妊神星

妊神星

矮行星
妊神星是柯伊伯帶的一顆矮行星,正式名稱為(136108) Haumea。[1]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,邁克爾·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内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,國際天文聯合會将這顆天體定為矮行星,并以夏威夷生育之神哈烏美亞為其命名。妊神星的質量約為冥王星的三分之一,約為地球的1/1400。盡管還沒有直接觀察到它的形狀,但是根據光變曲線計算得出的結果是雅可比橢球體(Jacobiellipsoid),其長軸是其短軸的兩倍。2017年10月,天文學家宣布在妊神星周圍發現了一個光環系統,這是首次發現的外海王星天體的光環系統。直到最近,妊神星的引力才足以使其達到至流體靜力平衡狀态,盡管機制尚不清楚。妊神星的快速旋轉、細長形狀、光環以及高反照率(因其結晶水冰的表面)等特性被認為是巨大碰撞的結果。這個碰撞家族最大的成員就是妊神星,還包括多個外海王星天體和妊神星的兩個已知衛星,妊衛一(Hi'iaka)和妊衛二(Namaka)。
    中文名:妊神星 外文名:Haumea 别名:2003 EL61、136108号小行星 分類:矮行星,外海王星天體 發現者:邁克爾·E·布朗、大衛·拉比諾維茨、查德·特魯希略、何塞·路易斯·奧爾蒂斯·莫雷諾 質量:4.2×10^21 kg 平均密度:2.6–3.3 g/cm 直徑: 表面溫度:<50K 逃逸速度:0.84 km/s 反照率:0.7±0.10.84+0.1−0.20.70–75 視星等:17.3(沖) 絕對星等:0.007 ± 0.44 自轉周期:0.163139208 天 赤經: 赤緯: 距地距離:7.48×10^9 km 半長軸:43.182 AU(64.599 億千米) 離心率:0.19501 公轉周期:103647 天(283.77 年) 平近點角:202.67° 軌道傾角:28.22° 升交點經度:121.10°

物理屬性

由于妊神星帶有衛星,可以根據開普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,要麼是由于體積較大,要麼是由于具有高反照率。假如可以确定天體的反照率,那麼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,并進而能推算出它的大小。然而,妊神星高速的旋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天内就能從平衡形态變形為不等邊橢球形。據推測,妊神星亮度波動的主要原因并不是由其自身各處反照率不同導緻的,而是從地球觀測時側視圖與端視圖的交替所緻。

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于冥王星,是由厚實的冰幔包裹小型岩心構成,那麼它的高速自轉會将其自身拉得更長,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2.6–3.3g/cm之間。在此密度範圍内的有橄榄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。這意味着妊神星的主體由岩石構成,而表面複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,有着厚實的冰幔,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。

處于流體靜力平衡下的天體,如果給定其自轉周期和大小,則随着密度的增加,其形狀将越來越接近球形。以妊神星已知的精确質量、自轉周期和預測的密度推算,可知其處于橢球平衡中:其最長軸應該接近于冥王星的直徑,而最短軸約有冥王星直徑的一半。由于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,準确測量出它的大小。

當前,天文學家們已為妊神星的大小推算了數個橢球模型。第一個模型産生于妊神星發現之初,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)大于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。這讓妊神星跻身于最大的海王星外天體之列,僅次于阋神星、冥王星,有可能次于鳥神星,故位列第三或第四;大于賽德娜、亡神星和創神星。

表面

除了天體形狀導緻光變曲線在所有色指數上同時産生劇烈波動外,在可見光和近紅外線波段上,也還存在着較小的各色獨立的變化;這表明妊神星表面有部分區域的顔色和反照率都與其他地區不同。特别的,在妊神星亮白色的表面上可以觀測到一塊暗紅色的區域,這意味着這一地區富含礦物和有機(富碳)化合物,或者結晶冰的成分比更高。由此,假如妊神星的環境沒有那麼極端的話,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,妊神星表面類似于冥衛一,富含大量結晶水冰。這一發現是獨特的,因為結晶冰形态形成于110K的溫度下,而妊神星的表面溫度低于50K,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,結晶冰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于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曆過表面翻新的事件,重新複蓋上了一層冰。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,與其富含結晶冰的推論一緻。阋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拟合模型,妊神星表面有66%至80%的區域被純結晶水冰複蓋;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,妊神星的同态表面(homomorphoussurface)複蓋有無定形冰和結晶冰的混合物,其混合比例為1:1,有機物成分含量不超過8%。氨水合物的缺少導緻冰火山無法存在,觀測結果也證實了碰撞事件是在一億年以前發生的,這與動态研究的結論相吻合。相比于鳥神星,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緻。

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迹。造成該地區顔色與衆不同的成因暫且未知,有可能是由于這一地區較其他地區的礦物和有機化合物含量更高,或存在着更多的結晶冰。

發現

共有兩個團隊主張自己才是妊神星的發現者。2004年12月28日,由加州理工學院的邁克爾·E·布朗(MikeE.Brown),耶魯大學的大衛·拉比諾維茨(DavidRabinowitz)和夏威夷雙子座天文台的查德·特魯希略(ChadTrujillo)組成的團隊在2004年5月6日拍攝的圖像上發現了妊神星。2005年7月20日,他們發表了一份報告的在線摘要,這份報告将在2005年9月的一場會議上宣布該發現。與此同時,西班牙内華達山脈天文台的安德魯斯天體研究所的何塞·路易斯·奧爾蒂斯·莫雷諾(JoséLuisOrtizMoreno)及其團隊,在2003年3月7日至10日拍攝的圖像上發現了妊神星。2005年7月27日晚,奧爾蒂斯将其發現通過電子郵件發送給了小行星中心MPC。

布朗最初承認奧爾蒂斯的獨立發現,在西班牙團隊宣布該發現的前一天,西班牙天文台曾經訪問過他的觀察日志,布朗便懷疑西班牙團隊存在欺詐行為。布朗的日志包含足夠多的信息,以使奧爾蒂斯團隊可以在其2003年的圖像中識别妊神星,後來西班牙團隊再次訪問了他的日志,而這正好是奧爾蒂斯排到望遠鏡時間用以獲取确認圖像,以便在7月29日向小行星中心進行再次确認。奧爾蒂斯後來承認了他曾訪問過加州理工學院的觀察日志,但他否認了所有指控,表示他們僅僅是為了驗證這是不是一顆新天體。其實早在1955年3月22日,人們就獲得了妊神星的原始圖像,但沒人注意到它。

國際天文聯合會(InternationalAstronomicalUnion,IAU)的協議規定,凡是首先向小行星中心(MPC)提交報告并提供足夠位置數據以判定其軌道的人,享有發現者的榮譽并擁有優先命名權。國際天文學聯合會于2008年9月17日宣布妊神星的發現,并由為候選矮行星建立了雙個命名委員會,但未提及任何發現者。發現地點被列為西班牙内華達山脈天文台,但選擇的名稱Haumea是加州理工學院的提議。奧爾蒂斯團隊提出的名字Ataecina是古伊比利亞的春天女神,作為一個陰暗神靈比較适合類冥天體的命名規則,但不适合命名妊神星。

命名

在賦予永久名稱之前,加州理工學院的發現團隊内部用“Santa”(聖誕老人英文為SantaClaus)這個綽号,因為妊神星是他們在2004年聖誕節之後的12月28日發現的。2005年7月,西班牙團隊第一個向小行星中心提出發現聲索。2005年7月29日,根據西班牙團隊發現照片的日期,妊神星被授予臨時名稱2003EL61。2006年9月7日,它被官方批準以(136108)2003EL61的編号編入小行星目錄。

遵循國際天文學聯合會當時制定的準則,經典的柯伊伯帶天體應以與創造有關的神話人物命名,2006年9月,為了“向發現衛星的地方緻敬”,加州理工學院團隊向國際天文學聯合會提交了(136108)2003EL61及其衛星的夏威夷神話名稱。這些名稱是由加州理工學院團隊的大衛·拉比諾維茨(DavidRabinowitz)提出的。哈烏美亞(Haumea)是莫納克亞天文台(MaunaKeaObservatory)所在地的夏威夷女神。

此外,哈烏美亞還被視為大地之母帕帕(Papa)女神,是天空之父瓦基亞(Wākea)的妻子。從這層意義上講,以Haumea為2003EL61命名也是恰當的選擇,與其他已知的典型柯伊伯帶天體不同,妊神星沒有厚厚的冰幔包裹着的小型岩石核心,而被認為幾乎完全以固态岩石構成。再者,作為繁殖與生育女神的哈烏美亞(Haumea),其衆多子女來自她身體上的不同部位;這也契合了在一次遠古碰撞中,大量冰物質被剝離出這顆矮行星的事件。妊神星兩顆已知的衛星也被認為起源于該事件。它們以哈烏美亞(Haumea)的兩個女兒,希亞卡(Hi'iaka,妊衛一)和納瑪卡(Nāmaka,妊衛二)命名。

奧爾蒂斯團隊建議使用Ataecina命名的提案不符合國際天文聯合會的命名要求,因為陰暗神靈的名字應該用于類冥天體,類冥天體是一類與海王星以3:2穩定共振的外海王星物體。而妊神星則與海王星7:12間歇共振,因此根據某些定義它并不是共振體。這個命名标準在2019年底公布,國際天文學聯合會決定将陰暗神靈的名字專門用于類冥天體。

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