ดร. เราขอให้เขาช่วยเราอธิบายภูมิภาคที่ผิดปกติของระบบสุริยะของเรา
ไม่นานหลังจากพลูโตถูกค้นพบโดยไคลด์ทอมบอฟเมื่อวันที่ 18 กุมภาพันธ์ 1930 นักดาราศาสตร์เริ่มตั้งทฤษฎีว่าพลูโตไม่ได้อยู่คนเดียวในระบบสุริยะรอบนอก ในเวลานั้นพวกเขาเริ่มที่จะอ้างถึงการมีอยู่ของวัตถุอื่น ๆ ในภูมิภาคซึ่งพวกเขาจะค้นพบในปี 1992 โดยสรุปการมีอยู่ของแถบไคเปอร์ - เขตเศษซากขนาดใหญ่ที่ขอบของระบบสุริยะ - ถูกตั้งทฤษฎีก่อนที่มันจะเป็น เคยค้นพบ
ความหมาย:
แถบไคเปอร์ (หรือเรียกอีกอย่างว่าเข็มขัด Edgeworth - Kuiper) เป็นพื้นที่ของระบบสุริยจักรวาลที่มีอยู่นอกเหนือจากดาวเคราะห์แปดดวงหลักยื่นออกมาจากวงโคจรของดาวเนปจูน (ที่ 30 AU) ถึงประมาณ 50 AU จากดวงอาทิตย์ มันคล้ายกับแถบดาวเคราะห์น้อยซึ่งมันมีวัตถุขนาดเล็กจำนวนมากที่เหลือทั้งหมดจากการก่อตัวของระบบสุริยะ
แต่แตกต่างจากแถบดาวเคราะห์น้อยมันมีขนาดใหญ่กว่า - กว้างถึง 20 เท่าและใหญ่กว่า 20 ถึง 200 เท่า ดังที่ Mike Brown อธิบาย:
Kuiper Belt เป็นชุดของวัตถุที่อยู่นอกวงโคจรของดาวเนปจูนซึ่งถ้าไม่มีอะไรเกิดขึ้นถ้าเนปจูนไม่ได้ก่อตัวขึ้นหรือหากสิ่งต่าง ๆ ดีขึ้นไปอีกเล็กน้อยบางทีพวกมันอาจจะรวมตัวกันและก่อตัวดาวเคราะห์ดวงต่อไป เกินเนปจูน แต่ในประวัติศาสตร์ของระบบสุริยะเมื่อดาวเนปจูนก่อตัวขึ้นมันนำไปสู่วัตถุเหล่านี้ที่ไม่สามารถรวมตัวกันได้ดังนั้นมันจึงเป็นเพียงวัตถุที่อยู่เหนือเนปจูน
การค้นพบและการตั้งชื่อ:
หลังจากการค้นพบพลูโตของ Tombaugh ไม่นานนักดาราศาสตร์ก็เริ่มไตร่ตรองการมีอยู่ของประชากรวัตถุทรานส์ - เนปทูเนียนในระบบสุริยะรอบนอก คนแรกที่แนะนำสิ่งนี้คือ Freckrick C. Leonard ผู้เริ่มแนะนำการมีอยู่ของ“ วัตถุที่มีรูปร่างคล้ายเนปจูนอันเดียว” เหนือดาวพลูโตที่ยังไม่ถูกค้นพบ
ในปีเดียวกันนั้นนักดาราศาสตร์ Armin O. Leuschner แนะนำว่าดาวพลูโต“ อาจเป็นหนึ่งในวัตถุดาวเคราะห์ระยะยาวจำนวนมากที่ยังไม่ถูกค้นพบ” ในปีพ. ศ. 2486 วารสารสมาคมดาราศาสตร์อังกฤษ, Kenneth Edgeworth อธิบายเพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้เพิ่มเติม จากข้อมูลของ Edgeworth วัสดุภายในเนบิวลาสุริยะยุคแรกที่อยู่นอกเนปจูนนั้นมีระยะห่างเกินกว่าที่จะควบแน่นเป็นดาวเคราะห์และค่อนข้างจะรวมตัวกันเป็นร่างเล็ก ๆ จำนวนมาก
ในปี 1951 ในบทความสำหรับวารสาร ดาราศาสตร์เจอราร์ดไคเปอร์นักดาราศาสตร์ชาวดัตช์คนนั้นคาดเดาแผ่นดิสก์ที่คล้ายกันซึ่งก่อตัวขึ้นในช่วงต้นของวิวัฒนาการระบบสุริยะ ในบางครั้งวัตถุเหล่านี้จะเข้าสู่ระบบสุริยะวงในและกลายเป็นดาวหาง แนวคิดของ“ Kuiper Belt” นี้สมเหตุสมผลสำหรับนักดาราศาสตร์ ไม่เพียง แต่ช่วยอธิบายว่าทำไมไม่มีดาวเคราะห์ขนาดใหญ่ในระบบสุริยะอีกต่อไป แต่ยังรวมถึงความลึกลับของแหล่งที่มาของดาวหางด้วย
ในปี 1980 ในการประกาศรายเดือนของสมาคมดาราศาสตร์ Royal นักดาราศาสตร์ชาวอุรุกวัย Julio Fernándezคาดการณ์ว่าเข็มขัดดาวหางที่อยู่ระหว่าง 35 และ 50 AU จะต้องใช้บัญชีสำหรับจำนวนดาวหางที่สังเกต
การติดตามผลงานของFernándezในปี 1988 ทีมนักดาราศาสตร์ชาวแคนาดา (ทีม Martin Duncan, Tom Quinn และ Scott Tremaine) ได้ทำการจำลองคอมพิวเตอร์จำนวนหนึ่งและพบว่ากลุ่มเมฆ Oort ไม่สามารถหาดาวหางระยะสั้นทั้งหมดได้ ด้วย "เข็มขัด" ตามที่Fernándezอธิบายไว้เพิ่มเข้ากับสูตรทำให้การจำลองจับคู่กับข้อสังเกต
ในปี 1987 นักดาราศาสตร์ David Jewitt (จากที่ MIT) และนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Jane Luu เริ่มใช้กล้องโทรทรรศน์ที่หอดูดาว Kitt Peak National Observatory ในรัฐแอริโซนาและ Cerro Tololo Inter-American Observatory ในชิลีเพื่อค้นหาระบบสุริยะรอบนอก ในปี 1988 จิววิตต์ย้ายไปที่สถาบันดาราศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยฮาวายและต่อมา Luu ได้เข้าร่วมทำงานที่หอดูดาว Mauna Kea ของมหาวิทยาลัย
หลังจากการค้นหาห้าปีในวันที่ 30 สิงหาคม 2535 จิววิตต์และลูประกาศว่า“ การค้นพบวัตถุแถบไคเปอร์ผู้สมัคร” (15760) 1992 QB1 หกเดือนต่อมาพวกเขาค้นพบวัตถุชิ้นที่สองในภูมิภาค (181708) 1993 FW หลายคนจะทำตาม ...
ในปี 1988 กระดาษของพวกเขา Tremaine และเพื่อนร่วมงานของเขาอ้างถึงพื้นที่สมมุตินอกเนปจูนว่า "Kuiper Belt" เนื่องจากเห็นได้ชัดว่าFernándezใช้คำว่า "Kuiper" และ "ดาวหางดาวหาง" ในประโยคเปิดของกระดาษของเขา ในขณะที่สิ่งนี้ยังคงเป็นชื่อทางการ แต่บางครั้งนักดาราศาสตร์ก็ใช้เข็มขัด Edgeworth-Kuiper ทางเลือกเพื่อให้เครดิตแก่ Edgeworth สำหรับผลงานทางทฤษฎีก่อนหน้านี้
อย่างไรก็ตามนักดาราศาสตร์บางคนไปไกลจนอ้างว่าไม่มีชื่อเหล่านี้ถูกต้อง ตัวอย่างเช่น Brian G. Marsden นักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษและผู้อำนวยการ Minor Planet Center (MPC) มานานที่ศูนย์ดาราศาสตร์ฟิสิกส์ฮาร์วาร์ด - สมิ ธ โซเนียนอ้างว่า“ ทั้ง Edgeworth และ Kuiper เขียนถึงสิ่งที่อยู่ในระยะไกล แต่เฟร็ดวิปเปิ้ล (นักดาราศาสตร์ชาวอเมริกันผู้ตั้งสมมติฐาน "ดาวหิมะสกปรก")
ยิ่งกว่านั้น David Jewitt ให้ความเห็นว่า“ หากมีอะไร ... เฟอร์นันเดซเกือบจะสมควรได้รับเครดิตจากการคาดคะเนแถบไคเปอร์” เนื่องจากข้อโต้แย้งที่เกี่ยวข้องกับชื่อของมันจึงแนะนำให้ใช้คำว่า trans-Neptunian object (TNO) สำหรับวัตถุในแถบคาดการณ์โดยกลุ่มวิทยาศาสตร์หลายกลุ่ม อย่างไรก็ตามสิ่งนี้ถือว่าไม่เพียงพอโดยผู้อื่นเนื่องจากสิ่งนี้อาจหมายถึงวัตถุใด ๆ ที่อยู่นอกวงโคจรของเนปจูนและไม่ใช่แค่วัตถุในแถบไคเปอร์
ส่วนประกอบ:
มีการค้นพบวัตถุมากกว่าพันรายการในแถบไคเปอร์และมีทฤษฎีว่ามีวัตถุขนาดใหญ่กว่า 100,000 กม. ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 100,000 วัตถุ เมื่อพิจารณาจากขนาดที่เล็กและระยะทางที่ไกลจากโลกการแต่งหน้าทางเคมีของ KBO นั้นยากที่จะตัดสินได้
อย่างไรก็ตามการศึกษาทางสเปกโตรกราฟที่ดำเนินการในภูมิภาคตั้งแต่การค้นพบได้ระบุว่าสมาชิกส่วนใหญ่ประกอบด้วย ices: ส่วนผสมของไฮโดรคาร์บอนแสง (เช่นมีเธน), แอมโมเนียและน้ำแข็งน้ำ - องค์ประกอบที่พวกเขาร่วมกับดาวหาง การศึกษาเบื้องต้นยังยืนยันว่ามีสีหลากหลายในหมู่ KBOs ตั้งแต่สีเทากลางไปจนถึงสีแดงเข้ม
สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่าพื้นผิวของพวกมันประกอบด้วยสารประกอบหลากหลายตั้งแต่น้ำแข็งที่สกปรกจนถึงไฮโดรคาร์บอน ในปี 1996 Robert H. Brown และคณะ ได้รับข้อมูลทางสเปกโทรสโกปีบน KBO 1993 SC เผยให้เห็นองค์ประกอบพื้นผิวที่มีความคล้ายคลึงกับดาวพลูโตเช่นเดียวกับดวงจันทร์ไทรทันของเนปจูนมีน้ำแข็งมีเธนจำนวนมาก
ตรวจพบน้ำแข็งในหลาย KBO รวมทั้ง 1996 ถึง66, 38628 Huya และ 20,000 Varuna ในปี 2004 Mike Brown และคณะ พิจารณาการดำรงอยู่ของน้ำแข็งน้ำผลึกและแอมโมเนียไฮเดรตบนหนึ่งใน KBO ที่รู้จักกันดีที่สุดคือ 50,000 Quaoar สารทั้งสองนี้จะถูกทำลายไปตามอายุของระบบสุริยะซึ่งบ่งชี้ว่า Quaoar เพิ่งถูกนำกลับมาใช้ใหม่ไม่ว่าจะโดยกิจกรรมการแปรสัณฐานภายในหรือจากผลกระทบของอุกกาบาต
การทำให้ บริษัท พลูโตอยู่ในแถบไคเปอร์เป็นวัตถุอื่น ๆ ที่ควรค่าแก่การกล่าวถึง Quaoar, Makemake, Haumea, Orcus และ Eris ล้วนเป็นน้ำแข็งขนาดใหญ่ในแถบ หลายคนมีดวงจันทร์เป็นของตัวเอง สิ่งเหล่านี้ล้วนอยู่ไกลออกไปอย่างมากและยังอยู่ไม่ไกลมาก
สำรวจ:
ในวันที่ 19 มกราคม 2549 องค์การนาซ่าเปิดตัว นิวฮอริซอน ยานสำรวจอวกาศเพื่อศึกษาพลูโตดวงจันทร์และวัตถุแถบไคเปอร์อีกหนึ่งหรือสองดวง เมื่อวันที่ 15 มกราคม 2558 ยานอวกาศเริ่มเข้าสู่ดาวเคราะห์แคระและคาดว่าจะทำการบินผ่านเมื่อวันที่ 14 กรกฎาคม 2558 เมื่อมาถึงพื้นที่นักดาราศาสตร์ก็คาดหวังว่าจะมีภาพถ่ายน่าสนใจหลายอย่างของแถบไคเปอร์เช่นกัน
สิ่งที่น่าตื่นเต้นยิ่งกว่านั้นคือการสำรวจระบบสุริยะอื่น ๆ บ่งชี้ว่าระบบสุริยะของเรานั้นไม่เหมือนใคร ตั้งแต่ปี 2006 มีการค้นพบ "แถบไคเปอร์" อื่น ๆ (เช่นเข็มขัดเศษน้ำแข็ง) ค้นพบรอบระบบดาวอื่นอีกเก้าระบบ สิ่งเหล่านี้ดูเหมือนจะแบ่งออกเป็นสองประเภท: เข็มขัดกว้างที่มีรัศมีมากกว่า 50 AU และสายพานแคบ (เช่นแถบไคเปอร์ของเราเอง) ที่มีรัศมีระหว่าง 20 ถึง 30 AU และขอบเขตที่ค่อนข้างแหลม
จากการสำรวจด้วยอินฟราเรดเชื่อว่าดาวฤกษ์ประเภทแสงอาทิตย์ประมาณ 15-20% เชื่อว่ามีโครงสร้างคล้ายแถบไคเปอร์ขนาดใหญ่ สิ่งเหล่านี้ส่วนใหญ่ดูเหมือนจะอายุน้อย แต่ระบบดาวสองดวง - HD 139664 และ HD 53143 ซึ่งถูกตรวจพบโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลในปี 2549 นั้นมีอายุประมาณ 300 ล้านปี
เข็มขัด Kuiper นั้นกว้างใหญ่และยังไม่ได้สำรวจแหล่งที่มาของดาวหางมากมายและเชื่อกันว่าเป็นจุดกำเนิดของดาวหางเป็นระยะหรือระยะสั้นทั้งหมด (เช่นดวงที่มีวงโคจรยาวนาน 200 ปีหรือน้อยกว่า) สิ่งที่มีชื่อเสียงที่สุดคือ Comet ของ Halley ซึ่งมีอายุการใช้งานมาแล้ว 16,000–200,000 ปี
อนาคตของแถบไคเปอร์
เมื่อตอนแรกเขาคาดการณ์เกี่ยวกับการมีอยู่ของเข็มขัดวัตถุที่อยู่นอกเหนือดาวเนปจูน Kuiper ระบุว่าเข็มขัดดังกล่าวอาจไม่มีอยู่อีกต่อไป แน่นอนการค้นพบครั้งต่อไปได้พิสูจน์แล้วว่าสิ่งนี้ผิด แต่สิ่งหนึ่งที่ Kuiper พูดถูกคือความคิดที่ว่าวัตถุทรานส์เนปจูนเนี่ยนจะไม่คงอยู่ตลอดไป ดังที่ Mike Brown อธิบาย:
เราเรียกมันว่าเข็มขัด แต่มันเป็นเข็มขัดที่กว้างมาก มันเหมือน 45 องศาทั่วท้องฟ้า - วัสดุชิ้นใหญ่ชิ้นนี้ซึ่งเพิ่งถูกดาวเนปจูนถูกปั่นและถูกปั่นป่วน และทุกวันนี้แทนที่จะสร้างร่างกายที่ใหญ่กว่าและใหญ่กว่าพวกเขาเพียง แต่ปะทะกันและค่อยๆบดให้เป็นฝุ่น หากเรากลับมาอีกในอีกร้อยล้านปีจะไม่มีแถบไคเปอร์เหลืออยู่
ด้วยศักยภาพในการค้นพบและการตรวจสอบอย่างใกล้ชิดสามารถสอนเราเกี่ยวกับประวัติต้นของระบบสุริยะของเรานักวิทยาศาสตร์และนักดาราศาสตร์หลายคนรอคอยจนถึงวันที่เราสามารถตรวจสอบแถบไคเปอร์ในรายละเอียดเพิ่มเติม นี่คือความหวังว่า นิวฮอริซอน ภารกิจเป็นเพียงจุดเริ่มต้นของการวิจัยในอนาคตอันยาวนานในภูมิภาคลึกลับนี้!
เรามีบทความที่น่าสนใจมากมายที่นิตยสารอวกาศในหัวข้อเรื่องระบบสุริยะรอบนอกและวัตถุทรานส์เนปจูนเนียน (TNOs)
และอย่าลืมอ่านบทความนี้เกี่ยวกับดาวเคราะห์ Eris ดาวเคราะห์แคระล่าสุดและ TNO ที่ใหญ่ที่สุดที่จะค้นพบ
และนักดาราศาสตร์คาดว่าจะค้นพบดาวเคราะห์ขนาดใหญ่อีกสองดวงในระบบสุริยะของเรา
นิตยสาร Space ยังมีการสัมภาษณ์เต็มความยาวกับ Mike Brown จาก Caltech
พอดคาสต์ (เสียง): ดาวน์โหลด (ระยะเวลา: 4:28 - 4.1MB)
สมัครสมาชิก: Apple Podcasts | Android | RSS
พอดคาสต์ (วิดีโอ): ดาวน์โหลด (82.7MB)
สมัครสมาชิก: Apple Podcasts | Android | RSS
