灶神星（4 Vesta）是小行星带第二大的天体，只有身为矮行星的谷神星（Ceres）比它大一些。 作为天空中最明亮的小行星，灶神星偶尔能在地球上肉眼可见。它是第一个被飞行器探访的小行星——黎明号于2011年环绕它，为我们提供了关于这个岩质世界的新视角。
找到的不是行星是小行星！
在1596年，发现行星轨道是椭圆形的时候，约翰尼斯·开普勒同时也逐渐开始相信在火星和木星中间，应该有一颗行星。这个预测之后于1772年被约翰·丹尼尔·提丢斯（Johann Daniel Titius）和约翰·埃勒特·波德（Johann Elert Bode）的数学计算进一步支持——也就是大名鼎鼎的提丢斯-波德定律（有时简写为波德定律）。后于1798年8月，一个名为“天体警察（Celestial Police）”的组织成立，搜寻这颗“丢失的行星”。德国天文学家海因里希·奥伯斯（Heinrich Olbers）在这个团队中，发现了智神星——第二发现小行星。在他写给另一位天文学家的信中，他提出了第一个关于小行星起源的理论。在信中他写到，“有没有可能谷神星和智神星都只是一个曾经在火星和木星轨道中间存在过的更大的行星的碎片？”
波德定律和实际行星分布距离（从图中我们可以看到波德定律对海王星和冥王星的预测误差其实相当大）
图片来源：http://blog.onlycollege.com.cn/batch.download.php?aid=48523
奥伯斯认为，这些行星碎片应该会起源于行星爆炸的那个点，同时它们的轨道方向互相相反。他随后每夜观测那两片天区，然后于1807年3月29日发现了灶神星，从此他成为了历史上第一位发现两个小行星的人。
通过几个观测条件良好的晴夜的观测确认，奥伯斯把他的结果寄给了卡尔·弗雷德里希·高斯（Carl Friedrich Gauss），后者仅仅用了10个小时就把智神星的轨道计算出来了。同时，奥伯斯得到了给这颗新发现的小行星命名的机会——他选择了Vesta（灶神星），也就是Ceres（谷神星）的姐妹，罗马神话中掌管健康和维斯塔圣火的女神。
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灶神星的小档案
灶神星的特别之处在于，它的表面有着明暗不一的斑块，像极了我们的月球。从地面的观测数据来看，这颗小行星表面有玄武岩，这意味着火山熔岩曾经从它的表面流过。它的形状有些不规则，大约是一个扁球体的样子。
· 直径：530km
· 质量：2.67*1020 kg
· 表面温度：85～255K（-188～-18℃）
· 反照率：0.4322
· 自转周期：5.242时
· 公转周期：3.63年
· 偏心率：0.0886
· 远日点：2.57 AU
· 远日点：2.15 AU
· 离地球最近的距离：1.14 AU
黎明号用它的分幅照相机于2011年7月17拍下了这张图片。它拍摄于距灶神星15000km的位置，照片中的每一个像素对应了1.4km。
图片来源: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA
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探索灶神星
当灶神星于1996年接近地球的时候，哈勃望远镜绘出了它的表面地形和特征。哈勃望远镜在它的南极附近发现了一个大环形山，其山谷走势甚至延伸到了灶神星内部。
这个环形山的平均直径约460km——然而有一点要注意的是，灶神星的直径只有530km。环形山的存在使环形山内部的地表下降了13km，这很有可能由于小行星早期形成时的一次碰撞导致的。在那次碰撞中溅出的物质形成了轨道在灶神星附近小一些的小行星——灶神星族——以及最终撞进地球的陨石。
根据黎明号收集到的数据绘制出的关于灶神星南半球撞击坑Rheasilvia的三维透视图
图片来源：NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA/PSI
与其它小行星不同的是，灶神星的内部是有分层结构的。像岩质行星一样，这颗小行星有着一层由冷却岩浆构成的外壳、岩质地幔以及铁镍内核。这一特征为定义灶神星为一颗原行星而不是小行星提供了有效的论据。
灶神星的内核在太阳系形成后的一千万年中迅速成长，之后它的玄武岩外壳在几百万年间同样增长迅速。起源于地幔运动的火山活动充斥着小行星各处，时长持续8～60小时不等，流出的火山岩可以流至几百米至几千米的距离，厚度在5～20米之间。流出的岩浆会很快冷却，然而随即又被更多的岩浆所覆盖，直至形成一个完整的岩浆外壳。黎明号探测器测量出灶神星的内核大概有它总质量的18%，在同一比例下也就相当于地球内核质量的2/3。
灶神星在太阳系中的相对位置模拟图
图片来源： SKYSAFARI
其实，如果没有木星的干扰，灶神星很有可能已经是一颗行星了。在小行星带中，木星的引力把小行星们搅得翻天覆地，于是它们很难聚合在一起形成一个大的行星。小行星带中天体们的速度非常大，而速度越大也就意味着它们越难在自身引力的作用下聚合在一起。
1960年，一个火球从天而降，落在了澳大利亚的Millbillillie——它是一块灶神星的碎片。它主要由辉石组成，也就是岩浆流的主要成分，这块陨石的光谱信息和灶神星是一样的。
在2012年黎明号拜访它的时候，发现了这颗小行星的表面有着大量的氢。黎明号还发现，那些高度反光的区域很可能是它诞生以来就有的。科学家们分析这种反光的物质起源于灶神星内部，并且自从40亿年前灶神星诞生以来并没有经历什么变化。
在灶神星的南极点上，有一座巨大的山。这座山高约20km，高度接近火星上高约24km的奥林匹斯山，也就是太阳系内最高的山（火山）。
黎明号得到的数据绘制出灶神星南极的Rheasilvia撞击坑，上方是模拟图，下方是地形图
图片来源： NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA/PSI
小行星表面曾经有液态水流过。黎明号探测器对于灶神星上8个不同的撞击坑拍下的照片显示了上面弯曲的山壑和扇形沉积物。这8个撞击坑都被认为是在过去的近几亿年内形成的，这对于这样一颗45亿岁的小行星来说算是非常年轻的伤疤了。
“大家并不是想要寻找灶神星上有液态水的证据——它的表面非常冷并且没有大气层，所以水在它的表面上会直接蒸发。”这项研究的主要作者詹妮弗·斯考利（Jennifer Scully）在一次NASA的声明中说，她是UCLA的博士后研究员。“然而，我们发现灶神星是一颗非常有趣且复杂的天体。”
斯考利和她的团队认为，灶神星的山谷可能是由于泥石流而不是拥有纯净水的河流和小溪造成的。他们认为，当陨石撞击灶神星的时候会使地表下一部分沉积的冰融化，从而使液态水混合着小的岩质颗粒顺着陨石坑流下。这样的地质活动暗示了灶神星的地表下有冰的存在。
“如果现在冰还存在于灶神星上，那它们应该被埋在很深的地下以至于黎明号根本探测不到。”斯考利说，“但是那些内部有弯曲的山谷的撞击坑通常是和凹凸不平的地表联系在一起的，这同时是一个表明灶神星上可挥发气体流失的证据。”
图片右侧的光滑区域表明了灶神星表面可能有被撞击而带到小行星表面的冰
图片来源：Elizabeth Palmer/Essam Heggy
冰很有可能在灶神星上起到了修整表面的作用。2017年的一项研究指出，小行星上比较光滑平整的斑块通常显示出较高的氢含量，而这些氢往往是来源于被太阳辐射照射而分解的水分子。在碰撞中，埋在地下的冰会因碰撞温度升高而融化，于是会顺着裂缝到地表上来。
黎明号同时还在灶神星表面上观测到了水合矿物（就是结构中含有水分子的矿物），这也可以说明地下冰的存在。这些水合矿物起源于更古老的地层，同时也可能是被太阳系内的其它物质撞击在灶神星上带来的。
一张低海拔地形图现实了灶神星的丰富地质状态。它的大环形山的中心山坡度很陡，在其自身引力的作用下，山上的岩层逐渐剥落，暴露出了山体中的其他物质。
黎明号的探测发现了不同种类的矿物，包括一些可以帮助我们探测地下冰的物质。
在灶神星的南部有一个巨大的环形山。图片中左上的照片是哈勃空间望远镜的，右上是根据理论计算重组后的样子，下方是一个地形图。
图片来源：
Ben Zellner (Georgia Southern University) / Peter Thomas (Cornell University) / NASA
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来自灶神星的贵客
事实上，灶神星独特的构成意味着它和一大类陨石有着密切的关联——它早期的生命历程都记录在HED陨石中了（HED陨石是三种无球粒陨石的统称，古铜钙无粒陨石Howardites，倍长辉长无粒陨石Eucrites，古铜无球陨石Diogenites）。倍长辉长无粒陨石是从冷却的岩浆中形成的，古铜无球陨石形成于灶神星地表下，而古铜钙无粒陨石是上述两种的结合体，在足够强烈以至于把上述两种物质混合在一起的碰撞中形成。
降落在澳大利亚Millbillillie的那块陨石的切片
图片来源：https://www.amnh.org/exhibitions/permanent-exhibitions/earth-and-planetary-sciences-halls/arthur-ross-hall-of-meteorites/building-planets/vesta/chips-off-an-old-rock/millbillillie
自1970年以来，灶神星一直被认为是HED陨石的来源，这个猜想仍有一些争议。黎明号的绘图分光仪为这一假设提供了有力的证据。黎明号的团队认为HED陨石来源于灶神星的雷希尔维亚盆地Rheasilvia，这个名字是根据古罗马女祭司希尔维亚命名的。雷希尔维亚盆地直径约460km，大小近乎于灶神星本身。它非常可能形成于一次大的撞击，使南半球的外壳被剥离掉露出灶神星的内部。
在这次撞击中，灶神星被撞得近乎破碎——撞击在灶神星赤道附近上留下了同心圆状的裂缝。
如果灶神星的轨道在火星之外，它的碎片是怎么抵达地球的呢？灶神星的碎片每公转三圈会穿过木星，利用木星强大的引力给它们加速。这样的牵引力可以使碎片旋转至朝向地球的方向并最终撞上地球。
因此，灶神星成为了科学家们有陨石标本的三个已知来源中的其中一个。另外两个是月球和火星。
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人类对它的探索历程
NASA于2007年9月发射了黎明号小行星探测器，它是第一个进入小行星带探测先后两颗小行星的人类探测器。黎明号先是于2011年7月绕灶神星旋转，然后于2015年3月飞向谷神星。
NASA黎明号探测器的任务是探测这两颗截然不同的小行星从而研究早期太阳系的特征。谷神星较为湿润，有着随季节变化的极地冰冠，并且它很有可能有薄薄的大气。与它相反的是，灶神星是一颗干燥的岩质小行星，通过研究它特殊的光谱特征，也可以帮助我们理解我们的地球以及火星和水星。
从它们的大小来看，他们应该被看作原行星——大块头木星的引力干扰了它们成长为真正的行星。如果这个气态巨行星不在的话，它们很有可能会继续进化成足够大小的行星。
灶神星与其它天体大小的比较——它是图片中最小的那个～
图片来源：NASA/JPL-Caltech/ UCLA
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