Dans les confins extérieurs du système solaire, au-delà de l'orbite de Neptune, se trouve une région imprégnée d'objets célestes et de planètes mineures. Cette région est connue comme la «ceinture de Kuiper», et est nommée en l'honneur de l'astronome du 20e siècle qui a spéculé sur l'existence d'un tel disque des décennies avant son observation. Ce disque, pensa-t-il, était la source des nombreuses comètes des systèmes solaires, et la raison pour laquelle il n'y avait pas de grandes planètes au-delà de Neptune.
Gerard Kuiper est également considéré par beaucoup comme le «père de la science planétaire». Au cours des années 60 et 70, il a joué un rôle crucial dans le développement de l'astronomie aéroportée infrarouge, une technologie qui a conduit à de nombreuses découvertes pivots qui auraient été impossibles à l'aide d'observatoires terrestres. Dans le même temps, il a aidé à cataloguer les astéroïdes, arpenté la Lune, Mars et le système solaire extérieur, et découvert de nouvelles lunes.
Jeunesse:
Gerard Kuiper, né Gerrit Kuiper, est né le 7 décembre 1905 dans le village de Harenkarspel au nord des Pays-Bas. Enfant, il avait une vue extraordinairement nette et pouvait voir des étoiles de magnitude 7,5 à l'œil nu (qui sont environ quatre fois plus faibles que la plupart des étoiles visibles à l'œil nu). Son acuité visuelle a stimulé son intérêt pour l'astronomie, ce qui était évident dès le plus jeune âge.
Éducation:
En 1924, Kuiper a commencé ses études à l'Université de Leiden, où le célèbre astronome néerlandais du 17e siècle Christiaan Huygens a également étudié. À l'époque, un très grand nombre d'astronomes s'étaient rassemblés à l'université et Kuiper a continué à se lier d'amitié avec beaucoup d'entre eux. Parmi ses professeurs, il y avait un autre astronome néerlandais Jan Oort (pour qui le nuage d'Oort est nommé) et Paul Ehrenfest, le physicien austro-néerlandais qui a développé la théorie de transition de phase de la mécanique quantique.
En 1927, il obtient son B.Sc. en astronomie et est allé directement dans ses études supérieures. En 1933, il termine sa thèse de doctorat sur les étoiles binaires, puis se rend en Californie pour devenir boursier au Lick Observatory. En 1935, il part travailler au Harvard College Observatory, où il rencontre sa future épouse, Sarah Parker Fuller. Les deux se sont mariés le 20 juin 1936.
Réalisations en astronomie:
En 1937, Kuiper a pris un poste à l'Observatoire Yerkes de l'Université de Chicago et est devenu citoyen américain. Au cours des prochaines décennies, il a participé à de nombreuses études astronomiques et fait de nombreuses découvertes qui ont fait avancer le domaine des sciences planétaires. Le premier est intervenu entre 1944 et 1947, lors de l'observation de Mars et du système solaire extérieur.
À l'aide de télescopes au sol, Kuiper a confirmé l'existence d'une atmosphère riche en méthane au-dessus de Titan (la plus grande lune de Saturne). En 1947, il a utilisé des méthodes similaires pour découvrir que le dioxyde de carbone était un composant majeur de l'atmosphère de Mars. Cette même année, il a prédit que les anneaux de Saturne étaient principalement composés de particules de glace, et a découvert Miranda, la cinquième lune d'Uranus.
En 1949, Kuiper a lancé l'enquête sur les astéroïdes Yerkes-McDonald, une étude photométrique des astéroïdes menée par l'Université de Chicago et l'Université du Texas à Austin, qui s'est déroulée de 1950 à 1952. À l'époque, l'enquête était limitée à des astéroïdes de magnitude 16 , mais a également ouvert la voie à l'enquête Palomar-Leiden, que Kuiper a également initiée, en 1961.
Cette collaboration a impliqué le Lunar and Planetary Laboratory (LPL) en Arizona, le Palomar Observatory à San Diego et le Leiden Observatory aux Pays-Bas (Kuiper’s Alma Mater). Cette enquête a utilisé des plaques photographiques prises par le LPL avec l'appareil photo Schmidt de 48 pouces de l'Observatoire Palomar.
Une fois que des planètes mineures (et des astéroïdes d'une magnitude supérieure à 20) ont été découvertes, leurs éléments orbitaux ont été calculés à l'Observatoire de Cincinnati, avec tous les autres aspects du programme - y compris l'analyse des photographies - menés à l'Observatoire de Leiden. Cette enquête a permis de découvrir un grand nombre d'astéroïdes, avec environ 200 à 400 astéroïdes découverts par plaque, et un total de 130 plaques utilisées.
En 1956, Kuiper a prouvé que les calottes glaciaires polaires de Mars n'étaient pas composées de dioxyde de carbone, comme on le pensait auparavant, et étaient plutôt composées de glace d'eau. Dans les années 1960, Kuiper a également aidé à identifier les sites d'atterrissage sur la Lune pour le programme Apollo, et a même prédit sur quoi la surface de la Lune serait sur laquelle marcher. Ses affirmations selon lesquelles la surface lunaire serait «comme de la neige croquante» ont été confirmées en 1969 par l'astronaute Neil Armstrong.
C'est également dans les années 1960 que Kuiper a apporté sa contribution essentielle au développement de l'astronomie aéroportée infrarouge. En 1967, les quatre avions à réaction de la NASA Convair 990 sont devenus disponibles avec un télescope embarqué, qui a été utilisé pour effectuer des études infrarouges à une altitude de 12 192 mètres (40 000 pieds). Kuiper l'a largement utilisé pour effectuer des études spectroscopiques du Soleil, des étoiles et des planètes solaires.
Kuiper a passé la majeure partie de sa carrière à l'Université de Chicago, mais a déménagé à Tucson, en Arizona, en 1960 pour fonder le Lunar and Planetary Laboratory de l'Université de l'Arizona. Pour ses collègues, Gerard était connu pour être un patron exigeant, dont la routine comprenait un travail acharné et de longues heures. Dale Cruikshank, un collègue scientifique qui travaillait au LPL sous Kuiper, a affirmé que:
«Il a lui-même travaillé très dur et il a exigé le même dévouement, le même dévouement et le même sérieux de la part de tout le monde autour de lui. S'ils ne l'ont pas donné, ou s'ils n'ont pas joué, ils ont couru contre lui. Cela s'appliquait aux étudiants. Cela s'appliquait également aux autres professeurs, aux associés techniques et aux ingénieurs - à toute personne autour de lui. Mais en même temps, il avait un côté humoristique, un côté chaleureux, un côté personnel qui était en quelque sorte attrayant. »
Mais bien que difficile à travailler, Kuiper était également connu pour avoir un côté chaleureux et un sens de l'humour. Il était également fier d'être bien informé et de s'entourer de gens qui savaient des choses qu'il ne savait pas. Kuiper était le directeur du laboratoire jusqu'à sa mort en 1973.
La ceinture de Kuiper:
L'existence possible d'une population trans-neptunienne d'objets avait été spéculée depuis peu de temps après la découverte de Pluton en 1930. L'un des premiers était l'astronome Armin O. Leuschner, qui en 1930 a suggéré que Pluton «pourrait être l'un des nombreux des objets planétaires de la période à découvrir. »
En 1943, dans le Journal de la British Astronomical Association, Kenneth Edgeworth a développé davantage sur le sujet, affirmant que le matériau dans la nébuleuse solaire primordiale au-delà de Neptune était trop largement espacé pour se condenser en planètes, et donc plutôt condensé en une myriade de corps plus petits.
En 1951, dans un article pour la revue Astrophysique, Gerard Kuiper a spéculé comment un disque similaire aurait pu se former au début de l’évolution du système solaire. Parfois, l'un des objets de ce disque errait dans le système solaire intérieur et deviendrait une comète, a-t-il affirmé, expliquant ainsi les origines des comètes tout en offrant une explication de la raison pour laquelle il n'y avait pas de grandes planètes au-delà de Neptune.
Cependant, il faudra plusieurs décennies avant que l'existence de ce disque soit prouvée et qu'un nom lui soit donné. La première étape a eu lieu en 1980, lorsque l'astronome uruguayen Julio Fernández a soumis un article aux avis mensuels de la Royal Astronomical Society dans lequel il spéculait qu'une ceinture de comètes qui se situait entre 35 et 50 UA serait nécessaire pour tenir compte du nombre de comètes observé. . C'est sur ce papier que les astronomes ultérieurs s'appuieront sur le moment de nommer la ceinture.
En 1987, l'astronome David Jewitt du MIT et l'étudiante diplômée Jane Luu ont commencé à utiliser les télescopes de l'Observatoire national de Kitt Peak en Arizona et de l'Observatoire interaméricain Cerro Tololo au Chili pour rechercher le système solaire externe. Après cinq ans de recherches, le 30 août 1992, Jewitt et Luu ont annoncé la «Découverte du candidat objet ceinture Kuiper» (15760) 1992 QB1. Six mois plus tard, ils ont découvert un deuxième objet dans la région, (181708) 1993 FW, et bien d'autres ont suivi.
De même, en 1988, une équipe canadienne d'astronomes (équipe de Martin Duncan, Tom Quinn et Scott Tremaine) a commencé à exécuter des simulations informatiques qui ont déterminé que le nuage d'Oort ne pouvait pas rendre compte de toutes les comètes à courte période. Avec une «ceinture», comme Fernández l'a décrite, ajoutée aux formulations, les simulations correspondent aux observations.
Dans leur article de 1988, Tremaine et ses collègues ont qualifié la région hypothétique au-delà de Neptune de «ceinture de Kuiper», apparemment en raison du fait que Fernández a utilisé les mots «Kuiper» et «ceinture de comètes» dans la première phrase de son article. Bien que cela soit resté le nom officiel, les astronomes utilisent parfois le nom alternatif «Edgeworth-Kuiper Belt» pour créditer Edgeworth de ses travaux théoriques antérieurs.
Mort et héritage:
Gerard Kuiper est décédé en 1973 alors qu'il était en vacances avec sa femme au Mexique, où il a subi une crise cardiaque mortelle. En raison de ses nombreuses réalisations et de sa longue histoire de travail dans le domaine de l'astronomie, il a reçu de nombreuses distinctions au fil des ans. Il s'agit notamment de nommer la ceinture de Kuiper en son honneur, ainsi que de nommer l'objet ceinture d'astéroïdes 2520 P – L d'après lui (alias 1776 Kuiper).
Trois cratères ont également été nommés en son honneur - le cratère Kuiper sur la Lune, le cratère Kuiper sur Mars et le cratère Kuiper sur Mercure. En raison de ses travaux en astronomie aéroportée, le Kuiper Airborne Observatory (KAO) de la NASA, désormais déclassé, est un Starlifter Lockheed C-141A hautement modifié qui transportait un télescope de 91,5 cm (36 pouces).
Le prix Kuiper porte également son nom et est le prix le plus distingué décerné par la division des sciences planétaires de l'American Astronomical Society. Le prix est décerné chaque année à des scientifiques dont les réalisations de toute une vie ont fait progresser notre compréhension des sciences planétaires.
Les gagnants de ce prix sont Carl Sagan, James Van Allen (découverte de la ceinture de rayonnement Van Allen autour de la Terre) et Eugene Shoemaker (qui a co-découvert la comète Shoemaker – Levy 9 avec son épouse Carolyn S. Shoemaker et David H. Levy).
En raison de son leadership dévoué au laboratoire lunaire et planétaire, l'un des trois bâtiments qui composent l'installation (le Kuiper Space Sciences Building, illustré ci-dessus) a été nommé en son honneur. Et cent ans après la naissance de Gerard, la NASA Nouveaux horizons mission était bien en route vers la région de la ceinture de Kuiper de notre système solaire, dans le cadre de sa mission d'étudier Pluton et sa lune Charon.
Le Dr Richard Binzel, co-chercheur de New Horizons et professeur au Massachusetts Institute of Technology (MIT), a reconnu le département de son équipe auprès du scientifique disparu. "Kuiper a été l'un des premiers scientifiques à se concentrer presque exclusivement sur l'exploration des propriétés des planètes", a-t-il déclaré. «Son travail a jeté les bases des missions spatiales de la fin du XXe et du début du XXIe siècle.»
Au cours de sa vie, Kuiper a également reçu de nombreuses récompenses en reconnaissance de son travail. En 1947, il a reçu le prix Jules Janssen de la Société française d'astronomie, qui est leur plus haute distinction. En 1959, l'American Astronomical Society lui a décerné le Henry Norris Russell Lectureship, en reconnaissance de ses nombreuses années de recherche astronomique. Et en 1971, Kuiper a reçu la médaille d'or Kepler de l'American Association for the Advancement of Science et du Franklin Institute.
Alors que nous avançons dans notre exploration du système solaire, nous ne pouvons pas nier la grande dette que nous devons à Gerard Kuiper. Ce que nous savons sur Mars et Titan, et leur habitabilité potentielle, repose sur le travail de Kuiper avec l'astronomie infrarouge et spectroscopique. Sans lui, les missions Apollo n'auraient peut-être pas eu lieu et notre connaissance des astéroïdes et du système solaire extérieur serait considérablement diminuée.
On peut imaginer que lorsque nous commencerons à étudier la ceinture de Kuiper plus en détail et à cataloguer les nombreux objets à l'intérieur, beaucoup porteront des noms qui rappellent le défunt grand Kuiper.
Nous avons écrit de nombreux articles sur Gerard Kuiper pour Space Magazine. Voici un article sur la ceinture de Kuiper, et voici un article sur l'hypothèse de la protoplanète.
Si vous souhaitez plus d'informations sur Gerard Kuiper, consultez l'article de la NASA sur Gerard Kuiper et la page du laboratoire lunaire et planétaire sur lui.
Nous avons également enregistré un épisode entier d'Astronomy Cast consacré aux planètes naines. Écoutez ici, Episode 194: Planètes naines.
