第310章 矮行星-《宇宙地球人类三篇》

  矮行星(dwarf net)是太阳系中介于行星和太阳系小天体(如小行星、彗星)之间的一类天体,符合国际天文学联合会(IAU)2006年定义的部分行星标准。以下是关于矮行星的详细分类及特点:

  1. 矮行星的定义(IAU标准)

  围绕太阳运行:是太阳的卫星。

  具有足够质量形成近球体:在自身引力下达到流体静力平衡(接近圆形)。

  未清除轨道附近其他天体:与行星不同,其轨道附近仍存在大量小天体。

  不是卫星:不围绕行星运行。

  2. 已确认的矮行星(5颗)

  1. 冥王星(pluto)

  发现时间:1930年(原为第九大行星,2006年降级)。

  特征:

  轨道周期248年,偏心轨道(近日点29.7 AU,远日点49.3 AU)。

  拥有5颗卫星(最大为卡戎,与冥王星形成双星系统)。

  表面覆盖氮冰、甲烷冰,存在冰山和平原(如“心形”汤博区)。

  探测:2015年“新视野号”首次近距离拍摄。

  2. 阋神星(Eris)

  发现时间:2005年(直接导致冥王星降级)。

  特征:

  质量比冥王星大27%,目前太阳系最远的已知矮行星(平均距离68 AU)。

  表面反照率极高(96%),由甲烷冰覆盖。

  卫星“阋卫一”(dysnomia)。

  3. 谷神星(ceres)

  发现时间:1801年(最初归类为小行星,2015年确认矮行星)。

  特征:

  位于小行星带(火星与木星之间),直径约940公里。

  可能拥有地下液态水海洋(探测器“黎明号”发现亮盐沉积)。

  4. 鸟神星(makemake)

  发现时间:2005年。

  特征:

  表面覆盖甲烷和乙烷冰,无大气层。

  轨道周期约310年,卫星“mK2”于2016年发现。

  5. 妊神星(haumea)

  发现时间:2004年。

  特征:

  椭球体形状(快速自转,约3.9小时一周)。

  拥有2颗卫星(hi?iaka、Namaka)及一个冰环系统。

  3. 候选矮行星(部分名单)

  赛德娜(Sedna):极端椭圆轨道(近日点76 AU,远日点937 AU)。

  创神星(quaoar):直径约1100公里,拥有卫星和可能的环系统。

  共工星(Gonggong):表面呈红色,含甲烷冰,卫星“香炉”(xiangliu)。

  4. 矮行星的分类(按轨道区域)

  柯伊伯带矮行星:冥王星、阋神星、鸟神星、妊神星等(位于海王星轨道外侧)。

  小行星带矮行星:仅谷神星。

  离散盘天体:赛德娜等(轨道高度倾斜且偏心)。

  5. 科学意义

  太阳系演化线索:保留原始冰质成分,反映行星形成初期的物质分布。

  宜居性研究:谷神星的地下海洋可能支持生命存在的化学环境。

  动态边界:挑战传统“行星”定义,推动天体分类学的完善。

  6. 争议与未来

  更多候选者:太阳系外围可能隐藏数十颗未发现的矮行星(如奥尔特云)。

  探测任务:目前仅谷神星(黎明号)和冥王星(新视野号)被近距离探测。

  矮行星的多样性揭示了太阳系的复杂性,未来探测或将重新定义这类天体的地位。若你对某颗矮行星的细节或探测任务感兴趣,可进一步探讨!

  如:

  一、冥王星(pluto)——太阳系最着名的矮行星

  1. 基本信息

  分类:矮行星(2006年IAU重新定义)

  发现:1930年由克莱德·汤博(clyde tombaugh)发现

  轨道周期:约248地球年

  自转周期:约6.4地球日(与卡戎潮汐锁定)

  直径:约2376公里(比月球还小)

  质量:仅为地球的0.2%

  表面温度:233°c 至 223°c

  2. 轨道特征

  轨道形状:高度偏心椭圆(近日点29.7 AU,远日点49.3 AU)

  轨道倾角:17°(相对于黄道面)

  轨道共振:与海王星3:2共振(即冥王星绕太阳2圈时,海王星绕3圈)

  3. 物理特征

  表面:

  覆盖氮冰、甲烷冰和一氧化碳冰

  标志性“心形”结构——斯普特尼克平原(Sputnik nitia)(一个巨大的冰原)

  存在冰山、冰川和可能的冰火山(如莱特山,wright mons)

  大气层:

  稀薄,主要由氮气(N?)、甲烷(ch?)和一氧化碳(co)组成

  会随近日点和远日点变化(靠近太阳时部分升华,远离时冻结)

  4. 卫星系统(5颗已知卫星)

  1. 卡戎(charon)(最大卫星,直径1212 km)

  与冥王星形成双星系统(共同质心在冥王星外)

  表面有深谷和红色极冠(可能由冥王星大气逃逸物质沉积形成)

  2. 尼克斯(Nix) & 许德拉(hydra)(2005年发现)

  3. 科波若斯(Kerberos) & 斯提克斯(Styx)(年发现)

  5. 探测历史

  2015年新视野号(New horizons)飞掠:

  首次高清拍摄冥王星表面,发现冰山、冰原和复杂地质活动

  确认大气层存在蓝色雾霾(由太阳光分解甲烷形成)

  发现冥王星可能仍有地下海洋(由冰层下的氨水混合物维持)

  6. 冥王星为何被降级?

  2006年IAU行星定义:

  行星必须满足:

  1. 绕太阳运行

  2. 达到流体静力平衡(近球形)

  3. 清除轨道附近其他天体(冥王星未满足)

  冥王星的轨道与柯伊伯带天体(Kbos)重叠,因此被重新归类为矮行星。

  7. 争议与文化影响

  科学争议:部分天文学家仍认为冥王星应归为行星

  公众反应:降级引发全球热议,甚至美国新墨西哥州立法“冥王星在该州仍是行星”

  流行文化:迪士尼宠物狗“布鲁托”(pluto)得名于它

  8. 未来探索

  冥王星轨道器(提议中):可能2030年后发射,长期环绕观测

  柯伊伯带延伸任务:新视野号已飞掠小行星阿罗科斯(Arrokoth),未来可能探测更远天体

  总结

  冥王星虽不再是行星,但仍是太阳系最神秘的冰封世界之一,其复杂的地质、稀薄的大气及可能的地下海洋,使其成为天体生物学的重要研究对象。它或许比我们想象的更有活力!

  二、阋神星(Eris)——太阳系最神秘的矮行星

  1.发现时间:2005年1月5日(由迈克·布朗团队发现)

  命名:希腊神话中的“不和女神”厄里斯(Eris),象征其发现引发的行星定义争议

  分类:矮行星(2006年IAU正式确认)

  2. 轨道特征

  极端椭圆轨道:近日点38 AU,远日点97 AU(太阳系最远矮行星之一)

  高倾角:44°(冥王星仅17°),轨道几乎垂直于黄道面

  所属区域:离散盘(Scattered disc)——比柯伊伯带更遥远、更不稳定的冰天体带

  3. 物理特性

  (1)表面与成分

  反照率极高(96%):因甲烷冰覆盖,像一面宇宙镜子

  红色斑点:可能由太阳辐射分解甲烷形成的托林(有机化合物)

  可能存在极地冰冠(类似冥王星)

  (2)卫星:阋卫一(dysnomia)

  直径约700 km,轨道周期约16天

  名字来源于希腊神话中的“混乱女神”(呼应“厄里斯”)

  帮助科学家精确计算阋神星质量

  4. 科学意义

  (1)冥王星降级的直接原因

  2005年发现时,初步测量显示它比冥王星更大(后修正为略小但更重)

  引发天文学界争议:“如果冥王星是行星,阋神星也必须是!”

  最终促使IAU在2006年重新定义行星,将冥王星降级

  (2)太阳系边缘的“化石”

  极度寒冷的保存状态,可能含有太阳系形成初期的原始物质

  研究它有助于理解行星迁移理论(如“尼斯模型”)

  5. 未解之谜

  是否有大气层? 目前未直接探测,但低温下甲烷可能冻结成表面冰层

  内部结构? 可能像冥王星一样分异(岩石核心 冰幔)

  是否曾有地质活动? 需未来探测器确认

  总结

  阋神星是太阳系最遥远、最寒冷的已知矮行星,它的发现重塑了人类对行星的认知。尽管尚未被近距离探测,但它代表的离散盘天体仍是太阳系最神秘的前沿之一。

  三、谷神星(ceres)——小行星带唯一的矮行星

  发现时间:1801年1月1日(由朱塞佩·皮亚齐发现)

  命名:罗马神话中的农业和丰收女神

  分类:

  最初归类为行星(年代)

  后降级为小行星(19世纪)

  2006年IAU认定为矮行星(唯一一颗位于小行星带)

  1. 关键数据

  特征 数值 对比(其他矮行星)

  直径 940 km 太阳系最小矮行星

  质量 9.39x102?kg 占小行星带总质量的1\/3

  自转周期 9.1小时 较快自转

  轨道周期 4.6年 位于火星和木星之间

  表面温度 -106°c(平均) 比冥王星温暖

  2. 轨道与位置

  位于小行星带主带(距离太阳2.8 AU)

  轨道较圆(偏心率为0.08),倾角10.6°

  不受木星强烈扰动,轨道稳定

  3. 物理特征

  (1)表面与地质

  明亮盐沉积(亮点):

  ator陨石坑(直径92 km)内有着名亮斑——“cerealia Fac”

  由碳酸钠(Na?co?)盐组成,可能来自地下卤水渗出

  冰火山(cryovolcano):

  阿胡纳山(Ahuna mons)高4 km,可能由冰泥浆喷发形成

  撞击坑较少:表面较“年轻”,暗示地质活动重塑

  (2)内部结构

  分层结构:

  岩石核心(可能含金属)

  冰幔层(可能含液态卤水)

  多孔表层(含黏土、盐类)

  可能的地下海洋:

  探测器“黎明号”发现局部水蒸气释放

  盐沉积暗示近期(百万年内)地质活动

  (3)极稀薄大气(外逸层)

  主要成分:水蒸气(来自冰升华)

  非常脆弱,仅在阳光直射区域短暂存在

  4. 探测历史

  (1)黎明号(dawn)探测任务()

  人类首个环绕两个地外天体的探测器(谷神星 & 灶神星)

  重要发现:

  确认ator陨石坑的亮斑为盐类沉积

  发现阿胡纳山等冰火山证据

  探测到局部水蒸气释放

  (2)未来任务构想

  采样返回:研究其有机分子和卤水成分

  着陆器:直接探测ator陨石坑的盐沉积

  5. 科学意义

  太阳系“海洋世界”之一:可能仍有地下液态水

  生命宜居性研究:盐水和有机分子的存在使其成为天体生物学目标

  行星演化线索:代表介于岩石行星和冰天体的过渡类型

  6. 未解之谜

  地下海洋是否仍存在? 需更深入探测

  盐沉积的形成机制:是古代海洋残留,还是近期地质活动?

  是否有微生物生存的可能?

  总结

  谷神星虽小,却可能是太阳系最“潮湿”的矮行星,其盐沉积、冰火山和潜在的地下海洋,让它成为小行星带的宝藏世界。未来任务或将揭示它是否曾孕育过生命!