Dr. Mike Brown ist Professor für Planetenastronomie am Caltech. Er ist am besten als der Mann bekannt, der Pluto getötet hat, dank der Entdeckung von Eris und anderen Kuipergürtel-Objekten durch sein Team. Wir baten ihn, uns zu helfen, diese ungewöhnliche Region unseres Sonnensystems zu erklären.
Kurz nachdem Pluto am 18. Februar 1930 von Clyde Tombaugh entdeckt wurde, begannen Astronomen zu theoretisieren, dass Pluto nicht allein im äußeren Sonnensystem war. Mit der Zeit begannen sie, die Existenz anderer Objekte in der Region zu postulieren, die sie bis 1992 entdecken würden. Kurz gesagt, die Existenz des Kuipergürtels – eines großen Trümmerfeldes am Rande des Sonnensystems – wurde theoretisiert, bevor es war jemals entdeckt.
Definition:
Der Kuiper-Gürtel (auch bekannt als Edgeworth-Kuiper-Gürtel) ist eine Region des Sonnensystems, die jenseits der acht großen Planeten existiert und sich von der Umlaufbahn des Neptuns (bei 30 AE) bis etwa 50 AE von der Sonne entfernt erstreckt. Es ähnelt dem Asteroidengürtel, da es viele kleine Körper enthält, die alle Überreste der Entstehung 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 die Dinge ein bisschen besser gelaufen wären, sie vielleicht selbst hätten zusammenkommen und den nächsten Planeten bilden können jenseits von Neptun. Aber stattdessen führte dies in der Geschichte des Sonnensystems, als Neptun entstand, dazu, dass diese Objekte nicht zusammenkommen konnten, also ist es 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 zu vermuten, die einfach noch nicht entdeckt worden waren.
Im selben Jahr schlug der Astronom Armin O. Leuschner vor, dass Pluto „eines von vielen noch zu entdeckenden Planetenobjekten mit langer Periode sein könnte“. 1943, imZeitschrift der British Astronomical Association, erläuterte Kenneth Edgeworth das Thema weiter. Laut Edgeworth war das Material innerhalb des ursprünglichen Sonnennebels jenseits von Neptun zu weit auseinander, um sich zu Planeten zu verdichten, und verdichtete sich daher eher zu einer Vielzahl kleinerer Körper.
1951 in einem Artikel für die ZeitschriftAstrophysik, 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 zu einem Kometen. Die Idee dieses „Kuiper-Gürtels“ ergab für Astronomen Sinn. Es half nicht nur zu erklären, warum es weiter draußen im Sonnensystem keine großen Planeten gab, es klärte auch bequem das Geheimnis, woher Kometen kamen.
1980, im Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society , spekulierte der uruguayische Astronom Julio Fernández, dass ein Kometengürtel zwischen 35 und 50 AE erforderlich wäre, um die beobachtete Anzahl von Kometen zu erklären.
Im Anschluss an die Arbeit von Fernández führte 1988 ein kanadisches Astronomenteam (ein Team von Martin Duncan, Tom Quinn und Scott Tremaine) eine Reihe von Computersimulationen durch und stellte fest, dass die Oortsche Wolke konnte nicht alle kurzperiodischen Kometen erklären . Mit einem „Gürtel“, wie Fernández es beschrieb, der den Formulierungen hinzugefügt wurde, stimmten die Simulationen mit den Beobachtungen überein.
Die Leichen im Kuipergürtel. Bildnachweis: Don Dixon
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 den Cerro Tololo Interamerikanisches Observatorium in Chile, um das äußere Sonnensystem zu durchsuchen. 1988 zog Jewitt in die Institut für Astronomie an der University of Hawaii, und Luu schloss sich ihm später an, um am Mauna Kea-Observatorium der Universität zu arbeiten.
Nach fünfjähriger Suche gaben Jewitt und Luu am 30. August 1992 die „ Entdeckung des in Frage kommenden Kuiper-Gürtelobjekts ” (15760) 1992 QB1. 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 „Kuiper-Gürtel“, anscheinend aufgrund der Tatsache, dass Fernández im einleitenden Satz seiner Arbeit die Wörter „Kuiper“ und „Kometengürtel“ verwendete. Obwohl dies der offizielle Name geblieben ist, verwenden Astronomen manchmal den alternativen Namen Edgeworth-Kuiper-Gürtel, um Edgeworth seine früheren theoretischen Arbeiten zuzuschreiben.
Einige Astronomen sind jedoch so weit gegangen zu behaupten, dass keiner dieser Namen richtig ist. Zum Beispiel Brian G. Marsden – ein britischer Astronom und langjähriger Direktor des Minor Planet Center (MPC) am Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics – behauptete, dass „weder Edgeworth noch Kuiper über etwas geschrieben haben, was auch nur annähernd so ähnlich ist wie das, was wir jetzt sehen, aber Fred Whipple (der amerikanische Astronom, der die Kometenhypothese vom „schmutzigen Schneeball“ aufgestellt hat) tat“.
Die Anordnung des Sonnensystems, einschließlich des Kuipergürtels und der Oortschen Wolke, im logarithmischen Maßstab. Bildnachweis: NASA
Darüber hinaus kommentierte David Jewitt: „Wenn überhaupt … Fernández fast die Ehre verdient, den Kuipergürtel vorhergesagt zu haben.“ Wegen der umstrittenen Namensgebung 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 bedeuten kann und nicht nur Objekte im Kuipergürtel.
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 der extremen Entfernung von der Erde ist die chemische Zusammensetzung von KBOs sehr schwer zu bestimmen.
Spektrographische Studien, die seit ihrer Entdeckung in der Region durchgeführt wurden, haben jedoch im Allgemeinen 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 ein breites Farbspektrum der KBOs, das von neutralem Grau bis hin zu tiefem Rot reicht.
Dies deutet darauf hin, dass ihre Oberflächen aus einer Vielzahl von Verbindungen bestehen, von schmutzigem Eis bis hin zu Kohlenwasserstoffen. 1996 haben Robert H. Brown et al. erhielt spektroskopische Daten über die KBO 1993 SC, die eine deutliche Ähnlichkeit mit der Oberflächenzusammensetzung von Pluto sowie von Neptuns Mond Triton mit großen Mengen an Methaneis zeigten.
Künstlerischer Vergleich der acht größten Kuipergürtel-Objekte. Bildnachweis: Lexikon/NASA Images
In mehreren KBOs wurde Wassereis entdeckt, darunter 1996 TO66, 38628 Huya und 20000 Varuna. In 2004, Mike Brownet al. haben die Existenz von kristallinem Wassereis und Ammoniakhydrat auf einem der größten bekannten KBOs, 50000 Quaoar, festgestellt. Beide Substanzen wären im Laufe der Zeit des Sonnensystems zerstört worden, was darauf hindeutet, dass Quaoar kürzlich wieder aufgetaucht war, entweder durch interne tektonische Aktivität oder durch Meteoriteneinschläge.
Neben Pluto im Kuipergürtel gibt es noch viele weitere erwähnenswerte Objekte. Quaoar, Makemake, Haumea, Orcus und Eris sind alle große eisige Körper im Gürtel. Einige von ihnen haben sogar eigene Monde. Diese sind alle ungeheuer weit weg und doch sehr greifbar.
Erkundung:
Am 19. Januar 2006 startete die NASA dieNeue HorizonteRaumsonde, um Pluto, seine Monde und ein oder zwei andere Kuipergürtel-Objekte zu studieren. Am 15. Januar 2015 begann die Raumsonde ihre Annäherung an den Zwergplaneten und wird voraussichtlich bis zum 14. Juli 2015 vorbeifliegen. Wenn sie das Gebiet erreicht, erwarten Astronomen auch einige interessante Fotos des Kuipergürtels.
Noch spannender ist die Tatsache, dass Umfragen anderer Sonnensysteme darauf hinweisen, dass unser Sonnensystem nicht einzigartig ist. Seit 2006 wurden weitere „Kuiper-Gürtel“ (d. h. eisige Trümmergürtel) rund um neun weitere Sternensysteme entdeckt. Diese scheinen in zwei Kategorien zu fallen: breite Gürtel mit Radien von über 50 AE und schmale Gürtel (wie unser eigener Kuiper-Gürtel) mit Radien zwischen 20 und 30 AE und relativ scharfen Grenzen.
Infrarot-Untersuchungen zufolge haben schätzungsweise 15-20% der sonnenähnlichen Sterne massive Kuiper-Gürtel-ähnliche Strukturen. Die meisten von ihnen scheinen ziemlich jung zu sein, aber zwei Sternensysteme – HD 139664 und HD 53143 , die 2006 vom Hubble-Weltraumteleskop beobachtet wurden – werden auf ein Alter von 300 Millionen Jahren geschätzt.
Der riesige und unerforschte Kuipergürtel ist die Quelle vieler Kometen und gilt als Ausgangspunkt für alle periodischen oder kurzperiodischen Kometen (d. h. solche mit einer Umlaufbahn von 200 Jahren oder weniger). Das bekannteste davon ist Der Halleysche Komet , die in den letzten 16.000 bis 200.000 Jahren aktiv war.
Zukunft des Kuipergürtels:
Als er zunächst über die Existenz eines Gürtels von Objekten jenseits von Neptun spekulierte, deutete Kuiper an, dass ein solcher Gürtel wahrscheinlich nicht mehr existierte. Natürlich haben spätere Entdeckungen 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 ungefähr 45 Grad über den Himmel – dieser große Materialstreifen, der gerade von Neptun aufgewühlt und aufgewühlt wurde. Und anstatt einen immer größeren Körper zu bilden, kollidieren sie heutzutage und zermahlen langsam zu Staub. Wenn wir in weiteren hundert Millionen Jahren zurückkommen, wird es keinen Kuipergürtel mehr geben.
Angesichts des Entdeckungspotenzials und der Erkenntnisse aus der Nähe zur Frühgeschichte unseres Sonnensystems freuen sich viele Wissenschaftler und Astronomen auf den Tag, an dem wir den Kuipergürtel genauer untersuchen können. Hier hoffen wir, dass dieNeue HorizonteMission ist nur der Anfang zukünftiger jahrzehntelanger Erforschung dieser mysteriösen Region!
Wir haben viele interessante Artikel hier bei Universe Today zum Thema über die Äußeres Sonnensystem und Trans-Neptunion-Objekte (TNOs) .
Und lesen Sie unbedingt diesen Artikel über die Planet Eris , der neueste Zwergplanet und das größte zu entdeckende TNO.
Und Astronomen erwarten, zu entdecken zwei weitere große Planeten in unserem Sonnensystem .
Universe Today hat auch ein Interview in voller Länge mit Mike Brown von Caltech.
Podcast (Audio): Herunterladen (Dauer: 4:28 – 4,1 MB)
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