Dr Poprosiliśmy go, aby pomógł nam wyjaśnić ten niezwykły region naszego Układu Słonecznego.
Wkrótce po odkryciu Plutona przez Clyde'a Tombaugh 18 lutego 1930 r. Astronomowie zaczęli teoretyzować, że Pluton nie był sam w zewnętrznym Układzie Słonecznym. Z czasem zaczęli postulować istnienie innych obiektów w regionie, które odkryliby do 1992 roku. Krótko mówiąc, istnienie Pasa Kuipera - dużego pola gruzu na skraju Układu Słonecznego - zostało teoretycznie założone, zanim powstało kiedykolwiek odkryte.
Definicja:
Pas Kuipera (znany również jako pas Edgewortha-Kuipera) to region Układu Słonecznego, który istnieje poza ośmioma głównymi planetami, rozciągającymi się od orbity Neptuna (30 AU) do około 50 AU od Słońca. Jest podobny do pasa asteroid, ponieważ zawiera wiele małych ciał, wszystkie pozostałości z formacji Układu Słonecznego.
Ale w przeciwieństwie do Pasa Asteroid, jest znacznie większy - 20 razy szerszy i 20 do 200 razy masywniejszy. Jak wyjaśnia Mike Brown:
Pas Kuipera to zbiór ciał poza orbitą Neptuna, który, gdyby nic innego się nie wydarzyło, gdyby Neptune nie uformowały się lub coś poszło trochę lepiej, być może mogliby się zebrać i uformować następną planetę poza Neptunem. Ale zamiast tego w historii Układu Słonecznego, kiedy uformował się Neptun, doprowadziło to do niemożności połączenia się tych obiektów, więc jest to tylko pas materiału poza Neptunem.
Odkrycie i nazewnictwo:
Krótko po odkryciu Plutona przez Tombaugh, astronomowie zaczęli zastanawiać się nad istnieniem trans-neptunowej populacji obiektów w zewnętrznym Układzie Słonecznym. Pierwszym, który to zasugerował, był Freckrick C. Leonard, który zaczął sugerować istnienie „ultra-neptunowych ciał” poza Plutonem, które po prostu nie zostały jeszcze odkryte.
W tym samym roku astronom Armin O. Leuschner zasugerował, że Pluton „może być jednym z wielu długoterminowych obiektów planetarnych, które dopiero zostaną odkryte”. W 1943 r. W Journal of British Astronomical AssociationKenneth Edgeworth wyjaśnił dalej na ten temat. Według Edgewortha materiał w pierwotnej mgławicy słonecznej poza Neptunem był zbyt szeroko rozłożony, aby skondensować się w planetach, a więc raczej skondensowany w niezliczoną liczbę mniejszych ciał.
W 1951 r. W artykule dla czasopisma Astrofizyka, ten holenderski astronom Gerard Kuiper spekulował na podobnym dysku, który powstał na początku ewolucji Układu Słonecznego. Czasami jeden z tych obiektów wędrował do wewnętrznego Układu Słonecznego i stał się kometą. Idea tego „pasa Kuipera” miała sens dla astronomów. Pomogło to nie tylko wyjaśnić, dlaczego w Układzie Słonecznym nie było dużych planet, ale także w wygodny sposób rozwinęło tajemnicę, skąd pochodzą komety.
W 1980 r. W comiesięcznych zawiadomieniach Królewskiego Towarzystwa Astronomicznego urugwajski astronom Julio Fernández spekulował, że pas kometowy o długości od 35 do 50 AU będzie wymagany do uwzględnienia obserwowanej liczby komet.
Kontynuując prace Fernándeza, w 1988 r. Kanadyjski zespół astronomów (zespół Martina Duncana, Toma Quinna i Scotta Tremaine'a) przeprowadził szereg symulacji komputerowych i stwierdził, że chmura Oorta nie może uwzględniać wszystkich komet krótkoterminowych. Dzięki „pasowi”, jak opisał to Fernández, do sformułowań symulacje pasowały do obserwacji.
W 1987 r. Astronom David Jewitt (wówczas w MIT) i absolwentka Jane Luu zaczęli używać teleskopów w Obserwatorium Narodowym Kitt Peak w Arizonie i Międzyamerykańskim Obserwatorium Cerro Tololo w Chile do przeszukiwania zewnętrznego Układu Słonecznego. W 1988 r. Jewitt przeniósł się do Instytutu Astronomii na Uniwersytecie Hawajskim, a później Luu dołączył do niego, aby pracować w uniwersyteckim obserwatorium Mauna Kea.
Po pięciu latach poszukiwań, 30 sierpnia 1992 r. Jewitt i Luu ogłosili „Odkrycie kandydującego obiektu pasa Kuipera” (15760) 1992 QB1. Sześć miesięcy później odkryli drugi obiekt w regionie (181708) 1993 FW. Wiele, wiele innych nastąpi…
W artykule z 1988 r. Tremaine i jego koledzy określali hipotetyczny region poza Neptunem jako „Pas Kuipera”, najwyraźniej ze względu na to, że Fernández użył słów „Kuiper” i „pas kometowy” w zdaniu otwierającym jego artykuł. Chociaż pozostaje to oficjalną nazwą, astronomowie czasami używają alternatywnej nazwy pasa Edgeworth-Kuiper, aby przypisać Edgeworthowi swoją wcześniejszą pracę teoretyczną.
Jednak niektórzy astronomowie posunęli się nawet do twierdzenia, że żadna z tych nazw nie jest poprawna. Na przykład Brian G. Marsden - brytyjski astronom i wieloletni dyrektor Minor Planet Center (MPC) w Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics - stwierdził, że „ani Edgeworth, ani Kuiper nie pisali o niczym zdalnie podobnym do tego, co teraz widzimy, ale Fred Whipple (amerykański astronom, który wymyślił hipotezę komety „brudna śnieżka”), zrobił ”.
Ponadto David Jewitt skomentował: „Jeśli cokolwiek… Fernández prawie zasługuje na uznanie za przewidywanie Pasa Kuipera”. Z powodu kontrowersji związanych z jego nazwą kilka obiektów naukowych zaleca termin trans-Neptunian object (TNO) dla obiektów w pasie. Jednak inni uważają to za niewystarczające, ponieważ może to oznaczać dowolny obiekt poza orbitą Neptuna, a nie tylko obiekty w Pasie Kuipera.
Kompozycja:
W Pasie Kuipera odkryto ponad tysiąc obiektów i według teorii istnieje aż 100 000 obiektów o średnicy większej niż 100 km. Biorąc pod uwagę ich niewielki rozmiar i ekstremalną odległość od Ziemi, skład chemiczny KBO jest bardzo trudny do ustalenia.
Jednak badania spektrograficzne regionu od czasu jego odkrycia ogólnie wskazują, że jego członkowie składają się przede wszystkim z lodów: mieszaniny lekkich węglowodorów (takich jak metan), amoniaku i lodu wodnego - składu, który dzielą z kometami. Wstępne badania potwierdziły również szeroką gamę kolorów wśród KBO, od neutralnej szarości do głębokiej czerwieni.
Sugeruje to, że ich powierzchnie składają się z szerokiej gamy związków, od brudnych lodów po węglowodory. W 1996 r. Robert H. Brown i in. uzyskano dane spektroskopowe na KBO 1993 SC, wykazując, że jego skład powierzchni jest wyraźnie podobny do Plutona, a także Księżyca Trytuna Neptuna, który zawiera duże ilości lodu metanowego.
Lód wodny został wykryty w kilku KBO, w tym w TO 199666, 38628 Huya i 20000 Varuna. W 2004 r. Mike Brown i in. ustalono istnienie krystalicznego lodu wodnego i hydratu amoniaku na jednym z największych znanych KBO, 50000 Quaoar. Obie te substancje zostałyby zniszczone w wieku Układu Słonecznego, co sugeruje, że Quaoar został niedawno wynurzony, albo przez wewnętrzną aktywność tektoniczną, albo przez uderzenia meteorytów.
Trzymanie towarzystwa Plutona w pasie Kuipera to wiele innych obiektów, o których warto wspomnieć. Quaoar, Makemake, Haumea, Orcus i Eris są dużymi lodowymi ciałami w Pasie. Kilka z nich ma nawet własne księżyce. Wszystkie są niezwykle daleko, a jednak bardzo w zasięgu ręki.
Badanie:
19 stycznia 2006 r. NASA uruchomiła Nowe Horyzonty sonda kosmiczna w celu zbadania Plutona, jego księżyców i jednego lub dwóch innych obiektów Pasa Kuipera. Od 15 stycznia 2015 r. Statek kosmiczny zaczął zbliżać się do planety karłowatej i ma się odbyć przelot do 14 lipca 2015 r. Kiedy dotrze w to miejsce, astronomowie oczekują również kilku interesujących zdjęć Pasa Kuipera.
Jeszcze bardziej ekscytujące jest to, że badania innych układów słonecznych wskazują, że nasz Układ Słoneczny nie jest wyjątkowy. Od 2006 r. Odkryto inne „Pasy Kuipera” (tj. Pasy lodowego gruzu) wokół dziewięciu innych układów gwiezdnych. Wydaje się, że należą one do dwóch kategorii: szerokie pasy o promieniu ponad 50 AU i wąskie pasy (jak nasz własny Pas Kuipera) o promieniu od 20 do 30 AU i stosunkowo ostrych granicach.
Według badań w podczerwieni szacuje się, że około 15-20% gwiazd typu słonecznego ma masywne struktury podobne do Pasa Kuipera. Większość z nich wydaje się być dość młoda, ale szacuje się, że dwa układy gwiezdne - HD 139664 i HD 53143, które zostały zaobserwowane przez Kosmiczny Teleskop Hubble'a w 2006 roku - mają 300 milionów lat.
Rozległy i niezbadany Pas Kuipera jest źródłem wielu komet i uważa się, że jest on punktem początkowym wszystkich komet okresowych lub krótkoterminowych (tj. O orbicie trwającej 200 lat lub mniej). Najbardziej znanym z nich jest Kometa Halleya, która działa od 16 000 do 200 000 lat.
Przyszłość pasa Kuipera:
Kiedy początkowo spekulował na temat istnienia pasa przedmiotów poza Neptunem, Kuiper wskazał, że taki pas prawdopodobnie już nie istnieje. Oczywiście późniejsze odkrycia dowiodły, że jest to błędne. Ale jedną rzeczą, o której Kuiper miał rację, był pomysł, że te Trans-Neptunian Objects nie przetrwają wiecznie. Jak wyjaśnia Mike Brown:
Nazywamy to pasem, ale jest to bardzo szeroki pas. Ma około 45 stopni szerokości na niebie - ten duży pokos materiału, który właśnie został ubity i ubity przez Neptuna. W dzisiejszych czasach zamiast tworzyć coraz większe ciała, po prostu zderzają się i powoli mielą w pył. Jeśli wrócimy za kolejne sto milionów lat, nie pozostanie Pasa Kuipera.
Biorąc pod uwagę potencjał do odkrycia i to, czego dokładne badanie mogłoby nas nauczyć o wczesnej historii naszego Układu Słonecznego, wielu naukowców i astronomów oczekuje dnia, w którym będziemy mogli bardziej szczegółowo zbadać Pas Kuipera. Mam nadzieję, że Nowe Horyzonty misja to dopiero początek przyszłych dekad badań nad tym tajemniczym regionem!
Mamy tu wiele interesujących artykułów w Space Magazine na temat zewnętrznego układu słonecznego i obiektów transneptunionowych (TNO).
I koniecznie sprawdź ten artykuł na temat planety Eris, najnowszej planety karłowatej i największej odkrytej TNO.
A astronomowie oczekują odkrycia jeszcze dwóch dużych planet w naszym Układzie Słonecznym.
Space Magazine ma także pełny wywiad z Mike'em Brownem z Caltech.
Podcast (audio): Pobierz (Czas trwania: 4:28 - 4,1 MB)
Subskrybuj: podcasty Apple | Android | RSS
Podcast (wideo): Pobierz (82,7 MB)
Subskrybuj: podcasty Apple | Android | RSS
