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妊神星(矮行星)

来源:未知 作者:佚名 发布时间:2023-02-21 14:01:41

妊神星是柯伊伯带的一颗矮行星,正式名称为(136108) Haumea。妊神星是太阳系的第四大矮行星,它的质量是冥王星质量的三分之一。2004年,迈克尔·E·布朗领导的加州理工学院团队在美国帕洛玛山天文台发现了该天体;2005年,奥尔蒂斯领导的团队在西班牙内华达山脉天文台亦发现了该天体,但后者的声明遭到质疑。2008年9月17日,国际天文联合会将这颗天体定为矮行星,并以夏威夷生育之神哈乌美亚为其命名。

妊神星的质量约为冥王星的三分之一,约为地球的1/1400。尽管还没有直接观察到它的形状,但是根据光变曲线计算得出的结果是雅可比椭球体(Jacobiellipsoid),其长轴是其短轴的两倍。2017年10月,天文学家宣布在妊神星周围发现了一个光环系统,这是首次发现的外海王星天体的光环系统。直到最近,妊神星的引力才足以使其达到至流体静力平衡状态,尽管机制尚不清楚。妊神星的快速旋转、细长形状、光环以及高反照率(因其结晶水冰的表面)等特性被认为是巨大碰撞的结果。这个碰撞家族最大的成员就是妊神星,还包括多个外海王星天体和妊神星的两个已知卫星,妊卫一(Hi'iaka)和妊卫二(Namaka)。

中文名

妊神星

外文名

Haumea

别名

2003 EL61、136108号小行星

分类

矮行星,外海王星天体

发现者

迈克尔·E·布朗、大卫·拉比诺维茨、查德·特鲁希略、何塞·路易斯·奥尔蒂斯·莫雷诺

发现时间

质量

4.2×10^21 kg

平均密度

2.6–3.3 g/cm

表面温度

<50K

逃逸速度

0.84 km/s

反照率

0.7±0.10.84+0.1−0.20.70–75

视星等

17.3(冲)

绝对星等

0.007 ± 0.44

自转周期

0.163139208 天

距地距离

7.48×10^9 km

半长轴

43.182 AU(64.599 亿千米)

离心率

0.19501

公转周期

103647 天(283.77 年)

平近点角

202.67°

轨道倾角

28.22°

升交点经度

121.10°

物理属性

由于妊神星带有卫星,可以根据开普勒第三定律由卫星轨道计算出该系统的质量。其结果为4.2×10克,为冥王星系统质量的28%,月球质量的6%。几乎所有的质量都集中在妊神星上。

大小、形状和构成

太阳系天体的大小可根据天体的光学星等、距离和反照率推算出来。对地球观察者而言,亮度越高的天体,要么是由于体积较大,要么是由于具有高反照率。假如可以确定天体的反照率,那么就可以粗略地估计出它们的大小。大多数远距天体的反照率是未知的,但妊神星因为有足够大的体积和亮度而能够测量其热辐射,这为其反照率提供了近似值,并进而能推算出它的大小。然而,妊神星高速的旋转对它的尺寸计算造成了阻碍,根据可变形体的转动物理学可以得出,转速与妊神星相当的天体在100天内就能从平衡形态变形为不等边椭球形。据推测,妊神星亮度波动的主要原因并不是由其自身各处反照率不同导致的,而是从地球观测时侧视图与端视图的交替所致。

妊神星光变曲线的周期和振幅主要受其构成的限制。假如妊神星的密度低于冥王星,是由厚实的冰幔包裹小型岩心构成,那么它的高速自转会将其自身拉得更长,从而超过其亮度波动所能允许的范围,但这与观测结果不符。因此,妊神星的密度就被限制在了2.6–3.3g/cm之间。在此密度范围内的有橄榄石和辉石等硅酸盐矿物,太阳系中许多岩石类天体均由这类物质构成。这意味着妊神星的主体由岩石构成,而表面复盖有一层相对较薄的冰;妊神星曾经是一颗更加典型的柯伊伯带天体,有着厚实的冰幔,但在形成其碰撞家族的那次撞击中,大部分冰体被撞离了该行星。

处于流体静力平衡下的天体,如果给定其自转周期和大小,则随着密度的增加,其形状将越来越接近球形。以妊神星已知的精确质量、自转周期和预测的密度推算,可知其处于椭球平衡中:其最长轴应该接近于冥王星的直径,而最短轴约有冥王星直径的一半。由于尚未直接观测到妊神星或其卫星的掩星现象,因此暂时无法像冥王星那样,准确测量出它的大小。

当前,天文学家们已为妊神星的大小推算了数个椭球模型。第一个模型产生于妊神星发现之初,由地基天文台观测所得光变曲线的光学波长推算出:总直径在1,960到2,500千米之间,可见光反照率(pv)大于0.6。最有可能的形状是三轴椭球体,大小约为2,000×1,500×1,000千米,反照率为0.71。

根据斯皮策空间望远镜的观测结果,妊神星的直径为1,150+250−100千米,反照率为0.84+0.1−0.2,红外测光得出的红外线波长为70微米。后来对光变曲线的分析表明,妊神星的等效圆直径为1,450千米。2010年,综合斯皮策望远镜和赫歇尔空间天文台的测量结果分析,得出了妊神星新的等效圆直径约为1,300千米。根据上述独立推算的数据,可得出妊神星的几何平均直径约为1,400千米。这让妊神星跻身于最大的海王星外天体之列,仅次于阋神星、冥王星,有可能次于鸟神星,故位列第三或第四;大于赛德娜、亡神星和创神星。

表面

除了天体形状导致光变曲线在所有色指数上同时产生剧烈波动外,在可见光和近红外线波段上,也还存在着较小的各色独立的变化;这表明妊神星表面有部分区域的颜色和反照率都与其他地区不同。特别的,在妊神星亮白色的表面上可以观测到一块暗红色的区域,这意味着这一地区富含矿物和有机(富碳)化合物,或者结晶冰的成分比更高。由此,假如妊神星的环境没有那么极端的话,其表面上的这块斑点可能会让人联想到冥王星。

2005年,双子星天文台和凯克天文台的望远镜获取到的妊神星光谱表明,妊神星表面类似于冥卫一,富含大量结晶水冰。这一发现是独特的,因为结晶冰形态形成于110K的温度下,而妊神星的表面温度低于50K,在此温度下通常会形成无定形冰。此外,在宇宙射线的持续照射和太阳高能粒子对海王星外天体的轰击下,结晶冰的结构很难保持稳定。

在这些轰击下,结晶冰通常需要数千万年的时间转化为无定形冰,而在几千万年前,海王星外天体就一直处于和如今相同的低温位置上。此外,辐射损害还会让海王星外天体的表面出现有机冰和类tholin成分,从而变得更红更暗,冥王星正是如此。因此,光谱和色指数观测结果显示,妊神星及其家族成员曾经历过表面翻新的事件,重新复盖上了一层冰。但是,当前前还没有提出一种可以合理解释其表面翻新机制的理论。

妊神星表面雪亮,反照率的范围在0.6-0.8之间,与其富含结晶冰的推论一致。阋神星等部分大型海王星外天体的反照率与妊神星相仿或更高。根据表面光谱的最佳拟合模型,妊神星表面有66%至80%的区域被纯结晶水冰复盖;为高反照率作出贡献的另一种物质可能是氰化氢或层状硅酸盐。铜钾等无机氰化盐亦有可能存在。

然而,对可见光谱和近红外光谱的进一步研究表明,妊神星的同态表面(homomorphoussurface)复盖有无定形冰和结晶冰的混合物,其混合比例为1:1,有机物成分含量不超过8%。氨水合物的缺少导致冰火山无法存在,观测结果也证实了碰撞事件是在一亿年以前发生的,这与动态研究的结论相吻合。相比于鸟神星,妊神星光谱中的甲烷含量稀少,这与其在热碰撞史中失去挥发物的事件一致。

2009年9月,天文学家在妊神星亮白色的表面上发现了一大块暗红色的斑点,这有可能是一次撞击的遗迹。造成该地区颜色与众不同的成因暂且未知,有可能是由于这一地区较其他地区的矿物和有机化合物含量更高,或存在着更多的结晶冰。

发现

共有两个团队主张自己才是妊神星的发现者。2004年12月28日,由加州理工学院的迈克尔·E·布朗(MikeE.Brown),耶鲁大学的大卫·拉比诺维茨(DavidRabinowitz)和夏威夷双子座天文台的查德·特鲁希略(ChadTrujillo)组成的团队在2004年5月6日拍摄的图像上发现了妊神星。2005年7月20日,他们发表了一份报告的在线摘要,这份报告将在2005年9月的一场会议上宣布该发现。与此同时,西班牙内华达山脉天文台的安德鲁斯天体研究所的何塞·路易斯·奥尔蒂斯·莫雷诺(JoséLuisOrtizMoreno)及其团队,在2003年3月7日至10日拍摄的图像上发现了妊神星。2005年7月27日晚,奥尔蒂斯将其发现通过电子邮件发送给了小行星中心MPC。

布朗最初承认奥尔蒂斯的独立发现,在西班牙团队宣布该发现的前一天,西班牙天文台曾经访问过他的观察日志,布朗便怀疑西班牙团队存在欺诈行为。布朗的日志包含足够多的信息,以使奥尔蒂斯团队可以在其2003年的图像中识别妊神星,后来西班牙团队再次访问了他的日志,而这正好是奥尔蒂斯排到望远镜时间用以获取确认图像,以便在7月29日向小行星中心进行再次确认。奥尔蒂斯后来承认了他曾访问过加州理工学院的观察日志,但他否认了所有指控,表示他们仅仅是为了验证这是不是一颗新天体。其实早在1955年3月22日,人们就获得了妊神星的原始图像,但没人注意到它。

国际天文联合会(InternationalAstronomicalUnion,IAU)的协议规定,凡是首先向小行星中心(MPC)提交报告并提供足够位置数据以判定其轨道的人,享有发现者的荣誉并拥有优先命名权。国际天文学联合会于2008年9月17日宣布妊神星的发现,并由为候选矮行星建立了双个命名委员会,但未提及任何发现者。发现地点被列为西班牙内华达山脉天文台,但选择的名称Haumea是加州理工学院的提议。奥尔蒂斯团队提出的名字Ataecina是古伊比利亚的春天女神,作为一个阴暗神灵比较适合类冥天体的命名规则,但不适合命名妊神星。

命名

在赋予永久名称之前,加州理工学院的发现团队内部用“Santa”(圣诞老人英文为SantaClaus)这个绰号,因为妊神星是他们在2004年圣诞节之后的12月28日发现的。2005年7月,西班牙团队第一个向小行星中心提出发现声索。2005年7月29日,根据西班牙团队发现照片的日期,妊神星被授予临时名称2003EL61。2006年9月7日,它被官方批准以(136108)2003EL61的编号编入小行星目录。

遵循国际天文学联合会当时制定的准则,经典的柯伊伯带天体应以与创造有关的神话人物命名,2006年9月,为了“向发现卫星的地方致敬”,加州理工学院团队向国际天文学联合会提交了(136108)2003EL61及其卫星的夏威夷神话名称。这些名称是由加州理工学院团队的大卫·拉比诺维茨(DavidRabinowitz)提出的。哈乌美亚(Haumea)是莫纳克亚天文台(MaunaKeaObservatory)所在地的夏威夷女神。

此外,哈乌美亚还被视为大地之母帕帕(Papa)女神,是天空之父瓦基亚(Wākea)的妻子。从这层意义上讲,以Haumea为2003EL61命名也是恰当的选择,与其他已知的典型柯伊伯带天体不同,妊神星没有厚厚的冰幔包裹着的小型岩石核心,而被认为几乎完全以固态岩石构成。再者,作为繁殖与生育女神的哈乌美亚(Haumea),其众多子女来自她身体上的不同部位;这也契合了在一次远古碰撞中,大量冰物质被剥离出这颗矮行星的事件。妊神星两颗已知的卫星也被认为起源于该事件。它们以哈乌美亚(Haumea)的两个女儿,希亚卡(Hi'iaka,妊卫一)和纳玛卡(Nāmaka,妊卫二)命名。

奥尔蒂斯团队建议使用Ataecina命名的提案不符合国际天文联合会的命名要求,因为阴暗神灵的名字应该用于类冥天体,类冥天体是一类与海王星以3:2稳定共振的外海王星物体。而妊神星则与海王星7:12间歇共振,因此根据某些定义它并不是共振体。这个命名标准在2019年底公布,国际天文学联合会决定将阴暗神灵的名字专门用于类冥天体。


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