Kuiperbälte

Kända objekt i Kuiperbältet bortom Neptunus omloppsbana. (Skala i AU ; epok från och med januari 2015.)

J
S
U
N

Neptuntrojaner Resonant Kuiperbälte Klassiskt Kuiperbälte Spridd skiva

Avstånd men inte storlekar är skalenliga. Den gula skivan är ungefär lika stor som Mars omloppsbana. Källa: Minor Planet Center , www .cfeps .net och andra

Kuiperbältet ( / ˈkaɪpər som ( AU astronomiska . / ) är en cirkumstellär skiva i det yttre solsystemet , sträcker sig från Neptunus omloppsbana vid 30 enheter ) till ungefär 50 AU från solen Det liknar asteroidbältet , men är mycket större – 20 gånger så brett och 20–200 gånger så massivt . Liksom asteroidbältet består det huvudsakligen av små kroppar eller rester från när solsystemet bildades . Medan många asteroider i första hand består av vagga och belägger med metall , består de flesta Kuiper kuter anmärker till stor del av frusna flyktiga ämnen (som kallas "isar"), såsom metan , ammoniak och vatten . Kuiperbältet är hem för de flesta objekt som astronomer i allmänhet accepterar som dvärgplaneter : Orcus , Pluto , Haumea , Quaoar och Makemake . Några av solsystemets månar , som Neptunus Triton och Saturnus Phoebe , kan ha sitt ursprung i regionen.

Kuiperbältet är uppkallat efter den holländska astronomen Gerard Kuiper , även om han inte förutspådde dess existens. 1992 den mindre planeten (15760) Albion , det första Kuiperbältsobjektet (KBO) sedan Pluto (1930) och Charon (1978). Sedan upptäckten har antalet kända KBO ökat till tusentals, och mer än 100 000 KBOs över 100 km (62 mi) i diameter tros existera. Kuiperbältet ansågs ursprungligen vara huvudförvaret för periodiska kometer , de med omloppsbanor som varar mindre än 200 år. Studier sedan mitten av 1990-talet har visat att bältet är dynamiskt stabilt och att kometernas verkliga ursprung är den spridda skivan , en dynamiskt aktiv zon skapad av Neptunus rörelse utåt för 4,5 miljarder år sedan; Spridda skivobjekt som Eris har extremt excentriska banor som tar dem så långt som 100 AU från solen.

Kuiperbältet skiljer sig från det hypotetiska Oort-molnet , som tros vara tusen gånger mer avlägset och mestadels sfäriskt. Objekten i Kuiperbältet, tillsammans med medlemmarna av den spridda skivan och eventuella potentiella Hills-moln- eller Oort-molnobjekt, kallas gemensamt för trans-neptuniska objekt (TNO). Pluto är den största och mest massiva medlemmen av Kuiperbältet och den största och näst mest massiva kända TNO, endast överträffad av Eris i den spridda skivan. Ursprungligen betraktad som en planet, gjorde Plutos status som en del av Kuiperbältet att den omklassificerades till en dvärgplanet 2006. Den liknar sammansättningen många andra föremål i Kuiperbältet, och dess omloppsperiod är karakteristisk för en klass av KBOs, känd som " plutinos ", som delar samma 2:3- resonans med Neptunus.

Kuiperbältet och Neptunus kan behandlas som en markör för solsystemets utbredning, alternativen är heliopausen och det avstånd på vilket solens gravitationsinflytande matchas med andra stjärnors (uppskattningsvis mellan 50 000 AU och 125 000 ) AU ).

Historia

Pluto och Charon

Efter upptäckten av Pluto 1930 spekulerade många att den kanske inte var ensam. Regionen som nu kallas Kuiperbältet antogs i olika former i årtionden. Det var först 1992 som det första direkta beviset för dess existens hittades. Antalet och variationen av tidigare spekulationer om Kuiperbältets natur har lett till fortsatt osäkerhet om vem som förtjänar beröm för att ha föreslagit det först.

Hypoteser

Den första astronomen som antydde att det fanns en trans-Neptunisk befolkning var Frederick C. Leonard . Strax efter Plutos upptäckt av Clyde Tombaugh 1930, funderade Leonard på om det inte var "sannolikt att det i Pluto har kommit fram i ljuset av den första av en serie ultra-neptuniska kroppar, vars återstående medlemmar fortfarande väntar på upptäckt men som är avsedda så småningom att upptäckas". Samma år föreslog astronomen Armin O. Leuschner att Pluto "kan vara ett av många långa planetariska objekt som ännu inte har upptäckts."

Astronomen Gerard Kuiper , efter vilken Kuiperbältet är uppkallat

År 1943, i Journal of the British Astronomical Association, antog Kenneth Edgeworth hypotesen att, i regionen bortom Neptunus , var materialet i den ursprungliga solnebulosan för brett fördelat för att kondenseras till planeter, och därför kondenserades snarare till en myriad av mindre kroppar. Av detta drog han slutsatsen att "det yttre området av solsystemet, bortom planeternas banor, är ockuperat av ett mycket stort antal jämförelsevis små kroppar" och att, då och då, en av deras antal "vandrar från sin egen sfär och dyker upp som en tillfällig besökare i det inre solsystemet", blir en komet .

1951, i en artikel i Astrophysics: A Topical Symposium , spekulerade Gerard Kuiper om att en liknande skiva hade bildats tidigt i solsystemets evolution, men han trodde inte att ett sådant bälte fortfarande existerade idag. Kuiper verkade utifrån antagandet, som var vanligt på sin tid, att Pluto var lika stor som jorden och därför hade spridit dessa kroppar ut mot Oorts moln eller ut ur solsystemet. Om Kuipers hypotes var korrekt skulle det inte finnas något Kuiperbälte idag.

Hypotesen tog många andra former under de följande decennierna. 1962 postulerade fysikern Al GW Cameron existensen av "en enorm massa av litet material i utkanten av solsystemet". 1964 Fred Whipple , som populariserade den berömda " smutsiga snöbollshypotesen " för kometstruktur, att ett "kometbälte" kunde vara tillräckligt massivt för att orsaka de påstådda avvikelserna i Uranus omloppsbana som hade utlöst sökandet efter Planet X , eller , åtminstone tillräckligt massiv för att påverka banorna för kända kometer. Observation uteslöt denna hypotes.

1977 upptäckte Charles Kowal 2060 Chiron , en isig planetoid med en bana mellan Saturnus och Uranus. Han använde en blinkkomparator , samma enhet som hade gjort det möjligt för Clyde Tombaugh att upptäcka Pluto nästan 50 år tidigare. 1992 upptäcktes ett annat objekt, 5145 Pholus , i en liknande omloppsbana. Idag är det känt att en hel population av kometliknande kroppar, kallade kentaurerna, finns i området mellan Jupiter och Neptunus. Kentaurernas banor är instabila och har en dynamisk livslängd på några miljoner år. Från tiden för Chirons upptäckt 1977 har astronomer spekulerat i att kentaurerna därför ofta måste fyllas på av någon yttre reservoar.

Ytterligare bevis för existensen av Kuiperbältet framkom senare från studiet av kometer. Att kometer har begränsad livslängd har varit känt sedan en tid tillbaka. När de närmar sig solen, får dess värme att sublimera deras flyktiga ytor till rymden och gradvis sprida dem. För att kometer ska fortsätta att vara synliga över solsystemets ålder måste de fyllas på ofta. Ett förslag för ett sådant område för påfyllning är Oorts moln , möjligen en sfärisk svärm av kometer som sträcker sig över 50 000 AU från solen som först antogs av den holländska astronomen Jan Oort 1950. Oortmolnet tros vara ursprungspunkten för lång- periodkometer , som är de, som Hale–Bopp , med banor som varar i tusentals år.

Det finns en annan kometpopulation, känd som kortperiodiska eller periodiska kometer , bestående av de kometer som, precis som Halleys komet , har omloppsperioder på mindre än 200 år. På 1970-talet blev hastigheten med vilken kortperiodiga kometer upptäcktes allt mer inkonsekvent med att de enbart hade uppstått från Oorts moln. För att ett molnobjekt från Oort ska bli en kortperiodisk komet måste det först fångas av jätteplaneterna. I en tidning publicerad i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 1980, uttalade den uruguayanske astronomen Julio Fernández att för varje kortperiodisk komet som skickas in i det inre solsystemet från Oorts moln, måste 600 kastas ut i det interstellära rymden . Han spekulerade i att ett kometbälte från mellan 35 och 50 AU skulle krävas för att redogöra för det observerade antalet kometer. För att följa upp Fernández arbete, 1988 körde det kanadensiska teamet av Martin Duncan, Tom Quinn och Scott Tremaine ett antal datorsimuleringar för att avgöra om alla observerade kometer kunde ha kommit från Oorts moln. De fann att Oorts moln inte kunde stå för alla kortperiodiska kometer, särskilt som kortperiodiska kometer är samlade nära solsystemets plan, medan Oort-molnets kometer tenderar att anlända från vilken punkt som helst på himlen. Med ett "bälte", som Fernández beskrev det, lagt till formuleringarna, matchade simuleringarna observationer. Enligt uppgift på grund av att orden "Kuiper" och "kometbälte" förekom i den inledande meningen i Fernández tidning, döpte Tremaine denna hypotetiska region till "Kuiperbältet".

Upptäckt

Uppsättningen av teleskop på toppen av Mauna Kea , med vilken Kuiperbältet upptäcktes

1987 blev astronomen David Jewitt, då vid MIT , alltmer förbryllad över "det yttre solsystemets skenbara tomhet". Han uppmuntrade den dåvarande doktoranden Jane Luu att hjälpa honom i hans strävan att lokalisera ett annat föremål bortom Plutos bana, för, som han sa till henne, "Om vi inte gör det, kommer ingen att göra det." Med hjälp av teleskop vid Kitt Peak National Observatory i Arizona och Cerro Tololo Inter-American Observatory i Chile genomförde Jewitt och Luu sin sökning på ungefär samma sätt som Clyde Tombaugh och Charles Kowal hade, med en blinkkomparator . Ursprungligen tog undersökningen av varje par plattor cirka åtta timmar, men processen snabbades upp med ankomsten av elektroniska laddningskopplade enheter eller CCD:er, som, även om deras synfält var smalare, inte bara var mer effektiva när det gäller att samla ljus ( de behöll 90 % av ljuset som träffade dem, snarare än de 10 % som uppnåddes av fotografier) men tillät att blinkningsprocessen gjordes virtuellt, på en datorskärm. Idag utgör CCD:er basen för de flesta astronomiska detektorer. 1988 flyttade Jewitt till Institute of Astronomy vid University of Hawaii . Luu gick senare med honom för att arbeta vid University of Hawaiis 2,24 m teleskop vid Mauna Kea . Så småningom hade synfältet för CCD:er ökat till 1024 gånger 1024 pixlar, vilket gjorde att sökningar kunde utföras mycket snabbare. Slutligen, efter fem års sökande, tillkännagav Jewitt och Luu den 30 augusti 1992 "Upptäckt av kandidaten Kuiperbältesobjekt 1992 QB ₁ ". Detta objekt skulle senare få namnet 15760 Albion. Sex månader senare upptäckte de ett andra föremål i regionen, (181708) 1993 FW . År 2018 hade över 2000 Kuiperbältesobjekt upptäckts.

Över tusen kroppar hittades i ett bälte under de tjugo åren (1992–2012), efter att ha hittat 1992 QB ₁ (namngiven 2018, 15760 Albion), som visar ett stort bälte av kroppar mer än bara Pluto och Albion. På 2010-talet är Kuiperbältets fulla omfattning och karaktär i stort sett okänd. Slutligen, i slutet av 2010-talet, flögs två KBO:ar tätt förbi av en obemannad rymdfarkost, vilket gav mycket närmare observationer av det Plutoniska systemet och en annan KBO.

Studier gjorda sedan den trans-neptuniska regionen först kartlades har visat att den region som nu kallas Kuiperbältet inte är ursprungspunkten för kortperiodiska kometer, utan att de istället härrör från en sammankopplad population som kallas den spridda skivan . Den spridda skivan skapades när Neptunus migrerade utåt in i proto-Kuiperbältet, som vid den tiden låg mycket närmare solen, och lämnade i dess spår en population av dynamiskt stabila objekt som aldrig kunde påverkas av dess omloppsbana (Kuiperbältet) korrekt), och en population vars perihelia är tillräckligt nära för att Neptunus fortfarande kan störa dem när den färdas runt solen (den spridda skivan). Eftersom den spridda skivan är dynamiskt aktiv och Kuiperbältet relativt dynamiskt stabil, ses nu den spridda skivan som den mest troliga ursprungspunkten för periodiska kometer.

namn

Astronomer använder ibland det alternativa namnet Edgeworth–Kuiper-bälte för att kreditera Edgeworth, och KBO:er kallas ibland EKO. Brian G. Marsden hävdar att ingen av dem förtjänar sann beröm: "Varken Edgeworth eller Kuiper skrev om något liknande det vi nu ser, men Fred Whipple gjorde det". David Jewitt kommenterar: "Om något ... Fernández förtjänar nästan äran för att ha förutspått Kuiperbältet."

KBOs kallas ibland "kuiperoids", ett namn som föreslagits av Clyde Tombaugh . Termen " trans-neptuniskt objekt " (TNO) rekommenderas för objekt i bältet av flera vetenskapliga grupper eftersom termen är mindre kontroversiell än alla andra - det är dock inte en exakt synonym , eftersom TNO inkluderar alla objekt som kretsar runt solen förbi solen. Neptunus omloppsbana , inte bara de i Kuiperbältet.

Strukturera

I sin största utsträckning (men exklusive den spridda skivan), inklusive dess ytterområden, sträcker sig Kuiperbältet från ungefär 30–55 AU. Bältets huvuddel är allmänt accepterad att sträcka sig från medelrörelseresonansen 2:3 ( se nedan ) vid 39,5 AU till 1:2-resonansen vid ungefär 48 AU. Kuiperbältet är ganska tjockt, med huvudkoncentrationen som sträcker sig så mycket som tio grader utanför ekliptikplanet och en mer diffus fördelning av föremål som sträcker sig flera gånger längre. Sammantaget liknar den mer en torus eller munk än ett bälte. Dess medelposition lutar mot ekliptikan med 1,86 grader.

Närvaron av Neptunus har en djupgående effekt på Kuiperbältets struktur på grund av orbitala resonanser . Under en tidsskala som är jämförbar med solsystemets ålder, destabiliserar Neptunus gravitation banorna för alla objekt som råkar ligga i vissa regioner, och skickar dem antingen in i det inre solsystemet eller ut i den spridda skivan eller det interstellära rymden . Detta gör att Kuiper-bältet har uttalade luckor i sin nuvarande layout, liknande Kirkwood-luckan i asteroidbältet . I området mellan 40 och 42 AU, till exempel, kan inga objekt behålla en stabil omloppsbana under sådana tider, och alla observerade i den regionen måste ha migrerat dit relativt nyligen.

De olika dynamiska klasserna av trans-neptuniska objekt.

Klassiskt bälte

Mellan 2:3 och 1:2 resonanserna med Neptunus, vid ungefär 42–48 AU, sker gravitationsinteraktionerna med Neptunus över en längre tidsskala, och objekt kan existera med sina banor i huvudsak oförändrade. Denna region är känd som det klassiska Kuiperbältet , och dess medlemmar utgör ungefär två tredjedelar av KBOs som hittills observerats. Eftersom den första moderna KBO som upptäcktes ( Albion , men länge kallad (15760) 1992 QB ₁ ), anses vara prototypen för denna grupp, kallas klassiska KBO ofta som cubewanos ("QB-1-os"). Riktlinjerna som fastställts av IAU kräver att klassiska KBO får namn på mytologiska varelser som är förknippade med skapelsen.

Det klassiska Kuiperbältet verkar vara en sammansättning av två separata populationer. Den första, känd som den "dynamiskt kalla" befolkningen, har omloppsbanor ungefär som planeterna; nästan cirkulära, med en orbital excentricitet på mindre än 0,1 och med relativt låga lutningar upp till cirka 10° (de ligger nära solsystemets plan snarare än i en vinkel). Den kalla populationen innehåller också en koncentration av föremål, kallad kärnan, med halvstora axlar på 44–44,5 AU. Den andra, den "dynamiskt heta" befolkningen, har banor som är mycket mer lutande mot ekliptikan, med upp till 30°. De två populationerna har namngivits på detta sätt inte på grund av någon större skillnad i temperatur, utan från analogi till partiklar i en gas, som ökar deras relativa hastighet när de blir uppvärmda. Inte bara är de två populationerna i olika banor, den kalla populationen skiljer sig också i färg och albedo , är rödare och ljusare, har en större del av binära objekt, har en annan storleksfördelning och saknar mycket stora objekt. Massan av den dynamiskt kalla befolkningen är ungefär 30 gånger mindre än massan av den varma. Skillnaden i färger kan vara en återspegling av olika kompositioner, vilket tyder på att de bildades i olika regioner. Den heta befolkningen föreslås ha bildats nära Neptunus ursprungliga omloppsbana och ha spridits ut under migrationen av jätteplaneterna. Den kalla populationen, å andra sidan, har föreslagits ha bildats mer eller mindre i sin nuvarande position eftersom de lösa binärerna sannolikt inte skulle överleva möten med Neptunus. Även om Nice-modellen verkar kunna åtminstone delvis förklara en sammansättningsskillnad, har det också föreslagits att färgskillnaden kan återspegla skillnader i ytevolution.

Resonanser

Fördelning av cubewanos (blå), resonanta trans-neptuniska objekt (röd), Sednoider (gul) och spridda objekt (grå)

Banklassificering (schematisk över halvstora axlar )

När ett objekts omloppsperiod är ett exakt förhållande mellan Neptunus (en situation som kallas medelrörelseresonans ), kan den låsas i en synkroniserad rörelse med Neptunus och undvika att störas bort om deras relativa justeringar är lämpliga. Om till exempel ett föremål kretsar runt solen två gånger för var tredje Neptunus omloppsbana, och om det når perihelium med Neptunus en fjärdedels omloppsbana bort från den, så kommer Neptunus alltid att vara i ungefär samma relativa position när det återvänder till perihelium. som den började, eftersom den kommer att ha genomfört 1 + 1 ⁄ 2 omlopp på samma tid. Detta är känt som 2:3 (eller 3:2) resonans, och det motsvarar en karakteristisk halvstor axel på cirka 39,4 AU. Denna 2:3-resonans är befolkad av cirka 200 kända objekt, inklusive Pluto tillsammans med dess månar . Som ett erkännande av detta är medlemmarna i denna familj kända som plutinos . Många plutinos, inklusive Pluto, har banor som korsar Neptunus, även om deras resonans betyder att de aldrig kan kollidera. Plutinos har höga orbitala excentriciteter, vilket tyder på att de inte är infödda i sina nuvarande positioner utan istället kastades slumpmässigt in i sina banor av den migrerande Neptunus. IAU:s riktlinjer dikterar att alla plutinos måste, precis som Pluto, namnges efter underjordiska gudar. 1:2-resonansen (vars objekt genomför en halv omloppsbana för var och en av Neptunus) motsvarar semi-storaxlar på ~47,7 AU, och är glest befolkad. Dess invånare kallas ibland för twotinos . Andra resonanser finns också vid 3:4, 3:5, 4:7 och 2:5. Neptunus har ett antal trojanska objekt , som upptar dess lagrangiska punkter , gravitationsstabila områden som leder och följer den i dess omloppsbana. Neptunus trojaner är i en 1:1 medelrörelseresonans med Neptunus och har ofta mycket stabila banor.

Dessutom finns det en relativ frånvaro av objekt med halvstora axlar under 39 AU som tydligen inte kan förklaras av nuvarande resonanser. Den för närvarande accepterade hypotesen för orsaken till detta är att när Neptunus migrerade utåt, rörde sig instabila orbitala resonanser gradvis genom denna region, och sålunda sopades alla föremål inom den upp eller slängdes ut från den genom gravitation.

Kuiperklippan

Histogram över de halvstora axlarna av Kuiperbältsobjekt med lutningar över och under 5 grader. Spikar från plutinos och "kärnan" är synliga vid 39–40 AU och 44 AU.

1 :2-resonansen vid 47,8 AU verkar vara en kant bortom vilken få objekt är kända. Det är inte klart om det faktiskt är ytterkanten av det klassiska bältet eller bara början på en bred lucka. Objekt har upptäckts vid 2:5-resonansen vid ungefär 55 AU, långt utanför det klassiska bältet; förutsägelser av ett stort antal kroppar i klassiska banor mellan dessa resonanser har inte verifierats genom observation.

Baserat på uppskattningar av den urmassa som krävs för att bilda Uranus och Neptunus, såväl som kroppar så stora som Pluto (se § Massa och storleksfördelning ) , hade tidigare modeller av Kuiperbältet föreslagit att antalet stora föremål skulle öka med en faktor av två bortom 50 AU, så detta plötsliga drastiska fall, känd som Kuiperklippan, var oväntat, och hittills är orsaken okänd. Bernstein, Trilling, et al. (2003) fann bevis för att den snabba minskningen av objekt med 100 km eller mer i radie bortom 50 AU är verklig och inte på grund av observationsbias . Möjliga förklaringar inkluderar att material på det avståndet var för litet eller för spritt för att samlas in i stora föremål, eller att efterföljande processer tog bort eller förstörde de som gjorde det. Patryk Lykawka från Kobe University hävdade att gravitationsattraktionen hos ett osynligt stort planetariskt objekt , kanske lika stor som Jorden eller Mars , kan vara ansvarig.

Ursprung

Simulering som visar yttre planeter och Kuiperbältet: (a) före Jupiter/Saturnus 1:2 resonans, (b) spridning av Kuiperbältsobjekt in i solsystemet efter Neptunus omloppsförskjutning, (c) efter utstötning av Kuiperbältets kroppar av Jupiter

Kuiperbältet (grönt), i solsystemets utkanter

Det exakta ursprunget till Kuiperbältet och dess komplexa struktur är fortfarande oklara, och astronomer väntar på att flera bredfältsundersökningsteleskop som Pan-STARRS och framtida LSST ska avslöja många för närvarande okända KBO:er. Dessa undersökningar kommer att tillhandahålla data som hjälper till att avgöra svaren på dessa frågor. Pan-STARRS 1 avslutade sitt primära vetenskapsuppdrag 2014, och alla data från Pan-STARRS 1-undersökningarna publicerades 2019, vilket hjälpte till att avslöja många fler KBO:er.

Kuiperbältet tros bestå av planetesimaler , fragment från den ursprungliga protoplanetariska skivan runt solen som misslyckades med att helt sammansmälta till planeter och istället bildades till mindre kroppar, den största mindre än 3 000 kilometer (1 900 mi) i diameter. Studier av kraterräkningarna på Pluto och Charon avslöjade en brist på små kratrar, vilket tyder på att sådana föremål bildades direkt som stora föremål i intervallet tiotals kilometer i diameter snarare än att de samlades upp från mycket mindre, ungefär kilometerskaliga kroppar. Hypotetiska mekanismer för bildandet av dessa större kroppar inkluderar gravitationskollapsen av moln av småsten koncentrerade mellan virvlar i en turbulent protoplanetarisk skiva eller i strömningsinstabiliteter . Dessa kollapsande moln kan splittras och bilda binärer.

Moderna datorsimuleringar visar att Kuiperbältet har varit starkt påverkat av Jupiter och Neptunus , och antyder också att varken Uranus eller Neptunus kunde ha bildats i sina nuvarande positioner, eftersom det fanns för lite urmateria i det området för att producera föremål med så hög massa. Istället beräknas dessa planeter ha bildats närmare Jupiter. Spridning av planetesimaler tidigt i solsystemets historia skulle ha lett till migration av de jättelika planeternas banor: Saturnus , Uranus och Neptunus drev utåt, medan Jupiter drev inåt. Så småningom skiftade banorna till den punkt där Jupiter och Saturnus nådde en exakt 1:2-resonans; Jupiter kretsade runt solen två gånger för varje Saturnus omloppsbana. De gravitationsmässiga återverkningarna av en sådan resonans destabiliserade slutligen Uranus och Neptunus banor, vilket fick dem att spridas utåt på banor med hög excentricitet som korsade den ursprungliga planetesimala skivan.

Medan Neptunus bana var mycket excentrisk, överlappade dess medelrörelseresonanser och planetesimalernas banor utvecklades kaotiskt, vilket gjorde att planetesimalerna kunde vandra utåt så långt som till Neptunus 1:2-resonans för att bilda ett dynamiskt kallt bälte av objekt med låg lutning. Senare, efter att dess excentricitet minskat, expanderade Neptunus bana utåt mot sin nuvarande position. Många planetesimaler fångades in i och förblir i resonanser under denna migration, andra utvecklades till banor med högre lutning och lägre excentricitet och flydde från resonanserna till stabila banor. Många fler planetesimaler var utspridda inåt, med små fraktioner som fångades som Jupiter-trojaner, som oregelbundna satelliter som kretsade kring jätteplaneterna och som asteroider för yttre bältet. Resten spreds utåt igen av Jupiter och kastades i de flesta fall ut från solsystemet, vilket minskade den ursprungliga Kuiperbältets befolkning med 99% eller mer.

Den ursprungliga versionen av den för närvarande mest populära modellen, " Nice-modellen ", återger många egenskaper hos Kuiperbältet, såsom de "kalla" och "heta" populationerna, resonansobjekt och en spridd skiva, men den kan fortfarande inte ta hänsyn till några av egenskaperna hos deras distributioner. Modellen förutsäger en högre genomsnittlig excentricitet i klassiska KBO-banor än vad som observeras (0,10–0,13 mot 0,07) och dess förutspådda lutningsfördelning innehåller för få objekt med hög lutning. Dessutom utgör frekvensen av binära objekt i det kalla bältet, av vilka många är långt ifrån varandra och löst bundna, också ett problem för modellen. Dessa förutspås ha separerats under möten med Neptunus, vilket leder till att vissa föreslår att den kalla skivan bildades på sin nuvarande plats, som representerar den enda verkligt lokala populationen av små kroppar i solsystemet.

En ny modifiering av Nice-modellen har gjort att solsystemet börjar med fem gigantiska planeter, inklusive en extra isjätte , i en kedja av medelrörelseresonanser. Cirka 400 miljoner år efter bildandet av solsystemet är resonanskedjan bruten. Istället för att vara utspridda i skivan, migrerar isjättarna först flera AU utåt. Denna divergerande migration leder så småningom till en resonanskorsning, vilket destabiliserar planeternas banor. Den extra isjätten möter Saturnus och sprids inåt på en Jupiter-korsande bana och kastas ut från solsystemet efter en serie möten. De återstående planeterna fortsätter sedan sin migration tills planetesimalskivan nästan är uttömd med små fraktioner kvar på olika platser.

Liksom i den ursprungliga Nice-modellen fångas objekt i resonanser med Neptunus under dess utvandring. Vissa stannar kvar i resonanserna, andra utvecklas till banor med högre lutning, lägre excentricitet och släpps ut på stabila banor som bildar det dynamiskt varma klassiska bältet. Det varma bältets lutningsfördelning kan reproduceras om Neptunus migrerade från 24 AU till 30 AU på en tidsskala på 30 Myr. När Neptunus migrerar till 28 AU har den ett gravitationsmöte med den extra isjätten. Objekt som fångas från det kalla bältet till 1:2 medelrörelseresonansen med Neptunus lämnas kvar som en lokal koncentration vid 44 AU när detta möte får Neptunus halvstora axel att hoppa utåt. Föremålen som deponeras i det kalla bältet inkluderar några löst bundna "blå" binärer som kommer från närmare än det kalla bältets nuvarande plats. Om Neptunus excentricitet förblir liten under det här mötet undviks den kaotiska utvecklingen av banor av den ursprungliga Nice-modellen och ett ursprungligt kallbälte bevaras. I de senare faserna av Neptunus migration, tar en långsam svepning av medelrörelseresonanser bort de högre excentricitetsobjekten från det kalla bältet, vilket avkortar dess excentricitetsfördelning.

Sammansättning

De infraröda spektra av både Eris och Pluto, som framhäver deras vanliga metanabsorptionslinjer

Eftersom Kuiperbältet är långt från solen och större planeter, tros de vara relativt opåverkade av de processer som har format och förändrat andra solsystemobjekt; att fastställa deras sammansättning skulle därför ge betydande information om sammansättningen av det tidigaste solsystemet. På grund av deras ringa storlek och extrema avstånd från jorden är den kemiska sammansättningen av KBO:er mycket svår att fastställa. Den huvudsakliga metoden genom vilken astronomer bestämmer sammansättningen av ett himlaobjekt är spektroskopi . När ett objekts ljus bryts upp i dess beståndsdelar bildas en bild som liknar en regnbåge. Denna bild kallas ett spektrum . Olika ämnen absorberar ljus med olika våglängder, och när spektrumet för ett specifikt objekt nystas upp, uppstår mörka linjer (kallade absorptionslinjer ) där ämnena i det har absorberat just den våglängden av ljus. Varje element eller förening har sin egen unika spektroskopiska signatur, och genom att läsa ett objekts hela spektrala "fingeravtryck" kan astronomer bestämma dess sammansättning.

Analyser visar att Kuiperbälte-objekt är sammansatta av en blandning av sten och en mängd olika isar som vatten, metan och ammoniak . Temperaturen på bältet är bara cirka 50 K , så många föreningar som skulle vara gasformiga närmare solen förblir fasta. Densiteterna och berg-isfraktionerna är kända för endast ett litet antal objekt för vilka diametrarna och massorna har bestämts. Diametern kan bestämmas genom avbildning med ett högupplöst teleskop som Hubble Space Telescope , genom tidpunkten för en ockultation när ett objekt passerar framför en stjärna eller, oftast, genom att använda albedo för ett objekt beräknat från dess infraröda utsläpp. Massorna bestäms med hjälp av satelliternas halvstora axlar och perioder, som därför bara är kända för ett fåtal binära objekt. Densiteterna sträcker sig från mindre än 0,4 till 2,6 g/ ^cm3 . De minst täta föremålen tros till stor del bestå av is och ha betydande porositet. De tätaste föremålen är sannolikt sammansatta av sten med en tunn isskorpa. Det finns en trend med låga densiteter för små objekt och höga densiteter för de största objekten. En möjlig förklaring till denna trend är att is gick förlorad från ytlagren när differentierade föremål kolliderade och bildade de största föremålen.

Konstnärens intryck av plutino och eventuell före detta asteroid av C-typ (120216) 2004 EW 95

Till en början var detaljerad analys av KBO:er omöjlig, och därför kunde astronomer bara fastställa de mest grundläggande fakta om deras smink, främst deras färg. Dessa första data visade ett brett spektrum av färger bland KBO:er, från neutral grå till djupröd. Detta antydde att deras ytor var sammansatta av ett brett spektrum av föreningar, från smutsig is till kolväten . Denna mångfald var häpnadsväckande, eftersom astronomer hade förväntat sig att KBO:er skulle vara jämnt mörka, efter att ha förlorat de flesta av de flyktiga isarna från sina ytor till effekterna av kosmiska strålar . Olika lösningar föreslogs för denna avvikelse, inklusive ytbeläggning genom stötar eller avgasning . Jewitt och Luus spektralanalys av de kända Kuiperbältsobjekten 2001 fann att variationen i färg var för extrem för att lätt kunna förklaras av slumpmässiga effekter. Strålningen från solen tros ha kemiskt förändrat metan på ytan av KBOs, vilket producerar produkter som toliner . Makemake har visat sig ha ett antal kolväten som härrör från strålningsbearbetning av metan, inklusive etan , eten och acetylen .

Även om de flesta KBOs hittills fortfarande verkar spektralt funktionslösa på grund av att de är svaga, har det funnits ett antal framgångar med att bestämma deras sammansättning. 1996, Robert H. Brown et al. förvärvade spektroskopiska data på KBO 1993 SC, som avslöjade att dess ytsammansättning är markant lik den för Pluto , såväl som Neptunus måne Triton , med stora mängder metanis. För de mindre föremålen har endast färger och i vissa fall albedos fastställts. Dessa föremål delas till stor del in i två klasser: grå med låg albedo eller mycket röd med högre albedo. Skillnaden i färger och albedos antas bero på kvarhållandet eller förlusten av svavelväte (H ₂ S) på ytan av dessa föremål, varvid ytorna på de som bildades tillräckligt långt från solen för att behålla H 2 _S är rodnad på grund av bestrålning.

De största KBO:erna, såsom Pluto och Quaoar , har ytor rika på flyktiga föreningar som metan, kväve och kolmonoxid ; förekomsten av dessa molekyler beror sannolikt på deras måttliga ångtryck i Kuiperbältets temperaturområde 30–50 K. Detta gör att de ibland kan koka av sina ytor och sedan falla igen som snö, medan föreningar med högre kokpunkter förblir fasta. De relativa förekomsterna av dessa tre föreningar i de största KBO:erna är direkt relaterad till deras yttyngdkraft och omgivande temperatur, vilket avgör vilka de kan behålla. Vattenis har upptäckts i flera KBOs, inklusive medlemmar av Haumea-familjen som 1996 TO ₆₆ , medelstora föremål som 38628 Huya och 20000 Varuna , och även på några små föremål. Närvaron av kristallin is på stora och medelstora föremål, inklusive 50000 Quaoar där ammoniakhydrat också har upptäckts , kan indikera tidigare tektonisk aktivitet med hjälp av smältpunktssänkning på grund av närvaron av ammoniak.

Massa och storleksfördelning

är Kuiperbältets kollektiva massa relativt låg. Den totala massan av den dynamiskt heta befolkningen beräknas vara 1 % av jordens massa . Den dynamiskt kalla befolkningen uppskattas vara mycket mindre med endast 0,03 % av jordens massa. Medan den dynamiskt heta populationen tros vara kvarlevan av en mycket större befolkning som bildades närmare solen och spreds utåt under migrationen av jätteplaneterna, däremot tros den dynamiskt kalla befolkningen ha bildats på sin nuvarande plats . Den senaste uppskattningen (2018) sätter Kuiperbältets totala massa till (1,97 ± 0,30) × 10 ⁻² jordmassor baserat på det inflytande som det utövar på planeternas rörelse.

Den lilla totala massan av den dynamiskt kalla befolkningen ger vissa problem för modeller av solsystemets bildning eftersom det krävs en ansenlig massa för ansamling av KBO som är större än 100 km (62 mi) i diameter. Om det kalla klassiska Kuiperbältet alltid hade haft sin nuvarande låga densitet, hade dessa stora föremål helt enkelt inte kunnat bildas genom kollision och sammanslagning av mindre planetesimaler. Dessutom gör excentriciteten och lutningen av nuvarande banor mötena ganska "våldsamma" vilket resulterar i förstörelse snarare än tillhopning. Att avlägsna en stor del av massan av den dynamiskt kalla befolkningen anses vara osannolikt. Neptunus nuvarande inflytande är för svagt för att förklara en sådan massiv "dammsugning", och omfattningen av massförlust genom kollisionsslipning begränsas av närvaron av löst bundna binärer i den kalla skivan, som sannolikt kommer att störas vid kollisioner. Istället för att bildas från kollisioner av mindre planetesimaler, kan det större föremålet ha bildats direkt från kollapsen av moln av småsten.

Illustration av maktlagen

Storleksfördelningarna för Kuiperbältsobjekten följer ett antal maktlagar . En kraftlag beskriver förhållandet mellan N ( D ) (antalet objekt med diameter större än D ) och D , och kallas ljushetslutning. Antalet objekt är omvänt proportionellt mot en viss styrka av diametern D :

{\frac {dN}{dD}}\propto D^{-q}.

vilket ger (förutsatt att q inte är 1) :

N\propto D^{1-q}+{\text{en konstant }}.

(Konstanten kan vara icke-noll endast om maktlagen inte gäller vid höga värden på D .)

Tidiga uppskattningar som baserades på mätningar av den skenbara magnitudfördelningen fann ett värde på q = 4 ± 0,5, vilket antydde att det finns 8 (=2 3 ) gånger ^fler objekt i räckvidden 100–200 km än inom 200–400 km. räckvidd.

Ny forskning har visat att storleksfördelningarna för de varma klassiska och kalla klassiska föremålen har olika sluttningar. Lutningen för de heta föremålen är q = 5,3 vid stora diametrar och q = 2,0 vid små diametrar med förändringen i lutning vid 110 km. Lutningen för de kalla föremålen är q = 8,2 vid stora diametrar och q = 2,9 vid små diametrar med en förändring i lutning vid 140 km. Storleksfördelningarna för spridningsobjekten , plutinos och Neptunus-trojanerna har sluttningar som liknar de andra dynamiskt heta populationerna, men kan istället ha en divot, en kraftig minskning av antalet objekt under en specifik storlek. Denna divot antas bero på antingen den kollisionsmässiga utvecklingen av populationen, eller att den beror på att populationen har bildats utan objekt under denna storlek, med de mindre objekten som fragment av de ursprungliga objekten.

De minsta kända Kuiperbältobjekten med radier under 1 km har bara upptäckts av stjärnockultationer , eftersom de är alldeles för svaga ( magnitud 35) för att kunna ses direkt av teleskop som Hubble Space Telescope . De första rapporterna om dessa ockultationer kom från Schlichting et al. i december 2009, som tillkännagav upptäckten av ett litet Kuiperbältsobjekt med sub-kilometerradie i arkivfotometri av Hubble från mars 2007. Med en beräknad radie på 520 ± 60 m eller en diameter på 1040 ± 120 m , upptäcktes objektet av Hubbles stjärnspårningssystem när den kort ockulterade en stjärna i 0,3 sekunder. I en efterföljande studie publicerad i december 2012, Schlichting et al. utförde en mer grundlig analys av av Hubble och rapporterade en annan ockultationshändelse av ett sub-kilometer stort Kuiperbältesobjekt, beräknat till 530 ± 70 m i radie eller 1060 ± 140 m i diameter. Från ockultationshändelserna som upptäcktes 2009 och 2012, Schlichting et al. fastställde Kuiperbältets storleksfördelningslutning till q = 3,6 ± 0,2 eller q = 3,8 ± 0,2, med antaganden om en enda kraftlag och en enhetlig ekliptisk latitudfördelning . Deras resultat innebär ett starkt underskott av sub-kilometerstora Kuiperbältsobjekt jämfört med extrapolationer från populationen av större Kuiperbältsobjekt med diametrar över 90 km.

Utspridda föremål

Jämförelse av banorna för spridda skivobjekt (svarta), klassiska KBO:er (blå) och 2:5 resonansobjekt (grön). Banor för andra KBO:er är gråa. (Orbitala axlar har justerats för jämförelse.)

Den spridda skivan är en glest befolkad region som överlappar Kuiperbältet men sträcker sig till över 100 AU. Spridda skivobjekt (SDO) har mycket elliptiska banor, ofta också mycket lutande mot ekliptikan. De flesta modeller av solsystemets bildning visar att både KBO och SDO först bildas i ett urbälte, med senare gravitationsinteraktioner, särskilt med Neptunus, som skickar objekten utåt, några till stabila banor (KBOs) och några in i instabila banor, den spridda skivan. På grund av sin instabila natur misstänks den spridda skivan vara ursprunget för många av solsystemets kortperiodiska kometer. Deras dynamiska omloppsbanor tvingar dem ibland in i det inre solsystemet, först blir de kentaurer och sedan kortperiodiska kometer.

Enligt Minor Planet Center , som officiellt katalogiserar alla trans-neptuniska objekt, är en KBO varje objekt som kretsar uteslutande inom den definierade Kuiperbältsregionen oavsett ursprung eller sammansättning. Föremål som hittas utanför bältet klassas som spridda föremål. I vissa vetenskapliga kretsar har termen "Kuiperbältesobjekt" blivit synonymt med varje iskall mindre planet som är hemmahörande i det yttre solsystemet som antas ha varit en del av den initiala klassen, även om dess omloppsbana under huvuddelen av solsystemets historia har varit bortom Kuiperbälte (t.ex. i spridda skivor). De beskriver ofta spridda skivobjekt som "spridda Kuiperbältsobjekt". Eris , som är känt för att vara mer massiv än Pluto, kallas ofta för en KBO, men är tekniskt sett en SDO. En konsensus bland astronomer om den exakta definitionen av Kuiperbältet har ännu inte uppnåtts, och denna fråga är fortfarande olöst.

Kentaurerna, som normalt inte anses vara en del av Kuiperbältet, anses också vara spridda föremål, den enda skillnaden är att de var spridda inåt, snarare än utåt. Minor Planet Center grupperar kentaurerna och SDO:erna som spridda objekt.

Triton

Neptunus måne Triton

Under sin migrationsperiod tros Neptunus ha fångat en stor KBO, Triton , som är den enda stora månen i solsystemet med en retrograd omloppsbana (det vill säga den kretsar motsatt Neptunus rotation). Detta tyder på att, till skillnad från de stora månarna Jupiter , Saturnus och Uranus , som tros ha smält samman från roterande skivor av material runt sina unga moderplaneter, var Triton en fullformad kropp som fångades in från det omgivande rymden. Gravitationsfångst av ett föremål är inte lätt: det kräver någon mekanism för att sakta ner föremålet tillräckligt för att fångas av det större föremålets gravitation. En möjlig förklaring är att Triton var en del av en binär när den mötte Neptunus. (Många KBOs är medlemmar av binärer. Se nedan .) Utstötning av den andra medlemmen av binären av Neptunus kan sedan förklara Tritons fångst. Triton är bara 14 % större än Pluto, och spektralanalys av båda världarna visar att deras ytor till stor del består av liknande material, såsom metan och kolmonoxid . Allt detta pekar på slutsatsen att Triton en gång var en KBO som fångades av Neptunus under dess utvandring .

Största KBO:er

Konstnärlig jämförelse av Pluto , Eris , Haumea , Makemake , Gonggong , Quaoar , Sedna , Orcus , Salacia , 2002 MS ₄ och jorden tillsammans med månen

Sedan 2000 har ett antal KBO med diametrar på mellan 500 och 1 500 km (932 mi), mer än hälften av Pluto (diameter 2370 km), upptäckts. 50000 Quaoar , en klassisk KBO som upptäcktes 2002, är över 1 200 km bred. Makemake och Haumea , båda tillkännagav den 29 juli 2005, är ännu större. Andra föremål, som 28978 Ixion (upptäckt 2001) och 20000 Varuna (upptäckt 2000), mäter ungefär 600–700 km (373–435 mi) i diameter.

Pluto

Pluto , bortsett från sin relativa storlek, inte var särskilt olik andra medlemmar av Kuiperbältet. Dessa objekt liknar inte bara Pluto i storlek, utan många har också satelliter och har liknande sammansättning (metan och kolmonoxid har hittats både på Pluto och på de största KBOs). Således, precis som Ceres ansågs vara en planet innan upptäckten av sina andra asteroider , började vissa antyda att Pluto också skulle kunna omklassificeras.

Problemet ställdes på sin spets av upptäckten av Eris , ett föremål i den spridda skivan långt bortom Kuiperbältet, som nu är känt för att vara 27 % mer massiv än Pluto. (Eris ansågs ursprungligen vara större än Pluto i volym, men New Horizons -uppdraget fann att så inte var fallet.) Som svar tvingades International Astronomical Union (IAU) definiera vad en planet är för första gången, och på så sätt inkluderade i deras definition att en planet måste ha " rensat grannskapet runt sin omloppsbana". Eftersom Pluto delar sin omloppsbana med många andra ansenliga föremål, ansågs den inte ha rensat sin omloppsbana och omklassificerades således från en planet till en dvärgplanet , vilket gjorde den till en medlem av Kuiperbältet.

Även om Pluto för närvarande är den största kända KBO, finns det åtminstone ett känt större föremål för närvarande utanför Kuiperbältet som troligen har sitt ursprung i det: Neptunus måne Triton (som, som förklarats ovan, förmodligen är en fångad KBO).

Det är inte klart hur många KBO som är tillräckligt stora för att vara dvärgplaneter. Övervägande av de förvånansvärt låga tätheterna hos många dvärgplanetkandidater tyder på att inte många är det. Orcus , Pluto, Haumea , Quaoar och Makemake accepteras av de flesta astronomer; några har föreslagit andra organ, såsom Salacia , 2002 MS 4 , 2002 AW 197 och Ixion .

Satelliter

De sex största TNO:erna ( Eris , Pluto , Gonggong , Makemake , Haumea och Quaoar ) är alla kända för att ha satelliter, och två av dem har mer än en. En högre andel av de större KBO:erna har satelliter än de mindre objekten i Kuiperbältet, vilket tyder på att en annan formationsmekanism var ansvarig. Det finns också ett stort antal binärer (två objekt nära nog i massa för att kretsa kring "varandra") i Kuiperbältet. Det mest anmärkningsvärda exemplet är Pluto-Charon-binären, men det uppskattas att cirka 11% av KBO:er finns i binärer.

Utforskning

KBO 486958 Arrokoth (gröna cirklar), det valda målet för New Horizons Kuiper-bältsobjektuppdraget

lanserades den första rymdfarkosten som utforskade Kuiperbältet, New Horizons , som flög av Pluto den 14 juli 2015. Utöver Pluto-förbiflygningen var uppdragets mål att lokalisera och undersöka andra, längre objekt i Kuiperbältet .

Diagram som visar platsen för 486958 Arrokoth och bana för rendezvous

New Horizons färgkompositbild av Arrokoth som visar sin röda färg, vilket tyder på organiska föreningar. Hittills är det den enda KBO förutom Pluto och dess satelliter som har besökts av en rymdfarkost.

Den 15 oktober 2014 avslöjades det att Hubble hade avslöjat tre potentiella mål, provisoriskt betecknade PT1 ("potentiellt mål 1"), PT2 och PT3 av New Horizons- teamet. Objektens diametrar uppskattades vara i intervallet 30–55 km; för liten för att kunna ses av markteleskop, på avstånd från solen på 43–44 AU, vilket skulle sätta mötena under perioden 2018–2019. De initiala uppskattade sannolikheterna för att dessa objekt skulle kunna nås inom New Horizons bränslebudget var 100 %, 7 % respektive 97 %. Alla var medlemmar av det "kalla" (låg lutning , låg excentricitet ) klassiska Kuiperbältet , och därför mycket annorlunda än Pluto. PT1 (med den tillfälliga beteckningen "1110113Y" på HST-webbplatsen), det mest fördelaktigt belägna objektet, var magnituden 26,8, 30–45 km i diameter, och påträffades i januari 2019. När tillräcklig information om omloppsbanan lämnats tillhandahölls Minor Planet Center gav officiella beteckningar till de tre mål-KBO:erna: 2014 MU 69 (PT1), 2014 OS 393 (PT2) och 2014 PN 70 (PT3). Hösten 2014 hade ett eventuellt fjärde mål, 2014 MT 69 , eliminerats genom uppföljande observationer. PT2 var ur spel innan Pluto förbiflygningen.

valdes det första målet, 2014 MU ₆₉ (med smeknamnet "Ultima Thule" och senare namnet 486958 Arrokoth ). Kursjustering ägde rum i slutet av oktober och början av november 2015, vilket ledde till en förbiflygning i januari 2019. Den 1 juli 2016 godkände NASA ytterligare finansiering för New Horizons för att besöka objektet.

Den 2 december 2015 upptäckte New Horizons vad som då kallades ¹⁹⁹⁴ JR 1 (senare namngiven . 15810 Arawn ) på 270 miljoner ~~kilometers~~ avstånd

Den 1 januari 2019 flög New Horizons framgångsrikt förbi Arrokoth och returnerade data som visar att Arrokoth är en kontaktbinär 32 km lång och 16 km bred. Ralph - instrumentet ombord på New Horizons bekräftade Arrokoths röda färg. Data från genomflygningen kommer att fortsätta att laddas ner under de kommande 20 månaderna.

Inga uppföljningsuppdrag för New Horizons är planerade, även om minst två koncept för uppdrag som skulle återvända till omloppsbana eller landa på Pluto har studerats. Bortom Pluto finns det många stora KBO som inte kan besökas med New Horizons , som dvärgplaneterna Makemake och Haumea . Nya uppdrag skulle få i uppdrag att utforska och studera dessa föremål i detalj. Thales Alenia Space har studerat logistiken för ett orbiteruppdrag till Haumea, ett högprioriterat vetenskapligt mål på grund av dess status som moderkroppen till en kollisionsfamilj som inkluderar flera andra TNO:er, såväl som Haumeas ring och två månar. Huvudförfattaren, Joel Poncy, har förespråkat ny teknik som skulle tillåta rymdfarkoster att nå och kretsa kring KBO:er på 10–20 år eller mindre. New Horizons chefsutredare Alan Stern har informellt föreslagit uppdrag som skulle flyga förbi planeterna Uranus eller Neptunus innan de besöker nya KBO-mål, och på så sätt främja utforskningen av Kuiperbältet samtidigt som de besöker dessa isgigantiska planeter för första gången sedan Voyager 2 -flyget i 1980-talet.

Designstudier och konceptuppdrag

Design för ett avancerat sondkoncept från 1999

Quaoar har ansetts vara ett förbiflygande mål för en sond med uppgift att utforska det interstellära mediet , eftersom det för närvarande ligger nära den heliosfäriska näsan; Pontus Brandt vid Johns Hopkins Applied Physics Laboratory och hans kollegor har studerat en sond som skulle flyga förbi Quaoar på 2030-talet innan den fortsatte till det interstellära mediet genom den heliosfäriska näsan. Bland deras intressen i Quaoar inkluderar dess sannolikt försvinnande metanatmosfär och kryovulkanism . Uppdraget som studerades av Brandt och hans kollegor skulle starta med SLS och uppnå 30 km/s med en Jupiter-förbiflygning. Alternativt, för ett orbiter-uppdrag, drog en studie publicerad 2012 slutsatsen att Ixion och Huya är bland de mest genomförbara målen. Till exempel beräknade författarna att ett orbiteruppdrag skulle kunna nå Ixion efter 17 års kryssningstid om det lanserades 2039.

I slutet av 2010-talet diskuterade en designstudie av Glen Costigan och kollegor orbital capture och multi-target scenarier för Kuiperbältsobjekt. Några Kuiperbälteobjekt som studerades i den specifika uppsatsen inkluderade 2002 UX 25 , 1998 WW 31 och 47171 Lempo . En annan designstudie av Ryan McGranaghan och kollegor 2011 undersökte en rymdfarkostundersökning av de stora trans-neptuniska objekten Quaoar, Sedna, Makemake, Haumea och Eris.

Interstellära uppdrag har utvärderat inklusive en förbiflygning av Kuiperbältsobjekt som en del av deras uppdrag.

Extrasolar Kuiper-bälten

Skräpskivor runt stjärnorna HD 139664 och HD 53143 – svart cirkel från kameran som gömmer stjärnor till visningsskivor.

År 2006 hade astronomer löst dammskivor som troddes vara Kuiperbältesliknande strukturer runt nio andra stjärnor än solen. De tycks delas in i två kategorier: breda bälten, med radier på över 50 AU, och smala bälten (preliminärt likt solsystemet) med radier på mellan 20 och 30 AU och relativt skarpa gränser. Utöver detta har 15–20 % av stjärnorna av soltyp ett observerat infrarött överskott som tyder på massiva Kuiper-bältesliknande strukturer. De flesta kända skräpskivor runt andra stjärnor är ganska unga, men de två bilderna till höger, tagna av rymdteleskopet Hubble i januari 2006, är tillräckligt gamla (ungefär 300 miljoner år) för att ha stabiliserats. Den vänstra bilden är en "vy ovanifrån" av ett brett bälte, och den högra bilden är en "kantvy" av ett smalt bälte. Datorsimuleringar av damm i Kuiperbältet tyder på att när det var yngre, kan det ha liknat de smala ringarna runt yngre stjärnor.