Ceres (planeta enano)
Ceres es un planeta enano y el objeto astronómico más grande del cinturón de asteroides, región del sistema solar que se encuentra entre las órbitas de Marte y Júpiter; su diámetro de aproximadamente 945 km lo convierte en el trigésimo tercer objeto conocido más grande del sistema solar. Se estima que su masa es un tercio de la masa total del cinturón de asteroides, siendo el único objeto de dicho cinturón que ha alcanzado el equilibrio hidrostático. Visto desde la Tierra, su magnitud aparente oscila entre 6,7 y 9,3; por lo tanto, es demasiado débil para ser observado a simple vista excepto en las oposiciones más favorables y bajo cielos muy oscuros.
Fue descubierto el 1 de enero de 1801 por Giuseppe Piazzi desde el Observatorio de Palermo, Sicilia, (Italia) y recibe su nombre de Ceres, la diosa romana de la agricultura, las cosechas y la fecundidad. Originalmente fue considerado un planeta, pero se catalogó como asteroide en la década de 1850 cuando se empezaron a descubrir otros objetos en órbitas similares. A comienzos del siglo XXI, tras la definición de «planeta», fue reclasificado en planeta enano.
El interior de Ceres podría estar diferenciado en un núcleo rocoso y un manto de hielo, y existir un océano bajo la capa de hielo. La superficie está compuesta de una mezcla de hielo de agua y diversos minerales hidratados como carbonatos y arcillas. En enero de 2014 se detectaron emisiones de vapor de agua de varias regiones de Ceres, un hecho imprevisto en los grandes objetos del cinturón de asteroides y sello distintivo de los cometas.
La sonda Dawn de la NASA entró en órbita de Ceres el 6 de marzo de 2015. La toma de fotografías comenzó en enero mientras la nave se aproximaba al planeta enano; obtuvo imágenes con una resolución nunca antes alcanzada, en las que se mostraba una superficie craterizada. Dos manchas brillantes (o características de alto albedo) distintas dentro de un cráter (diferentes de las manchas brillantes observadas anteriormente por el Hubble) aparecieron en imágenes del 19 de febrero, lo que llevó a especular con un posible origen criovolcánico o con una desgasificación. El 3 de marzo, un portavoz de la NASA dijo que las manchas eran compatibles con materiales altamente reflectivos que contenían hielos o sales, pero que el criovulcanismo era improbable. El 11 de mayo, la NASA publicó una fotografía en alta resolución que mostraba que había varias manchas en lugar de una o dos. El 9 de diciembre, científicos de la NASA informaron que las manchas brillantes podían estar relacionadas con sales, en particular con un tipo de salmuera que contiene sulfato de magnesio hexahidratado (MgSO4·6H2O); las manchas también se encontraron asociadas con arcillas ricas en amoniaco. En junio de 2016, datos espectrales del infrarrojo cercano de estas áreas brillantes mostraron que eran compatibles con grandes cantidades de carbonato sódico (Na2CO3), por lo que era probable que cierta actividad geológica reciente estuviese implicada en la creación de las manchas blancas.
La idea de que un planeta frío desconocido existiera entre las órbitas de Marte y Júpiter fue sugerida por Johann Elert Bode en 1768. Sus consideraciones se basaban en la Ley de Titius-Bode, una teoría propuesta por Johann Daniel Titius en 1766. De acuerdo con esta ley, la distancia al Sol de este planeta era de unos 2,8 UA. El descubrimiento por William Herschel de Urano en 1781 incrementó la creencia en la ley de Titius-Bode. En el congreso astronómico que tuvo lugar en Gotha, Alemania, en 1796, el francés Joseph Lalande recomendó su búsqueda. Entre cinco grupos de astrónomos se repartieron el zodíaco en la búsqueda del quinto planeta, y en 1800, veinticuatro astrónomos expertos combinaron sus esfuerzos y comenzaron una búsqueda metódica del planeta propuesto. El proyecto fue encabezado por Franz Xaver von Zach. Si bien no encontraron a Ceres, sí que descubrieron grandes asteroides.
Finalmente, Ceres fue descubierto el 1 de enero de 1801 desde un observatorio en Palermo (Italia) por Giuseppe Piazzi (1746-1826), sacerdote católico y educador, mientras trabajaba en la compilación de un catálogo estelar. El día 3 de enero el cuerpo se había desplazado un tercio de luna hacia el oeste. Hasta el 24 de enero no publicó su descubrimiento creyendo que se trataba de un cometa. El objeto fue cautamente anunciado por su descubridor en un primer momento como un cometa sin nebulosidad más que como un nuevo planeta.
El elemento químico cerio (número atómico 58) fue descubierto en 1803 y tomó su nombre del planeta enano, que se había encontrado dos años antes.
En 1801, varios meses después del descubrimiento del «planeta enano», el conocido filósofo alemán Hegel publicó su tesis de habilitación De orbitis planetarum, en la que describía que el sistema solar solo podía tener siete planetas, lo cual contradecía la existencia de Ceres.
Piazzi lo bautizó como Ceres Ferdinandea por Ceres, la diosa romana de las plantas y el amor maternal y patrona de Sicilia, y por el rey Fernando IV de Nápoles y Sicilia, patrón de su obra. El apellido Ferdinandea se eliminó posteriormente por razones políticas. En Alemania por un tiempo se le llamó Hera, y en Grecia se le dice Deméter, como la diosa griega análoga a Ceres.
El símbolo astronómico de Ceres es una hoz (
), similar al símbolo de Venus (
). Existen numerosas variantes del símbolo de Ceres, incluyendo 
, 
y 
.
Si bien Ceres fue considerado demasiado pequeño para ser un verdadero planeta y las primeras medidas presentaban un diámetro de 480 km, permaneció listado como planeta en libros y tablas astronómicas durante más de medio siglo, hasta la década de 1850, antes de que se encontraran otros muchos objetos similares en la misma región espacial. Ceres y ese grupo de cuerpos fueron denominados cinturón de asteroides. Muchos científicos imaginaron que serían los vestigios finales de un antiguo planeta destruido llamado Faetón, si bien actualmente se cree que el cinturón es un planeta en construcción y que nunca completó su formación.
En 2006 el debate sobre Plutón y la definición de planeta hizo que Ceres pudiese eventualmente ser reconsiderado como planeta. La primera propuesta de la Unión Astronómica Internacional para la definición de planeta habría implicado que Ceres pasara a ser el quinto planeta del sistema solar. Esa definición no fue aceptada, y el 24 de agosto de 2006 una definición modificada fue adoptada, pasando a ser clasificado como planeta enano.
Ceres es posiblemente un protoplaneta (embrión planetario) superviviente de los primeros estadios de formación del sistema solar, originado hace 4570 millones de años en el cinturón de asteroides. A pesar de que la mayoría de protoplanetas del sistema solar interior —incluyendo todos cuerpos de tamaños entre la Luna y Marte—, o bien se fusionaron con otros protoplanetas para formar los planetas terrestres, o bien fueron expulsados del sistema solar por Júpiter, se piensa que Ceres ha permanecido intacto. Una teoría alternativa propone que Ceres se formó en el cinturón de Kuiper y más tarde migró al cinturón de asteroides. Otro posible protoplaneta, Vesta, cuyo radio es menos de la mitad que el de Ceres, sufrió un gran impacto después de solidificarse por el que perdió aproximadamente un 1 % de masa.
La evolución geológica de Ceres dependió de las fuentes de calor disponibles durante y después de su formación: la fricción de la acreción de planetesimales y la descomposición de los diferentes isótopos radiactivos (que posiblemente incluyen isótopos de corta duración como el aluminio-26). Ambos procesos se consideran suficientes para permitir, poco después de su formación, la diferenciación del interior en un núcleo rocoso y un manto de hielo. La diferenciación también puede haber causado la remodelación de la superficie a través de géiseres y movimientos tectónicos, borrando así las características geológicas más antiguas. Además, por su pequeño tamaño, se pudo haber enfriado muy pronto, lo que llevaría al rápido cese de todos estos procesos de remodelación geológica. El hielo de la superficie se habría sublimado poco a poco, dejando tras de sí diferentes minerales hidratados como arcillas y carbonatos.
En la actualidad, Ceres aparenta ser un cuerpo geológicamente inactivo con una superficie esculpida solo por impactos. La presencia de cantidades significativas de hielo de agua en su composición alimenta la posibilidad de que Ceres haya tenido o tenga una capa de agua líquida en su interior. Esta hipotética capa recibe a menudo la denominación de «océano». Si tal capa existiera, las hipótesis apuntan a que se encontraría entre el núcleo de roca y el manto de hielo, como el teórico océano de Europa. La existencia de un océano es más probable si los solutos (por ejemplo, las sales), el amoniaco, el ácido sulfúrico u otros compuestos anticongelantes estuviesen disueltos en el agua. o la presión fuese suficiente para albergar un agua salada, incluso salobre, similar a la que conocemos como albergadora de vida.
Ceres sigue una órbita entre Marte y Júpiter, en medio del cinturón de asteroides, con un periodo de 4,6 años. La órbita está moderadamente inclinada (i=10,6° comparada con los 7° de Mercurio y los 17° de Plutón) y moderadamente excéntrica (e=0,08° comparada con los 0,09° de Marte).
La imagen de la derecha ilustra las órbitas de Ceres (azul) y las de otros planetas (blanco/gris). Los segmentos de las órbitas por debajo de la eclíptica están en colores oscuros, y el signo (+) en naranja ubica al Sol. El diagrama superior izquierdo es una vista polar que muestra la localización de Ceres entre Marte y Júpiter. El diagrama superior derecho es una cercana demostración de las localizaciones del perihelio (q) y del afelio (Q) de Ceres y Marte. El perihelio de Marte está en oposición al Sol desde el de Ceres y de muchos de los grandes asteroides del cinturón de asteroides, incluyendo a (2) Palas e (10) Higia. El diagrama inferior es una vista en perspectiva mostrando la inclinación de la órbita de Ceres comparada con las de Marte y Júpiter.
En el pasado, Ceres era considerado como el mayor de una familia de asteroides (un grupo de elementos orbitales similares), pero estudios avanzados han mostrado que Ceres tiene unas propiedades espectrales diferentes de las de los otros miembros de la familia, y ahora este grupo es denominado como «familia de Gefion», nombrado con respecto al asteroide Gefion, siendo Ceres un accidental compañero sin un origen en común.
Ceres tiene un diámetro de 950×932 km y una superficie de 2 800 000 km²; como comparación, su superficie es equivalente a la de Argentina. Pese a sus reducidas dimensiones, se encuentra en equilibrio hidrostático, mostrando por tanto una forma casi esférica.
Hay indicios de que Ceres puede tener una atmósfera tenue de vapor de agua por la sublimación del hielo acuoso de la superficie.
El hielo acuoso superficial es inestable a distancias inferiores a 5 ua del Sol, por lo que se espera que se sublime si se expone directamente a la radiación solar. Puede migrar de las capas interiores a la superficie, pero se escapa al espacio en poco tiempo. Como resultado, es difícil detectar la vaporización del agua. A principios de los noventa del siglo XX fue posible observar agua escapando de las regiones polares, pero no ha llegado a demostrarse de forma inequívoca. Puede que sea posible detectar agua escapando en los alrededores de un cráter de impacto reciente o de las grietas de las capas subsuperficiales. Observaciones en ultravioleta de la sonda espacial IUE detectaron cantidades estadísticamente significativas de iones hidróxido cerca del polo norte, que son resultado de la disociación del vapor de agua por la radiación ultravioleta solar.
A principios de 2014, usando datos del observatorio espacial Herschel, se descubrió que había varias fuentes de vapor de agua en latitudes medias concentradas en una área de no más de 60 km de diámetro que emitían aproximadamente 1026 moléculas de agua por segundo (unos 3 kg). En comparación, Encélado y Europa emiten 200 y 7000 kg/s respectivamente. Dos potenciales regiones de fuentes, designadas Piazzi (123°E, 21°N) y región A (231°E, 23°N), se han observado en el infrarrojo cercano como áreas oscuras (la región A también tiene una área central brillante) por el observatorio W. M. Keck. Los posibles mecanismos para la liberación del vapor son la sublimación de aproximadamente 0,6 km² de hielo expuesto en la superficie, erupciones criovolcánicas resultantes del calor radiogénico interno o la presurización de un océano subsuperficial debido al crecimiento de una capa superpuesta de hielo. La sublimación superficial debería ser más baja cuando Ceres se encuentra más lejos del Sol, mientras que las emisiones que se alimentan de procesos internos serían independientes de la posición orbital. Los escasos datos disponibles son más compatibles con el estilo de sublimación cometario.
Los indicios sugerían también que podría tener agua en forma de escarcha en su superficie y una gruesa capa de hielo sobre un núcleo rocoso. En 2014 se publicó la confirmación de que Ceres contiene agua en abundancia, expulsando al espacio hasta 6 kilos de vapor por segundo. El hallazgo fue realizado por investigadores de la Agencia Espacial Europea y la Universidad de Florida Central ayudándose del telescopio espacial Herschel.
Hay agua, o mejor, hielo de agua en la superficie del planeta. El descubrimiento fue posible gracias al espectrómetro italiano VIR, unido a la sonda Dawn, en órbita alrededor de Ceres desde marzo de 2015. Se observó la presencia de agua dentro de Oxo, un cráter recién formado con un diámetro de nueve kilómetros y es, actualmente, el único punto en el que se detectó. Las nuevas imágenes detalladas de Ceres, obtenidas desde 385 km de altura, se han detectado algunos otros puntos que son de gran interés como, las áreas brillantes dentro del cráter Occator o la compleja composición de la superficie del cráter Haulani.
Tras su descubrimiento, determinar el tamaño de Ceres no fue fácil; William Herschel (1802) estimó un diámetro de 259 km, mientras que Schröter (1811) afirmó un diámetro de 2613 kilómetros. Por otra parte la limitada capacidad de los telescopios de principios del siglo XIX a menudo generaba un halo visual alrededor de Ceres, que fue interpretado como la atmósfera del planeta por Schröter. Algunas mejoras se produjeron en la segunda mitad del siglo con la difusión del catálogo estelar Bonner Durchmusterung en 1852 y con la introducción de distintas mejoras técnicas, como la fotometría en 1861, sin embargo la ausencia de un valor compartido para el albedo de Ceres provocó que las estimaciones propuestas para su diámetro continuaran siendo muy variables.
En 1895, Edward Emerson Barnard calculó el diámetro de Ceres en 781 ± 87 kilómetros, valor revisado en 1901 en 706 ± 86 kilómetros. Estos valores se tomaron como correctos en los cincuenta años siguientes. Nuevos trabajos de investigación, publicados en la década de 1960 y en la de 1970, propusieron nuevas estimaciones basadas principalmente en las mediciones fotométricas, que arrojaban entre 1020 y 1220 kilómetros, con una incertidumbre de unos 100 km. También se propusieron las primeras medidas de la masa de Ceres, superiores al valor aceptado hoy en día.
En 1982, Lutz Schmadel identificó el objeto 1899 OF con Ceres.
Una ocultación de una estrella por Ceres fue observada en México, Florida y a lo largo del Caribe el 13 de noviembre de 1984: con ello se pudo acotar el tamaño máximo y determinar, de un modo burdo, la forma del mismo (prácticamente esférico).
En 2001, el telescopio espacial Hubble fotografió Ceres. Las imágenes obtenidas eran de baja resolución, pero confirmaron que Ceres es esférico y mostraron un punto claro en su superficie, que fue interpretado como probablemente un cráter. El hipotético cráter fue apodado "Piazzi" por el nombre del descubridor de Ceres.
Ceres fue visible a finales de 2002 usando prismáticos.
Más recientemente, Ceres fue estudiado con el telescopio Keck. Usando óptica adaptativa, se logró una resolución de 50 km/píxel, sobrepasando los resultados del Hubble. El Keck fue capaz de distinguir dos rasgos grandes de albedo oscuro, probablemente cráteres de impacto. El mayor tiene una región central más brillante. "Piazzi" no era visible en las imágenes del Keck.
La NASA lanzó en septiembre de 2007 la misión llamada Dawn (en inglés, amanecer) para visitar Ceres y el asteroide (4) Vesta. Entró en la órbita de Vesta en julio de 2011, y lo observó durante poco más de un año. En septiembre de 2012 Dawn abandonó Vesta y tras un viaje de tres años, en marzo de 2015, llegó a Ceres, convirtiéndose así en la primera misión de exploración a un planeta enano, por delante de la misión New Horizons a Plutón. La información proporcionada por la sonda situó "Piazzi" en la proximidades del cráter Dantu, permitiendo observar otros accidentes de la superficie de Ceres como Ahuna Mons.
En 2015 se anunció el proyecto Ceres Polar Lander, vinculado a la NASA. Por su parte la Agencia Espacial China tiene entre sus proyectos el lanzamiento de una sonda a Ceres, que regresaría con muestras, pero la misión está prevista para la década de 2020.