Im äußeren Bereich des Sonnensystems, jenseits der Umlaufbahn von Neptun, liegt eine Region, die von Himmelsobjekten und kleinen Planeten durchdrungen ist. Diese Region ist als „Kuipergürtel“ bekannt und wurde zu Ehren des Astronomen des 20. Jahrhunderts benannt, der Jahrzehnte vor seiner Beobachtung über die Existenz einer solchen Scheibe spekulierte. Diese Scheibe, so argumentierte er, war die Quelle vieler Kometen des Sonnensystems, und der Grund, warum es keine großen Planeten jenseits von Neptun gab.
Gerard Kuiper wird von vielen auch als „Vater der Planetenforschung“ angesehen. In den 1960er und 70er Jahren spielte er eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung der Infrarot-Luftastronomie, einer Technologie, die zu vielen entscheidenden Entdeckungen führte, die mit bodengestützten Observatorien unmöglich gewesen wären. Gleichzeitig half er bei der Katalogisierung von Asteroiden, untersuchte den Mond, den Mars und das äußere Sonnensystem und entdeckte neue Monde.
Frühen Lebensjahren:
Gerard Kuiper, geborene Gerrit Kuiper, wurde am 7. Dezember 1905 im nordholländischen Dorf Harenkarspel geboren. Als Kind hatte er ein außerordentlich scharfes Sehvermögen und konnte mit bloßem Auge Sterne der Stärke 7,5 sehen (die etwa viermal schwächer sind als die meisten mit bloßem Auge sichtbaren Sterne). Sein scharfes Sehvermögen weckte sein Interesse an der Astronomie, das sich schon in jungen Jahren bemerkbar machte.
Bildung:
1924 begann Kuiper an der Universität Leiden zu studieren, wo auch der berühmte niederländische Astronom Christiaan Huygens aus dem 17. Jahrhundert studierte. Zu dieser Zeit hatte sich eine sehr große Anzahl von Astronomen an der Universität versammelt, und Kuiper freundete sich mit vielen von ihnen an. Zu seinen Lehrern gehörten der niederländische Astronom Jan Oort (nach dem die Oort Cloud benannt ist) und Paul Ehrenfest, der österreichisch-niederländische Physiker, der die Phasenübergangstheorie der Quantenmechanik entwickelte.
1927 erhielt er seinen B.Sc. in Astronomie und ging direkt in sein Studium. 1933 beendete er seine Doktorarbeit über Doppelsterne und reiste dann nach Kalifornien, um Stipendiat am Lick Observatory zu werden. 1935 verließ er das Harvard College Observatory, um dort seine zukünftige Frau Sarah Parker Fuller kennenzulernen. Die beiden heirateten am 20. Juni 1936.
Erfolge in der Astronomie:
1937 nahm Kuiper eine Stelle am Yerkes Observatory der University of Chicago an und wurde amerikanischer Staatsbürger. Im Laufe der nächsten Jahrzehnte nahm er an vielen astronomischen Untersuchungen teil und machte viele Entdeckungen, die das Gebiet der Planetenforschung voranbrachten. Die erste kam zwischen 1944 und 1947, als der Mars und das äußere Sonnensystem beobachtet wurden.
Mit bodengestützten Teleskopen bestätigte Kuiper die Existenz einer methanreichen Atmosphäre über Titan (Saturns größtem Mond). 1947 entdeckte er mit ähnlichen Methoden, dass Kohlendioxid ein Hauptbestandteil der Marsatmosphäre ist. Im selben Jahr sagte er voraus, dass die Ringe des Saturn hauptsächlich aus Eispartikeln bestehen, und entdeckte Miranda, den fünften Mond des Uranus.
1949 initiierte Kuiper die Yerkes-McDonald-Asteroidenuntersuchung, eine photometrische Untersuchung von Asteroiden, die von 1950 bis 1952 von der University of Chicago und der University of Texas in Austin durchgeführt wurde. Zu dieser Zeit war die Untersuchung auf Asteroiden der Stärke 16 beschränkt , ebnete aber auch den Weg für die Palomar-Leiden-Umfrage, die Kuiper 1961 ebenfalls initiierte.
Diese Zusammenarbeit umfasste das Lunar and Planetary Laboratory (LPL) in Arizona, das Palomar Observatory in San Diego und das Leiden Observatory in den Niederlanden (Kuipers Alma Mater). Bei dieser Umfrage wurden Fotoplatten verwendet, die von der LPL mit der 48-Zoll-Schmidt-Kamera am Palomar-Observatorium aufgenommen wurden.
Sobald kleinere Planeten (und Asteroiden mit einer Größe von mehr als 20) entdeckt wurden, wurden ihre Orbitalelemente am Cincinnati Observatory berechnet, und alle anderen Aspekte des Programms - einschließlich der Analyse der Fotografien - wurden am Leiden Observatory durchgeführt. Diese Umfrage führte zur Entdeckung einer großen Anzahl von Asteroiden, wobei ungefähr 200-400 Asteroiden pro Platte entdeckt wurden und insgesamt 130 Platten verwendet wurden.
1956 bewies Kuiper, dass die polaren Eiskappen des Mars nicht wie bisher angenommen aus Kohlendioxid, sondern aus Wassereis bestanden. In den 1960er Jahren half Kuiper auch bei der Identifizierung von Landeplätzen auf dem Mond für das Apollo-Programm und sagte sogar voraus, wie die Mondoberfläche aussehen würde. Seine Behauptungen, dass die Mondoberfläche „wie knuspriger Schnee“ sei, wurden 1969 vom Astronauten Neil Armstrong bestätigt.
Es war auch in den 1960er Jahren, als Kuiper seine wegweisenden Beiträge zur Entwicklung der Infrarot-Luftastronomie leistete. 1967 wurde das viermotorige Flugzeug Convair 990 der NASA mit einem Bordteleskop erhältlich, mit dem Infrarotstudien in einer Höhe von 12.192 Metern durchgeführt wurden. Kuiper nutzte es ausgiebig, um spektroskopische Untersuchungen der Sonne, der Sterne und der Sonnenplaneten durchzuführen.
Kuiper verbrachte den größten Teil seiner Karriere an der Universität von Chicago, zog jedoch 1960 nach Tucson, Arizona, um das Lunar and Planetary Laboratory an der Universität von Arizona zu gründen. Für seine Kollegen war Gerard als anspruchsvoller Chef bekannt, zu dessen Routine harte Arbeit und lange Stunden gehörten. Dale Cruikshank, ein Wissenschaftler, der an der LPL unter Kuiper arbeitete, behauptete:
„Er hat selbst extrem hart gearbeitet und von allen um ihn herum das gleiche Engagement, die gleiche Hingabe und den gleichen Ernst gefordert. Wenn sie das nicht gaben oder wenn sie nicht auftraten, liefen sie ihm zuwider. Das galt für Studenten. Dies galt auch für Kollegen, technische Mitarbeiter und Ingenieure - alle um ihn herum. Gleichzeitig hatte er eine humorvolle Seite, eine warme Seite, eine persönliche Seite, die in gewisser Weise ansprechend war. “
Kuiper war zwar schwer zu bearbeiten, aber auch für seine warme Seite und seinen Sinn für Humor bekannt. Er war auch stolz darauf, sachkundig zu sein und sich mit Menschen zu umgeben, die Dinge wussten, die er nicht wusste. Kuiper war bis zu seinem Tod 1973 Laborleiter.
Der Kuipergürtel:
Über die mögliche Existenz einer transneptunischen Population von Objekten wurde bereits kurz nach der Entdeckung von Pluto im Jahr 1930 spekuliert. Einer der ersten war der Astronom Armin O. Leuschner, der 1930 vorschlug, dass Pluto „einer von vielen langjährigen sein könnte. Planetenobjekte aus der Zeit, die noch entdeckt werden müssen. “
Im Jahr 1943 in der Zeitschrift der British Astronomical AssociationKenneth Edgeworth erläuterte das Thema weiter und behauptete, dass das Material innerhalb des ursprünglichen Sonnennebels jenseits von Neptun zu weit voneinander entfernt sei, um zu Planeten zu kondensieren, und sich daher eher zu einer Vielzahl kleinerer Körper verdichtete.
Im Jahr 1951 in einem Artikel für die Zeitschrift AstrophysikGerard Kuiper spekulierte, wie sich eine ähnliche Scheibe zu Beginn der Entwicklung des Sonnensystems gebildet haben könnte. Gelegentlich wanderte eines der Objekte dieser Scheibe in das innere Sonnensystem und wurde ein Komet, erklärte er, um die Ursprünge der Kometen zu erklären und gleichzeitig zu erklären, warum es keine großen Planeten jenseits von Neptun gab.
Es würde jedoch viele Jahrzehnte dauern, bis die Existenz dieser Scheibe nachgewiesen und ihr ein Name gegeben wurde. Der erste Schritt erfolgte 1980, als der uruguayische Astronom Julio Fernández den Monthly Notices der Royal Astronomical Society ein Papier vorlegte, in dem er spekulierte, dass ein Kometengürtel zwischen 35 und 50 AE erforderlich sein würde, um die beobachtete Anzahl von Kometen zu erklären . Es war dieses Papier, auf das spätere Astronomen zurückgreifen würden, wenn es darum ging, den Gürtel zu benennen.
1987 begannen der Astronom David Jewitt vom MIT und die Doktorandin Jane Luu, die Teleskope am Kitt Peak National Observatory in Arizona und am Cerro Tololo Interamerikanischen Observatorium in Chile zu verwenden, um das äußere Sonnensystem zu durchsuchen. Nach fünfjähriger Suche kündigten Jewitt und Luu am 30. August 1992 die „Entdeckung des Kuipergürtel-Kandidatenobjekts“ (15760) 1992 QB1 an. Sechs Monate später entdeckten sie ein zweites Objekt in der Region, (181708) 1993 FW, und viele weitere folgten.
In ähnlicher Weise begann 1988 ein kanadisches Team von Astronomen (Team von Martin Duncan, Tom Quinn und Scott Tremaine) mit der Durchführung von Computersimulationen, bei denen festgestellt wurde, dass die Oort-Wolke nicht alle kurzperiodischen Kometen berücksichtigen konnte. Mit einem "Gürtel", wie Fernández es beschrieb, der den Formulierungen hinzugefügt wurde, stimmten die Simulationen mit den Beobachtungen überein.
In ihrer Arbeit von 1988 bezeichneten Tremaine und seine Kollegen die hypothetische Region jenseits von Neptun als „Kuipergürtel“, anscheinend aufgrund der Tatsache, dass Fernández im Eröffnungssatz seiner Arbeit die Wörter „Kuiper“ und „Kometengürtel“ verwendete. Während dies der offizielle Name geblieben ist, verwenden Astronomen manchmal den alternativen Namen „Edgeworth-Kuiper Belt“, um Edgeworth für seine frühere theoretische Arbeit zu würdigen.
Tod und Vermächtnis:
Gerard Kuiper starb 1973 im Urlaub mit seiner Frau in Mexiko, wo er einen tödlichen Herzinfarkt erlitt. Aufgrund seiner vielen Errungenschaften und seiner langen Geschichte in der Astronomie hat er im Laufe der Jahre viele Auszeichnungen erhalten. Dazu gehören die Benennung des Kuipergürtels zu seinen Ehren sowie die Benennung des Asteroidengürtelobjekts 2520 P - L nach ihm (auch bekannt als 1776 Kuiper).
Zu seinen Ehren wurden auch drei Krater benannt - der Kuiperkrater auf dem Mond, der Kuiperkrater auf dem Mars und der Kuiperkrater auf Merkur. Aufgrund seiner Arbeit in der Luftastronomie wurde auch das inzwischen stillgelegte Kuiper Airborne Observatory (KAO) der NASA - ein hochmodifizierter Lockheed C-141A Starlifter mit einem 91,5 cm (36 Zoll) großen Teleskop - nach ihm benannt.
Der Kuiper-Preis ist ebenfalls nach ihm benannt und die bedeutendste Auszeichnung der Abteilung für Planetenwissenschaften der American Astronomical Society. Der Preis wird jährlich an Wissenschaftler vergeben, deren Lebensleistungen unser Verständnis der Planetenwissenschaften verbessert haben.
Zu den Gewinnern dieser Auszeichnung zählen Carl Sagan, James Van Allen (Entdeckung des Van Allen-Strahlungsgürtels um die Erde) und Eugene Shoemaker (der zusammen mit seiner Frau Carolyn S. Shoemaker und David H. Levy Comet Shoemaker-Levy 9 entdeckte).
Aufgrund seiner engagierten Leitung im Lunar and Planetary Laboratory wurde ihm zu Ehren eines der drei Gebäude benannt, aus denen sich die Einrichtung zusammensetzt (das oben gezeigte Kuiper Space Sciences Building). Und hundert Jahre nach Gerards Geburt die NASA Neue Horizonte Die Mission war auf dem besten Weg in die Region des Kuipergürtels unseres Sonnensystems, als Teil ihrer Mission, Pluto und seinen Mond Charon zu studieren.
Dr. Richard Binzel, Co-Ermittler und Professor von New Horizons am Massachusetts Institute of Technology (MIT), bestätigte dem verstorbenen Wissenschaftler die Abteilung seines Teams. "Kuiper war einer der ersten Wissenschaftler, der sich fast ausschließlich auf die Erforschung der Eigenschaften von Planeten konzentrierte", sagte er. "Seine Arbeit legte den Grundstein für die Raumfahrzeugmissionen des späten 20. und frühen 21. Jahrhunderts."
Zu seinen Lebzeiten erhielt Kuiper auch viele Belohnungen für seine Anerkennung für seine Arbeit. 1947 wurde er von der französischen Astronomischen Gesellschaft mit dem Jules-Janssen-Preis ausgezeichnet, was ihre höchste Auszeichnung ist. 1959 verlieh ihm die American Astronomical Society das Henry Norris Russell Lectureship als Anerkennung für seine langjährige astronomische Forschung. Und 1971 erhielt Kuiper die Kepler-Goldmedaille von der American Association for the Advancement of Science und dem Franklin Institute.
Während wir das Sonnensystem weiter erforschen, können wir die große Schuld, die wir Gerard Kuiper schulden, nicht leugnen. Was wir über Mars und Titan und ihre potenzielle Bewohnbarkeit wissen, beruht auf Kuipers Arbeit mit Infrarot- und spektroskopischer Astronomie. Ohne ihn wären die Apollo-Missionen möglicherweise nicht zustande gekommen, und unser Wissen über Asteroiden und das äußere Sonnensystem wäre stark eingeschränkt.
Man kann sich vorstellen, dass, wenn wir beginnen, den Kuipergürtel genauer zu studieren und die vielen, vielen Objekte darin zu katalogisieren, viele Namen tragen werden, die an den verstorbenen großen Kuiper erinnern.
Wir haben viele Artikel über Gerard Kuiper für das Space Magazine geschrieben. Hier ist ein Artikel über den Kuipergürtel und hier ist ein Artikel über die Protoplanetenhypothese.
Wenn Sie weitere Informationen zu Gerard Kuiper wünschen, lesen Sie den Artikel der NASA über Gerard Kuiper und die Seite des Lunar and Planetary Laboratory über ihn.
Wir haben auch eine ganze Episode von Astronomy Cast rund um Zwergplaneten aufgenommen. Hören Sie hier, Episode 194: Zwergplaneten.
