In de buitenste regionen van het zonnestelsel, voorbij de baan van Neptunus, ligt een gebied dat doordrongen is van hemellichamen en kleine planeten. Deze regio staat bekend als de "Kuipergordel" en is genoemd ter ere van de 20e-eeuwse astronoom die decennia voordat hij werd waargenomen speculeerde over het bestaan van een dergelijke schijf. Deze schijf, zo redeneerde hij, was de bron van de vele kometen van het zonnestelsel en de reden dat er buiten Neptunus geen grote planeten waren.
Ook wordt Gerard Kuiper door velen gezien als de 'vader van de planetaire wetenschap'. In de jaren zestig en zeventig speelde hij een cruciale rol in de ontwikkeling van infrarood-astronomie in de lucht, een technologie die leidde tot veel cruciale ontdekkingen die onmogelijk zouden zijn geweest met behulp van observatoria op de grond. Tegelijkertijd hielp hij bij het catalogiseren van asteroïden, onderzocht hij de maan, Mars en het buitenste zonnestelsel en ontdekte hij nieuwe manen.
Vroege leven:
Gerard Kuiper, geboren Gerrit Kuiper, werd geboren op 7 december 1905 in het dorp Harenkarspel in Noord-Holland. Als kind had hij een buitengewoon scherp gezichtsvermogen en kon hij met het blote oog magnitude 7,5 sterren zien (die ongeveer vier keer zwakker zijn dan de meeste met het blote oog zichtbare sterren). Zijn scherpe gezichtsvermogen spoorde zijn interesse in astronomie aan, wat al op jonge leeftijd duidelijk was.
Opleiding:
In 1924 begon Kuiper te studeren aan de Universiteit Leiden, waar ook de beroemde 17e-eeuwse Nederlandse astronoom Christiaan Huygens studeerde. Destijds was een zeer groot aantal astronomen op de universiteit samengekomen en Kuiper raakte bevriend met velen van hen. Onder zijn leraren waren mede-Nederlandse astronoom Jan Oort (naar wie de Oort-wolk is genoemd) en Paul Ehrenfest, de Oostenrijks-Nederlandse natuurkundige die de faseovergangstheorie van de kwantummechanica ontwikkelde.
In 1927 ontving hij zijn B.Sc. in de sterrenkunde en ging direct door naar zijn afgestudeerde studies. In 1933 voltooide hij zijn proefschrift over dubbelsterren en reisde vervolgens naar Californië om fellow te worden bij het Lick Observatory. In 1935 vertrok hij naar het Harvard College Observatory, waar hij zijn toekomstige vrouw, Sarah Parker Fuller, ontmoette. De twee trouwden op 20 juni 1936.
Prestaties in de astronomie:
In 1937 nam Kuiper een positie in bij het Yerkes Observatory aan de Universiteit van Chicago en werd hij Amerikaans staatsburger. In de loop van de volgende decennia nam hij deel aan vele astronomische onderzoeken en deed hij veel ontdekkingen die het veld van de planetaire wetenschap vooruitgingen. De eerste kwam tussen 1944 en 1947 tijdens het maken van waarnemingen van Mars en het buitenste zonnestelsel.
Met behulp van telescopen op de grond bevestigde Kuiper het bestaan van een methaanrijke atmosfeer boven Titan (de grootste maan van Saturnus). In 1947 gebruikte hij vergelijkbare methoden om te ontdekken dat koolstofdioxide een belangrijk onderdeel was van de atmosfeer van Mars. Datzelfde jaar voorspelde hij dat de ringen van Saturnus voornamelijk uit ijsdeeltjes bestonden en ontdekte Miranda, de vijfde maan van Uranus.
In 1949 startte Kuiper de Yerkes-McDonald asteroïde-enquête, een fotometrische studie van asteroïden uitgevoerd door de Universiteit van Chicago en de Universiteit van Texas in Austin, die liep van 1950 tot 1952. Destijds was de enquête beperkt tot asteroïden met een magnitude 16 , maar maakte ook de weg vrij voor het Palomar-Leiden-onderzoek, dat Kuiper ook in 1961 initieerde.
Deze gezamenlijke inspanning betrof het Lunar and Planetary Laboratory (LPL) in Arizona, het Palomar Observatory in San Diego en het Leiden Observatory in Nederland (Kuiper’s Alma Mater). Bij deze enquête werden fotografische platen gebruikt die de LPL met de 48-inch Schmidt-camera van het Palomar-observatorium had genomen.
Zodra kleine planeten (en asteroïden met een grootte van meer dan 20) werden ontdekt, werden hun orbitale elementen berekend op het Cincinnati Observatorium, en alle andere aspecten van het programma - inclusief analyse van de foto's - uitgevoerd op het Leiden Observatorium. Deze enquête resulteerde in de ontdekking van een groot aantal asteroïden, waarbij per plaat ongeveer 200-400 asteroïden werden ontdekt en in totaal 130 platen werden gebruikt.
In 1956 bewees Kuiper dat de polaire ijskappen van Mars niet waren samengesteld uit kooldioxide, zoals eerder werd gedacht, en dat ze in plaats daarvan waren samengesteld uit waterijs. In de jaren zestig hielp Kuiper ook bij het identificeren van landingsplaatsen op de maan voor het Apollo-programma en voorspelde hij zelfs hoe het oppervlak van de maan zou zijn om op te lopen. Zijn bewering dat het maanoppervlak "als knapperige sneeuw" zou zijn, werd in 1969 bevestigd door astronaut Neil Armstrong.
Het was ook in de jaren zestig dat Kuiper zijn baanbrekende bijdragen leverde aan de ontwikkeling van infrarood-astronomie in de lucht. In 1967 kwam NASA's viermotorige straalvliegtuig Convair 990 beschikbaar met een ingebouwde telescoop, die werd gebruikt om infraroodonderzoeken uit te voeren op een hoogte van 12.192 meter (40.000 voet). Kuiper gebruikte het uitgebreid om spectroscopische studies te maken van de zon, de sterren en de zonneplaneten.
Kuiper bracht het grootste deel van zijn carrière door aan de Universiteit van Chicago, maar verhuisde in 1960 naar Tucson, Arizona om het Lunar and Planetary Laboratory op te richten aan de University of Arizona. Voor zijn collega's stond Gerard bekend als een veeleisende baas, wiens routine onder meer hard werken en lange uren omvatte. Dale Cruikshank, een collega-wetenschapper die onder Kuiper aan de LPL werkte, beweerde dat:
'Hij heeft zelf heel hard gewerkt en hij eiste van iedereen om hem heen dezelfde toewijding, toewijding en ernst. Als ze dat niet gaven of als ze niet optraden, liepen ze tegen hem op. Dat gold voor studenten. Het gold ook voor collega-docenten, technische medewerkers en ingenieurs - iedereen om hem heen. Maar tegelijkertijd had hij een humoristische kant, een warme kant, een persoonlijke kant die op een bepaalde manier aantrekkelijk was. '
Maar hoewel moeilijk om mee te werken, stond Kuiper ook bekend om zijn warme kant en gevoel voor humor. Hij was er ook trots op dat hij deskundig was en zich omringde met mensen die dingen wisten die hij niet wist. Kuiper was de directeur van het laboratorium tot aan zijn dood in 1973.
De Kuipergordel:
Over het mogelijke bestaan van een Trans-Neptuniaanse populatie van objecten werd gespeculeerd sinds kort na de ontdekking van Pluto in 1930. Een van de eersten was astronoom Armin O. Leuschner, die in 1930 suggereerde dat Pluto 'een van de vele lange- periode planetaire objecten die nog ontdekt moeten worden. ”
In 1943, in de Tijdschrift van de British Astronomical AssociationKenneth Edgeworth lichtte het onderwerp verder toe en beweerde dat het materiaal binnen de oer-zonnenevel voorbij Neptunus te ver van elkaar verwijderd was om in planeten te condenseren, en dus eerder in een groot aantal kleinere lichamen verdicht.
In 1951, in een artikel voor het tijdschrift Astrofysica, Speculeerde Gerard Kuiper hoe een soortgelijke schijf zich al vroeg in de evolutie van het zonnestelsel had kunnen vormen. Af en toe dwaalde een van de objecten van deze schijf het binnenste zonnestelsel binnen en werd een komeet, beweerde hij, en legde zo de oorsprong van kometen uit, terwijl hij ook uitlegde waarom er geen grote planeten waren buiten Neptunus.
Het zou echter vele decennia duren voordat het bestaan van deze schijf werd bewezen en er een naam aan werd gegeven. De eerste stap kwam in 1980, toen de Uruguayaanse astronoom Julio Fernández een paper voorlegde bij de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, waarin hij speculeerde dat een komeetgordel die tussen de 35 en 50 AU lag nodig zou zijn om het waargenomen aantal kometen te verklaren . Het was dit papier waarop latere astronomen zouden putten als het tijd werd om de gordel een naam te geven.
In 1987 begon astronoom David Jewitt van MIT en afgestudeerde student Jane Luu de telescopen van het Kitt Peak National Observatory in Arizona en het Cerro Tololo Inter-American Observatory in Chili te gebruiken om het buitenste zonnestelsel te doorzoeken. Na vijf jaar zoeken kondigden Jewitt en Luu op 30 augustus 1992 de "Discovery of the candidate Kuiper belt object" (15760) 1992 QB1 aan. Zes maanden later ontdekten ze een tweede object in de regio, (181708) 1993 FW, en nog veel meer volgden.
Evenzo begon in 1988 een Canadees team van astronomen (team van Martin Duncan, Tom Quinn en Scott Tremaine) computersimulaties uit te voeren die bepaalden dat de Oort-wolk niet alle kometen met een korte periode kon verklaren. Met een "riem", zoals Fernández het beschreef, toegevoegd aan de formuleringen, kwamen de simulaties overeen met waarnemingen.
In hun paper uit 1988 noemden Tremaine en zijn collega's de hypothetische regio buiten Neptunus de 'Kuipergordel', blijkbaar vanwege het feit dat Fernández de woorden 'Kuiper' en 'komeetgordel' gebruikte in de openingszin van zijn paper. Hoewel dit de officiële naam is gebleven, gebruiken astronomen soms de alternatieve naam "Edgeworth-Kuiper Belt" om Edgeworth te crediteren voor zijn eerdere theoretische werk.
Dood en nalatenschap:
Gerard Kuiper stierf in 1973 tijdens een vakantie met zijn vrouw in Mexico, waar hij een dodelijke hartaanval kreeg. Vanwege zijn vele prestaties en lange geschiedenis in de astronomie heeft hij door de jaren heen vele onderscheidingen ontvangen. Deze omvatten de naamgeving van de Kuipergordel ter ere van hem, evenals de naam van het asteroïdengordelobject 2520 P-L naar hem (ook bekend als 1776 Kuiper).
Drie kraters zijn ook naar hem vernoemd: de Kuiperkrater op de maan, de Kuiperkrater op Mars en de Kuiperkrater op Mercurius. Vanwege zijn werk in de astronomie in de lucht, werd NASA's nu buiten dienst gestelde Kuiper Airborne Observatory (KAO) - een sterk gemodificeerde Lockheed C-141A Starlifter met een 91,5 cm (36 inch) telescoop naar hem vernoemd.
De Kuiper-prijs is ook naar hem vernoemd en is de meest vooraanstaande prijs die wordt uitgereikt door de afdeling voor planetaire wetenschappen van de American Astronomical Society. De prijs wordt jaarlijks uitgereikt aan wetenschappers wier levenslange verworvenheden ons begrip van de planetaire wetenschappen hebben verbeterd.
Winnaars van deze prijs zijn onder meer Carl Sagan, James Van Allen (ontdek de Van Allen-stralingsgordel rond de aarde) en Eugene Shoemaker (die samen met zijn vrouw Carolyn S. Shoemaker en David H. Levy de komeet Shoemaker – Levy 9 mede-ontdekte).
Vanwege zijn toegewijde leiderschap bij het Lunar and Planetary Laboratory werd een van de drie gebouwen die deel uitmaken van de faciliteit (het Kuiper Space Sciences Building, hierboven afgebeeld) naar hem vernoemd. En honderd jaar na Gerard's geboorte, NASA's Nieuwe horizonten missie was goed op weg naar de Kuipergordel regio van ons zonnestelsel, als onderdeel van haar missie om Pluto en zijn maan Charon te bestuderen.
Dr. Richard Binzel, de co-onderzoeker en professor van New Horizons aan het Massachusetts Institute of Technology (MIT), erkende de dienst van zijn team aan de overleden wetenschapper. 'Kuiper was een van de eerste wetenschappers die zich bijna uitsluitend richtte op het verkennen van de eigenschappen van planeten', zei hij. "Zijn werk legde de basis voor de ruimtevaartmissies van de late 20e en vroege 21e eeuw."
Tijdens zijn leven ontving Kuiper ook veel beloningen voor zijn werk. In 1947 ontving hij de Jules Janssen Award van de Franse Astronomische Vereniging, wat hun hoogste eer is. In 1959 kende de American Astronomical Society hem het Henry Norris Russell Lectureship toe, als erkenning voor zijn jarenlange astronomische onderzoek. En in 1971 ontving Kuiper de Kepler Gold Medal van de American Association for the Advancement of Science en het Franklin Institute.
Naarmate we verder gaan in onze verkenning van het zonnestelsel, kunnen we de grote schuld die we aan Gerard Kuiper verschuldigd zijn niet ontkennen. Wat we weten over Mars en Titan, en hun potentiële bewoonbaarheid, berust op Kuipers werk met infrarood- en spectroscopische astronomie. Zonder hem waren de Apollo-missies misschien niet gebeurd en zou onze kennis van asteroïden en het buitenste zonnestelsel aanzienlijk zijn verminderd.
Je kunt je voorstellen dat wanneer we de Kuipergordel in meer detail gaan bestuderen en beginnen met het catalogiseren van de vele, vele objecten erin, velen namen zullen dragen die de late grote Kuiper in herinnering roepen.
We hebben veel artikelen geschreven over Gerard Kuiper voor Space Magazine. Hier is een artikel over de Kuipergordel en hier is een artikel over de Protoplanet-hypothese.
Als je meer informatie wilt over Gerard Kuiper, bekijk dan NASA's artikel over Gerard Kuiper en de pagina van het Lunar and Planetary Laboratory over hem.
We hebben ook een hele aflevering van Astronomy Cast opgenomen over Dwergplaneten. Luister hier, aflevering 194: Dwarf Planets.
