كوكب قزم سيريس هو جسم فريد من نوعه وغامض إلى حد كبير تم دراسته بعناية من قبل مسبار ناسا دون منذ ربيع عام 2015. يدور Ceres حول الشمس بين المريخ والمشتري في حزام الكويكبات ، لكن النتائج العلمية التي توصلت إليها Dawn تشير إلى أنها وصلت إلى "مكان وقوف السيارات" الحالي من أماكن أبعد.
تم اكتشاف سيريس قبل أكثر من 200 عام ، ولكن لما يقرب من قرنين من الزمن لم يتمكن الناس من رؤية أي شيء باستثناء نقطة أو بقعة صغيرة بسبب عيوب في البصريات. بدأ اكتشاف حزام الكويكبات الرئيسي مع سيريس ، ومن أجل تشابهها الخارجي مع النجوم البعيدة ، حصلت الكويكبات على اسمها - "شبيه بالنجوم". أحجامها صغيرة جدًا لدرجة أن التلسكوبات في الماضي والقرن قبل الماضي لم تكن قادرة على تمييز بعض تفاصيل السطح على الأقل. في البداية كان سيريس يعتبر كوكبًا ، ولكن "تم تخفيض رتبته" بسرعة إلى الكويكبات ، وفي هذا الترتيب أمضت قرنين. أدى النقاش حول وضع بلوتو إلى تحسين مصطلح "كوكب" وإدخال المصطلح الجديد "كوكب قزم". في عام 2006 ، حصل سيريس على لقب كوكب قزم ، ومن بينها أصبح أصغر وأقرب إلى الأرض. بحلول هذا الوقت ، كان تلسكوب هابل الفضائي قادرًا على رؤيته بشكل أفضل وإظهار شكل كروي ، بفضله حصل هذا العنوان. يبلغ قطر سيريس حوالي 950 كم ، وهو أصغر 3.5 مرة من قمرنا و 2.5 مرة أصغر من قطر بلوتو. القمر الصناعي بلوتو Charon أكبر قليلاً من Ceres ، لكنه يطير حول الشمس في حد ذاته ، وبالتالي حصل على لقب خاص.
تدور بقية الكواكب القزمة: بلوتو وإريس وهوميا وماكيماكي - أبعد من مدار نبتون. من بين هذه ، زار بلوتو لفترة وجيزة من قبل مسبار الأرض نيو هورايزونز. في عام 2015 ، وصلت محطة Dawn (Dawn) الأوتوماتيكية بين الكواكب إلى Ceres ، في ثلاث سنوات غيرت عدة مدارات ذات ارتفاعات مختلفة: 5100-4400-1500-385-200 كم ، والآن أصبح Ceres هو الكوكب القزم الأكثر دراسة.
Dawn - هو مسبار كلاسيكي لدراسة أجسام النظام الشمسي في الغلاف الجوي: يوجد على متن الطائرة تلسكوب بانكروماتي صغير مع ثمانية مرشحات طيفية على العجلة ، مطياف الأشعة تحت الحمراء ومقياس غاما-نيوترون.
ميزة تصميم Dawn هي نظام الدفع - يستخدم محركات أيون الصواريخ الكهربائية. ومن ميزات هذه المحركات ارتفاع معدل تدفق الغازات التفاعلية ، مما يسمح لها باستهلاك الإمدادات بشكل اقتصادي أكثر من المحركات الكيميائية الشائعة. عيب المبادلات الأيونية هو كمية لا تذكر من الغاز في التيار النفاث. لذلك ، حيث سيتعين تشغيل المحرك الكيميائي لعدة دقائق ، سيتعين على الأيونات العمل لعشرات الساعات. بالإضافة إلى ذلك ، تتطلب محركات الصواريخ الكهربائية الكثير من الطاقة ، لذلك تم تجهيز Dawn بألواح شمسية بمدى يصل إلى 20 مترًا تقريبًا.
على الرغم من أوجه القصور في المحركات الأيونية ، فقد سمحوا للفجر بالقيام برحلة طويلة ومتعددة المراحل في حزام الكويكبات وإجراء برنامج علمي معقد. ابتداء من عام 2007 ، وصل داون إلى أكبر كويكب في الحزام الرئيسي بين المريخ والمشتري - الغرب. يبلغ حجم هذا الجسم من الحجر الخام على شكل بيضة حوالي 550 كم. إذا كان Vesta له شكل كروي مثل Ceres ، فسيتم تسميته أيضًا بكوكب قزم.
دخل الفجر المدار حول فيستا ، ودرسه أكثر من عام من ثلاث مدارات مختلفة. ثم استفاد المسبار من الجر الأيوني ، وعاد إلى المسار بين الكواكب للوصول إلى الهدف المهم التالي - الكوكب القزم سيريس. استغرقت الرحلة عامين ونصف.
حقيقة غريبة: أمضى الفجر ثماني سنوات في حزام الكويكبات وصنع ثلاث مدارات حول الشمس ، لكنه لم يلتقي بكويكب واحد باستثناء فيستا. هذا مثال جيد على كيفية وجود مساحة مليئة بالكويكب في وسط الحزام الرئيسي. إذا كان هناك كويكب واحد معروف على الأقل في الطريق ، فلن تفوت ناسا الفرصة لدراسته على الأقل من مسافة وعلى مسار عابر.
بدأ التقارب مع سيريس في شتاء عام 2015 على الفور بمؤامرة - على سطح كوكب قزم مظلم (أغمق قليلاً من القمر) ، تم العثور على العديد من البقع البيضاء الساطعة مركزة على قاع فوهة واحدة. في وقت سابق ، حدد التلسكوب الفضائي للأشعة تحت الحمراء ESA Herschel إطلاق بخار الماء بكثافة حوالي 3 كجم / ثانية في هذه المرحلة ، لكن العلماء طرحوا فرضية الجليد المائي بعناية ، مع مراعاة الاحتمالات الأخرى.
لم يفاجأ الماء الموجود في Ceres أي شخص ، حتى قبل ذلك ، فقد جعل تحليل خصائصه المدارية من الممكن حساب كتلته ، وبعد تعديل الأحجام ، حصلوا على متوسط كثافة 2.1 جرام لكل سم مكعب ، وهذا صغير جدًا مقارنة بالكويكبات الحجرية. على سبيل المثال ، تبلغ كثافة Vesta 3.4 جرام لكل سم مكعب ، وكثافة الصخور البازلتية الأكثر شيوعًا في المجموعة الشمسية تبلغ حوالي 2.6 جرام لكل سم مكعب ، لذلك حتى قبل وصول الفجر ، تم افتراض محتوى مائي كبير يصل إلى 50 ٪ في عباءة سيريس. للمقارنة ، النيازك التي تصل إلى الأرض من فيستا لا تحتوي على أكثر من 0.04 ٪ من الماء.
يشير الشكل الكروي لسيريس إلى تمايز الماضي ، أي فصل في قلب الحجر ، ربما يخلط مع المعادن ، وغطاء من الحجر الجليدي. كل هذا مغطى بطبقة رقيقة من الركام المتراكم على مدى مليارات السنين على السطح.
بدأت اكتشافات Dawn ببقع ساطعة في فوهة بركان تسمى Occator ، ولكن هذه كانت البداية فقط. لاحظت على الفور ميزة أخرى ملحوظة - مخروط الجبل شبه المنتظم ، المسمى أخونا. وقد برزت على خلفية "خشونة" متوسط السطح ، بارتفاع 5 كم بقاعدة 20 كم. بالقرب من الجبل توجد حفرة نيزكية عميقة بنفس الحجم تقريبًا ، ولكن من المحتمل أنها غير متصلة. ولكن على الجانب الآخر من الكوكب القزم توجد أقدم وأكبر حفرة على سيريس من كويكب يبلغ قطره 280 كم. ربما يكون جبل أخونا بركانًا تشكل عند النقطة المحورية للموجات الزلزالية في وقت الاصطدام من الخلف. يمكن أن تحدث عمليات مماثلة في عطارد (سهل الحرارة) ، والمريخ (مرتفعات فارسيدوس وإليسيوس) ، والأرض (هضبة بوتورانا). تم العثور على دليل على البراكين على جبل أخونا باستخدام مطياف الأشعة تحت الحمراء - تم تحديد رواسب كربونات الصوديوم في الأعلى والمنحدرات. على الأرجح ، Akhuna هو براد تبريد ، أي بركان ينفث الماء بشوائب مختلفة. لسوء الحظ ، ليس للجبل آثار جديدة من البراكين.
لمدة عامين ، تمكنت Dawn من تحديد العديد من المواد التي أشارت إلى النشاط الجيولوجي والكيميائي السابق للمياه السائلة على Ceres: تم العثور على الطين الذي نتج عن تآكل الصخور البركانية وكربونات الصوديوم ومتغيره المرتبط بالماء في شكل هيدروكربون ، المعروف باسم الغذاء الصودا ، وجدت أيضا الكثير. المركبات العضوية هي المسؤولة عن الاحمرار الطفيف في الانبعاثات من بعض الحفر النيزكية. علاوة على ذلك ، اتضح أن تطور السطح لا يزال مستمراً: الانزلاقات الأرضية تنحدر من منحدرات بعض الحفر ، وتبخر المياه من المناطق السطحية التي تسخنها الشمس ، وتخلق جوًا مؤقتًا ، وتستقر مع الصقيع في الظل البارد.
ألمع دليل على النشاط الحراري المائي في سيريس كان ألمع البقع في فوهة البركان. ظهرت الحفرة نفسها قبل حوالي 80 مليون سنة ، لكن الرواسب البيضاء ، التي تبين أيضًا أنها صودا ، أصغر منها 30 مليون سنة. تكون الرواسب الطازجة حديثًا بشكل عام وفقًا للمعايير الجيولوجية - حوالي 4 ملايين سنة. في وسط أكبر بقعة كربونات ، ترتفع أيضًا قبة بركانية جليدية ، أصغر بكثير من أخونا.
ألقى لغز آخر دراسة عن مجال الجاذبية في سيريس. وفقا لنتائجها ، فإن كثافة الطبقة العليا من الكوكب القزم منخفضة للغاية - أقرب إلى الجليد من الحجر. وفقا لدراسات سابقة ، يجب أن تشكل المياه 40-50 ٪ من الوشاح العلوي. في الوقت نفسه ، من المستغرب استقرار استقرار التكوينات الجيولوجية الكبيرة ، مثل جبل أخونا أو العديد من الحفر العميقة. إن التربة الصقيعية الطبيعية لن تحمل مثل هذه الهياكل بسبب ليونة الجليد. اتضح شيء داخل "يحمل الإطار". اقترح العلماء أن الكاثراتات تعمل "كتعزيز" لأمعاء الجليد سيريس - هيدرات الغاز هي مركبات بلورية من الماء والغازات المختلفة التي تتشكل عند نسبة معينة من درجة الحرارة والضغط. على سبيل المثال ، يحدث هيدرات الميثان من الماء والميثان عند درجة صفر. عند ضغط 50 ضغط جوي ، مع انخفاض درجة الحرارة ، ينخفض الضغط اللازم. يمكن أن تكون Clathrates أقوى 100-1000 مرة من الجليد ، بنفس الكثافة. أي أن أمامنا أدلة غير مباشرة على مواد متطايرة مخبأة في أعماق سيريس ، والتي لم تعد على السطح.
تأكيد آخر على التفريغ السابق لسيريس هو السلاسل المكتشفة للحفر الصغيرة بعرض 1-4 كم ، وطول يصل إلى 500 كم. من المفترض أنها نشأت في قداس فوق الشقوق في قشرة كوكب قزم. يمكن أن يكون للشقوق أصل مختلف: من التكتونية ، من تأثير الكويكب القوي ، من التغيير في حجم الجسم الكوني بسبب تبريده ... ولكن لكل من هذه الأسباب علامات معينة ليست على سيريس. كانت الفرضية الأكثر إقناعًا هي إزالة الغاز بدقة ، عندما تم إطلاق تدفقات الغاز من الخزانات الداخلية من القشرة عبر الشقوق.
كان اكتشاف الأمونيا الأكثر إثارة للاهتمام في سيريس هو الأمونيا الموجودة على السطح بالكربونات والطين. تقلل الأمونيا المذابة في الماء من نقطة التجمد ، مما يسمح بثور البراكين حتى في درجات الحرارة تحت الصفر. الأمونيا مثيرة للاهتمام في المقام الأول لأنها تشير إلى أصل سيريس في مكان ما خارج مداره الحالي ، أي إنها غريبة في حزام الكويكبات الرئيسي.
يتبع هذا الاستنتاج بسبب ما يسمى ب "خط الثلج" (خط الصقيع) - المسافة من الشمس ، حيث تصبح الحرارة غير كافية للحفاظ على شكل غازي ، مما يؤدي إلى تكثيف الغاز في شكل صلب. أثناء تكوين النظام الشمسي ، كان خط الثلج المائي يقع على مسافة حوالي 420 مليون كيلومتر من الشمس ، أي حول مكان دوران سيريس. الآن خط الثلج المائي يقع أبعد من ذلك - على بعد حوالي 750 مليون كيلومتر من الشمس - تقريبًا في مدار المشتري. أقرب إلى هذه المسافة فقط تدور الكواكب الحجرية والأقمار الصناعية والكويكبات ، والجليد الذي يمكن أن يكون فقط في القطبين ، أو في الظل ، أو تحت السطح. على قمم الجبال على الأرض ، يتجمد الجليد بسبب الضغط الجوي. بعيدًا عن خط الثلج المائي توجد المذنبات الجليدية ، وجميع أقمار الكوكب تقريبًا إما تتكون من الجليد أو مغطاة بالجليد.
على عكس الماء ، تحتوي الأمونيا على درجة حرارة تكثيف أقل ، وأثناء تكوين النظام الشمسي ، يقع خط الثلج الخاص به على بعد حوالي 80 مليون كيلومتر من مدار سيريس ، أي لم يستطع المشاركة في إنشائه. هناك علامات غير مباشرة أخرى على أن سيريس ضيف في الحزام الرئيسي. كما ذكرنا من قبل ، فإن الماء في الكوكب القزم أكبر بشكل لا مثيل له مما هو عليه في الكويكبات القريبة. الاستثناءات هي فقط في المذنبات "المتدهورة" ، والكويكبات البعيدة في مدار المشتري. تقريبا جميع الكويكبات الرئيسية في الحزام الرئيسي لها أسرها الخاصة ، أي مجموعات من الكويكبات الصغيرة التي لها خصائص طيفية مشتركة ومدارات قريبة ، لكن سيريس لا.
بشكل عام ، يجب إدراك أن سيريس أكثر تشابهًا في الشكل والتكوين مع أقمار المشتري الكبيرة أو حتى الكواكب القزمة الأخرى ، مثل بلوتو. تكون أقمار زحل الكروية أقل كثافة بشكل عام من سيريس ، بسبب ارتفاع محتوى الجليد. بلوتو أكثر كثافة من الأقمار الصناعية الجليدية ، لكنه لا يصل إلى سيريس ، لكنه قد يكتسب كثافة بسبب "تفريغ" الغازات الخفيفة ، بالفعل بعد الاقتراب من الشمس. يشير ميل مدار سيريس إلى أنه لم يأت من المشتري ، لذلك ربما كان يومًا كوكبًا قزمًا في الجزء الخلفي من النظام الشمسي. ربما تعطي دراسة أكثر تفصيلاً إجابات.
يستعد الفجر الآن للانتقال إلى أدنى مدار نهائي بارتفاع 50 كم ، وهذا يعد بتفاصيل جديدة على السطح واكتشافات جديدة. على الرغم من أنه في المستقبل سيكون من المفيد إطلاق مسبار هبوط هناك. الاكتشافات التي تم إجراؤها بالفعل كافية لفهم أهميتها العالية لدراسة تاريخ وتطور النظام الشمسي.