Vành đai Kuiper

.]]

Vành đai Kuiper là các vật thể của hệ Mặt Trời nằm trải rộng từ phạm vi quỹ đạo của Hải Vương Tinh (khoảng 30 AU) tới 44 AU từ phía Mặt Trời, quỹ đạo nằm gần với mặt phẳng hoàng đạo.

Các thiên thể trong vành đai Kuiper được nói đến bởi IAU như là các thiên thể ngoài Hải Vương Tinh có thể có hình dạng gần giống các tiểu hành tinh.

Ranh giới ngoài của vành đai Kuiper không được xác định một cách tùy tiện; trái lại, dường như có sự suy giảm rõ ràng và thực tế về mật độ các thiên thể nằm ngoài phạm vi đã chọn. Đôi khi nó còn được nói đến như là "lỗ hổng Kuiper" hay "vách Kuiper". Nguyên nhân cho các tên gọi này là một điều bí mật; một trong các giải thích khả dĩ có thể là do giả thuyết cho rằng có thiên thể kích cỡ tương tự như Trái Đất hay Hỏa Tinh chạy qua các mảnh vỡ.

Miêu tả
Vành đai Kuiper gồm những mảnh vỡ, giống với vành đai các tiểu hành tinh, nhưng được tạo thành chủ yếu từ băng và rộng lớn hơn, đồng thời nằm ở vị trí xa hơn khoảng giữa 30 AU và 50 AU từ Mặt Trời, tức là bắt đầu từ Sao Hải Vương trở ra. Vùng này được cho là nơi khởi nguồn của những sao chổi ngắn hạn, như sao chổi Halley. Mặc dù người ta ước tính có khoảng 70.000 vật thể ở vành đai Kuiper có đường kính lớn hơn 100km, nhưng tổng khối lượng của vành đai Kuiper vẫn rất nhỏ, có lẽ tương đương hay hơi lớn hơn khối lượng Trái Đất. Nhiều vật thể ở vành đai Kuiper có quỹ đạo bên ngoài mặt phẳng hoàng đạo.

Sao Diêm Vương, "cựu hành tinh" nhỏ nhất trong Hệ Mặt Trời được coi là một phần của vành đai Kuiper. Giống như những vật thể khác trong vành đai, nó có quỹ đạo lệch tâm, nghiêng 17 độ so với mặt phẳng hoàng đạo và ở phạm vi từ 29,7 AU ở điểm cận nhật đến 49,5 AU ở điểm viễn nhật.

Các vật thể thuộc vành đai Kuiper có quỹ đạo giống với Sao Diêm Vương được gọi là thiên thể kiểu Diêm Vương Tinh. Các vật thể khác có quỹ đạo tương tự nhau cũng được gộp thành nhóm. Những vật thể còn lại của vành đai Kuiper với các quỹ đạo "truyền thống" hơn, được xếp vào loại Cubewanos (hay thiên thể ngoài Hải Vương Tinh truyền thống).

Vành đai Kuiper có một khoảng trống rất rõ ràng. Ở khoảng cách 49 AU đến Mặt Trời, số lượng các vật thể được quan sát thấy giảm sút rõ rết, tạo nên "Vách Kuiper" và hiện vẫn chưa biết nguyên nhân của nó. Một số người cho rằng một thứ gì đó phải tồn tại ở phía ngoài vành đai và đủ lớn tới mức quét sạch mọi mảnh vỡ còn lại, có lẽ lớn như Trái Đất hay Sao Hoả. Tuy nhiên, quan điểm này vẫn còn gây tranh cãi.

Nguồn gốc

Các mô phỏng trên máy tính hiện đại chỉ ra rằng vành đai Kuiper được tạo ra do Mộc Tinh, nhờ lực hấp dẫn khá lớn của nó để duy trì các thiên thể nhỏ mà chúng không thể thoát ra khỏi hệ Mặt Trời một cách hoàn toàn, cũng như các thiên thể được tạo ra ngay tại chỗ đó (in-situ). Các mô phỏng như thế và các thuyết khác dự đoán rằng có lẽ có các thiên thể với khối lượng đáng kể nằm trong vành đai cỡ như Hỏa Tinh hay Trái Đất.

Các nhà thiên văn đầu tiên đưa ra giả thuyết về sự tồn tại của vành đai này là nhà vật lý thiên văn người Mỹ Frederick C. Leonard năm 1930 và Kenneth E. Edgeworth năm 1943. Năm 1951, nhà thiên văn học người Mỹ gốc Hà Lan Gerard Kuiper giả thiết rằng các thiên thể không tồn tại trong vành đai nữa. Các ước đoán chi tiết hơn về các thiên thể trong vành đai được thực hiện bởi nhà vật lý thiên văn người Canada Al G. W. Cameron năm 1962, người Mỹ Fred L. Whipple năm 1964 và người Uruguay Julio Fernandez năm 1980. Vành đai và các thiên thể trong nó được đặt theo tên của Kuiper sau khi phát hiện ra 15760 Albion bởi David Jewitt và Jane Lưu vào năm 1992. Giáo sư Lưu từng phát biều:
:"Chúng tôi đã phát hiện có hàng triệu thiên thạch ngoài đó, bên mép rìa Thái Dương Hệ, trong vành đai Kuiper giống như hành tinh Diêm Vương Tinh vậy.... Khám phá này làm hoàn toàn thay đổi quan niệm của chúng ta về định nghĩa hành tinh là gì."

Tên gọi
Tên gọi khác, Vành đai Edgeworth-Kuiper cũng được sử dụng để vinh danh nhà thiên văn học người Ireland Kenneth Edgeworth. Thuật ngữ Thiên thể ngoài Hải Vương Tinh (TNO) được đề xuất cho các thiên thể trong vành đai bởi một số nhóm nhà khoa học vì thuật ngữ này ít gây tranh cãi hơn tất cả các tên gọi khác - mặc dù nó không phải là từ đồng nghĩa, do TNO bao gồm tất cả các thiên thể quay quanh Mặt Trời ở phần rìa ngoài của hệ Mặt Trời, không chỉ bao gồm các thiên thể trong vành đai Kuiper.

Các thiên thể vành đai Kuiper

Các phát hiện
Trên 8000 thiên thể vành đai Kuiper (một tập hợp con của thiên thể ngoài Hải Vương Tinh) đã được phát hiện trong vành đai này, gần như tất cả chúng đều được phát hiện từ năm 1992 trở đi. Trong số các thiên thể lớn nhất có Diêm Vương Tinh và Charon, nhưng kể từ năm 2000 thì các thiên thể lớn khác có kích thước lớn như chúng cũng đã được xác định. 50000 Quaoar, phát hiện năm 2002, là một KBO, có kích thước cỡ một nửa kích thước của Diêm Vương Tinh và lớn hơn tiểu hành tinh lớn nhất đã biết là 1 Ceres. Trong khi 2005 FY9 và 2003 EL61 là hai thiên thể được thông báo ngày 29 tháng 7 năm 2005 còn lớn hơn. Các thiên thể khác, như 28978 Ixion (phát hiện năm 2001) và 20000 Varuna (phát hiện năm 2000) nhỏ hơn Quaoar, nhưng cũng rất đáng kể về kích thước. Sự phân loại chính xác các thiên thể này là chưa rõ ràng, nhưng một điều rõ ràng là chúng khác đáng kể so với các tiểu hành tinh của vành đai tiểu hành tinh.

Vệ tinh của Hải Vương Tinh Triton nói chung được coi là một KBO bị bắt giữ.

Tập tin:Voyager 2 Neptune and Triton.jpg|Triton và Hải Vương Tinh
Tập tin:TheKuiperBelt Albedo and Color.svg|Màu sắc các thiên thể
Tập tin:Outersolarsystem objectpositions labels comp.png|Các thiên thể quan sát được
Tập tin:Sedna Size Comparisons.jpg|So sánh kích thước Trái Đất, Mặt Trăng, Sao Diêm Vương, Sedna và Quaoar
Tập tin:TheKuiperBelt Orbits Ixion2.svg|Quỹ đạo của 28978 Ixion (ngoài cùng)

Các đường cong quỹ đạo
Các KBO theo định nghĩa hiện tại (2005) giới hạn trong khoảng cách 30-44 AU từ Mặt Trời. Nó không phải là định nghĩa tùy hứng và đơn thuần mà nó phản ánh sự thiếu vắng thực tế của các thiên thể nằm ngoài ranh giới nói trên. Tuy nhiên, phần lớn các KBO đã biết được phát hiện gần với điểm cận nhật của chúng do chúng phản xạ ít ánh sáng có thể phát hiện được hơn khi chúng ở các khoảng cách lớn.

Một số KBO cũng di chuyển có chu kỳ bên trong quỹ đạo của Hải Vương Tinh là cộng hưởng quỹ đạo tỷ lệ 1:2, 2:3 (các thiên thể kiểu Diêm Vương Tinh), 2:5, 3:4, 3:5, 4:5 hay 4:7 với Hải Vương Tinh. Các Cubewano, hay "KBO cổ điển" là nằm trên các quỹ đạo tròn hơn và không cộng hưởng, chúng tạo thành phần lõi của vành đai.

Vành đai này không được nhầm lẫn với đám mây Oort, nó không bị giới hạn trong mặt phẳng của hệ Mặt Trời và nằm ở khoảng cách xa hơn.

Thuật ngữ "Thiên thể vành đai Kuiper"
Phần lớn các mô hình về sự hình thành hệ Mặt Trời chỉ ra rằng các tiểu hành tinh băng giá đầu tiên được hình thành trong vành đai Kuiper, và sau đó do các tương tác hấp dẫn di chuyển một số trong chúng ra ngoài vào khu vực gọi là đĩa rải rác. Trong khi nói một cách chính xác thì KBO là bất kỳ thiên thể nào chỉ quay quanh Mặt Trời trên các quỹ đạo nằm trong phạm vi vành đai Kuiper đã định nghĩa trước, không phụ thuộc vào nguồn gốc hay thành phần thì trong một số nhóm các nhà khoa học thuật ngữ này lại là từ đồng nghĩa để chỉ các tiểu hành tinh có xuất xứ từ phần rìa ngoài của hệ Mặt Trời mà người ta tin rằng chúng là một phần của lớp ban đầu đó, thậm chí nếu chúng đã quay quanh Mặt Trời ngoài vành đai này trong hàng tỷ năm. Ví dụ, phát hiện của Michael E. Brown đã nhắc tới 2003 UB313 như là KBO, mặc dù nó có bán kính quỹ đạo 67 AU, rất rõ ràng là nằm ngoài vành đai Kuiper. Các nhà tìm kiếm thiên thể ngoài Hải Vương Tinh hàng đầu rất dè dặt trong việc áp dụng mác KBO cho các thiên thể rõ ràng là nằm ngoài vành đai Kuiper trong niên kỷ hiện nay.

Các KBO lớn nhất
Các KBO sáng nhất đã biết (với độ sáng tuyệt đối < 4,0), là:

Danh sách được phân loại theo trình tự tăng của độ sáng tuyệt đối. Đường kính ước tính chủ yếu chịu ảnh hưởng của suất phản chiếu bề mặt mà thông thường là dự tính chứ không phải được đo. Một số thiên thể có khả năng là lớn trong vành đai Kuiper đã không được đưa vào.

Tham khảo
Diverse Albedos of Small Trans-Neptunian Objects Will Grundy, 1/7/2004
The 1000&nbsp;km Scale KBOs 6/2008
(52.05) Albedos, Diameters (and a Density) of Kuiper Belt and Centaur Objects 8/9/2005

Liên kết ngoài và nguồn dữ liệu

Trang của Dave Jewitt tại Đại học Hawaii
Tên gọi của vành đai
Bản tin điện tử về vành đai Kuiper Belt
Wm. Trang về TNO của Robert Johnston
Trung tâm tiểu hành tinh: Sơ đồ phần ngoài hệ Mặt Trời, minh họa vành đai Kuiper