Kuiperbälte

Kuiperbältet ( ibland även kallat Edgeworth  -Kuiperbältet ) är en region i solsystemet från Neptunus omloppsbana (30 AU från solen ) till ett avstånd av omkring 55 AU. e. från solen [1] . Även om Kuiperbältet liknar asteroidbältet , är det cirka 20 gånger bredare och 20-200 gånger mer massivt än det senare [2] [3] . Liksom asteroidbältet består det huvudsakligen av små kroppar , det vill säga material som blivit över från solsystemets bildande. Till skillnad från objekt i asteroidbältet, som huvudsakligen består av stenar och metaller, är Kuiperbälteobjekt (KBOs) huvudsakligen sammansatta av flyktiga ämnen (kallade isar) som metan , ammoniak och vatten . Denna region av nära rymden innehåller minst fyra dvärgplaneter : Pluto , Haumea , Makemake och Eris . Dessutom tros vissa satelliter från solsystemets planeter, såsom Neptunus måne Triton och Saturnus måne Phoebe , också ha sitt ursprung i denna region [4] [5] .

Sedan upptäckten av Kuiperbältet 1992 [6] har antalet kända KBO:er överstigit tusen, och det uppskattas att över 70 000 KBO:er över 100 km i diameter ännu inte har upptäckts [7] . Kuiperbältet ansågs tidigare vara den huvudsakliga källan till kortperiodiga kometer med omloppsperioder på mindre än 200 år. Observationer sedan mitten av 1990-talet har dock visat att Kuiperbältet är dynamiskt stabilt och att den verkliga källan till dessa kometer är den spridda skivan , ett dynamiskt aktivt område skapat av Neptunus utåtgående rörelse för 4,5 miljarder år sedan [8] ; Spridda skivobjekt som Eris liknar OPC, men reser sig väldigt långt från solen i sina banor (upp till 100 AU).

Pluto är det största kända Kuiperbältsobjektet. Den ansågs ursprungligen vara en planet, men klassificerades om till en dvärgplanet . Sammansättningen av Pluto liknar andra CMOs, och dess omloppstid gör att den kan tillskrivas en undergrupp av CMOs som kallas " plutino ". För att hedra Pluto kallas en undergrupp av de fyra för närvarande kända dvärgplaneterna som kretsar kring Neptunus " plutoider ".

Kuiperbältet ska inte förväxlas med det hypotetiska Oort-molnet , som är tusentals gånger längre bort. Kuiperbälte-objekt, som objekten från den spridda skivan och Oort-molnet , kallas trans-Neptuniska objekt (TNO) [9] .

Forskningens historia

Efter upptäckten av Pluto trodde många forskare att det inte var det enda föremålet i sitt slag. Olika spekulationer om den region i rymden som nu är känd som Kuiperbältet har framförts i flera decennier, men det första direkta beviset på dess existens erhölls först 1992. Eftersom hypoteserna om Kuiperbältets beskaffenhet som föregick dess upptäckt var mycket många och varierande, är det svårt att säga vem som exakt lade fram en sådan hypotes först.

Hypoteser

Den första astronomen som antydde att det fanns en trans-neptunisk befolkning var Frederick Leonard . 1930, kort efter upptäckten av Pluto , skrev han: "Är det inte möjligt att anta att Pluto bara är den första av en serie kroppar bortom Neptunus omloppsbana, som fortfarande väntar på att bli upptäckt och så småningom kommer att upptäckas? " [10] .

Kenneth Edgeworth föreslog (1943, Journal of the British Astronomical Association) att i området i rymden bortom Neptunus omloppsbana var de primära elementen i nebulosan från vilken solsystemet bildades för utspridda för att kondensera till planeter. Baserat på detta kom han till slutsatsen att "det yttre området av solsystemet bortom planeternas banor är upptaget av ett stort antal relativt små kroppar" [11] och från tid till annan lämnar någon av dessa kroppar sin miljö och visas som en oavsiktlig gäst i solsystemets inre regioner [12] en komet .

Gerard Kuiper föreslog (1951, Astrophysics) att en sådan skiva bildades i de tidiga stadierna av bildandet av solsystemet, men trodde inte att ett sådant bälte har överlevt till våra dagar. Kuiper utgick från det då utbredda antagandet att storleken på Pluto var nära jordens storlek, och därför spred Pluto dessa kroppar till Oorts moln eller till och med från solsystemet [13] .

Under decennierna som följde tog hypotesen många olika former. Till exempel, 1962, lade den amerikansk-kanadensiske astrofysikern Alastair J.W. Cameron fram hypotesen om existensen av "en enorm massa fint material i utkanten av solsystemet" [14] , och senare, 1964, Fred Whipple ( populariserare av den välkända teorin om " smutsig snöboll " som förklarar strukturen hos en komet) föreslog att "kometbältet" kunde vara tillräckligt massivt för att orsaka märkbara störningar i Uranus omloppsrörelse , vilket initierade sökandet efter den ökända planeten bortom Neptunus omloppsbana , eller för att åtminstone påverka banorna för kända kometer [15] . Observationer uteslöt dock denna hypotes [14] .

1977 upptäckte Charles Koval den isiga planetoiden Chiron , som kretsar mellan Saturnus och Uranus. Han använde en blinkkomparator , samma  enhet som hjälpte Clyde Tombaugh att upptäcka Pluto femtio år tidigare . 1992 upptäcktes ett annat föremål med liknande bana - Fall  (engelska) [17] . Idag är det känt att det i omloppsbanor mellan Jupiter och Neptunus finns en hel population av kometliknande himlakroppar, kallade " kentaurer ". Kentaurernas banor är instabila och har dynamiska livstider på flera miljoner år [18] . Därför, sedan upptäckten av Chiron, har astronomer antagit att befolkningen av kentaurer måste fyllas på från någon extern källa [19] .

Nya bevis för existensen av Kuiperbältet har kommit från studiet av kometer . Det har länge varit känt att kometer har begränsade livstider. När de närmar sig solen förångar dess värme de flyktiga ämnena från deras yta till yttre rymden och förstör dem gradvis. Eftersom kometer inte försvann långt före vår tid måste denna population av himlakroppar ständigt fyllas på [20] . Man tror att ett av områdena från vilka sådan påfyllning kommer är " Oort-molnet ", en sfärisk svärm av kometer som sträcker sig över 50 000 AU . e. från solen, vars existens först lades fram av Jan Oort 1950 [21] . Man tror att långtidskometer, som Hale-Bopp-kometen med en omloppsperiod på årtusenden, har sitt ursprung i denna region.

Det finns dock en annan grupp kometer som kallas kortperiod- eller "periodkometer" med en omloppstid på mindre än 200 år - till exempel Halleys komet . På 1970-talet blev hastigheten för upptäckten av nya kortperiodiska kometer mindre och mindre förenlig med antagandet att de härstammar endast från Oorts moln [22] . För att ett Oorts molnobjekt ska bli en kortperiodisk komet måste det först fångas av jätteplaneterna. År 1980, i tidskriften Monthly Notices of the Royal Astronomical Society , beräknade Julio Fernandez att för varje komet som rör sig från Oorts moln in i det inre solsystemet, finns det 600 kometer som kastas ut i det interstellära rymden. Han föreslog att kometbältet var mellan 35 och 50 AU. e. kunde förklara det observerade antalet kometer [23] . Byggande på Fernandez arbete, 1988 körde ett team av kanadensiska astronomer inklusive Martin Duncan, Thomas Quinn och Scott Tremen en serie datorsimuleringar för att avgöra om alla kortperiodiska kometer kom från Oorts moln. De fann att inte alla kortperiodiga kometer kunde härstamma från detta moln - i synnerhet eftersom de är grupperade nära ekliptikplanet , medan Oorts molnkometer anländer från nästan vilken region som helst på himlen. Efter att bältet som beskrivits av Fernandez lagts till i beräkningarna blev modellen överensstämmande med observationer [24] . Eftersom orden "Kuiper" och "kometbälte" fanns i den första meningen i H. Fernandez artikel, kallade Tremen denna hypotetiska region i rymden för "Kuiperbältet" [25] .

Upptäckt

1987 tänkte astronomen David Jewitt ( MIT ) på allvar på "det yttre solsystemets skenbara tomhet" [6] . I ett försök att hitta andra föremål bortom Plutos omloppsbana sa han till sin doktorand Jane Lu , som hjälpte honom : "Om vi ​​inte gör det här, då kommer ingen att göra det" [26] . Med hjälp av teleskop från Kitt Peak-observatoriet i Arizona och Cierro Tololo-observatoriet i Chile sökte Jewit och Lou med en blinkkomparator , ungefär på samma sätt som Clyde Tombaugh och Charles Koval [26] . Inledningsvis tog kontroll av varje par av plattor upp till 8 timmar [27] , senare accelererades processen kraftigt med CCD-matriser , som trots ett smalare synfält samlade ljus mer effektivt (behöll 90 % av det mottagna ljuset, samtidigt som det var fotografiskt plattor - endast 10%), och tillät jämförelseprocessen på en datorskärm. Idag är CCD-matriser basen för de flesta astronomiska detektorer [28] . 1988 flyttade Jewitt till Astronomical Institute vid University of Hawaii . Därefter anslöt sig Lou till sitt arbete med 2,24-metersteleskopet vid Mauna Kea-observatoriet [29] . Senare ökades synfältet för CCD:erna till 1024 × 1024 pixlar, vilket ytterligare accelererade sökningen [30] . Efter 5 års letande, den 30 augusti 1992, tillkännagav Jewitt och Lou upptäckten av ett kandidatobjekt från Kuiperbältet (15760) 1992 QB 1 [6] . Sex månader senare hittade de en andra kandidat (181708) 1993 FW [31] .

Efter att de första kartorna över regionen bortom Neptunus gjordes visade forskning att den zon som nu kallas Kuiperbältet inte är ursprunget till kortperiodiska kometer. Faktum är att de bildas i en närliggande region som kallas den " spridda skivan ", som bildades vid den tidpunkt då Neptunus migrerade till solsystemets yttre kanter. Regionen som senare blev Kuiperbältet låg då mycket närmare solen. Neptunus lämnade efter sig en familj av dynamiskt stabila föremål, på vars rörelse den inte kan påverka på något sätt (Kuiperbältet självt), samt en separat grupp av föremål, vars perihelioner är tillräckligt nära solen så att Neptunus skulle kunna störa deras banor (spridd skiva). Eftersom den spridda skivan, till skillnad från det stabila Kuiperbältet, är dynamiskt aktiv, anses den idag vara den troliga källan till kortperiodiska kometer [8] .

Titel

Som ett erkännande av Kenneth Edgeworth hänvisar astronomer ibland till Kuiper-bältet som "Edgeworth-Kuiper-bältet" . Brian Marsden menar dock att ingen av dessa forskare förtjänar en sådan ära: "Varken Edgeworth eller Kuiper skrev om något liknande det vi nu observerar - Fred Whipple gjorde det " [32] . Det finns en annan åsikt - David Jewitt sa följande om detta problem: "Om vi ​​pratar om någons namn ... då förtjänar Fernandez mest äran att anses vara den person som förutspådde Kuiperbältet" [13] . Vissa grupper av forskare föreslår att man använder termen trans-neptuniskt objekt (TNO) för objekt i detta bälte som det minst kontroversiella. Dessa är dock inte synonymer, eftersom TNO avser alla objekt som kretsar kring Neptunus, och inte bara Kuiperbältsobjekt.

Bältesobjektkategorier

Den 26 maj 2008 är 1077 föremål från det trans-neptuniska bältet kända, som kan delas in i tre kategorier:

Det antas att föremålen i Kuiperbältet består av is med små föroreningar av organiskt material , det vill säga nära kometmaterial.

Den totala massan av Kuiperbältobjekt är hundratals gånger större än massan av asteroidbältet , men som förväntat är den betydligt sämre än massan av Oortmolnet . Man tror att det finns flera tusen kroppar i Kuiperbältet med en diameter på mer än 1000 km, cirka 70.000 med en diameter på mer än 100 km, och minst 450.000 kroppar med en diameter på mer än 50 km [35] .

Största Kuiperbältsobjekt

siffra namn Ekvatorial
diameter ( km ) 		Större halvaxel ,
en. e.		 Perihelion ,
en. e.		 Aphelios ,
a. e.		 Period av revolution
runt solen ( år )
 öppna Anteckningar
136199 Eris 2330 +10 / −10 [36] . 67,84 38,16 97,52 559 2005 i Arkiverad 31 januari 2018 på Wayback Machine [37]
134340 Pluto 2390 [38] 39,45 29,57 49,32 248 1930 i Arkiverad 18 februari 2017 på Wayback Machine [39] Plutino
136472 Makemake 1500 +400 / -200 [40] 45,48 38,22 52,75 307 2005 i Arkiverad 6 december 2020 på Wayback Machine
136108 Haumea ~1500 43,19 34,83 51,55 284 2005 i Arkiverad 1 november 2020 på Wayback Machine
134340 I Charon 1207 ± 3 [41] 39,45 29,57 49,32 248 1978 [39]
225088 Gungun ~1535 67,3 33,6 101,0 553 2016 i
50 000 Quaoar ~1100 43,61 41,93 45,29 288 2002 i Arkiverad 22 december 2016 på Wayback Machine
90482 Orc 946,3 +74,1 / −72,3 [40] 39,22 30,39 48,05 246 2004 i Arkiverad 22 december 2016 på Wayback Machine Plutino
55565 2002AW197 _ 940 47,1 41,0 53,3 323 2002 i Arkiverad 1 november 2020 på Wayback Machine
20 000 Varuna 874 [42] 42,80 40,48 45,13 280 2000 i Arkiverad 1 november 2020 på Wayback Machine
28978 Ixion < 822 [42] 39,70 30.04 49,36 250 2001 i Arkiverad 22 februari 2017 på Wayback Machine Plutino
55637 2002 UX 25 681 +116 / −114 [40] 42,6 36,7 48,6 278 2002 i Arkiverad 1 november 2020 på Wayback Machine

Anteckningar

  1. ↑ Alan Stern; Colwell, Joshua E. Collisional Erosion in the Primordial Edgeworth-Kuiper Belt and the Generation of the 30–50 AU Kuiper Gap  //  The Astrophysical Journal  : journal. - IOP Publishing , 1997. - Vol. 490 , nr. 2 . - s. 879-882 . - doi : 10.1086/304912 .
  2. ↑ Audrey Delsanti och David Jewitt . Solsystemet bortom planeterna . Institutet för astronomi, University of Hawaii . Hämtad 9 mars 2007. Arkiverad från originalet 25 september 2007.
  3. ↑ Krasinsky, G.A.; Pitjeva, EV ; Vasilyev, M.V.; Yagudina, E.I. Hidden Mass in the Asteroid Belt  (engelska)  // Icarus . - Elsevier , 2002. - Juli ( vol. 158 , nr 1 ). - S. 98-105 . - doi : 10.1006/icar.2002.6837 .
  4. ↑ Johnson, Torrence V.; och Lunine, Jonathan I.; Saturnus måne Phoebe som en fången kropp från det yttre solsystemet , Nature, Vol. 435, sid. 69-71
  5. ↑ Craig B. Agnor & Douglas P. Hamilton. Neptunus fångst av sin måne Triton i ett gravitationsmöte mellan en binär planet . Nature (2006). Hämtad 20 juni 2006. Arkiverad från originalet 21 juni 2007.
  6. ↑ 1 2 3 David Jewitt , Jane Luu. Upptäckt av kandidaten Kuiperbältesobjekt 1992 QB1 . Nature (1992). Hämtad 20 juni 2007. Arkiverad från originalet 4 juli 2012.
  7. ↑ David Jewitt . Kuiperbältssida . Hämtad 15 oktober 2007. Arkiverad från originalet 4 juli 2012.
  8. ↑ 1 2 Harold F. Levison, Luke Donnes. Comet Populations and Cometary Dynamics // Encyclopedia of the Solar System / Lucy Ann Adams McFadden, Paul Robert Weissman, Torrence V. Johnson. — 2:a. — Amsterdam; Boston: Academic Press , 2007, s. 575-588. — ISBN 0120885891 .
  9. ↑ Gerard Faure. BESKRIVNING AV SYSTEMET AV ASTEROIDER FRÅN 20 MAJ 2004 (2004). Hämtad 1 juni 2007. Arkiverad från originalet 29 maj 2007.
  10. ↑ Vad är felaktigt med termen "Kuiperbälte"? (eller varför döpa en sak efter en man som inte trodde att den fanns?)  (engelska) . International Comet Quarterly . Datum för åtkomst: 24 oktober 2010. Arkiverad från originalet den 4 juli 2012.
  11. ↑ Davies, John. Beyond Pluto: Utforska solsystemets yttre gränser  . - Cambridge University Press, 2001. - P. xii.
  12. ↑ Davies, sid. 2
  13. ↑ 12 David Jewitt . VARFÖR "KUIPER"-BÄLT? (engelska) . University of Hawaii . Hämtad 14 juni 2007. Arkiverad från originalet 4 juli 2012.  
  14. ↑ 12 Davies , sid. fjorton
  15. ↑ FRED L. WHIPPLE. BEVIS FÖR ETT KOMETBÄLTE UTAN NEPTUNE  . SMITHSONIAN ASTROPHYSICAL OBSERVATORY OCH HARVARD COLLEGE OBSERVATORY (1964). Hämtad 20 juni 2007. Arkiverad från originalet 4 juli 2012.
  16. ↑ CT Kowal, W Liller, BG Marsden . Upptäckten och omloppsbanan av /2060/ Chiron  (engelska) . Hale Observatories, Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics (1977). Hämtad 5 december 2010. Arkiverad från originalet 4 juli 2012.
  17. ↑ Foul Arkiverad 4 december 2019 på Wayback Machine 
  18. ↑ Horner, J.; Evans, NW; Bailey, ME Simulations of the Population of Centaurs I: The Bulk Statistics  (engelska)  : tidskrift. — The Journal of Business, 2004.
  19. ↑ Davies sid. 38
  20. ↑ David Jewitt . Från Kuiperbältsobjekt till Cometary Nucleus: The Missing Ultrared Matter  //  The Astronomical Journal  : journal. - 2002. - Vol. 123 , nr. 2 . - P. 1039-1049 . - doi : 10.1086/338692 .
  21. ↑ Oort, JH , Strukturen av kometmolnet som omger solsystemet och en hypotes om dess ursprung , Bull. Astron. Inst. Neth., 11 , sid. 91-110 (1950) Text på Harvard server (PDF) Arkiverad 3 juni 2016 på Wayback Machine 
  22. ↑ Davies sid. 39
  23. ↑ J. A. Fernandez. Om förekomsten av ett kometbälte bortom Neptunus  (engelska) . Observatorio Astronomico Nacional, Madrid (1980). - . Hämtad 20 juni 2007. Arkiverad från originalet 25 juli 2011.
  24. ↑ M. Duncan, T. Quinn och S. Tremaine. Ursprunget till kortperiodiska kometer  (engelska) . The Astrophysical Journal (1988). Hämtad 20 juni 2007. Arkiverad från originalet 4 juli 2012.
  25. ↑ Davies sid. 191
  26. ↑ 1 2 Davies sid. femtio
  27. ↑ Davies sid. 51
  28. ↑ Davies s. 52, 54, 56
  29. ↑ Davies s. 57, 62
  30. ↑ Davies sid. 65
  31. ↑ Marsden, Brian . 1993 F.W. Minor Planet Center (1993). — . Hämtad 28 juli 2015. Arkiverad från originalet 19 mars 2015.
  32. ↑ Davies sid. 199
  33. ↑ 1 2 Elkins-Tanton LT Uranus, Neptunus, Pluto och det yttre solsystemet. - New York: Chelsea House, 2006. - S. 127. - (Solsystemet). - ISBN 0-8160-5197-6 .
  34. ↑ Elkins-Tanton LT Uranus, Neptunus, Pluto och det yttre solsystemet. - New York: Chelsea House, 2006. - S. 131. - (Solsystemet). - ISBN 0-8160-5197-6 .
  35. ↑ Elkins-Tanton LT Uranus, Neptunus, Pluto och det yttre solsystemet. - New York: Chelsea House, 2006. - S. 126. - (Solsystemet). - ISBN 0-8160-5197-6 .
  36. ↑ Eris visade sig inte vara större än Pluto (otillgänglig länk) . Hämtad 21 december 2010. Arkiverad från originalet 13 januari 2011. 
  37. ↑ Syftar möjligen på spridda skivobjekt .
  38. ↑ D. R. Williams. Pluto faktablad . NASA (7 september 2006). Tillträdesdatum: 24 mars 2007. Arkiverad från originalet 20 augusti 2011.
  39. ↑ 1 2 Pluto och Charon bildar ett binärt system .
  40. ↑ 1 2 3 J. Stansberry, W. Grundy, M. Brown, et al. Fysiska egenskaper hos Kuiperbältet och Kentaurobjekt: Begränsningar från Spitzer Space Telescope  //  Solsystemet bortom Neptunus: journal. - University of Arizona Press, 2007. - Februari.
  41. ↑ B. Sicardy et al. Charons storlek och en övre gräns för dess atmosfär från en stjärnockultation  (engelska)  // Nature: journal. - 2006. - Vol. 439 . — S. 52 .
  42. ↑ 12 Wm . Robert Johnston. TNO/Centaur diametrar och albedos . Hämtad 5 april 2008. Arkiverad från originalet 8 februari 2012.

Litteratur

Länkar

  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk
I bibliografiska kataloger