瑪尼 (小行星)

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瑪尼
File:2002 MS4 Hubble 8x upscale.png
哈勃太空望遠鏡攝影出來的瑪尼
发现[1]
發現者查德·特魯希略
米高·E·布朗
發現日期2002年6月18日
編號
MPC編號307261 Máni
其它名稱2002 MS4
小行星分類QB1天体 (MPC)[2]
离散盘天体 (DES)[3]
軌道參數[4]
曆元 June 18, 2009 (2455000.5)
遠日點47.858 AU
(7159.4 Gigameters)
近日點36.004 AU
(5386.12174 Gigameters)
半長軸41.931 AU
(6272.78832 Gigameters)
離心率0.14135
軌道週期271.53 yr
平均軌道速度4.58 km/s
平近點角210.108°
軌道傾角17.693°
升交點黃經216.086°
近日點參數213.200°
物理特徵
大小796±24 km (2019–2022)[5]
反照率
  • 0.100±0.025[5]: 8  or 0.098±0.004[6]: 2  (geometric)
  • 0.039±0.005 (Bond)[6]: 23 
溫度≈43 K,-230.15℃
光譜類型
  • B−V = 0.69±0.02[7]: 6 
  • V−R = 0.38±0.02[7]: 6 
視星等20.6[8]
絕對星等(H)
  • 3.56±0.03[9]: 62, 74 
  • 3.63±0.05[5]: 8 [10]
  • 3.64 (JPL/MPC)[4][11]

瑪尼為一顆外海王星天體，小行星編號為307261，臨時編號为 2002 MS4。于2002年6月18日由查德·特魯希略和米高·布朗发现。

米高·布朗認为其很可能是矮行星[12]。根據2019–2022年的觀測結果，它的直徑估計為796±24 公里[5]，且其有足够大的體積而可被视为IAU 2006年草案提案中的矮行星[13]。目前其距離太阳47.2天文單位，并将在2123年到達近日点[4]。

目前它已被觀察55次，最早的回溯發現可以回溯至1954年4月8日[4]。

歷史[编辑]

發現[编辑]

瑪尼小行星於2002年6月18日由天文學家查德·特魯希略和邁克爾·布朗在美國加利福尼亞州聖地亞哥縣帕洛瑪天文台發現。[11]這項發現是加州理工學院利用其1.22公尺（48吋）塞繆爾·奧斯欽望遠鏡及其廣域CCD相機，對冥王星大小的柯伊伯帶天體進行廣域巡天觀測的一部分。該巡天與帕洛瑪天文台的近地小行星夜間追蹤計畫共同運作。[14]: 101  這項巡天也發現了海王星以外的其他幾個大型天體，包括矮行星厄里斯、塞德娜和誇奧爾。[15]: 214 

瑪尼是透過人工篩選團隊自動影像搜尋軟體識別出的潛在移動天體而發現的。[14]: 101  它是探測到的較暗天體之一，觀測亮度為20.9等，略低於巡天的極限星等。[14]: 99, 103  兩個月後，帕洛瑪天文台進行了後續觀測。 2002 年 8 月 8 日，1.52 公尺（60 吋）望遠鏡觀測到了它。[16] 2002 年 11 月 21 日，小行星中心宣布了這項發現，並將該天體暫時命名為 2002 MS4。[16]

File:P48 1994 Jean Large.jpg
File:2002 MS4 discovery annotated zoom.gif

後續觀測[编辑]

自2002年8月收到後續觀測資料後，馬尼小行星在超過九個月的時間裡未被觀測到，直到2003年5月29日，特魯希略在帕洛馬天文台重新觀測到它。隨後，沃爾夫·比克爾於2003年6月在德國貝爾吉施格拉德巴赫天文台進行了觀測。[17] 這些重新觀測顯著降低了馬尼小行星軌道的不確定性，使得人們能夠進一步推斷其位置，從而識別出重新觀測先前的觀測資料。[18] 2007年，天文學家安德魯洛從數位化巡天（Digitized Sky Survey）的底片中辨識出七條重新觀測之前的觀測資料；其中最早的一條是由帕洛馬天文台於1954年4月8日拍攝的。[18][19] 截至2025年，馬尼小行星已被觀測超過68年，約佔其軌道周期的25%。[4][11]

編號和命名[编辑]

天體於2011年12月10日從小行星中心獲得了永久小行星目錄編號307261。[18][20]: 292  2025年6月9日，國際天文學聯合會小天體命名工作小組（WGSBN）正式將其命名為「瑪尼」（Máni）。[11][21]: 13  根據命名說明，「瑪尼是古諾爾斯語中月亮的擬人化形象，如散文埃達中所述。瑪尼是蒙迪爾法裡的兒子，太陽神索爾的兄弟。」[11]: 13  這個名稱遵循WGSBN推薦的以神話創世人物命名柯伊伯帶經典天體的命名主題。[22]: 8 

軌道[编辑]

瑪尼是一顆海王星外天體（TNO），在海王星之外繞著太陽運行，軌道周期為269年。[23]它的半長軸或平均軌道距離為41.7天文單位（AU），軌道偏心率為0.15，屬於中等偏心率。[24]: 45 [23] 在其偏心軌道上，瑪尼近日點距離太陽35.7天文單位，遠日點距離太陽47.8天文單位。[23] 它的軌道傾角相對於黃道面約為18°。[23] 瑪尼上一次過近日點是在1853年4月，過遠日點是在1987年2月，下一次過近日點將在2123年6月。[25][26][27]

瑪尼位於柯伊伯帶經典區域，距離太陽37-48天文單位，[28]: 227 因此被歸類為經典柯伊伯帶天體（有時也稱為「立方體天體」）。[24]: 53  瑪尼​​的高軌道傾角使其成為經典柯伊伯帶中動力學上「熱」的成員，這意味著在太陽系早期歷史中，它因海王星向外行星遷移而受到引力散射，最終到達了現在的位置。[28]: 227, 229  瑪尼目前的軌道距離海王星足夠遠（最小軌道交點距離為6.6天文單位），[11]因此它不再受到與海王星近距離接觸的散射影響。[3][28]: 214 

2007年的一項動力學研究模擬了瑪尼在1000萬年時間跨度內的軌道演化，發現它可能處於瑪尼星與海王星存在間歇性的18:11平均運動軌道共振，[28]: 218 這似乎會導致馬尼星軌道傾角和偏心率出現不規則波動。[28]: 225 儘管如此，研究人員並不認為馬尼星與海王星有共振。[3][24]: 56 [6]: 2 

File:2002 MS4 resonance.gif
File:Máni, Arrokoth, Pluto, Quaoar orbits.png

物理特性[编辑]

瑪尼直徑估算歷史
出版年份 直徑
(km)		 方法 參考文献
2008 726.2+123.2
−122.9 		熱能 [29]: 173 
2009 730+118
−120 		熱能 [30]: 291 
2012 934±47 熱能 [31]: 10 
2020 770±2 掩星 [32]
2022 <810±70 掩星 [33]
2023 796±24 掩星 [5]

2020 年 8 月 8 日的大規模掩星觀測結果表明，瑪尼的形狀接近扁球體，赤道直徑為 824 公里（512 英里），極地直徑可達 770 公里（480 英里）。[5] 瑪尼的平均直徑為 796 公里（495 英里），[5] 介於兩顆最大的小行星穀神星（940 公里；580 英里）和 灶神星（520 公里；320 英里）的直徑之間。[5] 目前尚不清楚從地球視角觀測到瑪尼的赤道是傾斜的還是側向的，因此該天體的實際極徑可能比2020年8月掩星觀測到的要小，或者扁率更大。[5] 瑪尼是已知第十大（如果算上冥王星的衛星卡戎，則是第十一大）海王星外天體。由於其體積較大，它被認為是矮行星的候選者。[5]: 1 

由於瑪尼沒有已知的衛星，因此其質量和密度未知。 由於質量和密度未知，無法確定馬尼的球狀形狀是否由流體靜力平衡造成，如果是，則可將其歸類為矮行星。 在流體靜力平衡的條件下，馬尼的密度可以根據其扁率和自轉週期進行預測，儘管這兩個屬性都知之甚少。[5]: 8  假設馬尼的平衡形狀為麥克勞林橢球體，則其可能的密度範圍分別為 0.72–8.0 g/cm³ 和 0.36–3.9 g/cm³，對應的自轉週期分別為 7.44 小時和 10.44 小時。[5]: 8  瑪尼的直徑範圍在 400–1,000 公里（250–620 英里）之間。 TNO的密度通常低於水冰（1 g/cm³）；理論認為，由於缺乏內部融化和重力壓縮，這些TNO具有多孔的內部結構。[34]: 1, 8 

表面[编辑]

File:Trans-Neptunians Size Albedo Color.svg

瑪尼表面呈灰色或光譜中性色，這意味著它在可見光譜範圍內反射的光量相似。[35]: 2  瑪尼表面顏色較暗，幾何反照率低至 0.1。[6] 2022 年，詹姆斯韋伯太空望遠鏡進行的近紅外光譜觀測表明，瑪尼表面富含結晶水冰、非晶態水冰和二氧化碳冰，但缺乏甲烷等揮發性物質和碳氫化合物。[36][35]這種成分使瑪尼星成為「顯著水」（H₂O）型海王星外天體（TNO）的一員，這類天體還包括柯伊伯帶的大型天體奧爾庫斯、薩拉西亞和阿克呂斯。[35]

在H₂O型TNO中，包括瑪尼星在內的最大成員都展現出相對較高的表面水冰濃度。[35]: 7  2025年，由伊恩·王領導的一項研究推測，它們高濃度的表面水冰可能來自低溫火山活動。[35]: 7  2023年，傑森·庫克及其合作者進行的一項初步分析表明，瑪尼星的表面水冰由微米級顆粒組成，而其二氧化碳冰則由較粗的微米級顆粒和較細的亞微米級顆粒混合而成。[37] 「新視野號」探測器對馬尼星相位曲線的觀測表明，該天體表面的冰質風化層顆粒粗糙且形狀不規則。[6]: 19 

地形[编辑]

File:2002 MS4 shape - Rommel et al. 2023 Fig 6.tif
File:2002 MS4 limb topography - Rommel et al. 2023 Fig 5.tif

2020 年 8 月 8 日的掩星觀測揭示了瑪尼小行星東北輪廓（或邊緣）上的巨大地形特徵，其中最顯著的是一個類似隕石坑的凹陷，寬 322 ± 39 公里（200 ± 24 英里），深 45.1 ± 1.5 公里（28.02 ± 0.93 英里）和高達25+4
−5 公里 （15.5+2.5
−3.1 英里）的山峰。[5]: 7  在掩星期間，法國瓦拉日的一台望遠鏡還探測到了另一個寬約 10 公里（6.2 英里）、深約 11 公里（6.8 英里）的凹陷特徵；當瑪尼出現時，這個凹陷特徵部分遮蔽了恆星，導致恆星亮度逐漸增強而非瞬間增強。[5]: 7  這些觀測到的地形特徵的高度超過了瑪尼大小的冰質天體預期的最大高度6-7公里（3.7-4.3英里），表明該天體過去可能經歷過一次強烈的撞擊。[5]: 6, 9  如果瑪尼的物質強度向核心方向遞增，它就有可能支撐起如此巨大的地形特徵。[5]: 6  先前，人們也曾透過掩星觀測到其他海王星外天體（TNO）上的地形特徵，例如小行星208996（Achlys），它有一個深度至少為8公里（5英里）的凹陷特徵。[38][39]

瑪尼上的地形峰高度與火星最高峰奧林帕斯山以及小行星灶神星上雷亞希爾維亞盆地相當。[39][40] 如果瑪尼上的地形峰是一座山，那麼它將是太陽系已知最高的山之一。[39] 如果馬尼上的巨大凹陷是一個隕石坑，那麼這將是首次在海王星外天體上觀測到如此巨大的隕石坑。[5] 此凹陷的寬度約佔瑪尼直徑的40%，這與土星衛星土衛三和土衛八上觀測到的最大隕石坑直徑比相當。作為參考，土衛三（奧德修斯撞擊坑）最大的隕石坑約佔其直徑的43%，土衛八（特吉斯隕石坑）最大的隕石坑約佔其直徑的40%，但它們都比據稱的瑪尼隕石坑淺得多。[5]: 9  另一方面，海王星外矮行星冥王星及其衛星卡戎並沒有如此大的隕石坑，因為它們最大的隕石坑與直徑之比分別為10.5%和18.9%。[5]: 9  瑪尼隕石坑的巨大凹陷深度佔其直徑的5.7%，超過了其他太陽系同等大小天體的最大隕石坑：土衛一（彌瑪斯）最大的隕石坑深度達10-12公里（6.2-7.5英里）[41]: 424 ，神星（維斯塔）遠小於此隕石坑的最大隕石坑。雷亞西爾維亞隕石坑的深度可達 25 公里（16 英里）。[40]

自轉和光變曲線[编辑]

瑪尼星的自轉週期尚不確定，其自轉軸傾角也未知。由於馬尼星被密集的背景恆星遮蔽，因此很難用地球上的望遠鏡透過光度測量來測定其自轉週期。[42]: 118 [5]: 7  由於瑪尼星呈球形，且其表面反照率可能存在變化，因此隨著其自轉，其光變曲線僅表現出非常小的亮度波動（振幅為0.05–0.12星等[9]: 85 ）。[5]: 7 [9]: 73  2005年8月，人們首次嘗試使用內華達山脈天文台的1.5米望遠鏡測量馬尼星的自轉週期，但由於觀測時間不夠長，未能識別出其光變曲線中的任何週期性。[42]: 31, 92  隨後，伽利略國家望遠鏡在2011年6月至7月期間利用瑪尼星運行到其前方的有利條款進行了觀測。暗星雲的觀測結果使其能夠確定可能的自轉週期為 7.33 小時或 10.44 小時。[42]: 94  另一方面，加拿大-法國-夏威夷望遠鏡在 2013 年 7 月至 8 月的觀測結果測得的自轉週期為 14.251 小時，其他可能性較小的自轉週期值分別為 8.932 小時和 5.881 小時。[9]: 43, 53, 74 

可能的衛星[编辑]

雖然有間接證據顯示瑪尼小行星可能擁有天然衛星或衛星，但目前尚未發現擁有天然衛星或衛星。[10] 自2023年（以掩星法測定瑪尼小行星直徑之後）起，天文學家注意到瑪尼小行星的熱輻射量高於其預期值。[5]: 9 [10] 瑪尼小行星的過量熱輻射與單一高輻射天體不符，但如果它擁有一顆熱輻射衛星，則可以解釋這一現象。[35]: 2 [10] 根據瑪尼小行星的實測熱輻射量與預測熱輻射量的差異，推斷其可能衛星的直徑為534+58
−54 公里（332+36
−34 英里）－約為瑪尼小行星直徑的三分之二。[10] 如此巨大的衛星將使瑪尼小行星成為一個雙星系統，其起源可能源自於流不穩定性或撞擊。[10]

2006年哈伯太空望遠鏡拍攝的影像顯示，瑪尼周圍沒有衛星。[43][10] 2020年的掩星觀測也顯示，瑪尼周圍1000公里（620英里）範圍內沒有衛星，儘管衛星可能在觀測期間被瑪尼遮擋在後方或前方。[10][5] 在2023年的一項研究中，天文學家曾短暫考慮過瑪尼的地形峰可能是一顆直徑213公里（132英里）的衛星，它從瑪尼的後方或前方經過，但最終認為這種可能性不大。[5] 如此大小的衛星不足以解釋瑪尼的過量熱輻射。[5]: 25 

探索[编辑]

新視野號[编辑]

File:2002 MS4 New Horizons.gif
File:New Horizons KEM Trajectory.png

新視野號探測器在2016年至2019年間觀測了瑪尼天體，這是其在2015年成功飛掠冥王星後，延長柯伊伯帶探測任務的一部分。[6]: 8  2016年7月13日開始觀測時，瑪尼天體距離探測器15.3天文單位（22.9億公里；14.2億英里）；2019年9月1日結束觀測時，瑪尼天體距離探測器12.0天文單位（18億公里；11.2億英里）。[6]: 8  新視野號在柯伊伯帶內觀測瑪尼天體和其他海王星外天體，擁有獨特的觀測視角，這使得探測器能夠以地球上無法觀測到的高相位角（>2°）觀測這些天體。[6]: 1  透過觀測由於馬尼的亮度隨相位角的變化而變化，因此可以確定該天體的相位曲線，從而揭示馬尼表面風化層的光散射特性。[6] 除了顯著提高對馬尼相位曲線的了解外，新視野號的觀測還顯著提高了馬尼軌道的精度。[44]

建議的[编辑]

瑪尼一直被認為是未來探索柯伊伯帶及更遠區域任務的潛在目標，例如美國太空總署的星際探測器概念。[45] 2019年，阿曼達‧贊加里及其合作者進行的一項研究確定了2025年至2040年間發射的太空船前往瑪尼小行星的幾條可能軌跡。[46] 對於2027年至2031年發射的航天器，一次木星引力助推即可使其在至少9.1至12.8年內抵達馬尼星，具體時間取決於航天器的剩餘發射能量。[46]: 922  另一條利用木星引力助推、發射日期為2040年的軌道，可使太空船在至少13年內抵達馬尼星。[46]: 922  一條利用土星引力助推、發射日期為2038年至2040年的軌道，可使太空船在至少16.7年內抵達馬尼星。[46]: 925  而一條利用木星和土星兩次引力助推、發射日期為2038年至2040年的軌道，可使太空船在至少18.6至19.5年內抵達瑪尼星。[46]: 923 

另請參閱[编辑]

  • 小行星120347 (Salacia)，柯伊伯帶中的一顆雙矮行星候選者，其大小和成分與瑪尼相似

参考文献[编辑]

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