Horde dwergplaneten rond de zon

Het was zo’n handig ezelsbruggetje: Mijn Vader At Meestal Jonge Spruitjes Uit Nieuwe Pekela. De beginletters van die zin geven de volgorde aan van de planeten in het zonnestelsel: Mercurius, Venus, Aarde, Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus, Neptunus en Pluto. Maar Nieuwe Pekela zal vervangen moeten worden door Nijmegen, Netersel of Nibbixwoud, want de Internationale Astronomische Unie heeft in augustus 2006 besloten dat Pluto geen planeet meer is.

Pluto is in 1930 ontdekt door de Amerikaanse sterrenkundige Clyde Tombaugh. Tombaugh speurde de hele sterrenhemel af naar de onbekende ‘Planeet X’, die verantwoordelijk zou zijn voor kleine baanafwijkingen van Uranus en Neptunus. Op voorstel van een 11-jarig schoolmeisje uit Oxford werd de planeet genoemd naar de Romeinse god van de onderwereld. Een half jaar later kreeg de lenige hond van Mickey Mouse dezelfde naam. De kleine planeet Pluto werd populair, vooral bij kinderen.

Maar van meet af aan was duidelijk dat er iets geks aan de hand is met Pluto. De banen van de andere acht planeten zijn vrijwel volmaakte cirkels, maar de baan van Pluto is heel erg uitgerekt. Soms staat hij zelfs dichter bij de zon dan Neptunus. De baan ligt ook heel scheef in het zonnestelsel. Bovendien is Pluto maar een onooglijk planeetje: met een middellijn van nog geen 2300 kilometer is hij zelfs kleiner dan de maan. Hij kan dan ook nooit invloed hebben gehad op de bewegingen van Uranus en Neptunus. Tombaughs ontdekking van Pluto was puur toeval.

Pluto dankt zijn naam aan Venetia Burney. Zij zat met haar moeder en grootvader in Oxford aan het ontbijt op 14 maart 1930. Opa las in The Times over de ontdekking van een nieuwe planeet, en vroeg zich af wat voor naam die zou moeten krijgen. Venetia (11) had op school net les gekregen over het zonnestelsel en over de Griekse mythologie, en bedacht de naam Pluto – de Romeinse god van de onderwereld. Grootvader Madan, ooit hoofd van de vermaarde Bodleian Library van Oxford University, gaf het voorstel door aan de Britse Astronomer Royal. Die stuurde een telegram naar Flagstaff in de Verenigde Staten, en korte tijd later was de naam officieel.

Kuipergordel

Eind jaren tachtig werd duidelijk dat er meer moest rondzweven in de buitendelen van het zonnestelsel. Martin Duncan, Scott Tremaine en Thomas Quinn van het Canadese Instituut voor Theoretische Astrofysica bootsten het zonnestelsel na in hun computer, om de herkomst van kometen te achterhalen – kleine, ijzige hemellichamen die vanaf de aarde soms zichtbaar zijn als ‘staartsterren’, doordat een deel van het ijs verdampt door de zonnewarmte. Hun conclusie: de kometen in de binnendelen van het zonnestelsel zijn afkomstig uit een kometengordel buiten de baan van Neptunus. Die gordel noemden ze de Kuipergordel: de Nederlandse astronoom Gerard Kuiper had er in 1951 al eens over geschreven. Maar dat Pluto eigenlijk gewoon zo’n Kuipergordelobject is, dat kwam bij niemand op.

Rond 1990 waren telescopen en camera’s gevoelig genoeg om jacht te maken op kleine hemellichamen in de Kuipergordel. Die zien er uit als lichtzwakke sterretjes die zich heel langzaam aan de hemel verplaatsen. Clyde Tombaugh werkte nog met fotografische platen en speurde alles op het oog af; tegenwoordig maken sterrenkundigen elektronische opnamen en wordt het zoekwerk door de computer gedaan. Maar het blijft monnikenwerk, want een grote telescoop heeft een klein beeldveld, dus je fotografeert steeds maar een heel klein stukje van de sterrenhemel, en je moet alles drie keer vastleggen om iets te vinden: twee keer om de beweging van een lichtstipje te ontdekken, en één keer ter bevestiging.

Krachtenspel

De Amerikaanse planeetverkenner Pioneer 10 vloog eind 1992 waarschijnlijk op kleine afstand langs een ijsdwerg. Pioneer 10 werd in maart 1972 gelanceerd; het was de eerste ruimtesonde die een bezoek bracht aan Jupiter en Saturnus. Daarna vloog hij het zonnestelsel uit, in de richting van de ster Aldebaran. Uit metingen aan de radiosignalen van Pioneer 10 bleek dat de ruimtesonde in december 1992 een heel klein beetje werd versneld, en daarna weer een beetje werd afgeremd. Bovendien werd de koers van de Pioneer een tikje verlegd. Alles wijst erop dat Pioneer 10 de zwaartekracht van een ijsdwerg heeft gevoeld. Die was echter veel te klein om met aardse telescopen waar te nemen.

In 1992 was het voor het eerst raak. De Amerikanen Dave Jewitt en Jane Luu ontdekten een ijsdwerg buiten de baan van Neptunus, met een telescoop op de sterrenwacht van Mauna Kea, Hawaii. Ze gaven hun ‘mini-planeetje’ de bijnaam Smiley, naar de hoofdpersoon uit een boek van John le Carré dat Luu op dat moment aan het lezen was. Officieel wordt Smiley aangeduid met het nummer 1992 QB1; hij heeft nog steeds geen echte naam. Op basis van de helderheid schatten sterrenkundigen de middellijn van 1992 QB1 op 160 kilometer.

Namen en rugnummers

Kleine objecten in het zonnestelsel, zoals de dwergplaneet Eris, krijgen na hun ontdekking eerst een voorlopig nummer; in dit geval 2003 UB313. De letters geven aan wanneer het object is ontdekt. De eerste letter staat voor de halve maand (A = eerste helft januari, B = tweede helft januari, C = eerste helft feburari, etc; de I wordt niet gebruikt). De tweede letter geeft de volgorde in die halve maand aan: 2003 UA is het eerst ontdekte object in de tweede helft van oktober 2003; 2003 UB is nummer 2; 2003 UZ is het 25ste object (de I wordt opnieuw niet gebruikt).

Het 26ste object in die halve maand krijgt de aanduiding 2003 UA1, daarna volgen 2003 UB1, 2003 UC1, enzovoort. 2003 UB313 is dus de 7827ste ontdekking in de tweede helft van oktober 2003! Als de baan nauwkeurig bekend is, volgt een definitief nummer. Voor 2003 UB313 is dat 136199. De ontdekkers (in het geval van Eris waren dat Mike Brown en zijn collega’s) mogen dan ook een naam voorstellen. Eris was de Griekse godin van de twist – een toepasselijke naam, omdat de ontdekking van het hemellichaam leidde tot een hoog oplopende discussie over de definitie van een planeet.

Het maantje van Eris werd Dysnomia genoemd – in de Griekse mythologie de dochter van Eris en de godin van de wetteloosheid (lawlessness in het Engels). Die naam is een knipoog naar de bijnaam Xena die Brown en zijn collega’s lange tijd hanteerden voor Eris: Lucy Lawless speelde de rol van Xena in de tv-serie Xena: Princess Warrior. Inmiddels heeft ook de dwergplaneet Pluto een nummer gekregen: 134340, waarmee hij nu duidelijk thuishoort in de lijst van kleine objecten.

Plutino’s

Al snel werden er meer ijsdwergen gevonden, door verschillende concurrerende teams. Sommige daarvan hebben dezelfde omlooptijd als Pluto, al zijn ze een stuk kleiner en hebben hun banen uiteenlopende vormen en oriëntaties. Pluto’s omlooptijd is anderhalf keer zo lang als die van Neptunus: in de tijd dat Pluto twee rondjes om de zon maakt, voltooit Neptunus er drie. Zo’n mooie verhouding heet een baanresonantie. De ijsdwergen die net zo’n resonantie vertonen, worden nu plutino’s genoemd – kleine Plutootjes. Voor het eerst begon het besef door te dringen dat Pluto misschien niet zo uniek is als altijd werd gedacht.

Momenteel zijn er ruim duizend ijsdwergen bekend (officieel worden ze trans-Neptunische objecten (TNO’s) of Kuipergordelobjecten genoemd). Binnenkort worden dat er veel en veel meer. Op Hawaii wordt Pan-STARRS gebouwd – een groep van vier lichtsterke telescopen die elke heldere nacht volautomatisch de hemel afspeuren. In Chili verrijst over een paar jaar de Large Synoptic Survey Telescope (LSST), die drie keer per week de hele sterrenhemel vastlegt. Behalve vele duizenden nieuwe ijsdwergen zullen Pan-STARRS en LSST ook kometen, planetoïden en aardscheerders ontdekken – kleine hemellichamen die in de toekomst met de aarde in botsing kunnen komen.

Zouden er in die donkere buitenwijken van het zonnestelsel ook veel grotere ijsdwergen rondzwalken? Even groot als Pluto, of misschien zelfs wel groter? Mike Brown van het California Institute of Technology nam zich voor om zo’n tiende planeet te ontdekken. Daarvoor gebruikte hij een telescoop met een groot beeldveld op Palomar Mountain, ten noorden van San Diego. Begin eenentwintigste eeuw maakten Brown en zijn collega’s inderdaad de ene ontdekking na de andere wereldkundig: ijsdwergen met afmetingen tussen 800 en 2000 kilometer, die mooie namen kregen als Sedna, Quaoar, Orcus en Ixion. Het kon niet lang duren of er werd een ijsdwerg gevonden die groter is dan Pluto.

Dat gebeurde op 5 januari 2005, op foto’s die al in oktober 2003 waren gemaakt. Het object, met de voorlopige aanduiding 2003 UB313, heeft een middellijn van 2300 kilometer – net een tikje groter dan Pluto. Brown maakte de ontdekking in de zomer van 2005 wereldkundig, en gaf het object de bijnaam Xena, naar de populaire tv-heldin uit Xena: Warrior Princess. De X van Xena was natuurlijk een knipoog naar de onbekende Planeet X, wat je ook kunt lezen als de ‘tiende planeet’. Maar daar was lang niet iedereen het mee eens. Er gingen al geruime tijd stemmen op om Pluto te degraderen tot een gewone ijsdwerg. In dat geval was 2003 UB313 (inmiddels Eris genoemd) natuurlijk ook geen planeet.

Spaanse oorlog

Behalve de dwergplaneet Eris ontdekte het team van Mike Brown in 2005 ook de grote ijsdwergen 2003 EL61 en 2005 FY9. Toch staat de ontdekking van 2003 EL61 officieel op naam van de Spaanse astronoom José Luis Ortiz. Die had lucht gekregen van de ontdekking van Brown, was een code-nummer van het object op het spoor gekomen, en kwam via Google terecht in het logboek van Browns telescoop, dat per ongeluk online stond. Ortiz was vervolgens de eerste die de ontdekking meldde bij de Internationale Astronomische Unie, en is daarmee officieel de ontdekker. Zelf beweert hij dat 2003 EL61 al eerder door hem was gevonden, en dat hij de waarnemingen van Brown alleen gebruikte ter verificatie, maar Brown en zijn teamgenoten denken dat het object gewoon brutaal gekaapt is door de Spanjaarden.

Dwergplaneten

Gek genoeg beschikten sterrenkundigen niet over een sluitende definitie van een planeet. De Internationale Astronomische Unie (IAU) zette daarom een speciale commissie aan het werk. Na veel discussie, protesten en gehakketak werd in de zomer van 2006 op een groot IAU-congres in Praag besloten dat je pas een planeet genoemd mag worden als je door je eigen zwaartekracht min of meer bolvormig bent, en als er in de buurt van je eigen baan om de zon geen vergelijkbare soortgenoten voorkomen. Pluto en Eris zijn bolvormig, maar ze maken deel uit van een grote familie van ijsdwergen. Daarom zijn het geen planeten, maar dwergplaneten.

Die merkwaardige ijswerelden in de buitendelen van het zonnestelsel staan de laatste jaren wel extra in de belangstelling. Ze moeten in de begindagen van het zonnestelsel zijn ontstaan, door het ‘samenklonteren’ van kleinere brokstukken. Er zullen ook veel onderlinge botsingen zijn geweest. De gevolgen daarvan zijn nog steeds zichtbaar. Veel grote ijsdwergen worden vergezeld door een of meer manen. Eris heeft een maan; de ijsdwerg 2003 EL61 heeft er twee, en bij Pluto zijn inmiddels zelfs drie manen bekend: de grote maan Charon, en de kleintjes Nix en Hydra. Die manen zijn in het verleden ontstaan bij onderlinge botsingen van ijsdwergen.

Ook uit de banen van de ijsdwergen kun je veel informatie afleiden. Ongeveer een op de vier objecten in de Kuipergordel is een plutino – een ijsdwerg met een omlooptijd van 248 jaar. Dat grote aantal valt maar op één manier te verklaren. Neptunus moet lang geleden in een steeds wijdere baan om de zon zijn gaan draaien. Daarbij veegde hij met zijn zwaartekrachtsstoringen een groot aantal ijsdwergen voor zich uit, en werden er steeds meer ‘gevangen’ in die bijzondere baanresonantie. Met uitgebreide computersimulaties is dat allemaal mooi in beeld gebracht.

Planetenmigratie

Door de ontdekking van vele honderden ijsdwergen – kleine en grote neefjes van de dwergplaneet Pluto – zijn sterrenkundigen zich steeds meer gaan verdiepen in de baanevolutie van de reuzenplaneten. Het blijkt dat Saturnus en Uranus een paar miljard jaar geleden ook naar buiten zijn bewogen, terwijl Jupiter juist in een kleinere baan om de zon terecht kwam. Die planetenmigratie heeft veel opschudding veroorzaakt in de planetoïdengordel – een band van grote en kleine rotsblokken tussen de banen van Mars en Jupiter. Door zwaartekrachtsstoringen van Jupiter werden veel planetoïden weggeslingerd, en was er sprake van een kosmisch bombardement op de aarde en de maan.

Chaos

Sterrenkundigen weten precies waar Mars zich volgend jaar bevindt, of waar je Saturnus kunt vinden op 30 november 2056. Maar op de zeer lange termijn zijn de bewegingen in het zonnestelsel niet te voorspellen, doordat zeer kleine verstoringen uiteindelijk enorme gevolgen kunnen hebben. Anders gezegd: het zonnestelsel is chaotisch, en het is best mogelijk dat over een paar miljard jaar niet Mercurius de binnenste planeet is, maar Venus, of dat Mars het zonnestelsel is uitgeslingerd.

Zulke zwaartekrachtsstoringen komen nog steeds af en toe voor – niet alleen in de planetoïdengordel, maar ook in de verre Kuipergordel. IJsdwergen komen daardoor soms in kleinere, langgerekte banen terecht, waarbij ze eens per omloop door de binnendelen van het zonnestelsel bewegen en een beetje beginnen te verdampen. Vanaf de aarde zien we dan een mooie komeet. Heel af en toe overkomt dat ook een grotere ijsdwerg, en is er sprake van een superkomeet. Zo’n rare, grote komeet – Chiron genaamd – werd in 1977 ontdekt in een langgerekte baan tussen de banen van Saturnus en Uranus. Op die grote afstand van de zon ontwikkelt hij geen opvallende staart, maar de huidige baan is instabiel, en misschien doorkruist Chiron in de verre toekomst de binnendelen van het zonnestelsel.

En hoe zit het met Planeet X? Wie weet zal ook die nog een keer gevonden worden. Volgens sommige theorieën kunnen er ver buiten de Kuipergordel grote hemellichamen om de zon draaien, in trage, wijde banen. Sommige daarvan zijn misschien wel zo groot als de planeet Mars, of als de aarde. En als ze hun eigen baanomgeving schoongeveegd hebben met hun zwaartekracht, mogen ze volgens de IAU-definitie ‘planeet’ op hun visitekaartje zetten.

De vier grootste ijsdwergen van dit moment

Eris Middellijn: 2300 km Afstand tot de zon: 5,7–14,5 miljard km Omlooptijd: 560 jaar Baanhelling: 44^o Aantal manen: 1 (Dysnomia)

Pluto Middellijn: 2274 km Afstand tot de zon: 4,5–7,5 miljard km Omlooptijd: 248 jaar Baanhelling: 17^o Aantal manen: 3 (Charon, Nix en Hydra)

2003 EL61 Middellijn: 1800 km Afstand tot de zon: 5,2–7,8 miljard km Omlooptijd: 285 jaar Baanhelling: 28^o Aantal manen: 2 (nog naamloos)

2005 FY9 Middellijn: 1800 km Afstand tot de zon: 5,8–7,8 miljard km Omlooptijd: 307 jaar Baanhelling: 29^o Aantal manen: 0