灶神星

小行星

灶神星, 小行星序号为4 Vesta，是太阳系最大的小行星之一，平均直径525千米（326英里）。它是海因里希·欧伯斯在1807年3月29日发现的，以罗马神话中家和壁炉的女神Vesta命名，中文翻译为灶神星。

简介

灶神星是继矮行星谷神星之后，质量最大的主带小行星，占有主小行星带总质量的9%。质量虽然比智神星多一点点，但体积却比较小，是体积第二大的小行星。灶神星形成岩质行星剩余的原行星（内部分异）。一、二亿年前，灶神星曾经被撞击，产生了许多碎片，并留下两个巨大的撞击坑，而且南半球有着很高的密度。这次事件的一些碎片已经墬落到地球，成为HED陨石，提供了有关灶神星的丰富资讯来源。

灶神星是从地球可以看见的最亮的小行星，它距离太阳最远时的距离只比谷神星最近的距离远了一点，不过灶神星的轨道完全都在谷神星的轨道之内。

NASA的黎明号太空船在2011年7月16日至2012年9月5日进入环绕灶神星的轨道，进行了将近一年的探测，然后前往谷神星。研究人员继续分析黎明号收集到的资讯，期望能更了解灶神星的形成和历史。

发现史

灶神星是被德国天文学家奥伯斯（Heinrich Wilhelm Olbers）在1807年3月29日发现的。他接受杰出数学家高斯的建议，以罗马神话的家庭与壁炉的女神维斯塔来命名，中国翻译为灶神星。

1807年发现灶神星之后，长达37年的时间中未再发现其他的小行星。在这段期间，只有四颗小行星为人所知，因此她们有自己的标志（符号），灶神星的标志具有壁炉边的风格。

灶神星和谷神星是火星和木星之间小行星带里个头最大的成员，灶神星是第二大的小行星，仅次于谷神星。并且是在2.5天文单位的柯克伍德空隙内侧最大的小行星。它的体积与智神星相似(在误差范围内)，但更为巨大些。灶神星的形状似乎已经受到重力的影响是扁圆球体，但是大的凹陷和突出使它在国际天文联合会第26届的大会中被断然的排除在行星之外。因此，灶神星将继续归类为小行星，仍属于太阳系内的小天体。对小行星而言，它的自转(5.342小时)是比较快的，方向为顺行，北极点指向赤经20h32m，赤纬+48°，误差(不确定值)约10°，转轴倾角29°。对表面温度的估计是当日正当中时是-20℃；在冬天，极点的温度低至-190℃，正常的白天与夜晚的温度各为-60℃和-130℃。以上的估计是在1996年5月6日，当灶神星非常接近近日点的时候完成的，细节则会随著季节有些许的变化。

地质特征

对于灶神星，科学家有大量有力的样品可以研究，有超过200颗以上的HED陨石可以用于洞察灶神星的地质历史和结构。灶神星被认为有以铁镍为主的金属核心，外面包覆著以橄榄石为主的地幔和岩石的地壳。是最早出现的富含钙铝(大约在45亿6千7百万年前，太阳系内最早凝固的物质)，可能的时间排序如下：

大约以2～3百万年累积完成。因为放射性衰变，所有的或是绝大部分的铝26，经历4～5百万年，逐渐分离与沉降至核心。

地幔的对流作用，造成熔解与进一步的结晶作用，经历约6～7百万年，当80%的物质结晶之后，对流停止。剩余的熔融物质经由喷发，或是经由熔岩喷发成为玄武岩，或短暂的形成岩浆的海洋，形成地壳。地壳的较深层因为结晶形成火成岩，更老的玄武岩因为来自新增表层的压力成为变质岩。

内部缓慢的冷却。

灶神星是原封不动的更新过表面，并且是经历过行星分化的小行星。但是，现有的铁陨石和无球粒陨石未能在母体上被确认。在陨石的分类中，是在星子与炼狱的历史过程中，经由撞击产生的碎片。灶神星的外壳被认为有下列的层次(依照深度排序)：

石化的风化层，来自于古铜钙无粒陨石和角砾岩的喷发。

玄武岩的熔岩流，来自于非推积性的喷发。包括辉石、易变辉石、和斜长石等火成岩，来自于推积性的喷发。

有大颗粒的直辉石类火成岩，来自于古铜无球陨石。

依照V-型小行星的大小(经过大撞击期间被抛出的灶神星外壳碎片)，与南极坑穴的深度估计，外壳厚度大约是10公里。

表面特征

最明显的特征是在邻近南极点有一个巨大的，直径460公里的火山口，它的宽度达到灶神星直径的80%，坑穴底部的深度达到13公里，外缘比周围的地形高出4～12公里，总高低差达到25公里，中心有一座18公里高的山峰突起。估计这次撞击大约将灶神星体积的1%抛出，灶神星家族的V-型小行星就是由这次撞击产生的。除了这个陨石坑外，还有几个比较大的陨石坑（直径约150公里、深度7公里左右）也曾被观察到。一个宽达200公里反射率黑暗的区域已经被命名为奥伯斯，以尊崇灶神星的发现者。但在等高线图中并未显示出奥伯斯，因此它是个新生成的坑穴，还是古老的玄武岩表面，尚无从得知。它被选定为经度0°的参考点，定义上的本初子午线就穿过它的中心。

东半球和西半球显示出明显不同的地形，对哈勃太空望远镜影像的初步光谱分析，东半球显示有几种高反射率的地区，伴随著老年风化层的沉重坑穴高地地形，和深度足以探测火成岩地层的坑穴。另一方面，西半球的大片地区由被认为是玄武岩的黑暗地质组织占据的表面，或许类似于月海。

盆地

灶神星上的盆地，被认为是巨大撞击坑，以维斯塔贞女命名。

撞击坑

灶神星上的撞击坑，多以维斯塔贞女命名，其中Marcia、Calpurnia和Minucia由于彼此相连又刚好大小由下往上依序排列，因此曾被昵称为雪人撞击坑。

槽沟

灶神星上的槽沟，以古罗马的节日和祭典命名。

内部结构与形成

有些HED陨石可能来自灶神星深部，可提供灶神星的内部结构和地质历史的线索。237442号小行星1999TA10的红外研究暗示它来自灶神星的内部。结合黎明号飞船的探测资料，可以推算出灶神星的内部结构(图)。它有金属铁–镍的核，直径为214～226km，占总质量的18%，往其外是橄榄岩石的幔和最外部的岩壳。只有类地行星和大的卫星才存在这样的核、幔、壳结构。

灶神星外壳的成分按深度增加依次如下：

岩化的表土，是古铜钙长无球粒陨石和角砾化的钙长辉长无球粒陨石之源；玄武质熔岩流，是无堆积的钙长辉长无球粒陨石的一种源；辉石、易变辉石和斜长石组成的深成岩，是堆积的钙长辉长无球粒陨石之源；富集斜方辉石大颗粒的深成岩，是奥长古铜无球粒陨石之源。基于作为大陨击期间从灶神星外壳抛出碎块的V型小行星的大小和雷尔西尔维亚陨击坑的深度，估计灶神星外壳的厚度大约10km。

灶神星的地槽必定是断裂所致的下降地形，说明灶神星有比其他小行星更复杂的地质。如果灶神星保持球形，它必定会被分类为矮行星。只是由于其南极区受到大撞击所致变形而未正式作为矮行星。撞击导致灶神星自转速度改变及大地槽使长465km、宽22km、深5km的“大峡谷(Grand Canyon)”矮化。

从陨石的分析研究得出，太阳系的最早固态物质——碳质陨石的富钙铝包裹体(CAIs)形成于45.67亿年前，通常把它作为太阳系行星体吸积形成过程开始的时间基准点。由此算起，灶神星形成演化史的时间线如下：200～300万年，灶神星完成吸积；400～500万年，由于26Al的放射性衰变能量造成完全或几乎完全熔融，导致分离出金属核；600～700万年，对流的熔融幔连续地结晶，到约80%物质结晶时，对流停止；余下的熔融物质或作为连续喷发的玄武岩流，或可能成为短寿的岩浆海，冷凝为外壳；外壳的较深层结晶形成深成岩，由于较新表层的压力，较老的玄武岩变质；内部缓慢冷却。

从有关的观测证据和理论研究，建立了太阳系行星形成的“标准”模型(图)，其概要如下：转动的原始太阳星云自吸引收缩，形成中央的“原太阳”(Protosun)和绕它转动的星云盘；星云盘中的固态颗粒是形成行星的基本建造材料，颗粒先集聚为小的星子(planetesimal)，它们碰撞结合而增长为大星子，大星子的引力场足够强而吸积遇到的颗粒及小星子，很快成为原行星或行星胎，它们相互撞击和进一步吸积而成长为行星；在离太阳近的星云盘内区温度高，只有尘物质的凝结颗粒而形成岩体的类地行星；在星云盘外区温度低，还有水等冰物质参于凝结的颗粒，因而更快形成大的行星胎，并吸积气体而成为类木行星；小行星是行星形成过程的半成品，由于星云盘外区大星子之间的引力摄动而使一些星子的轨道改变而经过小行星区，吸积并带走那里的建造材料，包括小的星子，使得原行星生长停顿在半成品状态。灶神星就是仅以上述演化方式更新表面的已知原封原行星。然而，未识别出母体的铁陨石和无球粒陨石的存在表明，曾一度存在有火成历史的其他已分异的星子，后来被撞击打碎。灶神星及其碎块——HED陨石探测研究得到了很多过去不甚了解的宝贵新资料，有助于解决地球等行星的起源和早期演化的疑难。

深入研究已取得的灶神星探测资料以及将取得的谷神星探测资料，必将导致行星的形成演化研究的新突破。

探测活动

NASA的曙光计划将是前往灶神星探测的第一个计划，预计在2010-2011年间进入轨道环绕9个月。

2007年9月27日，美国东部时间7时34分（北京时间19时34分），“黎明”号从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地由一枚德尔塔2型火箭运载，顺利升空，开始了它长达8年超过50亿公里的星际探索之旅。它将远赴火星和木星之间的小行星带，首先探测灶神星，此后再赶往谷神星继续观测，帮助专家寻找太阳系诞生的线索。

按计划，它将于2011年飞抵环灶神星轨道，在结束对其为期6个月的观察后启程继续赶往谷神星，预计在2015年抵达谷神星。如果不辱使命，“黎明”号将成为第一个环绕两个不同天体运行的无人探测器。

根据2006年8月国际天文学联合会提出的新定义，谷神星已经从小行星升格为矮行星，但美国宇航局没有改口，仍将“黎明”号称为小行星探测器。

科学家们认为，探测灶神星和谷神星将有助于了解太阳系起源，该项目也由此取名为“黎明”。

2011年5月3日，黎明号在距离灶神星1.21百万公里时拍摄了第一张照片，当中灶神星只有约5像素宽。黎明号进入接近灶神星的探测阶段，并于6月12日开始减速，准备在34天后进入环灶神星轨道。

2011年6月1日，黎明号距离灶神星48.3万公里时，为了导航需要拍摄了20张连续照片，分辨率已接近哈伯空间天文台拍摄的灶神星照片。黎明号在抵达灶神星之前会减速，预计每周发布更多照片。黎明号预计2011年7月16日进入环灶神星轨道。

美国宇航局证实黎明号在2011年7月16日进入环灶神星轨道，成为首个环绕小行星带小行星的探测器。黎明号确切入轨时间尚不清楚，这是由于当时天文学家只能估计灶神星质量与重力场，无法准确得知其数据。而黎明号已进入轨道，便能反过来计算灶神星的质量与重力场。黎明号在7月17日06:30 UTC重新检测搭载的设备仪器。

黎明号在9月27日进入距离灶神星680公里的公转轨道，环绕一周的时间为12.3小时。黎明号后来在12月8日进入另一个公转轨道，距离灶神星只有210公里，环绕一周的时间为4.3小时。美国宇航局在2012年5月首度公开黎明号获得的灶神星初步数据，估计灶神星的金属核心直径为220公里。美国宇航局科学家进一步将灶神星视为特别的一种小行星，认为它是与岩石行星同时形成的大型小行星残存。

2012年9月7日，“黎明”号已在美国东部时间5日凌晨2时26分离开灶神星轨道，向谷神星飞去。若一切顺利，“黎明”号有望成为第一个环绕两颗不同天体运行的无人探测器。

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