Astronomie

leerdoelen

aan het einde van deze sectie zult u in staat zijn om:

  • Beschrijf de eigenschappen van de centaur-objecten
  • kroniek de ontdekking en beschrijf de samenstelling van de Oortwolk
  • Beschrijf trans-Neptuniaanse en Kuipergordelobjecten
  • leg het voorgestelde lot van kometen die het binnenste zonnestelsel binnenkomen uit

de kometen die we zien als ze in de buurt van de aarde komen (vooral de kometen die voor het eerst komen) zijn waarschijnlijk de meest primitieve objecten die we kunnen bestuderen, miljarden jaren onveranderd bewaard in de Diepvriezer van het buitenste zonnestelsel. Astronomen hebben echter veel andere objecten ontdekt die om de zon heen draaien.

Centauren

figuur 1: de baan van Chiron. Chiron draait om de zon om de 50 jaar, met zijn dichtste benadering in de baan van Saturnus en zijn verste benadering in de baan van Uranus.

In het buitenste zonnestelsel, waar de meeste objecten grote hoeveelheden waterijs bevatten, wordt het onderscheid tussen asteroïden en kometen verbroken. Astronomen gebruikten in eerste instantie nog steeds de naam “asteroïden” voor nieuwe objecten die rond de zon gaan met banen die ze ver voorbij Jupiter dragen. De eerste van deze objecten is Chiron, gevonden in 1977 op een pad dat het vervoert van net binnen de baan van Saturnus bij zijn dichtste benadering van de zon tot bijna de afstand van Uranus (figuur 1). De diameter van Chiron wordt geschat op ongeveer 200 kilometer, veel groter dan elke bekende komeet.In 1992 werd een nog verder verwijderd object genaamd Pholus ontdekt met een baan die het 33 AE van de zon verwijderd, voorbij de baan van Neptunus. Pholus heeft het roodste oppervlak van elk object in het zonnestelsel, wat wijst op een vreemde (en nog onbekende) oppervlaktesamenstelling. Naarmate meer objecten in deze verre uithoeken worden ontdekt, besloten astronomen dat ze de namen van Centauren uit de klassieke mythologie zullen krijgen; Dit komt omdat de Centauren half mens waren, half paard, en deze nieuwe objecten vertonen enkele van de eigenschappen van zowel asteroïden als kometen.Voorbij de baan van Neptunus ligt een koud, donker rijk, bevolkt door objecten die simpelweg trans-Neptunische objecten (TNOs) worden genoemd. De eerste ontdekte, en bekendste, van deze TNO ‘ s is de dwergplaneet Pluto. We bespraken Pluto en de New Horizons ruimtevaartuig ontmoeting met het in ringen, manen, en Pluto. De tweede TNO werd ontdekt in 1992, en nu zijn er meer dan duizend bekend, de meeste kleiner dan Pluto.

de grootste na Pluto—Eris, Makemake en Haumea—worden ook geclassificeerd als dwergplaneten. Op hun kleine formaat na hebben dwergplaneten veel eigenschappen gemeen met de grotere planeten. Pluto heeft vijf manen, en twee manen zijn ontdekt rond Haumea en één rond Eris en Makemake.

de Kuipergordel en de Oortwolk

TNOs maken deel uit van de zogenaamde Kuipergordel, een groot gebied buiten Neptunus dat ook de bron is van vele kometen. Astronomen bestuderen de Kuipergordel op twee manieren. Met nieuwe, krachtigere telescopen kunnen we veel van de grotere leden van de Kuipergordel direct ontdekken. We kunnen ook de samenstelling van kometen meten die uit de Kuipergordel komen. Er zijn meer dan duizend Kuipergordelobjecten ontdekt en astronomen schatten dat er meer dan 100.000 met diameters van meer dan 100 kilometer in een schijf zitten die zich uitstrekt tot ongeveer 50 AE van de zon.

de kortstondige kometen (zoals Halley) zijn vermoedelijk afkomstig uit de Kuipergordel, waar kleine zwaartekrachtverstoringen van Neptunus geleidelijk hun baan kunnen verschuiven tot ze het binnenste zonnestelsel kunnen penetreren. De kometen komen echter uit een veel verder weg gelegen reservoir van ijzige objecten, de Oortwolk genaamd.

Figuur 2: Jan Oort (1900-1992). Jan Oort suggereerde eerst dat er een reservoir zou kunnen zijn van bevroren brokken, potentiële komeetkernen, aan de rand van het gebied van de zwaartekracht van de zon. (met dank aan: de Leidse Sterrewacht)

zorgvuldige studies van de banen van lange-periode kometen bleek dat ze aanvankelijk komen van zeer grote afstanden. Door hun banen achterwaarts te volgen, kunnen we berekenen dat de afelia (punten ver van de zon) van nieuw ontdekte kometen meestal waarden hebben van ongeveer 50.000 ae (meer dan duizend keer verder dan Pluto). Deze bundeling van afheliumafstanden werd voor het eerst opgemerkt door de Nederlandse astronoom Jan Oort, die in 1950 een idee voor de oorsprong van deze kometen voorstelde dat vandaag de dag nog steeds wordt geaccepteerd (Figuur 2).

het is mogelijk om te berekenen dat de invloedssfeer van een ster—de afstand waarbinnen hij voldoende zwaartekracht kan uitoefenen om zich vast te houden aan objecten in een baan—ongeveer een derde van zijn Afstand tot de dichtstbijzijnde andere sterren bedraagt. Sterren in de buurt van de zon zijn zo verdeeld dat de invloedssfeer van de zon iets verder reikt dan 50.000 ae, of ongeveer 1 lichtjaar. Op zulke grote afstanden kunnen objecten in een baan om de zon echter verstoord worden door de zwaartekracht van passerende sterren. Sommige van de verstoorde objecten kunnen dan banen aannemen die ze veel dichter bij de zon brengen (terwijl andere voor altijd verloren kunnen gaan voor het zonnestelsel).Oort suggereerde daarom dat de nieuwe kometen die we zagen voorbeelden waren van objecten die rond de zon cirkelden aan de rand van zijn invloedssfeer, waarvan de banen waren verstoord door nabije sterren, waardoor ze uiteindelijk dicht bij de zon kwamen waar we ze kunnen zien. Het reservoir van oude ijzige objecten waaruit dergelijke kometen zijn afgeleid, wordt nu de Oortwolk genoemd.Astronomen schatten dat er ongeveer een biljoen (1012) kometen in de Oortwolk zitten. Daarnaast schatten we dat ongeveer 10 keer zoveel ijzige objecten rond de zon zouden kunnen draaien in het volume van de ruimte tussen de Kuipergordel (die gravitatiegebonden verbonden is met Neptunus) en de Oortwolk. Deze objecten blijven onontdekt omdat ze te zwak zijn om direct gezien te worden en hun banen te stabiel zijn om een van hen in staat te stellen naar binnen afgebogen te worden dicht bij de zon. Het totale aantal ijzige of komeetobjecten in de buitenste regionen van ons zonnestelsel zou dus ongeveer 10 biljoen (1013) kunnen bedragen, een zeer groot aantal inderdaad.

Wat is de massa vertegenwoordigd door 1013 kometen? We kunnen een schatting maken als we iets aannemen over komeetgroottes en-massa ‘ s. Laten we aannemen dat de kern van komeet Halley typisch is. Het waargenomen volume is ongeveer 600 km3. Als het primaire bestanddeel waterijs is met een dichtheid van ongeveer 1 g/cm3, dan moet de totale massa van de kern van Halley ongeveer 6 × 1014 kilogram zijn. Dit is ongeveer een tien miljardste (10-10) van de massa van de aarde.

als onze schatting redelijk is en er 1013 kometen met deze massa zijn, zou hun totale massa gelijk zijn aan ongeveer 1000 aarden—vergelijkbaar met de massa van alle planeten samen. Daarom kan ijzig, komeetmateriaal het belangrijkste bestanddeel van het zonnestelsel zijn na de zon zelf.Vroege evolutie van het planetenstelsel

kometen uit de Oortwolk helpen ons om materiaal te bemonsteren dat ver van de zon is gevormd, terwijl de kometen uit de Kuipergordel uit de korte periode materialen verzamelen die planetesimalen waren in de zonnenevelschijf, maar geen planeten vormden. Studies van de Kuipergordel beïnvloeden ook ons begrip van de vroege evolutie van ons planetenstelsel.

de objecten in de Oortwolk en de Kuipergordel hebben verschillende geschiedenissen en kunnen daarom verschillende samenstellingen hebben. Astronomen zijn daarom zeer geïnteresseerd in het vergelijken van gedetailleerde metingen van de kometen afgeleid van deze twee brongebieden. De meeste van de heldere kometen die in het verleden zijn bestudeerd (Halley, Hyakutake, Hale-Bopp) zijn Oortwolkkometen, maar P67 en een aantal andere kometen die in het volgende decennium voor ruimtevaartuigen worden gebruikt, zijn Jupiter-familie kometen uit de Kuipergordel.

de Kuipergordel bestaat uit ijs-en rots planetesimalen, een overblijfsel van de bouwstenen van de planeten. Omdat het gravitatiegebonden verbonden is met Neptunus, kan het ons helpen de vorming en geschiedenis van het zonnestelsel te begrijpen. Toen de reuzenplaneten ontstonden, beïnvloedde hun zwaartekracht de banen van Kuipergordelobjecten. Computersimulaties van de vroege evolutie van het planetenstelsel suggereren dat de gravitationele interacties tussen de reuzenplaneten en de resterende planetesimalen ervoor zorgden dat de baan van Jupiter naar binnen dreven, terwijl de banen van Saturnus, Uranus en Neptunus zich uitbreidden en de Kuipergordel met zich meedroegen.

een andere hypothese betreft een vijfde reuzenplaneet die volledig uit het zonnestelsel werd verdreven toen de planetaire banen verschoven. Neptunus ‘ retrograde (achterwaartse Baan) maan Triton (die bijna zo groot is als Pluto) kan een Kuipergordelobject zijn geweest dat door Neptunus werd gevangen tijdens de periode van verschuivende banen. Het lijkt erop dat de Kuipergordel belangrijke aanwijzingen kan bevatten over de manier waarop ons zonnestelsel zijn huidige planeetconfiguratie heeft bereikt.

Komeetjacht als Hobby

Figuur 3: David Levy. Amateur-astronoom David Levy staat op de derde plaats voor komeetontdekkingen. (credit: Andrew Fraknoi)

toen amateur-astronoom David Levy (Figuur 3), de medeontdekker van de komeet Shoemaker-Levy 9, zijn eerste komeet vond, had hij al 928 vruchteloze uren door de donkere nachtelijke hemel gezocht. Maar de ontdekking van de eerste komeet wekte zijn eetlust alleen maar op. Sindsdien heeft hij 8 anderen op zijn eigen en 13 meer werken met anderen. Ondanks dit indrukwekkende record staat hij slechts op de derde plaats in de recordboeken voor het aantal komeetontdekkingen. Maar David hoopt op een dag het record te breken.Over de hele wereld besteden toegewijde amateurwaarnemers talloze nachten aan het scannen van de hemel op nieuwe kometen. Astronomie is een van de weinige wetenschapsgebieden waar amateurs nog een zinvolle bijdrage kunnen leveren, en de ontdekking van een komeet is een van de meest opwindende manieren waarop ze hun plaats in de astronomische geschiedenis kunnen vestigen. Don Machholz, een Californische amateur (en komeetjager) die onderzoek heeft gedaan naar komeetontdekkingen, meldde dat tussen 1975 en 1995 38% van alle ontdekte kometen door amateurs werden gevonden. Die 20 jaar leverden 67 kometen op voor amateurs, of bijna 4 per jaar. Dat klinkt misschien bemoedigend voor nieuwe komeetjagers, totdat ze erachter komen dat het gemiddelde aantal uren dat de typische amateur heeft besteed aan het zoeken naar een komeet voordat ze er een vonden, ongeveer 420 was. Dit is duidelijk geen activiteit voor ongeduldige persoonlijkheden.

wat doen komeetjagers als ze denken een nieuwe komeet te hebben gevonden? Eerst moeten ze de locatie van het object in een atlas van de hemel controleren om er zeker van te zijn dat het echt een komeet is. Aangezien de eerste waarneming van een komeet meestal plaatsvindt wanneer hij nog ver van de zon is en voordat hij een significante staart heeft, zal het eruit zien als slechts een kleine, vage vlek. En door de meeste amateur telescopen, zo zullen nevels (wolken van kosmisch gas en stof) en sterrenstelsels (verre groeperingen van sterren). Vervolgens moeten ze controleren of ze geen komeet zijn tegengekomen die al bekend is, in welk geval ze alleen een klopje op de rug krijgen in plaats van roem en glorie. Dan moeten ze het iets later opnieuw observeren of opnieuw in beeld brengen om te zien of de beweging in de hemel geschikt is voor kometen.

vaak krijgen komeetjagers die denken dat ze een ontdekking hebben gedaan een andere komeetjagers elders in het land om het te bevestigen. Als alles klopt, is de plaats waar ze contact opnemen het Centraal Bureau voor astronomische telegrammen van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge, Massachusetts (http://www.cbat.eps.harvard.edu/). Als de ontdekking wordt bevestigd, stuurt het bureau het nieuws naar astronomen en observatoria over de hele wereld. Een van de unieke beloningen van komeetjacht is dat de naam van de ontdekker wordt geassocieerd met de nieuwe komeet—een beetje kosmische roem die weinig hobby ‘ s kunnen evenaren.

het lot van kometen

elke komeet die we vandaag zien zal bijna zijn gehele bestaan in de Oortwolk of de Kuipergordel hebben doorgebracht bij een temperatuur van bijna het absolute nulpunt. Maar zodra een komeet het binnenste zonnestelsel binnenkomt, begint zijn tot nu toe saaie levensgeschiedenis te versnellen. Het kan natuurlijk zijn eerste passage in de buurt van de zon overleven en terugkeren naar de koude gebieden van de ruimte waar het de afgelopen 4,5 miljard jaar doorbracht. Aan de andere kant kan het botsen met de zon of zo dichtbij komen dat het op zijn eerste periheliumpassage wordt vernietigd (verschillende van dergelijke botsingen zijn waargenomen met ruimtetelescopen die de zon monitoren). Soms komt de nieuwe komeet echter niet zo dicht bij de zon, maar in plaats daarvan interageert hij met een of meer van de planeten.SOHO (Solar and Heliospheric Observatory) heeft een uitstekende verzameling video ‘ s van kometen die in de buurt van de zon komen. Op deze plek nadert Komeet ISON de zon en wordt verondersteld te worden vernietigd in zijn passage.

een komeet die binnen de invloed van de zwaartekracht van een planeet komt, heeft drie mogelijke lotsbestemmingen. Het kan (1) de planeet beà nvloeden, het verhaal in één keer beëindigen; (2) versnellen en worden uitgeworpen, waardoor het zonnestelsel voor altijd; of (3) worden verstoord in een baan met een kortere periode. In het laatste geval is zijn lot bezegeld. Elke keer dat hij de zon nadert, verliest hij een deel van zijn materiaal en heeft hij een grote kans op een botsing met een planeet. Als de komeet eenmaal in zo ‘ n korte baan is, begint zijn levensduur te worden gemeten in duizenden, niet miljarden jaren.Enkele kometen beëindigen hun leven catastrofaal door uit elkaar te vallen (soms zonder duidelijke reden) (Figuur 4). Bijzonder spectaculair was het lot van de zwakke komeet Shoemaker-Levy 9, die in ongeveer 20 stukken brak toen het vlak bij Jupiter passeerde in juli 1992. De fragmenten van Shoemaker-Levy werden gevangen in een zeer langwerpige, twee jaar durende baan rond Jupiter, meer dan een verdubbeling van het aantal bekende joviaanse manen. Dit was slechts een tijdelijke verrijking van Jupiters familie, echter, omdat in juli 1994 alle komeetfragmenten op Jupiter neerstortten, waardoor energie vrijkwam die equivalent was aan miljoenen Megaton TNT.

Figuur 4: uiteenvallen van komeet lineair. (A) een zicht op de grond met veel minder details en (b) een veel gedetailleerdere foto met de Hubble Ruimtetelescoop, die de meerdere fragmenten van de kern van de lineaire komeet toont. De komeet desintegreerde in juli 2000 zonder duidelijke reden. (Let op in de linkeraanzicht, de fragmenten mengen allemaal hun licht samen, en kunnen niet worden onderscheiden. De korte diagonale witte lijnen zijn sterren die bewegen in het beeld, die het bijhouden van de bewegende komeet.) (credit a: wijziging van het werk van de Universiteit van Hawaii; credit b: wijziging van het werk van NASA, Harold Weaver (de Johns Hopkins University), en het HST Comet LINEAR Investigation Team)

toen elk komeetfragment met een snelheid van 60 kilometer per seconde de atmosfeer van jovius binnenstroomde, viel het uiteen en explodeerde, waardoor een hete vuurbal ontstond die het komeetstof en de atmosferische gassen naar grote hoogten voerde. Deze vuurballen waren duidelijk zichtbaar in profiel, met het werkelijke inslagpunt net voorbij de joviaanse horizon gezien vanaf de aarde (Figuur 5). Elke explosieve pluim viel terug in Jupiter, een gebied van de bovenste atmosfeer groter dan de aarde werd verwarmd tot gloeien en gloeide briljant voor ongeveer 15 minuten, een gloed die we konden detecteren met infrarood-gevoelige telescopen.

Figuur 5: komeetinslag op Jupiter. (A) de” string ” van witte objecten zijn fragmenten van komeet Shoemaker-Levy 9 die Jupiter nadert. (b) Het eerste fragment van de komeet botst op Jupiter, met het contactpunt linksonder in dit beeld. Rechts staat de maan van Jupiter, Io. De even heldere plek in de bovenste afbeelding is het komeetfragment dat naar maximale helderheid flakkert. De onderste foto, genomen ongeveer 20 minuten later, toont de aanhoudende flare van de impact. De grote rode vlek is zichtbaar nabij het centrum van Jupiter. Deze infraroodbeelden zijn gemaakt met een Duits-Spaanse telescoop op Calar Alto in Zuid-Spanje. (krediet a: wijziging van het werk door het Eser; krediet b: wijziging van het werk van Tom Herbst, Max-Planck-Institut fuer Astronomie, Heidelberg, Doug Hamilton, Max-Planck-Institut fuer Kernphysik, Heidelberg, Hermann Boehnhardt, Universitaets-Sternewarte, Muenchen, en Jose Luis Ortiz Moreno, Instituto de Astrofisica de Andalucia, Granada)

Figuur 6: Impactstofwolk op Jupiter. De binnenrand van de diffuse buitenring is ongeveer even groot als de aarde. (credit: wijziging van het werk door H. Hammel, MIT en NASA / ESA)

na de inslag van de komeet Shoemaker-Levy 9 met Jupiter, bezetten donkere wolken van puin zich in de stratosfeer van Jupiter, waardoor langlevende “kneuzingen” (elk nog groter dan de aarde) ontstonden die gemakkelijk konden worden gezien door zelfs kleine telescopen.Deze kenmerken werden voor het eerst gezien met de Hubble Ruimtetelescoop 105 minuten na de impact die de donkere ringen produceerde gezien in Figuur 6 (De compacte achterste stip kwam van een ander fragment). Later vermengden de winden op Jupiter deze kenmerken tot een brede vlek die meer dan een maand zichtbaar bleef.

miljoenen mensen over de hele wereld tuurden naar Jupiter via telescopen of volgden het evenement via televisie of online. Een andere inslag werd gezien op Jupiter in de zomer van 2009, wat aangeeft dat de gebeurtenissen van 1994 zeker niet uniek waren. Het zien van deze grote inslagexplosies op Jupiter helpt ons om de ramp te waarderen die onze planeet zou overkomen als we door een komeet of asteroïde zouden worden getroffen.

voor kometen die niet aan zo ‘ n dramatisch einde komen, maken metingen van de hoeveelheid gas en stof in hun atmosferen het mogelijk de totale verliezen in één baan te schatten. Typische verliespercentages zijn tot een miljoen ton per dag van een actieve komeet in de buurt van de zon, wat neerkomt op enkele tientallen miljoenen ton per baan. In dat tempo, zal een typische komeet verdwijnen na een paar duizend banen. Dit zal waarschijnlijk het lot zijn van komeet Halley op de lange termijn.Deze History Channel video toont een korte discussie en animatie uit de tv documentaire serie Universe, waarin de botsing van de komeet Shoemaker-Levy 9 met Jupiter wordt getoond.

kernbegrippen en samenvatting

Oort stelde in 1950 voor dat kometen met een lange periode zijn afgeleid van wat we nu de Oortwolk noemen, die de zon omringt tot ongeveer 50.000 AE (in de buurt van de grens van de invloedssfeer van de zon) en tussen 1012 en 1013 kometen bevat. Kometen komen ook uit de Kuipergordel, een schijfvormig gebied voorbij de baan van Neptunus, die zich uitstrekt tot 50 AE van de zon. Kometen zijn primitieve lichamen die overblijven van de vorming van het buitenste zonnestelsel. Zodra een komeet wordt omgeleid naar het binnenste zonnestelsel, overleeft hij meestal niet meer dan een paar duizend periheliumpassages voordat hij al zijn vluchtige stoffen verliest. Sommige kometen sterven spectaculaire sterfgevallen: Shoemaker-Levy 9, bijvoorbeeld, brak in 20 stukken voordat botste met Jupiter in 1994.

Woordenlijst

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.