تصاویر؛ کمربند کویپر چیست؟ هرآنچه درباره حاشیه کمتر کاوش‌شده منظومه شمسی می‌دانیم
کمربند کویپر منطقه‌ای سرد و دونات‌شکل مملو از اجرام یخی، ازجمله پلوتو است که در لبه منظومه شمسی قرار دارد.
کمربند کویپر منطقه‌ای سرد و دونات‌مانند است که از اجرام یخی تشکیل شده و فراتر از مدار نپتون، هشتمین سیاره منظومه شمسی قرار دارد. این کمربند از جهاتی به کمربند اصلی سیارکی (واقع در میان مریخ و مشتری) شباهت دارد. طبق گزارش ناسا، اجرام موجود در کمربند کویپر نیز بقایای به‌جامانده از دوران تشکیل منظومه شمسی درحدود ۴٫۶ میلیارد سال پیش هستند.
بااین‌حال، کمربند کویپر بسیار بزرگ‌تر از کمربند اصلی سیارکی است؛ به‌طوری‌که پهنای آن تا ۲۰ برابر و جرم آن بین ۲۰ تا ۱۰۰ برابر بیشتر از این کمربند است.
ساختار کمربند کویپر مانند کمربند اصلی سیارکی تحت تأثیر مدار یک سیاره غول‌پیکر شکل گرفته است. در حالی که سیاره گازی مشتری با گرانش عظیم خود باعث شکل‌گیری کمربند سیارکی شده، نپتون نیز درکنار سایر عوامل اجازه نداده که مواد موجود در منطقه‌ی فراتر از مدارش به سیاره‌ای بزرگ تبدیل شوند و در نتیجه، محدوده‌ای بسیار وسیع از اجرام پراکنده به نام کمربند کویپر به‌وجود آمده است.
اکتشافات کمربند کویپر
بشر هنوز در آغاز راه اکتشافات کمربند کویپر است و تاکنون تنها دو فضاپیما به این منطقه سفر کرده‌اند. در سال ۱۹۸۳، فضاپیمای پایونیر ۱۰ ناسا از این کمربند عبور کرد، اما از هیچ‌یک از اجرام آن بازدید نکرد.
پس از آن، فضاپیمای نیوهورایزنز در دهمین سال آغاز ماموریت خود، در سال ۲۰۱۵ پلوتو و قمرش شارون را بررسی کرد. سپس این فضاپیما به سفر خود ادامه داد و اجرام دیگری از کمربند کویپر، از جمله جرم یخی آروکوت (Arrokoth) را که شبیه به آدم‌برفی فضایی است، مشاهده کرد. ناسا در این‌باره می‌نویسد:
کمربند کویپر واقعاً مرز نهایی فضاست، منطقه‌ای که ما تازه در حال آغاز کاوش آن هستیم و درکمان از آن هنوز در حال تکامل استکمربند کویپر کجاست؟
ناسا می‌گوید لبه‌ی درونی کمربند کویپر که شکلی مانند دونات دارد، از مدار نپتون آغاز می‌شود و در فاصله‌ای حدود ۴٫۸ میلیارد کیلومتر از خورشید قرار دارد. تراکم اصلی اجرام این منطقه در فاصله‌ای حدود ۷٫۴ میلیارد کیلومتر از خورشید پایان می‌یابد.
ستاره‌شناسان معمولاً چنین فاصله‌های وسیعی در منظومه شمسی را با واحدی به نام «واحد نجومی» (AU) اندازه‌گیری می‌کنند. هر AU معادل تقریباً ۱۵۰ میلیون کیلومتر (میانگین فاصله‌ی زمین تا خورشید) است.
با این تعریف، لبه درونی کمربند کویپر حدود ۳۰ واحد نجومی از خورشید فاصله دارد و پایان ناحیه‌ی اصلی آن در حدود ۵۰ واحد نجومی است. ناحیه‌ای دیگر و بی‌نظم‌تر به نام «دیسک پراکنده» نیز وجود دارد که تا حدود ۱۰۰۰ واحد نجومی از خورشید امتداد دارد. این فاصله‌ها نشان می‌دهد که کمربند کویپر یکی از بزرگ‌ترین ساختارهای موجود در منظومه شمسی است.
بااین‌حال، کمربند کویپر ممکن است دورترین منطقه‌ی یخی منظومه شمسی نباشد. دانشمندان فرض می‌کنند که فراتر از کمربند کویپر، مجموعه‌ای از اجرام به نام «ابر اورت» قرار دارد که اغلب با کمربند کویپر اشتباه گرفته می‌شود.
درحالی‌که گمان می‌رود دنباله‌دارهای دارای تناوب مداری کوتاه از کمربند کویپر منشأ می‌گیرند، ناسا می‌گوید ابر اورت منشأ دنباله‌دارهایی با تناوب مداری طولانی است که بیش از ۲۰۰ سال طول می‌کشد تا یک بار دور خورشید بچرخند.
نخستین جرم شناخته‌شده از ساکنان کمربند کویپر، پلوتو بود که توسط کلاید تامبا در فوریه ۱۹۳۰ در رصدخانه لول کشف شد
لبه‌ی درونی ابر اورت احتمالاً بین دوهزار تا پنج‌هزار واحد نجومی از خورشید فاصله دارد، در حالی که لبه‌ی بیرونی آن ممکن است تا ۱۰هزار یا حتی صدهزار واحد نجومی کشیده شود. ناسا می‌گوید این فاصله‌ها یک‌چهارم تا نیمی از راه تا نزدیک‌ترین ستاره به خورشید است.
چه کسی کمربند کویپر را کشف کرد؟
کمربند کویپر به افتخار جرارد کویپر، ستاره‌شناس هلندی (۱۹۰۵–۱۹۷۳) نام‌گذاری شده که در سال ۱۹۵۱ وجود منطقه‌ای دیسک‌شکل از اجرام یخی فراتر از نپتون را پیشنهاد داد.
پیش از کار کویپر، نخستین جرم شناخته‌شده از ساکنان این منطقه، پلوتو بود که توسط کلاید تامبا در فوریه ۱۹۳۰ در رصدخانه لول کشف شد. در نتیجه، اخترشناسان قبل از اینکه واقعاً با مفهوم کمربند کویپر آشنا شوند، اجرامی از آن را یافته بودند. کشف پلوتو باعث گمانه‌زنی‌هایی درباره‌ی وجود اجرام دیگری فراتر از نپتون شد.
در سال ۱۹۴۳، کنت اِجورث، ستاره‌شناس ایرلندی مقاله‌ای منتشر کرد که در آن مدعی شد اجرام منظومه شمسی و پراکندگی آن‌ها به مدار پلوتو محدود نمی‌شود. این دیدگاه را می‌توان آغاز مفهوم کمربند کویپر دانست. با اینکه کویپر هشت سال بعد شواهد قوی‌تری برای این نظریه ارائه داد، برخی اخترشناسان این منطقه را به احترام هر دو دانشمند «کمربند اِجورث–کویپر» می‌نامند.
تأیید وجود کمربند کویپر اما تا چهار دهه بعد به تأخیر افتاد. در سال ۱۹۹۲، دیو جوئیت و جین لو، پژوهشگران دانشگاه هاوایی، جرمی کوچک در مدار خورشید کشف کردند که آن سوی نپتون قرار داشت.
آن جرم که اولین «جرم کلاسیک فرانپتونی» (TNO) بود، 1992QB1 نام گرفت و آغازگر کشف هزاران جرم دیگر در کمربند کویپر شد. ناسا می‌گوید از زمان کشف 1992QB1، بیش از ۲۰۰۰ جرم در کمربند کویپر شناسایی شده‌اند. دلیل کشف دیرهنگام این اجرام این است که بسیار کوچک و بسیار دور هستند.
دسته‌بندی اجرام کمربند کویپر
بر اساس دسته‌بندی آزمایشگاه فیزیک کاربردی دانشگاه جانز هاپکینز، اجرام کمربند کویپر به این دسته‌ها تقسیم می‌شوند:
اجرام کلاسیک سرد (Cold Classical KBOs)
«سرد» در اینجا به دما مربوط نیست بلکه به مدارهای دایره‌ای و بدون شیب اشاره دارد. این اجرام در نواری به عرض ۶ واحد نجومی در فاصله بین ۴۲ تا ۴۸ واحد نجومی از خورشید قرار دارند. این اجرام معمولاً کوچک‌اند (کمتر از ۸۰۰ کیلومتر قطر دارند) و رنگ آن‌ها نسبت به دیگر اجرام سرخ‌تر است. آن‌ها احتمالاً از ماده‌ی اولیه‌ی کمربند کویپر تشکیل شده‌اند و تحت تأثیر مدار سیاره‌ها قرار نگرفته‌اند.
اجرام کلاسیک داغ (Hot Classical KBOs)
«داغ» به مدارهای بیضوی و شیب‌دار اشاره دارد. این اجرام اگرچه در فاصله‌ای مشابه با اجرام سرد قرار دارند، می‌توانند درحین گردش در مدارشان بسیار دورتر یا نزدیک‌تر به خورشید شوند. اندازه و رنگ آن‌ها متنوع است و معمولاً بزرگ‌تر و خاکستری‌تر از اجرام سرد هستند.
اجرام رزنانسی (Resonant KBOs)
این اجرام با نپتون در نوعی «رقص مداری» قفل شده‌اند. رزنانس ۳:۲ یعنی دو چرخش خورشید برای هر سه چرخش غول یخی. اجرام دارای رزنانس ۲:۱، گاهی پلوتوهای کوچک هم نامیده می‌شود؛ زیرا این سیاره‌ی کوتوله بخشی از این گروه است و به ازای هر دو چرخش مداری نپتون، یک مرتبه مدارش را کامل می‌کند.
اجرام پراکنده (Scattered KBOs)
این اجرام احتمالا به‌دلیل نزدیکی بیش از حد به نپتون و تأثیر گرانشی آن، مدارهای ناپایدار دارند. مدارهای آشفته‌ی آن‌ها می‌تواند آن‌ها را تا صدها واحد نجومی از خورشید دور یا حتی از نپتون به خورشید نزدیک‌تر کند.
اجرام فرانپتونی بسیار دور (Exterme TNO)
این گروه بسیار جدید اعضای اندکی دارد. برخی از آن‌ها ممکن است اصلاً متعلق به کمربند کویپر نباشند؛ چرا که می‌توانند تا ۱۰۰۰ واحد نجومی از خورشید دور شوند.
ساکنان معروف کمربند کویپر
کمربند کویپر میزبان میلیون‌ها جرم سنگی و یخی است که با عنوان اجرام کمربند کویپر (KBOs) یا اجرام فرانپتونی (TNOs) شناخته می‌شوند. دمای بسیار پایین این اجرام به دلیل فاصله‌ی زیادشان از خورشید است. ناسا می‌گوید ممکن است تریلیون‌ها جرم یخی در این کمربند وجود داشته باشد که صدها هزار عدد از آن‌ها قطری بیش از ۱۰۰ کیلومتر دارند.
کمربند کویپر حداقل میزبان پنج سیاره کوتوله‌ی شناخته‌شده است: اریس، هائومیا، ماکی‌ماکی، کواوآر و البته پلوتو. بسیاری از این سیاره‌های کوتوله، قمرهای خود را دارند و حتی برخی دارای حلقه‌هایی کم‌رنگ هستند. به‌تازگی دانشمندان حلقه‌ای را دور کواوآر کشف کرده‌اند که قمری به نام وی‌وُت نیز دارد. حدود ۸۰ جرم کمربند کویپر کشف شده‌اند که دارای قمرهای دوتایی با اندازه‌های تقریباً برابر هستند تا حدی که نمی‌توان مشخص کرد کدام جرم اصلی و کدام قمر است. این اجرام را «KBO-های دوتایی» می‌نامند.
اجرام کمربند کویپر در اشکال و اندازه‌های گوناگون وجود دارند. بزرگ‌ترین اجرام شناخته‌شده‌ی کمربند کویپر، پلوتو و اریس هستند. قطر پلوتو حدود ۲۳۸۰ کیلومتر، در حالی که قطر اریس کمی کمتر و در حدود ۲۳۳۰ کیلومتر است. همچنین، دست‌کم هفت جرم بزرگ دیگر در کمربند کویپر شناخته شده‌اند که قطرشان بین ۹۵۰ تا ۱۵۰۰ کیلومتر است. انتظار می‌رود این اجرام بزرگ دارای جو باشند.
کوچک‌ترین جرم شناخته‌شده‌ی کمربند کویپر که در نور مرئی دیده شده، قطری برابر با تنها ۹۷۵ متر دارد و در فاصله‌ی ۶٫۷ میلیارد کیلومتری مشاهده شده است؛ اما برخورد دائمی این اجرام با یکدیگر باعث شده که کمربند کویپر مملو از خرده‌قطعات کوچک‌تر باشد.
رنگ و بازتاب سطح اجرام کمربند کوییپر (KBO-ها) متغیر است. مثلاً پلوتو حدود ۶۰ درصد از نور خورشیدی را که به آن می‌تابد، بازتاب می‌دهد، در حالی که فقط ۱۰ درصد از نور خورشید از زمین بازتابیده می‌شود.
برخی دیگر از KBO-ها دارای سطح‌های تیره‌تر با بازتابندگی بین ۲۰ درصد تا تنها ۴ درصد هستند. براساس یافته‌های آزمایشگاه فیزیک کاربردی دانشگاه جانز هاپکینز، تیره‌ترین این اجرام ممکن است غنی از پلیمرهای پیچیده‌ی کربنی باشند. تصور می‌شود رنگ اجرام کمربند کویپر از خاکستری تیره تا قرمز متغیر باشد که این تفاوت به دلیل ترکیب‌های شیمیایی متنوع آن‌ها و روند تکاملشان است؛ هرچند تعیین این ویژگی‌ها در آن فاصله‌ی بسیار زیاد دشوار است.
اجرام کمربند کویپر همچنین در اشکال مختلفی دیده می‌شوند که عجیب‌ترین آن‌ها احتمالاً جرم آروکوت (با نام سابق آلتیما تولی و 2014 MU69) است که به دلیل شکل خاصش «آدم‌برفی فضایی» نیز نامیده می‌شود.
پلوتو و اریس بزرگ‌ترین اجرام کمربند کویپر هستند
آروکوت در سال ۲۰۱۴ توسط تیم علمی نیو هورایزنز با استفاده از تلسکوپ فضایی هابل کشف شد. این جرم از دو قطعه‌ی جداگانه تشکیل شده که به هم متصل شده‌اند و یک «دودویی تماسی» را شکل داده‌اند. بااین‌حال، این جرم برخلاف آدم‌برفی سفیدرنگ زمینی، رنگی بسیار قرمز دارد.
شاید عجیب‌ترین جرم فرضی منظومه شمسی، «سیاره ایکس» یا «سیاره نهم» باشد که وجود آن پس از تنزل جایگاه پلوتو به سیاره‌ی کوتوله، مطرح شد. این سیاره که گفته می‌شود در فاصله‌ای بسیار دورتر از پلوتو قرار دارد، احتمالا دنیایی در اندازه‌ی نپتون با مداری بسیار کشیده است.
مدرک اصلی برای وجود سیاره نهم که در سال ۲۰۱۵ پیشنهاد شد، مدار غیرمعمول برخی KBO-های کوچک در حاشیه‌ی کمربند کویپر است. احتمال می‌رود این رفتار مداری ناشی از تأثیر گرانشی جرم بزرگی ناشناخته باشد. اما فراتر از این مدرک، شواهد کمی از سیاره نهم وجود دارد و این موضوع همچنان بحث‌برانگیز است.
کمربند کویپر در حال کاهش جرم است
به نظر می‌رسد کمربند کویپر امروز خلوت‌تر از گذشته است. به نقل از دانشگاه کالیفرنیا در لس‌آنجلس (UCLA) ، مشاهدات کمربند کویپر باعث ابداع «مدل نیس» شده است که نشان می‌دهد جرم کنونی این کمربند (حدود ۰٫۱ برابر جرم زمین)، بسیار بیشتر از آن است که توانسته باشد درطول عمر منظومه شمسی از طریق تجمع ذرات رشد کرده باشد.
بنابراین ممکن است کمربند کویپر زمانی حاوی جسمی معادل ۱۰ یا حتی ۱۰۰ برابر جرم زمین بوده باشد؛ بدین معنا که حدود صد تا هزار برابر بیشتر از امروز جرم داشته است. کاهش این جرم احتمالاً ناشی از تغییرات مداری سیارات بزرگ یعنی مشتری، زحل، اورانوس و نپتون بوده است.
طبق گفته ناسا، هنگامی که اورانوس و نپتون توسط مشتری و زحل به سمت بیرون منظومه رانده شدند، مسیر بسیاری از اجرام یخی به سمت داخل منحرف شد. گرانش عظیم مشتری بسیاری از این اجرام را به لبه‌ی منظومه شمسی پرتاب کرد. این اجرام احتمالاً ابر اورت را شکل دادند یا حتی برخی از آن‌ها کاملاً از منظومه بیرون افتادند.
ناسا می‌گوید کمربند کویپر همچنان در حال فرسایش است. اجرام در آن با هم برخورد می‌کنند و خرده‌قطعات کوچکی می‌سازند که باز هم با یکدیگر برخورد می‌کنند و به گردوغبار تبدیل می‌شوند. این گردوغبار سپس توسط جریان‌های ذرات باردار خورشیدی که باد خورشیدی نام دارند، از منظومه شمسی خارج می‌شود.
حقایق درباره کمربند کویپر
- کمربند کویپر ممکن است صدها هزار جرم یخی داشته باشد که اندازه آن‌ها از تکه‌های کوچک یخ تا اجرامی با قطر بیش از ۱۰۰ کیلومتر متغیر است.
- ستاره‌شناسان مسیر بیشتر دنباله‌دارهای کوتاه‌دوره را تا منشاء آن‌ها در کمربند کویپر ردیابی کرده‌اند. این دنباله‌دارها دارای دوره‌های مداری کمتر از ۲۰۰ سال هستند.
- ممکن است بیش از یک تریلیون هسته دنباله‌دار در بخش اصلی کمربند کویپر وجود داشته باشد.
- بزرگ‌ترین اجرام کمربند کویپر شامل پلوتو، کوآئوار (Quaoar)، ماکی‌ماکی (Makemake)، هائومیا (Haumea)، ایکسیون (Ixion) و وارونا (Varuna) هستند. این اجرام اغلب با عنوان اجرام فراتر از نپتون (Trans-Neptunian Objects یا TNOs) شناخته می‌شوند.
- اولین فضاپیمایی که تاکنون از یک جرم واقع در کمربند کویپر بازدید کرده، کاوشگر نیوهورایزنز ناسا است که در سال ۲۰۱۵ از کنار پلوتو پرواز کرد.
- ستاره‌شناسان ساختارهایی مشابه کمربند کویپر منظومه شمسی را در اطراف دست‌کم ۹ ستاره دیگر یافته‌اند. تلسکوپ فضایی هابل از دیسک‌هایی در اطراف ستاره‌های HD 138664 در صورت فلکی گرگ (Lupus) و HD 53143 در صورت فلکی شاه‌تخته (Carina) تصویربرداری کرده است.
- یخ‌های موجود در کمربند کویپر به دوران شکل‌گیری منظومه شمسی بازمی‌گردند و سرنخ‌هایی از شرایط موجود در سحابی اولیه خورشیدی در خود دارند.
منبع: خبرآنلاین
