A 20. század közepén Gerard Kuiper holland csillagász érdekes elmélettel állt elő: úgy gondolta, hogy a Neptunusz pályáján kívül léteznie kell egy kisebb égitestekből álló övnek. 1951-ben publikált cikkének megírásakor a Naprendszer legtávolabbi ismert bolygója az 1930-ban felfedezett Plútó volt. Kuiper azonban azt állította, hogy további kisebb égitestek is keringenek a Naprendszer ezen távoli, Neptunuszon túli régiójában. Elméletét az olyan rövid periódusú üstökösök létére alapozta, amelyeknek a keringési ideje 200 évnél rövidebb: úgy gondolta, hogy ezek az üstökösök ebből a Neptunuszon túli régióból erednek. A teória évtizedekkel később igazolódott be, amikor is David Jewitt és Jane Luu ötévnyi kutatás után 1992. augusztus 30-án felfedezte az első Kuiper-övbeli égitestet, az 1992QB1-et (más néven Albiont). Persze ekkor még egyetlen kisbolygó felfedezése alapján nem jelenthették ki teljes bizonyossággal a Kuiper-öv létét. Szerencsére azonban a csillagászok nem tétlenkedtek az elmúlt harminc évben sem: rendíthetetlenül kémlelték az eget, így ma már nagyjából 2000 égitestet ismerünk ebből a térségből.
Milyen égitestek laknak a Kuiper-övben?
A Kuiper-öv objektumai hatalmas teret töltenek ki a Naprendszerben: egy gyűrűt alkotnak a Neptunuszon túli térségében a Naptól nagyjából 30 – 55 CSE távolságban, emiatt Kuiper-övbeli objektum (KBO, Kuiper Belt Object) helyett gyakran Neptunuszon túli objektumként (TNO, transzneptun objektum) is emlegetik őket. A jeges égitestek között előfordulnak kisebbek és nagyobbak is néhány kilométertől az 1000 km-t is meghaladó átmérőig, és többségük az ekliptika síkjához közel kering. Néhány olyan kivételt azért találunk köztük, amelyek nagyon elnyúlt, távoli pályán keringenek – ezek közé tartozik például a Sedna. A csillagászok úgy gondolják, hogy Kuiper-öv objektumai a Naprendszer keletkezésének korai időszakából származnak. Bizonyos elméletek szerint az itt található törmelék összeállhatott volna egy bolygóvá, ha a Neptunusz hatása nem akadályozza meg a törmelékdarabok egyesülését.
A Földtől való nagy távolságuk és kis méretük miatt keveset tudunk a Kuiper-öv tagjairól. A pályájuk és a forgási periódusuk bizonyos esetekben meghatározható, de a felszínük részletesebb megfigyelésére csak két égitest esetén volt lehetőség. A Plútó felszíni mintázatáról már földi távcsövek felvételei is árulkodnak, de a 2006-ban útnak indított New Horizons űrszonda tárt fel igazán szemet gyönyörködtető részleteket, amikor kilenc évnyi utazás után elhaladt a 2006 óta már törpebolygónak minősülő Plútó és holdjai mellett. A New Horizons másik célpontja a 2014MU69 (Arrokoth vagy ideiglenes nevén Ultima Thule) volt. Ez a látogatás különösen meglepő eredménnyel zárult. Már korábbi mérések alapján is sejtették a kutatók, hogy ennek a kisbolygónak hóemberszerű alakja van. Az űrszonda új felvételei azonban azt mutatják, hogy az Arrokoth két érintkező lapos korongból vagy kavicsból áll.
A New Horizons felvételei alapján ráadásul a Kuiper-övről alkotott általános elképzelések is formálódtak. A Plútó és legnagyobb holdja, a Charon felszínén sokkal kevesebb kis méretű krátert találtak, mint amennyire számítottak. Mivel becsapódási krátereket a környéken kószáló apróbb sziklák okoznának, ez a felfedezés arra enged következtetni, hogy a Kuiper-övben sokkal kevesebb az 1-2 km átmérőjű kis égitest, mint azt eredetileg gondolták. Az Arrokoth jelentősége pedig abban rejlik, hogy ez a legtávolabbi és legősibb naprendszerbeli égitest, amit űreszközzel meg tudtunk vizsgálni. A vizsgálatok eredményei pedig a bolygórendszerek keletkezésének megértését segítik elő. A különleges alak arra enged következtetni, hogy az Arrokoth két különálló bolygókezdemény összetapadásával keletkezett.
Egyre többen
Nehéz pontosan megállapítani, hogy hány tagja van a Kuiper-övnek, de becslések szerint több millió égitest keringhet itt – ezeknek egyelőre csak a töredékét fedezték fel a csillagászok. Ezek közül néhány százezer lehet a 100 km feletti mérettartományban, sőt néhányuk mérete az 1000 kilométert is meghaladja – az utóbbiak közé tartozik például a Plútó. A nagyobbakat könnyebb felfedezni és megfigyelni, míg a kisebbek még a precíz csillagászat műszereknek is komoly kihívást jelentenek. Megfigyelésükkor azt használják ki a csillagászok, hogy a Kuiper-öv objektumai lassan elmozdulnak a csillagokhoz képest, ami észrevehető, ha egy felvételsorozatot készítünk egy kiválasztott égterületről. Több éjszakányi megfigyeléssel még a pályájuk és a távolságuk is meghatározható. Ha a háttércsillagok és a KBO egymáshoz viszonyított elhelyezkedése különösen kedvező a földi megfigyelő számára, akkor a KBO elhalad a csillag előtt, és ún. okkultációt (csillagfedést) okoz. Okkultáció ritkán következik be, de a jelenséget kihasználva például a kisbolygó méretére és alakjára is lehet becsléseket tenni. Ezeket a módszereket alkalmazva a csillagászok a mai napig pásztázzák az eget, és vadásznak a még fel nem fedezett KBO-kra. A Palomar Obszervatórium 48 hüvelykes Schmidt-távcsövével végzett mérési sorozat volt az egyik legnagyobb felmérés, amelyet azzal a céllal végeztek, hogy KBO-kat találjanak. Ennek a felmérésnek köszönhetően ismerjük a legtöbb nagyobb méretű KBO-t.
A Kuiper-öv néhány különleges tagja
Zárásképpen pedig nézzünk meg közelebbről néhány különleges égitestet a Kuiper-övből:
- 1992QB1 (Albion): Az 1992QB1 a legelső Kuiper-övbeli objektum. 1992-ben fedezte fel David Lewitt és Jane Luu ezt a néhány száz kilométer átmérőjű kisbolygót, amely nagyjából 40 csillagászati egységre kering a Naptól. A felfedezéskor, mielőtt még hivatalos kisbolygó-jelölést kapott volna, „Smiley”-nak nevezték, és a hírekben rövid ideig a tizedik bolygóként emlegették. Ez azonban nem tartott sokáig, mert hamarosan további hasonló méretű és pályájú égitesteket fedeztek fel.
- Plútó: A Plútó talán a Kuiper-öv leghíresebb tagja, mivel egészen 2006 augusztusáig a Naprendszer kilencedik bolygójaként tartották számon. Azonban ahogy az évek során a Kuiper-öv egyre nagyobb figyelmet kapott, felfedeztek több olyan égitestet a Naprendszer ezen régiójában, amelyek mérete és pályája a Plútóéhoz hasonló (pl. Eris). Emiatt 2006-ban a Nemzetközi Csillagászai Unió bolygó helyett törpebolygóvá minősítette a Plútót.
- Eris: Az Erist 2005-ben fedezték fel a Palomar Obszervatórium felmérése során. Az egyik legnagyobb törpebolygó, 2326 km-es átmérőjével még a Plútó méretével is vetekszik. Ez az egyik olyan felfedezés, amely elindította el a vitát arról, hogy a Plútó a bolygók közé sorolható-e. Dysnomia nevű 250 km átmérőjű holdja 37 300 km-re kering az Eristől.
- Haumea: A Haumea ellipszoid alakú törpebolygó, amelynek felfedezése szintén részben a Palomar Obszervatórium felmérésének köszönhető. Okkultációs méréseket használva magyar kutatók fedezték fel 2017-ben, hogy gyűrű veszi körül a törpebolygót. A Haumea ezzel a felfedezéssel a harmadik olyan kis méretű égitest lett a Naprendszerben, amelyet gyűrű vesz körül.
- Arrokoth: Ideiglenes nevén Ultima Thule volt egészen addig, amíg meg nem kapta a hivatalos kisbolygó-jelölését (2014 MU69). A NASA New Horizons kutatócsoportja ezután javasolta a hivatalos elnevezésnek az Arrokoth, nevet ami póhatan indián nyelven eget jelent. A New Horizons űrszonda 2019-ben haladt el mellette, és különleges felvételeinek köszönhetően érdekes részletek tárultak a szemünk elé erről a hóember alakú égitestről. A róla készült vizsgálatok hozzásegítenek a bolygórendszerek keletkezési folyamatának megértéséhez.
- Sedna: 2003-ban fedezték fel ezt a 995 km átmérőjű kisbolygót. Korábban még sosem figyeltek meg ilyen távoli objektumot a Naprendszerben: felfedezésekor a Sedna 90 csillagászati egységre volt a Naptól. Rendkívül elnyúlt pályán kering, a Naptól mért távolsága 76 CSE és 937 CSE között változik, és 11 400 évbe telik, míg ezt az elnyúlt pályát végigjárja.
Borítókép: A Kuiper-öv. Forrás: NASA
Szerző: Zsidi Gabriella, Tudományos segédmunkatárs
CSFK Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Intézet / Svábhegyi Csillagvizsgáló