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阋神星

阋神星(136199 Eris),是一个已知第二大的属于柯伊伯带海王星外天体的矮行星,根据早期数据观测估算比冥王星大(2015年7月,美国航天局公布的最新数据中,冥王星直径约为2370公里,阋神星直径约为2326公里)在公布发现时曾被其发现者和NASA等组织称为“第十大行星”。并曾被传为第十大行星“齐娜”。阋神星有一颗卫星,在国际天文联合会议上该卫星被正式命名为阋卫一(Dysnomia,戴丝诺米娅)。

因为阋神星看起来比冥王星要大,所以一开始它的发现者 [1] 和NASA把其称之为太阳系的第十大行星。这个,以及之后其他类似大小天体的发现,促使国际天文联合会第一次重新进行行星定义。阋神星于2005年7月位于距离太阳97个天文单位远的位置,而它的轨道极为倾斜,公转周期为557年。它被分类为黄道离散天体(偏离地球轨道平面的星体)。在2006年8月之「第26届国际天文学大会」上,把2003 UB313划入矮行星之列,赋与小行星编号136199号,并以希腊神话中的阋神厄里斯(ρι)命名。根据2006年8月24日的IAU的行星定义,阋神星是一个同冥王星、谷神星妊神星鸟神星一样的矮行星。

2010年11月6日,对阋神星掩星的初步结果显示,其直径约2326公里,误差±12公里 [2] ,其直径略小于冥王星。

2015年7月,NASA发现,阋神星的直径要比科学家们此前推测的小,最终得出的数值为1445英里(约为2326千米),比冥王星的1473英里(约为2371千米)小。 [3]

根据小行星的命名常规,此星体的临时命名2003 UB313。发现者有权决定它的名字,只要获国际天文学联合会认可。在发现者的网站中,此小行星使用了“Lila”这名字(取名自美国加州理工学院天文学家布朗的女儿Lilah)。该发现后来在指这是“一个感情用事的父亲在大清早对网站的命名”。

因为它的体积比冥王星大,它曾经会被考虑成为太阳系的第十行星。但由于现时已发现多个与冥王星大小相若的天体,冥王星作为行星的看法再次受到考验,以至于最终与冥王星一起被划归为矮行星,2006年9月7日被国际小行星中心正式编号为小行星136199号,并命名为“厄里斯”。

中文命名

发现之初,中文的名称颇为纷乱,有采用音译的“厄里斯”,也有意译的“闹神星”、“乱神星”等,莫衷一是。2007年6月16日,在扬州召开的天文学名词审定委员会工作会议上,名词委委员、台湾同仁和特约代表共21人,有鉴于矮行星Eris的发现对太阳系组织结构的重大影响,经过大家充分的意见表达与沟通后,以两阶段投票表决的形式敲定了中文采用意译,译名为“阋神星”。同时将其卫星“Dysnomia”定名为“阋卫一”。

“阋神星”这个名字,是取自水木社区BBS中,网友littledrunk于2006年9月19日发表的文章。阋,xì ,音“隙、细”,不和,争吵的意思

《诗经小雅常棣》:“兄弟阋于墙,外御其侮。”意思是兄弟们虽然在家里争吵,但能一致抵御外人的欺侮。比喻内部虽有分歧,但能团结起来对付外来的侵略。

论语》:吾恐季孙之忧,不在颛臾,而在萧墙之内也。

阋:会意。从门(斗),从儿,儿亦(ní)声。儿,善讼者。本义:不和,争吵。

阋,恒讼也。《说文

兄弟谗阋。《国语周语

发现阋神星的团队,在以往几年已有系统地找寻大形太阳系外围天体。他们曾发现了另外数个海王星外天体,包括(50000)夸奥瓦及(90377)塞德娜。在2003年10月31日,他们在美国加里福尼亚州帕洛玛天文台的48英寸 Samuel Oschin 反射望远镜作例行观察,但拍摄得来的影像,迟至2005年1月,才从透过对比背景星空下,从它缓慢的移动中被发现。接着的观察,初步找出它的轨道位置,以其估计它的直径和大小。该团体原计划押后公布他们的发现,直至后续的观察能更准确决定它的大小和质量。

但他们显然受到了被其他人抢先发表的巨大压力,而不得不提前公布这一重大发现。此天体并非行星X,行星X中的X的意思是未知,而不是罗马数字中的10,历史上发现的第一个行星X是冥王星。

据英国《每日邮报》报道,这是在2005年发现的,利用在智利的一架天文望远镜,天文学家终于精确计算了两个相似行星的距离,阋神星太阳的距离是冥王星到太阳的三倍 [4] 。分布在全球的26个望远镜被要求注意这个事件,但是只有在智利的三个望远镜于2010年11月设法完成了观测。包括运用TRAPPIST望远镜的欧洲天文学研究组织对于这个观察非常奇怪,因为阋神星应该非常大。它位于遥远的柯伊伯带,在557年的运行时间超越了海王星的轨道。虽然这是来自距太阳大约45亿英里的地方,但它仍然是一个非常明亮的行星,几乎反射了全部的光线。这使得天文学家相信这将是一个比冥王星更公平的说法,这是一个比冥王星多36.7亿英里的太阳系边沿行星。他们认为阋神星的光就像一层薄薄的霜裹在上面,比刚下的雪落在地球上还要亮。分析小组的玛丽居里皮埃尔等已经将该观测结果发表在《自然杂志 [5]

阋神星由迈克尔E布朗查德特鲁希略和戴维拉比诺维茨利用2003年10月21日的照片在2005年1月5日分析发现的。鸟神星,2天后发布了妊神星 [6] 发现阋神星的团队,在以往几年已有系统地找寻大型太阳系外围天体。他们曾发现了另外数个海王星外天体,包括创神星亡神星小行星90377。2003年10月21日,他们在美国加里福尼亚州帕洛玛天文台的48英寸 Samuel Oschin反射望远镜作例行观察。由于阋神星移动缓慢,小组的图像自动分析软件没有发现该星体。为了降低假阳性的比例,软件把移动低于1.5弧秒/小时的物体排除在外。赛德娜发现的时候其移动是1.75弧秒/小时。受此启发,研究小组用更低一点的角度移动限制,再次分析了以前的数据,并人工排查。

2005年1月5日,再次分析的数据才揭示了阋神星在背景星空下的缓慢移动。该团体原计划推迟公布他们的发现,直至后续的观察能更准确决定它的大小和质量。但他们显然受到了西班牙其他小组抢先发表的巨大压力,而不得不提前公布这一重大发现。2005年10月,更深入的观测发现,阋神星有一个卫星,之后被命名为迪丝诺美亚。观测迪丝诺美亚的轨道使得科学家能够决定阋神星的质量。2007年6月,观测结果显示阋神星的质量大约是 (1.66 ± 0.02)×10kg,比冥王星重27-。

太阳系中星体的光度,同时取决于它的大小和它的反照率(反射光线的量)。如能找出它与太阳的距离及它的反照率,它的半径就能透过它的视星等出来,反照率较高意味着半径较小。现时,阋神星的反照率仍未找出,所以它的确实大小仍有待确定。但是,天文学家已计算出,即使它的反照率达到1.0(最高),它计算出来的大小仍会有冥王星那样大。然而,该小行星的反照率肯定不会到1(大部分柯伊伯带星体都很暗),所以我们能认定它的大小应会较冥王星大一些。人们现时猜测它的反光度应会与冥王星接近,大约0.6左右,估计它的直径约为2,900公里。

可推断该天体的大小上限,但因为某种技术上的错误,使它未能作出首度对阋神星的观测。在问题解决后,它于2005年8月23日至8月25日成功作出观测,并推断其直径约为2700公里,比冥王星的2274公里大20-。虽然这些数据在日后或会改动,但布朗已断定2003 UB313比冥王星大,并打赌如果它真的比冥王星小,他会把望远镜吃掉。

在2015年7月,美国新视野号探测器到达最接近冥王星的位置,拍下迄今为止最清晰的冥王星照片,依据美国航天局7月13日公布的最新数据,冥王星直径约为2370公里,误差值为上下20公里。这一大小超过了长期被认为大过冥王星的阋神星,后者直径约为2326公里,误差值为上下12公里。所以以新视野号测定的数据,阋神星要比冥王星小。

为了更准确量度2003 UB313的半径,发现者小组动用了哈勃望远镜作出观测。一颗直径3000公里的天体在97AU的距离外,其角度大小会是0.04角秒,哈勃望远镜有能力直接观测得到。虽然接近它的能力极限,但凭借不少影像处理技术,他们仍可计算出准确数字。在之前,他们也曾使用同样的方法,直接量度出小行星的半径。

2006年2月号的《自然》杂志,刊出了马克斯普朗克学会的毫米波段射电天文学(Max Planck Institute for Radio Astronomy at Millimeter wavelengths,简称IRAM)小组在1.2毫米电磁波下对阋神星的间接测量数据,该小组公布2003UB313的直径为3,000千米,但哈勃望远镜于2005年12月9-10日直接测量的结果显示其直径仅有2384±96公里左右。

在确定本小行星的发现之后,科学家利用光谱仪对阋神星进行详细观测。他们于2005年1月25日动用了位于夏威夷的8米口径北双子望远镜进行观测,并从光谱仪红外线资料发现小行星表面有甲烷冰。这意味着阋神星的表面与冥王星很相似。这是除了冥王星外,第二个含有甲烷的海王星外天体天体。另一方面,海卫一的表面也拥有甲烷,使人们认为它也与海王星外天体有关。由于甲烷的高挥发性,这表明阋神星经常都处于太阳系的远处,使它的甲烷冰不会因为来自太阳的辐射热而挥发。 [8] 由于阋神星的遥远的偏心轨道,估计表面温度在-243到-217摄氏度之间(30到56开)不像冥王星和海卫一一样略带红色,阋神星呈现出灰色。冥王星的微红色是由表面沉积的索林所反映出来的。这些沉积物使得表面更加灰暗,更低的反射率会导致较高的温度并使甲烷蒸发。与此相反,阋神星离太阳足够远,即使表面反射率较低也能够使甲烷能够在其表面凝结。这些在行星表面凝结的甲烷能够更加降低反射率并覆盖任何红色的索林。 [9]  阋神至太阳的距离比冥王星要远三倍,它也有至太阳足够近的时候,表面温度升高至的部分冰都开始升华。甲烷是极易挥发的,其存在说明要么阋神星一直处于远离太阳系的位置从而保持甲烷冰的存在,要么就是星体内有一个甲烷的内部来源来补充从大气中逃脱的气体。这和另一个新发现的海王星外天体,妊神星表面不同。妊神星表面覆盖的是水而不是甲烷。

阋卫一。2005年,夏威夷凯克望远镜的调适光学小组使用了新的激光导引星调适光学系统,对四颗最亮的柯伊伯带天体进行观测并使用了新的激光导引星调适光学系统,分别为冥王星鸟神星妊神星及阋神星。在9月10日的观测结果中,他们发现有一颗卫星绕着阋神星运行。为了与阋神星已经有的名字齐娜作伴,布朗的研究小组使用作为这个卫星的昵称,加百利是一个电视剧战士公主的密友。当IAU给予阋神星正式名字的时候,这个卫星被命名为迪丝诺美亚(Δυσνομια,希腊神话中阋神之女)的名字,而中文译名则为阋卫一。这个名字还反应了阋神星旧的非正式名字西娜,电视上由露西劳伦斯扮演。

远日点97.56AU(1.460 ×10 km)

近日点37.77 AU(5.65 ×10 km)

半长轴67.67 AU(1.012 ×10 km)

离心率0.441 77

轨道周期203,600 日(约557 年)

平均速度3.436km/s

平近点角197.634 27°

轨道倾角44.187°

升交点黄经35.869 6°

近日点参数151.430 5°

卫星数量:一个(阋卫一

平均半径1300 +200 ㄢ  (2007)初次测量:≤1170 (2010)

表面积78,500,000 sq km (48,777,638.6 sq mi)

质量(1.67±0.02) ×10 kg(0.002地球质量

平均密度2.25-2.5 g/cm

表面重力0~0.8 m/s

公转周期25.9 ± 8 hr

反照率0.86 ± 0.07

表面温度(近似值)

30K

42.5 K

55 K

光谱类型BV=0.78,VR=0.45

视星等18.7

绝对星等(H)ㄢ.19 ± 0.3

角直径40毫弧秒

轨道半径(天文单位)

67.7091

轨道偏心率

0.4416129

轨道对黄道斜角(°)

44.177

公转周期(年)

557

质量(kg)

直径(km)

2400 km ± 100km

平均密度(克/厘米)

表面重力(米/秒)

逃逸速度(千米/秒)

赤道自转周期(日)

>8h?

反射率

0.5-0.9

表面平均温度

~25K

绝对星等

-1.2

阋神星目前位于绕日轨道的最远点(即远日点,约97.56天文单位),在这个距离处,它接收到的阳光最少,获得的热量也很低。然而,对它的两次观测表明,其表面结构正在快速发生变化。研究人员比较了2005和2007年拍摄的光谱,发现阋神星表面固态氮的含量已经明显发生了变化,其甲烷谱线中混合的氮线变少了,这意味着在它的表面之上,2005年的氮含量高于2007年,而表面之下,2007年的氮含量高于2005年。天文学家对此大惑不解,因为在阋神星557年的轨道周期里,2年实在是微不足道,它的表面成份不应该有大的变化。而且通常情况下,行星只有靠近或远离太阳时,其表面气候发生变化,才会发生这种情况。但是这并不适用于阋神星,因为它太远,太阳的影响也很微弱,或者说阋神星上不应该会有气候变化。表面氮含量的明显变化,很可能暗示首阋神星的表面并不像想像中那么平静。阋神星的发现者加州理工大学的布朗认为,阋神星可能是一种“冰火山”(Cryovo lcanoes)类天体,柯伊伯带有许多这种天体,它们也经常像火山那样爆发,不过喷发出来的不是喷出(岩浆),而是挥发性的氨水、水或氮气的甲烷(正如阋神星这样)。喷发物冷凝后落回表面,不会导致表面成份的变化。但问题是阋神星是否有足够的温度来完成这种活动?只有等到“新视野”号搜集到更多“冰火山”天体的信息后,才能给出确切的回答。还有一种可能,即阋神星的表面成份根本没有改变,2005年和2007年分析的仅仅是这颗矮行星的两个不同表面区域而已(记住阋神星的自转周期仅有25.9小时),研究人员正试图确定阋神星上的一天有多长,来进步一排除或证实这种可能性。

阋神星(Eris),旧音译厄里斯/齐娜136199,而之前的代号是2003UB313,并曾被传为第十大行星。它比冥王星稍大,但是轨道是冥王星到太阳距离的两倍。阋神星有一颗卫星,在国际天文联合会议上该卫星被正式命名为ErisI(Dysnomia,戴丝诺米娅)。矮行星冥王星和阋神星都是外海王星天体,其轨道为于海王星外的柯伊伯带。阋神星是在2003年发现的,其主要成分是冰和甲烷组成的。

据国外媒体报道 [5] ,2006年,在布拉格召开的第26届国际天文学联合会(IAU)会议上通过决议,剥夺了冥王星作为太阳系大行星的地位。这是它1930年以来一直享有的荣誉,而如果冥王星想要找出造成这一切的元凶,那一定是非阋神星(Eris)莫属。长期以来,冥王星一直不缺嘲笑者人们嘲讽它作为大行星之一个头太小,连轨道也是不规则的。但是这一切至少都没有能动摇它作为太阳系第九大行星的地位,直到2005年,一切都发生了变化。当时,美国加州理工学院的天文学家迈克布朗(Mike Brown)在巡天搜索时找到了一个微弱暗淡的光点,这是一个冰冻的世界,其轨道距离比冥王星还要远上3倍。布朗教授致力于在太阳系边缘的柯伊伯带搜寻类似天体已有数年。但是多年来他所找到的柯伊伯带天体的直径都小于2320公里这是冥王星的直径。

但是这个光点不同(当时布朗称呼它为齐娜:Xena,后来才由国际天文学联合会正式命名为阋神星),很明显它的直径似乎要更大一些。这一发现立即引起全球关注:如果冥王星是一颗大行星,那么比它还大的齐娜当然也应该被归入大行星的行列。可是这样一来,我们是否也该把创神星(Quaoar)和赛德娜(Sedna),以及其它几颗虽然稍小于冥王星,但差距并不大的天体算作大行星呢?最终,国际天文学联合会绕开了这一大堆棘手的麻烦,直接宣布将冥王星降级,和其他几颗较大的天体一并归入一类新定义的天体类型:“矮行星”。这一做法立即激怒了全世界的冥王星支持者们这其实是一个非常有趣的现象,太阳系各大行星中只有冥王星有这样狂热的粉丝,火星,水星或者木星都没有这样的现象。然而布朗教授还要给这些人伤口上再撒上一把盐:他写了一本书,名字叫做《我是怎样杀死了冥王星以及为何它是活该被宰》。绝望的冥王星粉丝们心中所抱有的最后一丝希望在于科学家们很难精确地测定出阋神星的大小,或许最终将会证明冥王星仍是它们中间最大的一个。即便真是这样的结果也不会让冥王星重新回到大行星的行列,不过无论如何,这样一来至少可以让他们受伤的心灵得到一丝安慰。

一个天文学家小组终于对阋神星的直径进行了高精确的测量,结果显示这颗矮行星的大小或许比冥王星稍大,也有可能稍小,不管怎样,两者的差距非常小。相关的论文已经发表在了最新一期出版的《自然》杂志上。不过这样研究中最令人瞩目的还不是这个直径数据。根据论文第一作者,法国巴黎天文台的布鲁诺斯卡迪(Bruno Sicardy)介绍,测量显示阋神星的质量数值要比冥王星高出大约27-。除此之外,它的表面反照率极高,用斯卡迪的话说“比新下的雪还白”。

斯卡迪说:“测定一颗远在240亿公里之外天体的大小可不是一件容易事,这就相当于相隔100英里(约合160公里)去测定一枚硬币的大小。”即便调用强大的哈勃空间望远镜,阋神星看上去仍旧是一个没有任何细节的光点。进行这样的测量只有一种办法:等待它从一颗遥远的背景恒星前面经过,这种现象叫做掩星。当发生掩星时,你需要做的就是精确地测定背景恒星从被遮掩到重新出现所经历的时间长短,这样便可以计算出掩星体的直径大小。两年前,斯卡迪和他的同事们发现了一颗非常好的候选背景恒星,不过他们当时还不能非常肯定它会和阋神星发生掩星现象,直到两者非常接近时才最终确认。斯卡迪解释说:“你必须知道这颗恒星的位置,以及阋神星的轨道,精度必须非常非常高。”

幸运的是,他们交了好运。斯卡迪说:“这简直太棒了!这颗恒星先是消失,随后再次出现。”他比任何人都明了这项工作其中的艰辛。如果仅使用一台望远镜对这一掩星过程进行记录,结果的精确性将大打折扣,因为你无法确定这颗恒星究竟只是擦过阋神星的边缘,还是真的从它的视圆面后方正中部位经过。但是他们使用的是两台望远镜。这两台望远镜都位于智利,它们都记录到了这次掩星。这两台望远镜的位置相距足够远,这使得小组能够借助三角法进行相关计算。假设阋神星是圆形的(这是非常合理的假设),他们便可以根据这些获得的数据计算出整个圆盘面的大小。他们得到的结果是:2326公里,误差0.5-。尽管看起来误差值非常小,但是这个数据实在太不凑巧,它恰恰落在冥王星直径数据范围。这样一来便造成这样一种局面:如果采用最大估算值,那么阋神星应该比冥王星大一些,但是如果采用最小估算值,阋神星就比冥王星小了。而问题到这里还没完,和阋神星不一样,冥王星拥有一层薄薄的大气层,因此当它发生掩星时,背景恒星不会立即消失或出现,而是会经历一个渐变的过程,这样就给对冥王星进行的直径测量工作带来巨大的困难和不确定性。因此冥王星的直径事实上很可能比阋神星要小数十公里,但也有可能要大上数十公里。

不过不管冥王星究竟尺寸多大,对于天文学而言这并不十分重要。引起天文学家们注意的是阋神星出乎意料的大质量,因为这意味着它的冰雪表面之下可能隐藏着比冥王星要多得多的岩石物质。正如布朗教授在自己的博客中写的那样:“我想,为了搞清楚冥王星和阋神星之间究竟为何会如此不同将够我们忙上好几年的了。”

除此之外,天文学家们还必须解释为何阋神星表面的反照率会如此之高。按照一般的理解,随着时间的推移,尘埃的沉降以及宇宙射线的轰击将让其表面发生“风化”而逐渐变得暗淡,但是阋神星却仍然保持着一种“年轻”的姿态。对此,天文学家们已经提出了一种观点,那就是由于阋神星拉长的高偏心轨道,当它运行至近日点附近时由于温度上升,其表面的冰雪物质有一部分将融化并形成一层薄薄的大气层,而当它开始逐渐远离时,温度降低,大气重新凝结下沉,覆盖老旧的表面,从而一直得以保持其“新鲜”的表面。斯卡迪说:“不幸的是,我们还需要等待250年才能验证这一理论。不过由于冥王星正在逐渐远离太阳,因此或许相反的过程将在冥王星上发生。斯卡迪说:“在未来20年内,我们预计将会目睹冥王星逐渐变亮的过程。”这是因为随着冥王星远离太阳,其稀薄的大气层应当会逐渐冷凝并降落至其表面如果这一理论正确的话。

不过天文学家们或许不必等待那么久:斯卡迪和他的小组已经锁定了柯伊伯带中另外一些天体的掩星时机,他们将对其进行观测,并测定它们的大小和密度,从而帮助理论学家们完善他们的观点。而与此同时,布朗教授对此甚至持有更加令人兴奋的观点,他说:“那里一定还存在着更大的天体,我相信冥王星和阋神星都会相形见绌的,这只是时间问题。”当然,在那之前或许地球上又会出现一大批的阋神星粉丝群了。

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