ย้อนกลับไปในปี 1930 หลังจากการค้นพบดาวพลูโตนักดาราศาสตร์ Frederick Leonard เขียนว่าดาวเคราะห์ที่ห่างไกลที่สุดของดวงอาทิตย์
แนวคิดนี้รวมวัตถุทั้งหมดที่อยู่รวมกันเป็นหนึ่งเดียวเกินดาวเนปจูน (จาก 35 AU) ภายใน 50 AU จากดวงอาทิตย์ จำได้ว่าหน่วยดาราศาสตร์หนึ่งหน่วยคือระยะทางจากโลกถึงดาวของเรา เป็นที่น่าสังเกตว่าภูมิภาคนี้ได้รับการตั้งชื่อตามนักดาราศาสตร์ชาวดัตช์และชาวอเมริกัน Gerard Kuiper แม้ว่าเขาจะเป็นผู้ยืนยันในยุค 50 ของศตวรรษที่ผ่านมาว่าภูมิภาคจากวงโคจรของดาวเนปจูนไปยังเมฆออร์ตควรจะว่างเปล่าอย่างแน่นอน นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าดาวพลูโตมีขนาดใกล้เคียงกับโลก ดังนั้นอิทธิพลโน้มถ่วงของมันน่าจะล้างพื้นที่ตามแนวโคจรออกจากดาวเคราะห์น้อยทั้งหมด
แถบไคเปอร์คล้ายแถบดาวเคราะห์น้อยตั้งอยู่ระหว่างวงโคจรของโลกและดาวอังคาร แต่มีวัตถุขนาดใหญ่กว่ากว้างกว่าและมีขนาดใหญ่กว่ามาก รวมถึงดาวเคราะห์แคระอย่างน้อยสี่ดวง - พลูโต เฮาเมอา มาเคมาเกะ และเอริส นอกจากนี้ ดาวเคราะห์น้อยในแถบไคเปอร์ยังแตกต่างจากวัตถุในแถบหินที่อยู่ใกล้โลก โดยส่วนใหญ่เป็นก๊าซที่แข็งตัว
แถบดาวเคราะห์น้อย แถบไคเปอร์ และเมฆออร์ต ภาพ: Mark Garlick แหล่งวิทยาศาสตร์
คุณจัดการเปิดวัตถุชิ้นแรกได้อย่างไร?
แม้ว่าจะมีข้อสันนิษฐานต่างๆ เกี่ยวกับการดำรงอยู่วัตถุทรานส์เนปจูน กล่าวคือ วัตถุของจักรวาลที่อยู่นอกวงโคจรของดาวเนปจูน ถูกนำเสนอตลอดศตวรรษที่ 20 โดยเฉพาะอย่างยิ่งหลังจากการค้นพบดาวพลูโต (วัตถุดังกล่าวเป็นครั้งแรก) การยืนยันครั้งแรกของการมีอยู่ของวัตถุที่อยู่ห่างไกลได้รับเมื่อ 30 ปีก่อนเท่านั้น
นักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ David Jewitt และนักดาราศาสตร์ Jane Luu จากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ตั้งแต่ปลายยุค 80 มีส่วนร่วมในการค้นหาที่ผิดปกติ พวกเขาใช้กล้องโทรทรรศน์ในรัฐแอริโซนาเพื่อสุ่มภาพท้องฟ้าเป็นหย่อมๆ ชุดของภาพที่ถ่ายในช่วงพักสั้นๆ อาจแสดงวัตถุเคลื่อนที่บางประเภทได้
การทดลองประสบความสำเร็จหลังจากสามปีหลังจากเริ่มการศึกษา ในคืนวันที่ 30 สิงหาคม 1992 นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้กล้องโทรทรรศน์ของมหาวิทยาลัยฮาวายบนเกาะใหญ่ พวกเขาใช้เทคนิคปกติในการค้นหาวัตถุที่อยู่ห่างไกล มีการถ่ายแยกกันทุกๆ 1 ชั่วโมง หลังจากนั้นนักวิทยาศาสตร์ก็เปรียบเทียบว่ามีบางอย่างในภาพเปลี่ยนไปหรือไม่
ประมาณ 21:นักวิทยาศาสตร์ 14 คนถ่ายภาพสองภาพแรก เมื่อเปรียบเทียบบนหน้าจอ พวกเขาเห็นว่ามีจุดแสงเล็กๆ ซึ่งในภาพที่สองเลื่อนไปทางทิศตะวันตกเล็กน้อย เพื่อให้แน่ใจว่านี่ไม่ใช่ความผิดพลาดและไม่ใช่ภาพสุ่มของรังสีคอสมิกที่อยู่ห่างไกล นักวิทยาศาสตร์จึงรอจนถึง 23:00 น. และถ่ายรูปอีกภาพหนึ่ง ในภาพที่สาม วัตถุใหม่จะได้รับการเก็บรักษาไว้และเลื่อนไปทางทิศตะวันตกต่อไป ข้อมูลที่คล้ายกันแสดงโดยภาพที่สี่ซึ่งถ่ายหลังเที่ยงคืน
วัตถุเคลื่อนที่ในช่วงเวลาต่าง ๆ ของการสังเกต ภาพ: David Jewitt, UCLA
การวิจัยเพิ่มเติมพบว่าวัตถุที่อยู่ห่างไกลซึ่งนักวิทยาศาสตร์ตั้งชื่อว่า QB1 ใช้เวลาเกือบหนึ่งเดือนในการเดินทางผ่านท้องฟ้าที่กว้างเท่ากับดวงจันทร์เต็มดวงจากความสว่างของวัตถุและความเร็วที่ช้านักวิทยาศาสตร์สรุปว่า QB1 เป็นตัวแทนของวัตถุน้ําแข็งและหินมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 250 กม. และเคลื่อนที่เกินวงโคจรของดาวเนปจูน
เป็นทรานส์เนปจูนตัวแรกหลังดาวพลูโตวัตถุ ความสำเร็จครั้งแรกตามมาด้วยความสำเร็จครั้งใหม่: หลังจากนั้นไม่กี่เดือน นักวิทยาศาสตร์ก็สามารถเปิดวัตถุอื่นได้ และเมื่อความไวของเซ็นเซอร์ดิจิทัลดีขึ้น การค้นพบก็เกิดขึ้นทีละอย่าง จนถึงปัจจุบัน มีวัตถุหลายพันชิ้นที่โคจรรอบแถบไคเปอร์
"New Horizons" และความลับของ Arrokoth
ความก้าวหน้าครั้งใหม่ในการศึกษาแถบไคเปอร์และสุริยะระบบนี้เกี่ยวข้องกับภารกิจการวิจัย New Horizons สถานีอวกาศระหว่างดาวเคราะห์เปิดตัวโดย NASA ในปี 2549 และในปี 2558 ได้ส่งภาพแรกของระบบดาวพลูโตและชารอน (ดวงจันทร์ของดาวเคราะห์) และภาพวัตถุในแถบไคเปอร์ที่มีรายละเอียดน่าอัศจรรย์มากมาย
แต่การค้นพบที่น่าทึ่งที่สุดก็เกิดขึ้น“ขอบเขตใหม่” ในปี 2562 เรือซึ่งในขณะนั้นอยู่ห่างจากวงโคจรของดาวพลูโตประมาณ 1.5 พันล้านกิโลเมตรได้ค้นพบดาวเคราะห์น้อยที่มีรูปร่างผิดปกติ - Arrokoth นี่คือวัตถุหน้าสัมผัสคู่ที่ประกอบด้วยสองส่วน ส่วนที่ใหญ่กว่า - อัลติมา - มีลักษณะคล้ายแพนเค้กแบน โดยมีขอบติดกับวัตถุขนาดเล็ก - Thule ทรงกลม
อาร์โรคอธ ภาพ: NASA, Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, Southwest Research Institute, Roman Tkachenko
การสะสมของดาวเคราะห์เป็นหนึ่งในสมมติฐานการก่อตัวของวัตถุระบบสุริยะ - แสดงให้เห็นว่าการก่อตัวของดาวเคราะห์เกิดขึ้นจากการชนกันเป็นชุดซึ่งวัตถุชนกันและเกาะติดกันกลายเป็นขนาดใหญ่ขึ้นและใหญ่ขึ้น สมมติฐานนี้มีข้อเสียเพียงข้อเดียว: เมื่อมวลเพิ่มขึ้น วัตถุดังกล่าวจะได้รับแรงโน้มถ่วงของตัวเอง เป็นผลให้ทั้งสองส่วนเร่งความเร็วมากเกินไปก่อนที่จะชนและไม่สามารถเชื่อมต่อได้ แต่ถูกแบ่งออกเป็นส่วน ๆ
โดยเฉพาะการสร้างแบบจำลองการชนกันของทั้งสองบางส่วนของอาร์โรคอธแสดงให้เห็นว่าการชนกันไม่สามารถทำให้เกิดวัตถุที่ผิดปกติเช่นนี้ได้ นักวิทยาศาสตร์แนะนำว่าสมมติฐานอื่นสามารถอธิบายโครงสร้างที่ผิดปกติของดาวเคราะห์น้อยได้ดีกว่า
มีแนวโน้มมากขึ้นที่ Arrokoth จะเกิดมากระบวนการที่เรียกว่าความไม่เสถียรของแรงโน้มถ่วง นักวิจัยกล่าว ในสถานการณ์นี้ ภายใต้เงื่อนไขบางประการ เมฆก๊าซซึ่งบางส่วนมีความหนาแน่นมากกว่า และพังทลายลงอย่างรวดเร็วภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง
นักวิจัยตั้งข้อสังเกตว่าเนื่องจากเป็นกรณีนี้ตลอดการปรากฏ วัตถุในแถบไคเปอร์บางส่วนก่อตัว บางทีกระบวนการที่คล้ายกันอาจเกิดขึ้นในดิสก์ก่อกำเนิดดาวเคราะห์ยุคแรก ซึ่งวัตถุทั้งหมดของระบบสุริยะได้ก่อตัวขึ้น เป็นที่น่าสังเกตว่าการก่อตัวของดาวเคราะห์ในทฤษฎีนี้ใช้เวลานับพัน ไม่ใช่ล้านปี ดังนั้นกระบวนการทั้งหมดของการก่อตัวของระบบจึงดำเนินไปได้เร็วขึ้นมาก
New Horizons ยังคงเคลื่อนไหวต่อไปผ่านแถบไคเปอร์ บางทีนักวิทยาศาสตร์จะสามารถระบุวัตถุอื่นที่อุปกรณ์สามารถเข้าถึงได้ การค้นพบนี้อาจเปลี่ยนความคิดเกี่ยวกับโครงสร้างและวิวัฒนาการของระบบสุริยะอีกครั้ง
ภาพประกอบศิลปะของการสำรวจ New Horizons ของแถบไคเปอร์ ภาพ: Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, Southwest Research Institute (JHUAPL/SwRI)
ยักษ์ใหญ่ด้านก๊าซเคลื่อนที่
New Horizons ให้เหลือบของวัตถุในแถบไคเปอร์แต่ละอันในระยะใกล้ และการพัฒนาเครื่องมือหอดูดาวบนพื้นดินเพื่อพิจารณาอย่างถี่ถ้วน ตัวอย่างเช่น นักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับดาวเคราะห์เพิ่งเสร็จสิ้นการศึกษาต้นกำเนิดของระบบสุริยะโดยใช้กล้องโทรทรรศน์แคนาดา-ฝรั่งเศส-ฮาวาย ซึ่งตั้งอยู่บนเมานาเคอา นี่คือจุดสูงสุดเดียวกับที่ค้นพบวัตถุแถบไคเปอร์ชิ้นแรก ในระหว่างการทบทวน นักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ระบุวัตถุที่ไม่รู้จักมาก่อน 800 ชิ้น อันเป็นผลมาจากจำนวนวัตถุทั้งหมดเกิน 3,000 ชิ้น
จากการสังเกตขนาดใหญ่พบว่าวัตถุในแถบไคเปอร์ไม่กระจายอย่างสม่ำเสมอ แต่จะกระจุกตัวเป็นกลุ่มเล็กๆ ผลกระทบดังกล่าวเกิดขึ้นได้จากผลของแรงโน้มถ่วงที่ทรงพลัง
นักวิจัยเชื่อว่าความรับผิดชอบของการบิดเบือนดังกล่าวอยู่บนก๊าซยักษ์สองดวง - ดาวเนปจูนและดาวเสาร์ การจำลองแสดงให้เห็นว่าหากในอดีตดาวเคราะห์เหล่านี้เคลื่อนที่อย่างไม่แน่นอน เข้าใกล้และถอยห่างจากดวงอาทิตย์เป็นครั้งคราว คลื่นความโน้มถ่วงอันทรงพลังที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงในตำแหน่งของวัตถุขนาดใหญ่อาจส่งผลต่อตำแหน่งของวัตถุในแถบไคเปอร์
มีการศึกษาแถบไคเปอร์มากมายแล้วทำให้เราได้เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับอดีตของระบบสุริยะของเรา นักดาวเคราะห์วิทยาสามารถยืนยันหนึ่งในสมมติฐานของการก่อตัวของดาวเคราะห์และค้นพบความไม่แน่นอนของวงโคจรของก๊าซยักษ์ในระยะแรกของการดำรงอยู่ของระบบสุริยะ
อย่างไรก็ตาม อาจมีอีกมากที่จะตามมาการค้นพบที่น่าอัศจรรย์ ตัวอย่างเช่น New Horizons อาจพบดาวเคราะห์น้อยดวงอื่นที่ผิดปกติ นอกจากนี้ การศึกษาขนาดใหญ่ควรเริ่มในปีหน้าด้วยความช่วยเหลือจากหอดูดาว Vera Rubina ที่กำลังก่อสร้างในชิลี เป็นเวลา 10 ปี ที่กล้องโทรทรรศน์ของหอดูดาวจะสแกนซีกโลกใต้อย่างต่อเนื่องเพื่อค้นหารายละเอียดที่เล็กที่สุด งานวิจัยนี้คาดว่าจะเพิ่มจำนวนวัตถุในแถบไคเปอร์ที่รู้จักเป็น 40,000 ชิ้น และแน่นอนว่าจะนำมาซึ่งการค้นพบใหม่ๆ มากมาย
ผ้าคลุม/ผ้าหุ้ม: สายพานไคเปอร์. ภาพ: NASA
อ่านเพิ่มเติม:
จุดบอดบนดวงอาทิตย์ขนาดเท่าโลกเติบโต 10 เท่าใน 2 วัน: ชี้มาที่เรา
นักวิทยาศาสตร์พบซากมนุษย์โบราณที่มีโครโมโซม X สองตัว
จากร่างกายสู่ปาก: นักวิทยาศาสตร์เข้าใจว่าฟันมาจากไหน