Добавлен: 06.07.2023
Просмотров: 566
Скачиваний: 13
Введение
На сегодняшний день Главный пояс астероидов, расположенный между орбитами Марса и Юпитера, насчитывает свыше 300 000 именованных объектов. По состоянию на 6 сентября 2011 года количество именованных объектов достигло 285 075. Крупнейшие образования пояса астероидов названы в честь римских божеств: Церера, Веста, Паллада и Гигея. Церера – это самый большой объект пояса астероидов, но ученые считают данное небесное тело карликовой планетой – ее мы рассмотрим ниже.
Что нам известно о нашей системе? В ней есть 8 планет, звезда и много объектов, увидеть которые не так просто. Но что если рядом с нами существует еще кое-что, заслуживающее пристального внимания? Например – карликовая планета, масса которой занимает треть массы всего пояса астероидов, в котором она находится. Объект, обладающий такими характеристиками, называется «Церера» и до подробного анализа Гигеи он представляет собой наименьшую карликовую планету в Солнечной системе.
Фото Цереры
Цель и задачи реферата, методы и способы их решения.
Главной целью задания является изучение его темы (в данном случае – Церера и совсем немного – прилагающиеся к ней объекты Солнечной системы), а также обобщение всего изученного материала в одном источнике (реферате) для понимания полноты картины и усвоения материала с помощью всех доступных ресурсов (литература, интернет и пр.).
Открытие Цереры
Церера была открыта еще в 1801 году итальянским астрономом Джузеппе Пиацци. «Я назвал эту звезду кометой, но поскольку ее не сопровождает никакая туманность, и, более того, ее движение столь медленно и равномерно, мне не раз приходило в голову, что она может оказаться чем-то получше кометы», - писал в 1801 году итальянский астроном Джузеппе Пиацци своему другу и коллеге в Милан.
Вечером самого первого дня того года Пиацци искал на небе звезду в созвездии Тельца – и обнаружил рядом с искомой звездой еще одну. Через три дня наблюдений ученый пришел к выводу, что звезда движется, а через еще две недели заметил – направление ее движения вообще изменилось (что характерно уже только для тел на орбите Солнца). Пиацци назвал обнаруженное им тело «Церера Фердинанда», изложил суть своего открытия в нескольких письмах коллегам, не прилагая к ним точных данных, и продолжил наблюдения.
Астрономы встрепенулись – они уже не первый год искали на орбите между Марсом и Юпитером планету, которую предсказывало правило Тициуса – Боде. Специально для ее обнаружения в 1800 году создали группу с названием «Небесная полиция». Войти в нее пригласили 24 астронома, включая и Пиацци, но тот нашел Цереру до того, как это приглашение до него добралось.
К лету 1801 года Пиацци, наконец, заручившись всеми возможными свидетельствами в пользу того, что приоритет открытия точно принадлежит ему, опубликовал данные своих наблюдений, которые подтвердились другими астрономами, а к концу года орбиту Цереры рассчитал Карл Фридрих Гаусс. Пробелы в стройной картине универсума, выведенной за 30 лет до открытия Цереры формулы, были устранены. Люди жили на третьей планете от Солнца, первым был Меркурий, восьмой Уран, Церера – пятой.
Однако уже в следующем году немецкий астроном-любитель Генрих Ольберс, пытаясь рассмотреть в телескоп Цереру, обнаружил неподалеку от нее еще одну «странную звезду». Она тоже двигалась по небу, подобно планете или комете, не имела хвоста, а в телескоп не выглядела как диск, как все нормальные планеты. Гаусс снова взялся за расчеты и подтвердил, что орбита открытого немцем тела практически совпадает с орбитой пятой планеты, Ольберс назвал обнаруженную им «сестру» Цереры Палладой, а астрономы задумались: вместо «нормальной» планеты они получили две «звездоподобных».
Уильям Гершель, уже завоевавший себе имя открытием Урана, оценил диаметр этих тел, нашел их крайне малыми и предложил называть новые объекты астероидами («звездоподобными»). Идее Гершеля некоторое время противились, но в следующие годы были найдены Юнона, Веста, а еще сорок лет спустя число «звездоподобных» тел между Марсом и Юпитером пошло уже на десятки. Никакого международного консилиума по этому поводу астрономы не собирали, но к середине 19 века каталоги уже начали выделять эти тела в отдельную группу и называть – кто «малыми планетами», кто, вслед за Гершелем, астероидами. Церера оставалась самой крупной из них.
Слева: портрет Джузеппе Пиацци, написанный его другом – художником Джузеппе Веласкесом. В верхнем правом углу картины видна Церера. Справа: обложка книги Пиацци, вышедшей в 1802 году, в которой излагалась история открытия Цереры.
Характеристики Цереры
Размер.
При диаметре около 950 км Церера является крупнейшим и наиболее массивным телом в поясе астероидов. По размерам она также превосходит многие спутники планет-гигантов. Например, диаметр Энцелада, шестого по размеру спутника Сатурна, почти в два раза меньше и равняется 504 километрам.
Масса.
Масса Цереры составляет почти 32% от общей массы пояса астероидов. Определить ее массу удалось с помощью анализа влияния объекта на другие меньшие тела в поясе. Принимая во внимание три наиболее точных значения, измеренных к 2008 году, считается, что масса Цереры равна 9,4⋅10(20) кг или 1,3% от массы Луны, что почти в 6000 (0.0001(6)) раз меньше массы нашей планеты. Несмотря на то что Церера примерно в 3,5 раза меньше Луны, разницу в их массе можно объяснить различным составом, так как спутник Земли состоит из преимущественно горных пород.
Форма.
Форма Цереры в отличие от большинства других малых тел сферическая, а приобрела она ее благодаря влиянию собственной гравитации. Этим Церера отличается от других крупных астероидов вроде Паллады или Юноны, которые имеют несферическую форму.
Площадь.
Площадь поверхности объекта равняется 2 849 631км(2), что для сравнения превышает площадь всего Красноярского края и чуть больше, чем площадь Аргентины.
Состав.
В отличие от большинства астероидов на Церере после приобретения сферической формы началась гравитационная дифференциация недр. То есть процесс, при котором более тяжелые породы переместились в центральную часть, а более легкие сформировали поверхностный слой. Таким образом у Цереры появилось каменное ядро и криомантия из водяного льда. Толщина этой мантии достигает 100 км и достигает 23-28% массы и 50% объема объекта. Кроме того, она содержит около 200 миллионов кубических километров воды в виде льда, что превосходит количество пресной воды на Земле.
Времена года
Церера оказалась не совсем безжизненной ледяной планетой – на ее поверхности существуют времена года, своеобразное «лето» и «зима», в ходе которых часть ее запасов льда периодически тает, взаимодействует с другими породами и затем замерзает.
«Изменения в положении Цереры относительно Солнца приводят к тому, что лед начинает таять в приповерхностных слоях почвы и превращаться в пар. Он постепенно осаждается на стенках кратеров, в результате чего количество «чистого» льда в них увеличивается. Все это говорит о том, что Церера является геологически и химически «живой» карликовой планетой», - заявил Андреа Рапони из Института астрофизики и планетологии в Риме (Италия).
С февраля 2015 года, когда Dawn обнаружил загадочные белые пятна в кратере Оккатор на поверхности Цереры, ученые начали задумываться о том, что в ее недрах или на ее поверхности могут скрываться достаточно крупные запасы воды, способные породить подобные светлые регионы, суть которых – залежи соды – была раскрыта совсем недавно. Существуют даже предположения, что под ее поверхностью может скрываться жидкий океан из соленой воды.
Так как Церера располагается достаточно близко к Солнцу, такая гипотеза поставила перед учеными еще одну загадку – как вода может существовать на ее поверхности и не быть испаренной лучами Солнца за миллиарды лет существования Солнечной системы. Один из самых простых вариантов ответа на этот вопрос – наличие на Церере кратеров, куда никогда не попадают лучи светила.
Рапони и его коллеги пытались понять, так ли это на самом деле, наблюдая на протяжении двух лет за дюжиной глубоких кратеров в приполярных и умеренных широтах карликовой планеты, где инструменты зонда Dawn раньше находили запасы соды и других солей.
Эти снимки и замеры показали, что внутри этих кратеров действительно присутствует замороженная вода, и раскрыли удивительную вещь – количество льда на их дне и стенках меняется с течением времени. В самое холодное время года, как отмечает Рапони, лед покрывал примерно 14% от общей площади кратера, а при наступлении "весны" на Церере этот показатель сократился до 9%.
Как полагают ученые, эти изменения в площади ледового покрова были связаны с двумя процессами – таянием льда в приповерхностных слоях почвы Цереры и конденсацией водяного пара в кратерах, или же с периодическими оползнями и обвалами их стенок, которые вызывались аналогичными процессами.
Помимо "свежего" льда, зонду Dawn удалось обнаружить в этих кратерах запасы соды и других солей, содержавших в себе большие количества воды. Эта находка, как отмечает Рапони, стала еще более важным открытием для планетологов, так как она говорит о том, что вода не просто испаряется и замораживается на поверхности Цереры, но и взаимодействует с ее породами и минералами.
Дело в том, что молекулы воды, присутствующие в подобных отложениях солей, обычно очень быстро "выбиваются" лучами Солнца и частицами солнечного ветра. Поэтому их присутствие на поверхности карликовой планеты означает, что они сформировались относительно недавно. Это в очередной раз говорит, что Церера не является мертвым миром, как считали астрономы раньше, заключают исследователи.
Формирование
Если же говорить о процессе формирования карликовой планеты, то можно предположить, что на начальном этапе существования ядро Цереры могло разогреваться за счет радиоактивного распада, и возможно какая-то часть ледяной мантии тогда находилась в жидком состоянии. По всей видимости значительная часть поверхности и сейчас покрыта льдом или некой разновидностью ледяного реголита. Также остается открытым вопрос о наличии на Церере криовулканизма. Например, самая большая гора Цереры Ахуна по результатам обработки данных зонда «Down» является ледяным криовулканом, а значит карликовая планета была геологически активна по крайней мере в течение последнего миллиарда лет. А возможно Церера активна и в данный момент.
Наблюдение за планетой.
На земном небосклоне Церера имеет слабое свечение, а ее видимый диск очень мал, из-за чего первые детали на нем удалось разглядеть только в конце 20-ого века с помощью орбитального телескопа «Хаббл».
На поверхности Цереры можно различить несколько светлых и темных структур, которые предположительно являются кратерами. Самое яркое из них имеет название «Пьяцци», данное, как можно заметить, в честь открывателя планеты. Возможно это пятно представляет из себя кратер, обнаживший ледяную мантию, или криовулкан.
Дальнейшие наблюдения объекта в инфракрасном диапазоне показали, что средняя температура поверхности составляет 167 К или -106 °C, а благодаря исследованию карликовой планеты в диапазоне радиоволн было установлено, что поверхность Цереры довольно гладкая за счет высокой эластичности мантии.
До 2015 года единственным способом изучения Цереры являлись телескопические наблюдения. В январе 2014 года с помощью инфракрасного телескопа «Гершель» вокруг объекта были обнаружены облака водяного пара. Таким образом Церера стала четвертым телом Солнечной системы, на котором зафиксирована водная активность, и встала в один ряд с Землей, Энцеладом и Европой.
Миссия «Рассвет»
Самым важным этапом в изучении карликовой планеты стала миссия АМС «Dawn» (или «Рассвет»), которая была запущена в 2007 году. Побывав на орбите астероида Веста, Dawn отправился к Церере и 13 января 2015 года он сделал первые подробные снимки ее поверхности.
8 февраля аппарат находился уже в 118 тысячах километров от данного объекта, приближаясь к нему со скоростью 360 км/ч.
18 и 25 февраля 2015 года NASA опубликовали детальные снимки этой карликовой планеты, на которых видны два ярких белых пятна. В этих точках впоследствии удалось распознать вероятно карбонад натрия, то есть соду.
Затем 6 марта Dawn вышел на орбиту Цереры, откуда проводил исследование в течение следующих шестнадцати месяцев. За этот период ему также удалось получить самое качественное на данный момент изображение таинственных белых пятен.
Миссия аппарата завершилась 30-ого июня 2016 года и данные, которые он получил помогли уточнить массу и размер Цереры, а также обнаружить прямые свидетельства того, что на поверхности карликовой планеты есть вода в виде льда. Вероятнее всего она находится в кратерах.