梅西爾德星

梅西爾德星（253 Mathilde）是一顆位於小行星帶的小行星，直徑大約50公里，由約翰·帕利扎於1885年所發現。梅西爾德星擁有一個橢圓形的軌道，公轉週期則超過4年。 這顆小行星以一個不尋常的速度緩慢自轉，需要17.4天才繞著它的軸心旋轉一圈。梅西爾德星是一顆原始C-型小行星，這意味小行星的表面具有較高比例的碳，導致它的表面相當黑暗，只有4％的光線被反射出去。 會合-舒梅克號在1997年6月近距離通過梅西爾德星，當時太空船正在前往愛神星。在飛越梅西爾德星時，太空船針對小行星的一個半球進行拍攝，顯示梅西爾德星表面佈滿許多大型的隕石坑。直到羅塞塔號在2010年飛越魯特西亞為止，梅西爾德星是太空船近距離探測過最大的一顆小行星，也是第一顆被太空船近距離探測過的C-型小行星。 奧地利海軍天文台的主管約翰·帕利扎在1880年獲得在新落成維也納天文台擔任助理的機會。雖然接受這個工作代表約翰·帕利扎遭到降職，但是反過來，他將有機會使用新型的27英寸（690公釐）折射望遠鏡，它在當時是世界上最大的望遠鏡。當時帕利扎已經發現27顆小行星，後來在維也納工作時，他繼續利用27英寸（690公釐）及12英寸（300公釐）望遠鏡在退休之前另外發現94個小行星。 約翰·帕利扎在1885年11月12日發現梅西爾德星。這顆小行星最初的軌道根數是由V·A·勒伯夫所計算出來的，他是另一位在維也納天文台工作的奧地利天文學家。勒伯夫建議將該小行星命名為梅西爾德，這是巴黎天文台副主任莫里斯·洛伊（Maurice Lœwy）妻子的名字。 地面觀測在1995年確定梅西爾德星是一顆C-型小行星，天文學家還發現它擁有一個特別長的自轉週期。 會合-舒梅克號在1997年6月27日以1,212公里的距離通過梅西爾德星，當時太空船的移動速度為9.93公里/秒。這次探測讓太空船拍攝超過500張小行星表面的照片，並提供天文學家更準確的數據來確定這顆小行星的大小與質量（根據太空船受到的引力攝動）。然而太空船只對梅西爾德星的一個半球拍攝照片。梅西爾德星是第3顆被太空船近距離拍攝照片的小行星，晚於小行星951及艾女星。 梅西爾德星非常黑暗，它的反照率類似新鮮的瀝青，天文學家認為梅西爾德星與CI1或CM2碳質球粒隕石擁有相同成份，表面主要是層狀矽酸鹽礦物。該小行星表面充滿大量的撞擊坑，煤礦也分布在一些撞擊坑附近 。梅西爾德星表面兩個最大的撞擊坑是石狩（29.3公里）與卡魯（33.4公里），它們都比小行星的平均半徑還寬。天文學家根據撞擊坑尖銳的邊緣，認為它們導致大量的物質從小行星表面脫離出來。撞擊坑的亮度及顏色並無差異，也沒有出現分層情況，所以這顆小行星的內部必定十分均勻。有跡象顯示物質會沿著撞擊坑朝下方移動。 根據會合-舒梅克號的探測結果，梅西爾德星的密度為1300公斤/立方公尺，不到一個典型碳質球粒隕石的一半，這顯示梅西爾德星可能是非常鬆散的碎石堆，這與天文學家藉由配備調適光學系統的地面望遠鏡研究幾顆真正的C-型小行星（歐仁妮、休神星、林神星和赫女星）之後的結果一致。梅西爾德星的內部有高達50％是空洞。然而梅西爾德星表面一條20公里長的斷崖顯示小行星可能確實擁有一些結構性的力量，所以它的內部可能擁有一些大型結構 。梅西爾德星內部密度較低，讓小行星遭受撞擊的力量不易傳達出去，有助於表面的高度保持一致。 梅西爾德星擁有一個橢圓軌道，讓它可以抵達小行星帶的外側。然而梅西爾德星的公轉軌道完全位於火星與木星公轉軌道之間，它並未橫跨行星軌道。它也是自轉週期最慢的小行星之一，大部分小行星的自轉週期都介於2-24小時之間。由於自轉速度慢，因此會合-舒梅克號只能拍攝小行星表面60％的照片。梅西爾德星緩慢的自轉速度顯示它可能擁有一顆衛星，但是會合-舒梅克號的照片顯示在梅西爾德星半徑20倍的區域內並未存在任何直徑大於10公里的衛星。 Moore, Sir Patrick. The Wandering Astronomer. CRC Press. 1999. ISBN 0750306939.  半長軸為a、公轉週期為T而偏心率為e，因此平均公轉速度為: v o = 2 π a T [ 1 − e 2 4 − 3 e 4 64 − … ] = 18.31   km/s [ 1 − 0.0177 − 0.00008 − ⋯ ] ≈ 17.98   km/s {\displaystyle {\begin{aligned}v_{o}&={\frac {2\pi a}{T}}\left[1-{\frac {e^{2}}{4}}-{\frac {3e^{4}}{64}}-\dots \right]\\&=18.31\ {\mbox{km/s}}\left[1-0.0177-0.00008-\cdots \right]\\&\approx 17.98\ {\mbox{km/s}}\\\end{aligned}}\!\,} 關於橢圓周長的資訊請參閱: H. St̀eocker, J. Harris. Handbook of Mathematics and Computational Science. Springer. 1998: p. 386. ISBN 0-387-94746-9.  引文格式1维护：冗余文本 (link) Unless otherwise noted, parameters are per: Yeomans, Donald K. 253 Mathilde. JPL Small-Body Database Browser. NASA. 2003-08-29 [2007-08-29]. （原始内容存档于2007-07-08）.  J. Veverka; et al. NEAR Encounter with Asteroid 253 Mathilde: Overview. Icarus. 1999, 140: 3–16 [2007-08-29]. doi:10.1006/icar.1999.6120. （原始内容存档于2012-02-28）.  引文格式1维护：显式使用等标签 (link) D. K. Yeomans; et al. Estimating the mass of asteroid 253 Mathilde from tracking data during the NEAR flyby. Science. 1997, 278 (5346): 2106–9 [2007-08-29]. PMID 0009405343. doi:10.1126/science.278.5346.2106. （原始内容存档于2007-10-01）.  引文格式1维护：显式使用等标签 (link) 小行星的質量為m,半徑為r,而G則是重力常數, 根據牛頓萬有引力定律得出表面平均重力g為: g = G m r 2 = 6.67 × 10 − 11 m 3 / kg s 2 ⋅ 1.03 × 10 17   kg ( 5.28 × 10 4   m ) 2 = 0.0025   m/s 2 {\displaystyle {\begin{aligned}g&=G{\frac {m}{r^{2}}}\\&=6.67\times 10^{-11}{\mbox{m}}^{3}/{\mbox{kg s}}^{2}\cdot {\frac {1.03\times 10^{17}\ {\mbox{kg}}}{(5.28\times 10^{4}\ {\mbox{m}})^{2}}}\\&=0.0025\ {\mbox{m/s}}^{2}\\\end{aligned}}} 表面平均重力為g,半徑為r,因此逃逸速度經過計算為: v e = 2 g r = 2 ⋅ 0.0025   m/s 2 ⋅ 52800   m = 16.2   m/s {\displaystyle {\begin{aligned}v_{e}&={\sqrt {2gr}}\\&={\sqrt {2\cdot 0.0025\ {\mbox{m/s}}^{2}\cdot 52800\ {\mbox{m}}}}\\&=16.2\ {\mbox{m/s}}\\\end{aligned}}} Stefano Mottola; et al. The slow rotation of 253 Mathilde. Planetary and Space Science. 1995, 43 (12): 1609–1613 [2007-02-04].  引文格式1维护：显式使用等标签 (link) 小行星反射率為α、半長軸為a、太陽光度為 L 0 {\displaystyle L_{0}} 、斯特藩-玻爾茲曼常數為σ，而小行星紅外線發射率為ε(~0.9），因此平均溫度T經過計算為: T = ( ( 1 − α ) L 0 ϵ σ 16 π a 2 ) 1 4 = ( ( 1 − 0.0436 ) ( 3.827 × 10 26   W ) 0.9 ( 5.670 × 10 − 8   W/m 2 K 4 ) 16 ⋅ 3.142 ( 3.959 × 10 11   m ) 2 ) 1 4 = 173.7   K {\displaystyle {\begin{aligned}T&=\left({\frac {(1-\alpha )L_{0}}{\epsilon \sigma 16\pi a^{2}}}\right)^{\frac {1}{4}}\\&=\left({\frac {(1-0.0436)(3.827\times 10^{26}\ {\mbox{W}})}{0.9(5.670\times 10^{-8}\ {\mbox{W/m}}^{2}{\mbox{K}}^{4})16\cdot 3.142(3.959\times 10^{11}\ {\mbox{m}})^{2}}}\right)^{\frac {1}{4}}\\&=173.7\ {\mbox{K}}\end{aligned}}} 請參閱: Torrence V. Johnson, Paul R. Weissman, Lucy-Ann A. McFadden. Encyclopedia of the Solar System. Elsevier. 2007: p. 294. ISBN 0-12-088589-1.  引文格式1维护：冗余文本 (link) Williams, David R. NEAR Flyby of Asteroid 253 Mathilde. NASA. December 18, 2001 [2006-08-10]. （原始内容存档于2006-08-18）.  Raab, Herbert. 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