I de yttre delarna av solsystemet, bortom Neptunus bana, ligger ett område genomsyrat av himmelsföremål och mindre planeter. Denna region är känd som "Kuiper Belt" och namnges till hedern för 1900-talets astronom som spekulerade om existensen av en sådan skiva årtionden innan den observerades. Den här skivan, berättade han, var källan till många kometer i solsystemen, och orsaken till att det inte fanns några stora planeter bortom Neptun.
Gerard Kuiper betraktas också av många för att vara "planet till vetenskapens far". Under 1960- och 70-talet spelade han en avgörande roll i utvecklingen av infraröd luftburen astronomi, en teknik som ledde till många viktiga upptäckter som skulle ha varit omöjliga med markbaserade observatorier. Samtidigt hjälpte han till att katalogisera asteroider, undersökte månen, Mars och det yttre solsystemet och upptäckte nya månar.
Tidigt liv:
Gerard Kuiper, nee Gerrit Kuiper, föddes den 7 december 1905 i byn Harenkarspel i norra Holland. Som barn hade han utomordentligt skarpt syn och kunde se storleken 7,5 stjärnor med det blotta ögat (som är ungefär fyra gånger svagare än de flesta stjärnor som är synliga för det blotta ögat). Hans intresserade syn visade hans intresse för astronomi, vilket var uppenbart från en tidig ålder.
Utbildning:
1924 började Kuiper studera vid Leiden universitet, där den berömda 1600-tals holländska astronomen Christiaan Huygens också studerade. Då hade ett mycket stort antal astronomer samlats vid universitetet, och Kuiper fortsatte att bli vän med många av dem. Bland hans lärare var den holländska astronomen Jan Oort (för vilken Oort Cloud uppkallas) och Paul Ehrenfest, den österrikisk-nederländska fysikern som utvecklade fasövergångsteorin för kvantmekanik.
1927 fick han sin B.Sc. i astronomi och gick rakt in i sina forskarstudier. 1933 avslutade han sin doktorsavhandling om binära stjärnor och reste sedan till Kalifornien för att bli stipendiat vid Lickobservatoriet. 1935 lämnade han sitt arbete på Harvard College Observatory, där han träffade sin framtida fru, Sarah Parker Fuller. De två gifte sig 20 juni 1936.
Prestationer inom astronomi:
1937 tog Kuiper en position på Yerkes Observatory vid University of Chicago och blev en amerikansk medborgare. Under de kommande decennierna deltog han i många astronomiska undersökningar och gjorde många upptäckter som avancerade planetvetenskapens område. Den första kom in mellan 1944 och 1947, medan han gjorde observationer av Mars och det yttre solsystemet.
Med hjälp av markbaserade teleskop bekräftade Kuiper förekomsten av en metanrik atmosfär ovanför Titan (Saturns största måne). 1947 använde han liknande metoder för att upptäcka att koldioxid var en viktig del av Mars 'atmosfär. Samma år förutspådde han att ringarna i Saturn huvudsakligen bestod av ispartiklar och upptäckte Miranda, Uranus femte måne.
År 1949 initierade Kuiper Yerkes-McDonald asteroideundersökningen, en fotometrisk studie av asteroider utförda av University of Chicago och University of Texas i Austin, som gick från 1950 till 1952. Vid den tiden var undersökningen begränsad till 16 asteroider i storleksordning , men banade också vägen för Palomar-Leiden undersökning, som Kuiper också inledde, 1961.
Denna samarbetsinsats involverade Lunar and Planetary Laboratory (LPL) i Arizona, Palomar Observatory i San Diego och Leiden Observatory i Nederländerna (Kuiper's Alma Mater). Denna undersökning använde fotografiska plattor som tagits av LPL med den 48-tums Schmidt-kameran vid Palomar Observatory.
När små planeter (och asteroider med större än 20) upptäcktes, beräknades deras orbitalelement vid Cincinnati-observatoriet, med alla andra aspekter av programmet - inklusive analys av fotografierna - genomförda vid Leiden-observatoriet. Denna undersökning resulterade i upptäckten av ett stort antal asteroider, med ungefär 200-400 asteroider upptäcktes per platta, och totalt användes 130 plattor.
1956 bevisade Kuiper att Mars: s polära iskappar inte var sammansatta av koldioxid, som man tidigare hade trott, och istället bestod av vattenis. På 1960-talet hjälpte Kuiper också att identifiera landningsplatser på månen för Apollo-programmet och förutspådde även hur månens yta skulle gå ut på. Hans påståenden om att månens yta skulle vara "som knasig snö" bekräftades 1969 av astronauten Neil Armstrong.
Det var också på 1960-talet som Kuiper gjorde sina ledande bidrag till utvecklingen av infraröd luftburen astronomi. 1967 blev NASA: s fyra motorflygplan Convair 990-flygplan tillgängliga med ett teleskop ombord, som användes för att genomföra infraröda studier på en höjd av 12 192 meter (40 000 fot). Kuiper använde den i stor utsträckning för att göra spektroskopiska studier av solen, stjärnorna och solplaneterna.
Kuiper tillbringade större delen av sin karriär vid University of Chicago, men flyttade till Tucson, Arizona, 1960 för att grunda Lunar and Planetarium Laboratory vid University of Arizona. För sina kollegor var Gerard känd för att vara en krävande chef, vars rutin inkluderade hårt arbete och långa timmar. Dale Cruikshank, en forskare som arbetade på LPL under Kuiper, hävdade att:
”Han arbetade extremt hårt själv och han krävde samma engagemang, hängivenhet och allvar från alla omkring honom. Om de inte gav det, eller om de inte presterade, sprang de av honom. Det gällde studenter. Det gällde också kollegor, tekniska medarbetare och ingenjörer - vem som helst runt honom. Men samtidigt hade han en humoristisk sida, en varm sida, en personlig sida som på något sätt var tilltalande. ”
Men även om det var svårt att arbeta med var Kuiper också känd för att ha en varm sida och humor. Han stolte också på att vara kunnig och omge sig med människor som visste saker som han inte gjorde. Kuiper var laboratoriets chef fram till sin död 1973.
Kuiper Belt:
Den möjliga förekomsten av en transneptunisk befolkning av föremål hade spekulerats om sedan kort efter upptäckten av Pluto 1930. En av de första var astronomen Armin O. Leuschner, som 1930 föreslog att Pluto "kan vara en av många länge- period planetobjekt som ännu inte upptäcktes. ”
1943, i Journal of the British Astronomical Association, Kenneth Edgeworth förklarade vidare om ämnet och hävdade att materialet i den primitiella solnebulan bortom Neptun var alltför brett för att kondensera till planeter, och så ganska kondenserat till en myriade av mindre kroppar.
1951, i en artikel för tidskriften Astrofysik, Gerard Kuiper spekulerade hur en liknande skiva kunde ha bildats tidigt i solsystemets utveckling. Ibland skulle ett av föremålen från denna skiva vandra in i det inre solsystemet och bli en komet, hävdade han, och förklarade således kometernas ursprung, samtidigt som han också förklarade varför det inte fanns några stora planeter bortom Neptun.
Det skulle dock gå många årtionden innan denna skivas existens bevisades och ett namn gavs. Det första steget kom 1980, då den uruguayanska astronomen Julio Fernández överlämnade ett papper till de månatliga meddelandena från Royal Astronomical Society där han spekulerade att ett kometbälte som låg mellan 35 och 50 AU skulle behöva redovisa det observerade antalet kometer . Det var detta papper som senare astronomer skulle dra på när det var dags att namnge bältet.
1987 började astronom David Jewitt från MIT och doktorand Jane Luu att använda teleskop vid Kitt Peak National Observatory i Arizona och Cerro Tololo interamerikanska observatorium i Chile för att söka i det yttre solsystemet. Efter fem års sökning, den 30 augusti 1992, tillkännagav Jewitt och Luu "Upptäckten av kandidat Kuiper-bälteobjektet" (15760) 1992 QB1. Sex månader senare upptäckte de ett andra objekt i regionen, (181708) 1993 FW, och många fler följde.
Likaså började ett kanadensiskt team av astronomer 1988 (teamet av Martin Duncan, Tom Quinn och Scott Tremaine) köra datorsimuleringar som fastställde att Oort-molnet inte kunde stå för alla kometer med kort tid. Med ett "bälte", som Fernández beskrev det, läggs till formuleringarna, matchade simuleringarna observationer.
I sitt papper från 1988 hänvisade Tremaine och hans kollegor till den hypotetiska regionen utanför Neptun som "Kuiper Belt", tydligen på grund av att Fernández använde orden "Kuiper" och "comet belt" i sitt inledande mening. Även om detta har förblivit det officiella namnet, använder astronomer ibland det alternativa namnet "Edgeworth-Kuiper Belt" för att betala Edgeworth för hans tidigare teoretiska arbete.
Död och arv:
Gerard Kuiper dog 1973 medan han var på semester med sin fru i Mexiko, där han fick en dödlig hjärtattack. På grund av hans många framsteg och sin långa historia av arbete inom astronomifältet har han fått många utmärkelser under åren. Dessa inkluderar att namnge Kuiper Belt till hans ära, samt att namnge asteroidbälteobjektet 2520 P – L efter honom (alias 1776 Kuiper).
Tre kratrar har också fått sitt namn till Kuiper-krateret på månen, Kuiper-krateret på Mars och Kuiper-krateret på Merkurius. På grund av sitt arbete inom luftburen astronomi, NASA: s nu avvecklade Kuiper Airborne Observatory (KAO) - ett starkt modifierat Lockheed C-141A Starlifter som bar ett 91,5 cm (36 tum) teleskop - uppkallades också efter honom.
Kuiper-priset är också uppkallat efter honom och är den mest utmärkta utmärkelsen som ges av American Astronomical Society´s Division for Planetary Sciences. Priset delas ut årligen till forskare vars livslängd har framfört vår förståelse för planetariska vetenskaper.
Vinnarna av detta pris inkluderar Carl Sagan, James Van Allen (upptäckt av Van Allen strålningsbältet runt jorden) och Eugene Shoemaker (som tillsammans upptäckte Comet Shoemaker – Levy 9 med sin fru Carolyn S. Shoemaker och David H. Levy).
På grund av hans dedikerade ledarskap vid Lunar and Planetarium Laboratory utsågs en av de tre byggnader som utgör anläggningen (Kuiper Space Sciences Building, som visas ovan) till hans ära. Och hundra år efter Gerards födelse, NASA Nya horisonter uppdraget var på god väg till Kuiper Belt-regionen i vårt solsystem, som en del av dess uppdrag att studera Pluto och dess mån Charon.
Dr. Richard Binzel, New Horizons medutredare och professor vid Massachusetts Institute of Technology (MIT), erkände att hans team var avdelat för den avgått forskaren. "Kuiper var en av de första forskarna som nästan uteslutande fokuserade på att utforska planets egenskaper," sade han. "Hans arbete lägger grunden för rymdskeppsuppdragen i slutet av 1900-talet och början av 21-talet."
Under hans livstid fick Kuiper också många belöningar för sitt erkännande för sitt arbete. 1947 tilldelades han Jules Janssen-priset av det franska astronomiska samhället, som är deras högsta ära. 1959 tilldelade American Astronomical Society honom Henry Norris Russell Lectureship, i erkännande av hans många år med astronomisk forskning. Och 1971 fick Kuiper Kepler Gold Medal från American Association for the Advancement of Science och Franklin Institute.
När vi går framåt i vår utforskning av solsystemet kan vi inte förneka den stora skuld vi är skyldig till Gerard Kuiper. Vad vi vet om Mars och Titan, och deras potentiella brukbarhet, beror på Kuiper arbete med infraröd och spektroskopisk astronomi. Utan honom kanske inte Apollo-uppdragen hänt och vår kunskap om asteroider och det yttre solsystemet skulle minska kraftigt.
Man kan föreställa sig att när vi börjar studera Kuiper Belt mer i detalj och börjar katalogisera de många, många objekten inom, att många kommer att bära namn som kallar den sena stora Kuiper.
Vi har skrivit många artiklar om Gerard Kuiper för Space Magazine. Här är en artikel om Kuiper Belt, och här är en artikel om Protoplanet Hypotesen.
Om du vill ha mer information om Gerard Kuiper, kolla in NASA: s artikel om Gerard Kuiper och Lunar and Planetariums sida på honom.
Vi har också spelat in ett helt avsnitt av Astronomy Cast om Dwarf Planets. Lyssna här, avsnitt 194: Dwarf Planets.
