Za gazowym gigantem Neptunem znajduje się obszar przestrzeni wypełniony lodowymi ciałami. Znany jako Pas Kuipera, ten zimny obszar zawiera biliony obiektów – pozostałości wczesnego Układu Słonecznego.

W 1943 roku astronom Kenneth Edgeworth zasugerował, że poza Neptunem mogą istnieć komety i większe ciała. A w 1951 roku astronom Gerard Kuiper przewidział istnienie pasa lodowych obiektów na dalekiej krawędzi Układu Słonecznego. Dziś pierścienie przewidziane przez tę parę znane są jako Pas Kuipera lub Pas Edgewortha-Kuipera.

Pomimo swoich ogromnych rozmiarów, Pas Kuipera nie został odkryty do 1992 roku przez astronomów Dave’a Jewitta i Jane Luu. Według NASA, para ta „uparcie skanowała niebo w poszukiwaniu ciemnych obiektów za Neptunem” od 1987 roku. Pierwszy obiekt, który zauważyli, nazwali „Smiley”, ale później skatalogowano go jako „1992 QB1”.

Od tego czasu astronomowie odkryli kilka intrygujących obiektów z Pasa Kuipera i potencjalnych planet w tym regionie. Misja NASA New Horizons kontynuuje odkrywanie wcześniej ukrytych planet i obiektów, pomagając naukowcom dowiedzieć się więcej o tym wyjątkowym relikcie Układu Słonecznego.

Formowanie się Pasa Kuipera

Kiedy uformował się Układ Słoneczny, większość gazu, pyłu i skał połączyła się, tworząc słońce i planety. Następnie planety zmiotły większość pozostałych szczątków na Słońce lub poza Układ Słoneczny. Ale obiekty na obrzeżach Układu Słonecznego były wystarczająco daleko, aby uniknąć grawitacyjnych ruchów znacznie większych planet, takich jak Jowisz, więc udało im się pozostać na swoim miejscu, gdy powoli okrążały Słońce. Pas Kuipera i jego rodak, bardziej odległy i kulisty Obłok Oorta, zawierają pozostałości z początku Układu Słonecznego i mogą dostarczyć cennych informacji na temat jego narodzin.

Zgodnie z do modelu nicejskiego – jednego z proponowanych modeli formowania się Układu Słonecznego – Pas Kuipera mógł powstać bliżej Słońca, w pobliżu miejsca, w którym obecnie krąży Neptun. W tym modelu planety zaangażowały się w skomplikowany taniec, podczas którego Neptun i Uran zamieniają się miejscami i oddalają się od słońca. Gdy planety oddalały się od Słońca, ich grawitacja mogła przenosić ze sobą wiele obiektów z Pasa Kuipera, kierując maleńkie obiekty przed nimi podczas migracji lodowych olbrzymów. W rezultacie wiele obiektów z Pasa Kuipera zostało przeniesionych z regionu, w którym zostały utworzone, do chłodniejszej części Układu Słonecznego.

Najbardziej zatłoczona część Pasa Kuipera znajduje się między 42 a 48 razy Ziemią ” s odległość od Słońca. Orbita obiektów w tym regionie pozostaje w większości stabilna, chociaż niektóre obiekty czasami zmieniają nieco swój kurs, gdy dryfują zbyt blisko Neptuna.

Naukowcy szacują, że tysiące ciał ponad 100 km (62 mil) średnicy podróżuje wokół Słońca w tym pasie, wraz z bilionami mniejszych obiektów, z których wiele to komety krótkotrwałe. Region zawiera również kilka planet karłowatych – okrągłych światów zbyt dużych, aby można je było uznać za asteroidy ale zbyt mała, aby kwalifikować się jako planeta.

Obiekty Pasa Kuipera

Pluton był pierwszym prawdziwym obiektem Pasa Kuipera (KBO), jaki można było zobaczyć, chociaż naukowcy w tamtym czasie nie rozpoznali go jako takiego, dopóki odkryto inne KBO. Kiedy Jewitt i Luu odkryli Pas Kuipera, astronomowie szybko zauważyli, że region za Neptunem był pełen lodowych skał i małych światów.

Sedna, KBO, która ma około trzech czwartych wielkości Plutona, była odkryta w 2004 r. Jest tak daleko od Słońca, że jej pojedyncza orbita zajmuje około 10500 lat. Sedna ma około 1 700 mil (1770 km) szerokości i okrąża Słońce po ekscentrycznej orbicie o rozpiętości od 8 miliardów mil (12,9 miliarda km) i 84 miliardy mil (135 miliardów km).

„Słońce wydaje się tak małe z tej odległości, że można by je całkowicie zasłonić główką szpilki” – Mike Brown, astronom w California Institute of Technology, który odkrył ten i kilka innych obiektów Pasa Kuipera, powiedział w oświadczeniu.

W lipcu 2005 roku astronomowie odkryli Eris, KBO, który jest nieco mniejszy od Plutona. Eris okrąża Słońce mniej więcej raz na 580 lat, podróżując prawie 100 razy dalej od Słońca niż Ziemia. Jego odkrycie ujawniło niektórym astronomom problem klasyfikowania Plutona jako planety pełnej skali. Zgodnie z definicją Międzynarodowej Unii Astronomicznej (IAU) z 2006 r., planeta musi być wystarczająco duża, aby oczyścić sąsiedztwo z gruzu. Pluton i Eris, otoczone pasem Kuipera, najwyraźniej tego nie zrobiły. W rezultacie w 2006 r. Pluton, Eris i największa asteroida, Ceres, zostały przeklasyfikowane przez IAU jako planety karłowate. Dwie kolejne planety karłowate, Haumea i Makemake, zostały odkryte w Pasie Kuipera w 2008 roku.

Astronomowie rozważają teraz ponownie status Haumei jako planety karłowatej. W 2017 roku, kiedy obiekt przeszedł między Ziemią a jasną gwiazdą, naukowcy zdali sobie sprawę, że jest bardziej wydłużony niż okrągły. Okrągłość jest jednym z kryteriów planety karłowatej, zgodnie z definicją IAU. Wydłużony kształt Haumea mógł być wynikiem jej szybkiego wirowania; dzień na obiekcie trwa tylko około czterech godzin.

„Nie wiem, czy to zmieni definicję” – powiedział Santos Sanz, astronom z Instituto de Astrofísica de Andalucía w Granadzie w Hiszpanii Space.com. „Myślę, że prawdopodobnie tak, ale prawdopodobnie zajmie to trochę czasu.”

Planeta Dziewiąta

Planeta Dziewiąta to hipotetyczny świat, który, jak się uważa, okrąża Słońce w odległości około 600 razy większej od orbity Ziemi niż orbita Ziemi i około 20 razy dalej niż orbita Neptuna. (Orbita Neptuna znajduje się 2,7 miliarda mil od Słońca w jego najbliższym punkcie.)

Naukowcy tak naprawdę nie widzieli Planety Dziewiątej. O jej istnieniu wywnioskowały efekty grawitacyjne obserwowane na innych obiektach w Pasie Kuipera. Naukowcy Mike Brown i Konstantin Batygin z Kalifornijskiego Instytutu Technologii w Pasadenie opisali dowody na istnienie Planety Dziewiątej w badaniu opublikowanym w Astronomical Journal w 2016 roku.

Jeśli istnieje inny świat, astronomowie Scott Sheppard, z Carnegie Institution for Science w Waszyngtonie i Chadwick Trujillo z Uniwersytetu Północnej Arizony prawdopodobnie wkrótce go znajdą. Para spędziła ostatnie sześć lat pracując nad najgłębszymi badaniami słabych obiektów na skraju Układu Słonecznego, po tym, jak zaproponowała istnienie Planety X, małej planety karłowatej za Plutonem, w 2014 roku.

Więc Jak dotąd Sheppard i Trujillo znaleźli 62 odległe obiekty, co stanowi około 80 procent wszystkich znajdujących się na krawędzi systemu. W zeszłym roku dwie odkryte planety karłowate 2015 TG387, zwane „Goblinem”, i najodleglejsza planeta KBO, jaką kiedykolwiek zgłoszono, 2018 VG18, nazywana „FarOut”. W lutym 2019 Sheppard nieoficjalnie ogłosił odkrycie jeszcze bardziej odległego obiektu, nieformalnie znanego jako „FarFarOut”.

„Te odległe obiekty są jak okruchy chleba prowadzące nas na Planetę X” – powiedział Sheppard w oświadczeniu. „Im więcej ich możemy znaleźć, tym lepiej możemy zrozumieć zewnętrzny Układ Słoneczny i potencjalną planetę, o której myślimy, że kształtuje swoje orbity – odkrycie, które zmieniłoby naszą wiedzę o ewolucji Układu Słonecznego.

Wizyta z New Horizons

Ze względu na ich niewielkie rozmiary i odległe położenie obiekty w Pasie Kuipera są wyzwaniem do wykrycia z Ziemi. Podczerwień pomiary z kosmicznego teleskopu Spitzera należącego do NASA pomogły ustalić rozmiary największych obiektów.

Aby lepiej przyjrzeć się tym odległym pozostałościom po narodzinach Układu Słonecznego, NASA uruchomiła Misja Nowe Horyzonty. Statek kosmiczny dotarł do Plutona w 2015 roku i kontynuował w celu zbadania wielu KBO. 1 stycznia 2019 roku Nowe Horyzonty przeleciały obok obiektu Pasa Kuipera o nazwie 2014 MU69.

Pierwsze zdjęcia MU69 sugerowały konfigurację podobną do bałwana, z połączonymi ze sobą dwiema okrągłymi kulkami. Obrazy te zdawały się potwierdzać ideę akrecji kamyków – teorię formowania się planet, która sugeruje, że małe skaliste i lodowe ciała w Układzie Słonecznym są powoli przyciągane razem przez grawitację.

Jednak zdjęcia opublikowane miesiąc po przelocie zasugerował, że para była bardziej płaska, niż pierwotnie sądzono, bardziej przypominała dwa hamburgery niż śnieżki. Ich powstanie pozostaje tajemnicą.

„Nowe obrazy stwarzają naukowe zagadki dotyczące tego, w jaki sposób można w ogóle uformować taki obiekt” – powiedział w oświadczeniu Alan Stern, główny badacz New Horizons. „Nigdy nie widzieliśmy czegoś takiego krążącego wokół Słońca.”

MU69 może nie być ostatnim obiektem odwiedzanym przez New Horizons. Zespół powiedział już, że statek kosmiczny ma dość paliwa, aby przelecieć przez inny KBO. NASA musiałby zatwierdzić rozszerzoną misję, ale wizyta w innym obiekcie pomogłaby naukowcom w uzyskaniu szerszego zrozumienia Pasa Kuipera.