Ceres

Penemuan

Gagasan bahwa ada planet yang belum ditemukan di antara orbit Mars dan Yupiter diusulkan oleh Johann Elert Bode pada tahun 1772. Sebelumnya, pada tahun 1596, Kepler sudah menyadari kekosongan antara Mars dan Yupiter. Pertimbangan Bode didasarkan pada Hukum Titius-Bode, yaitu hipotesis (yang kini sudah ditolak) yang menyatakan bahwa terdapat pola dalam sumbu semi-mayor planet-planet yang telah ditemukan yang diganggu oleh kekosongan antara Mars dan Yupiter. Bode memperkirakan bahwa seharusnya ada planet yang memiliki orbit dengan sumbu semi-mayor di dekat 2,8 sa. Penemuan Uranus oleh William Herschel pada tahun 1781 memperkuat keyakinan terhadap hukum Titius dan Bode, dan pada tahun 1800, mereka meminta kepada dua puluh empat astronom berpengalaman untuk memulai pencarian planet di antara Mars dan Yupiter. Kelompok ini dikepalai oleh Franz Xaver von Zach, penyunting di Monatliche Correspondenz. Meskipun mereka tidak menemukan Ceres, mereka menemukan beberapa asteroid besar.
Salah satu astronom yang terpilih untuk ikut serta dalam pencarian tersebut adalah Giuseppe Piazzi dari Akademi Palermo, Sisilia. Sebelum menerima undangan tersebut, Giuseppe Piazzi menemukan Ceres pada tanggal 1 Januari 1801. Ia mencari "[bintang] ke-87 dalam Katalog bintang Zodiak Mr la Caille".. Namun, ia malah menemukan objek yang awalnya ia kira merupakan sebuah komet. Piazzi mengamati Ceres sebanyak 24 kali, dan yang terakhir pada 11 Februari 1801, ketika pengamatannya terganggu karena ia jatuh sakit. Ia mengumumkan penemuannya pada 24 Januari 1801 melalui surat yang dialamatkan ke dua astronom, Barnaba Oriani dari Milan dan Bode dari Berlin. Ia melaporkan objek tersebut sebagai sebuah komet, namun karena pergerakannya sangat lambat dan lebih seragam, ia beberapa kali terpikir bahwa objek tersebut bukan komet. Pada bulan April, Piazzi mengirim data pengamatannya ke Oriani, Bode, dan Jérôme Lalande di Paris. Informasi tersebut diterbitkan pada September 1801 di Monatliche Correspondenz.
Pada saat itu, posisi tampak Ceres telah berubah (terutama karena pergerakan orbit Bumi) dan astronom lain terganggu oleh silaunya Matahari. Pada akhir tahun tersebut, Ceres seharusnya sudah tampak lagi, tetapi saat itu posisinya sulit diperkirakan. Untuk menemukan kembali Ceres, Carl Friedrich Gauss, yang saat itu berumur 24 tahun, mengembangkan metode penentuan orbit yang efisien. Hanya dalam waktu beberapa minggu, ia mampu memperkirakan jalur Ceres dan mengirim hasilnya ke von Zach. Pada 31 Desember 1801, von Zach dan Heinrich W. M. Olbers menemukan Ceres di dekat posisi yang diperkirakan.
Pengamat awal hanya mampu menghitung ukuran Ceres dalam satu urutan magnitudo. Herschel membuat perkiraan ukuran yang terlalu rendah pada tahun 1802, yaitu 260 km, sementara pada tahun 1811 Johann Hieronymus Schröter membuat perkiraan yang terlalu besar, yaitu 2.613 km.

Nama

Piazzi awalnya mengusulkan nama Cerere Ferdinandea, yang dinamai dari tokoh mitologis Ceres (dewi agrikultur Romawi, dalam bahasa Italia disebut Cerere) dan Raja Ferdinand III dari Kerajaan Sisilia. "Ferdinandea" tidak diterima oleh negara lain sehingga dihapuskan. Ceres juga sempat disebut Hera di Jerman. Di Yunani, nama objek ini adalah Demeter (Δήμητρα), yang merupakan dewi Cerēs versi Yunani; dalam bahasa Inggris, nama tersebut digunakan untuk asteroid 1108 Demeter. Bentuk adjektif Ceres dalam bahasa Inggris adalah Cererian, yang berasal dari bahasa Latin Cerēris. Lambang astronomi lama Ceres adalah sabit ⚳ (); lambang ini kemudian diganti menjadi ①.
Unsur cerium yang ditemukan pada tahun 1803 dinamai dari Ceres. Pada tahun yang sama, unsur lain juga dinamai dari Ceres, namun penemunya mengganti namanya menjadi palladium (dari asteroid 2 Pallas) ketika cerium dinamai.

Status

Klasifikasi Ceres sudah berubah lebih dari sekali dan masih diperdebatkan. Johann Elert Bode meyakini Ceres sebagai "planet yang hilang" di antara Mars dan Yupiter. Ceres memiliki simbol planet dan tetap dianggap sebagai planet di buku-buku astronomi (bersama dengan 2 Pallas, 3 Juno dan 4 Vesta) selama sekitar setengah abad.
Para ahli kemudian mulai menyadari bahwa Ceres, seperti objek lain di wilayah tersebut, merupakan objek yang berbeda. Pada tahun 1802, Sir William Herschel menciptakan istilah asteroid ("seperti bintang") untuk objek semacam itu, dan menulis bahwa "mereka sangat mirip dengan bintang kecil sehingga sulit dibedakan bahkan dengan teleskop yang sangat bagus". Dalam penomoran asteroid modern, objek ini diberi nama 1 Ceres untuk menunjukkan bahwa objek ini merupakan asteroid pertama yang ditemukan.
Perdebatan pada tahun 2006 mengenai status Pluto dan definisi planet menimbulkan pertimbangan untuk mereklasifikasi Ceres sebagai planet. Usulan di Persatuan Astronomi Internasional (IAU) yang mendefinisikan planet sebagai "benda langit yang (a) memiliki massa yang cukup agar gravitasinya dapat melebihi gaya benda tegar sehingga mencapai bentuk keseimbangan hidrostatik (hampir bulat), dan (b) mengorbit bintang, dan bukan bintang ataupun satelit suatu planet". Apabila definisi ini ditetapkan, Ceres akan menjadi planet kelima dari Matahari. Namun, usulan ini ditolak, dan definisi lain yang ditetapkan pada tanggal 24 Agustus 2006 salah satunya mengharuskan agar planet dapat "membersihkan orbitnya". Berdasarkan definisi ini, Ceres bukanlah planet karena tidak mendominasi orbitnya dan memiliki orbit yang sama dengan ribuan asteroid lain di sabuk asteroid. Kini Ceres diklasifikasi sebagai planet katai.
Kadang-kadang Ceres dianggap telah direklasifikasi sebagai planet katai dan tidak lagi dianggap sebagai asteroid. Contohnya, di Space.com tertulis "Pallas, asteroid terbesar, dan Ceres, planet katai yang sebelumnya diklasifikasi sebagai asteroid", sementara menurut situs tanya jawab IAU, "Ceres adalah (atau kini dapat kita katakan sebelumnya merupakan) asteroid terbesar", walaupun kemudian situs tersebut menulis tentang "asteroid lain" yang melewati jalur Ceres dan maka secara tidak langsung menganggap Ceres sebagai asteroid. Minor Planet Center menyatakan bahwa objek seperti Ceres mungkin memiliki dua sebutan. Keputusan IAU tahun 2006 yang mengklasifikasi Ceres sebagai planet katai tidak pernah menyebut apakah Ceres merupakan sebuah asteroid, karena IAU sendiri tidak pernah mendefinisikan kata asteroid, dan menggunakan istilah 'planet minor' hingga tahun 2006, dan 'benda Tata Surya kecil' dan 'planet katai' setelah tahun 2006. Lang (2011) berkomentar bahwa "[IAU telah] menambahkan sebutan baru untuk Ceres, mengklasifikasikannya sebagai planet katai. [...] Berdasarkan definisi tersebut, Eris, Haumea, Makemake, dan Pluto, serta asteroid terbesar, 1 Ceres, semuanya merupakan planet katai." Ia juga mendeskripsikan objek ini sebagai "planet katai-asteroid 1 1 Ceres". Sementara itu, NASA terus menyebut Ceres sebagai sebuah asteroid, dan mengumumkan pada tahun 2011 bahwa "Dawn akan mengorbit dua asteroid terbesar di Sabuk Utama", dan begitu pula buku teks akademik lainnya.

Karakteristik fisik

Ceres adalah objek terbesar di sabuk asteroid antara Mars dan Yupiter. Massa Ceres ditentukan berdasarkan analisis pengaruh planet katai tersebut terhadap asteroid-asteroid yang lebih kecil. Beberapa peneliti memperkirakan hasil yang sedikit berbeda. Rata-rata tiga perkiraan yang paling tepat pada tahun 2008 adalah 9,4×10²⁰ kg. Massa ini merupakan sepertiga dari jumlah massa di sabuk asteroid (3,0 ± 0,2×10²¹ kg), yang merupakan 4% massa Bulan. Luas permukaan Ceres diperkirakan sama dengan luas India atau Argentina. Massa Ceres cukup untuk mencapai bentuk bulat dalam keseimbangan hidrostatik. Sebaliknya, asteroid besar lain seperti 2 Pallas, 3 Juno, dan terutama 10 Hygiea memiliki bentuk yang tidak biasa.

Struktur dalam

Kepepatan Ceres menunjukkan bahwa Ceres mungkin terdiferensiasi, yang menunjukkan bahwa Ceres terdiri dari inti berbatu yang dilapisi oleh mantel ber-es. Mantel setebal 100 km ini (23%–28% massa Ceres; 50% volume Ceres) mengandung 200 juta kilometer kubik air, yang melebihi kandungan air tawar di Bumi. Hal ini didukung oleh pengamatan melalui teleskop Keck pada tahun 2002 dan permodelan evolusioner. Selain itu, karakteristik dan sejarah permukaan Ceres (seperti jarak dari Matahari yang melemahkan radiasi matahari) mendukung keberadaan materi volatil di bagian dalam Ceres.
Akan tetapi, bentuk dan dimensi Ceres mungkin juga dihasilkan oleh struktur dalam yang berpori dan terdiferensiasi sebagian atau sepenuhnya tak terdiferensiasi. Keberadaan lapisan batu di atas es tidaklah stabil secara gravitasional. Apabila endapan batu terbenam di lapisan es yang terdiferensiasi, endapan garam dapat terbentuk. Endapan semacam itu hingga kini masih belum ditemukan. Maka, mungkin Ceres tidak memiliki lapisan es yang besar, namun terbentuk dari asteroid dengan massa jenis yang rendah dan mengandung komponen encer. Peluruhan isotop radioaktif mungkin tidak cukup untuk menyebabkan diferensiasi.

Permukaan

Komposisi permukaan Ceres mirip dengan asteroid tipe C. Terdapat beberapa perbedaan. Spektrum inframerah Ceres menunjukkan keberadaan materi terhidrasi, yang menunjukkan keberadaan air di lapisan dalam. Unsur lain yang mungkin ada di permukaan adalah lempung yang kaya akan besi (kronstedtit) dan mineral karbonat (dolomit dan siderit), yang merupakan mineral yang umum ditemui dalam kondrit C. Spektra karbonat dan lempung biasanya tidak tampak dalam spektra asteroid tipe C lainnya. Kadang-kadang Ceres diklasifikasikan sebagai asteroid tipe G.
Permukaan Ceres relatif hangat. Suhu maksimal dengan Matahari di hadapan diperkirakan sebesar 235 K (sekitar −38 °C, −36 °F) pada tanggal 5 Mei 1991.
Hanya beberapa fitur permukaan Ceres yang berhasil dilacak secara pasti. Citra yang diabadikan oleh Teleskop Angkasa Hubble pada tahun 1995 menunjukkan bintik gelap di permukaan yang dijuluki "Piazzi" untuk menghormati penemu Ceres. Fitur ini diduga sebagai sebuah kawah. Citra inframerah dekat berikutnya dengan resolusi yang lebih tinggi menemukan beberapa fitur terang dan gelap. Dua fitur gelap berbentuk bulat dan diduga merupakan kawah; salah satunya memiliki wilayah tengah yang terang, sementara yang lainnya merupakan fitur "Piazzi". Citra Hubble yang lebih baru pada tahun 2003 dan 2004 menunjukkan keberadaan 11 fitur permukaan, dan sifat fitur tersebut masih belum pasti. Salah satu fitur tersebut mirip dengan fitur "Piazzi".
Pengamatan terakhir juga menemukan bahwa kutub utara Ceres menunjuk ke arah asensio rekta 19 jam 24 menit (291°), deklinasi +59°, di rasi bintang Draco. Artinya, kemiringan sumbu Ceres sangat kecil, yaitu hanya sekitar 3°.

Atmosfer

Terdapat indikasi bahwa Ceres mungkin memiliki atmosfer yang lemah dan mengandung es uap air di permukaan. Es air di permukaan tidak stabil di jarak yang kurang dari 5 SA dari Matahari, sehingga es tersebut diduga akan menyublim jika dipaparkan langsung ke radiasi matahari. Es air dapat bermigrasi dari lapisan dalam ke permukaan, namun akan menguap dalam waktu yang sangat singkat. Akibatnya, melacak penguapan air bukanlah hal yang mudah. Air yang menguap dari wilayah kutub Ceres kemungkinan diamati pada awal tahun 1990-an, namun hal ini belum ditunjukkan secara jelas. Mungkin ada cara untuk melacak air yang menguap dari sekeliling kawah tubrukan atau dari celah di lapisan bawah permukaan Ceres. Pengamatan ultraviolet dari wahana IUE melacak kandungan ion hidroksida di kutub utara Ceres, yang merupakan hasil dari disosiasi uap air akibat radiasi ultraviolet matahari.

Kemungkinan keberadaan kehidupan luar bumi

Meskipun tidak banyak dibicarakan sebagai tempat adanya kehidupan luar bumi seperti di Mars dan Europa, kemungkinan keberadaan es air memicu dugaan bahwa ada kehidupan di Ceres, dan bahwa buktinya dapat ditemukan dalam pecahan (ejecta) di Bumi yang mungkin berasal dari Ceres.

Transit planet dari Ceres

Merkurius, Venus, Bumi, dan Mars tampak melewati Matahari atau melakukan transit di Ceres. Transit yang paling sering terjadi adalah transit Merkurius, yang biasanya berlangsung setiap beberapa tahun, seperti pada tahun 2006 dan 2010. Transit Venus terjadi pada tahun 1953 dan 2051, Bumi pada tahun 1814 dan 2081, dan Mars pada tahun 767 dan 2684.

Asal usul dan evolusi

Ceres mungkin merupakan protoplanet yang terbentuk 4,57 miliar tahun yang lalu di sabuk asteroid. Sementara sebagian besar protoplanet di Tata Surya Dalam bergabung dengan protoplanet lain dan membentuk planet kebumian atau dikeluarkan dari Tata Surya oleh Yupiter, Ceres diyakini berhasil bertahan. Teori lain mengusulkan bahwa Ceres terbentuk di sabuk Kuiper dan nantinya pindah ke sabuk asteroid.
Evolusi geologis Ceres bergantung kepada sumber panas yang tersedia saat pembentukannya: friksi dari akresi planetesimal dan peluruhan berbagai radionuklida (kemungkinan termasuk unsur berumur pendek seperti ²⁶Al). Hal tersebut diduga cukup untuk mendiferensiasi Ceres menjadi inti berbatu dan mantel ber-es setelah pembentukannya. Proses ini mungkin menyebabkan pelapisan kembali oleh vulkanisme dan tektonika air yang menghapis fitur geologis kuno. Karena ukurannya yang kecil, Ceres akan mendingin lebih cepat, sehingga proses pelapisan kembali berhenti. Es di permukaan akan menyumblim secara perlahan dan meninggalkan mineral terhidrasi seperti lempung dan karbonat.
Kini, Ceres tampak tidak aktif secara geologis. Keberadaan es air mungkin menunjukkan bahwa Ceres memiliki lapisan air di dalam. Lapiasn hipotetis ini seringkali disebut samudra. Jika lapisan air memang ada, lapisan tersebut diyakini berada di antara inti berbatu dan mantel ber-es seperti di Europa. Keberadaan samudra menjadi lebih mungkin bila larutan (contohnya garam), amonia, asam sulfat, dan senyawa antibeku lainnya larut di air.

Penjelajahan

Hingga saat ini, hanya ada satu wahana antariksa yang berhasil mengunjungi sekaligus mengorbit Ceres, yaitu Dawn milik NASA. Sebelumnya, sinyal radio dari wahana di orbit di sekitar dan di permukaan Mars telah dimanfaatkan untuk memperkirakan massa Ceres berdasarkan perturbasi Ceres terhadap gerakan Mars.
Wahana Dawn yang diluncurkan oleh NASA pada tahun 2007 mengorbit asteroid 4 Vesta dari 15 Juli 2011 hingga 5 September 2012 dan melanjutkan perjalanannya ke Ceres. Wahana ini tiba di Ceres pada tanggal 6 Maret 2015, lima bulan sebelum New Horizons tiba di Pluto. Maka, Dawn menjadi wahana antariksa pertama yang mempelajari planet katai ini dari dekat.
Berdasarkan profil misi Dawn, wahana tersebut memasuki orbit Ceres di ketinggian 13.500 km, dan hanya bertahan selama kurang lebih satu orbit (lima belas hari). Wahana tersebut kemudian mengurangi jarak orbitnya hingga 4.400 km untuk orbit pengamatan kedua selama tiga minggu, dan kemudian ke ketinggian 1.470 km untuk Orbit Pemetaan Ketinggian Tinggi (HAMO) selama dua bulan, dan kemudian ke ketinggian 375 km untuk Orbit Pemetaan Ketinggian Rendah (LAMO) selama setidaknya tiga bulan. Alat yang ada di wahana tersebut meliputi kamera, spektrometer visual dan inframerah, dan pelacak sinar gamma dan neutron. Alat-alat tersebut digunakan untuk menyelidiki bentuk dan komposisi unsur Ceres.