In de vroege jaren dertig van de vorige eeuw ontdekten astronomen een nieuw object dat zich verder van de Zon bevindt dan Neptunus. Aangezien men nog niets wist over de werkelijke grootte van het object, dat al vlug de naam Pluto kreeg, ging men ervan uit dat het opnieuw een gasreus zou zijn zoals Uranus en Neptunus. Pluto werd dan ook gekroond tot de negende planeet van ons zonnestelsel.
Naarmate de wetenschappelijke technieken echter vorderden kwam men tot de conclusie dat de negende planeet eigenlijk geen gasreus is, maar slechts een kleine bol van ijs en rots die zelfs minder groot is als onze Maan. Tegenwoordig wordt algemeen aanvaard dat Pluto geen planeet is, maar een vroeg ontdekte transneptuniaan, een dwergplaneet uit de Kuipergordel.
Geschiedenis
De Kuipergordel is genoemd naar de Nederlands-Amerikaanse sterrenkundige Gerard Pieter Kuiper. Deze werd geboren op 7 december 1905 in het Noord-Hollandse Harenkarspel maar emigreerde al vlug naar de Verenigde Staten. Kuiper was een tijd werkzaam bij de sterrenwacht in Leiden waarna hij hoogleraar werd aan de universiteit van Chicago (VS). Gedurende zijn sterrenkundige loopbaan werkte hij ondermeer als assistent in het Lick Observatory en als hoofd van het Yerkes- en McDonald observatory. Als hoofd van het Ranger-programma van de NASA hield Gerard Kuiper zich voornamelijk bezig met het onderzoek van planeten, kometen en planetoïden. Hij is voornamelijk bekend als ontwikkelaar van een theorie over het ontstaan van het zonnestelsel, waarbij hij in 1951 het bestaan van een gordel van ijsdwergen buiten de baan van Neptunus suggereerde. Deze ijsdwergen zouden bestaan uit ijs en rotsen, de restanten van de vorming van ons zonnestelsel. Deze nieuwe theorie bood een verklaring voor het ontstaan van Pluto en verklaarde eveneens de oorsprong van kometen. Kuiper lanceerde zijn theorie nadat een collega, Jan Oort, beweerde dat er zich op een afstand van 100 000 astronomische eenheden een gordel (de Oorwolk) bevindt die de grens van ons zonnestelsel markeert. Kuiper leidde uit de theorie van Oort af dat er zich dichter bij de Zon eveneens zo'n gordel zou moeten bevinden.
Gerard Kuiper die in 1951 het bestaan van de Kuipergordel suggereerde.
Vele tientallen jaren lang bleef Pluto het enige bekende Kuipergordelobject, maar het onderzoek naar de gordel kwam in een stroomversnelling na de ontdekking van Pluto's grootste maan, Charon, waarna er in de jaren negentig van de vorige eeuw verschillende andere Kuipergordelobjecten werden ontdekt. Momenteel is het bestaan van verschillende Kuipergordelobjecten al aangetoond, waarvan er enkele vermoedelijk groter zijn dan Pluto.
De Kuipergordel
Zoals eerder al vermeld werd het bestaan van de Kuipergordel in 1951 gesuggereerd door de astronoom Gerard Kuiper. Deze gordel bestaat uit vele kleine, uit ijs en rots bestaande, objecten die ijsdwergen of transneptunianen genoemd worden. Algemeen genomen strekt de kuipergordel zich uit van bij de baan van Neptunus tot een heel stuk verder van de Zon, namelijk van 30 tot 50 AE. De meeste ijsdwergen zijn relatief klein en hebben een laag albedo (procentuele graad voor de hoeveelheid licht die gereflecteerd wordt) waardoor ze moeilijk te ontdekken zijn. Over de grootte van de meeste objecten bestaat wat onzekerheid maar men vermoedt dat de meesten tussen de 100 meter en 1 000 kilometer groot zijn. Wanneer we deze maatstaven hanteren, springen er meteen enkele objecten uit, waaronder Quaoar, Pluto en de recentelijk ontdekte 2003UB313. De laatste van deze drie is waarschijnlijk de grootste, met een diameter van (vermoedelijk) bijna 3 000 kilometer is het object, dat Xena gedoopt werd, zelfs groter dan de grootste planetoïde Ceres. Aangezien men nog geen nauwkeurige metingen heeft van het albedo van Xena is het wel mogelijk dat het object uiteindelijk minder groot blijkt te zijn dan eerst gedacht.
Een voorstelling van de Kuipergordel met de banen van enkele objecten aangeduid.
Elk object dat zich buiten de baan van Neptunus bevindt, valt onder de term 'transneptuniaan'. Dit zijn niet enkel Kuipergordelobjecten maar ook de Centaurs (een type planetoïde tussen Jupiter en Neptunus) en kometen. Wanneer een transneptuniaan ongeveer dezelfde baan als Pluto heeft, waardoor het lijkt alsof het object de planeet volgt, worden ze ook wel eens Plutino's te noemen. De term ijsdwerg slaat dan weer op een object dat deel uitmaakt van de Kuipergordel. De sterrenkundige Isaac Asimov deed nog voor de ontdekking van grote Kuipergordelobjecten de suggestie om elk object kleiner dan Mercurius maar groter dan Ceres aan te duiden met de term 'Mesoplaneet'. Op het moment van zijn suggestie voldeed enkel Pluto aan die voorwaarde, maar momenteel zijn het er reeds meer dan 8 (waaronder Sedna, Varuna en Xena).
Transneptunianen bewegen in dezelfde richting als planeten en planetoïden rond de Zon, maar aan een traag tempo. Een jaar duurt op een doorsnee ijsdwerg dan ook meerdere honderden jaren. Door de sterke zwaartekracht van de gasreuzen Uranus en Neptunus of door dichte naderingen tussen twee ijsdwergen komen sommige van deze objecten in een sterk elliptische baan rond de Zon terecht, die hen soms tot in de centrale delen van het zonnestelsel brengt. Wanneer er zo'n object uit de Kuipergordel naar de binnenste delen van ons zonnestelsel komt, hebben we meestal te maken met een kort-periodieke komeet. Eenmaal binnen de baan van Saturnus zal het ijs op het oppervlak van de, meestal kleine, ijsdwerg langzaam sublimeren waarbij er een staart gevormd wordt. Een klassieke misvatting is dat de staart van een komeet zich altijd achter de kern bevindt, maar dit is enkel het geval wanneer dat de komeet de Zon nadert. Eenmaal dat het object terug op weg is naar de buitendelen van het zonnestelsel (de kuipergordel) zal de staart voor de kern uit bewegen. Op het eerste zicht lijkt dit vreemd, maar de start ontstaat door dat de deeltjes weg van de Zon worden geblazen door de zonnewind. Hierdoor krijg je het vreemde effect van de staart die voor de komeet uit beweegt.
Een voorstelling van de Kuipergordel en de Oortwolk. Credit: NASA
Wanneer een komeet eenmaal voorbij het perihelium is (het punt op zijn baan dat het dichtst bij de Zon is gelegen), zal deze op weg gaan naar het aphelium, of het uiterste punt van zijn baan rond de Zon. Bij kortperiodieke kometen ligt dit punt meestal in de Kuipergordel, waar het object oorspronkelijk ook vandaan kwam. De omloopperiode van zo'n oude transneptuniaan bedraagt enkele jaren tot enkele honderden jaren. Met wat geluk kan een mens gedurende zijn leven eenzelfde komeet meerdere keren zien terugkeren aan het firmament, zoals de bekende komeet Halley met een omlooptijd van 76 jaar. Objecten die afkomstig zijn uit de Oortwolk hebben echter een omlooptijd van enkele duizenden tot zelfs honderdduizenden jaren, maar deze zijn meestal ook een heel stuk helderder en groter dan de exemplaren uit de Kuipergordel. Het bekendste voorbeeld van een langperiodieke komeet is waarschijnlijk Hale-Bobb die in 1997 de show stal aan de avondhemel.
Ook van Pluto en Charon is het bekend dat ze een elliptische baan hebben, waarbij de dwergplaneet regelmatig dichter bij de Zon staat dan Neptunus. Het feit dat Pluto een elliptische baan heeft, is een van de argumenten waarom Pluto vanaf 2006 officieel geen planeet meer mocht zijn. Doordat de andere planeten in bijna cirkelvormige banen rond de Zon bewegen, speelde dit een belangrijke rol in het opmaken van de definitie van een planeet. De baan van Pluto en Charon is natuurlijk nog niet zo elliptisch als die van de kometen. Een van de gangbare theorieën over de kortperiodieke kometen is dat deze mede door de sterke zwaartekracht van Jupiter worden weggeslingerd worden uit de Kuipergordel. Wanneer een object gedurende zijn reis van de buitenste naar de binnenste delen van ons zonnestelsel voorbij een gasreus komt, zal deze waarschijnlijk worden gevangen door de sterke zwaartekracht van de planeet. Aangezien verschillende manen van de vier gasreuzen (Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus) de typische kenmerken van een transneptuniaan hebben, vermoedt men dat dit ijsdwergen zijn die in de loop van de tijd ingevangen zijn in het zwaarteveld van de planeet. Zo was de grootste maan van Neptunus, Triton, waarschijnlijk ooit een ijsdwerg, net zoals het maantje Phoebe van Saturnus.
Naamgeving
Astronomen geven een nieuw object steeds eerst een voorlopige naam met het jaar van de ontdekking en een volgnummer. Zo werd het object 2003 UB313 in het jaar 2003 ontdekt en is het volgnummer van het object UB313. Een ander voorbeeld van zo'n tijdelijke naam is 2004 XP190, een object dat in 2004 werd ontdekt en het volgnummer XP190 kreeg. Eenmaal dat de precieze baan van het object bekend is, krijgt het een catalogusnummer van het Minor Planet Center. Zowel planetoïden als Kuipergordelobjecten worden opgenomen in dezelfde catalogus van Minor Planets of kleine objecten in ons zonnestelsel. Het object met nummer 1, de planetoïde Ceres, werd het eerst ontdekt terwijl het object met nummer 20 000, het Kuipergordelobject Varuna, het twintigduizendste gekende object is in de catalogus van het Minor Planet Center. Het instituut dat zich bezighoudt met het bijhouden, berekenen, controleren en verspreiden van deze gegevens is het Minor Planet Center (MPC) van het Smithsonian Astrophysical Observatory dat onder leiding staat van de Internationale Astronomische Unie (IAU). Tot slot mag de ontdekker nog een naam kiezen voor het object, hoewel dit niet altijd gebeurt. Indien deze naam goedgekeurd wordt door de IAU krijgt het nieuwe object de desbetreffende naam toegewezen. Let wel, de methode van naamgeving geldt enkel voor 'minor planets' en dus niet voor planeten, exoplaneten of andere objecten.
Objecten
Hieronder vind je een overzicht van de belangrijkste objecten in de Kuipergordel en hun vermoedelijke diameter. Van sommige objecten, zoals Pluto, is deze redelijk nauwkeurig bekend maar van anderen, waaronder Sedna, is er een foutenmarge van bijna 1000 kilometer. Nauwkeurigere waarnemingen zullen moeten uitwijzen hoe groot deze objecten in werkelijkheid zijn. Meer informatie over enkele van deze objecten is terug te vinden in de afzonderlijke artikels in de categorie over de Kuipergordel.
Enkele grote Kuipergordelobjecten en de Maan op dezelfde schaal vergeleken. Credit: Nicholas Shanks
- 2003 UB313 (2398 km ± 96 km)
- Pluto (2320 km)
- Charon (1270 km)
- S/2005 P1
- S/2005 P2
- Makemake (1300 - 1900 km)
- Sedna (850 - 1750 km)
- Orcus (~ 1600 km)
- Quaoar (~ 1250 km)
- Ixion (~ 1065 km)
- Varuna (~ 900 km)
Onderzoek naar de Kuipergordel
Ondanks de grote afstanden en lage helderheid van de ijsdwergen verloopt het onderzoek naar de Kuipergordel relatief vlot. Via jarenlange waarneemprogramma's slaagt men erin om de zwakke objecten terug te vinden door beelden genomen op verschillende tijdstippen te vergelijken. Doordat een transneptuniaan rond de Zon draait, net zoals elk ander object in het zonnestelsel, kan men het object na een tijdje zien verschuiven ten opzichte van de achtergrond van 'vaste' sterren. Heel de hemel voortdurend afspeuren is de meest gebruikelijke methode om transneptunianen en planetoïden te zoeken maar het kan ook anders. Zo ondervond de ruimtesonde Pioneer-10 gedurende een 40-tal dagen een gravitationele invloed, waardoor de sonde lichtjes van baan veranderde, terwijl hij de kuipergordel doorvloog. Hieruit heeft men kunnen afleiden dat de Pioneer in de nabijheid van een ijsdwerg is gepasseerd. Om welk object het gaat is momenteel nog steeds onbekend aangezien men geen verdere gegevens heeft kunnen verzamelen.
Op 19 januari 2006 werd ook de eerste ruimtesonde naar Pluto en de Kuipergordel gelanceerd. New Horizons moet tegen 2015 aankomen bij Pluto om daar de momenteel nog grotendeels onbekende wereld van de Kuipergordel te gaan onderzoeken. Meer informatie over de ruimtesonde zelf is terug te vinden in de sectie ruimtevaart.
