Kuipergordel



Tot aan de millenniumwisseling was de ‘achtertuin’ van het zonnestelsel voor onderzoekers een betrekkelijk onbekend én onbemind terrein. In populair-astronomische boeken kwam het begrip ‘Kuipergordel’, een brede gordel van verstrooide miniplaneetjes buiten de baan van Neptunus, evenmin óf slechts in een voetnoot, voor...



De ontdekking van het dwergachtige planeetje Ixion in mei 2001 bracht verandering. Ixion werd destijds zo groot geschat dat hij de planetoïde Ceres van haar eerste plaats onder de ‘net-niet-planeten’ zou stoten. Hoewel zijn omvang later flink naar beneden werd bijgesteld, vonden astronomen al snel méér opmerkelijk grote Kuipergordelobjecten.

Ontdekking
In 1955 was het de Nederlander Gerard Kuiper die, naar aanleiding van een zoektocht naar de herkomst van kometen, het bestaan van een gordel suggereerde waarin zich restanten van het ontstaansproces van het zonnestelsel zouden bevinden. Hij baseerde deze veronderstelling onder meer op de baanelementen van kometen die tot de zogeheten Jupiter-familie behoren: hoofdzakelijk kort-periodieke kometen die slechts twintig jaar over één omloop doen en de baan van de aarde dicht naderen.

Meer dan dertig jaar later bekrachtigden computersimulaties de theorie van Kuiper. Na de vorming van de planeten in de binnenste regionen van het zonnestelsel, moest op ongeveer 50 tot 100 AE een grote schijf van stof en gas zijn achtergebleven. Hierin zijn vervolgens geen planeten zijn gevormd, maar voornamelijk kleine en ijzige hemellichamen. In 1992, toen de ontdekking van een dergelijke ijsdwerg met een diameter van ongeveer 93 kilometer wereldkundig werd gemaakt, kregen astronomen hun eerste empirische aanwijzing. Het object, 1992QB1, bevond zich namelijk in het voorspelde gebied. Hierna volgden nieuwe ontdekkingen elkaar snel op.

Officieel is Pluto volgens de Internationale Astronomische Unie sinds 2008 een dwergplaneet binnen de Kuipergordel. Maar twee recent ontdekte dwergplaneten, Makemake en Haumea, blijken qua grootte nauwelijks voor Pluto onder te doen.

Kuipergordelobjecten
Zoals betoogd, houden zich binnen de populatie van de Kuipergordel grofweg twee soorten objecten op: kometen en ijsdwergen. Het is niet eenvoudig een scherp onderscheid tussen de twee te maken. Objecten in beide categorieën bestaan waarschijnlijk grotendeels uit vergankelijke stoffen in ijzige toestand, zoals water, ammonia en methaan. Bovendien zouden de precieze aard van een hemellichaam uit de Kuipergordel pas kunnen definiëren als het betreffende object dichter in de buurt komt van de zon (en daarbij al dan niet een komeetstaart ontwikkeld). Zelfs de meest professionele telescopen op aarde zijn momenteel nog niet in staat details op het oppervlak van Kuipergordelobjecten te ontwaren.

Geraamd wordt dat zich in de 25 AE brede Kuipergordel, gerekend vanaf de baan van Neptunius op 30 AE afstand van de zon, ten minste 70.000 hemellichamen groter dan 100 kilometer in doorsnede bevinden. Het totale aantal nóg kleinere ijswerelden in dit gebied, zal daarom ongetwijfeld een veelvoud van dit getal bedragen. Sommige objecten die vermoedelijk van origine tot de ongeveer Kuipergordel behoren, vinden we echter elders in het zonnestelsel terug - als andersoortige transneptuniaanse objecten, kometen of ingevangen manen.

Over de wijze waarop leden van de Kuipergordel incidenteel afdwalen naar de binnendelen van het zonnestelsel, bestaan verschillende theorieën. De meest plausibele hypothese stelt dat de banen van sommige objecten sterk worden beïnvloedt door verstorende interacties met de zwaartekracht van de buitenste ijsreus, Neptunus. Maar het is ook denkbaar dat sommige Kuipergordelobjecten uit het zonnestelsel worden geslingerd of door onderlinge botsingen in andere banen terechtkomen.

Chiron
In 1977 werd de ontdekking van een merkwaardig object bekendgemaakt, dat binnen de banen van Saturnus en Uranus vertoeft. Astronomen vermoeden dat dit planeetje, met de naam Chiron, oorspronkelijk afkomstig is uit de Kuipergordel.



Chiron is een kruising tussen een planetoïde en een komeet. Dit werd in de jaren tachtig langzaam maar zeker duidelijk toen hij zijn kleinste afstand tot de zon bereikte (perihelium) en er een coma om het object werd gedetecteerd. Volgens astronomen is dit een duidelijke aanwijzing dat Chiron nog niet al te lang geleden uit de Kuipergordel is gestoten, omdat zijn vluchtige oppervlaktestoffen anders al bij eerdere gelegenheden verdampt zouden zijn. Bovendien is ook zijn baan te instabiel om miljoenen jaren te kunnen bestaan.

De middellijn van Chiron wordt geschat tussen 148 en 205 kilometer. Dit in tegenstelling tot de nucleus van een échte komeet, die doorgaans niet groter is dan enkele kilometers. Onder invloed van de zon genereert Chirons oppervlak niettemin een dampkring die door zijn geringe aantrekkingskracht niet kan worden vastgehouden. De coma die op deze wijze ontstaat, heeft volgens recente metingen een doorsnede van ongeveer twee miljoen kilometer.

Plutino’s   
Even buiten de baan van Neptunus zwerven talloze kleine hemellichamen met distinctieve eigenschappen, die tot de binnenste delen van de Kuipergordel behoren. We hebben het over zogenoemde Plutino’s. Deze ijsachtige objecten bewegen op 30 tot 50 AE van de zon in banen met inclinaties tussen de 10 en 20 graden. Ixion is zo’n Plutino. Theoretisch kan ook de dwergplaneet Pluto tot deze populatiecategorie van de Kuipergordel worden gerekend.

Plutino’s hebben als meest kenmerkende eigenschap dat zij veelal in een 3:2 baanresonantie met Neptunus hun baan om de zon afleggen. Dit betekent, met andere woorden, dat zij precies twee omlopen om de zon voltooien in de tijd dat Neptunus er drie aflegt. Wanneer Plutino’s, door hun eveneens betrekkelijk grote elongatie, de baan van Neptunus kruisen, lopen zij bijgevolg geen gevaar met de ijsreus in botsing te komen. Ook Pluto heeft zo altijd riskante ontmoetingen met Neptunus kunnen vermijden.

Enkele wetenschappers opperen dat het ook Neptunus was die door zijn aanwezigheid aan de wieg stond van de ontwikkeling van waarschijnlijk 25.000 Plutino’s groter dan honderd kilometer. In het accretiestadium van het zonnestelsel zou de ijsreus, mede door zijn grote massa en elongatie, een dusdanige invloed hebben uitgeoefend op planetesimalen dat deze onderhevig werden aan resonanties die uiteindelijk resulteerden in de huidige banen en omloopperioden van Plutino’s.

Auteur(s):     A.S.