Was ist der Kuipergürtel?

Dr. Wir haben ihn gebeten, uns zu helfen, diese ungewöhnliche Region unseres Sonnensystems zu erklären.

Kurz nachdem Pluto am 18. Februar 1930 von Clyde Tombaugh entdeckt worden war, begannen Astronomen zu theoretisieren, dass Pluto im äußeren Sonnensystem nicht allein war. Mit der Zeit begannen sie, die Existenz anderer Objekte in der Region zu postulieren, die sie 1992 entdecken würden. Kurz gesagt, die Existenz des Kuipergürtels – eines großen Trümmerfeldes am Rande des Sonnensystems – wurde vorher theoretisiert jemals entdeckt.

Definition:

Der Kuipergürtel (auch als Edgeworth-Kuipergürtel bekannt) ist eine Region des Sonnensystems, die jenseits der acht Hauptplaneten existiert und sich von der Umlaufbahn des Neptun (bei 30 AU) bis ungefähr 50 AU von der Sonne erstreckt. Es ähnelt dem Asteroidengürtel, da es viele kleine Körper enthält, die alle Überreste der Formation des Sonnensystems sind.

Aber im Gegensatz zum Asteroidengürtel ist er viel größer – 20-mal so breit und 20- bis 200-mal so massiv. Wie Mike Brown erklärt:

Der Kuipergürtel ist eine Ansammlung von Körpern außerhalb der Umlaufbahn von Neptun, die, wenn nichts anderes passiert wäre, wenn sich Neptun nicht gebildet hätte oder wenn die Dinge ein bisschen besser gelaufen wären, sich vielleicht selbst zusammengeschlossen und den nächsten Planeten geformt hätten jenseits von Neptun. Aber stattdessen führte es in der Geschichte des Sonnensystems, als sich Neptun bildete, dazu, dass diese Objekte nicht zusammenkommen konnten. Es ist also nur dieser Materialgürtel jenseits von Neptun.

Entdeckung und Benennung:

Kurz nach Tombaughs Entdeckung von Pluto begannen Astronomen über die Existenz einer transneptunischen Population von Objekten im äußeren Sonnensystem nachzudenken. Der erste, der dies vorschlug, war Freckrick C. Leonard, der anfing, die Existenz von „ultra-neptunischen Körpern“ jenseits von Pluto vorzuschlagen, die einfach noch nicht entdeckt worden waren.

Im selben Jahr schlug der Astronom Armin O. Leuschner vor, dass Pluto "eines von vielen langperiodischen Planetenobjekten sein könnte, die noch entdeckt werden müssen". Im Jahr 1943 in der Zeitschrift der British Astronomical AssociationKenneth Edgeworth erläuterte das Thema weiter. Laut Edgeworth war das Material innerhalb des ursprünglichen Sonnennebels jenseits von Neptun zu weit voneinander entfernt, um zu Planeten zu kondensieren, und verdichtete sich daher eher zu einer Vielzahl kleinerer Körper.

Im Jahr 1951 in einem Artikel für die Zeitschrift Astrophysik, dass der niederländische Astronom Gerard Kuiper über eine ähnliche Scheibe spekulierte, die sich zu Beginn der Entwicklung des Sonnensystems gebildet hatte. Gelegentlich wanderte eines dieser Objekte in das innere Sonnensystem und wurde zum Kometen. Die Idee dieses „Kuipergürtels“ machte für Astronomen Sinn. Es half nicht nur zu erklären, warum es keine großen Planeten weiter draußen im Sonnensystem gab, sondern es löste auch bequem das Rätsel, woher Kometen kamen.

1980 spekulierte der uruguayische Astronom Julio Fernández in den monatlichen Mitteilungen der Royal Astronomical Society, dass ein Kometengürtel zwischen 35 und 50 AE erforderlich sein würde, um die beobachtete Anzahl von Kometen zu berücksichtigen.

Im Anschluss an Fernández 'Arbeit führte 1988 ein kanadisches Astronomenteam (Team von Martin Duncan, Tom Quinn und Scott Tremaine) eine Reihe von Computersimulationen durch und stellte fest, dass die Oort-Wolke nicht alle kurzperiodischen Kometen erklären konnte. Mit einem "Gürtel", wie Fernández es beschrieb, der den Formulierungen hinzugefügt wurde, stimmten die Simulationen mit den Beobachtungen überein.

1987 begannen der Astronom David Jewitt (damals am MIT) und die damalige Doktorandin Jane Luu, die Teleskope am Kitt Peak National Observatory in Arizona und am Cerro Tololo Interamerikanischen Observatorium in Chile zu verwenden, um das äußere Sonnensystem zu durchsuchen. 1988 wechselte Jewitt an das Institut für Astronomie der Universität von Hawaii, und Luu kam später zu ihm, um am Mauna Kea-Observatorium der Universität zu arbeiten.

Nach fünfjähriger Suche kündigten Jewitt und Luu am 30. August 1992 die „Entdeckung des Kuipergürtel-Kandidatenobjekts“ (15760) 1992 QB1 an. Sechs Monate später entdeckten sie ein zweites Objekt in der Region, (181708) 1993 FW. Viele, viele weitere würden folgen …

In ihrer Arbeit von 1988 bezeichneten Tremaine und seine Kollegen die hypothetische Region jenseits von Neptun als „Kuipergürtel“, anscheinend aufgrund der Tatsache, dass Fernández im Eröffnungssatz seiner Arbeit die Wörter „Kuiper“ und „Kometengürtel“ verwendete. Während dies der offizielle Name geblieben ist, verwenden Astronomen manchmal den alternativen Namen Edgeworth-Kuiper-Gürtel, um Edgeworth für seine frühere theoretische Arbeit zu würdigen.

Einige Astronomen sind jedoch so weit gegangen, zu behaupten, dass keiner dieser Namen korrekt ist. Zum Beispiel behauptete Brian G. Marsden – ein britischer Astronom und langjähriger Direktor des Minor Planet Center (MPC) am Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics -: „Weder Edgeworth noch Kuiper haben über etwas aus der Ferne geschrieben, wie wir es jetzt sehen. aber Fred Whipple (der amerikanische Astronom, der die Kometenhypothese „schmutziger Schneeball“ aufgestellt hat) hat es getan “.

Darüber hinaus erklärte David Jewitt: „Wenn überhaupt… Fernández verdient fast die Anerkennung für die Vorhersage des Kuipergürtels.“ Aufgrund der mit seinem Namen verbundenen Kontroverse wird der Begriff transneptunisches Objekt (TNO) von mehreren wissenschaftlichen Gruppen für Objekte im Gürtel empfohlen. Dies wird jedoch von anderen als unzureichend angesehen, da dies jedes Objekt außerhalb der Umlaufbahn von Neptun und nicht nur Objekte im Kuipergürtel bedeuten kann.

Komposition:

Im Kuipergürtel wurden mehr als tausend Objekte entdeckt, und es wird vermutet, dass es bis zu 100.000 Objekte mit einem Durchmesser von mehr als 100 km gibt. Aufgrund ihrer geringen Größe und extremen Entfernung von der Erde ist die chemische Zusammensetzung von KBOs sehr schwer zu bestimmen.

Spektrographische Untersuchungen der Region seit ihrer Entdeckung haben jedoch allgemein gezeigt, dass ihre Mitglieder hauptsächlich aus Eis bestehen: einer Mischung aus leichten Kohlenwasserstoffen (wie Methan), Ammoniak und Wassereis – eine Zusammensetzung, die sie mit Kometen teilen. Erste Studien bestätigten auch eine breite Farbpalette bei KBOs, die von neutralem Grau bis zu tiefem Rot reicht.

Dies deutet darauf hin, dass ihre Oberflächen aus einer Vielzahl von Verbindungen bestehen, von schmutzigem Eis bis hin zu Kohlenwasserstoffen. Im Jahr 1996 haben Robert H. Brown et al. erhielten spektroskopische Daten zum KBO 1993 SC, aus denen hervorgeht, dass seine Oberflächenzusammensetzung der von Pluto und Neptuns Mond Triton, der große Mengen Methaneis besitzt, deutlich ähnlich ist.

Wassereis wurde in mehreren KBOs nachgewiesen, darunter 1996 TO6638628 Huya und 20000 Varuna. Im Jahr 2004 haben Mike Brown et al. bestimmte die Existenz von kristallinem Wassereis und Ammoniakhydrat auf einem der größten bekannten KBOs, 50000 Quaoar. Beide Substanzen wären im Zeitalter des Sonnensystems zerstört worden, was darauf hindeutet, dass Quaoar kürzlich wieder aufgetaucht ist, entweder durch interne tektonische Aktivität oder durch Meteoriteneinschläge.

Viele andere erwähnenswerte Objekte halten Pluto im Kuipergürtel fern. Quaoar, Makemake, Haumea, Orcus und Eris sind große eisige Körper im Gürtel. Einige von ihnen haben sogar eigene Monde. Diese sind alle enorm weit weg und doch sehr in Reichweite.

Erkundung:

Am 19. Januar 2006 startete die NASA die Neue Horizonte Raumsonde, um Pluto, seine Monde und ein oder zwei andere Objekte des Kuipergürtels zu untersuchen. Ab dem 15. Januar 2015 hat das Raumschiff seine Annäherung an den Zwergplaneten begonnen und wird voraussichtlich am 14. Juli 2015 vorbeifliegen. Wenn es das Gebiet erreicht, erwarten die Astronomen auch einige interessante Fotos des Kuipergürtels.

Noch aufregender ist die Tatsache, dass Untersuchungen anderer Sonnensysteme zeigen, dass unser Sonnensystem nicht einzigartig ist. Seit 2006 wurden rund neun andere Sternensysteme andere „Kuipergürtel“ (d. H. Eisige Trümmergürtel) entdeckt. Diese scheinen in zwei Kategorien zu fallen: breite Bänder mit Radien von über 50 AE und schmale Bänder (wie unser eigener Kuipergürtel) mit Radien zwischen 20 und 30 AE und relativ scharfen Grenzen.

Infrarotuntersuchungen zufolge haben schätzungsweise 15 bis 20% der Sterne vom Solartyp massive kuipergürtelähnliche Strukturen. Die meisten davon scheinen ziemlich jung zu sein, aber Zwei-Sterne-Systeme – HD 139664 und HD 53143, die 2006 vom Hubble-Weltraumteleskop beobachtet wurden – werden auf 300 Millionen Jahre geschätzt.

Der Kuipergürtel ist groß und unerforscht und die Quelle vieler Kometen. Es wird angenommen, dass er der Ausgangspunkt für alle periodischen oder kurzperiodischen Kometen ist (d. H. Solche mit einer Umlaufbahn von 200 Jahren oder weniger). Der bekannteste davon ist der Halleysche Komet, der seit 16.000 bis 200.000 Jahren aktiv ist.

Zukunft des Kuipergürtels:

Als er anfänglich über die Existenz eines Gürtels von Objekten jenseits von Neptun spekulierte, gab Kuiper an, dass ein solcher Gürtel wahrscheinlich nicht mehr existierte. Spätere Entdeckungen haben natürlich bewiesen, dass dies falsch ist. Aber eine Sache, mit der Kuiper definitiv Recht hatte, war die Idee, dass diese transneptunischen Objekte nicht ewig halten werden. Wie Mike Brown erklärt:

Wir nennen es einen Gürtel, aber es ist ein sehr breiter Gürtel. Es hat eine Ausdehnung von etwa 45 Grad über dem Himmel – dieser große Materialstreifen, der gerade von Neptun aufgewühlt und aufgewühlt wurde. Und heutzutage kollidieren sie nicht mehr, anstatt einen immer größeren Körper zu bilden, und zermahlen sich langsam zu Staub. Wenn wir in weiteren hundert Millionen Jahren zurückkehren, wird es keinen Kuipergürtel mehr geben.

Angesichts des Entdeckungspotenzials und der möglichen genauen Untersuchung der frühen Geschichte unseres Sonnensystems freuen sich viele Wissenschaftler und Astronomen auf den Tag, an dem wir den Kuipergürtel genauer untersuchen können. Wir hoffen, dass die Neue Horizonte Mission ist nur der Beginn zukünftiger Jahrzehnte der Erforschung dieser mysteriösen Region!

Wir haben hier im Space Magazine viele interessante Artikel zum Thema des äußeren Sonnensystems und der Transneptunion-Objekte (TNOs).

Lesen Sie auch diesen Artikel über den Planeten Eris, den neuesten Zwergplaneten und die größte zu entdeckende TNO.

Und Astronomen erwarten, zwei weitere große Planeten in unserem Sonnensystem zu entdecken.

Das Space Magazine hat auch ein ausführliches Interview mit Mike Brown von Caltech.

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