A Kuiper-öv

Az elmúlt évek forradalmi felfedezéseket hoztak a külső Naprendszer kutatásában. Kiderült, hogy létezik egy Neptunuszon túli, második kisbolygóövezet, amelyet Kuiper-övnek neveztek el.

A Plútó 1930-as felfedezése után a tudósokat sokáig foglalkoztatta egy tizedik bolygó létezésének a lehetősége, amelyet véleményük szerint csak a távcsövek korlátai miatt nem tudtunk még felfedezni. Múltak az évtizedek, de a rejtélyes bolygó nem került elő, így egyre több kutató kezdett megbarátkozni a Naprendszer jelenlegi képével. 1992-ben azonban felfedeztünk egy kis égitestet, amelynek átmérője nem volt több néhány száz kilométernél, viszont távolabb helyezkedett el a Naptól, mint bármely más ismert bolygó. Azóta vagy három tucat ilyen égitestet azonosítottak, amelyek valószínűleg nagyon sok másikkal együtt az úgynevezett Kuiper-övet alkotják. Nevét Gerard P. Kuiper-ről kapta, aki már 1951-ben megjósolta ezeknek az égitesteknek a létezését. Elgondolását a rövid periódusú üstökösökre alapozta.

Az elmúlt fél évszázadban úgy vélték, hogy az Oort-felhő létezése kellően megmagyarázza a hosszú (több mint 200 éves) keringési idővel rendelkező üstökösök pályáinak méretét és elhelyezkedését. A szabad szemmel is fényesnek tűnő üstökös ugyan ritka, évente mégis átlagosan 20 - 30 üstökös felfedezésével lehet számolni. Egyes csillagászok vélekedése szerint a friss üstökösök időről időre a hatalmas úgynevezett Oort-féle felhőkből kerülnek a belső Naprendszerbe. A felhő 40 - 50000 CSE-nyire van a Naptól és több száz milliárd potenciális üstököst foglal magába. (1 csillagászati egység a közepes Nap-Föld távolsággal, vagyis 150 millió km-rel egyenlő).

Az Oort-felhő létezése azonban nem ad magyarázatot a rövid periódusú üstökösökre, amelyeknek sokkal kisebb a pályájuk, és keringési síkjaik alig térnek el a Naprendszer fő szimmetriasíkjától, az ekliptikától.
Egy Kenneth Essex Edgeworth nevezetű ír már 1949-ben felvetette, hogy a külső Naprendszerben egy gyűrűszerű alakzat található, amely üstökösmagokat tárol. 1951-es írásában Kuiper szintén egy ilyen gyűrű létezését feltételezte.

Kuiper úgy érvelt, hogy a Naprendszer nem érhet hirtelen véget a Neptunusz vagy a Plútó pályájánál, hanem valószínűleg ebben a gyűrűben folytatódik, amely a Naprendszer keletkezésekor megmaradt anyagokat tárolja. A kis sűrűség miatt itt bolygók nem tudtak létrejönni, így a gyűrű várhatóan kisbolygókból áll, amelyek felszínén jég és fagyott gáz található, így az üstökösmagokhoz hasonlítanak. Legalább 35 ezer olyan objektumot tartalmaz, amelynek az átmérője 100 km-nél nagyobb. Ezáltal az öv teljes tömege 100-szor akkora, mint a jól ismert aszteroida-övezeté, amely a Mars és a Jupiter között helyezkedik el.

Az elméletet egészen addig nem vették komolyan, amíg a számítógépes szimulációk meg nem mutatták, hogy a nagybolygók nem nagyon képesek az Oort-felhőből származó hosszú periódusú üstökösök befogására és rövid periódusú üstökösökké alakítására. Így lázas kutatómunka indult meg a feltételezett Kuiper-objektumok után, mely alatt a csillagászokban az egyre jobban fejlődő műszertechnika tartotta ébren a lelkesedést. 1992 augusztusában aztán siker koronázta a munkát: egy nagyon halvány objektumot fedeztek fel a Naptól 40 csillagászati egységre. Az objektum az 1992 QB1 nevet kapta.

A legelső Kuiper-objektum, amelyet 1992. augusztus 30-án fedezett fel Jane X. Luu és David C. Jewitt. Látható, hogy a halvány objektum elmozdult a háttércsillagokhoz képest. 40 csillagászati egységben állapították meg az égitest távolságát, amely hivatalosan az 1992 QB1 nevet kapta. Átmérője kb. 200-250 kilométer.

Néhány csillagász eleinte kétségbe vonta, hogy a QB1 felfedezése alátámasztja a Kuiper és mások által feltételezett halmaz létezését. De ezek a hangok gyorsan csendesedtek, amikor 1993 márciusában egy újabb égitestet fedeztünk fel. Naptávolsága hasonló volt a QB1 naptávolságához, de a Naprendszer átellenes végén keringett. Azóta több csoport is csatlakozott a kutatásokhoz, így mára már az ismert Kuiper-objektumok száma több mint 70-re tehető (1999. február).

A Kuiper-öv eddigi ismert tagjainak számos hasonlósága van. Például mind a Neptunusz pályáján kívül helyezkedik el, ezáltal feltehető, hogy a Neptunusz a Kuiper-öv határa. Az összes ilyen újonnan felfedezett objektum az ekliptikához közeli pályán kering. Ez a megfigyelés egybevág az üstökösmagokból álló feltételezett gyűrű létezésével. Az összes objektum egymilliószor halványabb a szabad szemmel még látható égitesteknél. Méreteik 100 és 400 kilométer között változnak, így jóval kisebbek, mint a Plútó (2300 km-es átmérő) és annak holdja, a Charon (1100 km-es átmérő).

A csillagászok ezenfelül úgy vélik, hogy a Kuiper-öv elegendő anyagot tartalmaz az eddig létezett összes rövid periódusú üstökös létrehozásához. Ráadásul most már azt is elég jól értik, hogy milyen mechanizmus segítségével kerülnek objektumok a Kuiper-övből a Naprendszer belsejébe. Számítógépes szimulációk megmutatták, hogy a Neptunusz lassan-lassan lekoptatja a Kuiper-öv belső szélét (amely 40 CSE-nyire van a Naptól), ezáltal üstökösöket küld a Naprendszer belsejébe. Ezek aztán lassan elkopnak, vagy belecsapódnak a Napba, netán egy másik bolygóba, avagy a különböző gravitációs hatások következtében kilökődnek a csillagközi térbe.
Úgy tűnik, hogy a Kuiper-objektumok a belső kisbolygóöv tagjaihoz hasonlóan családokra tagolódnak. Az alábbiakban ezek rövid bemutatása következik.

Kentaurok (Chiron-család). Ezek a Kuiper-övből megszökött objektumok a nagybolygók pályáit sértő pályákon mozognak, így sorsuk meg van pecsételve. Hét jelenleg ismert tagja közül a már 1977-ben felfedezett Chiron a legkülönösebb, mivel üstökösökhöz hasonló aktivitása van. A Kentaurokat a nagybolygók rángatták ki a Kuiper-övből, s jelenleg "labdáznak" velük. Valószínű, hogy kipenderítik őket a Naprendszerből, de az is lehet, hogy holdjukká fognak be néhányat.

A Chiron.


A Chiron Naprendszerünk sajátos objektuma, félig üstökös, félig kisbolygó - a Kuiper-öv egy belülre tévedt képviselője, amely a Kentaurok családjába tartozik. A 150-200 km átmérőjű égitest a Szaturnusz és az Uránusz között járja instabil pályáját, átlagosan 51 évenként megkerülve Napunkat. Helyzete az óriásbolygók gravitációs hatása révén annyira bizonytalan, hogy kozmikus időskálán nézve csak nemrég kerülhetett közelükbe. A Chiron, akárcsak egy üstökös, saját aktivitással rendelkezik. Kérdés, hogy a Chiron aktivitásáért az üstökösöknél megszokott szénmonoxid-párolgás felel-e, avagy például nitrogénmolekulák szublimációjával állunk szemben - akárcsak a Triton gejzírjeinél. Amennyiben a jövő az utóbbi lehetőséget igazolja, úgy a Chiron összekötő láncszemet alkothat a Kuiper-objektumok, illetve a Triton és Plútó típusú égitestek között. Egyébként is arra figyelmeztet bennünket, hogy nem húzhatunk éles határvonalat kisbolygók és üstökösök között.

Plútócskák (Plútó-család). A Kuiper-objektumoknak közel fele 3:2 rezonanciaviszonyban áll a Neptunusszal, így kerülve el a gázóriást. Ez azt jelenti, hogy amíg a Neptunusz kétszer kerüli meg a Napot, addig ők háromszor. Emiatt keringhetnek tehát több milliárd év óta nyugalomban. Az ilyen Kuiper-objektumokat Plútócskáknak neveztük el, mivel a Plútó pályájára is ez jellemző. Így tehát még az is kérdőre vonható, hogy vajon a Plútó megérdemli-e a teljes bolygó státuszt. Furcsa módon tehát azoknak a kutatássorozatoknak az eredményeképpen, amelyek eredetileg egy tizedik bolygó felfedezésére irányultak, a bolygók száma kilencről nyolcra csökkenhet.
Más rezonanciaviszonyokat is találtak a Neptunusz környékén keringő égitesteknél (3:4, 3:5). Ezek vezetnek át a Kuiper-öv legkülső csoportjához.

Valódi Kuiper-objektumok. 40 és 52 CSE közötti pályákkal rendelkeznek. Minimális neptunusztávolságuk 10 CSE, ami már rezonancia nélkül is stabil pályát jelent. Ha létezne a kb. ebben a távolságban megjósolt 10. bolygó, akkor nem keringhetnének ilyen nagy számban kisbolygók ebben a térségben.

Egy furcsa hármas

Ahogyan a csillagászok tovább tanulmányozzák a Kuiper-övet, felmerül a kérdés, hogy vajon csak üstökösök származnak-e belőle. Vajon csak véletlen egybeesés-e, hogy a Plútó, a Charon és a Neptunusz egyik holdja, a Triton, mind a Kuiper-öv területén helyezkedik el. Bár mindhárman hasonló tulajdonságokkal bírnak, ezek a tulajdonságok drasztikusan elkülönítik őket szomszédaiktól.
A Plútó és a Triton sűrűsége például sokkal nagyobb, mint az óriás gázbolygóké, amelyek a külső Naprendszerben helyezkednek el. Mozgásuk is nagyon furcsa: a Triton például retrográd irányban kering a Neptunusz körül. A Plútó pályája pedig azon felül, hogy eléggé eltér az ekliptika síkjától (ellentétben a többi bolygóval), ráadásul keresztezi is a Neptunusz pályáját. (A két bolygó összeütközését a már említett 3:2 arányú rezonancia akadályozza meg.)

Lehetséges, hogy a Plútó, a Charon és a Triton az utolsó túlélői egy halom hasonló méretű égitestnek. Ezeket a Neptunusz takarította el, mindeközben befogta a Tritont saját holdjának, a Plútót meg a Charont pedig jelenlegi mozgásukra kényszerítette. Ha valaki ezeket a feltételezéseket elfogadja, akkor az égi kirakósjáték elemei a helyükre kerülhetnek.

S. T.

Ajánló:

Tények a Kuiper-övről és az Ooort-felhőről

Korábban: