Στις εξωτερικές εκτάσεις του Ηλιακού Συστήματος, πέρα από την τροχιά του Ποσειδώνα, βρίσκεται μια περιοχή που διαπερνάται από ουράνια αντικείμενα και μικρούς πλανήτες. Αυτή η περιοχή είναι γνωστή ως "Kuiper Belt", και ονομάζεται προς τιμήν του αστρονόμου του 20ου αιώνα που εικάζεται για την ύπαρξη ενός τέτοιου δίσκου δεκαετίες πριν από την παρατήρησή του. Αυτός ο δίσκος, αιτιολόγησε, ήταν η πηγή των ηλιακών συστημάτων πολλών κομητών και ο λόγος που δεν υπήρχαν μεγάλοι πλανήτες πέρα από τον Ποσειδώνα.
Ο Gerard Kuiper θεωρείται επίσης από πολλούς ως ο «πατέρας της πλανητικής επιστήμης». Κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 1960 και του 70, έπαιξε καθοριστικό ρόλο στην ανάπτυξη της υπέρυθρης αερομεταφερόμενης αστρονομίας, μιας τεχνολογίας που οδήγησε σε πολλές βασικές ανακαλύψεις που θα ήταν αδύνατες με τη χρήση επίγειων παρατηρητηρίων. Ταυτόχρονα, βοήθησε στον κατάλογο αστεροειδών, ερεύνησε τη Σελήνη, τον Άρη και το εξωτερικό Ηλιακό Σύστημα και ανακάλυψε νέα φεγγάρια.
Πρόωρη ζωή:
Ο Gerard Kuiper, νέος Gerrit Kuiper, γεννήθηκε στις 7 Δεκεμβρίου 1905, στο χωριό Harenkarspel στη βόρεια Ολλανδία. Ως παιδί, είχε εξαιρετικά έντονη όραση και μπόρεσε να δει 7,5 αστέρια με γυμνό μάτι (τα οποία είναι περίπου τέσσερις φορές πιο αχνά από τα περισσότερα αστέρια που είναι ορατά με γυμνό μάτι). Η έντονη όρασή του προκάλεσε το ενδιαφέρον του για την αστρονομία, η οποία ήταν εμφανής από νεαρή ηλικία.
Εκπαίδευση:
Το 1924, ο Kuiper άρχισε να σπουδάζει στο Πανεπιστήμιο του Λάιντεν, όπου σπούδασε επίσης ο φημισμένος ολλανδός αστρονόμος του 17ου αιώνα Christiaan Huygens. Εκείνη την εποχή, ένας πολύ μεγάλος αριθμός αστρονόμων είχε συγκεντρωθεί στο πανεπιστήμιο και ο Κουίπερ πήγε να φιληθεί πολλοί από αυτούς. Μεταξύ των δασκάλων του ήταν ο συνάδελφος Ολλανδός αστρονόμος Jan Oort (για τον οποίο ονομάστηκε το Oort Cloud) και ο Paul Ehrenfest, ο Αυστριακός-Ολλανδός φυσικός που ανέπτυξε τη θεωρία της μεταβατικής φάσης της κβαντικής μηχανικής.
Το 1927, έλαβε το B.Sc. στην Αστρονομία και πήγε κατευθείαν στις μεταπτυχιακές του σπουδές. Το 1933, ολοκλήρωσε τη διδακτορική του διατριβή σχετικά με δυαδικά αστέρια και στη συνέχεια ταξίδεψε στην Καλιφόρνια για να γίνει συνεργάτης στο Παρατηρητήριο Lick. Το 1935, έφυγε για να εργαστεί στο Παρατηρητήριο του Κολλεγίου του Χάρβαρντ, όπου συνάντησε τη μελλοντική σύζυγό του, Σάρα Πάρκερ Φούλερ. Οι δύο παντρεύτηκαν στις 20 Ιουνίου 1936.
Επιτεύγματα στην Αστρονομία:
Το 1937, ο Kuiper πήρε θέση στο Παρατηρητήριο Yerkes στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο και έγινε Αμερικανός πολίτης. Κατά τη διάρκεια των επόμενων δεκαετιών, συμμετείχε σε πολλές αστρονομικές έρευνες και έκανε πολλές ανακαλύψεις που προχώρησαν στον τομέα της πλανητικής επιστήμης. Το πρώτο ήρθε μεταξύ 1944 και 1947, κάνοντας παρατηρήσεις του Άρη και του εξωτερικού ηλιακού συστήματος.
Χρησιμοποιώντας επίγεια τηλεσκόπια, ο Kuiper επιβεβαίωσε την ύπαρξη ατμόσφαιρας πλούσια σε μεθάνιο πάνω από τον Τιτάνα (το μεγαλύτερο φεγγάρι του Κρόνου). Το 1947, χρησιμοποίησε παρόμοιες μεθόδους για να ανακαλύψει ότι το διοξείδιο του άνθρακα ήταν ένα σημαντικό συστατικό της ατμόσφαιρας του Άρη. Την ίδια χρονιά, προέβλεψε ότι οι δακτύλιοι του Κρόνου αποτελούσαν κυρίως σωματίδια πάγου και ανακάλυψαν τη Μιράντα, το πέμπτο φεγγάρι του Ουρανού.
Το 1949, ο Kuiper ξεκίνησε την έρευνα αστεροειδών Yerkes-McDonald, μια φωτομετρική μελέτη αστεροειδών που πραγματοποιήθηκε από το Πανεπιστήμιο του Σικάγο και το Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Ώστιν, η οποία διήρκεσε από το 1950 έως το 1952. Εκείνη την εποχή, η έρευνα περιορίστηκε σε 16 αστεροειδείς μεγέθους , αλλά επίσης άνοιξε το δρόμο για την έρευνα Palomar-Leiden, την οποία ξεκίνησε επίσης ο Kuiper, το 1961.
Αυτή η συνεργατική προσπάθεια περιελάμβανε το Σεληνιακό και Πλανητικό Εργαστήριο (LPL) στην Αριζόνα, το Παρατηρητήριο Palomar στο Σαν Ντιέγκο και το Παρατηρητήριο Leiden στις Κάτω Χώρες (το Alma Mater του Κουίπερ). Αυτή η έρευνα χρησιμοποίησε φωτογραφικές πινακίδες που λήφθηκαν από το LPL με την κάμερα Schmidt 48 ιντσών στο Παρατηρητήριο Palomar.
Μόλις ανακαλύφθηκαν μικροί πλανήτες (και αστεροειδείς με μέγεθος μεγαλύτερο από 20), τα τροχιακά τους στοιχεία υπολογίστηκαν στο Παρατηρητήριο του Σινσινάτι, με όλες τις άλλες πτυχές του προγράμματος - συμπεριλαμβανομένης της ανάλυσης των φωτογραφιών - που πραγματοποιήθηκαν στο Παρατηρητήριο του Λάιντεν. Αυτή η έρευνα είχε ως αποτέλεσμα την ανακάλυψη μεγάλου αριθμού αστεροειδών, με περίπου 200-400 αστεροειδείς να ανακαλύπτονται ανά πλάκα, και να χρησιμοποιηθούν συνολικά 130 πλάκες.
Το 1956, ο Kuiper απέδειξε ότι τα πολικά παγάκια του Άρη δεν αποτελούσαν διοξείδιο του άνθρακα, όπως είχε προηγουμένως σκεφτεί, και αντ 'αυτού αποτελούσαν από πάγο νερού. Στη δεκαετία του 1960, ο Kuiper βοήθησε επίσης στον εντοπισμό τοποθεσιών προσγείωσης στη Σελήνη για το πρόγραμμα Apollo, και μάλιστα προέβλεψε ποια θα ήταν η επιφάνεια της Σελήνης για να περπατήσει. Οι ισχυρισμοί του ότι η σεληνιακή επιφάνεια θα ήταν «σαν τραγανό χιόνι» επιβεβαιώθηκε το 1969 από τον αστροναύτη Neil Armstrong.
Ήταν επίσης στη δεκαετία του 1960 που ο Κουίπερ συνέβαλε σημαντικά στην ανάπτυξη της υπέρυθρης αερομεταφερόμενης αστρονομίας. Το 1967, το τετρακίνητο αεροσκάφος Convair 990 της NASA έγινε διαθέσιμο με ένα τηλεσκόπιο, το οποίο χρησιμοποιήθηκε για τη διεξαγωγή μελετών υπέρυθρων σε υψόμετρο 12.192 μέτρων (40.000 πόδια). Ο Kuiper το χρησιμοποίησε εκτενώς για να κάνει φασματοσκοπικές μελέτες του Ήλιου, των άστρων και των ηλιακών πλανητών.
Ο Κουίπερ πέρασε το μεγαλύτερο μέρος της καριέρας του στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο, αλλά μετακόμισε στο Τούσον της Αριζόνα το 1960 για να βρει το Σεληνιακό και Πλανητικό Εργαστήριο στο Πανεπιστήμιο της Αριζόνα. Για τους συναδέλφους του, ο Gerard ήταν γνωστός ως απαιτητικό αφεντικό, του οποίου η ρουτίνα περιελάμβανε σκληρή δουλειά και πολλές ώρες. Ο Dale Cruikshank, συνάδελφος επιστήμονας που εργάστηκε στο LPL υπό τον Kuiper, ισχυρίστηκε ότι:
«Δούλεψε πολύ σκληρά ο ίδιος και απαίτησε την ίδια αφοσίωση, αφοσίωση και σοβαρότητα από όλους γύρω του. Αν δεν το έδωσαν, ή αν δεν το έπαιζαν, τον έτρεχαν. Αυτό ισχύει για τους μαθητές. Εφαρμόστηκε επίσης σε συναδέλφους καθηγητές, τεχνικούς συνεργάτες και μηχανικούς - οποιονδήποτε γύρω του. Αλλά την ίδια στιγμή, είχε μια χιουμοριστική πλευρά, μια ζεστή πλευρά, μια προσωπική πλευρά που ήταν κατά κάποιο τρόπο ελκυστική. "
Όμως, ενώ ήταν δύσκολο να συνεργαστείς, ο Kuiper ήταν επίσης γνωστός για το ότι είχε μια ζεστή πλευρά και αίσθηση του χιούμορ. Υπερηφανεύτηκε επίσης ότι ήταν πεπειραμένος και περιτριγυρισμένος από ανθρώπους που γνώριζαν πράγματα που δεν το γνώριζε. Ο Kuiper ήταν διευθυντής του εργαστηρίου μέχρι το θάνατό του το 1973.
Η ζώνη Kuiper:
Η πιθανή ύπαρξη ενός Trans-Neptunian πληθυσμού αντικειμένων είχε προβληματιστεί από λίγο μετά την ανακάλυψη του Πλούτωνα το 1930. Ένα από τα πρώτα ήταν ο αστρονόμος Armin O. Leuschner, ο οποίος το 1930 πρότεινε ότι ο Πλούτωνας «μπορεί να είναι ένας από τους πολλούς μακροχρόνιους» πλανητικά αντικείμενα περιόδου που δεν έχουν ακόμη ανακαλυφθεί. "
Το 1943, στο Εφημερίδα της Βρετανικής Αστρονομικής Ένωσης, Ο Kenneth Edgeworth επεξήγησε περαιτέρω το θέμα, ισχυριζόμενος ότι το υλικό εντός του αρχέγονου ηλιακού νεφελώματος πέρα από τον Ποσειδώνα είχε πολύ μεγάλη απόσταση ώστε να συμπυκνωθεί σε πλανήτες και έτσι μάλλον συμπυκνώθηκε σε μυριάδες μικρότερων σωμάτων.
Το 1951, σε ένα άρθρο για το περιοδικό Αστροφυσική, Ο Gerard Kuiper εικάζει πώς ένας παρόμοιος δίσκος θα μπορούσε να είχε σχηματιστεί νωρίς στην εξέλιξη του Ηλιακού Συστήματος. Περιστασιακά, ένα από τα αντικείμενα αυτού του δίσκου θα περιπλανηθεί στο εσωτερικό ηλιακό σύστημα και θα γίνει κομήτης, ισχυρίστηκε, εξηγώντας έτσι την προέλευση των κομητών, προσφέροντας επίσης μια εξήγηση για το γιατί δεν υπήρχαν μεγάλοι πλανήτες πέρα από τον Ποσειδώνα.
Ωστόσο, θα ήταν πολλές δεκαετίες πριν αποδειχθεί η ύπαρξη αυτού του δίσκου και ένα όνομα που του δόθηκε. Το πρώτο βήμα ήρθε το 1980, όταν ο αστρονόμος της Ουρουγουάης Julio Fernández υπέβαλε ένα έγγραφο στις Μηνιαίες Ειδοποιήσεις της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας, στην οποία υποτίθεται ότι θα απαιτούσε μια ζώνη κομήτη που κυμαινόταν μεταξύ 35 και 50 AU για να ληφθεί υπόψη ο παρατηρούμενος αριθμός κομητών . Ήταν αυτό το έγγραφο που οι αστρονόμοι θα χρησιμοποιούσαν όταν ήρθε η ώρα να ονομάσουν τη ζώνη.
Το 1987, ο αστρονόμος David Jewitt του MIT και η μεταπτυχιακή φοιτητής Jane Luu άρχισαν να χρησιμοποιούν τα τηλεσκόπια στο Εθνικό Αστεροσκοπείο Kitt Peak στην Αριζόνα και το Διαμερικανικό Παρατηρητήριο Cerro Tololo στη Χιλή για να αναζητήσουν το εξωτερικό ηλιακό σύστημα. Μετά από πέντε χρόνια αναζήτησης, στις 30 Αυγούστου 1992, οι Jewitt και Luu ανακοίνωσαν την «Ανακάλυψη του υποψηφίου αντικειμένου ζώνης Kuiper» (15760) 1992 QB1. Έξι μήνες αργότερα, ανακάλυψαν ένα δεύτερο αντικείμενο στην περιοχή, (181708) 1993 FW, και πολλά άλλα ακολούθησαν.
Παρομοίως, το 1988, μια καναδική ομάδα αστρονόμων (ομάδα των Martin Duncan, Tom Quinn και Scott Tremaine) άρχισαν να εκτελούν προσομοιώσεις υπολογιστών, οι οποίες καθόρισαν ότι το σύννεφο Oort δεν μπορούσε να αντιπροσωπεύει όλους τους κομήτες μικρής περιόδου. Με μια «ζώνη», όπως το περιέγραψε ο Fernández, προστέθηκε στις διατυπώσεις, οι προσομοιώσεις ταιριάζουν με τις παρατηρήσεις.
Στην εφημερίδα του 1988, ο Τρεμέιν και οι συνάδελφοί του αναφέρθηκαν στην υποθετική περιοχή πέρα από τον Ποσειδώνα ως «Ζώνη Κουίπερ», προφανώς λόγω του γεγονότος ότι ο Φερνάντεζ χρησιμοποίησε τις λέξεις «Κουίπερ» και «ζώνη κομήτη» στην πρώτη πρόταση του χαρτιού του. Αν και αυτό έχει παραμείνει το επίσημο όνομα, οι αστρονόμοι μερικές φορές χρησιμοποιούν το εναλλακτικό όνομα "Edgeworth-Kuiper Belt" για να πιστώσουν τον Edgeworth για το προηγούμενο θεωρητικό του έργο.
Θάνατος και κληρονομιά:
Ο Gerard Kuiper πέθανε το 1973 ενώ ήταν σε διακοπές με τη σύζυγό του στο Μεξικό, όπου υπέστη θανατηφόρα καρδιακή προσβολή. Λόγω των πολλών επιτευγμάτων και της μακράς ιστορίας του στον τομέα της αστρονομίας, έχει λάβει πολλές διακρίσεις όλα αυτά τα χρόνια. Αυτές περιλαμβάνουν την ονομασία της ζώνης Kuiper προς τιμήν του, καθώς και την ονομασία του αντικειμένου ζώνης αστεροειδών 2520 P – L μετά από αυτόν (γνωστός και ως 1776 Kuiper).
Τρεις κρατήρες ονομάστηκαν επίσης προς τιμήν του - ο κρατήρας Kuiper στη Σελήνη, ο κρατήρας Kuiper στον Άρη και ο κρατήρας Kuiper στον Ερμή. Λόγω του έργου του στην αερομεταφερόμενη αστρονομία, το πλέον παροπλισμένο Kuiper Airborne Observatory (KAO) της NASA - ένα πολύ τροποποιημένο Lockheed C-141A Starlifter που μετέφερε ένα τηλεσκόπιο 91,5 cm (36 ιντσών) - ονομάστηκε επίσης.
Το βραβείο Kuiper πήρε το όνομά του και είναι το πιο διακεκριμένο βραβείο που δόθηκε από το τμήμα της Αμερικανικής Αστρονομικής Εταιρείας για τις Πλανητικές Επιστήμες. Το βραβείο απονέμεται ετησίως σε επιστήμονες των οποίων τα επιτεύγματα σε όλη τη ζωή έχουν προωθήσει την κατανόησή μας για τις πλανητικές επιστήμες.
Οι νικητές αυτού του βραβείου περιλαμβάνουν τον Carl Sagan, τον James Van Allen (ανακάλυψη της ζώνης ακτινοβολίας Van Allen γύρω από τη Γη) και τον Eugene Shoemaker (ο οποίος συν-ανακάλυψε τον Comet Shoemaker – Levy 9 με τη σύζυγό του Carolyn S. Shoemaker και David H. Levy).
Λόγω της αφοσιωμένης ηγεσίας του στο σεληνιακό και πλανητικό εργαστήριο, ένα από τα τρία κτίρια που απαρτίζουν την εγκατάσταση (το κτίριο Kuiper Space Sciences, που φαίνεται παραπάνω) ονομάστηκε προς τιμήν του. Και εκατό χρόνια μετά τη γέννηση του Gerard, της NASA Νέοι ορίζοντες Η αποστολή ήταν καλά στο δρόμο της προς την περιοχή Kuiper Belt του Ηλιακού μας Συστήματος, ως μέρος της αποστολής της να μελετήσει τον Πλούτωνα και το φεγγάρι του Charon.
Ο Δρ Richard Binzel, ο συν-ερευνητής και καθηγητής των New Horizons στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης (MIT), αναγνώρισε τον ρόλο της ομάδας του στον αποχωρημένο επιστήμονα. «Ο Kuiper ήταν ένας από τους πρώτους επιστήμονες που εστίαζε σχεδόν αποκλειστικά στην εξερεύνηση των ιδιοτήτων των πλανητών», είπε. «Το έργο του έθεσε τα θεμέλια για τις αποστολές διαστημικών σκαφών στα τέλη του 20ού και στις αρχές του 21ου αιώνα.»
Κατά τη διάρκεια της ζωής του, ο Kuiper έλαβε επίσης πολλές ανταμοιβές στην αναγνώρισή του για το έργο του. Το 1947, του απονεμήθηκε το βραβείο Jules Janssen από τη Γαλλική Αστρονομική Εταιρεία, η οποία είναι η υψηλότερη τιμή τους. Το 1959, η Αμερικανική Αστρονομική Εταιρεία του απένειμε τη διάλεξη Henry Norris Russell, σε αναγνώριση της πολυετούς αστρονομικής έρευνας. Και το 1971, ο Kuiper έλαβε το χρυσό μετάλλιο Kepler από την Αμερικανική Ένωση για την Προώθηση της Επιστήμης και το Ινστιτούτο Franklin.
Καθώς προχωράμε στην εξερεύνηση του Ηλιακού Συστήματος, δεν μπορούμε να αρνηθούμε το μεγάλο χρέος που οφείλουμε στον Gerard Kuiper. Αυτό που γνωρίζουμε για τον Άρη και τον Τιτάνα, και την πιθανή κατοικήσιμό τους, βασίζεται στην εργασία του Kuiper με την υπέρυθρη και φασματοσκοπική αστρονομία. Χωρίς αυτόν, οι αποστολές του Απόλλωνα μπορεί να μην είχαν συμβεί και η γνώση μας για τους αστεροειδείς και το εξωτερικό ηλιακό σύστημα θα μειωνόταν πολύ.
Κάποιος μπορεί να φανταστεί ότι όταν αρχίσουμε να μελετάμε τη ζώνη Kuiper με περισσότερες λεπτομέρειες, και να αρχίσουμε να καταγράφουμε τα πολλά, πολλά αντικείμενα μέσα, ότι πολλά θα φέρουν ονόματα που θυμούνται τον ύστερο μεγάλο Kuiper.
Έχουμε γράψει πολλά άρθρα για το Gerard Kuiper για το Space Magazine. Ακολουθεί ένα άρθρο σχετικά με τη ζώνη Kuiper και εδώ είναι ένα άρθρο σχετικά με την υπόθεση Protoplanet.
Αν θέλετε περισσότερες πληροφορίες για τον Gerard Kuiper, ανατρέξτε στο άρθρο της NASA σχετικά με τον Gerard Kuiper και τη σελίδα του Σεληνιακού και Πλανητικού Εργαστηρίου.
Καταγράψαμε επίσης ένα ολόκληρο επεισόδιο του Astronomy Cast σχετικά με τους Dwarf Planets. Ακούστε εδώ, επεισόδιο 194: Νάνοι πλανήτες.
