حزام كايبر- علوم- freak science society

 

 

حزام كايبر

 

حزام كايبر هو منطقة كبيرة في الروافد الخارجية الباردة لنظامنا الشمسي خارج مدار نبتون، والتي تسمى أحيانًا "المنطقة الثالثة" للنظام الشمسي. يعتقد علماء الفلك أن هناك ملايين الأجسام الصغيرة الجليدية في هذه المنطقة -بما في ذلك مئات الآلاف التي يزيد عرضها عن 60 ميلاً (100 كيلومتر). يبلغ عرض بعضها، بما في ذلك بلوتو، أكثر من 600 ميل (1000 كيلومتر). بالإضافة إلى الصخور والجليد المائي، تحتوي الأجسام الموجودة في حزام كايبر أيضًا على مجموعة متنوعة من المركبات المجمدة الأخرى مثل الأمونيا والميثان.

 

سميت المنطقة باسم عالم الفلك جيرارد كايبر، الذي نشر ورقة علمية في عام 1951 تكهنت بأجسام خارج بلوتو. ذكر عالم الفلك كينيث إيدجورث أيضًا أشياءً خارج بلوتو في أوراق نشرها في الأربعينيات، وبالتالي يشار إليها أحيانًا باسم حزام إيدجوورث كايبر. يفضل بعض الباحثين تسميتها المنطقة العابرة لنبتون، والإشارة إلى كائنات حزام كايبر (KBOs) كأجسام عابرة لنبتون، أو TNOs.

 

مهما كان المصطلح المفضل لديك، فإن الحزام يحتل مساحة هائلة في نظامنا الكوكبي، والعوالم الصغيرة التي تسكنه لديها الكثير لتخبرنا عن التاريخ المبكر للنظام الشمسي.

 

 

الحجم والمسافة

يعد حزام كايبر أحد أكبر الهياكل في نظامنا الشمسي -والبعض الآخر هو سحابة أورت والغلاف الشمسي والغلاف المغناطيسي لكوكب المشتري. شكله العام مثل قرص منتفخ أو دونات. تبدأ حافتها الداخلية في مدار نبتون، على بعد حوالي 30 وحدة فلكية من الشمس. (1 AU، أو الوحدة الفلكية، هي المسافة من الأرض إلى الشمس.) تنتهي المنطقة الداخلية الرئيسية لحزام Kuiper بحوالي 50 AU من الشمس. تتداخل الحافة الخارجية للجزء الرئيسي من حزام كايبر منطقة ثانية تسمى القرص المبعثر، والتي تستمر في الخارج إلى ما يقرب من 1000 وحدة فلكية، مع وجود بعض الأجسام في مدارات تتجاوز ذلك الحد.

 

حتى الآن، تم فهرسة أكثر من 2000 كائن عبر نبتون من قبل المراقبين، وهو ما يمثل جزءًا صغيرًا فقط من العدد الإجمالي للأشياء التي يعتقد العلماء أنها موجودة هناك. في الواقع ، يقدر علماء الفلك أن هناك مئات الآلاف من الأجسام في المنطقة التي يزيد عرضها عن 60 ميلاً (100 كيلومتر) أو أكبر. ومع ذلك، فإن الكتلة الإجمالية لجميع المواد الموجودة في حزام كايبر تقدر بما لا يزيد عن حوالي 10 في المائة من كتلة الأرض.

 

 

التكوين / الأصول

يعتقد علماء الفلك أن الأجسام الجليدية في حزام كايبر هي بقايا متبقية من تكوين النظام الشمسي. على غرار العلاقة بين حزام الكويكبات الرئيسي والمشتري، إنها منطقة من الأجسام التي ربما تكون قد اجتمعت لتشكيل كوكب لو لم يكن نبتون هناك. بدلاً من ذلك، أثارت جاذبية نبتون هذه المنطقة من الفضاء لدرجة أن الأجسام الصغيرة الجليدية لم تكن قادرة على الاندماج في كوكب كبير.

 

قد تكون كمية المواد الموجودة في حزام كويبر اليوم مجرد جزء صغير مما كان موجودًا في الأصل. وفقًا لإحدى النظريات المدعومة جيدًا، يمكن أن تسببت المدارات المتغيرة للكواكب العملاقة الأربعة (كوكب المشتري وزحل وأورانوس ونبتون) في فقد معظم المواد الأصلية -على الأرجح من 7 إلى 10 أضعاف كتلة الأرض -.

 

الفكرة الأساسية هي أنه في وقت مبكر من تاريخ النظام الشمسي، أُجبر أورانوس ونبتون على الدوران بعيدًا عن الشمس بسبب التحولات في مداري كوكب المشتري وزحل. عندما انجرفوا بعيدًا إلى الخارج، مروا عبر القرص الكثيف للأجسام الصغيرة الجليدية المتبقية بعد تشكل الكواكب العملاقة. كان مدار نبتون هو الأبعد، وقد أدت جاذبيته إلى انحراف مسارات عدد لا يحصى من الأجسام الجليدية إلى الداخل نحو الكواكب العملاقة الأخرى. قام المشتري في نهاية المطاف بإخراج معظم هذه الأجسام الجليدية إما في مدارات بعيدة للغاية (لتشكيل سحابة أورت) أو خارج النظام الشمسي بالكامل. عندما قذف نبتون أجسامًا جليدية باتجاه الشمس، تسبب ذلك في انجراف مداره الخاص بعيدًا، وأجبر تأثيره الثقالي الأجسام الجليدية المتبقية في نطاق المواقع التي نجدها فيها في حزام كايبر.

 

واليوم يتآكل حزام كويبر نفسه ببطء. تتصادم الأجسام التي تبقى هناك أحيانًا، مما ينتج عنه أجسام أصغر مجزأة بسبب الاصطدام، وأحيانًا المذنبات وأيضًا الغبار الذي ينفجر من النظام الشمسي بواسطة الرياح الشمسية.

 

الهيكل والخصائص

يمثل حزام كايبر حجمًا هائلاً من الفضاء على شكل كعكة دائرية في النظام الشمسي الخارجي. في حين أن هناك العديد من الأجسام الجليدية في هذه المنطقة والتي نشير إليها على نطاق واسع باسم أجسام حزام كايبر (KBOs) أو الأجسام العابرة لنبتون (TNOs)، إلا أنها متنوعة إلى حد ما في الحجم والشكل واللون. والأهم من ذلك، أنها ليست موزعة بالتساوي عبر الفضاء -بمجرد أن بدأ علماء الفلك في اكتشافها في أوائل التسعينيات، كانت إحدى المفاجآت المبكرة هي أنه يمكن تجميع أجسام حزام كايبر وفقًا لأشكال وأحجام مداراتها. قاد هذا العلماء إلى فهم أن هناك عدة مجموعات أو مجموعات متميزة من هذه الأجسام التي توفر مداراتها أدلة حول تاريخها. أي فئة ينتمي إليها كائن له علاقة كبيرة بكيفية تفاعله مع جاذبية نبتون بمرور الوقت.

 

تم العثور على معظم الأشياء الموجودة في حزام كويبر في الجزء الرئيسي من الحزام نفسه أو في القرص المتناثر

 

أجسام حزام كايبر الكلاسيكية

يدور جزء كبير من أجسام حزام كايبر حول الشمس فيما يسمى حزام كايبر الكلاسيكي. يشير المصطلح "كلاسيكي" إلى حقيقة أن هذه الأجسام، من بين أجسام حزام كايبر، لها مدارات تشبه إلى حد كبير الفكرة الأصلية أو الكلاسيكية لما كان يُتوقع أن يكون عليه حزام كايبر، قبل أن يبدأ علماء الفلك في العثور على الأجسام هناك. (كان التوقع أنه إذا كانت هناك أجسام خارج نبتون، فستكون في مدارات دائرية نسبيًا لا تميل كثيرًا عن مستوى الكواكب. وبدلاً من ذلك، وُجد أن العديد من أجسام حزام كايبر لها مدارات إهليلجية ومائلة بشكل ملحوظ. إلى حد ما، لا يزال تصنيف أجسام حزام كايبر يعكس فهمنا المتطور لهذه المنطقة البعيدة من النظام الشمسي.)

 

هناك مجموعتان رئيسيتان من الأشياء في حزام كويبر الكلاسيكي، يشار إليهما باسم "بارد" و "ساخن". لا تشير هذه المصطلحات إلى درجة الحرارة -بدلاً من ذلك، تصف مدارات الأجسام، جنبًا إلى جنب مع مقدار تأثير جاذبية نبتون عليها.

 

تمتلك جميع أجسام حزام كايبر الكلاسيكية متوسط ​​مسافة مماثلة من الشمس بين حوالي 40 و50 وحدة فلكية. أجسام حزام كايبر الكلاسيكية الباردة لها مدارات دائرية نسبيًا لا تميل كثيرًا بعيدًا عن مستوى الكواكب؛ تحتوي أجسام حزام كايبر الكلاسيكية الساخنة على مدارات بيضاوية ومائلة أكثر (والتي يشير إليها علماء الفلك على أنها غريبة الأطوار ومائلة، على التوالي). هذا يعني أن الصنف البارد يقضي معظم وقته على نفس المسافة تقريبًا من الشمس، بينما تتجول الأنواع الساخنة على نطاق أكبر من المسافات من الشمس (بمعنى، في بعض أجزاء من مداراتها، تكون أقرب إلى الشمس وفي بعض الأحيان يكونون على مسافة أبعد).

 

الاختلافات بين هذين النوعين من الأجسام في حزام كايبر الكلاسيكي لها علاقة بنبتون. تمتلك أجسام حزام كوير الكلاسيكية الباردة مدارات لا تقترب أبدًا من نبتون، وبالتالي فهي تظل "باردة" وغير منزعجة من جاذبية الكوكب العملاق. من المحتمل أن مداراتهم لم تتحرك كثيرًا لمليارات السنين. في المقابل، كان لدى أجسام حزام كوير الكلاسيكية الساخنة تفاعلات مع نبتون في الماضي (أي مع جاذبية الكوكب العملاق). ضخت هذه التفاعلات الطاقة في مداراتها، مما أدى إلى شدها إلى شكل إهليلجي، وإمالتها قليلاً خارج مستوى الكواكب.

 

 

مكان بلوتو في حزام كايبر

كان بلوتو أول جسم في حزام كويبر يُكتشف، في عام 1930، في وقت قبل أن يكون لدى علماء الفلك سبب لتوقع عدد كبير من العوالم الجليدية خارج نبتون. يُعرف اليوم باسم "ملك حزام كايبر" -إنه أكبر جسم في المنطقة، على الرغم من أن جسمًا آخر مشابه في الحجم، يُدعى إيريس، لديه كتلة أعلى قليلاً. يقال إن مدار بلوتو يتوافق مع مدار نبتون، مما يعني أن مدار بلوتو في نمط ثابت ومتكرر مع مدار نبتون. لكل ثلاثة مدارات أكملها نبتون، يصنع بلوتو مدارين. في هذه الحالة، لا يقترب بلوتو من نبتون بما يكفي ليتأثر كثيرًا بجاذبيته. في الواقع، على الرغم من أن مداره يعبر مدار نبتون، فإن بلوتو يقترب فعليًا من أورانوس أكثر من أي وقت مضى من نبتون.

 

أقمار وثنائيات حزام كايبر

هناك عدد كبير نسبيًا من أجسام حزام كايبر إما لها أقمار -أي أجسامًا أصغر بكثير تدور حولها -أو هي كائنات ثنائية. الثنائيات هي أزواج من الكائنات المتشابهة نسبيًا في الحجم أو الكتلة والتي تدور حول نقطة (مركز كتلة مشترك) تقع بينهما. تتلامس بعض الثنائيات في الواقع، مما يخلق نوعًا من شكل الفول السوداني، مما يؤدي إلى إنشاء ما يعرف باسم ثنائي جهة الاتصال.

 

بلوتو، إيريس ، هاوميا وكواوار كلها أجسام في حزام كويبر لها أقمار. تشير ملاحظات التلسكوب إلى أن الهدف من تحليق مركبة ناسا الفضائية نيو هورايزونز 2019، والمعروف باسم 2014 MU69 ، قد يكون ثنائي الاتصال.

 

الشيء الوحيد الذي يجعل أجسام حزام كايبر الثنائية مثيرة للاهتمام بشكل خاص هو أن معظمها قد تكون كائنات قديمة للغاية، أو بدائية، والتي تم تغييرها قليلاً منذ تكوينها. تتطلب الأفكار المختلفة لكيفية تشكل هذه الأزواج عددًا أكبر بكثير من الأشياء التي يبدو أن حزام كايبر يحتوي عليها. تتمثل إحدى الأفكار الرائدة في أن الثنائيات قد تنتج عن تصادمات منخفضة السرعة بين أجسام حزام كايبر، مما يسمح لها بالبقاء على قيد الحياة والبقاء معًا بسبب جاذبيتها المتبادلة. من المحتمل أن تكون مثل هذه الاصطدامات أكثر شيوعًا منذ مليارات السنين، عندما كانت معظم أجسام حزام كايبر تدور في مدارات مشابهة أكثر دائرية وقريبة من مستوى الكواكب (تسمى مسير الشمس). اليوم، أصبحت مثل هذه الاصطدامات أكثر ندرة. تميل أيضًا إلى أن تكون مدمرة، نظرًا لأن الكثير من أجسام حزام كايبر موجودة الآن في مدارات مائلة أو إهليلجية، مما يعني أنها تصطدم ببعضها البعض بقوة أكبر وتتفكك.

 

العلاقة بالمذنبات

حزام كايبر هو مصدر للمذنبات، لكنه ليس المصدر الوحيد. واليوم يُعتقد أن حزام كويبر يتآكل ببطء شديد. تتصادم الأجسام هناك من حين لآخر، حيث تنتج شظايا الاصطدام أجسامًا أصغر حجماً (قد يتحول بعضها إلى مذنبات)، بالإضافة إلى الغبار المنبعث من النظام الشمسي بواسطة الرياح الشمسية. يمكن دفع القطع التي تنتجها أجسام حزام كايبر المتصادمة بواسطة جاذبية نبتون إلى مدارات ترسلها باتجاه الشمس، حيث يقوم المشتري بتجميعها في حلقات قصيرة تدوم 20 عامًا أو أقل. تسمى هذه المذنبات قصيرة المدى من عائلة المشتري. نظرًا لرحلاتهم المتكررة إلى النظام الشمسي الداخلي، فإن معظمهم يميلون إلى استنفاد جليدهم المتطاير بسرعة إلى حد ما، وفي النهاية يصبحون نائمة أو ميتة، مع نشاط ضئيل أو معدوم. وجد الباحثون أن بعض الكويكبات القريبة من الأرض هي في الواقع مذنبات محترقة، وكان معظمها قد بدأ في حزام كويبر. تصطدم العديد من المذنبات بالشمس أو الكواكب. تميل تلك التي لديها لقاءات قريبة مع المشتري إلى التمزق أو التخلص من النظام الشمسي تمامًا.