Dr. Požádali jsme ho, aby nám pomohl vysvětlit tuto neobvyklou oblast naší sluneční soustavy.
Brzy poté, co byl Pluto objeven Clyde Tombaughem 18. února 1930, začali astronomové teoretizovat, že Pluto nebyl ve vnější sluneční soustavě sám. Časem začali předpokládat existenci dalších objektů v regionu, které by objevili do roku 1992. Stručně řečeno, existence Kuiperova pásu - velkého polního odpadu na okraji Sluneční soustavy - byla teoretizována před tím, než byla někdy objevil.
Definice:
Kuiperův pás (známý také jako pás Edgeworth – Kuiper) je oblast sluneční soustavy, která existuje za osmi hlavními planetami, sahající od Neptunovy orbity (30 AU) až přibližně 50 AU od Slunce. Je podobný pásu asteroidů, protože obsahuje mnoho malých těl, všechny zbytky z formace sluneční soustavy.
Ale na rozdíl od asteroidního pásu je mnohem větší - 20krát širší a 20 až 200krát větší. Jak Mike Brown vysvětluje:
Kuiperův pás je sbírka těl mimo oběžnou dráhu Neptunu, která, pokud by se nic jiného nestalo, kdyby se Neptun nevytvořil nebo kdyby se věci trochu zlepšily, možná by se mohly spojit a vytvořit další planetu ven. za Neptunem. Ale místo toho v historii sluneční soustavy, když se Neptun vytvořil, to vedlo k tomu, že tyto objekty nebyly schopny se spojit, takže je to jen tento pás materiálu mimo Neptun.
Objev a pojmenování:
Krátce poté, co Tombaugh objevil Pluta, začali astronomové přemýšlet o existenci transneptunské populace objektů ve vnější sluneční soustavě. První, kdo to navrhl, byl Freckrick C. Leonard, který začal navrhovat existenci „ultrepeptunských těl“ za Plutem, která ještě nebyla objevena.
Ve stejném roce astronom Armin O. Leuschner navrhl, že Pluto „může být jedním z mnoha dlouhodobých planetárních objektů, které dosud nebyly objeveny.“ V roce 1943 v Žurnál britské astronomické asociace, Kenneth Edgeworth dále vysvětlil toto téma. Podle Edgewortha byl materiál v prvotní sluneční mlhovině za Neptunem příliš široký na to, aby kondenzoval na planety, a tak spíše kondenzoval do nesčetných menších těl.
V roce 1951, v článku pro časopis Astrofyzika, že nizozemský astronom Gerard Kuiper spekuloval o podobném disku, který se vytvořil na počátku vývoje Sluneční soustavy. Jeden z těchto objektů se občas putoval do vnitřní Sluneční soustavy a stal se kometou. Myšlenka tohoto „Kuiperova pásu“ dávala astronomům smysl. Pomohlo to nejen vysvětlit, proč v Sluneční soustavě nebyly žádné velké planety, ale také pohodlně zahalilo tajemství, odkud komety pocházely.
V roce 1980, v Měsíční oznámení Královské astronomické společnosti, uruguayský astronom Julio Fernández spekuloval, že za pozorovaný počet komet bude vyžadován pás komety, který ležel mezi 35 a 50 AU.
V návaznosti na Fernándezovu práci provedl kanadský tým astronomů (tým Martina Duncana, Toma Quinna a Scotta Tremaina) v roce 1988 řadu počítačových simulací a zjistil, že Oortův oblak nemůže odpovídat za všechny krátkodobé komety. S „pásem“, jak to popsal Fernández, se k formulacím přidaly simulace odpovídající pozorování.
V roce 1987 začal astronom David Jewitt (poté na MIT) a následně postgraduální studentka Jane Luu používat dalekohledy na národní observatoři Kitt Peak v Arizoně a na meziamerické observatoři Cerro Tololo v Chile, aby prohledali vnější sluneční soustavu. V roce 1988 se Jewitt přestěhoval do Astronomického ústavu na Havajské univerzitě a Luu se později připojil k práci na univerzitní observatoři Mauna Kea.
Po pěti letech hledání, 30. srpna 1992, Jewitt a Luu oznámili „objev kandidátského objektu Kuiper belt“ (15760) 1992 QB1. O šest měsíců později objevili druhý objekt v regionu, (181708) 1993 FW. Mnoho, mnoho dalších by následovalo ...
V jejich 1988 dokumentu, Tremaine a jeho kolegové odkazovali na hypotetickou oblast za Neptunem jak “Kuiper pás”, zřejmě kvůli skutečnosti, že Fernández používal slova “Kuiper” a “pás komety” v úvodní větě jeho papíru. Zatímco toto zůstalo oficiálním jménem, astronomové někdy používají alternativní jméno pás Edgeworth-Kuiper, aby Edgeworthovi připisovali jeho dřívější teoretickou práci.
Někteří astronomové však zašli tak daleko, že tvrdí, že ani jedno z těchto jmen není správné. Například Brian G. Marsden - britský astronom a dlouholetý ředitel Centra malých planet (MPC) v Harvard-Smithsonianově středisku pro astrofyziku - prohlásil, že „ani Edgeworth, ani Kuiper psali o něčem vzdáleně, jako je to, co nyní vidíme, ale Fred Whipple (americký astronom, který přišel s hypotézou komety o „špinavé sněhové kouli“) ano. “
David Jewitt dále poznamenal, že „pokud něco… Fernández si téměř zaslouží uznání za předpovědi Kuiperova pásu.“ Kvůli kontroverzi spojené s jeho názvem je termín transneptunský objekt (TNO) doporučován pro objekty v pásu několika vědeckými skupinami. Ostatní to však ostatní považují za nedostatečné, protože to může znamenat jakýkoli předmět mimo oběžnou dráhu Neptunu, nejen objekty v Kuiperově pásu.
Složení:
V Kuiperově opasku bylo objeveno více než tisíc objektů a je teoretizováno, že existuje až 100 000 objektů větších než 100 km v průměru. Vzhledem k jejich malé velikosti a extrémní vzdálenosti od Země je chemické složení KBO velmi obtížné určit.
Spektrografické studie prováděné v regionu od jeho objevu však obecně naznačují, že jeho členy jsou primárně složeny z ledů: směsí lehkých uhlovodíků (jako je metan), amoniaku a vodního ledu - složení, které sdílejí s kometami. Počáteční studie také potvrdily širokou škálu barev mezi KBO, od neutrální šedé až po tmavě červenou.
To naznačuje, že jejich povrchy jsou složeny ze široké škály sloučenin, od špinavých ledů po uhlovodíky. V roce 1996 Robert H. Brown a kol. získaly spektroskopické údaje o KBO 1993 SC, odhalující jeho povrchové složení, které je výrazně podobné složení Pluta, jakož i Neptunova Měsíce Triton, které má velké množství ledu metanu.
Vodní led byl detekován v několika KBO, včetně TO 199666, 38628 Huya a 20000 Varuna. V roce 2004 Mike Brown a kol. určil existenci krystalického vodního ledu a hydrátu amoniaku na jednom z největších známých KBO, 50000 Quaoar. Obě tyto látky by byly zničeny během věku Sluneční soustavy, což naznačuje, že Quaoar byl nedávno obnoven, buď interní tektonickou aktivitou, nebo dopady meteoritu.
Udržet společnost Pluto v pásmu Kuiper, je mnoho dalších předmětů, které stojí za zmínku. Quaoar, Makemake, Haumea, Orcus a Eris jsou všechna velká ledová těla v opasku. Několik z nich dokonce má vlastní měsíce. To vše je ohromně daleko a přesto je na dosah.
Průzkum:
19. ledna 2006, NASA zahájila Nové obzory kosmická sonda pro studium Pluta, jeho měsíců a jednoho nebo dvou dalších objektů Kuiper Belt. Od 15. ledna 2015 začala kosmická sonda přistupovat k trpasličí planetě a očekává se, že do 14. července 2015 uskuteční průlet. Když astronomové dosáhnou této oblasti, očekávají také několik zajímavých fotografií Kuiperova pásu.
Ještě zajímavější je skutečnost, že průzkumy jiných solárních systémů naznačují, že naše sluneční soustava není jedinečná. Od roku 2006 byly kolem devíti dalších hvězdných systémů objeveny další „Kuiperovy pásy“ (tj. Ledové zbytkové pásy). Zdá se, že spadají do dvou kategorií: široké pásy s poloměry nad 50 AU a úzké pásy (jako náš vlastní Kuiperův pás) s poloměry mezi 20 a 30 AU a relativně ostré hranice.
Podle infračervených průzkumů se předpokládá, že odhaduje se, že 15–20% hvězd typu slunečního záření má masivní struktury podobné Kuiper-Beltu. Většina z nich se jeví jako poměrně mladá, ale u dvou hvězdných systémů - HD 139664 a HD 53143, které Hubbleův kosmický dalekohled pozoroval v roce 2006 - se odhaduje, že jsou staré 300 milionů let.
Kuiperův pás je obrovský a neprozkoumaný, je zdrojem mnoha komet a je považován za výchozí bod pro všechny periodické nebo krátkodobé komety (tj. Ty s oběžnou dráhou trvající 200 let nebo méně). Nejslavnější z nich je Halleyova kometa, která je aktivní již 16 000–200 000 let.
Budoucnost Kuiperova pásu:
Když zpočátku spekuloval o existenci pásu předmětů za Neptunem, Kuiper naznačil, že takový pás pravděpodobně již neexistuje. Následné objevy to samozřejmě prokázaly jako špatné. Ale jedna věc, o které měl Kuiper rozhodně pravdu, byla myšlenka, že tyto transneptunské objekty nebudou trvat věčně. Jak Mike Brown vysvětluje:
Říkáme tomu pás, ale je to velmi široký pás. Je to něco jako 45 stupňů na obloze - tento velký pruh materiálu, který právě Neptun podvrhl. A v dnešní době se místo toho, aby vyráběli větší a větší tělo, jen srazí a pomalu se rozmělňují na prach. Pokud se vrátíme za dalších sto milionů let, nezůstane už žádný Kuiperův pás.
Vzhledem k možnosti objevu a podrobnému zkoumání, které by nás mohlo naučit o rané historii naší sluneční soustavy, se mnoho vědců a astronomů těší na den, kdy můžeme podrobněji prozkoumat Kuiperův pás. Doufáme, že Nové obzory mise je jen začátkem budoucích desetiletí výzkumu tohoto tajemného regionu!
Ve Vesmírném časopise máme mnoho zajímavých článků na téma Vnější sluneční soustava a Trans-Neptunion Objects (TNO).
A nezapomeňte se podívat na tento článek o planetě Eris, nejnovější trpasličí planetě a největším objevitelném TNO.
Astronomové očekávají objevení dalších dvou velkých planet v naší Sluneční soustavě.
Space Magazine má také kompletní rozhovor s Mikeem Brownem z Caltechu.
Podcast (audio): Stáhnout (Trvání: 4:28 - 4,1 MB)
Přihlásit se k odběru: Apple Podcasts | Android | RSS
Podcast (video): Stáhnout (82,7 MB)
Přihlásit se k odběru: Apple Podcasts | Android | RSS
