Voorbij de baan van Neptunus, een gevarieerde verzameling van duizenden dwergplaneten en andere relatief kleine objecten woont in een regio die de Kuipergordel wordt genoemd. Deze vaak ongerepte overblijfselen uit de dagen van planeetvorming in ons zonnestelsel worden Kuipergordel-objecten genoemd. of trans-Neptuniaanse objecten. NASA's aankomende James Webb Space Telescope zal kort na de lancering in 2021 een assortiment van deze ijzige lichamen onderzoeken in een reeks programma's genaamd Guaranteed Time Observations. Het doel is om meer te weten te komen over hoe ons zonnestelsel is gevormd.

"Dit zijn objecten die zich op het kerkhof van de vorming van het zonnestelsel bevinden, " verklaarde Jonathan Lunine van de Cornell University, een Webb Interdisciplinair Wetenschapper die Webb zal gebruiken om enkele van deze doelen te bestuderen. "Ze bevinden zich op een plek waar ze miljarden jaren mee kunnen gaan, en er zijn niet veel van dergelijke plaatsen in ons zonnestelsel. We zouden graag willen weten hoe ze zijn."

Door deze lichamen te bestuderen, Lunine en zijn collega's hopen te weten te komen welk ijs aanwezig was in het vroege zonnestelsel. Dit zijn de koudste werelden om geologische en atmosferische activiteit te vertonen, dus wetenschappers zijn ook geïnteresseerd om ze te vergelijken met de planeten.

Kuipergordelobjecten zijn erg koud en zwak, toch gloeien ze in infrarood licht, die zich op een golflengte bevindt die verder gaat dan wat onze menselijke ogen kunnen zien. Webb is speciaal ontworpen om infrarood licht te detecteren. Om deze verre objecten te bestuderen, wetenschappers zullen voornamelijk een techniek gebruiken die spectroscopie wordt genoemd, die licht verdeelt in zijn individuele kleuren om de eigenschappen te bepalen van materialen die met dat licht interageren.

Een breed assortiment

De bewoners van de Kuipergordel zijn er in verschillende soorten en maten. Sommige wonen in paren of veelvouden, terwijl anderen ringen of manen hebben. Ze vertonen een breed scala aan kleuren, die kunnen wijzen op verschillende formatiegeschiedenissen of verschillende blootstelling aan zonlicht.

"Sommigen lijken roder van kleur, andere zijn blauwer. Waarom is dat?" zei Heidi Hammel, een Webb Interdisciplinair Wetenschapper voor observaties van het zonnestelsel. Ze is ook Vice President for Science bij de Association of Universities for Research in Astronomy (AURA) in Washington, DC "Met Webb, we zullen informatie kunnen krijgen over oppervlaktechemie die ons misschien enkele aanwijzingen kan geven waarom er deze verschillende populaties in de Kuipergordel zijn."

Uit de club geschopt

Tussen Jupiter en Neptunus, en de baan van een of meer van de reuzenplaneten oversteken, ligt een andere populatie van objecten die centauren worden genoemd. Dit zijn kleine zonnestelsellichamen die uit de Kuipergordel zijn weggeslingerd. Naast het observeren van huidige Kuipergordelobjecten, deze Webb-programma's zullen zulke zonnestelsellichamen bestuderen die "uit de club zijn geschopt". Deze voormalige Kuipergordel-objecten hebben banen die dramatisch zijn verstoord, waardoor ze aanzienlijk dichter bij de zon komen.

"Omdat ze de banen van Neptunus kruisen, Uranus, en Saturnus, centauren zijn van korte duur. Ze bestaan ​​dus meestal maar ongeveer 10 miljoen jaar, " verklaarde John Stansberry van het Space Telescope Science Institute in Baltimore, Maryland. Stansberry leidt een ander team dat Webb zal gebruiken om Kuipergordel-objecten te bestuderen. "Op dat moment ze hebben een interactie met een van de grote planeten die erg sterk is, en ze worden ofwel in de zon gegooid of uit het zonnestelsel gegooid."

Een ander lichaam dat Webb zal bestuderen is Neptunus' maan Triton. De grootste van de 13 manen van de ijsreus, Triton deelt veel overeenkomsten met Pluto. "Ook al is het de maan van Neptunus, we hebben aanwijzingen dat het een Kuipergordelobject is dat ergens in het verleden te dicht bij Neptunus is gekomen, en het werd gevangen in een baan rond Neptunus, " zei Hammel. "Triton werd in 1989 bestudeerd door de Voyager 2-sonde. Die gegevens van het ruimtevaartuig zullen ons een zeer belangrijke 'grondwaarheid' opleveren voor onze Webb-waarnemingen van objecten in de Kuipergordel."

Een steekproef van de doelen

Hier is een kleine greep uit enkele van de tientallen huidige en voormalige Kuipergordel-objecten die Webb zal observeren:

• Pluto en Charon:de dwergplaneet Pluto en zijn grootste maan, Charon, zijn twee van de bekendste bewoners van de Kuipergordel. Pluto heeft een atmosfeer, nevel, en seizoenen. Het heeft geologische activiteit op het oppervlak en kan een oceaan in het binnenste hebben. Naast Charon, het herbergt vier andere manen:Nix, Hydra, Styx, en Kerberos. De Webb-gegevens vormen een aanvulling op de waarnemingen van NASA's New Horizons-ruimtevaartuig toen het in 2015 langs het Pluto-systeem vloog.
• Eris:Bijna zo groot als Pluto, Eris is de op een na grootste bekende dwergplaneet in het zonnestelsel. Op het verste punt, mysterieuze Eris is meer dan 97 keer zo ver van de zon als de aarde. Vanwege de afstand, het is moeilijk te observeren, maar Webb zal wetenschappers nogal wat vertellen over wat voor soort ijs er op het oppervlak is.
• Sedna:Met zijn dieprode tint, Sedna ligt eigenlijk buiten de Kuipergordel. Het duurt ongeveer 11, 400 jaar om één baan te voltooien, en het verste punt van die zeer langgerekte baan wordt geschat op 940 keer de afstand van de aarde tot de zon.
• Haumea:Deze grote, snel ronddraaiend lichaam is eivormig, en wetenschappers zouden graag willen weten waarom. Naast manen, het lijkt ook een ringsysteem te hebben. Met Webb, wetenschappers hopen meer te weten te komen over hoe die ringen zijn gevormd.
• Chariklo:De grootste centaur, Chariklo is ook de eerste asteroïde die een ringsysteem heeft. Het was het vijfde ringsysteem dat in ons zonnestelsel werd gevonden - na Saturnus, Jupiter, Uranus en Neptunus. Men denkt dat de ringen tussen de twee en vier mijl breed zijn.

Een ander programma, een Target of Opportunity genoemd, zal een Kuipergordelobject voor een ster zien passeren, als een dergelijke afstemming zou plaatsvinden tijdens de eerste twee jaar van Webb's leven. Een occultatie genoemd, dit type observatie kan de grootte van een object onthullen.

De weinige ruimtevaartuigen die door Kuipergordel-objecten zijn gevlogen, konden deze intrigerende objecten slechts voor een zeer korte periode bestuderen. Met Webb, astronomen kunnen gedurende een langere tijd meer objecten in de Kuipergordel targeten. Het resultaat zal nieuwe inzichten zijn in de vroegste geschiedenis van ons zonnestelsel.

De James Webb Space Telescope wordt 's werelds belangrijkste ruimtewetenschappelijke observatorium wanneer hij in 2021 wordt gelanceerd. Webb zal mysteries in ons zonnestelsel oplossen, verder kijken naar verre werelden rond andere sterren, en onderzoek de mysterieuze structuren en oorsprong van ons universum en onze plaats daarin. Webb is een internationaal programma onder leiding van NASA met haar partners, ESA (European Space Agency) en de Canadian Space Agency.