2017年下半年，妊神星的兩大觀測團隊之一，西班牙天文學家奧爾蒂斯團隊通過掩星觀測發(fā)現(xiàn)妊神星有一個半徑約2287千米，寬約70千米的環(huán)——這是柯伊伯帶，甚至所有海外星外天體（TNOs）中第一個發(fā)現(xiàn)有環(huán)系的天體。除此之外這次掩星觀測還重新給出了妊神星的大小。這一成果發(fā)表于2017年10月12日的《自然》雜志。
僅僅是唯一一顆有環(huán)系的矮行星，已經(jīng)挺特別了，而這居然發(fā)生在從發(fā)現(xiàn)到形狀到軌道處處都不尋常的妊神星身上，就更加“槽點滿滿”了……下面哀醬就帶大家一起來八一八~
充滿爭議的發(fā)現(xiàn)
說到柯伊伯帶天體，當然不能不提大名鼎鼎的美國天文學家麥克·布朗團隊。
這哥們從2001年起就開始帶隊孜孜不倦地尋找新的柯伊伯帶大天體，至今已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了37顆，其中最有名的有2003年發(fā)現(xiàn)的塞德娜和2005年發(fā)現(xiàn)的鬩神星，后者以其1.27倍的冥王星質(zhì)量，成為國際天文聯(lián)會IAU最終決定重新定義“行星”并將冥王星降級的“臨門一腳”，麥克·布朗童鞋也從此獲得“冥王星殺手”稱號（誤）。
2010年，麥克·布朗童鞋還根據(jù)這段經(jīng)歷出版了一本暢銷書 《我是如何殺死冥王星的》。哦對了，2016年大受關注的第九大行星事件也是這哥們的團隊發(fā)現(xiàn)的。
可以說，“發(fā)現(xiàn)柯伊伯帶天體”這座山頭，一直就是麥克·布朗團隊的天下，但妊神星是個例外。
2004-2005年間，美國天文學家麥克·布朗團隊和西班牙天文學家奧爾蒂斯團隊都聲稱最早發(fā)現(xiàn)了妊神星。可能的事件經(jīng)過是這樣的：
麥克·布朗團隊在2004年12月觀測到了這顆天體，然后在2005年7月20日通過發(fā)布在線摘要的形式宣布了這個發(fā)現(xiàn)，而奧爾蒂斯團隊隨即表明他們2003年3月就發(fā)現(xiàn)了這顆天體，并在2005年7月27日向國際天文聯(lián)會IAU的小行星中心上報了這一發(fā)現(xiàn)……
麥克·布朗團隊起初認可了奧爾蒂斯團隊的發(fā)現(xiàn)，但后來又質(zhì)疑對方是否在自己發(fā)現(xiàn)了之后才去在觀測日志上造了假，奧爾蒂斯團隊自然是隨后就提交了觀測日志，IAU判定日志是沒有問題的…一番爭議之后奧爾蒂斯團隊承認確實在發(fā)布之前就接觸了布朗團隊的觀測日志，但否認了任何學術不端行為，表明他們只是用來確認了一下自己是否真的發(fā)現(xiàn)了新天體…
對這一爭議的最終結(jié)果…很有一點尷尬…因為新天體的發(fā)現(xiàn)是以正式向IAU提交報告為準，所以最終，國際天文聯(lián)會IAU把妊神星的發(fā)現(xiàn)時間和地點都認定為奧爾蒂斯團隊所在的西班牙Sierra Nevada天文臺，但發(fā)現(xiàn)者這欄留空…
2008年，IAU正式認定妊神星為矮行星，依然…沒有提發(fā)現(xiàn)者…
除了妊神星之（Haumea）的發(fā)現(xiàn)者留白之外，妊神星的衛(wèi)星、鬩神星（Eris）及其衛(wèi)星和鳥神星（Makemake）的發(fā)現(xiàn)者，都是麥克·布朗團隊。來源：IAU
總之，這可能會成為天文史上的一段公案吧……但此后關于妊神星的各種天文發(fā)現(xiàn)，很多都是出自這兩家的觀測成果。
哦對了，當年兩家都提交了自己對妊神星的命名，但最終IAU采納的是布朗團隊的提案，將這顆矮行星以夏威夷神話中主豐饒和生育的女神Haumea命名（這也就是中文會譯為“妊神星”的原因啦），而沒有采納奧爾蒂斯團隊提出的古伊利比亞神話中的春之女神Ataegina。這倒也未必是IAU偏向布朗團隊，因為IAU把與大地之神有關的神祗名字都預留給了與海王星保持3:2軌道共振的類冥天體，而妊神星則是與海王星保持12:7軌道共振的類冥天體（妊神星的公轉(zhuǎn)周期為284.12年，海王星公轉(zhuǎn)周期為164.8年）。所以如果你站在海王星上觀測妊神星的話，妊神星的軌道會是這樣的：
以海王星（藍點）為參考中心妊神星的軌跡，紅綠交界表示妊神星穿過黃道面的時刻。粉圈、黃圈、綠圈分別是木星、土星和天王星。（來源：維基）
與眾不同的形狀
下面我們就可以來復習一下行星和矮行星的定義了。2006年的國際天文聯(lián)會(IAU)重新定義了“行星”，認為太陽系內(nèi)的行星必須滿足：
1) 以太陽為公轉(zhuǎn)軌道中心；2) 有足夠的質(zhì)量來維持流體靜力學平衡；3) 有足夠的引力清除周圍軌道的其他星體（衛(wèi)星不算）。
而只能滿足1)和2)的非衛(wèi)星星體只能叫做“矮行星”。于是從此冥王星被正式驅(qū)逐出太陽系九大行星的行列，成為柯伊伯帶眾多矮行星的一員，會上還批準了第一批矮行星：谷神星、冥王星和鬩神星。
什么叫“流體靜力學平衡”？在天體的角度來說，就是天體足夠大到自身的重力可以使自身的形狀保持一個球形——也就是說，所有的行星和矮行星都應當大致是個球形（質(zhì)量更大的恒星就更不必說了）。
可是妊神星不是。妊神星是一個非常橢的橢球。
這是柯伊伯帶，甚至所有海王星外大天體中唯一一個不是球形的，也是目前的矮行星中唯一一個不是球形的。
右上是妊神星，鶴立雞群。來源：維基
為什么？因為妊神星轉(zhuǎn)得太快了……一般來說，大天體的自轉(zhuǎn)周期都挺長的，十幾二十幾個小時算正常的了，水星金星這種幾十天幾百天的都有，但妊神星自轉(zhuǎn)一圈只要……3.9個小時(Lacerda et al., 2008)！巨大的離心作用直接把妊神星給“拉”扁了……所以，妊神星的假想圖是醬紫的↓
快速旋轉(zhuǎn)的妊神星的假想圖，看得我都暈……來源：維基
當然，也不用過度腦補，因為我們沒辦法近距離觀測到這顆天體，所以在望遠鏡里它也就是一個小亮點而已……
掩星觀測和形狀測量
通過觀測天體的光變曲線的周期性變化來推測遙遠天體的形狀是一種最常用的方法，尤其是對形狀不規(guī)則的小行星和彗星。形狀不規(guī)則的天體在自轉(zhuǎn)過程中被光照到的表面積會不斷變化，表面積大的面比表面積小的面更亮，通過亮度的周期性變化可以粗略每個面的長寬比。之前對妊神星的形狀估計都是采用的這種方法，麥克·布朗團隊對妊神星的長寬高觀測結(jié)果為：1920千米×1540千米×990千米(Lockwood et al., 2014)。
但如果遇到掩星事件，那么則可以更精確的對天體的各種特征進行觀測。所謂掩星（凌日），是指觀測的天體飛到某個恒星前面擋住了一部分恒星的時候觀測到的恒星亮度的變化。
擋住的時候觀測到的恒星亮度會降低
亮度曲線有這樣的一個U型降低表示有天體飛過
在預測到2017年1月21日，恒星URAT1?533-182543將會被妊神星掩住的前提下，奧爾蒂斯團隊組織了位于歐洲十個天文臺的12臺望遠鏡進行聯(lián)合觀測。
綠點標志著參與此次掩星觀測的10個天文臺。(Ortiz et al., Nature, 2017 Figure S2)
綠點標志著參與此次掩星觀測的10個天文臺。(Ortiz et al., Nature, 2017 Figure S2)
光變曲線只能得到長寬比而非絕對長度，因此在借助哈勃空間望遠鏡獲取的絕對亮度范圍之下，才確定了妊神星的三軸長度為2322千米×1704千米×1138千米，這比麥克·布朗團隊的觀測結(jié)果大了不少，也就是說妊神星的密度比之前的估計值小了很多，最高只有 1885kg/m3。
12臺望遠鏡觀測到的光變曲線，黑色是實測值，紅色和藍色是擬合值。(Ortiz et al., Nature, 2017 Figure 1)
另一方面，光變曲線的驟降驟升表明妊神星很可能沒有冥王星那樣的全球性的大氣層。
有環(huán)！
如此遙遠的天體，如果不是環(huán)系壯麗如土星一般的的話，我們是很難通過望遠鏡甚至探測器觀測到的，事實上，即使是土星這樣壯麗的環(huán)系，其中也有微弱的環(huán)是直到卡西尼號近距離觀測才發(fā)現(xiàn)的。
那么在“看不到”的情況下如何推測一個天體具有環(huán)系呢？
其中一種方法是通過觀測環(huán)系對天體的磁場和帶電粒子狀況的影響，木星環(huán)當年就是這樣被發(fā)現(xiàn)的。木星環(huán)極其微弱，在可見光下幾乎無法看到，先鋒10號和11號在1972和1973年飛掠木星的時候也一無所獲。但1976年，Acuna and Ness(1976)通過先鋒11號的磁場和帶電粒子數(shù)據(jù)成功預測1.8個木星半徑之外應該有一個環(huán)或者未發(fā)現(xiàn)的衛(wèi)星。這一預測隨后就被1979年旅行者1號所確認。
而通過掩星觀測則更為直接。環(huán)系雖然不是天體那樣實打?qū)嵉牟煌腹怏w，但也能遮住一部分恒星的光，系外行星1SWASP J1407b就是通過這種方法發(fā)現(xiàn)（疑似）有一個巨大的（土星環(huán)的200倍大）的環(huán)系的。
系外行星1SWASP J1407b的環(huán)系假想圖。來源：維基
這次對妊神星的觀測也是一樣的，在正式的掩星還沒開始之前以及完全結(jié)束之后，都能觀測到恒星的光被“遮住”而變暗的現(xiàn)象，表明妊神星也有環(huán)系。計算表明這個環(huán)半徑約2287千米，寬約70千米，不透明度為0.5，環(huán)所在的平面與妊神星的赤道面、以及妊神星的其中一顆衛(wèi)星Hi'iaka共面，且環(huán)與妊神星保持3:1的軌道共振（也就是環(huán)轉(zhuǎn)了一圈的時候妊神星自轉(zhuǎn)了三圈）。
妊神星的形狀和環(huán)的大小示意圖 (Ortiz et al., Nature, 2017 Figure 3)
結(jié)語
妊神星不是第一個有環(huán)系的非行星，半人馬天體Chariklo和Chiron也有發(fā)現(xiàn)環(huán)系，而且這倆小的很，直徑只有200多千米，可以想見，今后會越來越多不那么大的天體會被觀測到環(huán)系。
另一方面，妊神星更小的密度和更長的形狀，讓人們越來越質(zhì)疑它是否還處在流體靜力學平衡狀態(tài)，這或許會讓人們再次思考“矮行星”的定義吧。
參考
https://www.wikiwand.com/en/Haumea
Ortiz, J. L., Santos-Sanz, P., Sicardy, B., Benedetti-Rossi, G., Bérard, D., Morales, N., ... & Nascimbeni, V. (2017). The size, shape, density and ring of the dwarf planet Haumea from a stellar occultation.Nature,550(7675), 219.
Lockwood, A. C., Brown, M. E., & Stansberry, J. (2014). The size and shape of the oblong dwarf planet Haumea.Earth, Moon, and Planets,111(3-4), 127-137.
Ortiz, J. L., Santos-Sanz, P., Sicardy, B., Benedetti-Rossi, G., Bérard, D., Morales, N., ... & Nascimbeni, V. (2017). The size, shape, density and ring of the dwarf planet Haumea from a stellar occultation.Nature,550(7675), 219.
Lacerda, P., Jewitt, D., & Peixinho, N. (2008). High-precision photometry of extreme KBO 2003 EL61. The Astronomical Journal, 135(5), 1749.
Acuna, M. H., & Ness, N. F. (1976). The main magnetic field of Jupiter.Journal of Geophysical Research,81(16),?2917-2922.
