基本介紹
簡介,發現史,軌道數據,特徵,物理性質,地質特徵,表面特徵,內部結構與形成,探測活動,
簡介
灶神星，小行星序號為4 Vesta，又稱第4號小行星，是太陽系最大的小行星之一，平均直徑525千米（326英里），是德國天文學家海因里希·歐伯斯在1807年3月29日發現的，以羅馬神話中家和壁爐的女神Vesta命名。Vesta是古代義大利的管理爐灶和火種的女神，相當於希臘神話中的赫斯提亞，是炊事人員、磨坊工人、麵包師的保護神。又有一說它是源自於古代羅馬神話，取名為“灶神”，它是負責寺廟裡面和古羅馬家庭裡面的廚房的火種不滅的神，因此中文翻譯為灶神星。
灶神星是繼矮行星穀神星之後，質量第二大的主帶小行星，占有主小行星帶總質量的9%。 質量雖然比智神星多一點點，但體積卻比較小，是體積第三大的小行星。灶神星形成岩質行星剩餘的原行星（內部分異）。一、二億年前，灶神星曾經被撞擊，產生了許多碎片，並留下兩個巨大的撞擊坑，而且南半球有著很高的密度。這次事件的一些碎片已經墬落到地球，成為HED隕石，提供了有關灶神星的豐富資訊來源。
灶神星是從地球可以看見的最亮的小行星，它距離太陽最遠時的距離只比穀神星最近的距離遠了一點，不過灶神星的軌道完全都在穀神星的軌道之內。
NASA的黎明號太空船在2011年7月16日至2012年9月5日進入環繞灶神星的軌道，進行了將近一年的探測，然後前往穀神星。研究人員繼續分析黎明號收集到的資訊，期望能更了解灶神星的形成和歷史。
發現史
1807年發現灶神星之後，長達37年的時間中未再發現其他的小行星。在這段期間，只有四顆小行星為人所知，因此她們有自己的標誌（符號），灶神星的標誌具有壁爐邊的風格。
發現者：海因里奇· 威廉·奧伯斯
發現日期：1807年3月29日
其他編號：none B
天體分類：小行星帶天體（灶神星家族）
家庭與壁爐的女神Vesta軌道數據
離心率： 0.08902
半主軸： 53.268 兆米 (2.361 天文單位) 近日點： 321.82 Gm (2.151天文單位)
遠日點： 384.72 Gm (2.572天文單位)
公轉周期： 1325.46 d (3.63 年)
平均公轉速度： 19.34 公里/秒
軌道傾角： 7.133°
升交點黃經： 103.926°
近日點引數： 150.297°
平均近點角： 205.652°
特徵
物理性質
直經： 578×560×458 公里
質量：(2.67 ± 0.02)×1020 kg
灶神星
灶神星密度： 3.4 g/cm3
表面重力： 0.22 m/s2
逃逸速度： 0.35公里/秒
自轉周期： 0.2226 d
光譜分類： V-小行星
絕對星等： 36.6
反照率： 0.423
表面平均溫度 min: 85 K (-188℃)
max: 255 K (-18 ℃)
灶神星和穀神星是火星和木星之間小行星帶里個頭最大的成員，灶神星是第二大的小行星，僅次於穀神星。並且是在2.5天文單位的柯克伍德空隙內側最大的小行星。它的體積與智神星相似(在誤差範圍內)，但更為巨大些。灶神星的形狀似乎已經受到重力的影響是扁圓球體，但是大的凹陷和突出使它在國際天文聯合會第26屆的大會中被斷然的排除在行星之外。因此，灶神星將繼續歸類為小行星，仍屬於太陽系內的小天體。對小行星而言，它的自轉(5.342小時)是比較快的，方向為順行，北極點指向赤經20h32m，赤緯+48°，誤差(不確定值)約10°，轉軸傾角29°。對表面溫度的估計是當日正當中時是-20℃；在冬天，極點的溫度低至-190℃，正常的白天與夜晚的溫度各為-60℃和-130℃。以上的估計是在1996年5月6日，當灶神星非常接近近日點的時候完成的，細節則會隨著季節有些許的變化。
灶神星和穀神星
灶神星和穀神星地質特徵
對於灶神星，科學家有大量有力的樣品可以研究，有超過200顆以上的HED隕石可以用於洞察灶神星的地質歷史和結構。灶神星被認為有以鐵鎳為主的金屬核心，外面包覆著以橄欖石為主的地幔和岩石的地殼。是最早出現的富含鈣鋁(大約在45億6千7百萬年前，太陽系內最早凝固的物質)，可能的時間排序如下：
大約以2～3百萬年累積完成。因為放射性衰變，所有的或是絕大部分的鋁26，經歷4～5百萬年，逐漸分離與沉降至核心。
灶神星
灶神星地幔的對流作用，造成熔解與進一步的結晶作用，經歷約6～7百萬年，當80%的物質結晶之後，對流停止。剩餘的熔融物質經由噴發，或是經由熔岩噴發成為玄武岩，或短暫的形成岩漿的海洋，形成地殼。地殼的較深層因為結晶形成火成岩，更老的玄武岩因為來自新增表層的壓力成為變質岩。
內部緩慢的冷卻。
灶神星是唯一原封不動的更新過表面，並且是唯一經歷過行星分化的小行星。但是，現有的鐵隕石和無球粒隕石未能在母體上被確認。在隕石的分類中，是在星子與煉獄的歷史過程中，經由撞擊產生的碎片。灶神星的外殼被認為有下列的層次(依照深度排序)：
灶神星有大顆粒的直輝石類火成岩，來自於古銅無球隕石。
依照V-型小行星的大小(經過大撞擊期間被拋出的灶神星外殼碎片)，與南極坑穴的深度估計，外殼厚度大約是10公里。
表面特徵
最明顯的特徵是在鄰近南極點有一個巨大的，直徑460公里的火山口，它的寬度達到灶神星直徑的80%，坑穴底部的深度達到13公里，外緣比周圍的地形高出4～12公里，總高低差達到25公里，中心有一座18公里高的山峰突起。估計這次撞擊大約將灶神星體積的1%拋出，灶神星家族的V-型小行星就是由這次撞擊產生的。除了這個隕石坑外，還有幾個比較大的隕石坑（直徑約150公里、深度7公里左右）也曾被觀察到。一個寬達200公里反射率黑暗的區域已經被命名為奧伯斯，以尊崇灶神星的發現者。但在等高線圖中並未顯示出奧伯斯，因此它是個新生成的坑穴，還是古老的玄武岩表面，至今尚無從得知。它被選定為經度0°的參考點，定義上的本初子午線就穿過它的中心。
灶神星
灶神星東半球和西半球顯示出明顯不同的地形，對哈勃太空望遠鏡影像的初步光譜分析，東半球顯示有幾種高反射率的地區，伴隨著老年風化層的沉重坑穴高地地形，和深度足以探測火成岩地層的坑穴。另一方面，西半球的大片地區由被認為是玄武岩的黑暗地質組織占據的表面，或許類似於月海。
盆地
灶神星上的盆地，被認為是巨大撞擊坑，以維斯塔貞女命名。
| 名稱 | 坐標 | 直徑（公里） | 名字來源 |
|---|---|---|---|
75°S 301°E | 505 | ||
維納尼亞盆地 | 52°S 170°E | 395 | 維納尼亞，維斯塔貞女之一。 |
撞擊坑
灶神星上的撞擊坑，多以維斯塔貞女命名，其中Marcia、Calpurnia和Minucia由於彼此相連又剛好大小由下往上依序排列，因此曾被暱稱為雪人撞擊坑。
| 名稱 | 坐標 | 直徑（公里） | 名字來源 |
|---|---|---|---|
塔爾皮亞撞擊坑 | 69.5°S 29°E | 41 | 塔爾皮亞，維斯塔貞女之一；同時也是羅馬守城總督之女，後背叛羅馬引敵軍進城。 |
Vibidia撞擊坑 | 26.9°S 139.9°W | 7.6 | Vibidia，維斯塔貞女之一。 |
Marcia撞擊坑 | 63 | ||
Calpurnia撞擊坑 | 53 | Calpurnia。 | |
Minucia撞擊坑 | 24 | Minucia，維斯塔貞女之一，後被指控不貞。 |
槽溝
灶神星上的槽溝，以古羅馬的節日和祭典命名。
| 名稱 | 坐標 | 長度（公里） | 名字來源 |
|---|---|---|---|
Divalia槽溝 | 69.5°S 29°E | 465 | Divalia，又稱為Angeronalia；古羅馬節日，主祭神為痛苦女神Angerona。 |
農神節槽溝 | 26.9°S 139.9°W | 365 |
內部結構與形成
有些HED隕石可能來自灶神星深部，可提供灶神星的內部結構和地質歷史的線索。237442號小行星1999TA10的紅外研究暗示它來自灶神星的內部。結合黎明號飛船的探測資料，可以推算出灶神星的內部結構(圖)。它有金屬鐵–鎳的核，直徑為214～226km，占總質量的18%，往其外是橄欖岩石的幔和最外部的岩殼。只有類地行星和大的衛星才存在這樣的核、幔、殼結構。
灶神星外殼的成分按深度增加依次如下：
岩化的表土，是古銅鈣長無球粒隕石和角礫化的鈣長輝長無球粒隕石之源；玄武質熔岩流，是無堆積的鈣長輝長無球粒隕石的一種源；輝石、易變輝石和斜長石組成的深成岩，是堆積的鈣長輝長無球粒隕石之源；富集斜方輝石大顆粒的深成岩，是奧長古銅無球粒隕石之源。基於作為大隕擊期間從灶神星外殼拋出碎塊的V型小行星的大小和雷爾西爾維亞隕擊坑的深度，估計灶神星外殼的厚度大約10km。
灶神星的地槽必定是斷裂所致的下降地形，說明灶神星有比其他小行星更複雜的地質。如果灶神星保持球形，它必定會被分類為矮行星。只是由於其南極區受到大撞擊所致變形而未正式作為矮行星。撞擊導致灶神星自轉速度改變及大地槽使長465km、寬22km、深5km的“大峽谷(Grand Canyon)”矮化。
從隕石的分析研究得出，太陽系的最早固態物質——碳質隕石的富鈣鋁包裹體(CAIs)形成於45.67億年前，通常把它作為太陽系行星體吸積形成過程開始的時間基準點。由此算起，灶神星形成演化史的時間線如下：200～300萬年，灶神星完成吸積；400～500萬年，由於26Al的放射性衰變能量造成完全或幾乎完全熔融，導致分離出金屬核；600～700萬年，對流的熔融幔連續地結晶，到約80%物質結晶時，對流停止；餘下的熔融物質或作為連續噴發的玄武岩流，或可能成為短壽的岩漿海，冷凝為外殼；外殼的較深層結晶形成深成岩，由於較新表層的壓力，較老的玄武岩變質；內部緩慢冷卻。
從有關的觀測證據和理論研究，建立了太陽系行星形成的“標準”模型(圖)，其概要如下：轉動的原始太陽星雲自吸引收縮，形成中央的“原太陽”(Protosun)和繞它轉動的星雲盤；星雲盤中的固態顆粒是形成行星的基本建造材料，顆粒先集聚為小的星子(planetesimal)，它們碰撞結合而增長為大星子，大星子的引力場足夠強而吸積遇到的顆粒及小星子，很快成為原行星或行星胎，它們相互撞擊和進一步吸積而成長為行星；在離太陽近的星雲盤內區溫度高，只有塵物質的凝結顆粒而形成岩體的類地行星；在星雲盤外區溫度低，還有水等冰物質參於凝結的顆粒，因而更快形成大的行星胎，並吸積氣體而成為類木行星；小行星是行星形成過程的半成品，由於星雲盤外區大星子之間的引力攝動而使一些星子的軌道改變而經過小行星區，吸積並帶走那裡的建造材料，包括小的星子，使得原行星生長停頓在半成品狀態。灶神星就是僅以上述演化方式更新表面的已知原封原行星。然而，未識別出母體的鐵隕石和無球粒隕石的存在表明，曾一度存在有火成歷史的其他已分異的星子，後來被撞擊打碎。灶神星及其碎塊——HED隕石探測研究得到了很多過去不甚了解的寶貴新資料，有助於解決地球等行星的起源和早期演化的疑難。
深入研究已取得的灶神星探測資料以及將取得的穀神星探測資料，必將導致行星的形成演化研究的新突破。
探測活動
NASA的曙光計畫將是前往灶神星探測的第一個計畫，預計在2010-2011年間進入軌道環繞9個月。
美國宇航局“黎明”號探測器獲取
美國宇航局“黎明”號探測器獲取2007年9月27日，美國東部時間7時34分（台北時間19時34分），“黎明”號從佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地由一枚德爾塔2型火箭運載，順利升空，開始了它長達8年超過50億公里的星際探索之旅。它將遠赴火星和木星之間的小行星帶，首先探測灶神星，此後再趕往穀神星繼續觀測，幫助專家尋找太陽系誕生的線索。
科學家們認為，探測灶神星和穀神星將有助於了解太陽系起源，該項目也由此取名為“黎明”。
2011年5月3日，黎明號在距離灶神星1.21百萬公里時拍攝了第一張照片，當中灶神星只有約5像素寬。黎明號進入接近灶神星的探測階段，並於6月12日開始減速，準備在34天后進入環灶神星軌道。
2011年6月1日，黎明號距離灶神星48.3萬公里時，為了導航需要拍攝了20張連續照片，解析度已接近哈伯空間天文台拍攝的灶神星照片。黎明號在抵達灶神星之前會減速，預計每周發布更多照片。黎明號預計2011年7月16日進入環灶神星軌道。
美國宇航局證實黎明號在2011年7月16日進入環灶神星軌道，成為首個環繞小行星帶小行星的探測器。黎明號確切入軌時間尚不清楚，這是由於當時天文學家只能估計灶神星質量與重力場，無法準確得知其數據。而現在黎明號已進入軌道，便能反過來計算灶神星的質量與重力場。黎明號在7月17日06:30 UTC重新檢測搭載的設備儀器。
黎明號在9月27日進入距離灶神星680公里的公轉軌道，環繞一周的時間為12.3小時。黎明號後來在12月8日進入另一個公轉軌道，距離灶神星只有210公里，環繞一周的時間為4.3小時。美國宇航局在2012年5月首度公開黎明號獲得的灶神星初步數據，估計灶神星的金屬核心直徑為220公里。美國宇航局科學家進一步將灶神星視為獨一無二的一種小行星，認為它是與岩石行星同時形成的大型小行星殘存。
2012年9月7日，“黎明”號已在美國東部時間5日凌晨2時26分離開灶神星軌道，向穀神星飛去。若一切順利，“黎明”號有望成為第一個環繞兩顆不同天體運行的無人探測器。
