ΤΙ ΕΊΝΑΙ Η ΖΏΝΗ KUIPER;

Send

Δρ. Τον ζητήσαμε να μας βοηθήσει να εξηγήσουμε αυτήν την ασυνήθιστη περιοχή του ηλιακού μας συστήματος.

Λίγο μετά την ανακάλυψη του Πλούτωνα από τον Clyde Tombaugh στις 18 Φεβρουαρίου 1930, οι αστρονόμοι άρχισαν να θεωρούν ότι ο Πλούτωνας δεν ήταν μόνος στο εξωτερικό ηλιακό σύστημα. Με τον καιρό, άρχισαν να υποθέτουν την ύπαρξη άλλων αντικειμένων στην περιοχή, τα οποία θα ανακαλύψουν μέχρι το 1992. Εν ολίγοις, η ύπαρξη της ζώνης Kuiper - ένα μεγάλο πεδίο συντρίμμια στην άκρη του ηλιακού συστήματος - θεωρήθηκε πριν από ανακαλύφθηκε ποτέ.

Ορισμός:

Η ζώνη Kuiper (επίσης γνωστή ως ζώνη Edgeworth – Kuiper) είναι μια περιοχή του ηλιακού συστήματος που υπάρχει πέρα από τους οκτώ μεγάλους πλανήτες, που εκτείνεται από την τροχιά του Ποσειδώνα (στα 30 AU) έως περίπου 50 AU από τον Ήλιο. Είναι παρόμοιο με τον αστεροειδή ιμάντα, καθώς περιέχει πολλά μικρά σώματα, όλα τα απομεινάρια του σχηματισμού του Ηλιακού Συστήματος.

Αλλά σε αντίθεση με τον Αστεροειδή Ζώνη, είναι πολύ μεγαλύτερο - 20 φορές πλάτος και 20 έως 200 φορές μεγαλύτερο. Όπως εξηγεί ο Mike Brown:

Το Kuiper Belt είναι μια συλλογή από σώματα έξω από την τροχιά του Ποσειδώνα που, αν δεν είχε συμβεί τίποτα άλλο, εάν ο Ποσειδώνας δεν είχε σχηματιστεί ή αν τα πράγματα είχαν γίνει λίγο καλύτερα, ίσως θα μπορούσαν να είχαν συγκεντρωθεί και να σχηματίσουν τον επόμενο πλανήτη πέρα από τον Ποσειδώνα. Αντίθετα, στην ιστορία του ηλιακού συστήματος, όταν ο Ποσειδώνας σχημάτισε, οδήγησε σε αυτά τα αντικείμενα να μην είναι σε θέση να συγκεντρωθούν, έτσι είναι ακριβώς αυτός ο ιμάντας υλικού πέρα από τον Ποσειδώνα.

Ανακάλυψη και ονομασία:

Λίγο μετά την ανακάλυψη του Tombaugh για τον Πλούτωνα, οι αστρονόμοι άρχισαν να σκέφτονται την ύπαρξη ενός Υπερ-Ποσειδώνα πληθυσμού αντικειμένων στο εξωτερικό Ηλιακό Σύστημα. Ο πρώτος που πρότεινε αυτό ήταν ο Freckrick C. Leonard, ο οποίος άρχισε να προτείνει την ύπαρξη «υπερ-Ποσειδώνων σωμάτων» πέρα από τον Πλούτωνα που απλά δεν είχαν ανακαλυφθεί ακόμη.

Την ίδια χρονιά, ο αστρονόμος Armin O. Leuschner πρότεινε ότι ο Πλούτωνας «μπορεί να είναι ένα από τα πολλά πλανητικά αντικείμενα μακράς περιόδου που δεν έχουν ακόμη ανακαλυφθεί». Το 1943, στο Εφημερίδα της Βρετανικής Αστρονομικής Ένωσης, Ο Kenneth Edgeworth επεξήγησε περαιτέρω το θέμα. Σύμφωνα με τον Edgeworth, 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 μικρότερα σώματα.

Το 1951, σε ένα άρθρο για το περιοδικό Αστροφυσική, ότι ο Ολλανδός αστρονόμος Gerard Kuiper εικάζεται ότι ένας παρόμοιος δίσκος είχε σχηματιστεί νωρίς στην εξέλιξη του Ηλιακού Συστήματος. Περιστασιακά ένα από αυτά τα αντικείμενα περιπλανιέται στο εσωτερικό ηλιακό σύστημα και γίνεται κομήτης. Η ιδέα αυτού του "Kuiper Belt" είχε νόημα για τους αστρονόμους. Όχι μόνο βοήθησε να εξηγήσει γιατί δεν υπήρχαν μεγαλύτεροι πλανήτες στο Ηλιακό Σύστημα, αλλά επίσης βολικά έβαλε το μυστήριο από πού προέρχονταν οι κομήτες.

Το 1980, στις Μηνιαίες Ειδοποιήσεις της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας, ο αστρονόμος της Ουρουγουάης Julio Fernández εικάζει ότι μια ζώνη κομήτη που θα κυμαινόταν μεταξύ 35 και 50 AU θα απαιτούσε τον υπολογισμό του παρατηρούμενου αριθμού κομητών.

Παρακολουθώντας το έργο του Fernández, το 1988 μια καναδική ομάδα αστρονόμων (ομάδα των Martin Duncan, Tom Quinn και Scott Tremaine) πραγματοποίησε μια σειρά προσομοιώσεων υπολογιστών και αποφάσισε 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.

Το 1987, ο αστρονόμος David Jewitt (τότε στο MIT) και η τότε μεταπτυχιακή φοιτητής Jane Luu άρχισαν να χρησιμοποιούν τα τηλεσκόπια στο Εθνικό Αστεροσκοπείο Kitt Peak στην Αριζόνα και στο Διαμερικανικό Παρατηρητήριο Cerro Tololo στη Χιλή για να αναζητήσουν το εξωτερικό ηλιακό σύστημα. Το 1988, ο Jewitt μετακόμισε στο Ινστιτούτο Αστρονομίας στο Πανεπιστήμιο της Χαβάης και ο Luu αργότερα τον ενώθηκε για να εργαστεί στο παρατηρητήριο του Πανεπιστημίου Mauna Kea.

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. Πολλοί, πολλοί άλλοι θα ακολουθούσαν…

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. Ενώ αυτό έχει παραμείνει το επίσημο όνομα, οι αστρονόμοι χρησιμοποιούν μερικές φορές το εναλλακτικό όνομα Edgeworth-Kuiper belt για να πιστώσουν τον Edgeworth για το προηγούμενο θεωρητικό του έργο.

Ωστόσο, ορισμένοι αστρονόμοι έχουν φτάσει στο σημείο να ισχυρίζονται ότι κανένα από αυτά τα ονόματα δεν είναι σωστά. Για παράδειγμα, ο Brian G. Marsden - ένας Βρετανός αστρονόμος και ο μακροχρόνιος διευθυντής του Minor Planet Center (MPC) στο Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics - ισχυρίστηκε ότι «ούτε ο Edgeworth ούτε ο Kuiper έγραψαν για κάτι απομακρυσμένο όπως αυτό που βλέπουμε τώρα, αλλά ο Fred Whipple (ο Αμερικανός αστρονόμος που βρήκε την υπόθεση του κομήτη "βρώμικη χιονόμπαλα") ".

Επιπλέον, ο Ντέιβιντ Jewitt σχολίασε ότι, «Αν κάτι… ο Fernández αξίζει σχεδόν την πίστωση για την πρόβλεψη της ζώνης Kuiper.» Λόγω της διαμάχης που σχετίζεται με το όνομά του, ο όρος trans-Neptunian αντικείμενο (TNO) συνιστάται για αντικείμενα στη ζώνη από διάφορες επιστημονικές ομάδες. Ωστόσο, αυτό θεωρείται ανεπαρκές από άλλους, καθώς αυτό μπορεί να σημαίνει οποιοδήποτε αντικείμενο πέρα από την τροχιά του Ποσειδώνα, και όχι μόνο αντικείμενα στην ζώνη Kuiper.

Σύνθεση:

Έχουν ανακαλυφθεί περισσότερα από χίλια αντικείμενα στη ζώνη Kuiper και είναι θεωρητικό ότι υπάρχουν έως και 100.000 αντικείμενα με διάμετρο μεγαλύτερη από 100 km. Δεδομένου του μικρού τους μεγέθους και της ακραίας απόστασης από τη Γη, η χημική σύνθεση των KBOs είναι πολύ δύσκολο να προσδιοριστεί.

Ωστόσο, οι φασματογραφικές μελέτες που διεξήχθησαν από την περιοχή από την ανακάλυψή της έδειξαν γενικά ότι τα μέλη της αποτελούνται κυρίως από παγάκια: ένα μείγμα ελαφρών υδρογονανθράκων (όπως μεθάνιο), αμμωνία και πάγο νερού - μια σύνθεση που μοιράζονται με τους κομήτες. Οι αρχικές μελέτες επιβεβαίωσαν επίσης ένα ευρύ φάσμα χρωμάτων μεταξύ των KBO, που κυμαίνονται από ουδέτερο γκρι έως βαθύ κόκκινο.

Αυτό υποδηλώνει ότι οι επιφάνειές τους αποτελούνται από ένα ευρύ φάσμα ενώσεων, από βρώμικα παγάκια έως υδρογονάνθρακες. Το 1996, οι Robert H. Brown et al. έλαβε φασματοσκοπικά δεδομένα για το KBO 1993 SC, αποκαλύπτοντας ότι η επιφανειακή του σύνθεση είναι πολύ παρόμοια με αυτή του Πλούτωνα, καθώς και το φεγγάρι του Ποσειδώνα Triton, που είχε μεγάλες ποσότητες πάγου μεθανίου.

Έχει εντοπιστεί πάγος νερού σε πολλά KBO, συμπεριλαμβανομένων των 1996 TO₆₆, 38628 Huya και 20000 Varuna. Το 2004, οι Mike Brown et al. καθόρισε την ύπαρξη κρυσταλλικού πάγου νερού και ένυδρης αμμωνίας σε ένα από τα μεγαλύτερα γνωστά KBOs, 50000 Quaoar. Και οι δύο αυτές ουσίες θα είχαν καταστραφεί κατά την ηλικία του Ηλιακού Συστήματος, υποδηλώνοντας ότι το Quaoar επανεμφανίστηκε πρόσφατα, είτε από εσωτερική τεκτονική δραστηριότητα είτε από μετεωρίτες.

Η διατήρηση της εταιρείας Pluto στη ζώνη Kuiper, αξίζει να αναφερθούν πολλά άλλα αντικείμενα. Τα Quaoar, Makemake, Haumea, Orcus και Eris είναι όλα μεγάλα παγωμένα σώματα στη ζώνη. Αρκετά από αυτά έχουν ακόμη και δικά τους φεγγάρια. Όλα αυτά είναι πολύ μακριά, και όμως, πολύ προσιτά.

Εξερεύνηση:

Στις 19 Ιανουαρίου 2006, η NASA ξεκίνησε το Νέοι ορίζοντες διαστημικός ανιχνευτής για χάρη της μελέτης του Πλούτωνα, των φεγγαριών του και ενός ή δύο άλλων αντικειμένων της ζώνης Kuiper. Από τις 15 Ιανουαρίου 2015, το διαστημικό σκάφος ξεκίνησε την προσέγγισή του στον πλανήτη νάνων και αναμένεται να κάνει μια πτήση μέχρι τις 14 Ιουλίου 2015. Όταν φτάσει στην περιοχή, οι αστρονόμοι αναμένουν και αρκετές ενδιαφέρουσες φωτογραφίες του Kuiper Belt.

Ακόμα πιο συναρπαστικό είναι το γεγονός ότι οι έρευνες άλλων ηλιακών συστημάτων δείχνουν ότι το ηλιακό μας σύστημα δεν είναι μοναδικό. Από το 2006, έχουν ανακαλυφθεί και άλλοι "Ιμάντες Kuiper" (δηλαδή παγωμένες ζώνες συντριμμιών) γύρω από εννέα άλλα συστήματα αστεριών. Αυτά φαίνεται να εμπίπτουν σε δύο κατηγορίες: φαρδιά ζώνες, με ακτίνες άνω των 50 AU και στενές ζώνες (όπως η δική μας ζώνη Kuiper) με ακτίνες μεταξύ 20 και 30 AU και σχετικά αιχμηρά όρια.

Σύμφωνα με έρευνες υπέρυθρης ακτινοβολίας, εκτιμάται ότι το 15-20% των ηλιακών τύπων αστεριών πιστεύεται ότι έχει τεράστιες δομές τύπου Kuiper-Belt. Τα περισσότερα από αυτά φαίνεται να είναι αρκετά μικρά, αλλά συστήματα δύο αστέρων - HD 139664 και HD 53143, τα οποία παρατηρήθηκαν από το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble το 2006 - εκτιμάται ότι είναι 300 εκατομμύρια χρόνια.

Μεγάλη και ανεξερεύνητη, η ζώνη Kuiper είναι η πηγή πολλών κομητών και πιστεύεται ότι είναι το σημείο προέλευσης για όλους τους περιοδικούς ή βραχυπρόθεσμους κομήτες (δηλαδή αυτούς με τροχιά διάρκειας 200 ετών και κάτω). Το πιο διάσημο από αυτά είναι ο κομήτης του Χάλλεϋ, ο οποίος δραστηριοποιείται τα τελευταία 16.000–200.000 χρόνια.

Το μέλλον της ζώνης Kuiper:

Όταν αρχικά έκανε εικασίες για την ύπαρξη μιας ζώνης αντικειμένων πέρα από τον Ποσειδώνα, ο Κουίπερ ανέφερε ότι μια τέτοια ζώνη πιθανότατα δεν υπήρχε πλέον. Φυσικά, οι μεταγενέστερες ανακαλύψεις έχουν αποδείξει ότι αυτό είναι λάθος. Αλλά ένα πράγμα για το οποίο ο Kuiper είχε σίγουρα δίκιο ήταν η ιδέα ότι αυτά τα Υπερ-Ποσειδώνα Αντικείμενα δεν θα διαρκέσουν για πάντα. Όπως εξηγεί ο Mike Brown:

Το ονομάζουμε ζώνη, αλλά είναι πολύ φαρδιά ζώνη. Είναι περίπου 45 μοίρες σε όλη την έκταση του ουρανού - αυτή η μεγάλη γκάμα υλικού που μόλις στροβιλίστηκε και στροβιλίστηκε από τον Ποσειδώνα. Και αυτές τις μέρες, αντί να φτιάχνουν όλο και μεγαλύτερο σώμα, συγκρούονται και αλέθονται αργά στη σκόνη. Αν επιστρέψουμε σε άλλα εκατό εκατομμύρια χρόνια, δεν θα μείνει ιμάντας Kuiper.

Λαμβάνοντας υπόψη τις δυνατότητες για ανακάλυψη και ποια από τις προσεκτικές εξετάσεις θα μπορούσε να μας διδάξει για την πρώιμη ιστορία του Ηλιακού μας Συστήματος, πολλοί επιστήμονες και αστρονόμοι ανυπομονούν για την ημέρα που θα μπορέσουμε να εξετάσουμε τη ζώνη Kuiper με περισσότερες λεπτομέρειες. Ελπίζουμε ότι το Νέοι ορίζοντες Η αποστολή είναι μόνο η αρχή μελλοντικών δεκαετιών έρευνας σε αυτήν τη μυστηριώδη περιοχή!

Έχουμε πολλά ενδιαφέροντα άρθρα εδώ στο Space Magazine σχετικά με το θέμα του Outer Solar System and Trans-Neptunion Objects (TNOs).

Και φροντίστε να δείτε αυτό το άρθρο στον πλανήτη Eris, τον τελευταίο νάνο πλανήτη και το μεγαλύτερο TNO που θα ανακαλυφθεί.

Και οι αστρονόμοι αναμένουν να ανακαλύψουν δύο ακόμη μεγάλους πλανήτες στο Ηλιακό μας Σύστημα.

Το Space Magazine έχει επίσης μια πλήρη συνέντευξη με τον Mike Brown από το Caltech.