谷神星严守了215年的奥秘

[ 录入者:Melipal | 时间:2016-02-29 17:43:45 | 作者:Melipal 译 | 来源:NASA | 浏览:1428次 ]

原文标题:Ceres: Keeping Well-Guarded Secrets for 215 Years

作者:Elizabeth Landau   原文来自:NASA   Posted: 2016. 1. 27

编译:Melipal  审校:数星星的猫(编译版权所有,未经许可请勿转载)

对于天文学来说,1801年的元旦,也就是19世纪的第一天是个历史性的日子,对于200多年后的黎明号探测计划来说亦然。那天晚上,朱塞佩·皮亚齐(Giuseppe Piazzi)将望远镜对准了天空,发现了一个现在我们称作谷神星的遥远星球。

今天,NASA的黎明号探测器让我们以极清晰的细节一睹谷神星。通过黎明号在过去一年中拍摄的影像,我们知道谷神星是一个环形山密布的星球,其地表拥有多样的地貌,其中包括一座高耸的锥状山峰,还有130余处高反照率斑块,可能由类似盐分的物质组成。但是在1801年那个宿命的夜晚,皮亚齐在望远镜中发现一个小而暗淡的光点时,他并不确定自己看到了什么。

来自加州帕萨迪那(Pasadena)NASA喷气推进实验室的的黎明号任务负责人兼首席工程师马克·雷曼(Marc Rayman)说:“当皮亚齐发现谷神星时,探测这里还超乎了人们的想象。2个多世纪之后,NASA派遣了一架自动探测器,踏上一段路途超过30亿英里的宇宙征程,前往这颗他瞥见的遥远神秘星球。”

皮亚齐当时是意大利西西里岛巴勒莫(Pamermo)天文台的台长,这里从这位天文学家的有生之年开始汇集档案与仪器,并出版了一本关于谷神星发现的小册子。根据天文台提供的资料,皮亚齐在1801年1月1日正在为恒星位置编纂目录,然后他注意到了一个“光线有些暗淡,颜色类似木星”的天体。在随后的一个晚上,他再次寻找它,却发现它的位置发生了略微的变化。

朱塞佩·皮亚齐使用这架名为冉斯登环的仪器在1801年1月1日发现了谷神星。这架望远镜在西西里岛的巴勒莫天文台进行展示。(图片提供:NASA/JPL-Caltech/Palermo Observatory)

这个天体是什么?皮亚齐向天文学同事约翰·埃勒特·波得(Johann Elert Bode)与巴拿巴·奥里亚尼(Barnaba Oriani)写了信,告诉他们自己发现了一颗彗星。

皮亚齐在向奥里亚尼的信中写道:“我认为这颗星是一颗彗星,不过由于它缺乏云状物质,而且它的运动非常缓慢均匀,我从内心认为,它或许应该是一个优于彗星的天体。然而要将这个猜测公诸于众,我要非常小心才是。”

失落的行星?

皮亚齐并没有严守这个秘密。他告诉报界,这个天体是个彗星,但并没有提供观测的数据,这引发了其他天文学家的批评。随后皮亚齐有一段时间生病了,并称他再也观测不到这个天体了。

随着报纸将发现新彗星的消息广为传播,2月,巴黎的天文学家杰罗姆·德·拉朗德(Jerome de Lalande)写信给皮亚齐,要他提供相关的数据。4月,这名意大利天文学在病愈之后家答应了这个请求。拉朗德的一名学生约翰·卡尔·伯克哈特(Johann Karl Burckhardt)进行了计算,并揭示出皮亚齐发现的天体轨道与彗星并不相符。相反,数据看上去与圆形轨道更加吻合。

皮亚齐发现谷神星的巴勒莫天文台如今保留着一系列的古代天文仪器。(图片提供:Elizabeth Landau)

当然,当年还没有电子邮件,而皮亚齐告知朋友波得与奥里亚尼发现所谓彗星的信件由于拿破仑战争而被耽搁了。最终这两名天文学家在3月才收到信件。

对于波得来说,这个消息尤为有趣,原因是他提出了提丢斯-波得假说:我们太阳系中行星的位置遵循一个特定的规律分布,它预言了各个行星与太阳的距离。1781年发现的天王星就也与预言相符。但是这个规律还需要在火星和木星之间存在一颗尚未发现的行星。

为了发现这颗失落的行星,1800年,一群德国的天文学家组成了名为“天空警察”(德文是Himmelspolizei)的组织,由弗朗兹·克萨韦尔·冯·扎克(Franz Xaver von Zach)担任秘书。这个组织由24名天文学家组成,每人负责巡视黄道上跨越15度的天区,以搜索这个迷失的星球。然而皮亚齐在发现谷神星之前,并没有收到加入这个组织的邀请。

波得根据皮亚齐的数据计算出了一条轨道,他确信,皮亚齐看到的这个天体正是他公式中的失落行星(随后又被降格)。同时,奥里亚尼也计算出了轨道,并在4月7日询问冯·扎克是否可以在他知名的天文学杂志《每月通报》(Monatliche Correspondenz)中发表这一消息,也就是这颗行星可能已经被发现了。

几乎变成了一颗“失落的彗星”

到了1801年春季,由于多云的天气以及该天体的轨道位置(在夜间不再可见,而太阳会遮掩天文学家的视线),除了皮亚齐之外,没有人观测到这颗新的天体。同时,皮亚齐还是没有发表任何关于这个天体的信息,而他在继续改进数据。他的一些同事因为皮亚齐不公开信息的行为而沮丧。如果没有止于2月11日的观测数据,新发现的证实是很困难的——谷神星在2月之后消失了。

为何皮亚齐如此犹豫地不去发表数据?其中的一个原因是,虽然皮亚齐是一名经验丰富的观测者,但他并不具备坚实的天文学理论知识,因此他并不能很快计算出轨道。其次,他要为自己以及整个天文台的信誉与名声承担风险。但在他犹豫不决的时候,德国的同行如波得等却确信,在火星和木星之间需要存在一颗行星。据巴勒莫天文台谷神星小册子的编辑者伊利那·金尼奇(Ileana Chinnici)称,正是他们的信念帮助了该天体相关研究的进行。

金尼奇说:“如果没有德国天文学家的决心,皮亚齐充其量只是一颗失落彗星的发现者。他们‘确信’这颗行星的存在,并被证实它存在的努力所驱动。这说明了观念、模型和理论在过去以及今天是有多么强有力。”

搜寻谷神星

最终在1801年7月,皮亚齐计算出了这个天体的轨道,并将同年早些时候进行的观测数据公开。虽然其他天文学家已经提出了他们自己的名称,如婚神星(Juno)、后神星(Hera)或皮亚齐(为了表彰发现它的天文学家),皮亚齐本人却宣布,这颗“新星”叫做谷神斐迪南(Ceres Ferdinandea)。“斐迪南”后缀是献给西西里国外斐迪南的。

谷神是罗马的农业女神,同时也是皮亚齐生活工作的西西里岛的守护神。希望将这个天体称为婚神星的波得也赞同谷神星这个名称:“你是在金牛座发现它的,随后又在室女座观测到了它,而室女是古时的谷神。这两个星座都是农业的象征。这样的事件很独特。”

到了1801年7月底,许多天文学家都认为,谷神星是一颗行星,但是他们还需要额外的证实和观测。9月,皮亚齐在冯·扎克的杂志上发表了他的完整数据,并由此吸引了一名年轻数学家的注意,后者在决定谷神星命运的过程中极为重要。

时年24岁的卡尔·弗雷德里希·高斯(Carl Friedrich Gauss)正在对新的数学方法进行实验,后来这一方法出了名。当他将这一方法用于谷神星之后,他得出的位置预言与其他人的计算结果存在差异。虽然一些人怀疑高斯的结果,但他的计算却让冯·扎克成为在1081年12月7日第一个再度看到谷神星的人,随后当时其他的著名天文学家也对其进行了再次观测,皮亚齐本人则在1802年2月23日又看到了它。

小行星:新一类天体

我们认为高斯是计算出谷神星轨道的人,但是他并没有解决一个根本性的问题:谷神星是什么?

1802年3月,海因里希·威廉·马蒂亚斯·奥伯斯(Heinrich Wilhelm Matthias Olbers)发现了第二个类似的天体,随后它被称为智神星。史上最著名的天文学家之一威廉·赫歇尔随后撰写了一篇论述文章,提出谷神星和智神星都属于一类全新的天体——小行星(asteroid)。赫歇尔如是描写谷神星:“如果我们将其称作行星,那么它就无法以行星必需的条件恰当地填充火星和木星之间的空间。”

虽然赫歇尔将皮亚齐取得的成果视作小行星的第一个样本,皮亚齐却很失望。他认为发现天王星的赫歇尔只是为了贬低谷神星。皮亚齐在写给奥里亚尼的信中说道:“随便让他们称其为小行星体(planetoid)还是小彗星(cometoid),但是绝对不要称为小行星……如果必须要将谷神星视作小行星,那么天王星亦然。”

然而大门已经开启,大量更多的小行星即将被观测到。1804年婚神星的发现与1807年灶神星(后来它成为NASA黎明号探测器的第一个目标)的发现增强了赫歇尔的观点,也就是小行星本身就是一类天体。赫歇尔提出了“小行星”这个名词,原因是在望远镜中它们看上去像是个星点。今天我们知道,在火星和木星之间的小行星主带中,存在数以十万计的小行星。

皮亚齐的遗产

皮亚齐不会知道,NASA的哈勃空间望远镜有朝一日会传回谷神星众多迷人的影像,让天文学家证实,这个天体的确像地球一样圆。他也不会想象到,在他死后很久的2006年,国际天文学联合会会将谷神星从小行星升级为矮行星,让它与冥王星同处一级,而后者在他的有生之年尚未被发现。他同样不知道的是,2007年,NASA会从佛罗里达州一个名叫卡纳维拉尔角的地方发射黎明号探测器,并让它踏上前往灶神星和谷神星的空前征程。

他可能不会想到,在1992年NASA的国际紫外探测器观测到谷神星的氢氧化物之后,2013年,一架名叫赫歇尔的空间望远镜会发现谷神星喷出的水蒸汽。

他也不会猜到,2015年3月6日,黎明号被成功俘获进入了环绕谷神星的轨道,并在这一年剩下的时间里向地球传回影像与其他宝贵的数据。他并不会知道科学家将在2015年11月使用哈勃空间望远镜独特的能力来观测谷神星的紫外辐射,以补足黎明号的观测。

现在,我们在纪念谷神星发现215周年之际,黎明号正在从高度最低的轨道(距离表面240英里,385千米)上对这颗矮行星进行观测。皮亚齐使用他的望远镜不可能看到的诸多环形山以及其他地貌正在以农业或节庆之神的名字来命名,扩展着皮亚齐以“谷神”之名开启的主题。

雷曼说:“我们的知识、能力、所及的领域,甚至还有我们的野心都远远超出了皮亚齐的想象,而正是由于他的发现,我们才能将这些运用其上,并了解更多。这不仅仅是要了解谷神星本身,还要了解太阳系的黎明期。”

黎明号探测器由喷气推进实验室为华盛顿的NASA科学任务理事会管理。黎明号是阿拉巴马州亨茨维尔市(Huntsville)NASA马歇尔太空飞行中心为理事会管理的发现(Discovery)计划的一个成员。UCLA负责黎明号全程的科学研究。弗吉尼亚州杜勒斯(Dulles)的轨道ATK公司(Orbital ATK Inc.)设计并建造了探测器。德国航空航天中心、马克斯·普朗克太阳系所、意大利空间局以及意大利国家天体物理研究所是该计划小组的国际合作伙伴。探测器全部参与者列表请访问:http://dawn.jpl.nasa.gov/mission

更多关于黎明号的信息请访问http://dawn.jpl.nasa.gov/missionhttp://www.nasa.gov/dawn

(全文完)

Tags:谷神星 黎明号

责任编辑:Melipal

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