חגורת קויפר

חגורת קְּויפּר (באנגלית: Kuiper belt; בעברית נכתב גם: חגורת קַייפּר או חגורת קווִיפר) היא אסופת גופים הסובבים את השמש במסלול הנמצא מעבר לכוכב הלכת נפטון, במרחק של 30–50 יחידות אסטרונומיות מהשמש ובמישור הקרוב למישור המילקה. החגורה קרויה על שם האסטרונום ההולנדי-אמריקאי ג'ררד קויפר (Gerard Kuiper), שחזה את קיומה בשנת 1951 (עם זאת, קנת אדג'וורת'  העלה השערה בדבר קיומה עוד ב-1943, ולכן היו שהציעו לקרוא לה "חגורת אדג'וורת'–קויפר"). מספר הגופים בחגורה שרדיוסם מעל ל-100 ק"מ מוערך בכ-35,000, פי מאה ממספר האסטרואידים בגודל זה.

הגילוי

השערתו של קויפר באה להסביר את קיומה של משפחת שביטי צדק, אשר בניגוד לשביטים ארוכי-המחזור הם בעלי מחזור קצר למדי (לרוב עד 20 שנה, ועל כל פנים לא יותר מ-200 שנה), מסלולים שנמצאים במישור המלקה (או קרוב אליו) וכיוון תנועה כשל כל הפלנטות והאסטרואידים. ההשערה קיבלה חיזוק נוסף בשנות ה-80, ממודלים ממוחשבים של ימיה הראשונים של מערכת השמש, אשר הראו שכוכבי הלכת שנוצרו "דחפו" "זבל חללי" למיניו כלפי הקצה של מערכת השמש.
בשנת 1992 אומתה השערתו של קויפר, כאשר דייוויד ג'וויט  וג'יין לו גילו את הגוף הראשון בחגורת קויפר, 1992QB1. כיום ידוע שיש מעל 800 גופים בחגורה אולם רק פרטים בודדים ידועים עליהם, בעיקר בהירותם ומסלוליהם סביב השמש. הגופים נחשבים חלק מקטגוריית הגופים הטרנס-נפטוניים. כמעט כל הגופים התגלו אחרי 1992 בגלל התקדמות משמעותית בחומרה ותוכנה של מחשבים באותה תקופה, ושימוש ברכיב ה-CCD בטלסקופים שאיפשרו חיפוש אוטומטי יעיל ואפקטיבי הרבה יותר לטווח של חגורת קויפר.

מאפיינים

מתוך חישוב הבהירות - והנחה לגבי כושר החזרת האור - ניתן להעריך את גודלו של גוף. החוקרים מניחים שכושר ההחזרה של גופי חגורת קויפר לקוי, כפי שנמדד בגרעיני השביטים, כלומר, הוא פחות מ־10 אחוזים, ועל סמך הנחה זו חושבו גודלי הגופים בחגורת קויפר.
גופי חגורת קויפר נעים במסלולים המתחלקים לשני סוגים: של גופי החגורה המכונים ה"אמיתיים", הנשארים כל הזמן במרחק גדול של 30–50 יחידות אסטרונומיות מהשמש; ולגופים ש"התפזרו" מהחגורה - כנראה עקב כוח משיכה של גוף אחר - ויכולים להתרחק מהשמש עד למרחק של כמאה יחידות אסטרונומיות (אם כי הפריהליון שלהם הוא עדיין בתחומי החגורה). גוף אחד כזה, שסימונו CR105 2000, נתגלה בשנת 2000, ורק שנה לאחר מכן הובהר מסלולו: הוא מגיע למרחק של עד 400 יחידות אסטרונומיות.
הגבול העליון של חגורת קויפר אינו שרירותי: מספר הגופים אחרי נקודת המרחק של 50 יחידות אסטרונומיות מהשמש פוחת באופן קיצוני, תופעה אשר קרויה "מרווח קויפר" או "מצוק קויפר". ההשערה היא, שגוף רחוק יותר בעל מסה דומה לזו של כדור הארץ או מאדים "מסלק" מהאזור ההוא גופים על ידי השפעתו הכבידתית.
מרחקם הרב של גופי חגורת קויפר מהשמש גורם לתאורה נמוכה ולכן לקור עז על פניהם. כש־CR105 2000 נמצא בנקודה הרחוקה ביותר במסלולו, הוא מקבל כמות אנרגיה קטנה פי 16 אלף מזו שהשמש מקרינה על כדור הארץ. עצמת התאורה בחלק הגוף המואר דומה לעצמת התאורה על פני כדור הארץ בליל ירח מלא.
חישובי טמפרטורה מצביעים על טמפרטורה של כמה עשרות מעלות מעל לאפס המוחלט. הגופים בחגורת קויפר קפואים וצפויים להישאר כאלה אלא אם הפרעה מסלולית תסיט אותם לעבר פנים מערכת השמש, שם יתאייד הקרח שבהם והם יהפכו לשביטים מן המניין.

גופים ידועים בחגורת קויפר

אף שרוב גופי חגורת קויפר אינם גדולים במיוחד (גודלם אינו עולה על כמה מאות ק"מ), יש ביניהם מספר גופים בעלי ממדים גדולים יותר, כדוגמת פלוטו. מסיבה זו, לאחר גילויים היה ויכוח אם הם צריכים לזכות להכרה ככוכבי לכת מן המניין (ועל סדנה אף הכריזו בחגיגיות כעל כוכב הלכת העשירי, אם כי לבסוף ביטלו את ההכרזה הזו). בסופו של דבר הוחלט שפלוטו צריך לרדת למעמד של כוכב לכת ננסי, בגלל השתיכותו לחגורת קויפר ובגלל תכונותיו שמאפינות כוכב לכת ננסי. להלן התיאור של כמה מגופי קויפר הגדולים ביותר:

פלוטו

פלוטו (), אשר נמצא במרחק ממוצע של 39.5 יחידות אסטרונומיות מהשמש הוא הגוף הגדול ביותר מבין כל הגופים המוכרים בחגורת קויפר וקוטרו 2,320 ק"מ. יחד עם הירח הגדול שלו כארון הם מרכיבים מערכת כפולה שבה שני הגופים "נעולים" כבידתית ומפנים באופן קבוע אותו צד זה כלפי זה. בנוסף לפלוטו ולכארון, התגלו ארבעה ירחים זעירים שסובבים את מרכז המסה של המערכת, שנמצא מחוץ לפלוטו.
מקור שמם של פלוטו וכארון בדמויות מיתולוגיות הקשורות לשאול - פלוטו הוא אל השאול במיתולוגיה הרומית ואילו כארון הוא משיט המעבורת אל השאול במיתולוגיה היוונית.
משערים שפלוטו מורכב מסלעים, קרח, מתאן מוצק, חנקן מוצק ופחמן חד-חמצני מוצק. טמפרטורת פני השטח נעה בין 40 ל-60 קלווין, וסביבו נמצאת אטמוספירה דלילה, שהטמפרטורה בחלקה העליון מגיעה עד 106 קלווין.

האומיה

האומיה הוא כוכב לכת ננסי הנמצא בחגורת קויפר במרחק ממוצע של 43 יחידת אסטרונומיות מהשמש וקוטרו מוערך ב-1,150 ק"מ. מקור שמו של העצם בשמה של אלת הלידה והפריון במיתולוגיה ההוואית.
גילוי האומיה הוכרז ב-27 ביולי 2005 לאחר שיומיים קודם לכן צוות ספרדי בראשותו של חוזה לואיס אורטיז מוראנו (José Luis Ortiz Moreno) סיים לנתח נתונים שהתקבלו בשנת 2003. 

צוות אמריקאי בראשותו של מייקל בראון גילה את העצם כבר ב-28 בדצמבר 2004 כאשר תצפת על האזור.].

מאקה-מאקה

מאקה-מאקה הוא כוכב לכת ננסי הנמצא בחגורת קויפר במרחק ממוצע של 52 יחידת אסטרונומיות מהשמש וקוטרו מוערך ב-1,500 ק"מ. מקור שמו של העצם בשמו של האל שברא את העולם, על פי המיתולוגיה של בני אי הפסחא.
אף על פי שהוא התגלה במרץ 2003, הוא קיבל את מעמדו ככוכב לכת ננסי רק ביוני 2008. למרות בהירותו הנראית, 16.7 לעומת 15 של פלוטו, מאקה-מאקה התגלה מאוחר יחסית לגופים דומים באותו אזור וזאת כנראה בגלל הנטייה הגבוהה של מסלולו.
תצפיות אינפרה אדומות מרמזות על נוכחות מתאן, דבר המעיד על אטמוספירה. למאקה-מאקה יש ירח אחד.

קווה-וואר

בשנת 2002 התגלה גוף גדול בחגורת קויפר, שזכה לשם 50000 קווה-וואר "Quaoar" (מבטאים kwa-whar), על שמו של אחד מהאלים להם סגדו האינדיאנים ילידי אמריקה. הוא שוכן מיליארד קילומטרים מאחורי פלוטו ומקיף את השמש אחת ל־288 שנים במעגל כמעט מושלם.
קווה-וואר נמדד באמצעות טלסקופ החלל האבל ונמצא כי רוחבו 1,300 קילומטרים – כ־400 קילומטרים יותר מקרס (בשנת 2006 הוחלט לשנות את סיווגו לכוכב לכת ננסי), האסטרואיד הגדול ביותר בחגורת האסטרואידים העיקרית עד כה, ויותר ממחצית קוטרו של פלוטו. זה היה העצם הגדול ביותר שהתגלה במערכת השמש מאז גילויו של פלוטו לפני 72 שנה. מאז התגלו עוד כמה גופים שכנראה גדולים ממנו, כגון מאקה-מאקה.

אורקוס

ב־19 בפברואר 2004 נמסר על גילוי עצם קפוא במרחק של כ־7 מיליארד קילומטרים מהשמש, שנראה כי גודלו הוא כמחצית גודלו של פלוטו והוא גדול מכארון, הירח של פלוטו. עצם זה קיבל את השם הזמני DW2004, והסתבר שזהו הפלנטואיד הגדול ביותר שנמצא במערכת השמש שלנו מאז גילוי פלוטו עצמו ב־1930.
תצפיות ראשוניות על העצם, שקיבל את השם 90482 אורקוס, מראות כי הגוף השמימי הקפוא גדול בעשרה אחוזים מקווה-וואר. הוא שוכן בחלק החיצוני של חגורת קויפר, אזור של סלעים קפואים מעבר למסלולו של נפטון, והוא ה־15 בסדרת עצמים בגודל של למעלה מ־500 קילומטרים, שנמצא באזור זה. מדידות ראשוניות מציעות כי אורקוס נע במסלול אליפטי סביב השמש, במסגרתו הוא מתקרב אליה למרחק של כ־4.3 מיליארד קילומטרים ומתרחק ממנה עד למרחק של 7.5 מיליארד קילומטרים. לדברי בראון, לוקח לו 252 שנה להקיף את השמש.