Церера

Снимок Цереры в натуральном цвете, сделанный АМС Dawn 4 мая 2015 года

При диаметре около 950 км, Церера является крупнейшим и наиболее массивным телом в поясе астероидов, 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 гравитации неправильную форму. Поверхность Цереры, вероятно, представляет собой смесь водяного льда и различных гидратированных веществ, а также карбонатов (доломит, сидерит) и богатых железом глинистых минералов (кронстедтит). Церера, как предполагается, имеет каменное ядро и ледяную мантию, и даже возможно содержит местами океаны жидкой воды под своей поверхностью. Недавно космический телескоп “Гершель” обнаружил водяной пар вокруг карликовой планеты.

С Земли видимый блеск Цереры колеблется от 6,7 до 9,3 звёздной величины. Этого мало для того, чтобы можно было различить её невооруженным глазом. 27 сентября 2007 года НАСА запустило АМС “Dawn” для изучения Весты (2011—2012) и Цереры (2015). 6 марта 2015 года космический 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 Иоганном Элертом Боде в 1772 году. Его соображения основывались на правиле Тициуса — Боде, впервые предложенном в 1766 году немецким астрономом и математиком Иоганном Тициусом, который заявил, что выявил простую закономерность в величинах радиусов орбит известных к тому времени планет. После открытия в 1781 году Уильямом Гершелем Урана, которое подтверждало данное правило, начались поиски планеты на удалении 2,8 а. е. 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 фон Цахом, вела ежедневные круглосуточные наблюдения в несколько самых мощных телескопов того времени. Ими не была обнаружена Церера, однако, было открыто несколько других крупных астероидов.

Церера была открыта 1 января 1801 года в Палермской астрономической обсерватории итальянским астрономом Джузеппе Пиацци, который также был приглашен в группу «Небесная стража», но сделал своё открытие до приглашения. Он искал «87-ю звезду Каталога Зодиакальных звезд г-на ла Кайля», но нашёл, что «ей предшествовала другая». Таким образом, рядом с искомой звездой он обнаружил другой космический объект, который сначала посчитал кометой. 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 Милана и Иоганну Боде из Берлина. 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 Жерому Лаланду 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 Карл Фридрих Гаусс 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, прямое восхождение и склонение). Всего за несколько недель он рассчитал путь Цереры и отправил свои результаты фон Цаху. 31 декабря 1801 года Франц Ксавер фон Цах совместно с Генрихом Ольберсом 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 римской богини земледелия Цереры и короля Сицилии Фердинанда III. Название «Ferdinandea» было неприемлемо для других стран мира, и поэтому впоследствии было убрано. В течение короткого времени в Германии Цереру называли Герой, в Греции же планету называют Деметрой (греч. Δήμητρα), которая является греческим эквивалентом римской богини Цереры. Старым астрономическим символом Цереры является серп ⚳ (Sickle variant symbol of Ceres), похожий на символ Венеры ♀, но с разрывом в окружности; позже символ был заменен нумерацией диска ①. Адъективной формой Цереры будет Церерианский. В честь Цереры был назван химический элемент церий, обнаруженный в 1803 году. В том же году ещё один химический элемент был также первоначально назван в честь Цереры, но его первооткрыватель изменил свое название на палладий (в честь открытия второго крупного астероида Паллада), когда наименование получил церий.

Статус

Сравнение Цереры (внизу слева) с Луной (вверху слева) и Землёй

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 Уильям Гершель 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 первым открытым астероидом.

Дискуссии о Плутоне и о том, что представляют собой планеты, привели к рассмотрению вопроса о возвращении Церере статуса планеты. Международный астрономический союз предложил определение, что планета — 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 звезды и не является ни звездой, ни спутником планеты.

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 поясе астероидов, и составляет лишь около трети от общей массы. Поэтому она теперь классифицируется как карликовая планета.

11 июня 2008 года МАС ввел определение для особой категории карликовых планет — «плутоиды». К этой категории относятся те карликовые планеты, радиус орбиты которых больше радиуса орбиты Нептуна. Поскольку определить форму и отношение к классу карликовых планет на таком расстоянии довольно трудно, то решили временно относить к ним все объекты, абсолютная звёздная величина 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. Центр малых планет 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 «малая планета», а после 2006 года — термины «малое тело Солнечной системы» и «карликовая планета». Кеннет Лэнг (2011) прокомментировал, что «МАС дал новое обозначение Церере, классифицируя её как карликовую планету. По [его] определению, Эрида, Хаумеа, Макемаке и Плутон, 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

В прошлом Церера, вероятно, принадлежала к семейству астероидов. 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 Семейство Гефьён, по имени астероида с наименьшим порядковым номером (1272) Гефьён. Церера, по-видимому, с данным семейством астероидов имеет лишь общую орбиту, а не общее происхождение.

Орбита Цереры

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

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 проходить 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.

Строение Цереры

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

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 реголита. По аналогии с ледяными спутниками Юпитера и Сатурна можно предположить, что под действием УФ излучения Солнца часть воды диссоциирует и образует сверхразреженную «атмосферу» Цереры. Также остаётся открытым вопрос о наличии на Церере сейчас или в прошлом криовулканизма.

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

Поверхность

Яркое пятно на снимках Цереры, сделанных космическим телескопом «Хаббл» в 2003—2004 гг. с разрешением 30 км/пиксель

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

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

Дальнейшие исследования

Наиболее яркое пятно на Церере, запечатленное станцией «Dawn»с расстояния в 46 000 км 19 февраля 2015 года. Оказалось, что это пятно состоит из двух частей, находящихся в кратере Оккатор

В январе 2014 года было сообщено об обнаружении сгустков водяного пара вокруг Цереры с помощью инфракрасного телескопа «Гершель». Таким образом, Церера стала четвёртым телом Солнечной системы, на котором зафиксирована водная активность (после Земли, Энцелада и, возможно, Европы).

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

Качественно новым этапом в изучении Цереры стала миссия АМС “Dawn” (NASA), запущенной 27 сентября 2007 года. В 2011 году «Dawn» вышел на орбиту вокруг Весты, 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.

Группа ярких пятен внутри кратера Оккатор на детальном снимке, полученном станцией «Dawn» в августе 2015 г. На более ранних снимках низкого разрешения они сливаются в одно крупное пятно

6 марта 2015 года аппарат вышел на орбиту вокруг Цереры, откуда должен проводить исследования в течение 16 месяцев.
10 апреля 2015 года АМС “Dawn” 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.

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.

Названия 17 кратеров на карте высот поверхности Цереры (красные тона — высокие участки, синие — низкие)