Ở bên ngoài Hệ Mặt Trời, ngoài quỹ đạo của Sao Hải Vương, là một khu vực thấm đẫm các thiên thể và các hành tinh nhỏ. Vùng này được gọi là Vành đai Kuiper, và được đặt tên để vinh danh nhà thiên văn học thế kỷ 20, người đã suy đoán về sự tồn tại của một đĩa như vậy trong nhiều thập kỷ trước khi nó được quan sát. Theo ông, đĩa này là nguồn gốc của nhiều hệ sao chổi và lý do không có hành tinh lớn nào ngoài Sao Hải Vương.
Gerard Kuiper cũng được nhiều người coi là cha đẻ của khoa học hành tinh. Trong những năm 1960 và 70, ông đã đóng một vai trò quan trọng trong sự phát triển của thiên văn học không khí hồng ngoại, một công nghệ dẫn đến nhiều khám phá quan trọng mà không thể sử dụng các đài quan sát trên mặt đất. Đồng thời, ông đã giúp lập danh mục các tiểu hành tinh, khảo sát Mặt trăng, Sao Hỏa và Hệ Mặt trời bên ngoài và phát hiện ra các mặt trăng mới.
Đầu đời:
Gerard Kuiper, nee Gerrit Kuiper, sinh ngày 7 tháng 12 năm 1905, tại làng Harenkarspel ở miền bắc Hà Lan. Khi còn nhỏ, anh ta có thị lực cực kỳ sắc bén và có thể nhìn thấy 7,5 ngôi sao bằng mắt thường (tức là gấp bốn lần so với hầu hết các ngôi sao có thể nhìn thấy bằng mắt thường). Ánh mắt sắc sảo của anh đã thúc đẩy sự quan tâm của anh đối với thiên văn học, điều hiển nhiên từ khi còn nhỏ.
Giáo dục:
Năm 1924, Kuiper bắt đầu học tại Đại học Leiden, nơi nhà thiên văn học người Hà Lan nổi tiếng thế kỷ 17 Christiaan Huygens cũng theo học. Vào thời điểm đó, một số lượng lớn các nhà thiên văn học đã tụ tập tại trường đại học, và Kuiper tiếp tục làm bạn với nhiều người trong số họ. Trong số các giáo viên của ông có nhà thiên văn học người Hà Lan Jan Oort (người được đặt tên là Đám mây Oort) và Paul Ehrenfest, nhà vật lý người Áo-Hà Lan, người đã phát triển lý thuyết chuyển pha của cơ học lượng tử.
Năm 1927, ông nhận bằng B.Sc. trong Thiên văn học và đi thẳng vào nghiên cứu sau đại học của mình. Năm 1933, ông đã hoàn thành luận án tiến sĩ về các ngôi sao nhị phân và sau đó đi đến California để trở thành một đồng nghiệp tại Đài thiên văn Lick. Năm 1935, ông rời đi làm việc tại Đài thiên văn Đại học Harvard, nơi ông gặp người vợ tương lai của mình, Sarah Parker Fuller. Hai người kết hôn vào ngày 20 tháng 6 năm 1936.
Thành tựu trong thiên văn học:
Năm 1937, Kuiper nhận một vị trí tại Đài thiên văn Yerkes tại Đại học Chicago và trở thành công dân Mỹ. Trong vài thập kỷ tiếp theo, ông đã tham gia vào nhiều cuộc khảo sát thiên văn và thực hiện nhiều khám phá tiến bộ trong lĩnh vực khoa học hành tinh. Lần đầu tiên đến vào giữa năm 1944 và 1947, trong khi quan sát Sao Hỏa và Hệ Mặt Trời bên ngoài.
Sử dụng kính viễn vọng trên mặt đất, Kuiper xác nhận sự tồn tại của bầu khí quyển giàu khí mê-tan bên trên Titan (mặt trăng lớn nhất Sao Thổ). Năm 1947, ông đã sử dụng các phương pháp tương tự để khám phá ra rằng carbon dioxide là thành phần chính của bầu khí quyển Mars Mars. Cùng năm đó, ông dự đoán rằng các vành đai Sao Thổ chủ yếu bao gồm các hạt băng và phát hiện ra Miranda, mặt trăng thứ năm của Thiên vương tinh.
Năm 1949, Kuiper đã khởi xướng cuộc điều tra tiểu hành tinh Yerkes-McDonald, một nghiên cứu trắc quang về các tiểu hành tinh được thực hiện bởi Đại học Chicago và Đại học Texas tại Austin, diễn ra từ năm 1950 đến 1952. Vào thời điểm đó, cuộc khảo sát chỉ giới hạn ở 16 tiểu hành tinh , nhưng cũng mở đường cho cuộc khảo sát Palomar-Leiden, mà Kuiper cũng khởi xướng, vào năm 1961.
Nỗ lực hợp tác này liên quan đến Phòng thí nghiệm Mặt trăng và Hành tinh (LPL) ở Arizona, Đài thiên văn Palomar ở San Diego và Đài thiên văn Leiden ở Hà Lan (Kuiper Lát Alma Mater). Cuộc khảo sát này đã sử dụng các tấm ảnh được chụp bởi LPL với máy ảnh 48 inch Schmidt tại Đài thiên văn Palomar.
Khi các hành tinh nhỏ (và các tiểu hành tinh có cường độ lớn hơn 20) được phát hiện, các yếu tố quỹ đạo của chúng được tính toán tại Đài thiên văn Cincinnati, với tất cả các khía cạnh khác của chương trình - bao gồm phân tích các bức ảnh - được thực hiện tại Đài thiên văn Leiden. Cuộc khảo sát này đã dẫn đến việc phát hiện ra một số lượng lớn các tiểu hành tinh, với khoảng 200-400 tiểu hành tinh được phát hiện trên mỗi đĩa và tổng cộng 130 tấm được sử dụng.
Năm 1956, Kuiper đã chứng minh rằng băng cực của Mars Mars không bao gồm carbon dioxide, như đã nghĩ trước đây, và thay vào đó là cấu tạo từ nước đá. Vào những năm 1960, Kuiper cũng đã giúp xác định các địa điểm hạ cánh trên Mặt trăng cho chương trình Apollo và thậm chí còn dự đoán bề mặt của Mặt trăng sẽ như thế nào khi đi bộ. Ông tuyên bố rằng bề mặt mặt trăng sẽ là tuyết giống như tuyết giòn được xác nhận vào năm 1969 bởi phi hành gia Neil Armstrong.
Đó cũng là vào những năm 1960, Kuiper đã có những đóng góp quan trọng của mình cho sự phát triển của thiên văn học không khí hồng ngoại. Năm 1967, máy bay phản lực bốn động cơ Convair 990 của NASA đã có sẵn với một kính viễn vọng trên tàu, được sử dụng để thực hiện các nghiên cứu hồng ngoại ở độ cao 12.192 mét (40.000 feet). Kuiper đã sử dụng nó rộng rãi để thực hiện các nghiên cứu quang phổ về Mặt trời, các ngôi sao và các hành tinh Mặt trời.
Kuiper dành phần lớn sự nghiệp của mình tại Đại học Chicago, nhưng chuyển đến Tucson, Arizona, vào năm 1960 để thành lập Phòng thí nghiệm Mặt trăng và Hành tinh tại Đại học Arizona. Đối với các đồng nghiệp của mình, Gerard được biết đến là một ông chủ khó tính, có thói quen bao gồm công việc khó khăn và thời gian dài. Dale Cruikshank, một nhà khoa học đồng nghiệp làm việc tại LPL dưới thời Kuiper, tuyên bố rằng:
Anh ấy đã làm việc cực kỳ chăm chỉ, và anh ấy đòi hỏi sự cống hiến, tận tâm và nghiêm túc như vậy từ mọi người xung quanh. Nếu họ không đưa ra điều đó, hoặc nếu họ không biểu diễn, họ đã chạy theo anh ta. Điều đó áp dụng cho sinh viên. Nó cũng áp dụng cho các giảng viên, cộng sự kỹ thuật và kỹ sư - bất kỳ ai xung quanh anh ta. Nhưng đồng thời, anh ta có một khía cạnh hài hước, một khía cạnh ấm áp, một khía cạnh cá nhân theo một cách nào đó hấp dẫn.
Nhưng trong khi khó khăn để làm việc cùng, Kuiper cũng được biết đến là người có tính tình ấm áp và khiếu hài hước. Anh ấy cũng tự hào về sự hiểu biết và bao quanh mình với những người biết những điều mà anh ấy không biết. Kuiper là giám đốc phòng thí nghiệm cho đến khi ông qua đời vào năm 1973.
Vành đai Kuiper:
Sự tồn tại có thể có của một quần thể vật thể xuyên sao Hải Vương đã được suy đoán từ ngay sau khi phát hiện ra Sao Diêm Vương vào năm 1930. Một trong những người đầu tiên là nhà thiên văn học Armin O. Leuschner, người vào năm 1930 cho rằng Sao Diêm Vương có thể là một trong nhiều các đối tượng hành tinh thời kỳ chưa được khám phá.
Năm 1943, trong Tạp chí của Hiệp hội Thiên văn học Anh, Kenneth Edgeworth tiếp tục giải thích về chủ đề này, cho rằng vật chất trong tinh vân mặt trời nguyên thủy ngoài Sao Hải Vương được đặt quá rộng để ngưng tụ thành các hành tinh, và vì thế cô đọng lại thành vô số các vật thể nhỏ hơn.
Năm 1951, trong một bài viết cho tạp chí Vật lý thiên văn, Gerard Kuiper suy đoán làm thế nào một đĩa tương tự có thể hình thành sớm trong quá trình tiến hóa của Hệ mặt trời. Thỉnh thoảng, một trong những vật thể trong đĩa này sẽ đi lang thang vào Hệ Mặt trời bên trong và trở thành sao chổi, do đó, ông giải thích nguồn gốc của sao chổi trong khi đưa ra lời giải thích tại sao không có hành tinh lớn nào ngoài Sao Hải Vương.
Tuy nhiên, phải mất nhiều thập kỷ trước khi sự tồn tại của đĩa này được chứng minh và một cái tên được đặt cho nó. Bước đầu tiên đến vào năm 1980, khi nhà thiên văn học người Uruguay Julio Fernández gửi một bài báo cho Thông báo hàng tháng của Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia, trong đó ông suy đoán rằng một vành đai sao chổi nằm trong khoảng từ 35 đến 50 AU sẽ được yêu cầu để tính số lượng sao chổi quan sát được . Đó là bài báo mà các nhà thiên văn học sau này sẽ rút ra khi đến lúc đặt tên cho vành đai.
Năm 1987, nhà thiên văn học David Jewitt của MIT và sinh viên tốt nghiệp Jane Lưu bắt đầu sử dụng kính viễn vọng tại Đài quan sát quốc gia Kitt Peak ở Arizona và Đài thiên văn liên Mỹ Cerro Tololo ở Chile để tìm kiếm Hệ mặt trời bên ngoài. Sau năm năm tìm kiếm, vào ngày 30 tháng 8 năm 1992, Jewitt và Lưu đã công bố khám phá về khám phá của ứng cử viên vành đai Kuiper đối tượng (15760) 1992 QB1. Sáu tháng sau, họ phát hiện ra một vật thể thứ hai trong khu vực, (181708) 1993 FW, và nhiều thứ nữa theo sau.
Tương tự, vào năm 1988, một nhóm các nhà thiên văn học người Canada (nhóm của Martin Duncan, Tom Quinn và Scott Tremaine) đã bắt đầu chạy các mô phỏng máy tính xác định rằng đám mây Oort không thể giải thích cho tất cả các sao chổi trong thời gian ngắn. Với một vành đai của người Hồi giáo, như Fernández đã mô tả nó, được thêm vào các công thức, các mô phỏng phù hợp với các quan sát.
Trong bài báo năm 1988 của họ, Tremaine và các đồng nghiệp đã đề cập đến khu vực giả thuyết ngoài Sao Hải Vương là Vành đai Kuiper Vành đai, dường như do thực tế rằng Fernández đã sử dụng từ ngữ Ku Kuiper và đai comet vành đai trong câu mở đầu của bài báo. Trong khi đây vẫn là tên chính thức, các nhà thiên văn học đôi khi sử dụng tên thay thế là Ed Edewew-Kuiper Belt tựa để ghi nhận Edgeworth cho công trình lý thuyết trước đây của mình.
Cái chết và di sản:
Gerard Kuiper qua đời năm 1973 khi đang đi nghỉ cùng vợ ở Mexico, nơi anh bị một cơn đau tim nghiêm trọng. Vì có nhiều thành tựu và lịch sử làm việc lâu dài trong lĩnh vực thiên văn học, ông đã nhận được nhiều giải thưởng trong những năm qua. Chúng bao gồm việc đặt tên Vành đai Kuiper để vinh danh ông, cũng như đặt tên cho vật thể vành đai tiểu hành tinh 2520 PTHER L theo tên ông (còn gọi là 1776 Kuiper).
Ba miệng núi lửa cũng đã được đặt tên để vinh danh ông - miệng núi lửa Kuiper trên Mặt trăng, miệng núi lửa Kuiper trên Sao Hỏa và miệng núi lửa Kuiper trên Sao Thủy. Nhờ vào công việc của mình trong ngành thiên văn học trên không, Đài thiên văn Kuiper hiện đang ngừng hoạt động (KAO) - một chiếc Starlifter Lockheed C-141A được điều chỉnh cao mang kính viễn vọng 91,5 cm (36 inch) - cũng được đặt theo tên ông.
Giải thưởng Kuiper cũng được đặt theo tên ông, và là giải thưởng nổi bật nhất được trao bởi Bộ phận Khoa học Hành tinh của Hiệp hội Thiên văn học Hoa Kỳ. Giải thưởng được trao hàng năm cho các nhà khoa học có thành tựu trọn đời đã nâng cao hiểu biết của chúng ta về khoa học hành tinh.
Những người giành được giải thưởng này bao gồm Carl Sagan, James Van Allen (khám phá Vành đai bức xạ Van Allen trên Trái đất) và Eugene Shoemaker (người đồng phát hiện ra Comet Shoemaker Muff Levy 9 cùng với vợ Carolyn S. Shoemaker và David H. Levy).
Vì sự lãnh đạo tận tụy của ông tại Phòng thí nghiệm Mặt trăng và Hành tinh, một trong ba tòa nhà tạo nên cơ sở (Tòa nhà Khoa học Vũ trụ Kuiper, được hiển thị ở trên) đã được đặt tên để vinh danh ông. Và một trăm năm sau khi sinh ra Gerard, NASA Voi Những chân trời mới Nhiệm vụ đang trên đường đến khu vực Vành đai Kuiper trong Hệ Mặt trời của chúng ta, như là một phần của nhiệm vụ nghiên cứu Sao Diêm Vương và mặt trăng Charon của nó.
Tiến sĩ Richard Binzel, đồng điều tra viên và giáo sư của New Horizons tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), thừa nhận nhóm của ông đã tìm đến nhà khoa học đã ra đi. Ông Ku Kuiper là một trong những nhà khoa học đầu tiên tập trung hầu hết vào việc khám phá các tính chất của các hành tinh, ông nói. Công việc của ông đã đặt nền móng cho các nhiệm vụ tàu vũ trụ vào cuối thế kỷ 20 và đầu thế kỷ 21.
Trong suốt cuộc đời của mình, Kuiper cũng nhận được nhiều phần thưởng trong sự công nhận cho công việc của mình. Năm 1947, ông được Hiệp hội Thiên văn Pháp trao tặng Giải thưởng Jules Janssen, đây là vinh dự cao nhất của họ. Năm 1959, Hiệp hội Thiên văn học Hoa Kỳ đã trao cho ông Bài giảng Henry Norris Russell, để ghi nhận nhiều năm nghiên cứu thiên văn của ông. Và vào năm 1971, Kuiper đã nhận được Huy chương Vàng Kepler từ Hiệp hội vì sự tiến bộ của khoa học Hoa Kỳ và Viện Franklin.
Khi chúng ta tiến lên phía trước trong việc khám phá Hệ mặt trời, chúng ta không thể từ chối khoản nợ lớn mà chúng ta nợ Gerard Kuiper. Những gì chúng ta biết về Sao Hỏa và Titan, và khả năng cư trú tiềm năng của chúng, dựa trên Kuiper, làm việc với thiên văn học hồng ngoại và quang phổ. Không có anh ta, các nhiệm vụ Apollo có thể đã không xảy ra, và kiến thức của chúng ta về các tiểu hành tinh và Hệ Mặt trời bên ngoài sẽ bị giảm đi rất nhiều.
Người ta có thể tưởng tượng rằng khi chúng ta bắt đầu nghiên cứu Vành đai Kuiper chi tiết hơn, và bắt đầu lập danh mục cho nhiều, rất nhiều đối tượng bên trong, nhiều người sẽ mang những cái tên gọi Kuiper vĩ đại quá cố.
Chúng tôi đã viết nhiều bài viết về Gerard Kuiper cho Tạp chí Vũ trụ. Ở đây, một bài viết về Vành đai Kuiper, và ở đây, một bài viết về Giả thuyết Protoplanet.
Nếu bạn thích những thông tin khác về Gerard Kuiper, hãy xem bài viết của NASA trên trang Gerard Kuiper và trang của Phòng thí nghiệm Mặt trăng và Hành tinh trên trang của anh ấy.
Chúng tôi cũng đã ghi lại toàn bộ tập phim Thiên văn học đúc tất cả về các hành tinh lùn. Nghe ở đây, Tập 194: Các hành tinh lùn.
