Kajperov pojas

Izvor: Wikipedia
Umetnička predstava Kajperovog pojasa i udaljenijeg Ortovog oblaka.

Kajperov ili Kojperov pojas (bos., srp.) ili Kuiperov pojas (hrv.) je oblast malih tela Sunčevog sistema u obliku diska iza planete Neptun udaljenosti od 30 AJ do 50 AJ od Sunca i sadrži veliki broj malih tela sastavljenih uglavnom od leda. Izvor je mnogih kratkoperiodičnih kometa. Orbite tela unutar Kajperovog pojasa pod stalnim su dejstvom velikih planeta (Jupitera, Saturna, Urana i Neptuna), koje su imale veliki uticaj na oblikovanje pojasa. Iza Kajperovog pojasa prostire se Ortov oblak, a u njemu se nalaze i 4 patuljaste planete, kao što je Pluton.

Istorija[uredi - уреди]

Hipoteze o postojanju Kajperovog pojasa[uredi - уреди]

Džerard Kajper, astronom po kojem je imenovan Kajperov pojas

Sredinom 20. veka veći broj naučnika je spekulisao o mogućem postojanju objekata iza planetskog regiona. Razmišljanjem o poreklu kratko-periodičnih kometa irski aristokrata Kenet Edžvort (eng. Kenneth Edgeworth) je 1943. došao na zamisao da one potiču iz oblasti dalje od Plutona [1] – ideja koja je danas opšte prihvaćena. Američki astronom holandskog porekla Džerard Kajper (eng. Gerard Kuiper) je 1951. pretpostavio postojanje pojasa manjih objekata iza Plutona, kasnije spekulišući da bi to mogla biti i planeta [2]. Međutim, još ranija pisanja Frederika Leonarda govore da je on 1930. godine prilikom otkrića Plutona pravilno spekulisao da bi Pluton mogao biti samo prvi objekat koji je pronađen na udaljenosti većoj od Neptunove [3].

Pretpostavke o postojanje pojasa objekata daleko od Sunca došle su iz ideja o načinu nastanka Sunčevog sistema. Cirkumstelarni akrecioni diskovi su posmatrani oko velikog broja drugih zvezda i to se smatra za osnovni način nastanka zvezda i planeta oko njih. Planete i manji objekti nastanu iz gasa i prašine koja se nalazi u disku oko protozvezde. Ipak, taj proces nije stoprocentno efikasan. Planete mogu da nastanu samo iz dela diska gde ima dovoljno materijala za njih. Gustina materijala u akrecionom disku se smanjuje postepeno kako se udaljavamo od centralne zvezde (Sunca u našem slučaju). U spoljnim delovima protosunčevog diska gde nije bilo dovoljno materijala za planete stvorili su se manji objekti - asteroidi Kajperovog pojasa.

Otkrića[uredi - уреди]

Prvi direktan posmatrački dokaz za ovakvu populaciju objekata je otkriće -{1992 QB1}-, prvog poznatog objekta u Kajperovom pojasu [4]. Pre ovog otkrića teorije o postojanju “kometnog pojasa” iza Neptuna se često smatrane za teoretski moguće, ali u isto vreme i spekulativne iako nije postojao ubedljiv razlog zašto bi se formiranje planetoida zaustavilo kod Plutonove orbite. Ovaj pojas, kako je danas poznato, sadrži velik broj malih tela koja orbitiraju na samoj ivici Sunčevog sistema, iza putanje Neptuna. Usled velikog rastojanja od Sunca asteroidi u Kajperovom pojasu imaju jako mali prividni sjaj (prividna magnituda -{m}- > 19) pa se izuzetno teško otkrivaju i detektuju. Posle više sistematskih pretraga, trenutno je poznato 2380 objekata u pojasu zajedno sa kentaurima (jul 2010.) [5][6].

Iako se objekti u Kajperovom pojasu teško detektuju, oni su po veličini poprilično veliki, sa prečnicima čak i preko 1.000 -{km}-. Do sada najveći pronađeni objekti u ovom pojasu su (136108) Haumea, (136472) Makemake i (136199) Erida koje imaju prečnike od približno 1.500 -{km}-, 1.600 -{km}- i 2.400 -{km}- respektivno. Prečnik Plutona iznosi 2.300 -{km}-. Iz ovog se vidi da poznajemo asteroide Kajperovog pojasa koji imaju približnu masu i veličinu Plutona s tim da je Erida objekat koji je i veći i masivniji od samog Plutona. Takođe, najveći asteroid u Sunčevom sistemu više nije Cerera (975 -{km}-) već su tu titulu preuzeli asteroidi koji se nalaze iza Neptuna. Verovatno u tim udaljenim delovima Sunčevog sistema ima i većih objekata i od Plutona i od Eride.[7] Zbog svega rečenog je u prošloj deceniji sa pravom pokrenuta debata da li je Pluton planeta ili je to samo najveći asteroid u pojasu, jer on i po fizičkim odlikama a i karakteristikama orbite izgleda samo kao objekat u Kajperovom pojasu, pogotovo posle pronalaska Eride. I zaista, Međunarodna astronomska unija je na godišnjoj skupštini 24. avgusta 2006. godine u Pragu donela odluku [8] da se Plutonu oduzme status planete, i od tada je on član nove klase objekata – patuljastih planeta. Pored Plutona još 4 objekta ima ovaj status: Cerera, Haumea, Makemake i Erida (poslednja tri u nizu su članovi Kajperovog pojasa).

Struktura Kajperovog pojasa[uredi - уреди]

Današnja struktura Kajperovog pojasa je formirana pod intenzivnim gravitacionim uticajem velikih planeta, prvenstveno Neptuna.[9] Preko karakteristika orbita asteroidi u Kajperovom pojasu su podeljeni u četiri dinamičke grupe: (a) klasične, (b) rezonantne, (v) rasejane objekte i (g) objekte u proširenom rasejanom disku. Ipak, granice između ovih grupa objekata nisu čvrsto definisane.

Rezonantni objekti[uredi - уреди]

Najbliži Neptunu od svih objekata u pojasu su rezonantni objekti. Oni se nalaze u rezonanci sa Neptunom, tj. odnos Neptunovog i njihovog orbitalnog perioda je ceo broj. Najbrojnija je 3:2 rezonanca, koja se nalazi na 39.4 AJ od Sunca na samoj unutrašnjoj ivici pojasa. U ovoj rezonanci se nalazi i Pluton (zbog toga se ovi objekti nazivaju i Plutini), tj. dok Neptun načini tri obrtaja oko Sunca, Pluton i Plutini se obrnu dva puta. Preko ovih objekata mi smo saznali dosta o velikim planetama u vreme najmlađih dana Sunčevog sistema. Naime, mehanizam koji je dovukao ove objekte u rezonantne orbite je radijalno pomeranje (migracija) velikih planeta.[10][11] Tokom završnih faza formiranja planeta, velike planete su se radijalno pomerale (menjale svoju udanjenost od Sunca) usled razmene momenta impulsa sa malim objektima čije su putanje često skretane prilikom bliskog prolaska pored neke od tih velikih planeta i na taj način često izbacivane iz sistema. Pomenuta razmena impulsa za vreme "čišćenja" diska dovela je do udaljavanja Saturna, Urana i Neptuna od Sunca i blagog približavanja Suncu masivnog Jupitera.[12] Kako se Neptun udaljavao i kretao kroz protoplanetarni disk uhvatio je Plutona i ostale Plutine u 3:2 rezonancu. Objekti su hvatani i u druge rezonance, ali ipak sa manjom efikasnošću.[11] Neptun se pri ovom mehanizmu udaljio od Sunca za čak oko 10 AJ.

Klasični objekti[uredi - уреди]

Klasični objekti su trenutno najbrojniji u Kajperovom pojasu i nalaze se na a = 35 – 48 AJ od Sunca tako da nisu pod tako snažnim uticajem Neptuna kao rezonatni objekti. U tom delu Kajperovog pojasa razlikujemo dve vrste asteroida koji se razlikuju i po karakteristikama orbita i po boji. [13] Jedan deo objekata ima veće inklinacije (i do 30°) i ekscentricitete i crveniji su od drugog dela klasičnih objekata i to je dinamički vruća populacija. Objekti sa malim inklinacijama (-{i}- < 4°) i ekscentricitetima pripadaju dinamički hladnoj populaciji. Nerazjašnjeno je pitanje koja su to dva različita mehanizma čijim delovanjem su ova nebeska tela dospela do različitih položaja i fizičkih karakteristika u klasičnom pojasu, iako se zna da je migracija Neptuna imala određeni uticaj na povećanje dinamičke vruće populacije. [14] Enigmatična karakteristika ovog dela pojasa je i pojava iznenadne i oštre gornje granice klasičnog pojasa na 48 AJ. [15] Nepoznato je zašto tako naglo iza te udaljenosti nema više klasičnih objekata. Tačna lokacija bi mogla biti rezultat dugotrajnog delovanja Neptuna, ali samo poreklo ivice je nepoznato. A još jedna zagonetka koju nam daje klasični pojas je činjenica da on sadrži ukupno oko 10% mase Zemlje [9], a poznato je da je neophodno bar 100 puta više mase da bi gravitacionim privlačenjem nastali objekti sa prečnicima od preko 1000 kilometara. [16] Nisu poznati svi mehanizmi kojima je toliko velika masa mogla da se izbaci iz pojasa posle formiranja tih velikih asteroida.

Rasejani objekti[uredi - уреди]

Glavni članak: Rasejani disk

Nasuprot njima, rasejani objekti se nalaze na većim udaljenostima, jer su im velike poluose veće od 48 AJ, ali imaju veoma ekscentrične putanje tako da se veoma približe Neptunu kad su najbliže Suncu. Odavde se zaključuje da su to ustvari objekti koje je Neptun izbacio na ove udaljene orbite.[17] Do sada nije otkriven procentualno velik broj rasejanih objekata prvenstveno zbog njihove ogromne udaljenosti od Sunca i činjenice da postanu dovoljno sjajni za otkrivanje samo tokom malog dela putanje kada se nalaze najbliže Suncu[18], ali se pretpostavlja da su ovi objekti veoma brojni. Oni su najverovatnije i najveći izvor kratkoperiodičnih kometa [17] jer pošto imaju perihel vrlo blizu Neptunove putanje, on može lako da im promeni putanju ka unutrašnjosti Sunčevog sistema (vidi “Komete i Kentauri”) gde će početi kometska aktivnost kako raste površinska temperatura na ovim nebeskim telima.

Rasejani prošireni disk[uredi - уреди]

Najudaljeniji objekti u Sunčevom sistemu koje trenutno poznajemo su objekti u proširenom rasejanom disku. Imaju jako izdužene orbite i veoma udaljene velike poluose. Ovi objekti su vrlo zagonetni. Kad se nalaze najbliže Suncu, u perihelu, oni su toliko udaljeni od planeta da na njih Neptun gotovo nema nikakav uticaj.[19] Pa je zato nepoznato kako su oni pospeli na takve orbite. Njihov veliki ekscentricitet ukazuje da im je putanja formirana pod gravitacionim uticajem nekog tela, ali nije jasno koji im je objekat promenio putanju i udaljio ih iz pojasa s obzirom na to da nisu pod uticajem velikih planeta. Pored toga oni su na ogromnim udaljenostima od nas, tako da ih možemo videti samo kad su u blizini perihela. Zbog toga su nam do sada poznati samo desetak ovakvih tela, iako ih na udaljenostima na više od 6 milijardi kilometara ima velik broj; neke procene idu dotle da ih ima više nego objekata u klasičnom i rasejanom delu pojasa. [20] [21] Najinteresantniji su 2000 CR105 sa velikom poluosom a = 230 AJ i već pominjana Sedna, kojoj treba da jednom obiđe oko Sunca čak 12260 godina, dok joj je prosečno rastojanje od Sunca čak a = 531 AJ. Sedna, kad je naudaljenija od Sunca (990 AJ), već se nalazi u unutrašnjem delu Ortovog oblaka. A kad je najbliža Suncu, nalazi se na udaljenosti od 74 AJ, veoma daleko od Neptuna koji je na 30 AJ.

Povezanost sa drugim telima Sunčevog sistema[uredi - уреди]

Pluton-Haron i Triton[uredi - уреди]

Veza dvojnog sistema Pluton-Haron sa Kajperovim pojasom je već spominjana. Po fizičkim karakteristikama ta dva objekta su samo dva ogromna asteroida u Kajperovom pojasu. A po svojim fizičkim karakteristikama i sličnosti sa Plutonom i Neptunov satelit Triton bi se mogao povezati sa objektima Kajperovog pojasa. Prema takvoj slici Pluton i Triton su se formirali iza Neptunove orbite i postali najveći objekti u tom delu pojasa.[22] Ovakav pristup jedino odmah ne rešava kako je Triton uhvaćen u orbitu Neptuna kao njegov satelit. Postoje neke hipoteze koje predlažu recimo sudar sa prvobitnim Neptunovim satelitom.[23] Ipak, tek bolje razumevanje populacije i dinamike Kajperovog pojasa će ukazati na dinamičku istoriju Tritona.

Komete i Kentauri[uredi - уреди]

Glavni članci: Kometa i Kentaur (astronomija)

Jupiterova familija kometa (komete čiji afeli presecaju ili se približavaju Jupiterovoj orbiti tako da on na njih snažno utiče) su najmanji objekti u spoljnom Sunčevom sistemu i veruje se da potiču iz Kajperovog pojasa. Jezgra tih kometa imaju ograničeno vreme i na njima materijal aktivno sublimira ~104 godina, a orbite su im dinamički stabilne u periodu ~105 godina (na dužem vremenskom opsegu su nestabilne usled izbacivanja ili udara sa planetama ili Suncem)[24]. Da bi se održavala stabilna populacija kometa na velikim vremenskim skalama potrebno je da postoji i stabilan izvor koji popunjava tu populaciju. Pre se mislilo da komete Jupiterove familije potiču od dugoperiodičnih kometa (komete iz Ortovog oblaka) gravitacionim zarobljavanjem od strane velikih planeta kad komete uđu u planetarni deo Sunčevog sistema, ali detaljni proračuni govore da je taj put nastanka kometa Jupiterove familije neefikasan. Najverovatnije da su te komete nekadašnji objekti u Kajperovom pojasu koji su privučeni ka unutrašnjosti Sunčevog sistema uticajem planeta.[25][26] Nestabilnost Kajperovog pojasa, koja izaziva pomeranje objekata sa orbita koje su iza Neptuna na orbite bliže Suncu, može biti ili dinamički haos [27][24] ili sudari[28]. Kad neki objekat preseca Neptunovu putanju, za prelaz u unutrašnji planetarni region mu je potrebno od 107 do 108 godina.[29]

Ako komete Jupiterove familije potiču iz Kajperovog pojasa i na kraju imaju orbite ne mnogo veće od Jupiterove, očekivalo bi se da možemo videti objekte u tranziciji, tj. objekte koji se trenutno pomeraju od Kajperovog pojasa ka unutrašnjosti. Ovi objekti su verovatno poznati i pripadaju klasi Kentaura. Trenutno je poznato oko 30 Kentaura i neki od njih pokazuju kometsku aktivnost. Najbolje proučeni Kentaur 2060 Hiron ima leda na površini [30] i pokazuje stalnu komu već oko petnaest godina[31]. Drugi (recimo 5145 Folus) nemaju komu što dozvoljava da se jezgro direktno proučava. Kao i objekti u Kajperovom pojasu i Kentauri pokazuju veliku raznolikost u bojama [9].

Izvori[uredi - уреди]

  1. Edgeworth K.E. 1943. The evolution of our planetary system. J. B. Astron. Assoc., 20:181–188.
  2. Kuiper G. 1951. On the origin of the Solar System. In Astrophysics: A Topical Symposium, (ed. J. A. Hynek), New York: McGraw-Hill, pp. 357–414.
  3. Leonard 1930, Leaflet Astron. Soc. Pacific., 30: 121-124.
  4. Jewitt D., Luu J. 1993. Discovery of the candidate Kuiper belt object 1992 QB1. Nature, 362: 730–732.
  5. http://cfa-www.harvard.edu/iau/lists/TNOs.html
  6. http://cfa-www.harvard.edu/iau/lists/Centaurs.html
  7. Brunini A., Melita M.D. 2002. The Existence of a Planet beyond 50 AU and the Orbital Distribution of the Classical Edgeworth-Kuiper-Belt Objects. Icarus, 160: 32–43.
  8. http://www.iau.org/public_press/news/release/iau0603/
  9. 9.0 9.1 9.2 Luu J.X., Jewitt D.C. 2002. Kuiper belt objects: Relics from the accreation disk of the Sun. Annu. Rev. Astron. Astrophys., 40: 63-101.
  10. Malhotra R. 1993. The origin of Pluto's peculiar orbit. Nature 365:819
  11. 11.0 11.1 Malhotra R. 1995. The origin of Pluto’s orbit: implications for the Solar System beyond Neptune. Astron. J., 310: 420–429.
  12. Fernandez J.A., Ip W-H. 1984. Some dynamical aspects of the accretion of Uranus and Neptune - The exchange of orbital angular momentum with planetesimals. Icarus 58:109–20
  13. Trujillo C. A., Brown, M. E. 2002. A correlation between inclination and color in the classical Kuiper belt. Astrophys. J. 566: 125–128.
  14. Gomes R. S. 2003. The origin of the Kuiper belt high inclination population. Icarus 161, 404–418.
  15. Trujillo C.A., Brown M.E. 2001. The radial distribution of the Kuiper belt. Astrophys. J. 554:L95–98
  16. Kenyon S.J., Luu J.X. 1999. Accretion in the early Kuiper belt: II. Fragmentation. Astron. J. 118: 1101–1119
  17. 17.0 17.1 Duncan, M. J., Levison, H. F. 1997. A disk of scattered icy objects and the origin of Jupiter-family comets. Science, 276, 1670-1672 (1997).
  18. Trujillo C.A., Jewitt D.C., Luu J.X. 2001. Properties of the trans-neptunian belt: Statistics of the CFHT survey. Astron.J. 122: 457–473
  19. Lykawka P.S.; Mukai T. 2008. An Outer Planet Beyond Pluto and the Origin of the Trans-Neptunian Belt Architecture. Astronomical Journal 135: 1161.
  20. Gladman et al. 2002. Evidence for an extended scattered disk. Icarus 157: 269–279.
  21. Allen et al. 2006. Discovery of a low-eccentricity, high-inclination Kuiper belt object at 58 AU. Astrophys. J. 640: L83–L86.
  22. McKinnon, W.B. 1984. On the origin of Triton and Pluto. Nature 311:355-358.
  23. Goldreich P., Murray N., Longaretti P. Y., Banfield D. 1989. Neptune’s story. Science 245:500-504.
  24. 24.0 24.1 Levison H.F., Duncan M.J. 1994. The long-term dynamical behavior of short-period comets. Icarus 108:18–36
  25. Fernandez J.A. 1980. On the existence of a comet belt beyond Neptune. MNRAS 192:481–491
  26. Duncan M., Quinn T., Tremaine S. 1988. The origin of short-period comets. Astrophys. J. 328:69–73
  27. Holman M., Wisdom J. 1993. Dynamical stability in the outer solar system and the delivery of short period comets. Astron. J. 105:1987–1999
  28. Ip W.-H., Fernandez J.A. 1997. On dynamical scattering of Kuiper Belt Objects in 2:3 resonance with Neptune into short-period comets. Astron. Astrophys. 324:778–784
  29. Dones et al. 1999. Dynamical Lifetimes and Final Fates of Small Bodies: Orbit Integrations vs Öpik Calculations. Icarus 142:509–524
  30. Luu J.X., Jewitt D.C., Trujillo C.A. 2000. Water Ice in 2060 Chiron and Its Implications for Centaurs and Kuiper Belt Objects. Astrophys. J. 531:L151–154
  31. Hartmann W., Tholen D.J., Meech K., Cruikshank D.P. 1990. 2060 Chiron: Colorimetry and cometary behavior. Icarus 83:1–15

Spoljašnje veze[uredi - уреди]



Sunčev sistem
Solar System XXVII.png
Zvijezda: Sunce

Planete: Merkur | Venera | Zemlja (Mjesec) | Mars | Jupiter | Saturn | Uran | Neptun


Patuljasta planeta: Cerera | Pluton | Erida

Pojas asteroida | Kajperov pojas | Ortov oblak