灶神星,又称第4号小行星,是小行星主带上最大的小行星之一。 它于1807年3月29日被发现,并以罗马神话中“ 灶神 ”的名字Vesta命名,中文译为灶神星。
灶神星的质量为2.590 76×10 20 千克 ,平均直径为525.4千米,平均密度为每立方厘米3.456克。其自转周期为5.342小时, 公转 周期为3.63年,顺向自转和公转。它是 地球 上看到的最亮小行星,离地球很近时肉眼可见。 一般认为灶神星具有类似地球的核幔壳结构,是认识 类地行星 起源的理想研究对象,也是国际深空探测的重要目标之一。
简介
以罗马神话中家和壁炉的女神Vesta命名。Vesta是古代 意大利 的管理炉灶和火种的女神,相当于希腊神话中的 赫斯提亚 ,是炊事人员、磨坊工人、面包师的保护神。又有一说它是源自于古代罗马神话,取名为“ 灶神 ”,它是负责寺庙里面和 古罗马 家庭里面的厨房的火种不灭的神,因此中文翻译为灶神星。
灶神星是继 矮行星 谷神星 之后,质量第二大的主带 小行星 ,占有主 小行星带 总质量的9%。质量虽然比 智神星 多一点点,但体积却比较小,是体积第三大的小行星。灶神星形成岩质 行星 剩余的原行星(内部分异)。一、二亿年前,灶神星曾经被撞击,产生了许多碎片,并留下两个巨大的撞击坑,而且 南半球 有着很高的密度。这次事件的一些碎片已经 落到 地球 ,成为HED 石陨石 ,提供了有关灶神星的丰富资讯来源。
灶神星是从地球可以看见的最亮的 小行星 ,它距离 太阳 最远时的距离只比 谷神星 最近的距离远了一点,不过灶神星的轨道完全都在谷神星的轨道之内。
美国航空航天局 的 黎明号 航天飞机 在2011年7月16日至2012年9月5日进入环绕灶神星的轨道,进行了将近一年的探测,然后前往谷神星。研究人员继续分析 黎明号 收集到的资讯,期望能更了解灶神星的形成和历史。
行星运动
2022年8月,据新华社消息,天文科普专家介绍,天空中最亮的 小行星 ——灶神星将于8月23日冲日。 中国天文学会 会员、 天津市 天文学会副秘书长许文介绍,“当日太阳落山之后,灶神星将从东偏南的天空升起,子夜时分升至中天,此时有利于观测。冲日期间,灶神星的亮度可达5.6等,如果在郊区观测,由于 光污染 少,此亮度用肉眼是能够看到的;如果是在城市观测,由于光污染较为严重,此亮度用肉眼是很难看到的,最好是借助 双目望远镜 或是小型天文望远镜。由于这颗 小行星 亮度不高,感兴趣的公众在观测时一定要有耐心。”
发现史
灶神星是被 德国 天文学家 奥伯斯 (Heinrich Wilhelm Olbers)在1807年3月29日发现的。他接受杰出 约翰·卡尔·弗里德里希·高斯 的建议,以罗马神话的家庭与壁炉的女神 维斯塔 来命名,中国翻译为灶神星。
1807年发现灶神星之后,长达37年的时间中未再发现其他的 小行星 。在这段期间,只有四颗小行星为人所知,因此她们有自己的标志(符号),灶神星的标志具有壁炉边的风格。
发现者:海因里奇· 威廉·奥伯斯
发现日期:1807年3月29日
轨道数据
离心率: 0.08902
半主轴: 53.268 兆米 (2.361 天文单位) 近日点: 321.82 Gm (2.151天文单位)
远日点: 384.72 Gm (2.572天文单位)
公转 周期: 1325.46 d (3.63 年)
平均公转速度: 19.34 公里/秒
轨道倾角 : 7.133°
升交点 黄经 : 103.926°
近日点引数: 150.297°
平均近点角: 205.652°
特征
物理性质
直径: 578×560×458 公里
质量: (2.67 ± 0.02)×10²⁰ kg
密度: 3.4 g/cm³
表面重力: 0.22 m/s ²
逃逸速度: 0.35公里/秒
自转周期: 0.2226 d
光谱分类: V- 小行星
绝对星等 : 36.6
反照率 : 0.423
表面平均温度 min: 85 K (-188℃)
max: 255 K (-18 ℃)
灶神星和 谷神星 是 火星 和 木星 之间 小行星 带 里个头最大的成员,灶神星是第二大的小行星,仅次于谷神星。并且是在2.5天文单位的柯克伍德空隙内侧最大的小行星。它的体积与 智神星 相似(在误差范围内),但更为巨大些。灶神星的形状似乎已经受到重力的影响是扁圆球体,但是大的凹陷和突出使它在国际天文联合会第26届的大会中被断然的排除在 行星 之外。因此,灶神星将继续归类为 小行星 ,仍属于 太阳系 内的小天体。对小行星而言,它的自转(5.342小时)是比较快的,方向为顺行, 北极点 指向 赤经 20h32m, 赤纬 +48°,误差(不确定值)约10°, 转轴倾角 29°。对表面温度的估计是当日正当中时是-20℃;在冬天,极点的温度低至-190℃,正常的白天与夜晚的温度各为-60℃和-130℃。以上的估计是在1996年5月6日,当灶神星非常接近近日点的时候完成的,细节则会随著季节有些许的变化。
地质特征
对于灶神星,科学家有大量有力的样品可以研究,有超过200颗以上的HED 石陨石 可以用于洞察灶神星的地质历史和结构。灶神星被认为有以铁 为主的金属核心,外面包覆著以 橄榄石 为主的 地幔 和岩石的 地壳 。是最早出现的富含钙铝(大约在45亿6千7百万年前, 太阳系 内最早凝固的物质),可能的时间排序如下:
大约以2~3百万年累积完成。 因为放射性 衰变 ,所有的或是绝大部分的铝26,经历4~5百万年,逐渐分离与 沉降 至核心。
地幔的对流作用,造成熔解与进一步的结晶作用,经历约6~7百万年,当80%的物质结晶之后,对流停止。剩余的熔融物质经由喷发,或是经由 熔岩 喷发成为 玄武岩 ,或短暂的形成 岩浆 的海洋,形成地壳。 地壳 的较深层因为结晶形成火成岩,更老的玄武岩因为来自新增表层的压力成为 变质岩 。
内部缓慢的冷却。
灶神星是唯一原封不动的更新过表面,并且是唯一经历过 行星 分化的 小行星 。但是,现有的 铁陨石 和 无球粒陨石 未能在母体上被确认。在 石陨石 的分类中,是在星子与炼狱的历史过程中,经由撞击产生的碎片。灶神星的外壳被认为有下列的层次(依照深度排序):
石化的风化层,来自于古铜钙无粒陨石和 角砾岩 的喷发。
玄武岩 的熔岩流,来自于非推积性的喷发。包括 辉石 、 易变辉石 、和 斜长石 等火成岩,来自于推积性的喷发。
有大颗粒的直辉石类火成岩,来自于古铜无球陨石。
依照V-型 小行星 的大小(经过大撞击期间被抛出的灶神星外壳碎片),与 南极洲 坑穴的深度估计,外壳厚度大约是10公里。
表面特征
最明显的特征是在邻近南极点有一个巨大的,直径460公里的火山口,它的宽度达到灶神星直径的80%,坑穴底部的深度达到13公里,外缘比周围的地形高出4~12公里,总高低差达到25公里,中心有一座18公里高的山峰突起。估计这次撞击大约将灶神星体积的1%抛出,灶神星家族的V-型 小行星 就是由这次撞击产生的。 除了这个陨石坑外,还有几个比较大的陨石坑(直径约150公里、深度7公里左右)也曾被观察到。一个宽达200公里 反射率 黑暗的区域已经被命名为 奥伯斯 ,以尊崇灶神星的 路虎第四代发现 。但在 等高线 图中并未显示出奥伯斯,因此它是个新生成的坑穴,还是古老的 玄武岩 表面,至今尚无从得知。它被选定为经度0°的参考点,定义上的本初 经线 就穿过它的中心。
东半球 和西半球显示出明显不同的地形,对 哈勃空间望远镜 影像的初步 光谱分析 ,东半球显示有几种高反射率的地区,伴随著老年风化层的沉重坑穴高地地形,和深度足以探测火成岩 地层 的坑穴。另一方面,西半球的大片地区由被认为是玄武岩的黑暗地质组织占据的表面,或许类似于月海。
盆地
灶神星上的盆地,被认为是巨大撞击坑,以维斯塔贞女命名。
撞击坑
灶神星上的撞击坑,多以维斯塔贞女命名,其中Marcia、Calpurnia和Minucia由于彼此相连又刚好大小由下往上依序排列,因此曾被昵称为雪人撞击坑。
槽沟
灶神星上的槽沟,以 古罗马 的节日和祭典命名。
结构与形成
有些HED 石陨石 可能来自灶神星深部,可提供灶神星的内部结构和地质历史的线索。237442号 小行星1999 TA10的红外研究暗示它来自灶神星的内部。结合 黎明号 飞船的探测资料,可以推算出灶神星的内部结构(图)。它有金属铁–镍的核,直径为214~226km,占总质量的18%,往其外是橄榄岩石的幔和最外部的岩壳。只有 类地行星 和大的 卫星 才存在这样的核、幔、壳结构。
灶神星外壳的成分按深度增加依次如下:
岩化的 表土 ,是古铜钙长 无球粒陨石 和角砾化的钙长辉长无球粒陨石之源;玄武质熔岩流,是无堆积的钙长辉长无球粒陨石的一种源; 辉石 、 易变辉石 和 斜长石 组成的 深成岩 ,是堆积的钙长辉长无球粒陨石之源;富集斜方辉石大颗粒的深成岩,是奥长古铜无球粒陨石之源。基于作为大陨击期间从灶神星外壳抛出碎块的V型 小行星 的大小和雷尔西尔维亚陨击坑的深度,估计灶神星外壳的厚度大约10km。
灶神星的地槽必定是断裂所致的下降地形,说明灶神星有比其他小行星更复杂的地质。如果灶神星保持球形,它必定会被分类为 矮行星 。只是由于其 南极洲 区受到大撞击所致变形而未正式作为矮行星。撞击导致灶神星自转速度改变及大地槽使长465km、宽22km、深5km的“大峡谷(Grand Canyon)”矮化。
从 石陨石 的分析研究得出, 太阳系 的最早固态物质——碳质陨石的富钙铝 包裹体 (CAIs)形成于45.67亿年前,通常把它作为 太阳系 行星 体 吸积 形成过程开始的时间基准点。由此算起,灶神星形成演化史的时间线如下:200~300万年,灶神星完成吸积;400~500万年,由于26Al的放射性 衰变 能量造成完全或几乎完全熔融,导致分离出金属核;600~700万年,对流的熔融幔连续地结晶,到约80%物质结晶时,对流停止;余下的熔融物质或作为连续喷发的 玄武岩 流,或可能成为短寿的岩浆海,冷凝为外壳;外壳的较深层结晶形成 深成岩 ,由于较新表层的压力,较老的玄武岩变质;内部缓慢冷却。
从有关的观测证据和理论研究,建立了 太阳系 行星 形成的“标准”模型(图),其概要如下:转动的原始 太阳星云 自吸引收缩,形成中央的“原太阳”(Protosun)和绕它转动的星云盘; 星云 盘中的固态颗粒是形成行星的基本建造材料,颗粒先集聚为小的星子(planetesimal),它们碰撞结合而增长为大星子,大星子的 引力场 足够强而 吸积 遇到的颗粒及小星子,很快成为原行星或行星胎,它们相互撞击和进一步吸积而成长为行星;在离 太阳 近的星云盘内区温度高,只有尘物质的 凝结 颗粒而形成岩体的 类地行星 ;在星云盘外区温度低,还有水等冰物质参于凝结的颗粒,因而更快形成大的 行星 胎,并吸积气体而成为 气态巨行星 ; 小行星 是行星形成过程的半成品,由于 星云 盘外区大星子之间的 引力 摄动 而使一些星子的轨道改变而经过小行星区,吸积并带走那里的建造材料,包括小的星子,使得原行星生长停顿在半成品状态。灶神星就是仅以上述演化方式更新表面的已知原封原行星。然而,未识别出母体的 铁陨石 和 无球粒陨石 的存在表明,曾一度存在有火成历史的其他已分异的星子,后来被撞击打碎。灶神星及其碎块——HED 石陨石 探测研究得到了很多过去不甚了解的宝贵新资料,有助于解决 地球 等 行星 的起源和早期演化的疑难。
深入研究已取得的灶神星探测资料以及将取得的 谷神星 探测资料,必将导致行星的形成演化研究的新突破。
探测活动
美国航空航天局 的曙光计划将是前往灶神星探测的第一个计划,预计在2010-2011年间进入轨道环绕9个月。
2007年9月27日,美国东部时间7时34分(北京时间19时34分), 黎明号 从 佛罗里达州 卡纳维拉尔角空军基地 由一枚德尔塔2型火箭运载,顺利升空,开始了它长达8年超过50亿公里的星际探索之旅。它将远赴 火星 和 木星 之间的 小行星带 ,首先探测灶神星,此后再赶往 谷神星 继续观测,帮助专家寻找 太阳系 诞生的线索。
按计划,它将于2011年飞抵环灶神星轨道,在结束对其为期6个月的观察后启程继续赶往谷神星,预计在2015年抵达谷神星。如果不辱使命,“黎明”号将成为第一个环绕两个不同天体运行的无人 探测器 。
根据2006年8月 国际天文学联合会 提出的新定义,谷神星已经从 小行星 升格为 矮行星 ,但 美国航空航天局 没有改口,仍将“黎明”号称为小行星探测器。
科学家们认为,探测灶神星和 谷神星 将有助于了解 太阳系 起源,该项目也由此取名为“黎明”。
2011年5月3日, 黎明号 在距离灶神星1.21百万公里时拍摄了第一张照片,当中灶神星只有约5像素宽。黎明号进入接近灶神星的探测阶段,并于6月12日开始减速,准备在34天后进入环灶神星轨道。
2011年6月1日,黎明号距离灶神星48.3万公里时,为了导航需要拍摄了20张连续照片, 分辨率 已接近哈伯空间天文台拍摄的灶神星照片。黎明号在抵达灶神星之前会减速,预计每周发布更多照片。 黎明号 预计2011年7月16日进入环灶神星轨道。
美国航空航天局 证实 黎明号 在2011年7月16日进入环灶神星轨道,成为首个环绕 小行星 带小行星的 探测器 。黎明号确切入轨时间尚不清楚,这是由于当时天文学家只能估计灶神星质量与重力场,无法准确得知其数据。而现在黎明号已进入轨道,便能反过来计算灶神星的质量与重力场。黎明号在7月17日06:30 UTC 重新检测搭载的设备仪器。
黎明号 在9月27日进入距离灶神星680公里的 公转 轨道,环绕一周的时间为12.3小时。黎明号后来在12月8日进入另一个公转轨道,距离灶神星只有210公里,环绕一周的时间为4.3小时。 美国航空航天局 在2012年5月首度公开 黎明号 获得的灶神星初步数据,估计灶神星的金属核心直径为220公里。美国宇航局科学家进一步将灶神星视为独一无二的一种小 行星 ,认为它是与岩石行星同时形成的大型小行星残存。
2012年9月7日, “黎明”号 已在美国东部时间5日凌晨2时26分离开灶神星轨道,向 谷神星 飞去。若一切顺利,“黎明”号有望成为第一个环绕两颗不同天体运行的无人 探测器 。