矮行星 (侏儒行星)

矮行星或稱“侏儒行星”,體積介於行星和小行星之間,圍繞恒星運轉,品質足以克服固體引力以達到流體靜力平衡(近於圓球)形狀,沒有清空所在軌道上的其他天體,同時不是衛星。

中文名
矮行星
外文名
dwarf planet
別稱
侏儒行星
分類
類冥天體、類QB1天體等
體積
一般介於行星和小行星之間
認定時間
2006年8月24日

1定義

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矮行星或稱“侏儒行星”,體積介於行星和小行星之間,圍繞恒星運轉,品質足以克服固體引力以達到流體靜力平衡(近於圓球)形狀,沒有清空所在軌道上的其他天體,同時不是行星 。

在2006年8月24日在捷克首都布拉格舉行的第26屆國際天文學大會中確認了矮行星的稱謂與定義,決議文對矮行星的描述如下:

1、以軌道繞著恒星(如:太陽)的天體;

2、有足夠的品質以自身的重力克服固體引力,使其達到流體靜力學平衡的形狀(幾乎是球形的);

3、未能清除在近似軌道上的其他小天體;

4、不是行星的衛星,或是其他非恒星的天體外形,但是也不能大到足夠讓其內部發生核子融合。

但是實際上,最終的定義會比這複雜得多,有的天文學家傾向於把太陽系週邊較小的天體稱作“矮行星”,而另外一些人則願意把它們叫做“小行星”,或者“柯伊伯帶行星”,還有一些人則根本不想用到行星這個詞。

相信矮行星的數目會很多,隨著觀測的不斷進步,會越來越多。在布拉格舉行的國際天文學協會第26次會議上,國際天文學協會術語委員會已正式決定以後不再稱冥王星為“行星”,而是稱其為“矮行星”。

2基本特徵

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矮行星它們的特點是:

外幔和表面由冰凍的水和氣體元素組成的一些低熔點的化合物組成,有的其中混雜著的一些由重元素化合物組成的岩石質的礦物質,厚度占星體半徑的比例相對較大,但所占星體相對品質卻不大,內部可能有一個岩石質佔主要物質組成部分的核心,占星體品質的絕大部分,星體體積和總品質不大,平均密度較小,一些大行星的衛星也具有這種類似冰矮星的結構,像木衛二、三、四,土衛一、六等。

對於行星級的冰矮星來講,最大的是冥王星,直徑2370±20公里,最小的卡戎,直徑約800公里左右。像谷神星這樣的距太陽較近的行星,表面的冰物質主要是水,而冥王星和卡戎的表面冰物質主要是水和熔點更低的甲烷、氮、一氧化碳等物質。過去曾將這些矮行星算作小行星中的一類,直到2006年才將它們從一般小行星中分離出來,劃作單獨的一類,稱為矮行星,並把冥王星和冥衛一歸入其中。

矮行星的這種星體結構和它産生的地處太陽系週邊的低溫環境和自身的品質有關,一方面,太陽的溫度不足以將它們的由氣體元素組成的低熔點物質驅散,另一方面,它們自身原始品質較小,星體本身不能將氫氦等較輕的輕元素氣體束縛住。

但星體收縮産生的熱量也不能將較重一些的氣體元素組成的化合物如水和碳氫化合物等完全驅散,而會保留下一部分,同時它的足夠的引力又使它足可以形成分層的物質結構,使較輕的物質浮于較重的由重元素組成的岩石質物質的表面,並隨著星體以後的冷卻,在表面上凝固下來,因此,會形成具有這種物質結構的星體。

3種類

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國際天文聯合會26屆會員大會的6A決議案,認可冥王星是外海王星天體中新類型的標準。這個類別的命名和精確性質並沒有定義,但在決議前的辯論中成員曾以“冥王星對象”、“冥王星的天體”來稱呼,但前者有貶損的意味,並且在最後的草案中(6b)被摒棄了。

在進行定義的初期過程中,這個類別(稱類冥行星)曾被定義為軌道週期超過200年的行星,而且軌道傾角比傳統大了許多。

符合類冥天體一類只適合於外海王星天體中軌道週期、傾斜、和扁率像冥王星的天體。矮行星可能屬於也可能不屬於這一類,但所有這些的都是矮行星。

除了冥王星之外,屬於這一類的天體仍都不明確,冥王星最大的衛星卡戎如果歸類為矮行星時,可能會另成一類。鬩神星和列在上面候選矮行星之列,軌道週期都在下限附近,但軌道傾斜度和扁率都有各自的特性,然而這些不都是等於或大於冥王星的天體。誇歐爾的扁率和軌道傾斜則與類冥天體不盡符合。

4大小與品質

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矮行星品質和大小的上下限,在國際天文聯合會會員大會的5A決議案中並沒有規範。

下限則是以能否達到流體靜力平衡的形狀概念來規範,但是對這類物體的大小和形狀尚未定義完成。在國際天文聯合會的5號決議案原先建議的是品質大於5¹⁰公斤,直徑超過800公里,但是在最後決議的5A案中未予以保留,因此以觀測經驗為依據提供的建議是要根據對象的歷史變化和構成來作認定。

根據部分天文學家的説法,新定義可能會使矮行星的數量增至超過45顆。

5家族成員

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冥王星

冥王星曾被認為是離太陽最遠的一顆大行星,它繞太陽運作一週歷時248年之久,平均速度每秒只有3.0英里.它距離太陽大約40天文單位,其表面溫度大概是-230攝氏度。關於冥王星的直徑大小問題尚未定論,儘管已經估計其最大值為3600英里(有人也測定它並不比月亮大,即在2170英里以下)。這一估計的依據是冥王星的細小視圓面在天空中運作時對恒星的掩食情況。大小是地球的6分之一與5分之一之間,品質只有地球的2000分之一。2015年7月14日,美國宇航局的新地平線號探測器飛越冥王星,測得冥王星直徑約2370km。

卡戎星

卡戎星是1978年華盛頓美國海軍天文臺的天文學家詹姆士·克裏斯蒂發現的。直到如今,它仍被看成冥王星的一顆衛星。在冥王星赤道上空約1.9萬公里的圓形軌道上運轉,其運作週期與冥王星自轉週期相等。雙行星系統,同步圍繞太陽旋轉。另外,“卡戎”的直徑約1208km,品質約為190億億噸,大約是冥王星的一半,其密度與冥王星相似。有專家推測,遠古時冥王星與一顆龐大天體發生了碰撞,導致一大塊碎片從中分離出來,最後形成了“卡戎”。

鬩神星

鬩神星(Eris,厄裏斯)在被正式命名前暫時編號為2003 UB313,名字暫稱為齊娜(Xena)。

相對於200多年前發現的谷神星和近30年前發現的卡戎,齊娜是一個完全陌生的新來者,她是在2003年被發現的。齊娜的公轉軌道是個很扁的橢圓,它公轉一週需要560年,離太陽最近的距離是38個天文單位,最遠時為97個天文單位。齊娜的直徑為2336±12千米,比冥王星略小。科學家説,齊娜的大氣可能由甲烷和氮組成,如今它離太陽太遠,大氣都結成了冰;當它運動到近日點時,表面溫度將有所升高,甲烷和氮會重新變成氣態。至於其內部結構,如今還只能猜測,有可能是冰和岩石的混合物,與冥王星類似。齊娜有一顆衛星,科學家暫時稱之為加布裏埃爾,他是好戰公主齊娜的隨從。

谷神星

谷神星(1 Ceres)是人們最早發現的第一顆小行星,由義大利人皮亞齊于1801年1月1日發現。其平均直徑為952公里,是小行星帶中最大最重的天體。谷神星4.6個地球年才繞太陽公轉一週。

鳥神星

鳥神星(Makemake,馬奇馬奇)的直徑大約是冥王星的四分之三。鳥神星沒有衛星。最初被稱為2005 FY9的鳥神星是由邁克爾·E·布朗領導的團隊在2005年3月31日發現的;2005年7月29日,他們公佈了該次發現。2008年6月11日,國際天文聯合會將鳥神星列入類冥天體的候選者名單內。類冥天體是海王星軌道外的矮行星的專屬分類,當時只有冥王星和鬩神星屬於這個分類。2008年7月,鳥神星正式被列為類冥天體。2008年7月11日,國際天文聯合會將這顆天體定為矮行星,並以復活節島拉帕努伊族原住民神話中的人類創造者與生殖之神馬奇馬奇為其命名。

妊神星

妊神星(Haumea,哈烏美亞)的品質是冥王星品質的三分之一。

2005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臺發現了該天體;2005年,奧爾蒂斯領導的團隊在西班牙內華達山脈天文臺亦發現了該天體,但後者的聲明遭到質疑。2008年9月17日,國際天文聯合會在矮行星IAUC 8976中發佈了(136108)2003 EL61的命名公告,宣佈將這顆矮行星命名為Haumea——夏威夷當地神話中主管生育和生殖的神。它也是繼谷神星、冥王星、鬩神星和鳥神星後,太陽系第五顆被命名的矮行星。至此,當前已知的矮行星都有了自己的名字。隨後,世界各大媒體都報導了這一消息。簡單的報導只簡單提及了命名的事實,稍微豐富點的報導則提及了這一矮行星的古怪性質,比如軌道傾角很大,自轉速度非常快,橄欖球似的外形,以及擁有兩個衛星,等等。但其中的至少大多數都沒有觸及一個微妙的問題:這顆矮行星是誰發現的。

6界定標準

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名稱分類直徑品質
伊克西翁類冥天體<822公里不詳
2005 FY9(Easterbunny)類QB1天體1600-2000公里(?)不詳
Orcus類冥天體840-1880公里6.2-7.0×10²⁰千克
塞德娜黃道離散天體1180–1800公里1.7-6.1 × 10²¹千克
2003 EL61(Santa)類QB1天體約1500公里~4.2 × 10²¹千克
誇歐爾類QB1天體989-1346公里(?)1.0-2.6 × 10²¹千克
2002 TC302黃道離散天體點1200公里不詳
伐樓拿類QB1天體~936公里~5.9×10²⁰千克
2002 UX25類QB1天體~910公里~7.9×10²⁰千克
2002 TX300類QB1天體<900公里不詳

在過去,卡戎(冥衛一)一直被視為冥王星的衛星,因為到如今都還沒有明確的規範來區分“雙星”(這裡指的是兩顆行星、矮行星或小行星)與附屬衛星。在第26屆國際天文聯會會員大會原來的決議草案(5)中,卡戎可能成為矮行星,原因是:

卡戎的大小與形狀滿足成為行星的條件。(在最後決議中,皆成為矮行星的必要條件)

卡戎與冥王星的品質比,使得兩者的質心位置落在兩者之間的空間中,而非在冥王星表面內的一點。

然而,這個定義在最後決議文本中並未被保留,在未來也不知是否會被加入。若相似的定義被採納,卡戎將成為矮行星的一員。

第二、第三和第四大的小行星(4號灶神星、2號智神星與10號健神星)也都可能成為矮行星,只要它們能達到流體靜力平衡的形狀(橢球體)。但當前還沒有足夠佐證資料。

矮行星品質和大小的上下限,在國際天文聯會會員大會的5A決議案中並沒有規範,沒有嚴謹的上限,即使一個比水星還大的天體,若未能將鄰近軌道的小天體清除掉,也許仍然會被歸類為矮行星。

7命名時間

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2006年國際天文聯合會對太陽系的成員做了定義,將“矮行星”定為新的天體分類,當時列有3顆,分別為谷神星、冥王星及鬩神星Eris(2003 UB313)。2008年分別又增列了鳥神星Makemake(2005 FY9)及妊神星Haumea(2003 EL61),當前計有5顆矮行星(2008/12/11)。

谷神星是西元1801年義大利的天文學家Piazzi所發現的,過去一直都被列為小行星,且為小行星群中體積最大的1顆,本體直徑為960 × 932公里,繞日公轉週期為4.60年,2006年的新行星定義之後改列為矮行星。

冥王星是西元1930年美國羅威爾天文臺的天文學家C.W.Tombaugh所發現的,在過去一直被視為9大行星之一。它在行星中是最小的1顆,比我們月球還小,另其公轉軌道面相對於黃道的傾斜角17.1度遠比其他行星大,再加上公轉橢圓軌道偏心率為0.249,使得其近日點在海王星的軌道之內,因此數年以來冥王星算不算是行星的問題不斷被提出來討論,2006年的新行星定義之後將其改列為矮行星。

Eris(2003 UB313)于2003年由美國Palomar天文臺的天文學家Mike Brown等所發現的,本體直徑約為2400公里比冥王星還大一些,因此發現後使得大家重新評估行星的定位問題。2006年的新行星定義之後將其列為矮行星之一,是當前體積最大的矮行星。

Makemake(2005 FY9)于2005年3月31日由美國Palomar天文臺的天文學家Mike Brown的團隊所發現,被國際小行星中心編為第136472號小行星。2008年7月11日國際天文聯合會將其列為矮行星的第4顆。

Haumea(2003 EL61)于2005年7月29日由西班牙Sierra Nevada天文臺天文學家J. L. Ortiz及其研究團隊在分析2003年過往資料時所發現。2006年9月7日被國際小行星中心編號為136108號小行星。2008年9月17日國際天文聯合會將此小行星歸類為第5顆矮行星,並以“Haumea”命名。

8類冥矮行星

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國際天文聯合會在2006年的6a決議案認為冥王星是海王星外天體的一種新類型的原型。這種類型的命名和確實的性質當前雖尚未被國際天文聯合會指定,但會在未來做確認;在尋求結論的辯論中,pluton和plutonian這兩個名字都被否決而未獲得通過。

在2008年6月11日,國際天文聯合會的執行委員會宣佈了一個新名詞 - 類冥矮行星,其定義為:所有在海王星之外的矮行星都是類冥矮行星。

9新發現與新研究

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新發現

2016年10月,美國科學家在太陽系內冥王星以外的地區,發現了一顆新的矮行星2014 UZ224,美國小行星中心證實了它的存在。

密歇根大學天文學教授戴維·格德斯對美國國家公共電臺(NPR)表示,根據國際天文學聯合會(正是該聯合會將冥王星降級為矮行星)公佈的標準, 直徑約530公里的2014 UZ224應屬矮行星,但可能會被認為太小,而不能被稱作矮行星,這最終還需聯合會予以蓋棺定論。

國際最新研究:太陽係矮行星谷神星是一個海洋世界

2020年8月,施普林格·自然旗下國際學術期刊《自然-天文學》《自然-地球科學》《自然-通訊》最新集中發表7篇有關“黎明號”(Dawn)探測器近探谷神星的行星科學研究論文稱,“黎明號”任務對谷神星的第二次延長觀測結果顯示,谷神星是一個海洋世界,並且在最近的過去可能地質活動活躍,這為這顆矮行星的歷史和形成提供了進一步認知。

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矮行星 圖冊
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  • 更新時間:2020-12-15
  • 創建者:lilei
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