Dr. We vroegen hem om ons te helpen deze ongebruikelijke regio van ons zonnestelsel te verklaren.
Kort nadat Pluto op 18 februari 1930 door Clyde Tombaugh was ontdekt, begonnen astronomen te theoretiseren dat Pluto niet de enige was in het buitenste zonnestelsel. Na verloop van tijd begonnen ze het bestaan van andere objecten in de regio te postuleren, die ze tegen 1992 zouden ontdekken. Kortom, het bestaan van de Kuipergordel - een groot puinveld aan de rand van het zonnestelsel - werd getheoretiseerd voordat het ooit ontdekt.
Definitie:
De Kuipergordel (ook bekend als de Edgeworth-Kuipergordel) is een gebied van het zonnestelsel dat buiten de acht grote planeten bestaat en zich uitstrekt van de baan van Neptunus (op 30 AU) tot ongeveer 50 AU van de zon. Het is vergelijkbaar met de asteroïdengordel, omdat het veel kleine lichamen bevat, allemaal overblijfselen uit de formatie van het zonnestelsel.
Maar in tegenstelling tot de asteroïdengordel is hij veel groter - 20 keer zo breed en 20 tot 200 keer zo groot. Mike Brown legt uit:
De Kuipergordel is een verzameling lichamen buiten de baan van Neptunus die, als er niets anders was gebeurd, als Neptunus zich niet had gevormd of als het een beetje beter was gegaan, ze misschien zelf hadden kunnen samenkomen en de volgende planeet konden vormen voorbij Neptunus. Maar in plaats daarvan, in de geschiedenis van het zonnestelsel, toen Neptunus zich vormde, leidde het ertoe dat deze objecten niet bij elkaar konden komen, dus het is gewoon deze gordel van materiaal buiten Neptunus.
Ontdekking en naamgeving:
Kort na Tombaugh's ontdekking van Pluto begonnen astronomen na te denken over het bestaan van een Trans-Neptuniaanse populatie van objecten in het buitenste zonnestelsel. De eerste die dit suggereerde was Freckrick C. Leonard, die begon te suggereren dat er buiten Pluto 'ultra-Neptuniaanse lichamen' bestaan die eenvoudigweg nog niet waren ontdekt.
Datzelfde jaar suggereerde astronoom Armin O. Leuschner dat Pluto 'misschien wel een van de vele planetaire objecten is die nog moeten worden ontdekt'. In 1943, in de Tijdschrift van de British Astronomical AssociationKenneth Edgeworth lichtte het onderwerp verder toe. Volgens Edgeworth was het materiaal binnen de primordiale zonnenevel voorbij Neptunus te wijd uit elkaar geplaatst om te condenseren in planeten, en dus eerder gecondenseerd in een groot aantal kleinere lichamen.
In 1951, in een artikel voor het tijdschrift Astrofysica, speculeerde de Nederlandse astronoom Gerard Kuiper op een soortgelijke schijf die al vroeg in de evolutie van het zonnestelsel was gevormd. Af en toe dwaalde een van deze objecten het binnenste zonnestelsel binnen en werd een komeet. Het idee van deze 'Kuipergordel' was logisch voor astronomen. Het hielp niet alleen om uit te leggen waarom er verder geen grote planeten in het zonnestelsel waren, het wikkelde ook gemakkelijk het mysterie van waar kometen vandaan kwamen.
In 1980, in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, speculeerde de Uruguayaanse astronoom Julio Fernández dat een komeetgordel die tussen de 35 en 50 AU lag nodig zou zijn om het waargenomen aantal kometen te verklaren.
Als vervolg op het werk van Fernández voerde een Canadees team van astronomen (team van Martin Duncan, Tom Quinn en Scott Tremaine) in 1988 een aantal computersimulaties uit en stelde vast 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 1987 begonnen astronoom David Jewitt (toen aan het MIT) en de afgestudeerde student Jane Luu de telescopen te gebruiken bij de Kitt Peak National Observatory in Arizona en de Cerro Tololo Inter-American Observatory in Chili om het buitenste zonnestelsel te doorzoeken. In 1988 verhuisde Jewitt naar het Institute of Astronomy van de University of Hawaii, en Luu kwam later bij hem om te werken aan het Mauna Kea-observatorium van de University.
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. Er zouden er nog veel meer volgen ...
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.
Sommige astronomen beweren echter dat geen van deze namen correct is. Brian G. Marsden - een Britse astronoom en de oude directeur van het Minor Planet Center (MPC) in het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics - beweerde bijvoorbeeld dat "Edgeworth noch Kuiper over iets op afstand schreven zoals wat we nu zien, maar Fred Whipple (de Amerikaanse astronoom die de 'vuile sneeuwbal'-komeethypothese bedacht) deed dat wel'.
Bovendien merkte David Jewitt op: "Als er iets is ... Fernández verdient bijna de eer voor het voorspellen van de Kuipergordel." Vanwege de controverse die met de naam samenhangt, wordt de term trans-Neptuniaans object (TNO) door verschillende wetenschappelijke groepen aanbevolen voor objecten in de gordel. Dit wordt echter door anderen als onvoldoende beschouwd, omdat dit elk object buiten de baan van Neptunus kan betekenen, en niet alleen objecten in de Kuipergordel.
Samenstelling:
Er zijn meer dan duizend objecten ontdekt in de Kuipergordel, en er wordt aangenomen dat er maar liefst 100.000 objecten zijn die groter zijn dan 100 km in diameter. Gezien hun kleine formaat en extreme afstand tot de aarde, is de chemische samenstelling van KBO's erg moeilijk te bepalen.
Spectrografische onderzoeken die sinds de ontdekking van de regio zijn uitgevoerd, hebben er echter over het algemeen op gewezen dat de leden voornamelijk bestaan uit ijs: een mengsel van lichte koolwaterstoffen (zoals methaan), ammoniak en waterijs - een compositie die ze delen met kometen. Eerste studies bevestigden ook een breed scala aan kleuren bij KBO's, variërend van neutraal grijs tot dieprood.
Dit suggereert dat hun oppervlakken bestaan uit een breed scala aan verbindingen, van vuile ijsjes tot koolwaterstoffen. In 1996, Robert H. Brown et al. verkregen spectroscopische gegevens over de KBO 1993 SC, waaruit bleek dat de oppervlaktesamenstelling ervan sterk lijkt op die van Pluto, evenals de maan Triton van Neptunus, die grote hoeveelheden methaanijs bezit.
In meerdere KBO's is waterijs aangetroffen, waaronder 1996 TO66, 38628 Huya en 20000 Varuna. In 2004, Mike Brown et al. bepaalde het bestaan van kristallijn waterijs en ammoniakhydraat op een van de grootste bekende KBO's, 50000 Quaoar. Beide stoffen zouden in de loop van de tijd van het zonnestelsel zijn vernietigd, wat suggereert dat Quaoar onlangs opnieuw is opgedoken, hetzij door interne tektonische activiteit of door meteorietinslagen.
Pluto gezelschap houden in de Kuipergordel zijn vele andere objecten die het vermelden waard zijn. Quaoar, Makemake, Haumea, Orcus en Eris zijn allemaal grote ijskoude lichamen in de Gordel. Een aantal van hen heeft zelfs een eigen manen. Deze zijn allemaal enorm ver weg en toch heel erg binnen handbereik.
Verkenning:
Op 19 januari 2006 lanceerde NASA de Nieuwe horizonten ruimtesonde om Pluto, zijn manen en een of twee andere Kuipergordel-objecten te bestuderen. Vanaf 15 januari 2015 begon het ruimtevaartuig zijn benadering van de dwergplaneet en zal naar verwachting op 14 juli 2015 een flyby maken. Wanneer het ruimtevaartuig het gebied bereikt, verwachten astronomen ook verschillende interessante foto's van de Kuipergordel.
Nog spannender is het feit dat uit onderzoeken van andere zonnestelsels blijkt dat ons zonnestelsel niet uniek is. Sinds 2006 zijn er rond negen andere sterrenstelsels andere 'Kuipergordels' (d.w.z. puinriemen) ontdekt. Deze lijken in twee categorieën te vallen: brede riemen, met radii van meer dan 50 AU, en smalle riemen (zoals onze eigen Kuipergordel) met radii tussen 20 en 30 AU en relatief scherpe grenzen.
Volgens infraroodonderzoeken wordt aangenomen dat naar schatting 15-20% van de sterren van het zonnetype enorme Kuipergordelachtige structuren hebben. De meeste hiervan lijken vrij jong, maar twee stersystemen - HD 139664 en HD 53143, die in 2006 door de Hubble-ruimtetelescoop werden waargenomen - zijn naar schatting 300 miljoen jaar oud.
Uitgestrekt en onontgonnen, de Kuipergordel is de bron van vele kometen en wordt verondersteld het vertrekpunt te zijn voor alle periodieke of kortetermijnkomeeten (d.w.z. degenen met een baan van 200 jaar of minder). De bekendste hiervan is de komeet van Halley, die al 16.000 tot 200.000 jaar actief is.
Toekomst van de Kuipergordel:
Toen hij aanvankelijk speculeerde over het bestaan van een gordel van objecten buiten Neptunus, gaf Kuiper aan dat zo'n gordel waarschijnlijk niet meer bestond. Natuurlijk hebben latere ontdekkingen bewezen dat dit niet klopte. Maar één ding waar Kuiper absoluut gelijk in had, was het idee dat deze Trans-Neptuniaanse objecten niet voor altijd zullen blijven bestaan. Mike Brown legt uit:
We noemen het een riem, maar het is een hele brede riem. Het is iets van 45 graden aan de hemel - dit grote stuk materiaal dat net is gekarnd en gekarnd door Neptunus. En tegenwoordig, in plaats van een groter en groter lichaam te maken, komen ze gewoon in botsing en vermalen ze langzaam tot stof. Als we over honderd miljoen jaar terugkomen, is er geen Kuipergordel meer over.
Gezien het potentieel voor ontdekking en wat een nauwkeurig onderzoek ons zou kunnen leren over de vroege geschiedenis van ons zonnestelsel, kijken veel wetenschappers en astronomen uit naar de dag waarop we de Kuipergordel in meer detail kunnen onderzoeken. Ik hoop dat de Nieuwe horizonten missie is nog maar het begin van toekomstige decennia van onderzoek naar deze mysterieuze regio!
We hebben hier bij Space Magazine veel interessante artikelen over het onderwerp over het buitenste zonnestelsel en transneptunie-objecten (TNO's).
En lees zeker dit artikel over de planeet Eris, de nieuwste dwergplaneet en de grootste te ontdekken TNO.
En astronomen verwachten nog twee grote planeten in ons zonnestelsel te ontdekken.
Space Magazine heeft ook een volledig interview met Mike Brown van Caltech.
Podcast (audio): downloaden (duur: 4:28 - 4.1MB)
Abonneren: Apple Podcasts | Android | RSS
Podcast (video): downloaden (82,7 MB)
Abonneren: Apple Podcasts | Android | RSS
