Nei confini esterni del Sistema Solare, oltre l'orbita di Nettuno, si trova una regione permeata da oggetti celesti e pianeti minori. Questa regione è conosciuta come la "Cintura di Kuiper", ed è chiamata in onore dell'astronomo del 20 ° secolo che ha speculato sull'esistenza di un tale disco decenni prima che fosse osservato. Questo disco, pensò, era la fonte dei sistemi solari di molte comete e la ragione per cui non c'erano pianeti di grandi dimensioni oltre Nettuno.
Gerard Kuiper è anche considerato da molti come il "padre della scienza planetaria". Durante gli anni '60 e '70, ha svolto un ruolo cruciale nello sviluppo dell'astronomia nell'aria a infrarossi, una tecnologia che ha portato a molte scoperte cruciali che sarebbero state impossibili usando osservatori terrestri. Allo stesso tempo, aiutò a catalogare gli asteroidi, osservò la Luna, Marte e il Sistema Solare esterno e scoprì nuove lune.
Primi anni di vita:
Gerard Kuiper, nata Gerrit Kuiper, è nata il 7 dicembre 1905, nel villaggio di Harenkarspel, nell'Olanda settentrionale. Da bambino aveva una vista straordinariamente acuta ed era in grado di vedere magnitudo 7,5 stelle ad occhio nudo (che sono circa quattro volte più deboli della maggior parte delle stelle visibili ad occhio nudo). La sua vista acuta ha suscitato il suo interesse per l'astronomia, che era evidente fin dalla tenera età.
Formazione scolastica:
Nel 1924, Kuiper iniziò a studiare all'Università di Leida, dove studiò anche il famoso astronomo olandese del XVII secolo Christiaan Huygens. All'epoca un gran numero di astronomi si era radunato all'università e Kuiper continuò a fare amicizia con molti di loro. Tra i suoi insegnanti c'erano il collega astronomo olandese Jan Oort (per il quale viene chiamata la Oort Cloud) e Paul Ehrenfest, il fisico austriaco-olandese che sviluppò la teoria della transizione di fase della meccanica quantistica.
Nel 1927, ha ricevuto il suo B.Sc. in astronomia e proseguì dritto negli studi universitari. Nel 1933, terminò la sua tesi di dottorato su stelle binarie e poi viaggiò in California per diventare membro dell'Osservatorio Lick. Nel 1935, lasciò il lavoro all'Osservatorio del Harvard College, dove incontrò la sua futura moglie, Sarah Parker Fuller. I due si sposarono il 20 giugno 1936.
Risultati in Astronomia:
Nel 1937, Kuiper prese posizione all'Osservatorio Yerkes dell'Università di Chicago e divenne cittadino americano. Nel corso dei prossimi decenni, partecipò a numerosi sondaggi astronomici e fece molte scoperte che avanzarono nel campo della scienza planetaria. Il primo arrivò tra il 1944 e il 1947, mentre osservava Marte e il sistema solare esterno.
Usando i telescopi terrestri, Kuiper confermò l'esistenza di un'atmosfera ricca di metano sopra Titano (la più grande luna di Saturno). Nel 1947, usò metodi simili per scoprire che l'anidride carbonica era un componente importante dell'atmosfera di Marte. Nello stesso anno, predisse che gli anelli di Saturno erano composti principalmente da particelle di ghiaccio e scoprì Miranda, la quinta luna di Urano.
Nel 1949, Kuiper iniziò il sondaggio sugli asteroidi Yerkes-McDonald, uno studio fotometrico sugli asteroidi condotto dall'Università di Chicago e dall'Università del Texas ad Austin, che andò dal 1950 al 1952. All'epoca, il sondaggio era limitato a magnitudo 16 asteroidi , ma ha anche aperto la strada al sondaggio Palomar-Leiden, anch'esso avviato da Kuiper, nel 1961.
Questo sforzo di collaborazione ha coinvolto il Lunar and Planetary Laboratory (LPL) in Arizona, l'Osservatorio Palomar di San Diego e l'Osservatorio di Leida nei Paesi Bassi (Alma Mater di Kuiper). Questo sondaggio ha utilizzato lastre fotografiche scattate dalla LPL con la fotocamera Schmidt da 48 pollici presso l'Osservatorio Palomar.
Una volta scoperti pianeti minori (e asteroidi con magnitudo maggiore di 20), i loro elementi orbitali sono stati calcolati all'Osservatorio di Cincinnati, con tutti gli altri aspetti del programma - compresa l'analisi delle fotografie - condotti all'Osservatorio di Leida. Questo sondaggio ha portato alla scoperta di un gran numero di asteroidi, con circa 200-400 asteroidi scoperti per piastra e un totale di 130 piastre utilizzate.
Nel 1956, Kuiper dimostrò che le calotte polari di Marte non erano composte da biossido di carbonio, come si pensava in precedenza, e invece erano composte da ghiaccio d'acqua. Negli anni '60, Kuiper aiutò anche a identificare i siti di atterraggio sulla Luna per il programma Apollo e persino predisse quale sarebbe stata la superficie della Luna su cui camminare. Le sue affermazioni secondo cui la superficie lunare sarebbe “come una neve croccante” furono confermate nel 1969 dall'astronauta Neil Armstrong.
Fu anche negli anni '60 che Kuiper diede il suo fondamentale contributo allo sviluppo dell'astronomia nell'aria a infrarossi. Nel 1967, i velivoli Convair 990 a quattro motori della NASA furono disponibili con un telescopio di bordo, che veniva utilizzato per condurre studi a infrarossi a un'altitudine di 12.192 metri (40.000 piedi). Kuiper lo usò ampiamente per fare studi spettroscopici del Sole, delle stelle e dei pianeti solari.
Kuiper trascorse gran parte della sua carriera all'Università di Chicago, ma si trasferì a Tucson, in Arizona, nel 1960 per fondare il Lunar and Planetary Laboratory all'Università dell'Arizona. Per i suoi colleghi, Gerard era noto per essere un capo esigente, la cui routine includeva un duro lavoro e lunghe ore. Dale Cruikshank, un collega scienziato che lavorava alla LPL sotto Kuiper, affermò che:
“Ha lavorato molto duramente se stesso e ha richiesto la stessa dedizione, devozione e serietà da parte di tutti coloro che lo circondavano. Se non l'hanno dato o se non si sono esibiti, si sono scontrati con lui. Questo vale per gli studenti. Si applicava anche a colleghi docenti, tecnici associati e ingegneri, chiunque lo circondasse. Ma allo stesso tempo, aveva un lato umoristico, un lato caldo, un lato personale che era in qualche modo attraente. "
Ma sebbene difficile da lavorare, Kuiper era anche noto per avere un lato caloroso e un senso dell'umorismo. Era anche orgoglioso di essere ben informato e di circondarsi di persone che conoscevano cose che lui non sapeva. Kuiper fu il direttore del laboratorio fino alla sua morte nel 1973.
La cintura di Kuiper:
La possibile esistenza di una popolazione trans-nettuniana di oggetti era stata ipotizzata da poco dopo la scoperta di Plutone nel 1930. Uno dei primi fu l'astronomo Armin O. Leuschner, che nel 1930 suggerì che Plutone "potrebbe essere uno dei tanti lunghi- periodo oggetti planetari ancora da scoprire. "
Nel 1943, nel Diario della British Astronomical AssociationKenneth Edgeworth spiegò ulteriormente l'argomento, sostenendo che il materiale all'interno della nebulosa solare primordiale oltre Nettuno era troppo ampio per condensarsi in pianeti, e quindi piuttosto condensato in una miriade di corpi più piccoli.
Nel 1951, in un articolo per la rivista Astrofisica, Gerard Kuiper ha ipotizzato come un disco simile avrebbe potuto formarsi all'inizio dell'evoluzione del sistema solare. Occasionalmente uno degli oggetti di questo disco si aggirava nel Sistema Solare interno e diventava una cometa, ha affermato, spiegando così le origini delle comete e offrendo anche una spiegazione del perché non esistessero grandi pianeti oltre Nettuno.
Tuttavia, sarebbero trascorsi molti decenni prima che l'esistenza di questo disco fosse dimostrata e gli fosse stato assegnato un nome. Il primo passo arrivò nel 1980, quando l'astronomo uruguaiano Julio Fernández presentò un documento alle comunicazioni mensili della Royal Astronomical Society in cui ipotizzava che una cintura di comete compresa tra 35 e 50 UA sarebbe stata tenuta a rendere conto del numero osservato di comete . Era questo documento che gli astronomi successivi avrebbero attinto quando sarebbe arrivato il momento di nominare la cintura.
Nel 1987, l'astronomo David Jewitt del MIT e la studentessa laureata Jane Luu hanno iniziato a utilizzare i telescopi all'Osservatorio nazionale di Kitt Peak in Arizona e all'Osservatorio interamericano di Cerro Tololo in Cile per cercare il sistema solare esterno. Dopo cinque anni di ricerche, il 30 agosto 1992, Jewitt e Luu hanno annunciato il "Discovery of the candidate Kuiper belt object" (15760) 1992 QB1. Sei mesi dopo, scoprirono un secondo oggetto nella regione, (181708) 1993 FW, e molti altri seguirono.
Allo stesso modo, nel 1988, un team di astronomi canadesi (team di Martin Duncan, Tom Quinn e Scott Tremaine) iniziò a eseguire simulazioni al computer che determinarono che la nuvola di Oort non poteva tenere conto di tutte le comete di breve periodo. Con una "cintura", come la descriveva Fernández, aggiunta alle formulazioni, le simulazioni corrispondevano alle osservazioni.
Nel loro articolo del 1988, Tremaine e i suoi colleghi si riferirono all'ipotetica regione oltre Nettuno come "Cintura di Kuiper", apparentemente a causa del fatto che Fernández usò le parole "Kuiper" e "Cintura di comete" nella frase di apertura del suo articolo. Mentre questo è rimasto il nome ufficiale, gli astronomi a volte usano il nome alternativo "Edgeworth-Kuiper Belt" per accreditare Edgeworth per il suo precedente lavoro teorico.
Morte ed eredità:
Gerard Kuiper morì nel 1973 mentre era in vacanza con sua moglie in Messico, dove ebbe un infarto fatale. A causa dei suoi numerosi successi e della sua lunga storia di lavoro nel campo dell'astronomia, ha ricevuto molti riconoscimenti nel corso degli anni. Questi includono nominare la Cintura di Kuiper in suo onore, così come nominare l'oggetto cintura di asteroidi 2520 P – L dopo di lui (aka. 1776 Kuiper).
Tre crateri sono stati anche nominati in suo onore: il cratere Kuiper sulla Luna, il cratere Kuiper su Marte e il cratere Kuiper su Mercurio. A causa del suo lavoro in astronomia aerotrasportata, anche il Kuiper Airborne Observatory (KAO) ora dismesso della NASA - un Starlifter Lockheed C-141A altamente modificato che trasportava un telescopio da 91,5 cm (36 pollici) - gli fu anche intitolato.
Anche il Kuiper Prize prende il nome da lui ed è il premio più illustre assegnato dalla Divisione per le scienze planetarie dell'American Astronomical Society. Il premio viene assegnato ogni anno agli scienziati i cui risultati ottenuti nel corso della vita hanno migliorato la nostra comprensione delle scienze planetarie.
I vincitori di questo premio includono Carl Sagan, James Van Allen (alla scoperta della cintura di radiazione di Van Allen intorno alla Terra) ed Eugene Shoemaker (che ha co-scoperto la cometa Shoemaker – Levy 9 con sua moglie Carolyn S. Shoemaker e David H. Levy).
A causa della sua leadership dedicata al Lunar and Planetary Laboratory, uno dei tre edifici che compongono la struttura (il Kuiper Space Sciences Building, mostrato sopra) è stato nominato in suo onore. E cento anni dopo la nascita di Gerard, la NASA Nuovi orizzonti la missione stava arrivando nella regione della Cintura di Kuiper del nostro Sistema Solare, come parte della sua missione di studiare Plutone e la sua luna Caronte.
Il Dr. Richard Binzel, il co-investigatore e professore del New Horizons presso il Massachusetts Institute of Technology (MIT), ha riconosciuto il reparto del suo team allo scienziato scomparso. "Kuiper è stato uno dei primi scienziati a concentrarsi quasi esclusivamente sull'esplorazione delle proprietà dei pianeti", ha affermato. "Il suo lavoro ha gettato le basi per le missioni di veicoli spaziali della fine del 20 ° e all'inizio del 21 ° secolo."
Durante la sua vita, Kuiper ha anche ricevuto molte ricompense nel suo riconoscimento per il suo lavoro. Nel 1947, gli fu conferito il premio Jules Janssen dalla Società Astronomica Francese, che è il loro più alto onore. Nel 1959, l'American Astronomical Society gli conferì la Henry Norris Russell Lectureship, in riconoscimento dei suoi molti anni di ricerca astronomica. E nel 1971, Kuiper ricevette la medaglia d'oro Kepler dall'American Association for the Advancement of Science e dal Franklin Institute.
Mentre avanziamo nella nostra esplorazione del Sistema Solare, non possiamo negare il grande debito che dobbiamo a Gerard Kuiper. Quello che sappiamo di Marte e Titano, e della loro potenziale abitabilità, dipende dal lavoro di Kuiper con l'astronomia infrarossa e spettroscopica. Senza di lui, le missioni Apollo potrebbero non essere avvenute e la nostra conoscenza degli asteroidi e del sistema solare esterno sarebbe notevolmente diminuita.
Si può immaginare che quando inizieremo a studiare la Cintura di Kuiper in modo più dettagliato e inizieremo a catalogare i molti, molti oggetti all'interno, che molti porteranno nomi che richiamano alla mente il defunto grande Kuiper.
Abbiamo scritto molti articoli su Gerard Kuiper per Space Magazine. Ecco un articolo sulla Cintura di Kuiper e qui un articolo sull'ipotesi del Protoplanet.
Se desideri maggiori informazioni su Gerard Kuiper, consulta l'articolo della NASA su Gerard Kuiper e la pagina del laboratorio lunare e planetario su di lui.
Abbiamo anche registrato un intero episodio del cast di astronomia sui pianeti nani. Ascolta qui, episodio 194: Pianeti nani.
