Kuipergordel

Die Kuipergordel, soms ook die Edgeworth-Kuipergordel genoem, is ’n streek in die Sonnestelsel anderkant die planete wat strek van die wentelbaan van Neptunus 30 astronomiese eenhede (AE) van die Son af tot ongeveer 50 AE. Die streek is soortgelyk aan die asteroïdegordel, hoewel dit aansienlik groter is: 20 keer breër en met ’n massa van 20 tot 200 keer so groot. Soos die asteroïdegordel, bestaan die Kuipergordel uit klein voorwerpe, oorblyfsels van toe die Sonnestelsel gevorm het. Terwyl die hemelliggame in die asteroïdegordel hoofsaaklik uit rots en metaal bestaan, is die Kuipergordel se voorwerpe grootliks saamgestel uit bevrore vlugtige stowwe, of yse, soos metaan, ammoniak en water. Die Kuipergordel is die tuiste van minstens drie dwergplanete: Pluto, Haumea en Makemake. Dit is genoem na die Nederlands-Amerikaanse sterrekundige Gerard Kuiper, hoewel hy nie die bestaan daarvan voorspel het nie.

In 1992 is Albion ontdek; dit was die eerste Kuipergordelvoorwerp (KGV) naas Pluto en Charon. Sedertdien het die aantal ontdekte KGV's tot meer as duisend gegroei en daar word geglo dat meer as 100 000 KGV's ’n deursnee van meer as 100 km het. Daar is oorspronklik geglo die Kuipergordel is die bron van kortperiodekomete (met ’n wentelbaan wat minder as 200 jaar duur om te voltooi). Studies sedert die middel 1990's het egter gewys die Kuipergordel is dinamies stabiel en dat die verstrooide skyf, ’n dinamies aktiewe streek wat 4,5 miljard jaar gelede deur die uitwaartse beweging van Neptunus geskep is, die ware oorsprong is. Verstrooideskyfvoorwerpe, soos Eris, is KGV-agtige liggame met uiters groot wentelbane wat hulle tot 100 AE van die Son af neem.

Die Kuipergordel word onderskei van die teoretiese Oortwolk, wat duisend keer verder is. Die voorwerpe in die Kuipergordel, verstrooide skyf en Oortwolk word saam Trans-Neptunus-voorwerpe (TNV's) genoem.

Een van Neptunus se natuurlike satelliete, Triton, is waarskynlik ’n KGV wat deur die planeet in ’n wentelbaan vasgevang is.

Met ’n deursnee van meer as 2 000 km is die dwergplaneet Pluto die grootste lid van die Kuipergordel. Dit is ook die naasgrootste TNV (naas Eris in die verstrooide skyf). Pluto, wat aanvanklik as ’n planeet geklassifiseer is maar sedert 2006 ’n dwergplaneet is omdat dit as ’n KGV beskou word, se samestelling is soortgelyk aan dié van baie ander voorwerpe in die Kuipergordel en sy wentelperiode is kenmerkend van ’n klas KGV's bekend as plutino's, wat dieselfde 2:3-baanresonansie met Neptunus het.

Die New Horizons-ruimtetuig het die KGV  op 1 Januarie 2019 aangedoen ná sy verbyvlug van Pluto op 14 Julie 2015.

Geskiedenis 
Ná die ontdekking van Pluto in 1930 is daar gegis die voorwerp kom nie alleen in dié gebied voor nie. Die bestaan van die Kuipergordel in verskeie vorme is dekades lank voorspel. Eers in 1992 is die eerste regstreekse bewys van sy bestaan gevind. Die aantal voorspellings en die verskeidenheid daarvan het gelei tot onsekerheid oor wie presies die eer moet kry dat hulle dit eerste voorgestel het.

Hipoteses 

Die eerste sterrekundige wat die bestaan van Trans-Neptunus-voorwerpe voorspel het, was Frederick C. Leonard. Kort ná Pluto se ontdekking deur Clyde Tombaugh in 1930 het Leonard gewonder of dit nie die "eerste" van ’n "reeks" sulke voorwerpe is en of die ander voorwerpe nie nog ontdek moes word nie. In dieselfde jaar het die sterrekundige Armin O. Leuschner voorgestel Pluto is dalk een van baie langperiodevoorwerpe wat nog ontdek moet word.

In 1943 het Kenneth Edgeworth ’n hipotese voorgestel dat die materiaal in die streek anderkant Neptunus in die aanvanklike sonnewel te wydverspreid was om planete te vorm en dus talle kleiner voorwerpe gevorm het. Daaruit het hy afgelei die streek anderkant die planete word beset deur ’n groot aantal relatief klein liggame en dat een van hulle nou en dan "uit sy eie sfeer dwaal en as ’n ongereelde besoeker sy opwagting in die binneste Sonnestelsel maak" en ’n komeet word.

Gerard Kuiper het in 1951 in Astrophysics: A Topical Symposium gespekuleer dat ’n soortgelyke skyf vroeg in die evolusie van die Sonnestelsel gevorm het, maar hy het nie gedink dat so ’n gordel nog bestaan nie. Kuiper het, soos baie mense in dié tyd, veronderstel Pluto is so groot soos die Aarde en dat dit hierdie klein liggame uitwaarts na die Oortwolk of na buite die Sonnestelsel versprei het. As hy reg was, sou daar dus nie vandag ’n Kuipergordel gewees het nie.

Die hipotese het in die volgende dekades verskeie vorme aangeneem. In 1962 het die fisikus Al G.W. Cameron die bestaan van ’n enorme hoeveelheid klein voorwerpe aan die buitewyke van die Sonnestelsel voorgestel. In 1964 het Fred Whipple, wat die bekende "vuil sneeubal"-hipotese oor komete se voorkoms gewild gemaak het, gemeen ’n "komeetgordel" kan groot genoeg wees om die beweerde afwykings in Uranus se wentelbaan te veroorsaak wat gelei het tot die soeke na Planeet X, of minstens groot genoeg om die wentelbaan van bekende komete te beïnvloed. Waarnemings het dié hipotese verkeerd bewys.

In 1977 het Charles Kowal 2060 Chiron ontdek. Dit is ’n ysagtige planetoïde in ’n wentelbaan tussen Saturnus en Uranus. In 1992 is nog ’n voorwerp, 5145 Pholus, in ’n soortgelyke wentelbaan ontdek. Vandag is dit bekend ’n groot groep komeetagtige liggame, die sentoure, bestaan in die streek tussen Jupiter en Neptunus. Die sentoure se wentelbane is onstabiel en hulle het ’n dinamiese bestaan van ’n paar miljoen jaar. Sedert die ontdekking van Chiron in 1977 het sterrekundiges gespekuleer die sentoure moet dus gedurig deur die een of ander buitenste bron aangevul word.

Verdere bewyse vir die bestaan van die Kuipergordel is later gevind met die bestudering van komete. Dit was reeds ’n geruime tyd bekend dat komete ’n beperkte leeftyd het. Terwyl hulle naby aan die Son beweeg, veroorsaak die Son se hitte dat hul vlugtige oppervlakke in die ruimte verdamp en hulle word mettertyd kleiner. Die feit dat hulle steeds voorkom ná al die jare van die Sonnestelsel se bestaan, beteken hulle moet aanhoudend aangevul word. Een so ’n aanvullingsgebied is die Oortwolk, ’n sferiese swerm komete wat strek tot verder as 50 000 AE van die Son af; die bestaan van die wolk is die eerste keer in 1950 deur die Nederlandse sterrekundige Jan Oort voorgestel. Daar word geglo die Oortwolk is die bron van langperiodekomete, wat duisende jare neem om ’n wentelbaan te voltooi.

Daar is ’n ander soort komeet, kortperiodekomete soos Halley se Komeet, wat ’n wentelbaan in minder as 200 jaar voltooi. Teen die 1970's is kortperiodekomete teen so ’n tempo ontdek dat besef is hulle kan nie net van die Oortwolk af kom nie. Vir ’n voorwerp in die Oortwolk om ’n kortperiodekomeet te word, sou dit eers deur die groot planete aangetrek moes word. In ’n uitgawe van Monthly Notices of the Royal Astronomical Society van 1980 het die Uruguayaanse sterrekundige Julio Fernández gesê vir elke kortperiodekomeet wat uit die Oortwolk na die binneste Sonnestelsel gestuur word, sou 600 in die interstellêre ruimte uitgewerp moes word. Hy het gespekuleer ’n komeetgordel tussen 35 en 50 AE van die Son af sal nodig wees om die getal waargenome komete te verduidelik.

’n Kanadese span, Martin Duncan, Tom Quinn en Scott Tremaine, het Fernández se werk in 1988 opgevolg en ’n paar rekenaarsimulasies gedoen om te bepaal of alle komete uit die Oortwolk kan kom. Hulle het bevind dit is nie moontlik nie, veral omdat kortperiodekomete naby die vlak van die Sonnestelsel voorkom, terwyl komete uit die Oortwolk vanuit enige punt in die lug kan kom. As ’n "gordel", soos Fernández dit genoem het, bestaan, stem die simulasies ooreen met waarnemings. Omdat die woorde "Kuiper" en "komeetgordel" albei in die openingsin van Fernández se verslag voorkom, het Tremaine na berig word hierdie hipotetiese streek die "Kuipergordel" genoem.

Ontdekking 

In 1987 het die sterrekundige David Jewitt toenemend belanggestel in die "oënskynlike leegheid van die buitenste Sonnestelsel". Hy het die student Jane Luu aangemoedig om hom te help om nog voorwerpe anderkant Pluto te ontdek. Met teleskope by die Kitt Peek-sterrewag in Arizona en die Cerro Tololo- Inter-Amerikaanse Sterrewag in Chili het Jewitt en Luu hul soektog begin deur eers fotoplate te vergelyk en daarna meer gevorderde elektroniese toerusting te gebruik wat veel meer lig versamel het en resultate op ’n rekenaarskerm vertoon het. In 1988 het Jewitt na die sterrekunde-instituut aan die Universiteit van Hawaii geskuif. Luu het later by hom aangesluit om op die universiteit se 2,24 m-teleskoop op Mauna Kea te werk. Eindelik, ná ’n soektog van vyf jaar, het Jewitt en Luu op 30 Augustus 1992 die "ontdekking van die kandidaat-Kuipergordelvoorwerp" 15760 Albion aangekondig. Ses maande later het hulle nog ’n voorwerp, (181708) 1993 FW, in die streek ontdek.

Studies wat uitgevoer is sedert die trans-Neptunus-gebied ontdek is, het gewys die streek wat nou die Kuipergordel genoem word, is nie die oorsprong van kortperiodekomete nie, maar dat hulle kom van ’n verwante groep voorwerpe, wat die verstrooide skyf genoem word. Dié skyf is geskep toe Neptunus uitwaarts migreer het tot in die proto-Kuipergordel, wat in dié stadium veel nader aan die Son was. Die planeet het ’n groep dinamies stabiele voorwerpe agtergelaat wat nooit deur sy wentelbaan beïnvloed kan word nie (die ware Kuipergordel), asook ’n groep waarvan die perihelium naby genoeg is dat Neptunus hulle steeds kan versteur in sy wenteling om die Son (die verstrooide skyf). Omdat die verstrooide skyf dinamies aktief is en die Kuipergordel dinamies relatief stabiel, word die verstrooide skyf nou beskou as die waarskynlikste bron van kortperiodekomete.

Naam 
Sterrekundiges gebruik soms die alternatiewe naam Edgeworth-Kuipergordel om krediet aan Edgeworth te gee, en KGV's word soms EKV's genoem. Brian G. Marsden beweer nie een van die twee behoort werklik erkenning te kry nie: "Nóg Edgeworth nóg Kuiper het enigiets geskryf wat naastenby ooreenstem met wat ons nou sien, maar Fred Whipple het." David Jewitt meen as enigiemand daarvoor krediet moet kry dat hulle die Kuipergordel voorspel het, is dit Fernández.

KGV's word soms ook "kuiperoïdes" genoem, ’n naam wat deur Clyde Tombaugh voorgestel is. Die term Trans-Neptunus-voorwerp word deur verskeie wetenskapgroepe aanbeveel vir voorwerpe in die gordel, want die term is minder omstrede as al die ander – dit is egter nie ’n presiese sinoniem nie, want dit sluit alle voorwerpe in wat om die Son wentel buite die wentelbaan van Neptunus, nie net voorwerpe in die Kuipergordel nie.

Struktuur 

Op sy uiterste (maar sonder die verstrooide skyf) strek die Kuipergordel rofweg van 30 tot 55 AE. Die hoofdeel strek van die 2:3-middelbarebeweging-resonansie (sien onder) by 39,5 AE tot die 1:2-resonansie by rofweg 48 AE. Die Kuipergordel is taamlik dik; die hoofkonsentrasie strek tot 10 grade buite die sonnebaan en meer verspreide deel verskeie kere verder. Oor die algemeen lyk dit meer soos ’n oliebol as soos ’n gordel. Sy gemiddelde posisie het ’n baanhelling van 1,86 grade tot die sonnebaan.

Die teenwoordigheid van Neptunus het ’n groot invloed op die struktuur van die Kuipergordel vanweë die wentelresonansies. Op ’n tydskaal wat ooreenstem met die ouderdom van die Sonnestelsel, destabiliseer Neptunus se swaartekrag die wentelbaan van enige voorwerp wat in sekere streke lê – dit stuur die voorwerp óf na die binneste Sonnestelsel óf na die verstrooide skyf of interstellêre ruimte. Dit veroorsaak dat die Kuipergordel duidelike gapings in sy huidige struktuur het, soortgelyk aan die Kirkwoodgapings in die asteroïdegordel. In die streek tussen 40 en 42 AE kan geen voorwerp byvoorbeeld oor so ’n lang tyd ’n stabiele wentelbaan handhaaf nie. Enige voorwerp wat daar voorkom, moes redelik onlangs daarheen migreer het.

Klassieke gordel 
Tussen die 2:3- en die 1:2-resonansie met Neptunus, by ongeveer 42-48 AE, vind die swaartekragwisselwerkings met die planeet oor ’n uitgebreide tydskaal plaas, en voorwerpe kan bestaan waarvan die wentelbaan basies onveranderd bly. Dié streek is bekend as die klassieke Kuiergordel, en voorwerpe daar maak sowat tweederdes van die KGV's uit wat tot nou waargeneem is.

Omdat  die eerste moderne KGV is wat ontdek is, word dit as die prototipe van hierdie groep beskou en word klassieke KGV's dikwels "cubewano's" ("Q-B-1-o's") genoem. Volgens die riglyne van die Internasionale Astronomiese Unie (IAU) moet KGV's name kry van mitologiese wesens wat met die skepping verband hou.

Dit lyk of die klassieke Kuipergordel uit twee aparte populasies saamgestel is. Lede van die eerste een, bekend as die "dinamies koue" populasie, het wentelbane soortgelyk aan dié van die planete: byna rond, met ’n wenteleksentrisiteit van minder as 0,1, en met redelik klein baanhellings van tot sowat 10°. (Hulle lê naby aan die sonnebaan, eerder as teen ’n hoek.) Die koue populasie bevat ook ’n konsentrasie voorwerpe, wat as die kern bekend is, met semihoofasse by 44-44,5 AE. Die tweede groep, die "dinamies warm" populasie, se wentelbane het ’n veel groter baanhelling tot die sonnebaan: tot 30°. Die twee populasies word nie so geneem vanweë ’n groot verskil in hul temperatuur nie, maar na analogie van deeltjies in ’n gas, wat hul relatiewe snelheid verhoog wanneer hulle warmer word. Die twee populasies is nie net in verskillende wentelbane nie, maar die koue populasie het ook ’n ander kleur en albedo: Dit is rooier en helderder. Dit het ook meer dubbelvoorwerpe, ’n verskillende grootteverspreiding en bevat nie baie groot voorwerpe nie.

Die kleurverskil kan dui op verskillende samestellings, wat beteken hulle het in verskillende streke ontstaan. Daar word gemeen die warm populasie het naby Neptunus se oorspronklike wentelbaan gevorm en is versprei tydens die migrasie van die groot planete. Die koue populasie het moontlik min of meer in hul huidige posisie gevorm, want die dubbelvoorwerpe sou waarskynlik nie wisselwerkings met Neptunus deurstaan het nie.

Resonansies 

As ’n voorwerp se wentelperiode in ’n volgetalverhouding tot Neptunus s’n is (’n situasie wat ’n middelbarebeweging-resonansie genoem word), kan dit in ’n baanresonansie met die planeet vasgevang raak en sal sy posisie nie versteur word nie, mits hul relatiewe inlynposisies reg is. As ’n voorwerp byvoorbeeld twee keer om die Son wentel vir elke drie omwentelings van Neptunus, en as dit perihelium met Neptunus bereik ’n kwart van ’n wentelbaan van die planeet af, sal Neptunus elke keer in dieselfde relatiewe plek as aan die begin wees wanneer die voorwerp na perihelium terugkeer, want die planeet sou in dieselfde tyd  wentelbane voltooi het. Dit is bekend as die 2:3- (of 3:2)-resonansie en stem ooreen met ’n semihoofas van sowat 39,4 AE. Sowat 200 bekende voorwerpe val in dié groep, insluitende Pluto saam met sy mane. Daarom word dié voorwerpe "plutino's" genoem. Baie plutino's, ook Pluto, se wentelbaan kruis dié van Neptunus, maar vanweë hul resonansie kan hulle nooit bots nie. Plutino's het ’n groot wenteleksentrisiteit, wat beteken hulle het nie in hul huidige posisie gevorm nie, maar is eerder deur die migrerende Neptunus lukraak in hul wentelbane gegooi. Volgens IAU-riglyne moet alle plutino's die naam van ’n god van die onderwêreld kry.

Die 1:2-resonansie (waar voorwerpe ’n halwe wentelbaan voltooi vir elk van Neptunus s’n) stem ooreen met ’n semihoofas van ~47,7 AE, en bevat min voorwerpe. Lede van dié groep word soms "twotino's" genoem. Ander resonansies bestaan by 3:4, 3:5, 4:7 en 2:5. Neptunus het ’n aantal trojane, wat by sy Lagrange-punte voor en agter hom in sy wentelbaan voorkom. Neptunustrojane is in ’n 1:1-resonansie met die planeet en het dikwels baie stabiele wentelbane.

Daar is ’n relatiewe afwesigheid van voorwerpe met ’n semihoofas kleiner as 39 AE wat skynbaar nie deur die huidige resonansies verklaar kan word nie. Die huidig aanvaarde hipotese vir die oorsaak daarvan is dat toe Neptunus na buite migreer het, onstabiele wentelresonansies geleidelik deur hierdie streek beweeg het, en dus is enige voorwerp daarin weggevee of deur swaartekrag daaruit gewerp.

Kuiperkrans 
Dit lyk of die 1:2-resonansie ’n rand vorm waarbuite min bekende voorwerpe voorkom. Dit is nie duidelik of dit werklik die buiterand van die klassieke gordel is of net die begin van ’n breë gaping nie. Voorwerpe is wel al waargeneem by die 2:5-resonansie by rofweg 55 AE, ’n hele ent buite die klassieke gordel. (Sien skets bo, onder "Resonansies".) Voorspellings van ’n groot aantal voorwerpe in klassieke wentelbane tussen hierdie resonansies kon nie deur waarneming bevestig word nie.

Vroeëre modelle van die Kuipergordel het daarop gedui dat die aantal groot voorwerpe met ’n faktor van twee sou toeneem ná 50 AE. Dié feit was geskoei op die oermassa wat nodig geag is om Neptunus en Uranus te vorm, sowel as voorwerpe van Pluto se grootte (sien onder). Hierdie drastiese afname, bekend as die "Kuiperkrans", was dus onverwags en die rede daarvoor is steeds nie bekend nie. In 2003 het Bernstein, Trilling et al. bewyse gevind die skerp afname van voorwerpe groter as 100 km ná 50 AE is werklik en nie die gevolg van ’n waarnemingsfout nie. Moontlike verklarings is dat die materiaal op daardie afstand te min of te verspreid was om groot voorwerpe te vorm, of dat daaropvolgende prosesse dié wat wel gevorm het, verwyder of vernietig het. Patryk Lykawka van die Kobe-universiteit beweer die swaartekragaantrekking van onbekende groot planetêre voorwerpe, dalk so groot soos die Aarde of Mars, kon daarvoor verantwoordelik gewees het.

Ontstaan 
Die presiese ontstaan van die Kuipergordel en sy komplekse struktuur is steeds onduidelik. Sterrekundiges wag op die voltooiing van verskeie wyeveld-opnameteleskope soos Pan-STARRS in Hawaii en die toekomstige Groot Sinoptiese Opnameteleskoop in Chili, wat baie tans onbekende KGV's sal kan opspoor. Dié opnamedata sal hulle antwoorde op dié vrae help kry.

Daar word geglo die Kuipergordel bestaan uit planetesimale, fragmente van die oorspronklike protoplanetêre skyf om die Son wat nie heeltemal in planete saamgepak het nie, maar in kleiner liggame, waarvan die grootste ’n deursnee van minder as 3 000 km het. ’n Studie van die kraters op Pluto en Charon onthul ’n skaarste aan klein kraters, en dit dui daarop dat sulke voorwerpe van die begin af groot was (dosyne kilometers breed) en nie uit veel kleiner  liggame (van sowat ’n kilometer breed) gevorm het nie. Een van die hipotetiese meganismes vir die vorming van hierdie groter liggame is die swaartekraginstorting van wolke klippies wat gekonsentreer was tussen kolke in ’n onstuimige protoplanetêre skyf.

Moderne rekenaarsimulasies wys die Kuipergordel is sterk deur Jupiter en Neptunus beïnvloed, asook dat nie Uranus of Neptunus in hul huidige posisies kon gevorm het nie omdat daar te min oermaterie in daardie streek was om liggame met so ’n groot massa te skep. Daar word gereken hierdie planete het nader aan Jupiter gevorm. Die verstrooiing van planetesimale vroeg in die Sonnestelsel se geskiedenis sou gelei het tot die migrasie van die groot planete: Saturnus, Uranus en Neptunus het na buite beweeg, en Jupiter na binne. Eindelik het die wentelbane so geskuif dat Jupiter en Saturnus ’n presiese 1:2-resonansie bereik het; Jupiter het twee keer om die Son gewentel vir elk van Saturnus se omwentelings.

Die swaartekraggevolge van so ’n resonansie het eindelik die wentelbane van Uranus en Neptunus gedestabiliseer, en dit het veroorsaak dat hulle na buite gedryf is in baie eksentrieke wentelbane wat die destydse skyf planetesimale gekruis het. Hoewel Neptunus se wentelbaan hoogs eksentriek was, het sy middelbarebeweging-resonansies oorvleuel en die wentelbane van die planetesimale het chaoties geword – dit het hulle toegelaat om uitwaarts te skuif tot by Neptunus se 1:2-resonansie en ’n dinamies koue gordel te vorm van voorwerpe met ’n klein baanhelling. Later, nadat sy eksentrisiteit afgeneem het, het Neptunus na buite migreer tot waar dit vandag is. Baie planetesimale is tydens hierdie migrasie vasgevang en het in resonansies gebly, terwyl ander wentelbane met ’n groter baanhelling en kleiner eksentrisiteit ontwikkel het; hulle het uit die resonansies ontsnap na stabiele wentelbane.

Nog baie planetesimale is na binne verstrooi, en ’n klein deel van hulle is vasgevang as Jupiter-trojane, onreëlmatige satelliete wat om die groot planete wentel en buitegordel-asteroïdes. Die res is weer deur Jupiter na buite verstrooi en is in die meeste gevalle uit die Sonnestelsel gewerp, met die gevolg dat die voorwerpe in die oer-Kuipergordel met 99% of meer verminder is.

Die oorspronklike weergawe van die model wat tans die gewildste is, die Nice-model, reproduseer baie kenmerke van die Kuipergordel, soos die "koue" en "warm" populasies, resonansievoorwerpe en ’n verstrooide skyf, maar dit verduidelik steeds nie sommige kenmerke van hul verspreiding nie. Die model voorspel ’n groter gemiddelde eksentrisiteit in klassieke KGV-wentelbane as wat waargeneem word (0,10–0,13 teenoor 0,07) en sy voorspelde baanhellingverspreiding bevat te min voorwerpe met ’n groot baanhelling. Boonop skep die gereelde voorkoms van dubbelvoorwerpe in die koue gordel, waarvan baie ver van mekaar en losweg verbind is, ook ’n probleem vir die model. Daar word voorspel hulle het geskei geraak tydens wisselwerkings met Neptunus. Dit laat sommige wetenskaplikes vermoed die koue skyf het in sy huidige posisie gevorm, en dat dit die enigste werklik plaaslike populasie van klein liggame in die Sonnestelsel is.

Volgens ’n onlangse modifikasie van die Nice-model het die Sonnestelsel aanvanklik vyf groot planete gehad, onder meer ’n ekstra ysreus, in ’n ketting van middelbarebeweging-resonansies. Die resonansieketting is sowat 400 miljoen jaar ná die vorming van die Sonnestelsel verbreek. In plaas van om in die skyf gewerp te word, het die ysreus eers verskeie astronomiese eenhede na buite geskuif. Hierdie migrasie het eindelik tot ’n resonansiekruising gelei wat die wentelbane van die planete gedestabiliseer het. Die ekstra ysreus is deur Saturnus na binne gewerp waar dit ’n paar wisselwerkings met Jupiter gehad het voordat dit eindelik uit die Sonnestelsel gewerp is. Die oorblywende planete het daarna hul migrasie voortgesit tot die skyf planetesimale byna uitgeput was, met klein fragmente wat op verskeie plekke oorgebly het.

Net soos in die oorspronklike Nice-model is voorwerpe in resonansies met Neptunus vasgevang tydens die planeet se uitwaartse migrasie. Sommige het in dié resonansies gebly en ander het wentelbane met ’n groter helling en kleiner eksentrisiteit ontwikkel. Laasgenoemde se wentelbane het gestabiliseer en hulle het die dinamies warm klassieke gordel gevorm. Die warm gordel se baanhellingverspreiding kan gereproduseer word as Neptunus oor ’n tydskaal van 30 miljoen jaar van 24 tot 30 AE migreer het. As Neptunus tot by 28 AE migreer, het dit ’n swaartekragwisselwerking met die ysreus. Voorwerpe wat uit die koue gordel in ’n 1:2-middelbarebeweging-resonansie met Neptunus vasgevang word, word agtergelaat as ’n plaaslike konsentrasie by 44 AE wanneer hierdie wisselwerking veroorsaak dat Neptunus se semihoofas uitwaarts spring. Die liggame wat in die koue gordel geskuif word, sluit ’n paar losweg verbonde dubbelvoorwerpe in wat ontstaan het in ’n posisie wat nader as die koue gordel se huidige ligging was.

As Neptunus se eksentrisiteit klein bly tydens dié wisselwerking, word die chaotiese evolusie van wentelbane van die oorspronklike Nice-model vermy en ’n oer- koue gordel word bewaar. In die latere fases van Neptunus se migrasie verwyder die gevolge van middelbarebeweging-resonansies die voorwerpe met ’n groter eksentrisiteit uit die koue gordel, en snoei so die eksentrisiteitverspreiding.

Samestelling van KGV's 

Omdat Kuipergordelvoorwerpe ver weg van die Son en die meeste planete geleë is, word geglo hulle is relatief onveranderd gelaat deur die prosesse wat ander voorwerpe in die Sonnestelsel gevorm en verander het. As hul samestelling dus vasgestel kan word, kan dit baie inligting oor die samestelling van die vroegste Sonnestelsel verskaf. Weens hul klein grootte en uiterse afstand van die Aarde af, is dit moeilik om die chemiese samestelling van KGV's te bepaal. Die belangrikste manier waarop sterrekundiges die samestelling van ’n hemelliggaam vasstel, is deur spektroskopie. Wanneer ’n voorwerp se lig opgebreek word in die samestellende kleure, word ’n beeld soortgelyk aan ’n reënboog gevorm. Die beeld word ’n "spektrum" genoem. Verskillende stowwe absorbeer lig by verskillende golflengtes, en wanneer die spektrum van ’n spesifieke voorwerp ontrafel word, verskyn donker lyne, bekend as absorpsielyne, waar die stowwe in die voorwerp daardie spesifieke golflengte lig geabsorbeer het. Elke element of samestelling het sy eie unieke spektroskopiese handtekening en deur ’n voorwerp se hele spektrale "vingerafdruk" te lees, kan sterrekundiges vasstel uit watter stowwe dit bestaan.

Ontledings dui daarop dat KGV's saamgestel is uit ’n mengsel van rots en verskeie yse soos water, metaan en ammoniak. Die gordel se temperatuur is net sowat 50 K, en dus bly baie verbindings solied wat nader aan die Son gasagtig sou wees. Die digtheid en rots-ys-dele van net ’n klein aantal voorwerpe waarvan die deursnee en massa bepaal is, is bekend. Die deursnee kan bepaal word met ’n beeld deur ’n hoëresolusieteleskoop, soos die Hubble-ruimteteleskoop, tydens ’n okkultasie (wanneer ’n voorwerp voor ’n ster verbybeweeg) of meestal deur ’n voorwerp se albedo te gebruik wat uit sy infrarooi-emissies bereken is. Die massa word bepaal deur die semihoofas en periode van satelliete te gebruik, en dus is net ’n paar dubbelvoorwerpe s’n bekend. Die digtheid wissel van minder as 0,4 tot 2,6 g/cm3. Die voorwerpe met die kleinste digtheid bestaan waarskynlik grootliks uit ys en is taamlik poreus. Die digste voorwerpe bestaan waarskynlik uit rots en ’n dun yskors. Daar is ’n neiging dat klein voorwerpe ’n lae digtheid het en die grootste voorwerpe ’n groot digtheid. ’n Moontlike verklaring hiervoor is dat ys van die oppervlak verlore gegaan het toe kleiner voorwerpe teen mekaar gebots het om die grootste voorwerpe te vorm.

Aanvanklik was gedetailleerde ontledings van KGV's onmoontlik, en sterrekundiges het net die mees basiese feite oor hul samestelling geweet, soos hul kleur. Dié eerste data het ’n groot reeks kleure onder KGV's getoon, van ’n neutrale grys tot dieprooi. Dit het daarop gedui dat hul oppervlakke uit ’n groot verskeidenheid samestellings bestaan, van vuil yse tot koolwaterstof. Dit het sterrekundiges verstom, want hulle het verwag KGV's sal almal donker wees, omdat hulle die meeste van die vlugtige yse op hul oppervlak sou verloor het weens kosmiese straling. Verskeie oplossings is voorgestel, soos die invloed van botsings en die vrylating van gasse. Jewitt en Luu se spektrale ontleding van die bekende KGV's in 2001 het gewys die kleurverskille is te groot om te verduidelik aan die hand van toevallige botsings. Die Son se straling het vermoedelik metaan op die oppervlak van KGV's chemies verander en produkte soos toliene gevorm. Makemake bevat ’n aantal koolwaterstowwe wat ontstaan het vanweë die straling van metaan, insluitende etaan, etileen en asetileen.

Hoewel die meeste KGV's steeds min spektrale inligting verskaf weens hul dofheid, was daar al ’n paar suksesse in die bepaling van hul samestelling. In 1996 het Robert H. Brown et al. spektroskopiese data verkry oor die KGV 1993 SC, wat onthul het sy oppervlaksamestelling stem merkwaardig ooreen met dié van Pluto, sowel as Neptunus se maan Triton, met groot hoeveelhede metaanys. Die meeste kleiner voorwerpe se kleur en soms albedo is bepaal. Dié voorwerpe val hoofsaaklik in twee kategorieë: grys met ’n lae albedo en baie rooi met ’n hoër albedo. Die verskil in kleur en albedo is moontlik vanweë die behoud of verlies van waterstofsulfied (H2S) op die oppervlak – die oppervlak van dié wat ver genoeg van die Son af ontstaan het om H2S te behou, word rooi vanweë bestraling.

Die grootste KGV's, soos Pluto en Quaoar, se oppervlak is ryk aan vlugtige samestellings soos metaan, stikstof en koolstofmonoksied; die teenwoordigheid van hierdie molekules is waarskynlik vanweë hul matige dampdruk in die 30-50 K-temperatuurstreek van die Kuipergordel. Dit laat die samestellings per geleentheid van die oppervlak af kook en dan weer terugval as sneeu. Samestellings met ’n hoër kookpunt sal solied bly. Die relatiewe oorvloed van hierdie drie samestellings in die grootste KGV's hou direk verband met die liggame se oppervlakswaartekrag en omringende temperatuur, wat bepaal watter van die stowwe hulle kan behou. Waterys is al in verskeie KGV's opgespoor, insluitende lede van die Haumea-familie soos 1996 TO66, middelgroot voorwerpe soos 38628 Huya en 20000 Varuna, en ’n paar klein voorwerpe.

Massa 
Ondanks sy grootte is die gesamentlike massa van die Kuipergordel relatief klein. Dit word geraam op tussen  en  van die Aarde se massa. Daarteenoor dui modelle oor die vorming van die Sonnestelsel op ’n gesamentlike massa van 50 aardmassas. Hierdie vermiste >99% van die massa kan nouliks geïgnoreer word, want dit is nodig vir die samepakking van KGV's met ’n deursnee van meer as 100 km. As die Kuipergordel altyd so ’n klein digtheid gehad het, sou hierdie voorwerpe eenvoudig nie kon gevorm het deur die botsing en samesmelting van kleiner planetesimale nie. Verder dui die huidige wentelbane se eksentrisiteit en baanhelling daarop dat botsing taamlik "gewelddadig" was, en dit sou gelei het tot vernietiging eerder as samepakking.

Dit lyk of die huidige voorwerpe in die gordel nader aan die Son ontstaan het of dat die een of ander meganisme die oorspronklike massa verstrooi het. Neptunus se huidige invloed is te klein om so ’n enorme verstrooiing te verduidelik, hoewel die Nice-model voorstel dit kon die gevolg van ’n massa-uitwerping in die verlede gewees het. Hoewel dit nie ’n uitgemaakte saak is nie, sluit hipoteses in ’n verbygaande ster of die fynmaal van kleiner voorwerpe deur botsings in stofdeeltjies klein genoeg om deur sonstraling beïnvloed te word. Die omvang van massaverlies deur sulke botsings word egter beperk deur die teenwoordigheid van losweg verbonde dubbelvoorwerpe in die koue skyf, wat waarskynlik deur botsings uitmekaargedryf sou word.

Verstrooide voorwerpe 

Die verstrooide skyf is ’n streek met min voorwerpe. Dit oorvleuel met die Kuipergordel, maar strek tot verder as 100 AE. Verstrooideskyfvoorwerpe (VSV's) se wentelbane is baie ellipties. Die meeste modelle van die Sonnestelsel se ontstaan wys dat beide KGV's en VSV's eers in ’n oergordel ontstaan het en later deur swaartekragwisselwerkings, veral met Neptunus, uitwaarts gedruk is – sommige in stabiele wentelbane (die KGV's) en ander in onstabiele wentelbane (die VSV's). Vanweë sy onstabiliteit word die verstrooide skyf beskou as die bron van baie van die Sonnestelsel se kortperiodekomete. Hul dinamiese wentelbane dryf hulle soms na die binneste Sonnestelsel, waar hulle eers sentoure en dan kortperiodekomete word.

Volgens die Kleinplaneetsentrum, wat amptelik alle trans-Neptunus-voorwerpe katalogiseer, is ’n KGV streng gesproke enige voorwerp wat eksklusief in die Kuipergordel voorkom, ongeag sy oorsprong of samestelling. Liggame buite die gordel word as verstrooide voorwerpe geklassifiseer. In sommige wetenskaplike kringe het die term "Kuipergordelvoorwerp" sinoniem geword met enige ysagtige kleinplaneet in die buitenste Sonnestelsel wat vermoedelik deel van die aanvanklike klas was, al was sy wentelbaan tydens die grootste deel van die Sonnestelsel se geskiedenis buite die Kuipergordel (byvoorbeeld in die verstrooide skyf). Hulle noem VSV's dikwels "verstrooide Kuipergordelvoorwerpe". Eris, wat ’n groter massa as Pluto het, word dikwels ’n KGV genoem, maar is tegnies gesproke ’n VSV. Sterrekundiges het nog nie konsensus bereik oor die presiese definisie van die Kuipergordel nie.

Die sentoure, wat gewoonlik nie as deel van die Kuipergordel beskou word nie, is vermoedelik ook verstrooide voorwerpe. Die enigste verskil is dat hulle na binne verstrooi is en nie na buite nie. Die Kleinplaneetsentrum groepeer die sentoure en VSV's saam as verstrooide voorwerpe.

Triton 

Daar word geglo Neptunus het tydens sy migrasie ’n groot KGV, Triton, in ’n wentelbaan vasgevang. Dit is die enigste maan in die Sonnestelsel met ’n retrograde wentelbaan (dit wentel in die teenoorgestelde rigting as waarin Neptunus roteer). Dit dui daarop Triton was ’n ten volle ontwikkelde liggaam toe dit uit die omringende ruimte vasgevang is, anders as die mane van Jupiter, Saturnus en Uranus, wat waarskynlik uit die roterende skywe materiaal om die planete ontstaan het.

Dit is nie maklik om ’n voorwerp gravitasioneel vas te vang nie: Die voorwerp moet eers genoegsaam vertraag word sodat dit deur die groter voorwerp se swaartekrag vasgevang kan word. ’n Moontlike verduideliking is dat Triton deel van ’n dubbelvoorwerp was (baie KGV's is dubbelvoorwerpe). Die uitwerping deur Neptunus van die ander lid van die dubbelvoorwerp kan verduidelik hoe Triton vasgevang is. Triton is 14% groter as Pluto en spektrale ontledings van albei wêrelde wys hul oppervlakke is grootliks uit dieselfde materiale saamgestel, soos metaan en koolstofmonoksied. Dit alles dui daarop dat Triton op ’n tyd ’n KGV was en dat dit tydens Neptunus se uitwaartse migrasie vasgevang is.

Grootste KGV's 

Sedert 2000 is ’n aantal KGV's ontdek met ’n deursnee van tussen 500 en 1 500 km, meer as die helfte van dié van Pluto (2 370 km). 50000 Quaoar, ’n klassieke PGV wat in 2002 ontdek is, het ’n deursnee van meer as 1 200 km. Makemake en Haumea, waarvan die ontdekking albei op 29 Julie 2005 aangekondig is, is nog groter. Ander voorwerpe, soos 28978 Ixion (in 2001 ontdek) en 20000 Varuna (2000), het ’n deursnee van rogweg 500 km.

Pluto 

Die ontdekking van hierdie groot KGV's in wentelbane soortgelyk aan dié van Pluto, het baie wetenskaplikes laat aflei Pluto verskil nie veel van ander lede van die Kuipergordel nie. Nie net is van hulle net so groot soos Pluto nie, maar hulle het ook natuurlike satelliete en min of meer dieselfde samestelling. (Metaan en koolstofmonoksied is op beide Pluto en die grootste KGV's gevind.) Net soos wat Ceres as ’n planeet beskou is voor die ontdekking van ander asteroïdes, is vermoed dat Pluto ook herklassifiseer sou word.

Die kwessie het ’n punt bereik met die ontdekking van Eris, ’n voorwerp in die verstrooide skyf naby die Kuipergordel, waarvan die massa 27% groter is as dié van Pluto. Die IAU was vir die eerste keer verplig om te definieer wat ’n planeet is – een van die kriteria is dat hy sy wentelbaan "skoon moes gevee het". Omdat Pluto sy wentelbaan met talle ander voorwerpe deel, is dit as lid van die Kuipergordel tot ’n dwergplaneet herklassifiseer.

Net vyf voorwerpe in die Sonnestelsel word tans (2018) deur die IAU as dwergplanete geklassifiseer: Ceres, Eris en die KGV's Pluto, Makemake en Haumea. 90482 Orcus, 28978 Ixion en baie ander KGV's is groot genoeg om in hidrostatiese ewewig te wees en die meeste sal waarskynlik kwalifiseer wanneer meer inligting oor hulle bekend is.

Satelliete 
Die grootste ses TNV's (Eris, Pluto, , Makemake, Haumea en Quaoar) het almal mane, en twee van hulle het meer as een. Daar is ook talle dubbelvoorwerpe (twee voorwerpe waarvan die massa genoeg ooreenstem dat hulle "om mekaar" wentel). Die bekendste voorbeeld is Pluto en Charon, maar daar word geraam dat sowat 11% van KGV's in pare voorkom.

Verkenning 

Die eerste ruimtetuig wat die Kuipergordel verken het, New Horizons, is op 19 Januarie 2006 gelanseer en het op 14 Julie 2015 by Pluto verbygevlieg. Daarna sou dit ander, verder voorwerpe in die gordel opspoor en ondersoek.

Op 15 Oktober 2014 is aangekondig die Hubble-ruimteteleskoop het drie teikens opgespoor wat die New Horizons-span voorlopig PT1 (potential target 1), PT2 en PT3 genoem het. Die voorwerpe se deursnee was na raming tussen 30 en 55 km, te klein om deur grondgebaseerde teleskope gesien te word. Hulle was tussen 43 en 44 AE van die Son af, wat beteken hulle sou in 2018/2019 bereik kon word.

Die aanvanklike raming dat hulle binne New Horizons se brandstofbegroting sou val, was onderskeidelik 100%, 7% en 97%. Almal was in die "koue" klassieke Kuipergordel (voorwerpe met klein baanhellings en ), en dus baie verskillend van Pluto. PT1, wat nou die parmanente naam  het, was die voorwerp met die gunstigste posisie. Dit het ’n magnitude van 26,8, ’n deursnee van 30-45 km en is op 1 Januarie 2019 bereik. Nadat genoeg inligting oor hul wentelbane verskaf is, het die Kleinplaneetsentrum die amptelike name  (PT1),  (PT2) en  (PT3) aan die drie teikens gegee. In 2014 is ’n vierde moontlike teiken, , uitgeskakel ná nadere ondersoek. PT2 is ook voor die Pluto-verbyvlug uitgeskakel.

Vlugaanpassings is in Oktober en November 2015 aangebring, wat ’n verbyvlug van , informeel bekend as Ultima Thule, moontlik gemaak het. Ultima Thule is 31 km lank. Dit is ’n kontakdubbelvoorwerp wat uit twee lobbe van 19 en 14 km breed bestaan wat met hul hoofasse langs aan mekaar verbind is. Dit lyk of die groter lob ’n samestelling van agt kleiner voorwerpe, elk sowat 5 km breed, is wat saamgesmelt het voordat die twee lobbe met mekaar in aanraking gekom het. Dit het vermoedelik nie groot versteurings ondergaan nie en is dus een van die primitiefste voorwerpe bekend.

Ekstrasolêre Kuipergordels 

Teen 2006 het sterrekundiges puinskywe wat vermoedelik Kuipergordelagtige strukture is, om nege sterre benewens die Son ontleed.

Dit lyk of daar twee kategorieë is: breë gordels met ’n radius van meer as 50 AE en smal gordels (moontlik soos dié in die Sonnestelsel) met ’n radius van tussen 20 en 30 AE en relatief skerp grense. Verder het 15-20% van sontipe sterre ’n waarneembare infrarooi-oormaat, wat kan dui op enorme Kuipergordelagtige strukture.

Die meeste puinskywe om ander sterre is redelik jonk, maar dié op die twee foto's regs, wat in Januarie 2006 deur die Hubble-ruimteteleskoop geneem is, is oud genoeg (rofweg 300 miljoen jaar) dat dit in stabiele konfigurasies gevestig is. Op die linkerkantse foto is ’n breë gordel van bo af gesien en regs is ’n beeld van ’n smal gordel van die kant af.

Rekenaarsimulasies van die Kuipergordel dui daarop dat dit, toe dit jonger was, gelyk het soos die smal ringe wat om jonger sterre gesien kan word.

Verwysings

Bibliografie

Eksterne skakels 
 Dave Jewitt se blad @ UCLA
 Die gordel se naam
 Lys van kortperiodekomete
 Kuiper Belt Profile  by Nasa se Solar System Exploration
 Elektronie nuusbrief oor die Kuipergordel
 Kleinplaneetsentrum: Plot of the Outer Solar System; wys die Kuipergaping
 SPACE.com: "Discovery Hints at a Quadrillion Space Rocks Beyond Neptune" (Sara Goudarzi) 15 Augustus 2006
 Nine Planets se webtuiste oor die Edgeworth-Kuipergordel en Oortwolk
 Lys TNV's

  Hierdie artikel is vertaal uit die Engelse Wikipedia