Kuipergürtel

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Kuipergürtel (nichtmaßstäbliches Schema)

DerKuipergürtel[ˈkœypərɡʏʁtl̩] (englischKuiper belt) ist eine nachGerard Peter Kuiperbenannte ringförmige, relativ flache Region, die sich imSonnensystemaußerhalb derNeptunbahn in einer Entfernung von ungefähr 30 bis 50Astronomischen Einheiten(AE) nahe derEkliptikerstreckt und schätzungsweise mehr als 70.000Objektemit mehr als 100 km Durchmesser sowie viele kleinere Objekte enthält.

Die Objekte in diesem Bereich werden alsKuipergürtelobjekte(abgekürztKBO,von engl.Kuiper Belt Objects,manchmal auchEKOvon engl.Edgeworth-Kuiper Belt) bezeichnet und gehören zu dentransneptunischen Objekten(TNO).

Man vermutet, dass ein Großteil derKometenmit mittlerenPeriodenaus dem Kuipergürtel stammt. Während früher davon ausgegangen wurde, dass dieKometenkernenahezu unverändert aus ihrer Bahn geworfene KBOs sind, gilt mittlerweile, dass es sich bei ihnen umFragmenteaus Zusammenstößen von KBOs handelt.

Namensherkunft

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Der NameKuipergürtelwurde durchScott Tremainegeprägt. Tremaine überprüfte und bestätigte 1988 mit einer Computersimulation eine Theorie vonJulio Ángel Fernándezaus dessen VeröffentlichungOn the existence of a comet belt beyond Neptuneaus dem Jahr 1980 und benannte die noch hypothetische RegionKuiper beltin Anlehnung an Fernández’ Veröffentlichung, die sich in der Einleitung auf einen vermutetencomet beltund entsprechende Theorien von Gerard Kuiper aus den Jahren 1951 und 1974 bezog.[1]

Die Bezeichnung ist zum Teil umstritten, da Kuipers Theorie weder die erste dieser Art war noch als aktuell gilt. Daher ist manchmal auch vomEdgeworth Belt(nach dem irischen AstronomenKenneth Edgeworth) oderEdgeworth-Kuiper Beltdie Rede, da sowohl Edgeworth (1943 in Irland) als auch Kuiper (1951 in den USA) unabhängig voneinander die These aufgestellt hatten, dass sich hinter der Neptunbahn ein Bereich befinde, in dem sich aus planetarischem Material (Staub) Kometen bildeten. Manche bevorzugen die Bezeichnungentransneptunischer Gürtelodertransneptunische Objekte.

Klassifizierung

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Verteilung der bisher bekannten Objekte im Kuipergürtel. Die strahlenförmige Verteilung ist durch die bisherigen, punktuellen Suchprogramme verursacht.

Die bis jetzt (2015) circa 2000 bekannten Objekte dieser Region lassen sich aufgrund ihrerBahnelementein mehrere unterschiedliche Gruppen unterteilen:

  • Klassische KBOs(Classical Kuiper Belt Objects, CKBOs, oderCubewanos) bewegen sich mit kleinenExzentrizitätenauf nahezu kreisförmigen Bahnen zwischen 41 und 50 AE mitBahnneigungenvon bis zu 30°. Die BezeichnungCubewanoleitet sich von derprovisorischen Bezeichnung(1992 QB1,sprichQ B One) des Asteroiden(15760) Albionab, der als erstes dieser Objekte entdeckt wurde. Etwa zwei Drittel der bekannten KBOs bewegen sich auf einer solchen kreisähnlichen Bahn um die Sonne.
  • Resonante KBOs(Resonant Kuiper Belt Object, RKBOs) sind Objekte, die sich aufresonantenBahnen zu Neptun bewegen und dadurch in ihrer Bahn stabilisiert werden (z. B.Plutinosmit einer 3:2-Resonanz bei ungefähr 40 AE oderTwotinosmit einer 2:1-Resonanz bei etwa 48 AE). Etwa ein Drittel der heute bekannten KBOs sind resonante KBOs. Sie werden manchmal auch alsheißeKBOs genannt, weil ihre Bahnen gestört sind, stärker geneigt und stärker elliptisch als klassische KBOs.
  • Gestreute KBOs(Scattered Kuiper Belt Objects, SKBO, oderScattered disk objects,SDO) bewegen sich mit großen Exzentrizitäten auf Bahnen mitPeriheldistanzen nahe 35 AE undApheldistanzen bis über 2000 AE. Bis jetzt sind erst wenige dieser gestreuten KBOs bekannt, z. B.(15874) 1996 TL66mit einer starkelliptischenBahn und einer Bahnneigung von 24°. Je nach Autor wird dieScattered Diskauch als separate Population betrachtet undnichtals Teil des Kuipergürtels.

Seit 1978 ist bekannt, dassPlutomitCharoneinen sehr großenBegleiterhat, man spricht deshalb auch vomPluto-Charon-System.Zwischen 1997 und 2001 wurden unter den bis dahin bekannten etwa 500 KBOs weitere acht Zweifachsysteme gefunden, die sich auf alle drei KBO-Gruppen verteilen.

Teilregionen des Kuipergürtels (Entfernungen in AE):

Die Balken entsprechen dem Spielraum der Großen Halbachsen der Objekte der jeweiligen Zonen. Die Gebiete der Objekte, die in Bahnresonanz zu Neptun stehen, sind rot dargestellt. Die Neptunbahn und dieNeptun-Trojanersind nur als Referenz dargestellt und gehören nicht zum Kuipergürtel.

Ob dieJupiter-Familie-Kometen,dieZentauren,dieNeptun-Trojaner,dieInner-Oort-Cloud-Objekteund dieSednoidendem Kuipergürtel zuzurechnen sind, wird in der Literatur unterschiedlich gehandhabt.[2][3][4][5][6][7][8][9]

Entstehung

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Verteilung der bisher bekannten Objekte im Kuipergürtel senkrecht zur Ekliptik

Die KBOs sind während derPlanetenbildung vermutlich nahe der Region entstanden, in der sie beobachtet werden. Während sich im dichteren inneren Bereich sehr schnell vielePlanetesimalebildeten und bald zu Planeten heranwuchsen, vollzog sich dieser Vorgang in den dünneren äußeren Bereichen viel langsamer. Die Überbleibsel bilden die beobachtbaren KBOs.

Die CKBOs bewegen sich nahezu kreisförmig, wie für in diesem Bereich entstandene Objekte zu erwarten. Die teilweise recht großen Bahnneigungen erfordern jedoch einen Mechanismus, der sie aus der Ekliptik ablenkt. Dieser Mechanismus ist noch nicht verstanden.

  • Eine Möglichkeit besteht darin, dass Neptun in den frühen Phasen der Planetenentwicklung massive Planetesimale (größer als dieErde) in den Kuipergürtel gestreut hat. Diese massiven Objekte könnten die großen Bahnneigungen erklären, aber sie hätten auch die resonanten KBOs stärker abgelenkt, als es den Beobachtungen entspricht.
  • Ein nahe vorbeiziehender Stern verursachte die Auslenkung aus der Ekliptik. Dieser Prozess würde die resonanten KBOs verschonen und auch den äußeren Rand des Kuipergürtels bei 50 AE erklären, aber der Stern hätte sich der Sonne auf einige hundert AE nähern müssen.

Die SKBOs wurden vermutlich während der Entstehung des Planetensystems von den großen Planeten nach außen gestreut. Ein Teil wurde von Neptun auf Bahnen nahe 35 AE Periheldistanz eingefangen, der Rest wurde weiter hinaus gestreut und hat wohl teilweise dasSonnensystemverlassen.

Die Bildungsprozesse der Zweifachsysteme sind bisher reine Spekulation. Das Hauptproblem der meisten Vorschläge ist dabei die große Anzahl dieser Systeme aus großen KBOs.

Große Kuiper Belt Objects (KBOs)

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Schematische Darstellung der Verteilung der Objekte des Kuipergürtels; die Entfernung in astronomischen Einheiten (waagerechte Achse) ist gegen die Bahnneigung (senkrechte Achse) abgetragen (rot: resonante KBOs, blau: CKBOs, grau: SKBOs).

Mit Stand 2016 sind acht KBOs bekannt, deren Durchmesser (bei Unsicherheiten von 10–15 %) um 1000 km oder mehr liegt:

Entdeckungsgeschichte

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  • 1930 wird mitPlutodas erste Objekt der später als Kuipergürtel bekannten Region des Sonnensystems entdeckt, jedoch noch nicht als solches erkannt, sondern alsPlaneteingestuft.
  • 1943 stellt Kenneth Edgeworth die Theorie über eine Ansammlung kosmischer Objekte jenseits der bekannten Planetenbahnen auf.
  • 1951 veröffentlicht Gerard Kuiper eine Theorie über Objekte jenseits des Pluto.
  • 1977 wird der Zentaur(2060) Chironentdeckt. Nach heutigen Erkenntnissen stammt er aus dem Kuipergürtel.
  • 1978 wird der PlutomondCharonentdeckt.
  • 1992 wird im Januar der zweite Zentaur(5145) Pholusentdeckt.
  • 1992 wird mit(15760) Albion,bis zur Benennung im Januar 2018 unter dem Namen 1992 QB1bekannt, das erste Objekt jenseits der Plutobahn entdeckt.
  • 1993 werden die ersten Plutinos (nach Pluto) entdeckt, die auch eine Diskussion über den Planetenstatus des Pluto auslösen.
  • 1996 wird mit(15874) 1996 TL66das erste gestreute KBO entdeckt.
  • 1998 wird der Zentaur(52872) Okyrhoeentdeckt, der von einigen Autoren zurJupiter-Familie-Kometenreklassifiziert wird[5].
  • 1998 wird mit1998 WW31das zweite Zweifachsystem (nach Pluto) entdeckt.
  • 2001 wird mit(20000) Varunadas zweiteTNO(nach Pluto/Charon) mit einer Größe von (damals geschätzten) etwa 1000 km entdeckt.
  • 2002 wird(50000) Quaoarentdeckt.
  • 2003 wird mit(90377) Sednaein TNO entdeckt, das bisher in kein Schema passt. Es scheint nicht mehr zum Kuipergürtel zu gehören, aber auch noch nicht zurOortschen Wolke.
  • 2005 wird mit(136199) Erisein TNO entdeckt, dessen Größe die von Pluto nach ersten Schätzungen übersteigt. Nach derzeitigem Wissen ist Eris aber ein wenig kleiner.
  • 2006 werden Pluto und Eris von derInternationalen Astronomischen Unionoffiziell alsZwergplanetendeklariert.
  • 2008 werden(136472) Makemakeund(136108) Haumeavon der Internationalen Astronomischen Union offiziell als Zwergplaneten deklariert.
  • 2015 erreichtNew Horizonsdas Pluto-System und 2019 das Objekt(486958) Arrokoth(damals inoffiziell:Ultima Thule). Damit werden erstmals Kuipergürtelobjekte durch eine Raumsonde erforscht.

Extrasolare Gürtel

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Kuipergürtelähnliche Staubwolke umFomalhaut

Kuipergürtelähnliche Strukturen scheinen sich auch in anderen Sternensystemen gebildet zu haben. Ein Beispiel istFomalhaut,wo ein massereicherBegleitergefunden wurde, dessen Umlaufbahn innerhalb des Staubgürtels verläuft.

Vergleichbare Planeten sind in unserem Sonnensystem nicht zu erwarten; ihre Existenz würde sich durch eine Verschiebung des Gesamtschwerpunktsrelativ zur Sonne bemerkbar machen.

Zooniverse-ProjektIceHunters

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Im Rahmen desCitizen-Science-ProjektsIceHunterssuchten Freiwillige nach Objekten im Kuiper-Gürtel, um ein Nachfolgeziel für dieRaumsondeNew Horizonszu finden. Hierzu werteten sie Bilder aus, die aus der Subtraktion von in zeitlichen Abständen aufgenommenen astronomischen Aufnahmen gewonnen wurden. Astronomische Kenntnisse waren für diese Tätigkeit nicht notwendig.[10]

Siehe auch

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Literatur

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  • John K. Davies:The first decadal review of the Edgeworth-Kuiper belt.Kluwer, Dordrecht 2004,ISBN 1-4020-1781-2.
  • Brett Gladman:The Kuiper Belt and the Solar System’s Comet Disk.In:Science.Band 307, Nr. 5706, 7. Januar 2005.doi:10.1126/science.1100553.S. 71–75
  • Christian Vitense et al.:The Edgeworth-Kuiper debris disk.In:Astronomy and Astrophysics.Volume 520, id. A32, 2010.doi:10.1051/0004-6361/201014208
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Commons:Kuipergürtel– Sammlung von Bildern

Einzelnachweise

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  1. ↑John Davies:Beyond Pluto: Exploring the outer limits of the solar system.Cambridge University Press. xii. Cambridge 2001, S. 191,ISBN 978-0-521-80019-8.
  2. ↑J. Horner, N.W. Evans, M.E. Bailey:Simulations of the Population of Centaurs I: The Bulk Statistics.In:Mon. Not. R. Astron. Soc.Nr.000,2004,S.1–15,arxiv:astro-ph/0407400.
  3. ↑Patryk Sofia Lykawka, Tadashi Mukai:Dynamical classification of trans-neptunian objects: Probing their origin, evolution, and interrelation.In:Icarus.Nr.189 (1),2007,S.213–232(sciencedirect).
  4. ↑Amanda M. Zangari, Tiffany J. Finley, S. Alan Stern, Mark B. Tapley:Return to the Kuiper Belt: launch opportunities from 2025 to 2040.2018,arxiv:1810.07811.
  5. ↑abBrett Gladman, Brian G. Marsden, Christa VanLaerhoven:Nomenclature in the Outer Solar System.In:University of Arizona Press, Tucson.Nr.592,2008,S.43–57(caltech.edu[PDF]).
  6. ↑J. L. Elliot, S. D. Kern, K. B. Clancy, A. A. S. Gulbis, R. L. Millis, M. W. Buie, L. H. Wasserman, E. I. Chiang, A. B. Jordan, D. E. Trilling, K. J. Meech:The Deep Ecliptic Survey: A Search for Kuiper Belt Objects and Centaurs. II. Dynamical Classification, the Kuiper Belt Plane, and the Core Population.In:The Astronomical Journal.Nr.129,2006,S.1117–1162,doi:10.1086/427395,bibcode:2005AJ....129.1117E(mit.edu[PDF]).
  7. ↑K. Wierzchos, M. Womack, G. Sarid:Carbon Monoxide in the Distantly Active Centaur (60558) 174P/Echeclus at 6 au.In:The Astronomical Journal.Nr.153/5,2017,S.8ff.,arxiv:1703.07660.
  8. ↑J. M. Trigo-Rodríguez, E. García Melendo, D. A. García-Hernández, B. Davidsson, A. Sánchez, and D. Rodríguez:A continuous follow-up of Centaurs, and dormant comets: looking for cometary activity.In:European Planetary Science Congress.2008 (cosis.net[PDF]).
  9. ↑Michael E. Brown, C. A. Trujillo, D. L. Rabinowitz:Discovery of a planetary-sized object in the scattered Kuiper belt.In:The Astrophysical Journal.Nr.635,2005,S.L97–L100,doi:10.1086/499336,arxiv:astro-ph/0508633.
  10. ↑Beschreibung auf Centauri Dreams
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