Ceres

Löytäminen

Ensimmäisen oletuksen Marsin ja Jupiterin välisestä planeetasta teki Johann Elert Bode vuonna 1772. Oletus perustui Titiuksen–Boden lakiin, jonka avulla pystyttiin laskemaan planeettojen etäisyydet toisiinsa nähden. Laki mahdollisti planeetan sijaitsemisen kyseisellä paikalla. Uranuksen löytäminen 1781 kasvatti teorian uskottavuutta. Franz Xaver von Zachin johtama ryhmä aloitti hypoteettisen planeetan etsinnät. Vaikka he eivät löytäneetkään Cerestä, he löysivät silti kolme muuta suurta asteroidia.
Giuseppe Piazzi löysi Ceresin vahingossa, etsiessään Mayer 87 -nimistä tähteä. Mayer 87 oletettu virhesijainti johtui Francis Wollastonin virheestä tähden sijainnin listauksessa Mayerin luetteloon. Piazzi löysi Mayer 87:n sijasta komeetaksi arvelemansa, tähden kaltaisen liikkuvan kappaleen.
Piazzi tarkkaili Cerestä kaikkiaan 24 kertaa, joista viimeinen oli 11. helmikuuta 1801. Tämän jälkeen sairastuminen keskeytti hänen työnsä, mutta hän ilmoitti löydöstään muille tähtitieteilijöille. Kirjeidensä mukaan hän oli löytänyt komeetan, mutta kirjoitti kuitenkin varauksen: "Koska sen liike on hidasta ja tasaista, uskon löytäneeni jotain paljon parempaa kuin pelkän komeetan." Helmikuun alussa Ceres katosi Auringon taakse. Huhtikuussa Piazzi lähetti täydelliset muistiinpanonsa Orianille, Bodelle ja Lanandalle. Kun tulokset oli tarkastettu, ne julkistettiin syyskuussa Monatliche Correspondenz -nimisessä tähtitieteen julkaisussa.
Saksalainen astronomi Carl Friedrich Gauss laski Ceresin kiertoradan muistiinpanoja hyväksi käyttäen määritystavan Ceresin kiertoradan laskemiseksi. Ceresin ilmestyttyä jälleen Auringon takaa Gauss laski muutamassa viikossa Ceresin kiertoradan ja lähetti työnsä Monatliche Correspondenzin päätoimittajalle 13. joulukuuta 1801. Monatliche Correspondenzin varmisti Ceresin löytyneen uudelleen kiertoradaltaan, ja Ceres nostettiin planeettojen listaan.

Nimeäminen

Ceres nimettiin aluksi Ceres Ferdinandeaksi, joka on yhdistelmä roomalaisen mytologian kasvien jumalattaren Cereksen ja Sisilian kuninkaan Ferdinand III:n nimistä. Napoleonin vallattua Molempain Sisiliain kuningaskunnan vuonna 1798 Ferdinandea ei enää muiden valtioiden mielestä sopinut planeetan nimeksi. Cerestä kutsuttiin lyhyen aikaa Saksassa myös Heran nimellä. Sittemmin nimi Hera annettiin J. C. Watson vuonna 1868 löytämälle toiselle asteroidille. Vuonna 1803 Cereksen mukaan nimettiin alkuaine cerium.

Määrittely

Cereksen asema aurinkokunnassa on vaihtunut monesti. Sitä pidettiin planeettana yhdessä Pallaksen, Junon ja Vestan kanssa noin puolen vuosisadan ajan, kunnes ne uusien asteroidien löydyttyä (alkaen Astraean löytymisestä vuonna 1845) poistettiin planeettojen joukosta 1850–1860-luvulla. Vestan löytymisestä Astraean löytymiseen saakka tähtitieteeseen johdattelevissa teksteissä 11 planeettaa lueteltiin sen mukaan, miten kaukana ne ovat Auringosta.
Vuonna 1851 Marsin ja Jupiterin välissä kiertäviä kohteita tunnettiin jo 15 (viimeisimpänä löydetty oli Eunomia symboli: ), ja ne listattiin edelleenkin etäisyytensä mukaiseen järjestykseen, kuten muutkin planeetat. J. F. Encke kuitenkin muutti sen jo samana vuonna Berliner Astronomisches Jahrbuchissa. Encke oli ensimmäinen, joka antoi asteroideille numeroinnin ja luetteli ne löytämisjärjestyksensä mukaisesti. Hän antoi asteroideille uudenlaiset symbolit, ympyröidyt numerot, korvaamaan niiden aikaisempia symboleita. Encken aikomus ei kuitenkaan ollut erottaa asteroideja planeetoista, vaan vain helpottaa niiden symbolien merkitsemistä, sillä monet uusista symboleista olivat vaikeasti piirrettäviä, ja uusien symbolien kehittäminen yhä uusille löydetyille asteroideille oli osoittautunut hankalaksi tehtäväksi. Numerosymbolit tekivät asian paljon yksinkertaisemmaksi. Hän kuitenkin aloitti numeroinnin Astraeasta ja antoi sille uuden symbolin ①, Eunomian symboliksi tuli ⑪. Cereksestä, Pallaksesta, Junosta ja Vestasta hän käytti edelleen niiden vanhoja symboleja (, ,  ja ), ja listasi ne edelleenkin etäisyyden mukaan muiden planeettojen kanssa. Vuonna 1852 samassa julkaisussa hän yhä aloitti numerosymbolien käytön Astraeasta, mutta oli vaihtanut sen symbolin ympyröidyksi viitoseksi (⑤), täten myös muiden asteroidien symbolit olivat muuttuneet. Eunomian symboliksi oli tullut ⑮. Vuonna 1864 Berliner Astronomisches Jahrbuchissa Encke antoi Cerekselle, Pallakselle, Junolle ja Vestalle numerosymbolit ①, ②, ③ ja ④. Vähitellen näistä symboleista kehkeytyivät asteroidien järjestysnumerot.
Kun Ceres ja muut Marsin ja Jupiterin välissä kiertävät kappaleet olivat menettäneet planeetan aseman, niitä ruvettiin yleisesti kutsumaan asteroideiksi (William Herschel oli käyttänyt kyseistä termiä kuvaamaan näitä kohteita jo vuonna 1802, sillä ajan parhaatkin kaukoputket näyttivät ne vain tähtimäisinä valopisteinä, kun muut planeetat näkyivät kiekkoina). Asteroideista ruvettiin käyttämään myös nimitystä pikkuplaneetta.
2000-luvun alussa oli löydetty useita suuria transneptunisia kohteita, mutta tähtitieteilijät eivät olleet yksimielisiä, pitäisikö niitä sanoa planeetoiksi. Ongelma johtui siitä, että Plutoa oli pidetty planeettana löytymisestään asti (vuonna 1930), mutta nyt sen ymmärrettiin olevan vain ensimmäinen Neptunuksen takaa löydetty kohde. Erityisesti asiaan vaikutti se, että oli löydetty myös Plutoa suurempi kohde 2003 UB₃₁₃, joka sai myöhemmin nimen Eris.
IAU asetti komitean luomaan planeetalle määritelmää, ja aluksi näytti siltä, että kaikki pyöreät tähteä kiertävät kohteet hyväksyttäisiin planeetoiksi, jos ne eivät ole kuita tai tähtiä. Erisistä, Kharonista ja Ceresistä oli tulossa planeettoja vuonna 2006. Komitea toi määritelmän julki 16. elokuuta 2006. IAU kuitenkin hyväksyi 24. elokuuta 2006 hieman erilaisen planeetan määritelmän, ja sen perusteella Ceresistä tuli kääpiöplaneetta. Myös Plutosta ja Erisistä tuli kääpiöplaneettoja.

Fyysiset ominaisuudet

Ceresin läpimitta on arviolta 950 km ja massa 9,445×10²⁰ kilogrammaa, joka on noin 32 % koko asteroidivyöhykkeen massasta. Se on 2,766 AU:n päässä Auringosta, sen radan eksentrisyys e = 0,080, eli rata on melko ympyrämäinen, ja radan kaltevuus on 10,587°. Ceres on asteroidi, jonka massa on muokannut sen pyöreäksi. Sen pinnan keskilämpötila on 167 K.
Ceresin akselikallistuma on noin 3° ja pyörähdysaika 0,3781 vuorokautta eli 9 tuntia ja 4 minuuttia. Ceresillä saattaa olla heikko kaasukehä ja pinnalla huurtumista. Ceresin pakonopeus on 510 m/s ja putoamiskiihtyvyys 0,27 m/s².
Ceres on hiilipitoinen G-tyypin asteroidi joka on C-ryhmän asteroidien on suhteellisen harvinainen alalaji. Ceresin valonheijastuskyky eli albedo on 0,113 ja keskitiheys 2,08 g/cm³. Tutkijat arvelevat Ceresillä olevan 60–120 km:n paksuinen vesijäävaippa, joka sisältäisi vettä 200 miljoonaa kuutiokilometriä, eli Ceresin massasta neljännes olisi vettä. Ceresin pinnalla voidaan havaita avaruuskaukoputkella ainakin valkea täplä ja tummia pilkkuja. Vuoden 2009 alussa Ceresin magnitudi oli 6,9, eli se näkyi poikkeuksellisen hyvin.
Ceres kiertää aurinkoa niin kaukaisella radalla, ettei se ole asteroidivyöhykkeen kirkkain asteroidi, vaikka onkin suurin. Kirkkain asteroidi on Vesta, koska se kiertää Cerestä lähempänä Aurinkoa ja sen albedo on kolminkertainen.
Ceresin pinta on luultavasti samantapainen kuin muillakin C-tyypin asteroideilla, sen koostumus näyttäisi olevan samanlainen kuin hiilikondriiteilla ja hydraatti-mineraaleilla. Joskus Ceres luokitellaan myös G-tyypin asteroidiksi.

Sisäosat

Ceresillä arvioidaan olevan kivinen sydän, jota ympäröi jäinen vaippa. Tämä 100 kilometrin säteinen vaippa (23-28 % Ceresin massasta) sisältää 200 miljoonaa kuutiokilometriä vettä, mikä on enemmän kuin Maan nestemäinen vesi. Tätä teoriaa tukevat esimerkiksi Keck -teleskoopin tekemät havainnot.

Ilmakehä

On arvioita, että Ceresillä olisi heikko kaasukehä ja pinnalla olevaa jäävettä. Jäävesi on epävakaata yli 5 AU:n päässä Auringosta, joten se lienee sublimoitunut, mikäli Auringon säteily kohdistuu suoraan siihen. Vesijää voi toki liikkua Ceresin syvempiin kerrostumiin, mutta poistuu sieltä melko nopeasti. Niinpä vesijään höyrystymistä on vaikeaa havaita. Voisi olla mahdollista havaita höyrystymistä esimerkiksi uusien kraatterien lähistöltä. Ultraviolettihavaintoja on tehty etenkin Ceresin pohjoisnavalla. Vuoden 2014 alussa Euroopan avaruusjärjestön Herschel-avaruusteleskoopin avulla havaittiin Cereksessä tapahtuvan vesihöyryn purkauksia. Lähes kaikki vesi purkautui kahdelta alueelta Ceresin pinnalla, tuottaen arviolta noin 6 kg vesihöyryä sekunnissa. Tämä oli ensimmäinen kerta kun vesihöyryä havaittiin varmuudella asteroidivyöhykkeen kohteen ympärillä. Tämä antoi lisätodisteita Ceresin kaasukehän olemassaolosta. Syy purkauksiin on todennäköisesti jään sublimoituminen, eli muuttuminen kaasuksi Auringon lämmön vaikutuksesta. Toinen mahdollinen selitys Ceresin aktiivisuuteen olisi kryovulkanismi.

Mahdollinen elämä

Ceres on yleisesti arvioiden haastavampi paikka elämän esiintymiselle kuin Mars ja Jupiterin kuu Europa. Ceresin mahdollisesta elämästä voitaisiin saada todisteita Ceresistä Maahan päätyneestä kappaleesta. Myös maan elämän on arvioitu voineen kulkeutua kappaleella Ceresille.

Kiertorata

Ceresin kiertorata sijaitsee asteroidivyöhykkeellä Marsin ja Jupiterin välillä. Sen Auringon kiertoaika on 4,6 vuotta. Ceresin kiertorata on kohtalaisen inklinoitunut (10,585°, vrt. Merkurius 7°) ja kohtalaisen eksentrinen (0,07934°, vrt. Mars 0,9°).
Ceres on aiemmin luokiteltu kuuluvaksi asteroidiryhmään. Saman ryhmän asteroideilla on samanlaiset kiertoradan ominaisuudet, mikä tarkoittaa joskus yhteistä syntyperää. Jotkin Ceresin muista ominaisuuksista poikkesivat kuitenkin muiden saman ryhmän asteroideista, ja nykyään ryhmää kutsutaankin Ceres-ryhmän sijasta Gefion-ryhmäksi (nimetty ryhmän toiseksi aikaisimmin löydetyn asteroidin, 1272 Gefionin, mukaan). Ceres on siis ryhmän "tunkeilija", koska sillä on samanlaisia kiertoradan ominaisuuksia mutta ei yhteistä alkuperää.

Ylikulut Ceresissä

Merkurius, Venus, Maa ja Mars kulkevat Auringon yli Ceresistä katsottuna. Merkuriuksen ylikulku on yleisin, ja se tapahtuu muutaman vuoden välein. Viimeisimmät tapahtuivat vuosina 2006 ja 2010. Vastaavat vuodet ovat Venuksella 1953 ja 2051, Maalla 1814 ja 2081 sekä Marsilla 767 ja 2684.

Synty ja kehitys

Ceres on luultavasti protoplaneetta, joka syntyi 4,57 miljardia vuotta sitten asteroidivyöhykkeellä. Kun suurin osa sisemmän aurinkokunnan protoplaneetoista yhdistyi toisten protoplaneettojen kanssa ja muuttui tavallisiksi planeetoiksi, Ceresille ei kuitenkaan käynyt niin. Toinen mahdollinen protoplaneetta, Vesta, on pienempi, ja se joutui alkuvaiheissaan kahden suuren törmäyksen kohteeksi. Toisen teorian mukaan Ceres syntyi Kuiperin vyöhykkeellä ja siirtyi asteroidivyöhykkeelle.
Luultavasti Ceresin kivinen ydin ja jäinen vaippa erottuivat pian kääpiöplaneetan synnyn jälkeen. Pienen kokonsa vuoksi Ceres todennäköisesti jäähtyi nopeasti. Nykyään Ceres vaikuttaa olevan geologisesti ei-aktiivinen. Sen ainoita pinnanmuotoja ovat törmäyskraatterit. Vesijään määrä lisää mahdollisuutta, että Ceresin pinnan alla on kerros nestemäistä vettä. Jos kerros on olemassa, sen uskotaan sijaitsevan kivisen ytimen ja jäisen vaipan välissä. Vuonna 2014 Ceresissä havaittiin purkautuvan vesihöyryä. Tämä saattaa johtua siitä, että Auringon lämpö muuttaa jäätä kaasuksi, mutta kyseessä voi olla myös kryovulkanismi, jolloin Ceres olisi vielä hieman geologisesti aktiivinen.

Tutkimus

1800-luvulla Cereksestä ei tiedetty vielä juuri muuta kuin sen kiertorata, ja se ettei kappaleen koko ole kovin suuri. Tarkka koko ei kuitenkaan ollut tuolloin vielä tiedossa, ja eri tähtitieteilijät esittivät hyvin erilaisia arvioita sen koosta. Syy koon arvioinnin hankaluuteen oli se, etteivät tuon ajan parhaatkaan kaukoputket pystyneet näyttämään Cerestä muuna kuin pelkkänä valopisteenä. Brittiläinen tähtitieteilijä William Herschel arvioi Cereksen läpimitan olevan vain 259 km, mikä on selvästi pienempi kuin todellinen arvo. Saksalainen tähtitieteilijä Johann Hieronymus Schröter puolestaan arvioi Cereksen läpimitaksi jopa 2 613 km. Tämä arvio oli kuitenkin huomattavasti todellista suurempi.
1800-luvun alkupuolella arveltiin (muun muassa Schröter), että Cereksellä olisi tiheä kaasukehä. Nykyisin tiedetään ettei sillä kuitenkaan sellaista ole. 1890-luvulla E. E. Barnard selvitti, että Ceres, eikä suinkaan Pallas tai Vesta, on suurin asteroidi. Barnard selvitti myös neljän ensinnä löydetyn asteroidin albedojen olevan erilaiset. Cereksen läpimitta selvisi melko tarkasti vasta sen tehdessä tähdenpeiton 13. marraskuuta 1984. Tällöin sen keskimääräiseksi läpimitaksi saatiin 932,6 ± 5,2 km. Cerestä tarkasteltiin Hubble-avaruusteleskoopilla vuosina 2003–2004. Lisäksi vuoden 2014 alun havainnot Herschel-avaruusteleskoopilla osoittivat Cereksessä olevan vesihöyryä, mikä viittasi että kääpiöplaneetalla olisi jäinen pinta ja mahdollisesti ohut kaasukehä.

Dawn-luotain

Vuoden 2014 loppupuolelle mennessä Cerestä ei ollut vielä tutkittu luotaimilla, vaikka se olikin ensimmäinen löydetty asteroidivyöhykkeen kappale. NASA laukaisi Dawn-luotaimen tutkimaan Cerestä ja Vestaa syyskuussa 2007. Luotain tutki Vestaa ennen Cerestä vuosina 2011−2012. Luotain otti Cereksestä kuvia navigointitarkoituksessa lähestyessään sitä. Tammikuun 25 päivänä Dawn:in kuvien tarkkuus ylitti Hubblen tarkimpien kuvien tarkkuuden 30 prosentilla. On myös suunnitteilla, että luotaimen keräämien tietojen pohjalta Ceresin pinnalle lähetettäisiin laskeutuja. Dawn saavutti Ceresin kiertoradan 6. maaliskuuta 2015 klo 4.39 PST, eli 14.39 Suomen aikaa, kääpiöplaneetan painovoima alkoi vetämään luotainta puoleensa noin 61 000 kilometrin etäisyydeltä. Klo 5.36 PST, eli 15.36 Suomen aikaa, luotaimelta saapui tieto NASAn Jet Propulsion Laboratoryyn, että luotain on kunnossa, ja mittalaitteisto on saavuttanut kiertoradan suunnitellusti. Dawnista tuli Cerestä kiertävälle radalle asetuttuaan ensimmäinen kääpiöplaneettaa kiertoradalta tutkinut luotain.
Dawn-luotaimen ottamissa lähikuvissa kuvissa Ceres on täynnä kraattereita. Erään kraatterin keskustan lähellä näkyy outoja kirkkaita täpliä.
Niiden on ajateltu olevan jäätä, suolaa tai muuta ainetta. Kun Cereksen pinta on hyvin tumma, nämä 40% albedon omaavat täplät erottuvat selvästi. Ne saattavat olla Cereksen sisuksista purkautunutta
ainetta, jossa on magnesiumsulfaattia ja kidevettä.
Omituinen muodostuma on myös eräs kookas vuori, jonka korkeus on 5 km.

Asuttaminen

Cerestä on useaan otteeseen ehdotettu potentiaaliseksi asutuskohteeksi tulevaisuudessa, pääasiassa siksi, että sen suuri pinta-ala olisi hyvä kohde asteroidien kaivamiselle. Myös sen strateginen sijainti on hyvä, ja se voisikin toimia veden, hapen ja polttoaineen lähteenä asteroidivyöhykkeen taakse matkaaville aluksille.
Ceresin asuttamisen on ehdotettu olevan seuraava kohde Kuun ja Marsin asuttamisen jälkeen. Lennot Kuusta Ceresiin kuluttaisivat vähemmän energiaa kuin lennot Maasta Kuuhun.