ما هو حزام كويبر؟

Send

طلبنا منه د. مساعدتنا في شرح هذه المنطقة غير العادية من نظامنا الشمسي.

بعد فترة وجيزة من اكتشاف كلايد من قبل كلايد تومبو في 18 فبراير 1930 ، بدأ علماء الفلك في وضع نظرية مفادها أن بلوتو لم يكن وحده في النظام الشمسي الخارجي. بمرور الوقت ، بدأوا في افتراض وجود أشياء أخرى في المنطقة ، والتي سيكتشفونها بحلول عام 1992. وباختصار ، فإن وجود حزام كويبر - وهو حقل حطام كبير على حافة النظام الشمسي - كان نظريًا قبل ظهوره. اكتشف من أي وقت مضى.

تعريف:

حزام كويبر (المعروف أيضًا باسم حزام إدجورث - كويبر) هو منطقة من النظام الشمسي موجودة خارج الكواكب الرئيسية الثمانية ، وتمتد من مدار نبتون (عند 30 AU) إلى حوالي 50 AU من الشمس. إنه مشابه لحزام الكويكبات ، لأنه يحتوي على العديد من الأجسام الصغيرة ، وجميعها بقايا من تكوين النظام الشمسي.

ولكن على عكس حزام الكويكبات ، فهو أكبر بكثير - بعرض 20 ضعفًا و 20 إلى 200 مرة من الكتلة. كما يوضح مايك براون:

ال Kuiper Belt عبارة عن مجموعة من الأجسام خارج مدار نبتون ، إذا لم يحدث شيء آخر ، إذا لم يكن نبتون قد تشكل أو إذا سارت الأمور بشكل أفضل قليلاً ، ربما كان بإمكانهم أن يجتمعوا معًا وأنشأوا الكوكب التالي ما وراء نبتون. ولكن بدلاً من ذلك ، في تاريخ النظام الشمسي ، عندما تشكل نبتون ، أدى ذلك إلى عدم قدرة هذه الأجسام على الالتقاء ، لذا فإن هذا الحزام من المواد خارج نبتون.

الاكتشاف والتسمية:

بعد وقت قصير من اكتشاف تومبو لبلوتو ، بدأ علماء الفلك يفكرون في وجود مجموعة من الكائنات عبر نبتون في النظام الشمسي الخارجي. أول من اقترح ذلك كان فريكريك سي ليونارد ، الذي بدأ يشير إلى وجود "أجسام نبتون" فوق بلوتو لم يتم اكتشافها بعد.

في نفس العام ، اقترح عالم الفلك أرمين أو. لوشنر أن بلوتو "قد يكون واحدًا من العديد من الأجسام الكوكبية طويلة المدى التي لم يتم اكتشافها بعد". في عام 1943 ، في مجلة الجمعية الفلكية البريطانية، كينيث إدجورث شرح أكثر حول هذا الموضوع. ووفقًا لإدجوورث ، فإن المواد الموجودة داخل السديم الشمسي البدائي وراء نبتون كانت متباعدة على نطاق واسع بحيث تتكثف في الكواكب ، وبالتالي تتكثف إلى عدد لا يحصى من الأجسام الصغيرة.

في عام 1951 ، في مقال للمجلة الفيزياء الفلكية، التي تكهن بها عالم الفلك الهولندي جيرارد كويبر على تشكيل قرص مشابه في وقت مبكر من تطور النظام الشمسي. في بعض الأحيان يتجول أحد هذه الأشياء في النظام الشمسي الداخلي ويصبح مذنبًا. فكرة "حزام كويبر" هذه منطقية لعلماء الفلك. لم يساعد ذلك فقط في تفسير سبب عدم وجود كواكب كبيرة في النظام الشمسي ، بل أنهى أيضًا سر لغز مصدر المذنبات.

في عام 1980 ، في الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية ، تكهن عالم الفلك في أوروغواي خوليو فرنانديز بأن حزام المذنب الذي يقع بين 35 و 50 AU سيكون مطلوبًا لحساب العدد الملاحظ من المذنبات.

متابعة لعمل فرنانديز ، في عام 1988 قام فريق من علماء الفلك الكنديين (فريق مارتن دنكان وتوم كوين وسكوت تريمين) بإجراء عدد من عمليات المحاكاة الحاسوبية وقرروا أن سحابة أورت لا يمكنها حساب جميع المذنبات قصيرة المدى. مع "الحزام" ، كما وصفه فرنانديز ، تمت إضافته إلى الصيغ ، كانت المحاكاة مطابقة للملاحظات.

في عام 1987 ، بدأ عالم الفلك ديفيد جيويت (ثم في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا) وطالب الدراسات العليا آنذاك جين لو استخدام التلسكوبات في مرصد كيت بيك الوطني في أريزونا ومرصد سيرو تولولو الأمريكي في تشيلي للبحث في النظام الشمسي الخارجي. في عام 1988 ، انتقل جيويت إلى معهد علم الفلك في جامعة هاواي ، وانضم إليه لو فيما بعد للعمل في مرصد ماونا كيا بالجامعة.

بعد خمس سنوات من البحث ، في 30 أغسطس 1992 ، أعلن Jewitt و Luu "اكتشاف جسم حزام كويبر المرشح" (15760) 1992 QB1. بعد ستة أشهر ، اكتشفوا كائنًا ثانيًا في المنطقة ، (181708) 1993 مهاجم. سيتبع الكثير والكثير ...

في بحثهم عام 1988 ، أشار تريمين وزملاؤه إلى المنطقة الافتراضية وراء نبتون باسم "حزام كويبر" ، على ما يبدو بسبب حقيقة أن فرنانديز استخدم عبارة "كويبر" و "حزام المذنب" في الجملة الافتتاحية لورقته. بينما ظل هذا هو الاسم الرسمي ، يستخدم علماء الفلك أحيانًا الاسم البديل Edgeworth-Kuiper belt لتثني على Edgeworth عن عمله النظري السابق.

ومع ذلك ، ذهب بعض علماء الفلك إلى حد الادعاء بأن أيا من هذه الأسماء غير صحيح. على سبيل المثال ، زعم برايان جي مارسدن - عالم الفلك البريطاني والمدير القديم لمركز الكوكب الصغير (MPC) في مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية - أنه "لم يكتب إدجورث ولا كويبر أي شيء عن بعد مثل ما نراه الآن ، لكن فريد ويبل (الفلكي الأمريكي الذي توصل إلى فرضية المذنب "كرة الثلج القذرة") فعل ".

علاوة على ذلك ، علق ديفيد جيويت قائلاً: "إذا كان أي شيء ... فإن فرنانديز تقريبًا يستحق الفضل في التنبؤ بحزام كويبر". بسبب الجدل المرتبط باسمها ، يوصى بمصطلح كائن عبر نبتون (TNO) للكائنات في الحزام من قبل العديد من المجموعات العلمية. ومع ذلك ، يعتبر هذا غير كاف من قبل الآخرين ، لأن هذا يمكن أن يعني أي شيء خارج مدار نبتون ، وليس مجرد أشياء في حزام كويبر.

تكوين:

تم اكتشاف أكثر من ألف قطعة في حزام كويبر ، ويُفترض أن هناك ما يصل إلى 100 ألف قطعة يزيد قطرها عن 100 كيلومتر. نظرًا لصغر حجمها وبُعدها عن الأرض ، من الصعب جدًا تحديد التركيب الكيميائي لـ KBOs.

ومع ذلك ، فقد أشارت الدراسات الطيفية التي أجريت على المنطقة منذ اكتشافها بشكل عام إلى أن أعضائها يتألفون في المقام الأول من الجليد: خليط من الهيدروكربونات الخفيفة (مثل الميثان) والأمونيا والجليد المائي - وهي تركيبة تشترك فيها مع المذنبات. كما أكدت الدراسات الأولية مجموعة كبيرة من الألوان بين KBOs ، تتراوح من الرمادي المحايد إلى الأحمر العميق.

هذا يشير إلى أن أسطحها تتكون من مجموعة واسعة من المركبات ، من الجليد المتسخ إلى الهيدروكربونات. في عام 1996 ، روبرت H. براون وآخرون. حصل على بيانات طيفية على KBO 1993 SC ، تكشف عن تكوين سطحه ليكون مشابهًا بشكل ملحوظ لتكوين بلوتو ، وكذلك قمر نبتون تريتون ، الذي يمتلك كميات كبيرة من جليد الميثان.

تم الكشف عن الجليد المائي في العديد من KBOs ، بما في ذلك 1996 TO₆₆و 38628 هويا و 20000 فارونا. في عام 2004 ، مايك براون وآخرون. تحديد وجود جليد الماء البلوري وهيدرات الأمونيا في واحدة من أكبر KBOs المعروفة ، 50000 Quaoar. كان من الممكن تدمير هاتين المادتين طوال عمر النظام الشمسي ، مما يشير إلى أن Quaoar قد عادت إلى السطح مؤخرًا ، إما عن طريق النشاط التكتوني الداخلي أو عن طريق تأثيرات النيزك.

إن إبقاء شركة بلوتو في حزام كويبر ، هي أشياء أخرى جديرة بالذكر. Quaoar و Makemake و Haumea و Orcus و Eris كلها أجسام جليدية كبيرة في الحزام. العديد منهم لديهم أقمار خاصة بهم. هذه كلها بعيدة للغاية ، ومع ذلك ، في متناول اليد.

استكشاف:

في 19 يناير 2006 ، أطلقت وكالة ناسا آفاق جديدة مسبار فضائي من أجل دراسة بلوتو وأقماره وجسم واحد أو شيئين آخرين من حزام كويبر. اعتبارًا من 15 كانون الثاني (يناير) 2015 ، بدأت المركبة الفضائية اقترابها من الكوكب القزم ، ومن المتوقع أن تطير في موعد أقصاه 14 تموز (يوليو) 2015. وعندما تصل إلى المنطقة ، يتوقع الفلكيون عدة صور مثيرة للاهتمام لحزام كويبر أيضًا.

والأكثر إثارة هو حقيقة أن استطلاعات الأنظمة الشمسية الأخرى تشير إلى أن نظامنا الشمسي ليس فريدًا. منذ عام 2006 ، تم اكتشاف "أحزمة كويبر" الأخرى (أي أحزمة حطام جليدية) تم اكتشافها حول تسعة أنظمة نجوم أخرى. يبدو أن هذه تقع في فئتين: أحزمة عريضة ، مع نصف قطر أكثر من 50 AU ، وأحزمة ضيقة (مثل حزام Kuiper الخاص بنا) مع نصف قطر يتراوح بين 20 و 30 AU وحدود حادة نسبيًا.

وفقًا لمسوحات الأشعة تحت الحمراء ، يُعتقد أن 15-20 ٪ من النجوم من النوع الشمسي لديها هياكل ضخمة تشبه حزام كويبر. يبدو أن معظم هؤلاء الشباب صغيرون إلى حد ما ، ولكن يقدر أن عمر اثنين من الأنظمة النجمية - HD 139664 و HD 53143 ، اللتين لاحظهما تلسكوب هابل الفضائي في عام 2006 - 300 مليون سنة.

يعد حزام كويبر حزامًا عريضًا وغير مكتشف مصدر العديد من المذنبات ، ويُعتقد أنه نقطة الأصل لجميع المذنبات الدورية أو قصيرة المدى (أي تلك التي لها مدار يدوم 200 عامًا أو أقل). أشهرها هو المذنب هالي ، الذي كان نشطًا منذ 16000 إلى 200.000 سنة.

مستقبل حزام كويبر:

عندما تكهن في البداية بوجود حزام من الأشياء خارج نبتون ، أشار كويبر إلى أن مثل هذا الحزام ربما لم يعد موجودًا. بالطبع ، أثبتت الاكتشافات اللاحقة أن هذا خطأ. ولكن الشيء الوحيد الذي كان كويبر محقًا بشأنه هو فكرة أن هذه الكائنات عبر نبتون لن تستمر إلى الأبد. كما يوضح مايك براون:

نسميه الحزام ، لكنه حزام عريض جدًا. إنها تصل إلى 45 درجة عبر السماء - هذه المادة الكبيرة من المواد التي تم تحريكها وتحريكها بواسطة نبتون. وفي هذه الأيام ، بدلاً من تكوين جسم أكبر وأكبر ، فإنهم يتصادمون ويطحنون ببطء إلى الغبار. إذا عدنا بعد مائة مليون سنة أخرى ، فلن يتبقى حزام كويبر.

بالنظر إلى إمكانية الاكتشاف ، وما يمكن للفحص الدقيق أن يعلمنا عن التاريخ المبكر لنظامنا الشمسي ، يتطلع العديد من العلماء والفلكيين إلى اليوم الذي يمكننا فيه فحص حزام كويبر بمزيد من التفاصيل. هنا تأمل أن آفاق جديدة المهمة هي مجرد بداية العقود المستقبلية من البحث في هذه المنطقة الغامضة!

لدينا العديد من المقالات المثيرة للاهتمام هنا في مجلة الفضاء حول موضوع النظام الشمسي الخارجي وكائنات عبر النبتة (TNOs).

وتأكد من الاطلاع على هذه المقالة على كوكب Eris ، أحدث كوكب قزم وأكبر TNO يتم اكتشافه.

ويتوقع علماء الفلك اكتشاف كوكبين كبيرين آخرين في نظامنا الشمسي.

كما أجرت مجلة الفضاء مقابلة كاملة مع مايك براون من كالتيك.