De dwergplaneet Ceres

De dwergplaneet Ceres
Ceres, gefotografeerd op 15 februari 2015 door de DAWN-sonde. De afstand tot Ceres bedroeg 46.000 kilomete r(credit: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA )

De asteroïdengordel is een interessant gebied. De gordel bevat tussen de 2,8 en 3,2 triljoen ton aan materie en is ook nog eens bedeeld met kleine “planeten”. De grootste van deze draagt de naam Ceres en het is niet alleen de grootste asteroïde in het binnengebied van het zonnestelsel maar het is ook het enige object in dit gebied dat door de Internationale Astronomische Unie als dwergplaneet wordt erkend.

Toen het object werd ontdekt zag men het lange tijd aan voor een planeet maar dat is nu niet meer zo. Ceres is wel het enige object in de asteroïdengordel dat genoeg massa heeft om bolvormig te zijn.

Ontdekking en naamgeving

Ceres is op 1 januari 1801 ontdekt door de Italiaanse astronoom Giuseppe Piazzi. Het bestaan van Ceres werd echter al veel eerder voorspeld door de Duitse astronoom Johann Elert Bode die speculeerde dat er zich nog een planeet moest bevinden tussen de banen van Mars en Jupiter. De basis voor deze bewering was de wet van Bode-Titius die voor het eerst voor Johann Daniel Titius werd opgesteld in 1766.

Deze wet beschreef dat er een regelmatig patroon bestaat in de banen van de bekende planeten met als enige uitzondering het grote gat tussen de banen van Mars en Jupiter. In een poging om dit op te lossen stuurde de Duitse astronoom Franz Xavier van Zach in 1800 een verzoek aan 24 ervaren astronomen om de krachten te bundelen en dit ontbrekende object te vinden.

Een van deze astronomen was Giuseppe Piazzi van de Academie van Palermo die kort voor hij werd uitgenodigd Ceres had ontdekt. Hij zag het object echter in eerste instantie aan voor een komeet maar nieuwe waarnemingen toonden aan dat hij met iets anders had te maken. Officieel deelde hij in april 1801 zijn waarnemingen met vrienden en collega’s en in september 1801 werd de informatie door von Zach gepubliceerd.

Vanwege de verplaatsing aan de hemel bevond Cees zich te dicht bij de Zon om waargenomen te kunnen worden en duurde het tot einde 1801 voordat men de dwergplaneet weer kon zien. Dit was voor een groot deel te danken aan de baanberekeningen van de Duitse astronoom Carl Friedrich Gauss. Op 31 december 1801 konden van Zach en zijn collega Heinrich Olbers Ceres waarnemen op nagenoeg precies de positie die Gauss het berekend.

Piazzi stelde voor om het nieuwe hemellichaam de naam Cerere Ferdinandea te noemen naar de Romeinse godin van de landbouw (Cerere in het Italiaans) en koning Ferdinand van Sicilië. De naam van Ferdinand werd door andere landen niet overgenomen. In Duitsland werd Ceres een korte tijd Hera genoemd zoals de Grieken de dwergplaneet Demeter noemden naar het Griekse equivalent van de Romeinse godin Ceres.

Classificatie

Ceres is sinds zijn ontdekking al in verschillende categorieën ingedeeld. Zo zag Johann Elert Bode Ceres als de ontbrekende planeet die zich tussen de banen van Mars en Jupiter moest bevinden. Ceres kreeg een planeten symbool en bleef lange tijd als planeet genoemd worden in astronomische boeken en tabellen (samen met de asteroïden 2 Pallas, 3 Juno en 4 Vesta) tot ergens in het midden van de negentiende eeuw.

Toen men andere objecten begon te ontdekken in de buurt van Ceres begonnen astronomen zich te realiseren dat Ceres een nieuwe klasse van objecten representeerde. In 1802 werd 2 Pallas ontdekt en introduceerde William Herschel de term asteroïde (sterachtige) voor deze objecten. Omdat Ceres als eerste was ontdekt kreeg het toen de aanduiding 1 Ceres.

Omstreeks 1860 werd algemeen geaccepteerd dat er fundamentele verschillen zijn tussen asteroïden en de echte planeten maar een precieze definitie over wat een planeet is, werd nooit opgesteld. Dat heeft geduurd toen de ontdekking van Eris en andere Kuipergordel objecten tot discussies leidden over de status van Pluto. Die discussies hadden uiteindelijk ook effect op de status van Ceres.

Op 24 augustus 2006 werd er een algemeen geaccepteerde definitie van een planeet opgesteld die o.a. aangeeft dat die voldoende massa moet hebben om een hydrostatisch evenwicht te bereiken, in een baan om een ster draaien en geen satelliet zijn van een ander object en zij baan schoon hebben geveegd.

Ceres domineert niet in zijn baan maar deelt die met duizenden andere asteroïden. Ceres is goed voor ongeveer eenderde van de totale massa van de asteroïdengordel.

Een andere vraag die opduikt is of de status van Ceres als dwergplaneet betekent dat het geen asteroïde meer is. In haar beslissing in 2006 dat Ceres een dwergplaneet is heeft ze zich daar niet over uitgesproken. Er is zelfs geen duidelijke definitie over wat een asteroïde is en de IAU gebruikte tot 2006 zelf de uitdrukking “kleine planeten” totdat de term dwergplaneet in 2006 werd ingevoerd.

Massa, grootte en baan

Vroeger was men niet in staat om de grootte nauwkeurig te berekenen. William Herschel schatte in 1802 de grootte van Ceres op 260 kilometer. In 1811 berekende de astronoom Johann Hieronymus Schröter de grootte op 2613 kilometer. Huidige berekeningen komen uit op een straal van 476 kilometer en een massa van ongeveer 9,39 * 1020 kilogram (0,00015 Aardmassa of 0,0128 Maanmassa)

Uitgaande van deze massa vertegenwoordigt Ceres ongeveer eenderde van de totale massa van de asteroïdengordel (die dan weer overeenkomt met ongeveer 4% van de massa van onze Maan). De andere grote objecten in de asteroïdengordel, Vesta, Pallas en Hygiea, hebben gemiddelde diameters van meer dan 400 kilometer en massa’s van 2,6 * 1020 kg, 2,11 * 1020 kg en 8,6 * 1019 kg. De massa van Ceres is groot genoeg om de vorm van een bol aan te nemen. Ceres is hiermee het enige object in de asteroïdengordel dat dit kan.

De baan van Ceres is licht excentrisch met een aphelium van 2,9773 AE (445,4 miljoen kilometer) en een perihelium van 2,557 AE (382,6 miljoen kilometer). De baan heeft een kleine inclinatie. Ceres draait met een periode van 1680 dagen (4,6 jaar) om de Zon heen en heeft 0,3781 dagen (9 uur, 4 minuten) nodig voor een omwenteling om zijn eigen as.

Samenstelling en atmosfeer

Gebaseerd op de grootte en de dichtheid (2,16 g/cm3) denkt men dat Ceres een kern heeft die uit gesteente bestaat omringd door een mantel van ijs. Waarnemingen, gedaan in 2001 met de Keck telescoop, duidden op een dikte van 100 kilometer voor de ijslaag. Men neemt aan dat er ongeveer 200 miljoen kubieke meter water in het ijs zit en dat is meer vers water dan er op Aarde voorkomt. Infrarode waarnemingen duidden er tevens op dat het mogelijk is dat er zich een ondergrondse oceaan bevindt onder de ijsachtige mantel. Als dat klopt dan zou die oceaan mogelijk geschikt zijn voor microbiologisch leven.

Aan het oppervlak komen mogelijk ijzerrijke klei mineralen (cronstedtiet) en carbonaathoude mineralen (dolomiet en sideriet) voor en dat zijn algemene mineralen die ook in bepaalde meteorieten voorkomen, Het oppervlak van Ceres is relatief warm; de maximum temperatuur bedraagt er ± 235 Kelvin (-38 °Celsius)

Als er voldoende anti-vriesachtige soffen (zoals bijvoorbeeld ammoniak) aanwezig zijn dan wordt waterijs bij deze temperatuur instabiel. Er zou dus een hele ijle atmosfeer kunnen voorkomen die wordt gevuld door het uitgassen van waterijs aan de oppervlakte. Er zijn significante hoeveelheden hydroxide ionen aangetroffen aan de noordpool en hydroxides zijn een product van waterdamp dat door ultraviolette straling van de Zon ontleedt.

Echter het heeft tot 2014 geduurd alvorens men ook op gemiddelde breedtes op Ceres waterdamp kon detecteren. Mogelijke mechanismes voor het vrijkomen van waterdamp zijn sublimatie als gevolg van kosmische straling, cryovulkanische uitbarstingen als gevolg van inwendige hitte en drukverhogingen net onder het oppervlak. De eerste, schaarse gegevens duidden echter op een vorm van sublimatie zoals die ook bij kometen voorkomt.

Oorsprong

Er zijn verschillende theorieën die het bestaan van Ceres beschrijven. Zo is er een theorie die zegt dat Ceres een protoplaneet is die in de asteroïdengordel is overgebleven toen het zonnestelsel 4,6 miljard jaar geleden ontstond. Ceres is niet met andere protoplaneten samengesmolten zoals de andere aardse planeten in het zonnestelsel en is door de aanwezigheid van de grote Jupiter ook niet uit het zonnestelsel geschoten. Echter er is een andere theorie die zegt dat Ceres in de Kuipergordel is ontstaan en later naar de asteroïdengordel is gemigreerd.

De geologische ontwikkeling van Ceres is afhankelijk van het feit of er interne hittebronnen aanwezig waren tijdens en kort na het ontstaan. Die hitte kan worden opgewekt door wrijving van de planetesimalen en het verval van radio-actieve nucleotiden. Men neemt aan dat die warmte er voldoende is geweest zodat er een kern uit gesteente is kunnen ontstaan die wordt omringd door een mantel van ijs. Die ijslaag is mogelijk geleidelijk aan gesublimeerd waardoor er een variëteit aan gehydrateerde mineralen, zoals klei mineralen en carbonaten, is achtergebleven.

Tegenwoordig is Ceres geologisch inactief. Het oppervlak verandert alleen maar als gevolg van inslagen. Het voorkomen van significant grote hoeveelheden waterijs duidden voor wetenschappers op de mogelijke conclusie dat Ceres een laag vloeibaar water in zijn binnenste heeft gehad of nog steeds heeft.

Verkenning

Tot voor kort was er maar weinig bekend over Ceres. In 1995 maakte de Hubble Space Telescope hoge resolutie opnames van de dwergplaneet en die toonden een donkere grote vlek aan het oppervlak waarvan men aanneemt dat het een grote krater is. Deze structuur heeft de bijnaam Piazzi gekregen naar zijn ontdekker.

Op infrarood opnames die in 2002 werden gemaakt m.b.v. de Keck telescoop zijn diverse donkere en lichte structuren zichtbaar die meebewegen met de rotatie van de dwergplaneet. Twee van deze structuren zijn cirkelvormig; men neemt aan dat het kraters zijn. Op opnames van de Hubble telescoop die in 2003 en 2004 worden gemaakt zijn elf herkenbare structuren te zien.

In maart 2015 is de ruimteverkenner DAWN aangekomen in een baan om Ceres. DAWN heeft foto’s gemaakt waarop veel inslagkraters zichtbaar zijn die een laag profiel hebben. Hier is uit af te leiden dat het oppervlak relatief zacht is; vermoedelijk waterijs wat al eerder werd aangenomen.

DAWN heeft ook verschillende heldere vlekken waargenomen. De helderste van deze vlekken bevindt zich midden in een krater die een doorsnede heeft van 80 kilometer. Deze krater is Occater genoemd. Deze heldere vlekken hebben een albedo van ongeveer 40% en worden veroorzaakt door een substantie aan het oppervlak waarvan men vermoedt dat het gaat om ijs of zouten die zonlicht reflecteren. Boven één van de vlekken is een soort mist gezien die de hypothese van uitgassen of sublimeren van ijs ondersteunt waardoor deze heldere vlekken ontstaan.

Begin augustus 2015 heeft de DAWN-sonde ook een 6 kilometer hoge berg waargenomen. Deze berg heeft ruwweg de vorm van een piramide en torent hoog boven het omliggende, vlakke terrein uit. Het is de enige berg in zijn soort die op Ceres is waargenomen.

De waarnemingen van de DAWN leveren een schat aan nieuwe informatie op die wetenschappers helpt om Ceres beter te begrijpen en die een bijdrage leveren aan onze kennis over het zonnestelsel.

Ceres in cijfers

Ceres in cijfers

Ontdekt doorGuiseppe Piazzi
Datum ontdekking1 januari 1801
Gemiddelde afstand tot de Zon413.690.250 km
Perihelium380.951.528 km
Aphelium446.428.973 km
Jaar4.60 Aardse jaren
Omtrek baan2.595.217.959 km
Gemiddelde baansnelheid64.360 km/u
Baan excentriciteit0.079138251
Baan inclinatie10,59°
Gemiddelde straal476,2 km
(487,3 * 454,7 km)
Omtrek aan de evenaar2992,1 km
Volume452.331.448 km3
Massa947.000.000.000.000.000.000 kg
Dichtheid2,09 g/cm3
Oppervlakte2.849.631 km2
Zwaartekracht aan de oppervlakte0,28 m/s2
Ontsnappingssnelheid1855 km/u
Lengte van de dag0,378 Aardse dagen
9,07417 Aardse uren
Temperatuur (gemiddeld)-148 °C

Eerste publicatie: 24 augustus 2015
Laatste keer bewerkt op: 3 oktober 2017