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| 発見[1] | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 発見者 | ジュゼッペ・ピアッツィ | ||||||||
| 発見日 | 1801年1月1日 | ||||||||
| 指定 | |||||||||
| 1 セレス | |||||||||
| 発音 | / ˈ s ɪər iː z /、 SEER -eez | ||||||||
名前の由来 | セレス | ||||||||
| 形容詞 | セレリアン、-ean ( / s ɪ ˈ r ɪər i ə n / ) | ||||||||
| シンボル | .svg/500px-Ceres_symbol_(bold).svg.png){kind=small} | ||||||||
| 軌道特性[2] | |||||||||
| エポック2022年1月21日 ( JD 2459600.5) | |||||||||
| 遠日点 | 2.98 AU (4億4600万 km ) | ||||||||
| 近日点 | 2.55 AU (3億8100万km) | ||||||||
| 2.77 AU (4億1400万km) | |||||||||
| 偏心 | 0.0785 | ||||||||
| |||||||||
平均軌道速度 | 17.9 km/s | ||||||||
| 291.4 ° | |||||||||
| 傾斜 | |||||||||
| 80.3° | |||||||||
| 2022年12月7日 | |||||||||
| 73.6° | |||||||||
| 衛星 | なし | ||||||||
| 固有軌道要素[5] | |||||||||
真半径 | 2.77 AU | ||||||||
適切な偏心 | 0.116 | ||||||||
適切な傾斜 | 9.65° | ||||||||
適切な平均運動 | 78.2 度 /年 | ||||||||
固有軌道周期 | 4.60358年 (1681.458日) | ||||||||
近日点歳差 | 54.1 秒角 /年 | ||||||||
昇交点の歳差 | −59.2 秒角 /年 | ||||||||
| 身体的特徴 | |||||||||
| 寸法 | (966.2 × 962.0 × 891.8) ± 0.2 km [6] | ||||||||
| 939.4 ± 0.2 km [6] | |||||||||
| 2,772,368 km 2 [a] | |||||||||
| 音量 | 4億3,400万km 3 [7] | ||||||||
| 質量 | |||||||||
平均密度 | 2.1616 ± 0.0025 g/cm3 [ 7] | ||||||||
赤道表面重力 | 0.284 m/s 2 (0.0290 g 0 ) [a] | ||||||||
| 0.36 ± 0.15 [8] [b] （推定値） | |||||||||
赤道脱出速度 | 0.516 km/s [a] 時速1141マイル | ||||||||
| 9.074 170 ± 0.000 001 時間[2] | |||||||||
赤道回転速度 | 92.61メートル/秒[a] | ||||||||
| ≈4° [10] | |||||||||
北極赤経 | 291.42744° [11] | ||||||||
北極の偏角 | 66.76033° [12] | ||||||||
| 0.090 ± 0.0033 （Vバンド）[13] | |||||||||
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| C [16] | |||||||||
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| 3.34 [2] | |||||||||
| 0.854インチから0.339インチ | |||||||||
ケレス（小惑星の指定：1 ケレス）は、火星と木星の軌道の間にある中位の主小惑星帯にある準惑星です。これは、シチリア島のパレルモ天文台のジュゼッペ・ピアッツィによって 1801 年 1 月 1 日に発見され、新しい惑星として発表された、最初に知られた小惑星でした。ケレスは後に小惑星に分類され、その後準惑星に分類されました。準惑星は、海王星の軌道 を超えない唯一の惑星です。
ケレスの直径は月の約4分の1である。サイズが小さいため、最も明るいときでも、極端に暗い空を除いて、肉眼では見ることができないほど暗い。見かけの等級は6.7～9.3で、15～16か月の朔望周期に1度、衝（地球に最も近づくとき）でピークを迎える。その結果、最も強力な望遠鏡でも表面の特徴はほとんど見えず、2015年にNASAのロボット宇宙船ドーンが軌道ミッションのためにケレスに近づく まで、ほとんど知られていなかった。
ドーンは、ケレスの表面が水氷と炭酸塩や粘土などの含水鉱物の混合物であることを発見しました。重力データによると、ケレスは泥質（氷岩）のマントル/コアと、密度は低いが体積の30パーセント以下の氷であるより強い地殻に部分的に分化しています。ケレスには液体の水の内部海はないと思われますが、塩水は依然として外マントルを通って表面に達し、アフナ山などの氷火山がおよそ5000万年ごとに形成されます。これにより、ケレスは太陽に最も近い既知の氷火山活動天体となります。さらに、ケレスには、その表面の局所的な発生源から噴出する、極めて希薄で一時的な水蒸気の大気があります。
歴史
発見
18世紀に地動説が受け入れられてから1846年に海王星が発見されるまでの数年間、数人の天文学者が、火星と木星の軌道の間に隠れた、あるいは失われた惑星が存在することは数学的法則によって予測されると主張した。1596年、理論天文学者 ヨハネス・ケプラーは、木星と火星の間、金星と水星の間に1つずつ、2つの惑星を追加することによってのみ、惑星軌道の比率が「神の設計」に適合すると信じていた。 [19]イマヌエル・カントなどの他の理論家は、その隙間が木星の重力によって作られたのではないかと考えていた。 1761年、天文学者で数学者のヨハン・ハインリヒ・ランバートは次のように問いかけた。「火星と木星の間の広大な空間から惑星が消えてしまったかどうか、誰が知っているだろうか？ では、地球だけでなく天体についても、強い者が弱い者をいらだたせるということが当てはまり、木星と土星は永遠に略奪する運命にあるのだろうか？」[19]
1772年、ドイツの天文学者ヨハン・エラート・ボーデは、ヨハン・ダニエル・ティティウスを引用して、後にティティウス・ボーデの法則として知られる公式を発表しました。これは、火星と木星の間にある説明のつかない隙間を除けば、既知の惑星の軌道を予測しているように見えました。 [19] [20]この公式は、太陽から2.8天文単位（AU）、つまり4億2000 万km近くの軌道半径を持つ別の惑星が存在するはずだと予測しました。 [20]ティティウス・ボーデの法則は、ウィリアム・ハーシェルが1781年に土星の外側の惑星の予測距離に近い天王星を発見したことで、さらに信憑性を高めました。[19] 1800年、ドイツの天文雑誌Monatliche Correspondenz (月刊通信)の編集者であるフランツ・クサーヴァー・フォン・ザッハが率いるグループは、24人の経験豊富な天文学者（彼は彼らを「天体警察」と名付けた）に要請書を送り、 [20]力を合わせて予想される惑星を計画的に捜索するよう求めた。[20]彼らはケレスを発見しなかったが、後に小惑星パラス、ジュノー、ベスタを発見した。[20]
探索に選ばれた天文学者の一人は、シチリア島パレルモのアカデミーのカトリック司祭、ジュゼッペ・ピアッツィでした。グループへの参加の招待を受ける前に、ピアッツィは1801年1月1日にケレスを発見しました。[21]彼は「ラ・カイユ氏の黄道帯の星のカタログの87番目の[星] 」[19]を探していましたが、「その前に別の星があった」ことを発見しました。[19]星の代わりに、ピアッツィが見つけたのは動く星のような物体で、最初は彗星だと思いました。[22]ピアッツィはケレスを24回観測し、最後の観測は1801年2月11日に行われましたが、病気のために研究が中断されました。彼は1801年1月24日に、同僚の天文学者2人、ミラノの同郷人バルナバ・オリアーニとベルリンのボーデに宛てた手紙で発見を発表しました。[23]彼はそれを彗星として報告したが、「その動きは非常に遅く、むしろ均一であるため、彗星よりも何かもっと良いものであるかもしれないと何度も思いました」。[19] 4月に、ピアッツィはオリアーニ、ボーデ、フランスの天文学者ジェローム・ラランドに完全な観測結果を送った。この情報は1801年9月のMonatliche Correspondenz号に掲載された。[22]
この時までに、ケレスの見かけの位置は変化しており（主に地球の太陽の周りの運動により）、太陽のまぶしさに近すぎたため、他の天文学者がピアッツィの観測を確認することはできなかった。その年の終わり頃には、ケレスは再び見えるはずだったが、長い時間が経っていたため、正確な位置を予測することは困難だった。ケレスを回収するために、当時24歳だった数学者カール・フリードリヒ・ガウスは、軌道を決定する効率的な方法を開発した。[22]彼は数週間以内にケレスの進路を予測し、その結果をフォン・ザッハに送った。1801年12月31日、フォン・ザッハと仲間の天体警察官ハインリッヒ・WM・オルバースは、予測された位置の近くでケレスを発見し、その位置を記録し続けた。[22]太陽から2.8 AUの距離で、ケレスはティティウス・ボーデの法則にほぼ完全に当てはまるように見えた。 1846年に海王星が発見されたとき、予想よりも8AU近くあったため、ほとんどの天文学者はこの法則は偶然であると結論付けました。[24]
初期の観測者はケレスの大きさを1桁以内でしか計算できなかった。1802年にハーシェルは直径を260km（160マイル）と過小評価し、1811年にはドイツの天文学者ヨハン・ヒエロニムス・シュレーターが2,613km（1,624マイル）と過大評価した。[25] 1970年代には赤外線測光法によってアルベドのより正確な測定が可能になり、ケレスの直径は実際の値939km（583マイル）の10%以内の誤差で測定された。[25]
名前とシンボル
ピアッツィが提案した発見の名称はケレス・フェルディナンデアであった。ケレスはローマの農業の女神にちなんでおり、その地上の住居と最古の神殿はシチリア島にあった。フェルディナンデアはピアッツィの君主でありパトロンであったシチリア王フェルディナンド3世に敬意を表して付けられた。 [22]後者は他の国々に受け入れられず、取り下げられた。1801年12月にザッハがケレスを発見する前、ザッハは惑星をヘラと呼び、ボーデはジュノと呼んでいた。ピアッツィの反対にもかかわらず、これらの名前は天体の存在が確認される前にドイツで広く使われていた。確認されると、天文学者たちはピアッツィの名に落ち着いた。[26]
セレスの形容詞形はセレリアン[27] [28]とセレリアン[29]で、どちらも/ s ɪ ˈ r ɪər i ə n /と発音される。[30] [31] セリウムは1803年に発見された希土類元素で、準惑星セレスにちなんで名付けられた。[32] [c]
占星術で今でも使われているケレスの古い天文学的シンボルは鎌である。.svg/500px-Ceres_symbol_(fixed_width).svg.png){kind=small}
[22] [34]鎌は女神ケレスの古典的なシンボルの一つで、1802年にフォン・ザッハとボーデによって独立して提案されたようです。[ 35]形は金星のシンボル⟨♀⟩（円の下に小さな十字）に似ていますが、円が切れています。逆さまの形など、さまざまな小さなグラフィックバリエーションがありました。
'C'（セレスの頭文字）とプラス記号で表記される。番号付き円盤の一般的な小惑星記号である①は1867年に導入され、すぐに標準となった。[22] [36]
分類
1 ケレス（青）の質量を、他の大型小惑星（ 4 ベスタ、2 パラス、10 ヒギエア、704 インターアムニア、15 エウノミア、およびメインベルトの残りの部分）と比較した図。質量の単位は× 1018キロ。
ケレスの分類は何度も変更されており、意見の相違も生じている。ボーデはケレスを、火星と木星の間に存在すると提唱した「失われた惑星」であると信じていた。[19]ケレスには惑星記号が割り当てられ、半世紀以上にわたって天文学の本や表に惑星として記載されていた（パラス、ジュノ、ベスタと共に）。[37]
ケレスの近隣で他の天体が発見されるにつれ、天文学者たちはそれが新しい種類の天体の最初のものであるのではないかと疑い始めた。[19] 1802年にパラスが発見されたとき、ハーシェルはこれらの天体を「小惑星」（「星のような」）と名付け、[37]「それらは小さな星に非常に似ているため、非常に高性能な望遠鏡でも区別がつかない」と書いた。[38] 1852年、ヨハン・フランツ・エンケはベルリン天文年鑑で、惑星に従来の記号を付与するシステムはこれらの新しい天体には扱いにくいと述べ、発見順に名前の前に番号を付ける新しい方法を導入した。番号付けシステムは当初、5番目の小惑星5アストレアを1番として始まった が、1867年にケレスは1ケレスという名前で新しいシステム に採用された。[37]
1860年代までに、天文学者は、主要な惑星とケレスなどの小惑星の間には根本的な違いがあることを広く認めていたが、「惑星」という言葉はまだ正確に定義されていなかった。[37] 1950年代には、科学者は一般的にほとんどの小惑星を惑星と見なすことをやめたが、ケレスはその後も、惑星のような地球物理学的複雑さのためにその地位を維持することがあった。[39]その後、2006年に冥王星をめぐる議論から、「惑星」の定義を求める声が上がり、ケレスの再分類、さらには惑星としての一般的な復活さえも考えられるようになった。[40]天文学の命名と分類を担当する世界的機関である国際天文学連合(IAU) に提出された提案では、惑星を「(a) 自身の重力が剛体の力を克服するのに十分な質量を持ち、静水圧平衡 (ほぼ円形) の形状をとり、(b) 恒星の周りを公転しており、恒星でも惑星の衛星でもない天体」と定義している。[41]この決議が採択されていたら、ケレスは太陽から数えて 5 番目の惑星になっていたはずだったが、[42] 2006 年 8 月 24 日の総会では、惑星は「その軌道の周囲を一掃」しなければならないという追加要件が採択された。ケレスは小惑星帯にある何千もの他の小惑星と軌道を共有しており、小惑星帯の全質量の約 40% を占めるに過ぎないため、惑星ではない。[43]ケレスのように、最初の提案された定義を満たしているが2番目の定義を満たしていない天体は、代わりに準惑星に分類されました。[44]惑星地質学者は今でもこの定義を無視し、ケレスを惑星と見なすことがよくあります。[45]
ケレスは準惑星だが、小惑星でもあるかどうかについては混乱がある。NASAのウェブページには、ベルトで2番目に大きい天体であるベスタが最大の小惑星であると書かれている。[46] IAUはこの件に関して曖昧な態度を取っているが、[47] [48]そのような天体のカタログ作成を担当する組織であるIAUの小惑星センターは、準惑星には二重の名称がある可能性があると指摘しており、[49] IAU/ USGS /NASA合同の地名辞典では、ケレスを小惑星と準惑星の両方に分類している。[50]
軌道
ケレスは、小惑星帯のほぼ中央で火星と木星の間を公転しており、公転周期（年）は4.6地球年です。[2]他の惑星や準惑星と比較すると、ケレスの軌道は地球の軌道に対して中程度に傾いています。傾斜角（i ）は10.6°で、水星の7°、冥王星の17°と比較して低くなっています。また、わずかに細長く、離心率（e）は0.08で、火星の0.09と比較して低くなっています。[2]
ケレスは小惑星族には属さないが、これはおそらく氷の割合が大きいためである。同じ組成の小天体は太陽系の年齢の間に昇華して消滅してしまうからである。 [51]かつてはゲフィオン族[52]に属すると考えられていたが、ゲフィオン族のメンバーは同様の固有軌道要素を共有しており、過去の小惑星衝突による共通の起源を示唆している。ケレスは後にゲフィオン族とは異なる組成を持つことが判明し[52] 、同様の軌道要素を持ちながらも共通の起源を持たない侵入者であると思われる。 [53]
共鳴
小惑星帯内の天体は質量が小さく、距離が離れているため、互いに重力共鳴を起こすことはめったにありません。 [54]それにもかかわらず、ケレスは他の小惑星を一時的に1:1の共鳴状態に捕らえることができます（一時的なトロヤ群小惑星にする）。その期間は数十万年から200万年以上です。そのような天体は50個確認されています。[55]ケレスはパラスと1:1の平均運動軌道共鳴に近いですが（固有軌道周期は0.2%異なります）、天文学的な時間スケールで重要になるほど近いわけではありません。[56]
回転と軸の傾き
ケレスの自転周期（ケレス日）は9 時間4 分である。[10]小さな赤道クレーターであるケイトが本初子午線として選ばれている。[57]ケレスの軸の傾きは4°で、[10]極域に永久に影を落とすクレーターが存在するには十分に小さいため、月や水星で起こるのと同様に、これらのクレーターはコールドトラップとして機能し、時間の経過とともに水氷を蓄積すると予想される。表面から放出された水分子の約0.14%がトラップに閉じ込められ、逃げるか閉じ込められる前に平均3回跳ね返ると予想される。[10]
ケレスを周回した最初の宇宙船であるドーン は、北極軸が赤経19 時25 分40.3 秒（291.418°）、赤緯+66°45分50秒（デルタドラコニスから約1.5度）を指していることを突き止めました。これは、軸の傾きが4°であることを意味します。これは、ケレスでは現在、緯度による太陽光の季節変動がほとんどまたはまったく見られないことを意味します。 [58]過去300万年にわたる木星と土星の重力の影響により、ケレスの軸の傾きは2度から20度の範囲で周期的に変化しており、これは太陽光への露出の季節変動が過去に起こっていたことを意味しており、季節的な活動の最後の期間は14,000年前と推定されています。軸の傾きが最大になる期間に影になっているクレーターは、太陽系の年齢にわたる噴火や彗星の衝突による水氷を保持している可能性が最も高いです。 [59]
地質学
ケレスは、主小惑星帯で最大の小惑星です。[16] C型または炭素質小惑星に分類されています[16]また、粘土鉱物の存在により、G型小惑星にも分類されています。[60]炭素質コンドライト隕石と類似していますが、同一ではありません。[61]扁平な球体で、赤道直径は極直径より8%大きいです。[2]ドーン探査機による測定では、平均直径は939.4 km (583.7 mi) [2]、質量は9.38 × 10 20 kg . [62]これにより、ケレスの密度は2.16 g/cm3 [2]であり、その質量の4分の1が水氷であることを示唆している。[63]
セレスは推定の40％を占める(2394 ± 5) × 10 18 kgの質量を持つ小惑星帯の3+ケレスは次に大きい小惑星ベスタの1⁄2倍の質量だが、月の 1.3% に過ぎない。静水力平衡に近いが、平衡形状からのずれについてはまだ説明されていない。 [64]いずれにせよ、ケレスは海王星よりも公転周期が短い唯一の広く認められた準惑星である。 [63] モデル化により、ケレスの岩石物質は部分的に分化しており、小さな核を持つ可能性があることが示唆されている、 [65] [66]データは、マントルが水和ケイ酸塩で核がないというデータとも一致している。 [64]ドーンには磁力計がなかったため、ケレスに磁場があるかどうかは不明であるが、ないと考えられている。 [67] [68]ケレスの内部分化は天然衛星の欠如と関係している可能性がある。メインベルト小惑星の衛星は衝突による破壊から形成され、分化していない瓦礫の山のような構造を形成すると考えられている。 [69]
表面
構成
ケレスの表面組成は地球規模で均質であり、水によって変化した炭酸塩とアンモニア化フィロケイ酸塩に富んでいます。 [64]ただし、表土中の水氷は、極地の緯度では約10%であるのに対し、赤道地域でははるかに乾燥しており、氷がまったくないこともあります。[64]
ハッブル宇宙望遠鏡を使った研究では、ケレスの表面にグラファイト、硫黄、二酸化硫黄が存在することが示されています。グラファイトは明らかにケレスの古い表面の宇宙風化の結果です。後者の2つはケレスの環境下では揮発性であり、すぐに逃げるか冷たいトラップに沈むと予想され、したがって比較的最近の地質活動の領域に関連していることが明らかです。[70]
エルヌテットクレーターでは有機化合物が検出され、 [71]惑星の表面付近の大部分は炭素に富んでおり、質量比で約 20% である。[72]炭素含有量は、地球で分析された炭素質コンドライト隕石の 5 倍以上である。[72]表面の炭素は、粘土などの岩石と水の相互作用の産物と混ざっている証拠を示している。[72]この化学的性質は、ケレスがおそらく木星の軌道の外側の冷たい環境で形成され、水の存在下で炭素を豊富に含む物質から集積したことを示しており、これは有機化学に好ましい条件を提供している可能性がある。[72]
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180°経度を中心としたケレスの白黒写真地図と公式名称（2017年9月） -
![ケレス、極地（2015年11月）：北（左）、南（右）。南極は影になっている。「イソロ山」はその後「ヤモル山」に改名された。[73]](https://img-server.japedia.wiki/wikipedia/commons/thumb/0/0c/PIA20126-Ceres-PolarRegions-Dawn-20151023.jpg/500px-PIA20126-Ceres-PolarRegions-Dawn-20151023.jpg)
ケレス、極地（2015年11月）：北（左）、南（右）。南極は影になっている。「イソロ山」はその後「ヤモル山」に改名された。[73]
クレーター
ドーンは、ケレスの表面にはクレーターが多数あることを明らかにしたが、大きなクレーターの数は予想よりも少ない。[75]現在の小惑星帯の形成に基づくモデルでは、ケレスには直径400 km (250 mi) を超えるクレーターが10～15個あると予測されていた。[75]ケレスで確認されている最大のクレーターであるケルワン盆地は、直径284 km (176 mi) である。[76]この最も可能性の高い理由は、地殻の粘性緩和によって大きな衝突がゆっくりと平坦化していることである。[75] [77]
ケレスの北極地域は赤道地域よりもはるかに多くのクレーターが見られ、特に東赤道地域では比較的クレーターが少ない。[78] 20～100キロメートル（10～60マイル）のクレーターの全体的な大きさの頻度は、それらが後期重爆撃 期に発生したことと一致しており、古代の極地域以外のクレーターは初期の氷火山活動によって消滅した可能性が高い。[78]縁が劣化した3つの大きな浅い盆地（平原）は、浸食されたクレーターである可能性が高い。[64]最大のベンディミア平原は直径800キロメートル（500マイル）で、[75]ケレスで最大の地理的特徴でもある。[79] 3つのうち2つは、平均よりも高いアンモニウム濃度を示している。[64]
ドーンは、ケレスの表面で直径105メートル（344フィート）を超える岩石を4,423個観測した。これらの岩石は衝突によって形成されたと思われ、クレーター内またはその近くで発見されているが、すべてのクレーターに岩石があるわけではない。大きな岩石は高緯度ほど多く見られる。ケレスの岩石はもろく、熱応力（夜明けと夕暮れには表面温度が急激に変化する）と隕石の衝突により急速に劣化する。その最大年齢は1億5000 万年と推定されており、ベスタの岩石の寿命よりもはるかに短い。[80]
地質学的特徴
ケレスにはプレートテクトニクスがなく[81]、表面の特徴の大部分は衝突または氷火山活動に関連しているが[82] 、その表面、特に東半球にはいくつかの潜在的な地殻構造が暫定的に確認されている。ケレス表面のキロメートル規模の線状断層であるサムハイン・カテナエは、衝突との明らかな関連がなく、埋没正断層を示すピットクレーター列によく似ている。また、ケレスのいくつかのクレーターには、氷マグマ貫入と一致する浅く割れた底がある。[83]
氷火山活動
ケレスにはアフナ山という目立つ山が 1 つある。これは氷火山のようで、クレーターはほとんどなく、最大年齢は 2 億 4000 万年と推定される。[85]比較的高い重力場は、密度が高く、したがって氷よりも岩石で構成されていることを示唆しており、その配置はマントル上部からの塩水とケイ酸塩粒子のスラリーのダイアピル作用による可能性が高い。 [51]ケルワン盆地とほぼ正反対の位置にある。ケルワン形成衝突による地震エネルギーは、ケレスの反対側に集中し、地殻の外層を破壊し、高粘度の氷マグマ (塩分によって軟化した泥水の氷) が表面に移動するきっかけとなった可能性がある。[86]ケルワンにも、衝突による地下氷の融解による液体の水の影響の証拠が見られる。[76]
2018年のコンピューターシミュレーションによると、ケレスの氷火山は、一度形成されると、数億年かけて粘性緩和により後退することが示唆されている。研究チームは、ケレス表面の緩和した氷火山の有力な候補として22の地形を特定した。[85] [87]衝突クレーターのある古代の山頂ヤモル山は、はるかに古いにもかかわらず、アフナ山に似ている。これは、ケレスの北極地域に位置し、気温が低いため地殻の粘性緩和が妨げられるためである。[82]モデルによると、過去数十億年にわたって、平均して5000万年に1つの氷火山がケレスに形成されたと示唆されている。[82]噴火は古代の衝突盆地に関連している可能性があるが、ケレス全体に均一に分布しているわけではない。[82]このモデルは、アフナ山での発見とは反対に、ケレスの氷火山はケレスの地殻の平均よりもはるかに密度の低い物質で構成されていなければならないことを示唆しており、そうでなければ観測された粘性緩和は起こり得ない。[85]
ケレリアのクレーターの予想外に多い部分には中央に窪みがあるが、これは氷火山作用によるものだろう。中央に山頂があるクレーターもある。[88]何百もの明るい点(白斑) がドーンによって観測されており、最も明るいのは直径 80 km (50 マイル) のオッカトルクレーターの中央にある。[89]オッカトルの中心にある明るい点はセレリア白斑と名付けられ、[90]その東にある明るい点のグループはヴィナリア白斑と名付けられている。[91]オッカトルには幅 9～10 km の窪みがあり、部分的に中央ドームによって埋められている。ドームはその白斑よりも後にできたもので、地球の北極圏にあるピンゴに相当する地下の貯留層が凍結したものと考えられる。 [92] [93]セレリアの上空には定期的にもやが現れ、何らかのガス放出または昇華した氷が明るい点を形成したという仮説を裏付けている。[94] 2016年3月、ドーンはケレスのオクソクレーターの表面で水の氷の決定的な証拠を発見した。[95]
2015年12月9日、NASAの科学者らは、ケレスの明るい斑点は硫酸マグネシウム六水和物（MgSO 4 ·6H 2 O）を含む蒸発した塩水の一種によるものである可能性があると報告した。また、この斑点はアンモニアを多く含む粘土と関連していることも判明した。[96]これらの明るい領域の 近赤外線スペクトルは、2017年に大量の炭酸ナトリウム（Na
2CO の
3）および少量の塩化アンモニウム（NH
4Cl ) または炭酸水素アンモニウム( NH
4HCO
3）。[97] [98]これらの物質は、表面に到達した塩水の結晶化に由来すると示唆されている。[99] 2020年8月、NASAは、ケレスが水が豊富な天体であり、数百の場所で表面に浸透した塩水の深い貯留層があり、 [100]オクタトルクレーターを含む「明るい斑点」を引き起こしていることを確認した。[101]
内部構造
- 厚い外殻（氷、塩、水和鉱物）
- 塩分を多く含む液体（塩水）と岩石
- 「マントル」（含水岩石）
ケレスの活発な地質は氷と塩水によって形成されています。岩石から浸出した水は、約5％の塩分を含むと推定されています。全体として、ケレスは体積で約50％が水（地球は0.1％）、質量で73％が岩石です。[14]
ケレスの最大のクレーターは数キロメートルの深さがあり、浅い地下に氷が豊富であることとは矛盾している。表面に直径約300キロメートル（200マイル）のクレーターが保存されているという事実は、ケレスの最外層が水氷の約1000倍の強度を持っていることを示している。これは、ケイ酸塩、水和塩、メタンクラスレートの混合物であり、水氷の体積は30％以下であることと一致している。[64] [102]
ドーンによる重力測定により、ケレスの内部について3つの競合するモデルが生成された。[14] 3層モデルでは、ケレスは、氷、塩、含水鉱物からなる厚さ40 km (25 mi) の外側の地殻と、粘土などの含水岩石からなる泥状の「マントル」で構成され、塩水と岩石の泥状混合物からなる厚さ60 km (37 mi) の層で区切られていると考えられている。[103]ケレスの深部内部に液体が含まれているのか、金属を豊富に含む高密度物質の核が含まれているのかは不明であるが、[104]中心密度が低いことから、約10%の多孔性を保持している可能性がある。[14]ある研究では、核とマントル/地殻の密度はそれぞれ2.46～2.90 g/cm 3 と1.68～1.95 g/cm 3と推定され、マントルと地殻を合わせた厚さは70～190 km (40～120 mi) である。マントルの密度が水氷に比べて高いのはケイ酸塩と塩類に富んでいるためだが、核からの脱水（氷の排出）は部分的であると予想される。[9]つまり、核（存在する場合）、マントル、地殻はすべて岩石と氷で構成されているが、その比率は異なる。
ケレスの鉱物組成は、その外側の 100 km (60 マイル) についてのみ (間接的に) 特定できます。厚さ 40 km (25 マイル) の固体外殻は、氷、塩、および含水鉱物の混合物です。その下には、少量の塩水を含む可能性のある層があります。これは、少なくとも 100 km (60 マイル) の検出限界の深さまで広がっています。その下には、粘土などの含水岩石が主であるマントルがあると考えられています。[104]
ある 2 層モデルでは、ケレスはコンドリュールの核と、氷とミクロン サイズの固体粒子 (「泥」) が混ざったマントルから構成されています。表面で氷が昇華すると、おそらく 20 メートルの厚さの水和粒子の堆積物が残ります。分化の範囲はデータと一致しており、75% がコンドリュール、25% が粒子でマントルが 75% が氷、25% が粒子である 360 km (220 マイル) の大きな核から、ほぼ完全に粒子でマントルが 30% が氷、70% が粒子である 85 km (55 マイル) の小さな核まであります。大きな核の場合、核とマントルの境界は塩水の塊ができるほど暖かいはずです。小さな核の場合、マントルは 110 km (68 マイル) より下で液体のままです。後者の場合、液体貯留層の2%が凍結すると、液体が圧縮されて一部が地表に押し出され、氷火山活動が発生する。[105]
2 つ目の 2 層モデルでは、ケレスが揮発性物質に富む地殻と、より密度の高い含水ケイ酸塩のマントルに部分的に分化したと示唆されています。地殻とマントルの密度の範囲は、ケレスに影響を与えたと考えられる隕石の種類から計算できます。CI クラス隕石 (密度 2.46 g/cm 3 ) の場合、地殻の厚さは約 70 km (40 マイル)、密度は 1.68 g/cm 3になります。CM クラス隕石 (密度 2.9 g/cm 3 ) の場合、地殻の厚さは約 190 km (120 マイル)、密度は 1.9 g/cm 3になります。最適モデル化によれば、地殻の厚さは約40km（25マイル）、密度は約1.25g/cm3 、マントル/コアの密度は約2.4g/cm3となる。 [ 64]
雰囲気
2017年、ドーン衛星はケレスに一時的な水蒸気の大気があることを確認した。[106]大気の存在の兆候は、2014年初頭にハーシェル宇宙望遠鏡がケレスの中緯度に局所的な水蒸気源を検出したときに現れた。その水蒸気源は直径60km（40マイル）以下で、それぞれ約1000トンの蒸気を放出している。1秒間に10 26分子（3 kg）の水が蒸発する。[107] [108] [d]ピアッツィ（東経123度、北緯21度）と領域A（東経231度、北緯23度）と名付けられた2つの潜在的な発生源領域は、ケック天文台によって近赤外線で暗い領域（領域Aにも明るい中心がある）として可視化された。蒸気放出の考えられるメカニズムは、約0.6 km 2（0.2平方マイル）の露出した表面氷からの昇華、放射性内部熱による氷火山噴火、[107]または上部の氷層の肥厚による地下海の加圧である。[111] 2015年、デイビッド・ジューイットは活動的な小惑星のリストにケレスを含めた。[112]表面の水氷は太陽から 5 AU 未満の距離では不安定であるため、 [113]太陽放射に直接さらされると昇華すると予想されます。太陽フレアやCMEからの陽子放出により、表面に露出した氷の塊が飛び散り、水蒸気の検出と太陽活動の間に正の相関関係が生まれます。[114]水氷はケレスの深層から表面に移動できますが、短時間で逃げてしまいます。表面の昇華は、ケレスが軌道上で太陽から遠いほど低くなると予想され、内部で発生する放出は軌道位置の影響を受けないはずです。これまでに入手可能な限られたデータでは、彗星のような昇華が示唆されていましたが、[107]ドーンの証拠は、地質活動が少なくとも部分的に原因である可能性があることを示唆しています。[115]
ドーンのガンマ線・中性子検出器（GRaND）を使用した研究により、ケレスが太陽風からの電子を加速していることが明らかになっています。最も受け入れられている仮説は、これらの電子が太陽風と希薄な水蒸気外気圏との衝突によって加速されているというものです。[116] [ 117] このような弓状衝撃波は一時的な磁場によっても説明できますが、ケレスの内部は十分な導電性がないと考えられているため、可能性は低いと考えられています。 [117]ケレスの薄い外気圏は、衝突による水氷パッチの露出、多孔質の氷殻を通じた水氷の拡散、太陽活動中の陽子スパッタリングによって継続的に補充されています。[118] [119] [120]この水蒸気拡散の速度は粒径に比例し[121]、約1ミクロンの粒子の集合体からなる地球規模のダストマントルの影響を大きく受けます。[122]昇華のみによる外気圏の補充は非常に少なく、現在のガス放出率はわずか0.003 kg/sです。[123]現存する外気圏のさまざまなモデルが、弾道軌道、DSMC、極冠数値モデルなど、試みられてきました。[124] [125] [126]結果は、弾道軌道モデルから7時間の水外気圏半減期、DSMCモデルを使用した光学的に薄い大気が数十日間持続する6 kg/sのガス放出率、極冠モデルを使用した季節的な極冠が外気圏の水供給から形成されたことを示しました。外気圏内の水分子の移動性は、表面との相互作用と相まって弾道ホップによって支配されていますが、惑星レゴリスとの直接的な相互作用についてはあまりわかっていません。[123]
起源と進化
ケレスは45億6千万年前に形成された原始惑星 で、パラスとベスタとともに太陽系内に残る3つの惑星のうちの1つである。[127]残りの惑星は合体して地球型惑星になったか、衝突で粉砕されたか[128]、木星によって弾き出された。[129]ケレスの現在の位置にもかかわらず、その組成は小惑星帯内で形成されたとは一致しない。むしろ、木星と土星の軌道の間に形成され、木星が外側に移動したときに小惑星帯に逸らされたと思われる。[14]オクタトルクレーターでアンモニウム塩が発見されたことは、アンモニアがその地域ではるかに豊富であることから、太陽系外縁部起源であることを裏付けている。[130]
ケレスの初期の地質学的進化は、その形成中および形成後に利用可能な熱源、すなわち微惑星の 集積による衝突エネルギーと放射性核種の崩壊（おそらくアルミニウム26などの短寿命の絶滅した放射性核種を含む）に依存していた。これらは、ケレスが形成後すぐに岩石の核と氷のマントル、さらには液体の水の海に分化するのに十分であった可能性がある[64]。[66]この海は凍結したときに表面の下に氷の層を残すはずだった。ドーンがそのような層の証拠を見つけなかったという事実は、ケレスの元の地殻が後の衝突によって少なくとも部分的に破壊され、氷が古代の海底の塩分とケイ酸塩を豊富に含む物質とその下の物質と完全に混ざったことを示唆している。[64]
ケレスには驚くほど大きなクレーターがほとんどなく、粘性緩和と氷火山活動によって古い地質学的特徴が消失したことを示唆している。[131] 粘土と炭酸塩の存在は50 ℃以上の温度での化学反応を必要とし、これは熱水活動と一致する。 [51]
ケレスは時間の経過とともに地質学的にかなり活動性が低下し、表面の大部分は衝突クレーターで占められている。しかし、ドーンの証拠は、ケレスの小ささからその歴史の初期に内部の地質学的活動が停止していただろうという予測に反して、内部のプロセスがケレスの表面をかなり大きく削り続けていることを明らかにしている[132] 。 [133]
居住性
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ケレスは、火星、エウロパ、エンケラドゥス、タイタンほど微生物の地球外生命の潜在的な住処として活発に議論されていないが、地球に次いで太陽系の内側の天体の中で最も水が多く、[51]表面下の塩水ポケットは生命の生息地となる可能性がある。[51]エウロパやエンケラドゥスとは異なり、潮汐加熱は受けないが、太陽に十分近く、長寿命の放射性同位元素が十分に含まれているため、長期間にわたって地下に液体の水を保存できる。[51]有機化合物の遠隔検出と、表面近くに質量の20%の炭素が混ざった水が存在することは、有機化学に好ましい条件を提供している可能性がある。[72]生化学的元素のうち、ケレスは炭素、水素、酸素、窒素に富んでいるが[ 134]、リンはまだ検出されておらず[135] 、硫黄はハッブル宇宙望遠鏡の紫外線観測で示唆されているにもかかわらず、ドーンでは検出されなかった。[51]
観察と探索
観察
ケレスは近日点付近で衝となるとき、見かけの等級が+6.7に達することがある。[136]これは普通の肉眼では見るには暗すぎるが、理想的な観察条件であれば、鋭い目があれば見えるかもしれない。ベスタは同様に明るい等級に定期的に達することができる唯一の他の小惑星であるが、パラスと7アイリスは衝と近日点付近の両方でそうである。[137]合となるとき、ケレスの等級は約+9.3であり、これは10×50双眼鏡で見える最も暗い天体に相当する。したがって、新月付近の自然に暗く澄んだ夜空では、そのような双眼鏡でケレスを見ることができる。[17]
1984年11月13日、メキシコ、フロリダ、カリブ海全域で、ケレスによる星BD+8°471の掩蔽が観測され、ケレスの大きさ、形状、アルベドのより正確な測定が可能になった。[138] 1995年6月25日、ハッブル宇宙望遠鏡は50km（30マイル）の解像度でケレスの紫外線画像を取得しました。[60] 2002年、ケック天文台は補償光学を使用して30km（20マイル）の解像度で赤外線画像を取得しました。[139]
ドーン計画以前には、ケレスの表面の特徴はわずかしか明確に検出されていなかった。1995年にハッブル宇宙望遠鏡が撮影した高解像度の紫外線画像には、表面に暗い点が写っており、ケレスの発見者にちなんで「ピアッツィ」というあだ名が付けられた。[60]これはクレーターだと考えられていた。2003年と2004年にハッブル宇宙望遠鏡が撮影した一回転の可視光画像には、11の認識可能な表面特徴が写っていたが、その性質は不明だった。[13] [140]そのうちの1つはピアッツィの特徴に対応していた。[13] 2012年にケック天文台が適応光学を使用して撮影した一回転の 近赤外線画像には、ケレスの自転とともに移動する明るい特徴と暗い特徴が写っていた。[141] 2つの暗い特徴は円形で、クレーターだと推定された。1つは明るい中央領域があることが観測され、もう1つはピアッツィの特徴であると特定された。[141] 夜明けの探査により、ピアッツィはヴェンディミア平原の中央、ダントゥクレーターに近い暗い領域であり、もう1つの暗い地形はハナミ平原内、オッカトルクレーターに近いことが明らかになった。[142]
夜明けミッション
夜明け ・ セレス
1990年代初頭、NASAは一連の低コスト科学ミッションを目的としたディスカバリー計画を開始した。1996年、同計画の研究チームはイオンエンジンを搭載した宇宙船を使用して小惑星帯を探索するという優先度の高いミッションを提案した。資金調達は10年近く問題を抱えていたが、2004年までにドーンの宇宙船は重要な設計審査に合格した。[143]
ドーン は、ベスタまたはケレスを訪問した最初の宇宙ミッションであり、2007年9月27日に打ち上げられました。2011年5月3日、ドーンはベスタから1,200,000 km (750,000マイル)の距離で最初の目標画像を取得しました。[144]ドーンはベスタを13か月間周回した後、イオンエンジンを使用してケレスに向けて出発し、2015年3月6日に61,000 km (38,000マイル)の距離で重力捕捉が行われました。[145] これは、ニューホライズンズが冥王星を通過する4か月前です。 [ 146 ]
探査機の装備には、フレーミングカメラ、可視・赤外線 分光計、ガンマ線・中性子検出器が含まれていた。これらの機器は、ケレスの形状と元素組成を調べた。[147] 2015年1月13日、ドーンがケレスに接近したとき、探査機はハッブル宇宙望遠鏡に近い解像度で最初の画像を撮影し、衝突クレーターと表面の小さな高アルベドスポットを明らかにした。2月から4月にかけて、解像度をさらに向上させた追加の撮影セッションが行われた。[148]
ドーンのミッションプロファイルでは、高度を徐々に下げていく一連の円極軌道からケレスを調査することになっていた。2015年4月23日、高度13,500 km (8,400 mi) でケレスを周回する最初の観測軌道 (RC3) に入り、1周のみ (15日間) 滞在した。[149] [150]その後、探査機は軌道距離を4,400 km (2,700 mi) に下げ、2回目の観測軌道 (調査) で3週間周回し、[151]その後、高度1,470 km (910 mi) (HAMO、高高度マッピング軌道) で2か月間周回し、 [152]その後、最終軌道である高度375 km (233 mi) (LAMO、低高度マッピング軌道) で少なくとも3か月間周回した。[153] 2015年10月、NASAはドーンが撮影したケレスの実物大カラー写真を公開した。[154] 2017年、ドーンのミッションは延長され、軌道維持に使用されていたヒドラジンがなくなるまでケレスの周りを周回した。[155]
ドーンはすぐに氷火山活動の証拠を発見した。2015年2月19日の画像では、クレーター内の2つの明瞭な明るい点（または高アルベドの特徴）（以前のハッブル宇宙望遠鏡の画像で観測された明るい点とは異なる） [156]が見られ、氷火山起源の可能性[157]またはガス放出[ 158]についての推測につながった。2016年9月2日、ドーンチームの科学者はサイエンス誌の論文で、アフナ山がケレスの氷火山の特徴を示すこれまでで最も強力な証拠であると主張した。[86] 2015年5月11日、NASAは、斑点が複数の小さな斑点で構成されていることを示す高解像度の画像を公開した。[159] 2015年12月9日、NASAの科学者は、ケレスの明るい点はある種の塩、特に硫酸マグネシウム六水和物（MgSO 4 ·6H 2 O）を含む塩水と関係がある可能性があると報告した。これらの斑点はアンモニアを多く含む粘土と関連していることも判明した。[96] 2016年6月、これらの明るい領域の近赤外線スペクトルは、大量の炭酸ナトリウム（Na
2CO の
3）、これはおそらく最近の地質活動が明るい斑点の形成に関与していたことを示唆している。[160]
2018年6月から10月にかけて、ドーンはケレスを最短35km（22マイル）から最長4,000km（2,500マイル）まで周回した。[161]ドーンのミッションは、探査機の燃料が尽きたため、2018年11月1日に終了した。[162]
今後のミッション
2020年、ESAチームは、オクタトルクレーターへの後続ミッションであるカラトゥスミッションのコンセプトを提案し、明るい炭酸塩斑と暗い有機物のサンプルを地球に持ち帰ることを計画している。 [163]中国宇宙機関は、2020年代に実施されるケレスからのサンプルリターンミッションを計画している。[164]
ウィキメディア・コモンズには、ケレス（準惑星）に関連するメディアがあります。
参照
注記
- ^ abcd 既知のパラメータに基づいて計算:
- 表面積: 4πr 2
- 表面重力: GM/r2 ...
- 脱出速度: √ 2GM/r
- 回転速度: 回転周期/周
- ^ ケレスに与えられた値は平均慣性モーメントであり、極慣性モーメントよりもその内部構造をよりよく表していると考えられている。これは極の扁平率が高いためである。[9]
- ^ 1807年にクラプロートは、この元素の名称をセレリウムに変更しようとしたが、これは「蝋」を意味する語源cēra （ cereous 、「waxy」の意味）との混同を避けるためであったが、定着しなかった。[33]
- ^この放出率は、 エンケラドゥス（より小さな天体）とエウロパ（より大きな天体）の潮汐力によって駆動されるプルームの計算値であるそれぞれ200kg/s [109]と7000kg /s [110]と比較すると控えめです。
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外部リンク
- Ceres Trek – 1 Ceresのデータセットと地図の統合マップブラウザ
- セレス 3D モデル – NASA
- 目的地セレス：夜明けの朝食 – NASA
- JPL の Dawn ミッションのホームページ
- ケレスの軌道のシミュレーション
- Google Ceres 3D、準惑星のインタラクティブマップ
- ガウスがケレスの軌道を決定した方法 2008年4月14日アーカイブ、Wayback Machine、 keplersdiscovery.comより
- ケレスのアニメーション再投影カラー地図 (2015 年 2 月 22 日)
- 動画 (3:34): セレス「明るい斑点」 – 謎が解明 (2020 年 8 月 10 日) YouTubeで
- ショーン・ドランによるケレスの回転レリーフモデル（全回転の約 60%、中心より上方にオクタトルから始まる）
- AstDyS-2、小惑星ダイナミックサイトのケレス（準惑星）
- エフェメリス ·観測予測 ·軌道情報 ·固有要素 ·観測情報
- JPL 小天体データベースの Ceres
