谷神星（Ceres），是太阳系中最小的矮行星，也是唯一位于火星和木星轨道之间的小行星带的矮行星，1801年由意大利天文学家朱塞佩·皮亚齐（Giuseppe Piazzi）发现。谷神星多年来一直被称为小行星，直到2006年国际天文学联合会将其重新定义为矮行星，是小行星带中最大的天体，也是已知太阳系中第33大天体。

谷神星的直径约为940千米，质量为9.39 x 1020千克，约为月球质量的1/14。谷神星的形状近似圆形，其表面布满了陨石坑、山脉和亮点，包括著名的“奥卡托陨石坑（Occator）”。它没有大气层，但有一个薄的水蒸气外逸层。白天温度白天的表面温度从零下136华氏度到零下28华氏度（180至240开尔文）不等，最高温度在赤道地区。地壳是岩石和尘土，有大量的盐沉积物。自转周期约为9.1小时，轨道周期为4.6个地球年。

2015年，美国航空航天局的黎明号宇宙飞船进入谷神星轨道，成为第一艘访问矮行星的航天器。2015年1月，黎明号就以前所未见的高分辨率传回影像，显示表面有着坑坑洼洼，两个独特的亮点（或高反照率特征）出现在撞击坑内。同年2月12日、2月19日和2月25日、3月1日和4月10日和15日“黎明”号进行了更多的分辨率越来越高的成像。2017年，“黎明”号提供的增强彩色合成图像显示了谷神星上陨石坑周围的区域存在有机化合物，2018年，SwRI领导的团队在谷神星上发现了富碳表面的证据。

早在1596年理论天文学家约翰尼斯·开普勒（Johannes Kepler）就已经注意到了火星和木星之间的差距。他认为，只有增加两颗行星，行星轨道之间的比例才符合“上帝的设计”：一颗在木星和火星之间，一颗在金星和水星之间。

18世纪初，威廉·惠斯顿（William Whiston），给出了行星的实际距离，以百万英里为单位分别为325981，123424777。在距离太阳1.23亿英里的范围内有四颗行星，但距离下一颗行星木星的距离超过3亿英里。苏格兰数学家科林·麦克劳林（Colin Maclaurin）和托马斯·赖特（Thomas Wright）关注到了火星和木星之间的差距，他们推测这个缺口中存在一个或多个行星。

1765年，提丢斯（Totius）提出一个求太阳与诸行星之间的平均距离的经验法则。1772年，柏林天文台台长约翰·波得（Bode）整理这个规律后发表，称之为提丢斯——波得定律。天文学家根据这一定律推测出在2.8的位置上应该还有一颗行星。

1781年，威廉·赫歇尔（William Herschel）发现了天王星，多次观测后证实了这是一颗比土星更远的大行星，和太阳的距离是192，与提丢斯——波得定律计算的结果196很接近。这增加了人们对提丢斯——波得定律的信心，但之后的20年，天文学家并没有发现新星，致使当时的德国哲学家格奥尔格·威廉·弗里德里希·黑格尔（Hegel）出来反对，他认为用他的逻辑方法可以证明太阳系的行星一定是7颗，不多也不少。1801年元旦的晚上，朱塞普·皮亚齐在意大利西西里岛（Sicilia）的巴勒莫天文台（Palermo）核对星图，观察金牛座一带的星，偶然看到一颗8等星与星图不合。第二夜发现已向西移动，以后又连续观测了40天，一直到2月23日终于因为劳累过度而病倒。

皮亚齐将上述结果通报了欧洲的天文学家，但由于离太阳的眩光太近，其他天文学家无法证实皮亚齐的观测结果。当时24岁的高斯（Gauss）开发了一种有效的轨道确定方法。几周后，他预测了谷神星的路径。1801年12月31日，查赫（Zach）和欧伯士（Olbers）在预测位置附近发现了这颗新星。这颗星取名为谷神星，与太阳距离27.7，和波得定律大体相符。1802年，高斯又用改进的方法计算出谷神星的运行轨道。

谷神星原名“赛丽娜”，它是罗马神话中的收获女神，中文译作“谷神”，故名谷神星。这位女神又是西西里岛的守护神，之所以取这个名，是因为它是被西西里岛上的巴勒莫天文台发现的。

皮亚齐最初发现谷神星时，建议取名为Cerere Ferdinandea，以女神赛丽娜（Ceres，罗马得墨忒耳，意大利语中为Cerere）和西西里国王斐迪南迪亚（Ferdinandea）为名。然而，“斐迪南迪亚”不被其他国家接受，该名被删除。谷神星在德国短暂地被称为“赫拉”。希腊曾称它为Δήμητρα，以德墨忒耳命名，希腊语相当于罗马的Cerēs。除中文外，所有其他语言都使用Ceres/Cerere的变体：例如俄语Церера Tseréra，阿拉伯语سيريس Sīrīs，日语ケレス Keresu。中国称它为“谷神星”。

稀土元素于1803年由瑞典化学家永斯·贝采利乌斯（Jöns，Jacob Berzelius）和瑞典矿物学家希辛格（Wilhelm Hisinger）共同发现，由德国化学家克拉普罗特（Martin Klaproth）独立发现，以1801年发现的小行星谷神星命名，元素符号定为Ce。

谷神星的分类经历了多次变化。约翰·埃勒特·博德（Johann Elert Bode）认为谷神星是存在于火星和木星之间的“失踪行星”，距离太阳4.19亿公里（2.8天文单位）。谷神星被赋予了行星符号，并在半个世纪以来一直在天文书籍中被列为行星。

随着谷神星附近其他天体的发现，人们意识到谷神星代表了一类新的天体。1802年，随着小行星带上的智神星（“帕拉斯（Pallas）的发现，威廉·赫歇尔（William Herschel）将这些天体称为小行星，他认为：“它们与小星星非常相似，即使用非常好的望远镜也很难与它们区分开来”。作为第一个被发现的此类天体，谷神星在现代小行星命名系统下被命名为谷神星1号。到1860年，谷神星等小行星与主要行星之间存在根本差异被广泛接受。

2006年围绕冥王星和行星构成的辩论导致谷神星被考虑重新归类为行星。国际天文学联合会提出的关于行星定义的提案，将行星定义为“是一个天体，它既具有足够的质量，使其自重力克服刚体力，使其呈现流体静力平衡（近圆形）形状，同时在围绕恒星的轨道上，既不是恒星也不是行星的卫星”。2006年8月24日这项定义修改后被通过，其中附加了行星必须“清除其周围的轨道”的额外要求。根据这个定义，谷神星不是一颗行星，因为它不是其轨道上的唯一天体，它与成千上万的其他小行星一样位于小行星带上，且仅占小行星带总质量的25%左右。而像谷神星这样符合第一个提议定义但不符合第二个定义的天体，被归类为矮行星。

谷神星是一颗原行星（行星胚胎），形成于45.6亿年前，由于木星的引力被打断了成为行星的进程，是内太阳系中唯一的原行星，其余的都是合并形成类地行星或已被木星从太阳系中弹出。

谷神星的地质演化取决于其形成期间和之后可用的热源：小行星吸积的摩擦和各种放射性核素的衰变（可能包括短寿命的已灭绝放射性核素，如铝-26）。这些被认为足以让谷神星在形成后不久分化成岩石核心和冰冷的地幔。

现在，谷神星的地质活动度已经大大降低，其表面主要由撞击雕刻而成。然而，来自美国“黎明”号探测器的证据表明，内部过程在很大程度上继续改变着谷神星的表面。

谷神星的直径约为940千米，质量为9.39×1020千克，谷神星的质量约占小行星带总质量3.0±0.2×1021千克的三分之一。谷神星白天的表面温度从零下136华氏度到零下28华氏度（180至240开尔文）不等，最高温度是在赤道地区测量的。谷神星具有“流体静力平衡”这一特殊属性，因此是一颗矮行星。然而，其与平衡形状还有一些偏差尚未完全解释。2018年7月，美国航空航天局发布了谷神星上发现的物理特征与地球上类似特征的比较。

谷神星是处于流体静力平衡状态的最小天体，比土星的卫星土卫五小600千米，质量不到土星卫星瑞亚的一半。建模表明，从它的岩石部分的部分分化来看，谷神星可能有一个小的金属核心，但数据上与水合硅酸盐的地幔一致，显示谷神星没有核心。由此可见谷神星内部分层不明显，内核暂时无法判断。

谷神星的表面成分广泛地相似于C型小行星，也存在某些差别。它的红外光谱显示含水矿物的普遍特征，表明其内部存在显著数量的水。其他的可能表面成分包括富铁的黏土矿物和碳酸盐矿物。而其他C型小行星的光谱显示通常没有这样的矿物。谷神星表面较暖，太阳光直射区温度可达235K，冰在此温度是不稳定的，冰升华留下的物质可以解释其（不同于冰卫星）暗表面。

在谷神星上的“列涅努忒陨石坑（Ernutet）”及其周围探测到一种有机化合物“索林（Tholins）”，这是地球上生命的必要组成部分。谷神星上的有机物质主要分布在400平方英里（约1000平方千米）的区域内。在Ernutet陨石坑的底部和南部边缘，以及坑西南面的一个区域，有机物特征明显。在陨石坑东西几英里的地方还有其他较小的富含有机物的区域。在伊纳玛哈里陨石坑（Inamahair Crater）的一个非常小的区域也发现了有机物，该陨石坑距离Ernutet约250英里（400千米）。此外，谷神星的大部分表面都含有极其丰富的碳，约占其近表面的20%，碳含量比地球上分析的碳质球粒陨石高出五倍以上。表面碳显示出与岩水相互作用产物（如黏土）混合的证据。这种化学反应表明谷神星是在寒冷的环境中形成的，也许在木星轨道之外，它是在有水存在的超富碳物质中形成的，这可能为有机化学提供有利的条件。

谷神星表面的水冰是不稳定的，若直接暴露在太阳辐射下就会升华。水冰可以从深层迁移到表面，且在很短时间内逃逸，于是，很难检测到蒸汽，可以探测到从谷神星的新鲜陨击坑周围或表层下的裂缝出来的逃逸水。国际紫外探测器（IUE）观测到其北极附近相当数量的氢氧根，它们是被太阳紫外辐射离解水汽而产生的。2014年初，赫歇尔空间天文台发现谷神星的几个直径为60千米以下的中纬度水汽源，每秒各放出约105个分子（或3千克）的水。凯克天文台观测到Piazzi（123°E，21°N)）和A区（231°E，23°N）的两个近红外暗区是潜在源。水汽释放的可能机制是表面暴露冰升华，或内部放射热量或因上覆冰层增长而使下面海洋增压而造成的“冰火山”喷发。当谷神星在其轨道运动中离太阳更远时，其表面冰的升华会减少，而内部动力排放不应受到其所在轨道位置的影响。有限数据符合彗星式升华。

冰火山是咸水、泥水通过反复的喷发、流动和冻结建造而成的。可能是由于冰火山过程，谷神星上大量的陨石坑上有中央坑和中央山峰。谷神星有一座突出的山——阿胡纳蒙斯（Ahuna Mons），这座山是由冰构成的， 表面只有几个陨石坑，这表明它的年龄最多只有几亿年。这是一座由冰火山作用引起的圆顶，耸立在撞击坑上方，它的侧面留下了岩石和碎片坠落的条纹，而俯视则显示其顶部正在破裂。

阿胡纳山并不是谷神星上唯一发生冰火山活动的地方。“黎明号”的仪器发现了谷神星上的一些特征也是冰火火山活动造成的，这些活动使一些地区的地表重新出现，而不是建造高层建筑。例如，许多陨石坑显示的地表比陨石撞击留下的地表更平坦，所以它们可能是从下面被重新抬起的。此外，这种地面平坦的陨石坑经常出现裂缝，表明受到了地层下冰冷的“岩浆”的推挤。

谷神星表面有陨击坑和小亮斑。谷神星表面有大量的较浅陨击坑，表明陨石撞击的表层较软，可能是水冰层。一个直径为270千米的浅陨击坑类似于土卫三和土卫八的大而浅的陨击坑。最亮的亮斑（5号斑）在80千米的奥卡托陨石坑中央，它上空周期性地出现霾，是亮斑的冰升华或排气；第二亮斑实际是一群（可能多达10个）分散的亮区。这些亮特征的反照率约为40%，是表面物质（可能是冰或盐）反射太阳光。其表面较平坦的严重陨击区域也有山脉。最惊奇的是“金字塔”形大山脉，其高度约为5千米，底部约为14.5千米宽。它与亮斑没有关系，其成因还有待研究。

谷神星有个被称为“流体静力平衡”的特殊属性，这意味着谷神星内核足够不明显，而是它的自转方式决定了外形。利用谷神星的重力和地形信息，科学家们发现谷神星是“分层的”，这意味着它在不同的深度有不同的组成层。

最内部的一层，地幔主要由水合岩石组成，比如粘土。外层是24.85英里（40千米）厚的地壳，是冰、盐和水合矿物的混合物。两者之间有一层可能含有少量富含盐的液体，称为盐水。它向下延伸至少62英里（100千米）。黎明号无法探测大约62英里（100千米）以下的深度，因此无法判断谷神星的深层内部是否含有更多的液体，还是富含金属的致密物质的核心。但较低的中心密度表明它可能保留约10%的孔隙率。一项研究估计核心和地幔/地壳的密度为2.46-~2.90和1.68~1.95克/立方厘米，地幔和地壳厚70~190千米。预计只有部分脱水（冰从核心排出），而地幔相对于水冰的高密度反映了其富含硅酸盐和盐类，也就是说，谷神星的核心、地幔和地壳都由岩石和冰组成，尽管比例不同。

2018年，黎明号探测器在其延长任务的最后阶段下降到距离谷神星表面35千米处，完成了成像、红外光谱、元素光谱和引力科学等探测任务。2020年8月10日，《自然—天文学》《自然—地球科学》和《自然-通讯》发表的7篇论文报告了此次观测的若干成果。研究显示，谷神星曾是一个海洋世界。

“黎明”号延长任务的高分辨率图像证实了卤水的暴露时间不到200万年。此外，可见光和红外测图光谱仪发现了一种新的化合物——冰盐，这是一种存在于海洋冰中的物质。奥卡托陨石坑中央最大的明亮区域“谷类光斑（Cerealia Facula）”存在水合氯盐。由于这些盐的脱水速度很快，研究人员认为卤水可能还在不断涌出，意味着谷神星内部可能依然存在含盐液体，经研究发现奥卡托陨石坑底深处有一个很大的卤水储层。

在一个两层模型中，谷神星由球粒核和由混合冰和微米级固体颗粒（“泥浆”）构成的地幔两部分组成。地表冰的升华会留下大约20米厚的水合颗粒沉积物。360公里厚的大地核，由75%的球粒和25%的颗粒构成，地幔中有75%的冰和25%的颗粒；85公里的小地核，几乎完全由颗粒组成，地幔中有30%的冰和70%的颗粒，分化程度的范围与数据一致。对于一个大的核心，核心——地幔边界应该足够温暖，可以容纳盐水袋。对于小核心，地幔应该在110公里以下保持液态。在后一种情况下，液态储存库冻结2%就会压缩液体，迫使一些液体浮到表面，产生冰火火山作用。

另一个模型指出，黎明号的重力和地形数据与部分物理分化一致，即富含挥发性的壳（地壳）覆盖在致密的水合硅酸盐内部（地幔）上。地壳和地幔的密度范围可以从撞击谷神星的石陨石类型中计算出来，对于CI级陨石，地幔/核心密度2.46克/立方厘米，地壳厚度约为70千米，密度为1.68克/立方厘米；对于CM级陨石，地幔/核心密度为2.9克/立方厘米，地壳厚度约为190千米，密度为1.9克/立方厘米。该模型的最佳拟合结果为地壳厚度约为40千米，密度约为1.25克/立方厘米，地幔/核心密度约为2.4克/立方厘米。

谷神星位于火星和木星轨道之间的小行星带上。2011年至2013年间，欧洲航天局赫歇尔空间观测站观测发现，这颗矮行星有稀薄的蒸汽大气。这是第一次明确探测到小行星带物体周围的水蒸气。当来自太阳的高能粒子撞击谷神星陨石坑内暴露的冰时，冰可以升华并形成一个持续一周左右的“外逸层”。

研究表明，当谷神星靠近太阳或阳光直接照射冰面时，大气层并不一定会显现出来，而是在太阳活动水平较高时，太阳释放出的高能粒子才会显现出来。此外，没有探测到大气层的时间正好是太阳活动较少的时间，这表明，在产生外逸层时，更重要的因素是太阳活动，而不是谷神星与太阳的距离。

谷神星需要1682个地球日，或4.6个地球年，才能绕太阳一周。当谷神星绕太阳公转时，它每9小时完成一次自转，使其白昼长度成为太阳系中最短的一天之一。谷神星的旋转轴相对于其围绕太阳的轨道平面仅倾斜4度。这意味着它几乎完全直立旋转，并且不像其他更倾斜的行星那样经历季节。

谷神星与智神星处于接近1：1的平均运动轨道共振中（它们的正确轨道周期相差0.2%）。然而，两者之间不太可能产生真正的共振。小行星自身质量相对较小，因此小行星之间产生共振是非常罕见的。尽管如此，谷神星还是能够将其他小行星捕获到临时的1：1共振轨道关系中（使它们成为临时特洛伊天体），周期长达200万年或更长时间，已经确定了有50个这样能被捕获共振的星体。

以上资料来源：

当谷神星在近日点附近冲时，它的视星等可以达到+6.7等，对于视力极佳的人来说，裸眼就可以看到谷神星。

1984年11月13日，在墨西哥、佛罗里达州和加勒比海之间，观测到谷神星的恒星掩星。

1995年6月25日，分辨率为50公里的哈勃空间望远镜对谷神星进行了紫外观测，并得到第一张圆盘分辨图像。

2002年，巴黎-默东天文台的一组天文学家使用了夏威夷莫纳克亚凯克天文台最先进的自适应光学仪器，以30公里的空间分辨率对谷神星表面进行了成像，结果表明谷神星表面反射光的强度变化约为12%。

2003年末到2004年初，哈勃望远镜获得的高分辨率照片，让人们第一次准确测量出谷神星的密度仅稍高于水的两倍。根据对谷神星组成成分的推测，这个密度意味着它高达40%的体积都是由水或水冰组成。这样的含水量甚至远高于火星，使谷神星一跃成为木星轨道之内的内太阳系中，含水量仅次于地球的天体。

2012年~2013年，欧洲的赫歇尔空间天文台首次确认谷神星向外喷射水汽。其实，早在1991年，国际紫外探测器（IUE）就已经观测到谷神星上可能的水汽喷发，只是精度不够，结果并非完全可靠。除了这两次，其他多次在谷神星周围搜寻水汽的观测均告失败，尽管有些观测的精度已经高于这两次探测到水汽的观测。水汽的发现，是谷神星上的大量水可能接近地表的直接证据。但是它时有时无的挥发，却使水在谷神星上的状态更加让人不解。

2015年，美国航空航天局黎明号接近并环绕谷神星，将详细的图像和科学数据传回地球。

“黎明”号探测器于2007年9月发射升空，它的主要目标是先后探访小行星带的两个主要天体——灶神星和谷神星。“黎明”号2011年进入灶神星的轨道，2012年离开灶神星，并于2015年抵达谷神星轨道。

航天器仪器包括一台取景照相机、一台视觉和红外线光谱继，γ射线和中子探测器。这些仪器探测了谷神星的形状和元素组成。2015年1月13日，黎明拍摄了谷神星的第一张高分辨率照片，揭示了撞击坑和地表上一个小的高反照率点，与先前观测的位置接近，1月4日、2月12日、2月19日和2月25日、3月1日和4月10日和15日进行了更多的成像，分辨率越来越高。

2015年2月19日，黎明号在4.6万千米的高度上拍摄到谷神星的全貌，科学家发现图像中存在一个神秘的亮点，引发了对可能的冰火山起源的猜测。2015年3月3日，美国航空航天局发言人表示，这些亮点与含有冰或盐的高反射材料一致，不太可能是低温火山活动。然而，在2016年9月，黎明团队的科学家在一篇科学论文中报告了低温火山运动对谷神星内部演化的作用。

2015年12月9日，根据“黎明”号传回的数据，美国宇航局的科学家报告说，谷神星上的亮点可能与一种盐有关，这种明亮的材料与一种称为六氢合物的硫酸镁一致，此外，这些斑点还被发现与富含氨的黏土有关。2016年6月，新的探测结果表明，这些亮点的近红外光谱与大量碳酸钠一致，而不是六氢合物的硫酸镁，另一项研究也表面明谷神星的深陨石坑和锯齿状的山脉意味着地壳主要是岩石，可能与地球上发生的反应相似。

2018年10月31日和11月1日，黎明号错过了与美国航空航天局深空网络（DSN）的定期通信。研究团队排除其他原因后，得出结论称，使航天器控制其指向的燃料已耗尽，其天线不能再与任务控制平台通信，但还可以利用太阳能电池板来充电，将继续停留在谷神星轨道数十年。

谷神星是太阳系中为数不多的科学家想要寻找生命迹象的地方之一。谷神星拥有许多其他行星所没有的东西——水。在地球上，水对生命至关重要，所以有可能在其他地方有这种成分和一些其他条件也可以支持生命。有研究证明谷神星曾是一个海洋世界，在2018年，SwRI领导的团队在谷神星上发现了富碳表面的证据。在太阳系内部天体中，谷神星具有独特的矿物学，其近表面似乎含有高达20%的碳，这些都为有机化学提供了有利条件。

2015年播出的科幻悬疑电视剧《苍穹浩瀚 第一季》（The Expanse），由罗伯特·里伯曼执导，托马斯·简、史蒂文·斯崔特、卡斯·安瓦尔、多米尼克·蒂珀、约翰·查特曼等人主演，讲述了二百年后的未来，太阳系的人类逐渐分成了地球人、火星人和以小行星带为主的谷神星人，彼此之间的关系由于资源的争夺而变得紧张。警探Josephus Miller连同船长Jim Holden与他的船员一起揭发了一个威胁秩序和平及人类生存的阴谋。

2014年，由《光晕》系列游戏的缔造者Bungie打造的全新第一人称在线射击游戏《命运（Destiny）》的背景中，谷神星在人类黄金时代末期被一个名为堕落者的外星种族殖民。谷神星后来被居住在小行星带的后人类文明摧毁。2019年9月8日《命运》的完整续集《命运2》在playstation 4和Xbox One上发布。