谷神星哈勃空間望遠(yuǎn)鏡下的谷神星（先進(jìn)巡天照相機(jī)拍攝），對(duì)比被增強(qiáng)以顯示表面的詳細(xì)資訊。

1766年，德國(guó)有一位名叫提丟斯的中學(xué)數(shù)學(xué)教師，把下面的數(shù)列：
3，6，12，24，48，96，192……的前面加上0，即：
0，3，6，12，24，48，96，192……然后再把每個(gè)數(shù)字都加上4，就得到了下面的數(shù)列：
4，7，10，16，28，52，100，196……再把每個(gè)數(shù)都除以10，最后得到：
0.4，0.7，1，1.6，2.8，5.2，10，19.6……

令提丟斯驚奇的是，他發(fā)現(xiàn)這個(gè)數(shù)列的每一項(xiàng)與當(dāng)時(shí)已知的六大行星（即水星、金星、地球、火星、木星、土星）到太陽(yáng)的距離比例（地球到太陽(yáng)的距離定為1個(gè)單位）有著一定的聯(lián)系。

提丟斯的朋友，天文學(xué)家波得深知這一發(fā)現(xiàn)的重要意義，就于1772年公布了提丟斯的這一發(fā)現(xiàn)，這串?dāng)?shù)從此引起了科學(xué)家的極大重視；并被稱為提丟斯——波得定則，即：

當(dāng)時(shí)，人們還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)天王星、海王星和冥王星，以為土星就是距太陽(yáng)最遠(yuǎn)的行星。
1781年，英籍德國(guó)人赫歇爾在接近19.6的位置上（即數(shù)列中的第八項(xiàng)）發(fā)現(xiàn)了天王星，從此，人們就對(duì)這一定則深信不疑了。根據(jù)這一定則，在數(shù)列的第五項(xiàng)即2.8的位置上也應(yīng)該對(duì)應(yīng)一顆行星，只是現(xiàn)在還沒(méi)有被發(fā)現(xiàn)。于是，許多天文學(xué)家和天文愛(ài)好者便以極大的熱情，踏上了尋找這顆新行星的征程。

1801年新年的晚上，意大利天文學(xué)家皮亞齊還在聚精會(huì)神地觀察著星空。突然，他從望遠(yuǎn)鏡里發(fā)現(xiàn)了一顆非常小的星星，正好在提丟斯——波得定則中2.8的位置上。可是，當(dāng)皮亞齊再想進(jìn)一步觀察這顆小行星時(shí)，他卻病倒了。等到他恢復(fù)健康，再想尋找這顆小行星時(shí)，它卻不知去向了。皮亞齊沒(méi)有放棄這一偶然的機(jī)會(huì)，他認(rèn)為這可能就是人們一直沒(méi)有發(fā)現(xiàn)的那顆行星，并把它命名為“谷神星”。

天文學(xué)家對(duì)皮亞齊的這一發(fā)現(xiàn)持有不同的看法。有人認(rèn)為皮亞齊是正確的；也有人認(rèn)為這可能是一顆彗星，不然的話，為什么它只露了一面就不見(jiàn)了呢？

幾個(gè)月過(guò)去了，人們的爭(zhēng)論也沒(méi)見(jiàn)分曉。可是，這場(chǎng)爭(zhēng)論卻引起了德國(guó)數(shù)學(xué)家高斯的注意。高斯想，既然天文學(xué)家通過(guò)觀察找不到谷神星，那么，是否可以通過(guò)數(shù)學(xué)方法找到它呢？許多天文學(xué)家對(duì)高斯的這一提法不以為然。天文學(xué)家都找不到谷神星，難道高斯還能把它算出來(lái)嗎？朋友們也勸他不要把自己的時(shí)間和才智浪費(fèi)在這一毫無(wú)希望的問(wèn)題上。
年輕的高斯卻有自己的看法。他認(rèn)為，天文學(xué)是離不開(kāi)數(shù)學(xué)的。如果沒(méi)有雄厚的數(shù)學(xué)知識(shí)，是不可能成為一個(gè)出色的天文學(xué)家的。在天文學(xué)發(fā)展史上，情況也正是如此。開(kāi)普勒正是憑借著自己的數(shù)學(xué)才能，才發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動(dòng)的三大定律。牛頓也是憑著淵博的數(shù)學(xué)知識(shí)，才發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律。

在高斯之前，著名數(shù)學(xué)家歐拉曾經(jīng)研究出了一種計(jì)算行星軌道的方法?？墒牵@個(gè)方法太麻煩。高斯決心去尋找一種簡(jiǎn)便易行的方法。在前人的基礎(chǔ)上，高斯經(jīng)過(guò)艱苦的運(yùn)算，以其卓越的數(shù)學(xué)才能創(chuàng)立了一種嶄新的行星軌道計(jì)算理論。他根據(jù)皮亞齊的觀測(cè)資料，利用這種方法，只用了一個(gè)小時(shí)就算出了谷神星的軌道形狀，并指出它將于何時(shí)出現(xiàn)在哪一片天空里。
1801年12月31日夜，德國(guó)天文愛(ài)好者奧伯斯，在高斯預(yù)言的時(shí)間里，用望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)了這片天空。果然不出所料，谷神星出現(xiàn)了！

高斯的計(jì)算方法成功了。高斯從筆尖上尋找到的這顆行星，在隱藏了整整一年后，卻又成為人類的最好的新年禮物。這一禮物向人們顯示了數(shù)學(xué)在科學(xué)研究中的巨大作用。

在發(fā)現(xiàn)小行星之前，皮亞齊原是找尋Francis Wollaston的恒星列表中所記載的Mayer 87星，但他在表中所述的位置找不到該星。及后他找到一顆會(huì)移動(dòng)的星，最初他認(rèn)為這是顆彗星。

皮亞齊持續(xù)觀測(cè)至2月11日，但他的發(fā)現(xiàn)卻未受注意，之后該小行星已公轉(zhuǎn)至太陽(yáng)背面而無(wú)法觀測(cè)。及后德國(guó)數(shù)學(xué)家高斯憑著皮亞齊的三次觀測(cè)結(jié)果去估計(jì)其軌道，并于翌年由Franz Xaver、Baron von Zach和奧伯斯成功尋回該天體。另一位天文學(xué)家波得認(rèn)為火星與木星軌道之間的位置理應(yīng)有行星，而谷神星正是該顆他認(rèn)為的未知行星，但它的體積比起其他大行星要小得多，因此威廉·赫歇爾后來(lái)把這類天體稱為“小行星”(asteroid)。并由此延伸出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，即要確定一個(gè)天體是否為行星，這個(gè)行星的體積必須比谷神星要大。

谷神星

谷神星與其他類似地球的行星一樣，是由巖石所組成的，而且其外觀呈現(xiàn)圓形，顯示可能在內(nèi)部有分層結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生。木星的強(qiáng)大的重力影響有可能是讓谷神星沒(méi)有辦法成為一個(gè)大型行星的原因。

谷神星是迄今小行星帶中最大的天體，但隨著凱柏帶及其天體的發(fā)現(xiàn)，比谷神星大的天體也隨之被找到，包括(28978)小行星(Ixion)、(50000)夸奧爾星(Quaoar)、(90482)小行星(Orcus)以及最近發(fā)現(xiàn)的2003 UB313等，而新發(fā)現(xiàn)的最遠(yuǎn)天體(90377)塞德娜星(Sedna)也可能比谷神星大，它可能來(lái)自奧特云內(nèi)層。冥王星有時(shí)也會(huì)被認(rèn)為是凱柏帶天體。

2003年底及2004年初，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡首度攝得谷神星的外貌，發(fā)現(xiàn)它相當(dāng)接近球形，而且表面具有不同的反照率，相信擁有復(fù)雜的地形，有天文學(xué)家甚至推測(cè)谷神星的具有冰質(zhì)的幔及金屬的核心。

2006年6月，美國(guó)太空總署將發(fā)射Dawn探測(cè)器前往谷神星，預(yù)計(jì)于2015年8月到達(dá)。

谷神星的質(zhì)量的測(cè)量可以由觀測(cè)它對(duì)其它小行星的影響得知。不同觀測(cè)者的不同結(jié)果會(huì)有少許的差異。而2008年最近三次數(shù)據(jù)的平均數(shù)為9.4×1020千克。以這樣的質(zhì)量，谷神星會(huì)占據(jù)太陽(yáng)系所有小行星估計(jì)總共3.0 ± 0.2 ×1021千克的三分之一，且是月球質(zhì)量的4%。它的大小和質(zhì)量使它能保持一個(gè)接近球體的形狀，近似于流體靜力平衡。在對(duì)比下，其他大型的小行星如智神星、婚神星和灶神星的形狀則較為不規(guī)則。

谷神星的表面成分和C-型小行星差不多，但是仍然存在著一些差別。由紅外線光譜可看出其主要物質(zhì)是一些水合的礦物，顯示出它內(nèi)部存在著相當(dāng)數(shù)量的水。其他可能的表面成分包括富含鐵的粘土（cronstedtite）和碳酸鹽（白云石和菱鐵礦），它們都是碳質(zhì)球粒隕石中常見(jiàn)的礦物。碳酸鹽和粘土的光譜特征在其他C型小行星里并不會(huì)出現(xiàn)。有時(shí)谷神星也會(huì)被歸類于G-型小行星。

谷神星的表面相對(duì)地較暖。它面向太陽(yáng)的一面在1991年5月5日的測(cè)量中估計(jì)出有235K（約-38°C）。

谷神星的軌道

自1801年發(fā)現(xiàn)谷神星后，天文學(xué)家根據(jù)與“提丟斯-波得定則”軌道相若的關(guān)系判別其為一直失蹤的行星之一，但其后數(shù)年分別發(fā)現(xiàn)另外三顆小行星后，四顆天體曾一并并列為行星之列，但其后再發(fā)現(xiàn)5號(hào)小行星義神星后，天文學(xué)家相信火星與木星之間散布著十分零碎而且數(shù)量不菲的小行星，因此英國(guó)天文學(xué)家威廉·赫歇爾把這類天體稱為“小行星”（asteroid），谷神星則為“四大小行星”之首。

而在2006年8月24日，于布拉格舉行之“第26屆國(guó)際天文學(xué)大會(huì)”上，由2500多位天文學(xué)家表決，開(kāi)設(shè)并定義矮行星這一名詞，而把谷神星劃入其中。

谷神星的軌道介于木星和火星之間，位于主帶內(nèi)，每4.6地球年繞行太陽(yáng)一周。軌道有適度的傾斜（i = 10.6°，比較的水星是7°，和冥王星的17°）和離心率（e = 0.08，比較的火星是0.09 ）

說(shuō)明圖中呈現(xiàn)谷神星的軌道（藍(lán)色）和一些行星的軌道（白色/灰色），在黃道面下方的軌道使用較暗的顏色，并以橘色的加號(hào)表示太陽(yáng)的位置。左上圖是從極點(diǎn)鳥(niǎo)瞰的圖，谷神星的軌道在火星和木星中間的空隙內(nèi)；右上圖是特寫(xiě)圖，標(biāo)示出火星和谷神星的近日點(diǎn)（q）和遠(yuǎn)日點(diǎn)（Q），火星的近日點(diǎn)與小行星帶主要的小行星，包括智神星和健神星，分在太陽(yáng)的兩側(cè)；下圖是顯示軌道傾角的透視圖，將谷神星和火星與木星的軌道比較。

在過(guò)去，谷神星曾經(jīng)被認(rèn)定是小行星家族中最大的小行星。這一家族的小行星共享著相似的軌道元素，有著共同的起源，而在某一段期間經(jīng)過(guò)碰撞而形成。但是，發(fā)現(xiàn)谷神星的光譜特性與家族中其他成員的不同，因此這個(gè)家族現(xiàn)在已經(jīng)更名為Gefion family，是依據(jù)家族中序號(hào)最小的 Gefion命名的。谷神星看來(lái)是這個(gè)家族的侵入者，恰巧有著相似的軌道元素，但來(lái)源是不同的。谷神星的自轉(zhuǎn)周期是9小時(shí)4分。

迄今還沒(méi)有太空船曾經(jīng)拜訪過(guò)谷神星，然而NASA已經(jīng)在2007年9月27日發(fā)射黎明號(hào)太空船，將會(huì)在2011年探測(cè)灶神星，然后在2015年探測(cè)谷神星。

執(zhí)行這項(xiàng)任務(wù)的黎明號(hào)太空船將會(huì)先進(jìn)入高度5,900千米的軌道環(huán)繞谷神星，經(jīng)過(guò)5個(gè)月的研究之后，太空船會(huì)先將高度降低至1,300千米，然后再經(jīng)過(guò)5個(gè)月才降至700千米。這艘太空船攜帶的儀器包括框架相機(jī)、可見(jiàn)光和紅外分光儀、伽瑪射線和中子偵測(cè)儀。這些將用來(lái)審視這顆矮行星的形狀和元素豐度。

從在火星表面和軌道上環(huán)繞的太空船所發(fā)送的無(wú)線電訊號(hào)，觀察火星受到谷神星的運(yùn)動(dòng)所誘導(dǎo)的攝動(dòng)，曾經(jīng)被用來(lái)估計(jì)谷神星的質(zhì)量。 

谷神星

在距離地球2.6億公里外的神秘小行星帶內(nèi)，太陽(yáng)系內(nèi)最大的小行星———谷神星與太陽(yáng)正在籌劃著一場(chǎng)“星際約會(huì)”。記者從中科院上海天文臺(tái)了解到，2005年5月11日夜空中將上演谷神星沖日的奇觀，天文愛(ài)好者有望憑借雙筒望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到谷神星的“倩影”。

天文學(xué)家表示，在11日太陽(yáng)落山以后，谷神星將從東方地平線上現(xiàn)身，直到第二天太陽(yáng)升起后，它才從西邊落下，整夜均可觀測(cè)。屆時(shí)，谷神星，地球與太陽(yáng)將呈一條直線，而地球位于兩者之間。在沖日的時(shí)候，谷神星的亮度會(huì)達(dá)到最高值7等，是觀測(cè)的有利時(shí)機(jī)。

如果一切順利的話，11日晚上天文愛(ài)好者便能使用雙筒望遠(yuǎn)鏡面向東方，在天秤座附近搜尋到它的身影。而細(xì)心的愛(ài)好者甚至還可在谷神星附近，看到著名的人馬座球狀星團(tuán)M54，其形狀大致呈球形。

谷神星

江蘇、天津兩地天文學(xué)會(huì)通報(bào)，2006年8月17日1號(hào)小行星——谷神星沖日，屆時(shí)，如果天氣晴朗，借助小型天文望遠(yuǎn)鏡或雙筒望遠(yuǎn)鏡就可以在繁星背景中找到它的“倩影”。

太陽(yáng)系中，除了九大行星之外，在紅色的火星和巨大的木星軌道之間，還有約50萬(wàn)顆像大行星那樣沿橢圓形軌道繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的小天體。與九大行星相比，它們好像微不足道的碎石頭，這些小天體被稱作小行星，肉眼一般無(wú)法看到。最早發(fā)現(xiàn)的“谷神星”“智神星”“婚神星”和“灶神星”是小行星中最大的四顆，并稱四大金剛。本次沖日的“主角”谷神星，是1801年1月1日由意大利天文學(xué)家皮亞齊發(fā)現(xiàn)的，直徑約933公里，質(zhì)量約為月球的1／50，在小行星中排名第一，因此也稱為1號(hào)小行星。

天文學(xué)家介紹，8月的谷神星在南魚(yú)座中逆行。17日沖日時(shí)，谷神星、地球與太陽(yáng)將呈近似一條直線，地球位于兩者之間。此時(shí)，谷神星的亮度會(huì)達(dá)到最高值，是觀測(cè)的有利時(shí)機(jī)。17日太陽(yáng)降落以后，小行星將從東方地平線上升起，直到第二天太陽(yáng)升起后，它才從西邊落下，因此整夜均可觀測(cè)。

沖日期間，谷神星的亮度為7.6星等，肉眼無(wú)法直接看到。但通過(guò)雙筒望遠(yuǎn)鏡或小型天文望遠(yuǎn)鏡就有機(jī)會(huì)看到其身影。選擇黯黑的郊外觀測(cè)，效果最佳。

天文專家提醒愛(ài)好者，盡管谷神星每天的位置都會(huì)有微小的變化，觀測(cè)有一定難度，但在使用望遠(yuǎn)鏡時(shí)若能再配上《世紀(jì)星圖》 ，那將會(huì)比較容易找到它了。