In het oude beeld van het zonnestelsel waren we met Neptunus bijna aan de grenzen van het zonnestelsel gekomen. De negende planeet Pluto en haar maan Charon waren vreemde, maar weinig interessante buitenbeentjes.

Tegenwoordig ziet men het anders. Pluto is niet meer het kleine broertje, een uitlopertje aan de grenzen van het zonnestelsel, maar staat aan het begin van een heel nieuwe familie van objecten: de ijsdwergen. Het is dan ook logisch dat de IAU, de Internationale Astronomische Unie, in haar nieuwe definities Pluto niet meer als planeet opneemt.

De ijsdwergen zijn een vrij grote familie van objecten, waarvan we nog maar weinig weten. Ze ontstonden aan de buitenkant van de accretieschijf en zijn daardoor meestal vrij klein. Tegenwoordig spreekt men ook vaak van Trans-Neptunian Objects, objecten die buiten de baan van Neptunus liggen.

Buiten Pluto en Charon gaat het om de Neptunusmaan Triton, de objecten van de kuipergordel, de centaurs en waarschijnlijk ook de meeste kometen. We weten zo goed als niets van de meer afgelegen objectenfamilies, maar de zeer beperkte waarnemingen die we kunnen doen en de theorieën die ontwikkeld worden maken ze alleen maar mysterieuzer en boeiender. Daarom heeft de NASA in 2006 een sonde gelanceerd, de New Horizons, die deze illustere onbekenden uitgebreid zal gaan onderzoeken.

Triton

De maan Triton werd ontdekt op 10 oktober 1846, nauwelijks enige weken nadat Galle en d'Arrest de planeet Neptunus zelf hadden ontdekt. De helderheid van het maantje gaf aan dat het om een uitzonderlijk groot object moest gaan. De doormeter van Triton bedraagt 2 710 km, dus kleiner dan onze maan, Titan of Ganymedes, maar groter dan Pluto.

Triton draait in tegengestelde richting om Neptunus, en heeft een askanteling van 23°. Gecombineerd met de askanteling van Neptunus (die 29° bedraagt) komt het er op neer dat Triton net als Uranus nu eens met zijn polen, dan weer met de evenaar naar de zon gericht staat. Deze vreemde eigenschappen doen vermoeden dat Triton niet samen met Neptunus gevormd is, maar uit een ander gebied van het zonnestelsel afkomstig is en door Neptunus werd ingevangen.

De ijsdwerg Triton, gefotografeerd door Voyager 2. [Foto: JPL]

Dat waren de enige opmerkelijke feiten die over de maan geweten waren tot Voyager 2 in 1989 foto's kon maken van Triton. Wetenschappers hadden een vrij saaie ijsmaan verwacht, te vergelijken met Callisto en Ganymedes; de foto's die ze echter kregen doorgeseind waren opmerkelijk bizar. De maan zag er bijzonder gevarieerd uit, met aanwijzingen voor zeer recente geologische activiteit.

Samenstelling

De gemiddelde dichtheid van het hemellichaam, 2,05 g/cm³, wijst op een samenstelling van steen en ijs. Ook de hoge albedowaarde van 72 % wijst op een oppervlak van ijs. Triton heeft waarschijnlijk een zeer grote stenen kern, waarin ook metalen voorkomen.

Oppervlak

Triton in cijfers Gemiddelde afstand tot Neptunus:    354 760 km Omloopstijd om Neptunus:    5 dagen 21h 03m (retrograad) Equatoriale diameter:    2 705 km Massa:    2,147 × 1022 kg

Op het oppervlak van Triton zijn maar weinig kraters te vinden, wat erop wijst dat het zeer jong is. Het merendeel van de oppervlaktekenmerken was echter totaal nieuw voor geologen. Onderzoek wees uit dat het gaat om structuren gevormd door cryovulkanisme, een vorm van vulkanisme waarbij de grondstof geen lava (gesmolten steen) is, maar vloeibaar ijs. Het vulkanisch materiaal is waarschijnlijk vloeibare stikstof (N₂) of methaan (CH₄). Het gaat dus niet om waterijs.

Het oppervlak is verdeeld in twee totaal verschillende gebieden: de noordelijke helft lijkt sterk op de schil van een meloen, met uitgestrekte rillen die elkaar kruisen en die over een complex systeem van ronde inzinkingen lopen. De zuidelijke helft van de satelliet is veel vlakker, en toont een aantal grijze vlekken die afkomstig zouden kunnen zijn van neergeslagen aspluimen van vulkanen.

Het oppervlak van Triton bestaat uit methaan (CH₄), stikstof (N₂), koolstofmonoxide (CO), koolstofdioxide (CO₂) en water (H₂O), allemaal stoffen die op aarde ook voorkomen. Stikstof werd tot nu toe echter op geen enkel ander hemellichaam aangetroffen. Bovendien zijn deze stoffen, buiten water, op aarde allemaal gasvormig. Op Triton komen ze alle vijf voor onder vaste vorm. Waterijs vormt er de tegenhanger van wat op aarde steen is.

Atmosfeer

De Voyager 2 detecteerde ook een dunne atmosfeer op Triton, bestaande uit stikstof (N₂). De atmosferische druk bedraagt 15 microbar, ongeveer 50 000 keer zwakker dan de druk op aarde. De atmosfeer bevat ook oranje wolken, die mogelijk, zoals op Titan, bestaan uit complexe organische molecules. Onder invloed van UV-straling worden N₂ en CH₄ gesplitst en gecombineerd tot bijvoorbeeld cyanide (HCN) en ethaan (C₂H₆). Deze partikels komen vervolgens op de oppervlakte terecht, waar ze vervolgens ofwel opnieuw worden afgebroken, ofwel worden begraven door de cryovulkanische activiteit. Recente observaties vanop aarde wijzen erop dat de atmosfeer van Triton sinds de passage van Voyager 2 in 1989 sterk veranderd is, en tegenwoordig veel minder ijl is. Dat zou komen doordat de ijsdwerg stilaan aan het opwarmen is, waardoor de op het oppervlak neergeslagen stikstof (N) verdampt en in de atmosfeer terecht komt.

Baan

Triton heeft een seizoenscyclus die niet minder dan 668 jaar duurt. Dat komt doordat het baanvlak van de maan op 23° van de equator van Neptunus staat, terwijl de planeet zelf op 29° van het baanvlak van de zon komt. Op dit ogenblik ondergaat het zuidelijke halfrond een grote zomer, die nog een vijftigtal jaar zal aanhouden. Deze seizoensafwisseling zorgt voor een grote temperatuursschommeling en een uitgebreide migratie van de poolkappen.

Pluto

Ontdekking en geschiedenis

Pluto, die lange tijd de negende en laatste planeet van ons "klassieke" zonnestelsel was, werd in 1930 ontdekt door Clyde Tombaugh. De ontdekking was voor hem niet echt een verrassing: Tombaugh was op zoek naar een planeet die bepaalde storingen op de baan van Neptunus zou kunnen verklaren. Daartoe namen hij en zijn collega's elke nacht fotografische opnames van delen van de hemel, die dan werden vergeleken met opnames van een ander moment.

Toen men na enkele jaren kon berekenen hoe groot en hoe zwaar de nieuwe planeet wel was, bleek dat ze veel te klein was om de baanafwijkingen van Neptunus te verklaren. Tombaugh zou tot zijn dood - tevergeefs - voortzoeken naar een grotere planeet. Later werd vastgesteld dat de baan van Neptunus helemaal geen afwijkingen vertoonde maar dat het ging om onnauwkeurigheden bij het meten en berekenen. Tegenwoordig zijn we er zeker van dat er buiten de baan van Neptunus geen grote planeet meer te ontdekken valt.

De naam "Pluto" werd voorgesteld door Venetia Burney, een elfjarig schoolmeisje uit Oxford. Als god van de onderwereld leek Pluto inderdaad een geschikt personage voor een planeet die zo ver weg staat en nauwelijks licht en warmte van de zon ontvangt.

Van bij de ontdekking werd gedacht dat Pluto een buitenbeentje was in de planetenfamilie. Vanaf de jaren '80 werden echter meer en meer gelijkaardige objecten ontdekt, die een heel nieuw beeld van het zonnestelsel te kennen gaven. De ontdekking van verafgelegen hemellichamen die even groot, of zelfs groter dan Pluto waren, bracht haar status als planeet meer en meer in het gedrang. Het was dan ook geen echte verrassing toen de Internationale Astronomische Unie (IAU) in 2006 Pluto haar status als planeet afnam.

Ontstaan

Pluto bleef lang gehuld in mysterie: hoe kon zo'n klein planeetje zo ver weg in het zonnestelsel ontstaan zijn? De vier andere planeten die die regio bevolken zijn immers gasreuzen. Pluto daarentegen is een kleine, steenachtige ijsdwerg. De gangbare theorie was dat er in de buitenste regionen van het zonnestelsel nog maar net genoeg materiaal was overgebleven om een klein planeetje te vormen. Deze theorie was echter niet erg bevredigend. De Nederlandse planeetkundige Gerard Kuiper stelde de hypothese voor dat Pluto geen op zich staand fenomeen is, maar slechts de grootste broer uit een hele familie ijsdwergen, de kuipergordel. Het duurde echter nog tot 1992 voor een tweede lid van die kuipergordel ontdekt werd.

Baan en rotatie

Pluto in cijfers Gemiddelde afstand tot de zon:    5 913 520 000 km Omloopstijd om de zon:    248,54 jaar Duur van asomwenteling:    6 dagen 9h 17m Equatoriale diameter:    2 320 km Massa:    1,290 × 1022 kg

Gedurende haar omloop om de zon, die 249 jaar duurt, komt Pluto gedurende 20 jaar binnen de baan van Neptunus te liggen. Dat gebeurde bijvoorbeeld tussen 21 januari 1979 en 11 februari 1999. De volgende keer zal dit gebeuren in het jaar 2226.

Dit is een gevolg van de zeer excentrische baan die Pluto heeft. Tijdens haar dichtste passage bij de zon komt Pluto op 4 440 miljoen kilometer bij de zon, terwijl ze er op het verst 7 395 miljoen kilometer verwijderd is. Dit grote verschil heeft een grote invloed op de dwergplaneet, vooral op de atmosfeer.

Pluto heeft een 2:3-resonantie met Neptunus, dat wil zeggen dat ze twee maal rond de zon draait in de periode dat Neptunus drie reizen rond de zon maakt.

Net als bij Uranus en Triton ligt de as van Pluto bijna volledig in het baanvlak.

Samenstelling

Uit de gemiddelde dichtheid van Pluto kunnen we afleiden dat ze waarschijnlijk bestaat voor 70 % uit steen en voor 30 % uit waterijs, net zoals Triton. De lichtere vlekken op het oppervlak zijn misschien bedekt met stikstofijs (N₂), gemengd met andere stoffen. De donkere vlekken zouden eenvoudige organische stoffen kunnen zijn.

Oppervlak

Het oppervlak van Pluto bestaat uit bevroren stikstof (N₂), methaan (CH₄) en koolzuurmonoxide (CO). Dit zijn dus wellicht ook de stoffen waaruit de atmosfeer bestaat. Observaties van het albedo (de oppervlaktehelderheid) tonen aan dat de zuidpool van Pluto veel helderder is dan de rest van het oppervlak, wat erop kan wijzen dat dit gedeelte een jonge laag methaanijs bevat. Vermoedelijk lijkt het oppervlak van Pluto erg op dat van Triton.

Het oppervlak van Pluto, afgeleid uit waarnemingen van de Hubble Space Telescope. [Foto: STScI]

Er zijn nog geen ruimtesondes in de buurt van Pluto gepasseerd, dus erg veel weten we niet van het oppervlak. De Hubble Space Telescope is er in geslaagd een erg rudimentaire kaart van Pluto te maken, waarop te zien is dat er in elk geval verschillende oppervlakten zijn. In 2006 lanceerde NASA een verkenner naar Pluto en de Kuipergordel, die rond 2016 bij de planeet zou aankomen.

Atmosfeer

Op dit ogenblik heeft Pluto een atmosfeer, omdat de planeet relatief dicht bij de zon staat. Wanneer ze verder van de zon komt, dalen de temperaturen zodanig dat de gassen bevriezen en onder de vorm van sneeuw op het planeetoppervlak terechtkomen. Een goeie eeuw later komt de planeet weer dicht genoeg bij de zon, zodat ze terug een atmosfeer krijgt.

De atmosfeer bestaat waarschijnlijk uit dezelfde stoffen als het oppervlak, voornamelijk stikstof (N₂) aangevuld met koolstofmonoxide (CO) en methaan (CH₄).

De temperaturen bedragen tussen -235 °C en -210 °C. Wanneer men de temperatuurkaart en de visuele kaart vergelijkt, blijkt dat de donkere gebieden op Pluto ook de warmste zijn.

Begeleiders

Pluto heeft één grote maan, Charon, en twee kleinere begeleiders, die in 2005 werden ontdekt op opnames van de Hubble ruimtetelescoop. De maantjes, die Nix en Hydra werden gedoopt, draaien rond Pluto op 44 000 km, twee maal zover als Charon. De maantjes zijn erg klein, en zijn misschien samen ontstaan met Charon. Net als onze eigen maan zou die namelijk uit Pluto zijn losgescheurd na een gigantische botsing. Misschien zijn Nix en Hydra nog restanten van die botsing.

Charon

In 1978 werd ontdekt dat Pluto een maan heeft: Charon. Omdat Charon bijna even groot is als Pluto en zeer dicht bij de dwergplaneet draait (op 20 000 km), spreekt men soms van een dubbelplaneet: de twee objecten draaien eigenlijk rond een gemeenschappelijk zwaartepunt dat sterk afwijkt van het centrum van Pluto. Bovendien zitten beiden in een gekoppelde rotatie: net zoals de maan in haar baan om de aarde steeds dezelfde kant naar de aarde richt, draait Charon steeds dezelfde kant naar Pluto toe, maar ook omgekeerd hangt Charon steeds aan dezelfde kant van de planeet. Er is dus geen maansopkomst op Pluto, de beide objecten staan steeds op dezelfde positie tegenover elkaar. Pluto en Charon draaien rond elkaar in 6,4 dagen.

Pluto en Charon, zoals waargenomen door de Hubble Space Telescope. [Foto: STScI]

Vreemd genoeg blijkt Charon een andere samenstelling te hebben dan Pluto: de maan van Pluto lijkt mogelijk meer op de ijsmaantjes van Saturnus. Het oppervlak van Charon is mogelijk grotendeels bedekt met waterijs.

Charon in cijfers Gemiddelde afstand tot Pluto:    19 405 km Omloopstijd om Pluto:    6 dagen 9h 17m Duur van asomwenteling:    6 dagen 9h 17m Equatoriale diameter:    1 172 km Massa:    1,7 × 1022 kg

De kuipergordel

Ontdekking

In 1951 opperde Gerard Kuiper de idee dat er wellicht een grote gordel van ijsblokken zou bestaan, die zich in een baan buiten die van Pluto zou bevinden, en die zich uitstrekt tot ongeveer 75 AE van de zon. Kenneth Edgeworth had in 1949 al een gelijkaardig idee voorgesteld. Kuiper stelde dat het materiaal aan de buitenrand van de accretieschijf bij het ontstaan van het zonnestelsel was samengeklonterd tot kleine brokstukken.

Dit idee werd in 1980 opgevist door Julio Fernandez, om de afkomst van kortperiodieke kometen te verklaren. In 1950 had Jan Oort al berekend dat de langperiodieke kometen afkomstig zijn uit een soortgelijk "reservoir" van ijsklompen, op 100 000 tot 300 000 AE van de zon. Astronomen hadden daarna aangenomen dat de kortperiodieke kometen aanvankelijk langperiodieke waren geweest, die waren ingevangen door de zwaartekracht van de zon en de planeten. Fernandez berekende echter dat deze kortperiodieke kometen wellicht een andere oorsprong hebben: de kuipergordel. De IRAS-satelliet ontdekte in dezelfde periode dat gelijkaardige komeetgordels te vinden zijn rond andere sterren. Vooral foto's van de ster Beta Pictoris waren in dat opzicht zeer duidelijk.

De kometengordel rond β Pictoris, waargenomen door IRAS. [Foto: NASA]

Het duurde nog tot 1992 voor het eerste kuiperobject (ook transneptunisch object genoemd) werd ontdekt. David Jewitt en Jane Luu vonden een object van magnitude 23, dat 1992 QB1 werd genoemd. De naam van kuiperobjecten volgt de conventies voor de naamgeving van planetoïden.

Baan

Er zijn drie grote families van kuiperobjecten. De indeling gebeurt op basis van hun positie in het zonnestelsel.

• Klassieke kuiperobjecten liggen op een baan tussen 42 en 48 AE (net buiten de baan van Pluto) en hebben inclinaties tot ongeveer 30°. Het prototype is 1992 QB1, het eerst ontdekte kuiperobject. 1992 QB1 is 320 km groot en lichtjes roodachtig van kleur. Het object heeft een inclinatie van 2,2° en een omloopstijd van 292 jaar. De gemiddelde afstand tot de zon bedraagt 44 AE.

• Een tweede groep zijn de verspreide kuiperobjecten, die een afstand tot de zon hebben tussen 35 en 200 AE, en hebben inclinaties die zeer hoog kunnen liggen. Hun gebied vormt een torus omheen het gebied van de klassieke kuiperobjecten. Hun banen zijn minder stabiel, dus het is waarschijnlijk dat de meeste kometen die het binnenste zonnestelsel bereiken uit deze groep komen.

• Een derde groep kuiperobjecten vormen de zogenaamde Plutino's (kleine Pluto's), die een baan hebben die gelijkaardig is aan die van Pluto: ze bevinden zich op ongeveer 40 AE van de zon, kruisen de baan van Neptunus bij hun apheliumpassage, en hebben een gekoppelde baan met deze planeet van 2:3. Ongeveer een kwart van de kuiperobjecten zijn Plutino's.

Aantal en samenstelling

Tegenwoordig zijn al meer dan 800 kuiperobjecten gevonden, en jaarlijks komen er meer bij. Geschat wordt dat er in totaal een 70 000 kuiperobjecten zijn, variërend in grootte tussen 100 en 1 000 km (Pluto meet 2 320 km in diameter). Daarnaast zijn er wellicht een 200 miljoen kleinere objecten van 10 tot 20 km groot, met ongeveer dezelfde grootte als de kern van de komeet Halley (die zelf, ondanks zijn kortperiodiciteit, wellicht afkomstig is uit de oortwolk). Als we rekening houden met nog kleinere objecten, kan het aantal oplopen tot 6,7 miljard potentiële kometen in de kuipergordel. Daarmee komt de totale massa van de kuipergordel op ongeveer dezelfde als die van de planeet Mercurius.

Het albedo van kuiperobjecten ligt meestal heel erg laag, met een geschatte gemiddelde waarde van 0,04. Het grote kuiperobject Varuna (900 km) heeft een albedo van 0,07, en is duidelijk donkerrood zoals was verwacht. Niet alle kuiperobjecten zijn echter rood, wat doet vermoeden dat er verschillende samenstellingen bestaan.

Voorbeelden

De laatste jaren zijn er tal van kuiperobjecten ontdekt, waarvan een aantal zo groot zijn dat ze in de populaire pers soms zijn aangekondigd als de "tiende planeet". Deze ontdekkingen hebben er ook mee toe bijgedragen dat de IAU Pluto vanaf 2006 niet langer als een planeet beschouwt. Buiten Pluto en Charon zijn tot nu toe de volgende grote kuiperobjecten ontdekt:

• 50000 Quaoar is half zo groot als Pluto, maar groter dan de grootste klassieke planetoide Ceres.
• 20000 Varuna heeft een periode van 3,17 uur. Door deze zeer snelle rotatie is de planetoide waarschijnlijk eerder ellipsvormig dan rond.
• 28978 Ixion is een plutino.
• 90377 Sedna is waarschijnlijk een dwergplaneet met een zeer elliptische baan.
• 136199 Eris is op dit moment de grootst bekende dwergplaneet in het zonnestelsel. Ze is groter dan Pluto, en was de directe aanleiding voor de uiteindelijke beslissing om Pluto uit de lijst van planeten te schrappen. Voor ze officieel als Eris werd aangeduid, werd ze aangeduid met de officieuze naam Xena. Eris heeft ook een begeleider, het maantje Dysnomia.

De centaurs

In 1977 ontdekte Charles Kowal een object tussen Saturnus en Uranus, met een periode van 51 jaar. Het object kreeg de naam Chiron en werd onder het nummer 2060 Chiron als een planetoïde geklasseerd. Toen Chiron in 1988 echter dichter bij de zon kwam, werd hij plots dubbel zo helder, en bleek hij een coma te vertonen. De planetoïde was een komeet geworden! Tegenwoordig is Chiron daarom ook bekend onder de komeetaanduiding 95 P/Chiron.

Baanberekeningen toonden aan dat Chiron nog niet zo lang op zijn baan kan zitten: om de 10 000 jaar komt de planetoïde gevaarlijk dicht in de buurt van Jupiter, een situatie die het object onmogelijk langer dan een paar miljoen jaar kan volhouden. Als Chiron ooit dichter bij de zon komt, zal hij wellicht de helderste komeet ooit worden: met een diameter van 200 km is hij 12 keer groter dan de komeet Halley.

In de jaren '90 werden nog een aantal objecten ontdekt in dezelfde klasse, met banen die tussen de planeten Neptunus en Saturnus lopen en de banen van deze reuzenplaneten regelmatig kruisen. Deze objecten werden centaurs genoemd, naar de mythologische wezens die half-mens en half-paard zijn.

Astronomen vermoeden dat deze centaurs oorspronkelijk kuiperobjecten waren, die door gravitatieschommelingen naar een baan dichter bij de zon zijn gebracht. Ze bieden ons dus een kans om de kuiperobjecten van iets dichterbij te bestuderen. Hun nadering tot de zon heeft echter wel tot gevolg dat hun oppervlak door verdamping erodeert tot een komeetcoma.

Recent werd ontdekt dat er ook buiten de klassieke kuipergordel nog een regio is waar hemellichamen worden aangetroffen. Dit gebied wordt de scattered disc (verspreide schijf) genoemd. Vermoedelijk gaat het om objecten die, net als de centaurs, in de kuipergordel ontstonden, maar die in een baan verder dan de zon terecht zijn gekomen, net andersom als de centaurs dus. Waarschijnlijk zijn ook deze scattered disc objects nog verder onder te verdelen in families. Het bekendste scattered disc object is de dwergplaneet Eris.

Tenslotte zijn er ook nog objecten die voorbij deze scattered disc liggen, midden tussen de kuipergordel en de oortwolk. Een voorbeeld hiervan is de dwergplaneet Sedna. Deze regio wordt soms aangeduid als de extended scattered disc (uitgebreide verspreide schijf), en de hemellichamen als detached objects (losgekomen objecten).

Verwante links

• Triton is een maan van de planeet Neptunus.
• De kuipergordel is een bron van kometen.
• Is iets onduidelijk? Heb je een fout gevonden? Mail ons!

• Triton: Triton op The Nine Planets (Nederlandse vertaling door Infoster)
• Pluto: Pluto op The Nine Planets (Nederlandse vertaling door Infoster)
• Pluto: Pluto als planeet (JPL, NASA)
• Pluto: De ruimtevluchten naar Pluto (NSSDC, NASA)
• The surface of Pluto: Waarnemingen van het oppervlak van Pluto door de Hubble Space Telescope
• New Horizons: de site van de ruimtemissie naar Pluto en de kuipergordel
• List of Transneptunian Objects: een lijst van alle ontdekte kuiperobjecten
• Kuiper Belt: de pagina van David Jewitt, ontdekker van talloze kuiperobjecten