妊神星

妊神星

妊神星是柯伊伯帶的一顆矮行星,正式名稱為(136108) Haumea。妊神星是太陽系的第四大矮行星,它的質量是冥王星質量的三分之一。2004年,麥可·E·布朗領導的加州理工學院團隊在美國帕洛瑪山天文台發現了該天體;2005年,奧爾蒂斯領導的團隊在西班牙內華達山脈天文台亦發現了該天體,但後者的聲明遭到質疑。2008年9月17日,國際天文聯合會(IAU)將這顆天體定為矮行星,並以夏威夷生育之神哈烏美亞為其命名。妊神星是一顆新近發現的大型柯伊伯帶天體,被編號為2003 EL61,並被暫時暱稱為“桑塔”,它的自轉速度非常快,沒有任何一顆直徑大於100公里的已知天體擁有如此的自轉速度。在所有的已知矮行星中,妊神星具有獨特的極度形變。儘管人們尚未直接觀測到它的形狀,幾顆大型的海王星外天體以及妊神星的兩顆已知衛星亦是該家族的成員。

基本信息

簡介

妊神星是一顆新近發現的大型柯伊伯帶天體,西班牙塞拉內華達天文台天文學家胡斯·路易斯·奧蒂斯(Jose-Luis Ortiz)的同事在重新分析2003年的數據時始發現該天體,同時也於1955年的影像中找到,Ortiz等人於2005年7月29日宣布其發現。另一方面,在加州理工學院,一個由米高·布朗(Michael E. Brown)領導的小組對該天體觀測已近一年,但並沒有對外公布。布朗也對奧蒂斯等人的發現加以表揚,並把天體稱為“聖誕老人”(Santa),意即他們曾於聖誕節期間觀測到的天體。

2006年9月7日2003 EL61被國際小行星中心正式編號為小行星136108號。2008年9月17日,國際天文學聯合會將該小行星歸類為第5顆的矮行星,並以夏威夷女神的名字“Haumea”將其命名。

質量

2003 EL61的質量可透過其衛星的軌道以及克卜勒第三定律去計算,初步得出的結果為4.2×10^21 kg,約為冥王星系統的28%。

地質

據雙子星天文台所得的光譜資料,該天體可能存有冰水,與冥衛一的結果相似。同時也在2003 EL61表面找到甲烷冰,意味著它從未曾接近太陽。

體積

妊神星妊神星

在體積方面,如果它只是一顆普通的天體,便只能以猜測

來估計其大小。同時,人們觀測得2003 EL61的光度變化頗大,比冥王星每6天自轉周期出現的35%光度變化還要大。這種情況是因為它的形狀被拉長,這樣也限制了其密度數字的上限,因為天體密度越大,便會越不容易被拉長,因此人們認為行星內部並非由冰塊,而是由岩石組成的,密度約為3 g/cc左右。憑著質量及密度數字,人們便可計算該天體的尺寸。

如果以上推測準確,它最長的直徑會與冥王星差不多,而最短直徑大約是冥王星直徑的一半,使之成為最大的外海王星天體之一,小於鬩神星及冥王星,大於小行星90377“塞德娜”、90482“厄耳枯斯”及50000創神星,還有新發現的2005 FY9也可能比它稍大。天文學家阿西莫夫建議把該天體分類為“mesoplanet”,即大小介乎水星及小行星穀神星之間,全數7顆天體皆可納入。

2003 EL61的自轉周期少於四小時,人們相信這樣快的速度並非由距離行星漸近或漸遠的衛星所造成,可能是因為受到其他天體撞擊,其熱力使行星表面的水份蒸發掉,表面餘下冰層復蓋。

物理屬性

由於妊神星帶有衛星,可以根據克卜勒第三定律由衛星軌道計算出該系統的質量。其結果為4.2×10克,為冥王星系統質量的28%,月球質量的6%。幾乎所有的質量都集中在妊神星上。

大小、形狀和構成

太陽系天體的大小可根據天體的光學星等、距離和反照率推算出來。對地球觀察者而言,亮度越高的天體,要么是由於體積較大,要么是由於具有高反照率。假如可以確定天體的反照率,那么就可以粗略地估計出它們的大小。大多數遠距天體的反照率是未知的,但妊神星因為有足夠大的體積和亮度而能夠測量其熱輻射,這為其反照率提供了近似值,並進而能推算出它的大小。然而,妊神星高速的鏇轉對它的尺寸計算造成了阻礙,根據可變形體的轉動物理學可以得出,轉速與妊神星相當的天體在100天內就能從平衡形態變形為不等邊橢球形。據推測,妊神星亮度波動的主要原因並不是由其自身各處反照率不同導致的,而是從地球觀測時側視圖與端視圖的交替所致。

妊神星光變曲線的周期和振幅主要受其構成的限制。假如妊神星的密度低於冥王星,是由厚實的冰幔包裹小型岩心構成,那么它的高速自轉會將其自身拉得更長,從而超過其亮度波動所能允許的範圍,但這與觀測結果不符。因此,妊神星的密度就被限制在了2.6-3.3 g/cm之間。在此密度範圍內的有橄欖石和輝石等矽酸鹽礦物,太陽系中許多岩石類天體均由這類物質構成。這意味著妊神星的主體由岩石構成,而表面復蓋有一層相對較薄的冰;妊神星曾經是一顆更加典型的柯伊伯帶天體,有著厚實的冰幔,但在形成其碰撞家族的那次撞擊中,大部分冰體被撞離了該行星。

處於流體靜力平衡下的天體,如果給定其自轉周期和大小,則隨著密度的增加,其形狀將越來越接近球形。以妊神星已知的精確質量、自轉周期和預測的密度推算,可知其處於橢球平衡中:其最長軸應該接近於冥王星的直徑,而最短軸約有冥王星直徑的一半。由於尚未直接觀測到妊神星或其衛星的掩星現象,因此暫時無法像冥王星那樣,準確測量出它的大小。

當前,天文學家們已為妊神星的大小推算了數個橢球模型。第一個模型產生於妊神星發現之初,由地基天文台觀測所得光變曲線的光學波長推算出:總直徑在1,960到2,500千米之間,可見光反照率(pv)大於0.6。最有可能的形狀是三軸橢球體,大小約為2,000×1,500×1,000千米,反照率為0.71。根據斯皮策空間望遠鏡的觀測結果,妊神星的直徑為1,150+250-100 千米,反照率為0.84+0.1-0.2,紅外測光得出的紅外線波長為70微米。後來對光變曲線的分析表明,妊神星的等效圓直徑為1,450千米。2010年,綜合斯皮策望遠鏡和赫歇爾空間天文台的測量結果分析,得出了妊神星新的等效圓直徑約為1,300千米。根據上述獨立推算的數據,可得出妊神星的幾何平均直徑約為1,400千米。這讓妊神星躋身於最大的海王星外天體之列,僅次於鬩神星、冥王星,有可能次於鳥神星,故位列第三或第四;大於賽德娜、亡神星和創神星。

表面

除了天體形狀導致光變曲線在所有色指數上同時產生劇烈波動外,在可見光和近紅外線波段上,也還存在著較小的各色獨立的變化;這表明妊神星表面有部分區域的顏色和反照率都與其他地區不同。特別的,在妊神星亮白色的表面上可以觀測到一塊暗紅色的區域,這意味著這一地區富含礦物和有機(富碳)化合物,或者結晶凍的成分比更高。由此,假如妊神星的環境沒有那么極端的話,其表面上的這塊斑點可能會讓人聯想到冥王星。

2005年,雙子星天文台和凱克天文台的望遠鏡獲取到的妊神星光譜表明,妊神星表面類似於冥衛一,富含大量結晶水冰。這一發現是獨特的,因為結晶冰形態形成於110 K的溫度下,而妊神星的表面溫度低於50 K,在此溫度下通常會形成無定形冰。此外,在宇宙射線的持續照射和太陽高能粒子對海王星外天體的轟擊下,結晶凍的結構很難保持穩定。在這些轟擊下,結晶冰通常需要數千萬年的時間轉化為無定形冰,而在幾千萬年前,海王星外天體就一直處於和如今相同的低溫位置上。此外,輻射損害還會讓海王星外天體的表面出現有機冰和類tholin成分,從而變得更紅更暗,冥王星正是如此。因此,光譜和色指數觀測結果顯示,妊神星及其家族成員曾經歷過表面翻新的事件,重新復蓋上了一層冰。但是,當前前還沒有提出一種可以合理解釋其表面翻新機制的理論。

妊神星表面雪亮,反照率的範圍在0.6-0.8之間,與其富含結晶凍的推論一致。鬩神星等部分大型海王星外天體的反照率與妊神星相仿或更高。根據表面光譜的最佳擬合模型,妊神星表面有66%至80%的區域被純結晶水冰復蓋;為高反照率作出貢獻的另一種物質可能是氰化氫或層狀矽酸鹽。銅鉀等無機氰化鹽亦有可能存在。

然而,對可見光譜和近紅外光譜的進一步研究表明,妊神星的同態表面(homomorphous surface)復蓋有無定形冰和結晶凍的混合物,其混合比例為1:1,有機物成分含量不超過8%。氨水合物的缺少導致冰火山無法存在,觀測結果也證實了碰撞事件是在一億年以前發生的,這與動態研究的結論相吻合。相比於鳥神星,妊神星光譜中的甲烷含量稀少,這與其在熱碰撞史中失去揮發物的事件一致。

2009年9月,天文學家在妊神星亮白色的表面上發現了一大塊暗紅色的斑點,這有可能是一次撞擊的遺蹟。造成該地區顏色與眾不同的成因暫且未知,有可能是由於這一地區較其他地區的礦物和有機化合物含量更高,或存在著更多的結晶冰。

太陽系內五大矮行星

2005年發現的鬩神星,是質量最大的矮行星,比冥王星還要大27%,也正是由於它的原因才使得行星的定義重新修訂,“冥王星”被排除出行星之列。按照新的定義,太陽系內總共有八大行星和五大矮行星。
冥王星 | 穀神星 | 鬩神星 | 妊神星 | 鳥神星

太陽系

行星水星金星地球火星木星土星天王星海王星
矮行星穀神星冥王星妊神星鳥神星鬩神星
衛星月球火星的衛星;小行星衛星木星的衛星;土星的衛星
天王星的衛星;海王星的衛星;冥王星的衛星;鬩衛一
太陽系小天體(小行星祝融型小行星;阿波希利型小行星;近地小行星;主帶小行星
半人馬小行星;海王星外天體
太陽系小天體(彗星掠日彗星周期彗星;無周期彗星
太陽系小天體(流星體流星雨流星隕石黃道光;黃道塵

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