COS'è LA CINTURA DI KUIPER?

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Dr. Gli abbiamo chiesto di aiutarci a spiegare questa insolita regione del nostro sistema solare.

Poco dopo che Plutone fu scoperto da Clyde Tombaugh il 18 febbraio 1930, gli astronomi iniziarono a teorizzare che Plutone non era solo nel sistema solare esterno. Col tempo, iniziarono a postulare l'esistenza di altri oggetti nella regione, che avrebbero scoperto entro il 1992. In breve, l'esistenza della Cintura di Kuiper - un grande campo di detriti ai margini del Sistema Solare - fu teorizzata prima che fosse mai scoperto.

Definizione:

La fascia di Kuiper (nota anche come fascia di Edgeworth-Kuiper) è una regione del Sistema Solare che esiste oltre gli otto pianeti principali, che si estende dall'orbita di Nettuno (a 30 UA) a circa 50 UA dal Sole. È simile alla cintura degli asteroidi, in quanto contiene molti piccoli corpi, tutti i resti della formazione del Sistema Solare.

Ma a differenza della cintura degli asteroidi, è molto più grande: 20 volte più larga e 20 a 200 volte più massiccia. Come spiega Mike Brown:

La Cintura di Kuiper è una raccolta di corpi al di fuori dell'orbita di Nettuno che, se non fosse successo nient'altro, se Nettuno non si fosse formato o se le cose fossero andate un po 'meglio, forse avrebbero potuto mettersi insieme da sole e formare il prossimo pianeta oltre Nettuno. Ma invece, nella storia del sistema solare, quando Nettuno si è formato, ha portato questi oggetti a non riuscire a riunirsi, quindi è solo questa cintura di materiale oltre Nettuno.

Scoperta e denominazione:

Poco dopo la scoperta di Plutone da parte di Tombaugh, gli astronomi iniziarono a meditare sull'esistenza di una popolazione transnettuniana di oggetti nel sistema solare esterno. Il primo a suggerire questo fu Freckrick C. Leonard, che iniziò a suggerire l'esistenza di "corpi ultra-nettuniani" oltre Plutone che semplicemente non erano stati ancora scoperti.

Nello stesso anno, l'astronomo Armin O. Leuschner suggerì che Plutone "potrebbe essere uno dei tanti oggetti planetari a lungo termine ancora da scoprire". Nel 1943, nel Diario della British Astronomical Association, Kenneth Edgeworth espose ulteriormente sull'argomento. Secondo Edgeworth, il materiale all'interno della nebulosa solare primordiale oltre Nettuno era troppo distanziato per condensarsi in pianeti e quindi piuttosto condensato in una miriade di corpi più piccoli.

Nel 1951, in un articolo per la rivista Astrofisica, che l'astronomo olandese Gerard Kuiper speculò su un disco simile che si era formato all'inizio dell'evoluzione del sistema solare. Occasionalmente uno di questi oggetti vagava nel Sistema Solare interno e diventava una cometa. L'idea di questa "Cintura di Kuiper" aveva senso per gli astronomi. Non solo ha aiutato a spiegare perché non c'erano più grandi pianeti più avanti nel Sistema Solare, ma ha anche convenientemente avvolto il mistero da dove provenivano le comete.

Nel 1980, nelle comunicazioni mensili della Royal Astronomical Society, l'astronomo uruguaiano Julio Fernández ipotizzò che una cintura di comete compresa tra 35 e 50 UA sarebbe stata tenuta a rendere conto del numero osservato di comete.

In seguito al lavoro di Fernández, nel 1988 un team di astronomi canadesi (team di Martin Duncan, Tom Quinn e Scott Tremaine) condusse una serie di simulazioni al computer e stabilì 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 1987, l'astronomo David Jewitt (allora al MIT) e la laureanda Jane Luu iniziarono a usare 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. Nel 1988, Jewitt si trasferì all'Institute of Astronomy presso l'Università delle Hawaii, e Luu in seguito si unì a lui per lavorare presso l'osservatorio Mauna Kea dell'Università.

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. Molti, molti altri seguiranno ...

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 cintura Edgeworth-Kuiper per accreditare Edgeworth per il suo precedente lavoro teorico.

Tuttavia, alcuni astronomi sono arrivati al punto di affermare che nessuno di questi nomi è corretto. Ad esempio, Brian G. Marsden - un astronomo britannico e direttore di lunga data del Minor Planet Center (MPC) presso il Centro di astrofisica di Harvard - Smithsonian - ha affermato che "Né Edgeworth né Kuiper hanno scritto nulla di remoto come quello che stiamo vedendo, ma Fred Whipple (l'astronomo americano che ha inventato l'ipotesi della cometa "palla di neve sporca") ha fatto ".

Inoltre, David Jewitt ha commentato che "Semmai ... Fernández merita quasi il merito di aver predetto la Cintura di Kuiper". A causa della controversia associata al suo nome, il termine oggetto transnettuniano (TNO) è raccomandato per oggetti nella cintura da diversi gruppi scientifici. Tuttavia, questo è considerato insufficiente da altri, dal momento che può significare qualsiasi oggetto oltre l'orbita di Nettuno, e non solo oggetti nella Cintura di Kuiper.

Composizione:

Sono stati scoperti più di mille oggetti nella Cintura di Kuiper ed è teorizzato che ci siano fino a 100.000 oggetti di diametro superiore a 100 km. Date le loro dimensioni ridotte e l'estrema distanza dalla Terra, la composizione chimica dei KBO è molto difficile da determinare.

Tuttavia, studi spettrografici condotti sulla regione dalla sua scoperta hanno generalmente indicato che i suoi membri sono principalmente composti da ghiacci: una miscela di idrocarburi leggeri (come metano), ammoniaca e ghiaccio d'acqua, una composizione che condividono con le comete. I primi studi hanno anche confermato un'ampia gamma di colori tra i KBO, che vanno dal grigio neutro al rosso intenso.

Ciò suggerisce che le loro superfici sono composte da una vasta gamma di composti, dai ghiacci sporchi agli idrocarburi. Nel 1996, Robert H. Brown et al. ottenne dati spettroscopici sul KBO 1993 SC, rivelando che la sua composizione superficiale era marcatamente simile a quella di Plutone, così come la luna Tritone di Nettuno, che possedeva grandi quantità di ghiaccio a metano.

Il ghiaccio d'acqua è stato rilevato in diversi KBO, incluso il 1996 TO₆₆, 38628 Huya e 20000 Varuna. Nel 2004, Mike Brown et al. determinato l'esistenza di ghiaccio d'acqua cristallino e ammoniaca idrato su uno dei più grandi KBO conosciuti, 50000 Quaoar. Entrambe queste sostanze sarebbero state distrutte nell'età del Sistema Solare, suggerendo che Quaoar era stato recentemente riemerso, sia per attività tettonica interna che per impatto di meteoriti.

Tenendo la compagnia di Plutone fuori nella cintura di Kuiper, sono molti altri oggetti degni di nota. Quaoar, Makemake, Haumea, Orcus ed Eris sono tutti grandi corpi ghiacciati nella Cintura. Molti di loro hanno anche lune proprie. Sono tutti tremendamente lontani, eppure molto a portata di mano.

Esplorazione:

Il 19 gennaio 2006, la NASA ha lanciato il Nuovi orizzonti sonda spaziale per studiare Plutone, le sue lune e uno o due altri oggetti della Cintura di Kuiper. A partire dal 15 gennaio 2015, l'astronave ha iniziato ad avvicinarsi al pianeta nano e si prevede che effettuerà un sorvolo entro il 14 luglio 2015. Quando raggiungerà l'area, gli astronomi si aspettano anche diverse interessanti fotografie della Cintura di Kuiper.

Ancora più emozionante è il fatto che i sondaggi di altri sistemi solari indicano che il nostro Sistema solare non è unico. Dal 2006, ci sono state altre "cinture Kuiper" (cioè cinture di detriti ghiacciate) scoperte attorno ad altri nove sistemi stellari. Questi sembrano rientrare in due categorie: cinture larghe, con raggi di oltre 50 UA, e cinture strette (come la nostra cintura di Kuiper) con raggi tra 20 e 30 UA e confini relativamente netti.

Secondo i sondaggi a infrarossi, si ritiene che circa il 15-20% delle stelle di tipo solare abbiano enormi strutture simili a una fascia di Kuiper. La maggior parte di questi sembrano essere abbastanza giovani, ma i sistemi a due stelle - HD 139664 e HD 53143, osservati dal telescopio spaziale Hubble nel 2006 - sono stimati a 300 milioni di anni.

Vasta e inesplorata, la Cintura di Kuiper è la fonte di molte comete e si ritiene che sia il punto di origine di tutte le comete periodiche o di breve periodo (cioè quelle con un'orbita della durata di 200 anni o meno). La più famosa di queste è la cometa di Halley, attiva da 16.000 a 200.000 anni.

Il futuro della fascia di Kuiper:

Quando inizialmente ipotizzò l'esistenza di una cintura di oggetti oltre Nettuno, Kuiper indicò che una tale cintura probabilmente non esisteva più. Naturalmente, le scoperte successive hanno dimostrato che ciò è sbagliato. Ma una cosa su cui Kuiper aveva decisamente ragione era l'idea che questi oggetti transnettuniani non durassero per sempre. Come spiega Mike Brown:

La chiamiamo cintura, ma è una cintura molto ampia. È qualcosa come 45 gradi in estensione attraverso il cielo - questa grande striscia di materiale che è stato appena sfornato e sfornato da Nettuno. E in questi giorni, invece di creare un corpo sempre più grande, si stanno solo scontrando e lentamente macinando in polvere. Se torniamo tra altri cento milioni di anni, non rimarrà più la Cintura di Kuiper.

Dato il potenziale di scoperta e quale esame approfondito potrebbe insegnarci sulla storia antica del nostro Sistema Solare, molti scienziati e astronomi non vedono l'ora che il giorno in cui potremo esaminare la Cintura di Kuiper in modo più dettagliato. Speriamo che il Nuovi orizzonti la missione è solo l'inizio dei futuri decenni di ricerca in questa misteriosa regione!

Abbiamo molti articoli interessanti qui sulla rivista Space sul tema del Sistema solare esterno e degli oggetti transnettunitari (TNO).

E assicurati di dare un'occhiata a questo articolo sul pianeta Eris, l'ultimo pianeta nano e il più grande TNO da scoprire.

E gli astronomi si aspettano di scoprire altri due grandi pianeti nel nostro Sistema Solare.