цереры от влиятельных планет (в ).Наименование планетыМассаδδδδδεδχδМеркурий1:(8×106)−0,000018+0,000044−0,000241+0,000484+0,071482+0,000488+3×10−7Венера1:(41×104)−0,000025+0,000227−0,027558+0,037903+1,446688+0,038375+3×10−6Земля1:329390−0,000536+0,000011−0,106807+0,092360+1,887510+0,094189−4×10−7Марс1:(3085×103)+0,000069+0,000359−0,039992+0,064190+0,239440+0,064875+4×10−7Юпитер1:(1047,35)−0,6752−0,5772−52,184+55,909−56,053+56,802−2×10−4Сатурн1:(3501,6)−0,022−0,041−1,411+1,290−2,125+1,314−1×10−4Уран1:22650+0,00025+0,000002−0,02712+0,02327−0,03735+0,02373+3×10−5Нептун1:19350+0,000013−0,000229−0,007816+0,007691−0,011239+0,007825−1×10−5

Жак Ласкар (Jacques Laskar) в журнале «Astronomy & Astrophysics» пишет, что «возможно столкновение Цереры и Весты, с вероятностью 0,2 % на миллиард лет» и что «даже если космические миссии позволят провести очень точные измерения положений Цереры и Весты, их движения будут непредсказуемы уже через 400 тысяч лет». Данное исследование значительно снижает возможность прогнозирования изменения земной орбиты.

Наблюдение планет с Цереры[ | ]

При наблюдении с Цереры Меркурий, Венера, Земля и Марс являются внутренними планетами и могут по диску Солнца. 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.

Хотя Церера находится внутри пояса астероидов, вероятность увидеть хотя бы один астероид невооружённым глазом невелика. Лишь несколько наиболее крупных из них время от времени появляются на небе Цереры в виде слабых звёзд. Мелкие же астероиды можно увидеть только во время крайне редких тесных сближений.

Физические характеристики[ | ]Размеры Цереры по сравнению с некоторыми спутниками планет.

Церера — самый крупный известный объект в поясе астероидов, располагающемся в пространстве между Марсом и Юпитером. Её масса была определена на основе анализа влияния на меньшие астероиды. Полученные результаты у разных исследователей немного отличаются. Принимая во внимание три наиболее точных значения, измеренных к 2008 году, считается, что масса Цереры равна 9,4·1020кг, что составляет почти треть всей массы пояса астероидов (3.0 ± 0.2·1021 кг), но в то же время более чем в 6000 раз уступает массе и составляет около 1,3 % от массы Луны. Значительность массы Цереры привела к тому, что под действием это небесное тело, как и многие другие планетоиды, приобрело форму, близкую к , с размерами 975×909 км. Этим Церера отличается от других крупных астероидов, таких как , и , у которых, как известно, форма не сферическая. Площадь поверхности Цереры — 2 849 631 ; это больше площади , но меньше площади и чуть больше площади .

Строение Цереры[ | ]Строение Цереры:
1 — тонкий слой реголита;
2 — ледяная мантия;
3 — каменное ядро

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 из водяного льда. Судя по низкой Цереры, толщина её мантии достигает 100 километров (23—28 % массы Цереры; 50 % от её ), и кроме того она содержит значительное количество льда, который занимает 200 миллионов кубических километров, что превосходит количество на Земле. Эти данные подтверждаются наблюдениями, сделанными в 2002 году и эволюционным моделированием. Кроме того, некоторые характеристики поверхности и геологической истории (например, большое расстояние Цереры от Солнца, благодаря чему солнечное излучение ослаблено настолько, чтобы позволить некоторым компонентам с низкой температурой замерзания сохраниться в её составе в процессе формирования), указывают на наличие летучих веществ в недрах Цереры.

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 . По аналогии с ледяными спутниками и можно предположить, что под действием Солнца часть воды диссоциирует и образует сверхразреженную «атмосферу» Цереры. Также остаётся открытым вопрос о наличии на Церере сейчас или в прошлом : самая большая гора, , по результатам обработки данных зонда Dawn (2016 г.) является ледяным криовулканом, а значит, карликовая планета была геологически активна по крайней мере в течение последнего миллиарда лет, а возможно, активна и сейчас.. Также команда миссии Dawn обнаружила и прямые свидетельства наличия водного льда в приповерхностном слое - на это указали данные инфракрасных исследований кратера . Теоретическая возможность присутствия воды в стабильном состоянии была также доказана в 2016 году.

Спутников у Цереры не обнаружено. По крайней мере пока, наблюдения «» исключают существование спутников размерами более 10—20 км.

Поверхность[ | ]См. также: Яркое пятно на снимках Цереры, сделанных космическим телескопом «» в 2003—2004 гг. с разрешением 30 км/пиксель

На земном небосклоне Церера предстаёт слабой звёздочкой всего лишь 7-й . Видимый диск Цереры очень мал, поэтому первые подробности удалось разглядеть только в конце с помощью орбитального телескопа «». На поверхности Цереры различимы несколько светлых и тёмных структур, предположительно . 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 справа) в честь первооткрывателя Цереры получила условное название «Пьяцци». Возможно, это кратер, обнаживший ледяную мантию или даже криовулкан. Наблюдения в показали, что средняя температура поверхности составляет 167 (−106 °C), в она может достигать 240 К (−33 °C). 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.

В 2014 году одобрил две темы для наименования деталей поверхности Цереры: имена богов/богинь земледелия и растительности — для кратеров и названия земледельческих праздников для прочих деталей.

Наиболее яркое пятно на Церере, запечатленное станцией ""с расстояния в 46 000 км . Оказалось, что это пятно состоит из двух частей, находящихся в кратере ОккаторГруппа ярких пятен внутри кратера Оккатор на детальном снимке, полученном станцией «» в августе 2015 г. На более ранних снимках низкого разрешения они сливаются в одно крупное пятно

13 июля 2015 года присвоены первые 17 названий . Кратер, в котором находится известное яркое пятно, получил название Оккатор (Occator) по имени божества .

В спектрах, полученных в 2015 году станцией "", вода отсутствует, однако видна полоса гидроксила OH и несколько более слабая полоса аммония - скорее всего, это аммонизированная глина, в которой вода связана химически, в форме гидроксила . Присутствие пока не имеет объяснения, его лежит далеко за пределами орбиты Цереры .

Также на основании данных, полученных КА Dawn, о частотном распределении кратеров по размерам на поверхности Цереры, было сделано заключение, что малое по сравнению с ожидаемым число крупных кратеров свидетельствует о том, что поверхность подвергается постепенным изменениям .

Дальнейшие исследования[ | ]

До 2015 года единственным способом изучения Цереры оставались телескопические наблюдения. Регулярно проводились кампании по наблюдению покрытий звёзд Церерой, по возмущениям в движении соседних астероидов и уточнялась её масса.

В январе 2014 года было сообщено об обнаружении сгустков вокруг Цереры с помощью . Таким образом, Церера стала четвёртым телом Солнечной системы, на котором зафиксирована водная активность (после , и, возможно, ).

20 апреля 2014 года марсоход сделал первые в истории снимки астероидов (Церера и Веста) с поверхности Марса.

Качественно новым этапом в изучении Цереры стала миссия (), запущенной 27 сентября 2007 года. В 2011 году «Dawn» вышел на орбиту вокруг , и после года на её орбите отправился к Церере. 13 января 2015 года «Dawn» сделал первые подробные снимки поверхности Цереры. 8 февраля он находился уже в 118 000 км от Цереры, приближаясь к ней со скоростью 360 км/ч.

18 и 25 февраля 2015 года были опубликованы детальные снимки карликовой планеты, на которых видны два ярких белых пятна, природа которых сначала была не ясна, но в декабре 2015 года астрономам удалось выяснить, что они состоят из гидратированного. Однако впоследствии другая группа, работавшая с более точным спектрографом, на основании анализа спектра пришла к заключению, что это (сода) .

6 марта 2015 года аппарат вышел на орбиту вокруг Цереры, откуда проводил исследования в течение почти 16 месяцев.

10 апреля 2015 года сделал серию снимков поверхности планеты в районе северного полюса. Они выполнены с расстояния 33 тысячи километров.

16 мая 2015 года автоматическая межпланетная станция Dawn получила самое качественное на сегодняшний день изображение таинственных белых пятен на поверхности карликовой планеты Церера.

30 июня 2016 года основная программа миссии космического аппарата Dawn официально завершена .

Данные КА Dawn позволили уточнить в сторону уменьшения массу и размер Цереры. Экваториальный диаметр Цереры составляет 963 км, полярный диаметр — 891 км. Масса Цереры составляет 9,39·1020 кг.

планирует доставить в 2020-х годах образцы грунта с Цереры.