I de ydre rækker af solsystemet, ud over Neptuns kredsløb, ligger et område gennemsyret af himmellegemer og mindre planeter. Denne region er kendt som ' Cooper bælte “, og er navngivet til ære for astronomen fra det 20. århundrede, der spekulerede i eksistensen af en sådan skive årtier før den blev observeret. Denne skive, ræsonnerede han, var kilden til solsystemets mange kometer, og grunden til, at der ikke var nogen store planeter ud over Neptun.
Gerard Kuiper betragtes også af mange som værende 'planetvidenskabens fader'. I løbet af 1960'erne og 70'erne spillede han en afgørende rolle i udviklingen af infrarød luftbåren astronomi, en teknologi som førte til mange afgørende opdagelser, som ville have været umulige ved brug af jordbaserede observatorier. Samtidig hjalp han med at katalogisere asteroider, undersøgte Måne , marts og det ydre solsystem, og opdagede nye måner.
Tidligt liv:
Gerard Kuiper, født Gerrit Kuiper, blev født den 7. december 1905 i landsbyen Harenkarspel i det nordlige Holland. Som barn havde han et ekstraordinært skarpt syn og var i stand til at se størrelsesordenen 7,5 stjerner med det blotte øje (som er omkring fire gange svagere end de fleste stjerner, der er synlige med det blotte øje). Hans skarpe syn ansporede hans interesse for astronomi, hvilket var tydeligt fra en tidlig alder.
Uddannelse:
I 1924 begyndte Kuiper at studere ved Leiden Universitet, hvor den berømte hollandske astronom fra det 17. Christiaan Huygens også studeret. På det tidspunkt havde et meget stort antal astronomer forsamlet sig på universitetet, og Kuiper fortsatte med at blive venner med mange af dem. Blandt hans lærere var den hollandske astronom Jan Oort (for hvem Oort sky hedder) og Paul Ehrenfest, den østrigsk-hollandske fysiker, der udviklede kvantemekanikkens faseovergangsteori.
Leiden University, i Leiden (det sydlige Holland), hvor Gerard Kuiper studerede fra 1924 til 1933. Kredit: strw.leidenuniv.nl
I 1927 fik han sin cand.mag. i astronomi og gik direkte ind i sine kandidatstudier. I 1933 afsluttede han sin doktorafhandling om binære stjerner og rejste derefter til Californien for at blive stipendiat ved Lick Observatory . I 1935 forlod han for at arbejde på Harvard College Observatory , hvor han mødte sin kommende kone, Sarah Parker Fuller. De to blev gift den 20. juni 1936.
Præstationer inden for astronomi:
I 1937 tog Kuiper stilling ved Yerkes Observatorium ved University of Chicago og blev amerikansk statsborger. I løbet af de næste par årtier deltog han i mange astronomiske undersøgelser og gjorde mange opdagelser, der fremmede planetvidenskabens område. Den første kom ind mellem 1944 og 1947, mens den foretog observationer af Mars og det ydre solsystem.
Ved hjælp af jordbaserede teleskoper bekræftede Kuiper eksistensen af en metanrig atmosfære ovenover Titan (Saturns største måne). I 1947 brugte han lignende metoder til at opdage, at kuldioxid var en vigtig bestanddel af Mars atmosfære. Samme år forudsagde han, at Saturns ringe primært var sammensat af ispartikler, og opdagede Miranda , Uranus' femte måne.
I 1949 påbegyndte Kuiper Yerkes-McDonald asteroideundersøgelsen, en fotometrisk undersøgelse af asteroider udført af University of Chicago og University of Texas ved Austin, som løb fra 1950 til 1952. På det tidspunkt var undersøgelsen begrænset til asteroider på størrelsesordenen 16, men banede også vejen for Palomar-Leiden undersøgelsen, som Kuiper også iværksatte, i 1961.
Yerkes Observatory, ved University of Chicago, hvor Kuiper tilbragte det meste af sin karriere (fra 1937 til 1960). Kredit: astro.uchicago.edu/yerkes
Denne samarbejdsindsats involverede Måne- og planetarisk laboratorium (LPL) i Arizona, den Palomar Observatorium i San Diego, og Leiden Observatory i Holland (Kuipers Alma Mater). Denne undersøgelse brugte fotografiske plader taget af LPL med 48-tommer Schmidt-kameraet ved Palomar Observatory.
Da mindre planeter (og asteroider med størrelser større end 20) blev opdaget, blev deres orbitale elementer beregnet ved Cincinnati Observatory, med alle andre aspekter af programmet - inklusive analyse af fotografierne - udført ved Leiden Observatory. Denne undersøgelse resulterede i opdagelsen af et stort antal asteroider, hvor omkring 200-400 asteroider blev opdaget pr. plade, og i alt 130 plader blev brugt.
I 1956 beviste Kuiper, at Mars' polare iskapper ikke var sammensat af kuldioxid, som man tidligere havde troet, og i stedet var sammensat af vandis. I 1960'erne var Kuiper også med til at identificere det og steder på Månen for Apollo program , og forudsagde endda, hvordan Månens overflade ville være at gå på. Hans påstande om, at månens overflade ville være 'som knasende sne' blev bekræftet i 1969 af astronaut Neil Armstrong .
Det var også i 1960'erne, at Kuiper ydede sine afgørende bidrag til udviklingen af infrarød luftbåren astronomi. I 1967 blev NASAs firemotorers jet Convair 990-fly tilgængeligt med et indbygget teleskop, som blev brugt til at udføre infrarøde undersøgelser i en højde af 12.192 meter (40.000 fod). Kuiper brugte det flittigt til at lave spektroskopiske undersøgelser af Solen, stjernerne og solplaneterne.
Gerard Kuiper i 1964, Kredit: Dutch National Archives, Haag.
Kuiper tilbragte det meste af sin karriere ved University of Chicago, men flyttede til Tucson, Arizona, i 1960 for at grundlægge Lunar and Planetary Laboratory ved University of Arizona. For sine kolleger var Gerard kendt for at være en krævende chef, hvis rutine omfattede hårdt arbejde og lange timer. Dale Cruikshank, en videnskabsmand, der arbejdede ved LPL under Kuiper, hævdede, at:
”Han arbejdede selv ekstremt hårdt, og han krævede den samme dedikation, hengivenhed og seriøsitet af alle omkring ham. Hvis de ikke gav det, eller hvis de ikke optrådte, løb de på kant med ham. Det gjaldt eleverne. Det gjaldt også for andre fakulteter, tekniske medarbejdere og ingeniører - alle omkring ham. Men samtidig havde han en humoristisk side, en varm side, en personlig side, der på nogle måder var tiltalende.”
Men selvom det var svært at arbejde med, var Kuiper også kendt for at have en varm side og en sans for humor. Han var også stolt af at være vidende og omgive sig med mennesker, der vidste ting, som han ikke vidste. Kuiper var laboratoriets direktør indtil sin død i 1973.
Kuiperbæltet:
Den mulige eksistens af en trans-neptunsk population af objekter var blevet spekuleret i siden kort efter opdagelsen af Pluto i 1930. En af de første var astronomen Armin O. Leuschner, som i 1930 foreslog, at Pluto 'kan være en af mange lang- periode planetariske objekter, der endnu ikke er opdaget.'
I 1943, i Journal of the British Astronomical Association , uddybede Kenneth Edgeworth yderligere om emnet og hævdede, at materialet i den oprindelige soltåge efter Neptun var for vidt spredt til at kondensere til planeter og derfor snarere kondenseret til et utal af mindre legemer.
I 1951 i en artikel til tidsskriftetAstrofysik, spekulerede Gerard Kuiper på, hvordan en lignende skive kunne have dannet sig tidligt i solsystemets udvikling. Lejlighedsvis ville et af objekterne fra denne skive vandre ind i det indre solsystem og blive en komet, hævdede han, og dermed forklarede kometernes oprindelse, samtidig med at han tilbyder en forklaring på, hvorfor der ikke var nogen store planeter hinsides Neptun.
Der skulle dog gå mange årtier, før denne disks eksistens blev bevist, og den fik et navn. Det første skridt kom i 1980, da den uruguayanske astronom Julio Fernández sendte et papir til Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society hvori han spekulerede i, at et kometbælte, der lå mellem 35 og 50 AU, ville være nødvendigt for at redegøre for det observerede antal kometer. Det var dette papir, som senere astronomer ville trække på, da det blev tid til at navngive bæltet.
I 1987 begyndte astronom David Jewitt fra MIT og kandidatstuderende Jane Luu at bruge teleskoperne på Kitt Peak National Observatory i Arizona og Cerro Tololo Inter-American Observatory i Chile for at søge i det ydre solsystem. Efter fem års søgning annoncerede Jewitt og Luu den 30. august 1992 ' Opdagelse af kandidaten Kuiper bælteobjekt ” (15760) 1992 QB1. Seks måneder senere opdagede de et andet objekt i regionen, (181708) 1993 FW, og mange flere fulgte.
Pluto og dens kohorter i det iskolde asteroide-rige Kuiperbælt ud over Neptuns kredsløb. Kredit: NASA
Tilsvarende begyndte et canadisk hold af astronomer (team af Martin Duncan, Tom Quinn og Scott Tremaine) i 1988 at køre computersimuleringer, som fastslog, at Oort-skyen kunne ikke redegøre for alle kortperiodekometer . Med et 'bælte', som Fernández beskrev det, tilføjet til formuleringerne, matchede simuleringerne observationer.
I deres papir fra 1988 omtalte Tremaine og hans kolleger den hypotetiske region bag Neptun som 'Kuiperbæltet', tilsyneladende på grund af det faktum, at Fernández brugte ordene 'Kuiper' og 'kometbælte' i den indledende sætning af sit papir. Selvom dette er forblevet det officielle navn, bruger astronomer nogle gange det alternative navn 'Edgeworth-Kuiper Belt' for at kreditere Edgeworth for hans tidligere teoretiske arbejde.
Død og arv:
Gerard Kuiper døde i 1973, mens han var på ferie med sin kone i Mexico, hvor han fik et dødeligt hjerteanfald. På grund af hans mange præstationer og lange historie med arbejde inden for astronomi har han modtaget mange anerkendelser gennem årene. Disse omfatter at opkalde Kuiperbæltet til hans ære, samt at opkalde asteroidebælteobjektet 2520 P–L efter ham (alias 1776 Kuiper).
Tre kratere er også blevet navngivet til hans ære - Kuiper-krateret på Månen, Kuiper-krateret på Mars og Kuiper-krateret på Merkur. På grund af hans arbejde inden for luftbåren astronomi er NASA nu nedlagt Kuiper Airborne Observatory (KAO) – en meget modificeret Lockheed C-141A Starlifter, som bar et 91,5 cm (36 tommer) teleskop – blev også opkaldt efter ham.
En visning af Kuiper Space Sciences Building ved Lunar and Planetary Laboratory. Kredit: lpl.arizona.edu
Kuiperprisen er også opkaldt efter ham, og er den fornemmeste pris, der gives af American Astronomical Society 's Afdeling for Planetvidenskab. Prisen uddeles årligt til videnskabsmænd, hvis livspræstationer har fremmet vores forståelse af planetariske videnskaber.
Vinderne af denne pris inkluderer Carl Sagan, James Van Allen (opdagelse af Van Allens strålingsbælte rundt om jorden) og Eugene Shoemaker (som opdagede Comet Shoemaker–Levy 9 sammen med sin kone Carolyn S. Shoemaker og David H. Levy).
På grund af hans dedikerede ledelse ved Lunar and Planetary Laboratory blev en af de tre bygninger, der udgør anlægget (Kuiper Space Sciences Building, vist ovenfor) navngivet til hans ære. Og hundrede år efter Gerards fødsel, NASAs Nye Horisonter Missionen var godt på vej til Kuiperbælt-regionen i vores solsystem, som en del af sin mission om at studere Pluto og dens måne Charon.
Dr. Richard Binzel, New Horizons medforsker og professor ved Massachusetts Tekniske Institut (MIT), anerkendte sit holds afdeling til den afdøde videnskabsmand. 'Kuiper var en af de første videnskabsmænd, der næsten udelukkende fokuserede på at udforske planeternes egenskaber,' sagde han. 'Hans arbejde lagde grundlaget for rumfartøjsmissionerne i slutningen af det 20. og begyndelsen af det 21. århundrede.'
Kunstnerkoncept af New Horizons-rumfartøjet. Kredit: NASA
I løbet af sin levetid modtog Kuiper også mange belønninger i sin anerkendelse for sit arbejde. I 1947 blev han tildelt Jules Janssen-prisen af Fransk Astronomisk Selskab , hvilket er deres højeste hæder. I 1959 tildelte American Astronomical Society ham Henry Norris Russell Lectureship, som en anerkendelse af hans mange års astronomiske forskning. Og i 1971 modtog Kuiper Kepler-guldmedaljen fra American Association for the Advancement of Science og Franklin Institute.
Når vi bevæger os fremad i vores udforskning af solsystemet, kan vi ikke benægte den store gæld, vi skylder Gerard Kuiper. Hvad vi ved om Mars og Titan, og deres potentielle beboelighed, hviler på Kuipers arbejde med infrarød og spektroskopisk astronomi. Uden ham ville Apollo-missionerne måske ikke være sket, og vores viden om asteroider og det ydre solsystem ville være stærkt formindsket.
Man kan forestille sig, at når vi begynder at studere Kuiperbæltet mere detaljeret og begynder at katalogisere de mange, mange genstande indeni, så vil mange bære navne, som minder den afdøde store Kuiper i tankerne.
Vi har skrevet mange artikler om Gerard Kuiper til Universe Today. Her er en artikel om Cooper bælte , og her er en artikel om Protoplanet hypotese .
Hvis du gerne vil have mere information om Gerard Kuiper, så tjek NASAs artikel om Gerard Kuiper og Måne- og planetarisk laboratorium ”s side om ham.
Vi har også optaget et helt afsnit af Astronomy Cast, der handler om dværgplaneter. Hør her, Afsnit 194: Dværgplaneter .