Astronomické výročí: Gerard Kuiper

Gerard Peter Kuiper, rodným jménem Gerrit Pieter Kuiper, se narodil 7. prosince 1905 v Nizozemském Tuitjenhornu. Pocházel z chudých poměrů, ale byl nesmírně pracovitý a houževnatý. Protože střední škola, kterou absolvoval, neumožňovala pokračovat v univerzitním studiu, musel složit obtížnou přijímací zkoušku, aby byl v roce 1924 přijat na univerzitu v Leidenu, kde vystudoval astronomii. Jeho učiteli byli například Ejnar Hertzsprung, Willem de Sitter a teoretický fyzik Paul Ehrenfest. Pod vedením Hertzsprunga završil studium v roce 1933 doktorskou prací „Statistische onderzoekingen van dubbelsterren“ věnovanou studiu dvojhvězd.

V roce 1933 se přesunul do Spojených států amerických na Lickovu observatoř v Kalifornii, kde v rámci Kellogova stipendia pokračoval ve spolupráci s Robertem Aitkenem, který byl uznávanou autoritou v oboru pozorování dvojhvězd, a se kterým vedl korespondenci týkající se pozorování dvojhvězd již od roku 1929. Při pozorováním vizuálních dvojhvězd pomocí 12- a 36-palcových refraktorů Lickovy observatoře a měřením barevného indexu pomocí 35-palcového Crossleyova reflektoru pozoroval a objevoval nové dvojhvězdy a bílé trpaslíky.

V roce 1936 mu nabídl Otto Struve místo na Yerkeské observatoři spadající pod univerzitu v Chicagu, kde působil nejprve jako odborný asistent, o rok později jako docent a od roku 1943 jako profesor. Ve spolupráci se Struvem a Strömgrenem v roce 1937 navrhli model vysvětlující chování zákrytové dvojhvězdy Epsilon Aurigae.

Spolu s Otto Struvem se od roku zapojil do výstavby 2,1-m dalekohledu McDonaldovy observatoře patřící pod Texaskou univerzitu, který byl po dokončení provozován společně s Yerkeskou observatoří, a který byl ve své době druhým největším dalekohledem na světě (po 2,5-m dalekohledu na Mt. Wilsonu). Observatoř McDonald poblíž Fort Davis v Texasu byla otevřena v roce 1939 a s novým přístrojem a jeho vysoce kvalitními spektrografy Kuiper pokračoval v hledání bílých trpaslíků a spektroskopickém pozorování hvězd s velkými vlastními pohyby.

Jedním z jeho prvních cílů pozorování na McDonaldově observatoři byl hvězdný systém beta Lyrae. Ve své významné publikaci z roku 1941 věnované tomto dvojhvězdném systému Kuiper zavedl termín „těsná dvojhvězda“ a rozpoznal, že materiál akretovaný hvězdou kolem ní vytvoří prstenec, čímž předpověděl existenci akrečních disků u dvojhvězd, mezi nimiž dochází k výměně hmoty.

Během zimy 1943/44 Kuiper na observatoři McDonald do svého pozorovacího programu zařadil spektroskopickou studii hlavních planet, galileovských satelitů Jupiteru, Tritonu a čtyř Saturnových satelitů, včetně Titanu, u kterého objevil pás metanu o vlnové délce 6190 Å, což byl první objev atmosféry u satelitu planety. Kuiper přitom zařadil tato pozorování planet a jejich měsíců do pozorovacího programu navíc, když mu došly programové hvězdy (hvězdy s velkým vlastním pohybem a paralaxou) a planety byly v této části oblohy „pěkně seřazeny“. Tento úspěch ho podnítil k dalšímu studiu atmosfér planet v jeho další kariéře.

Kuiper spolupracoval na konstrukci infračerveného spektrometru pro studium hvězdných spekter v oblasti vlnových délek 1–3 mikrometrů. Kuiperova první blízká infračervená spektra hvězd a planet, pořízená v roce 1946 pomocí dvouhranolového spektrometru měla sice ještě nízké rozlišení, ale položila základy pro studium planetárních atmosfér. V roce 1947 objevil, na základě analýzy spekter pořízených v blízké infračervené oblasti, oxid uhličitý v atmosféře planety Mars.

Byl prvním, kdo pozoroval blízká infračervená spektra Jupiteru a Saturnu, stejně jako spektra Galileových satelitů Jupiteru a Saturnových prstenců. U příležitosti 50. výročí Yerkesovy observatoře v roce 1947 Kuiper uspořádal sympozium o planetárních atmosférách, na kterém se sešli astronomové, meteorologové a specialisté z dalších vědních oborů na prvním setkání svého druhu. Výsledkem spolupráce byl sborník Atmosféry Země a planet. Kuiper byl mezi prvními, kdo uvažoval o planetárních jevech z hlediska kosmochemie a jeho tabulka složení atmosfér planet ve sborníku sympozia se stala základem mnoha následných teoretických a pozorovacích prací.

Kuiper zásadně ovlivňoval směřování Yerkesovy observatoře univerzity v Chicagu a McDonaldovy observatoře Texaské univerzity. Ve funkci ředitele se stal se následníkem Otto Struveho a působil jako ředitel obou těchto observatoří v letech 1947–1949. Do funkce ředitele obou observatoří se vrátil ještě podruhé v letech 1957–1959, kdy vystřídal ve funkci Bengta Strömgrena.

Na McDonaldově observatoři pracoval s dalekohledem se zrcadlem o průměru 2,1 metru (82 palců), který byl ve své době 2. největší dalekohled na světě (stále je funkční a dnes se nazývá Otto Struve Telescope).  16. 2. 1948 jím objevil pátý měsíc planety Uran, který byl na jeho návrh pojmenován Miranda podle postavy z Shakespearovy hry Bouře. V roce 1949 pak na fotografických deskách pořízených tímto dalekohledem objevil vnější měsíc planety Neptun pojmenovaný Nereida po mořských nymfách z řecké mytologie.

V letech 1950 – 1952 Kuiper inicioval a zorganizoval Yerkeskou–McDonaldskou přehlídku oblohy zaměřenou na spolehlivější statistické informace o populaci asteroidů až do 16,5 magnitudy. Bylo pořízeno 1094 párů fotografických desek a byl snímkován asi 40° široký pás podél ekliptiky. Výsledky byly publikovány v roce 1958, přičemž spoluautory byli mj. Kuiperův student Tom Gehrels, Ingrid Groeneveld a Cornelis J. van Houten (všichni narozeni v Nizozemí), kteří navázali v roce 1960 známou Palomarskou-Leidenskou přehlídkou oblohy až do 20. magnitudy.

Od roku 1950 se Kuiper věnoval původu sluneční soustavy a vypracoval kosmogonický model jejího vzniku. Publikoval na toto téma v dalších letech řadu pionýrských prací, i když se jeho úvahy někdy ukázaly jako nesprávné. Jeho poslední práce na toto téma z roku 1973 zůstala nedokončena.

Koncem 50. let začal pracovat na atlasu vytvořeného z nejlepších dostupných fotografií Měsíce pořízených na observatořích Lick, Yerkes, Mt. Wilson, Pic du Midi, doplněných o Kuiperovy vlastní fotografie z McDonaldovy observatoře. Výsledkem byl Fotografický atlas Měsíce v jednotném měřítku vydaný v roce 1960 univerzitou v Chicagu. Na arizonské univerzitě pak vydal verzi tohoto atlasu doplněnou o souřadnicovou síť a verzi s upravenou projekcí tak, jak by byly krátery viditelné pozorovatelem kolmo na měsíční povrch.

Pod jeho vedením v roce 1960 na Chicagské univerzitě dokončil postgraduální práci na téma Fyzikální studie planet známý popularizátor Carl Sagan. 

V roce 1960 Kuiper založil Lunární a planetární laboratoř (LPL), nejprve jako doplněk Ústavu atmosférické fyziky a později jako samostatný subjekt Arizonské univerzity a byl jejím ředitelem po zbytek svého života. Působil jako vedoucí vědeckého týmu v lunárním programu NASA Ranger a jako experimentátor v dalším lunárním projektu Surveyor. Pomáhal také při vyhledání míst vhodných pro přistání lidských posádek na Měsíci v rámci programu Apollo.

Kuiper se v 60. letech 20. století živě zajímal o rozvoj infračervené astronomie a sehrál v něm důležitou roli. V roce 1967 měl k dispozici infračervený dalekohled umístěný v letadle NASA Convair 990, který létal ve výšce 12 kilometrů nad zemí a Kuiper jím pozoroval planety i hvězdy. V letech 1967 a 1968 vedl program na vytvoření atlasu infračerveného slunečního spektra s vysokým rozlišením. Jako uznání za jeho přínos k rozvoji letecké infračervené astronomie byl nástupce Convairu 990 („Galileo“), 1-metrový dalekohled umístěný v letadle C-141, v roce 1975 pojmenován Kuiperova letecká observatoř (Kuiper Airborne Observatory).

Oblast menších těles, která se nachází za Neptunem, bývá označována jako „Kuiperův pás“. Pojmenování pásu po Kuiperovi je ale trochu nezasloužené, neboť Kuiper sice ve své práci z roku 1951 předpokládal, že se za drahou Neptunu ve vzdálenostech 38 až 50 AU zformovala z protosolární mlhoviny tělesa o velikosti komet, očekával však zároveň, že většina těchto objektů byla z oblasti vypuzena gravitačními poruchami planety Pluto. Planetě Pluto se totiž v 50. letech 20. století přisuzovala větší hmotnost než dnes, přičemž perihelium dráhy Pluta je ve vzdálenosti necelých 30 AU a afélium je vzdáleno přes 49 AU. Dnes by se podle Kuipera měla nacházet v „jeho“ pásu jen nepatrná část původních těles. Kuiper však připouštěl, že tělesa ve větších vzdálenostech než 50 AU od Slunce mohla zůstat nezasažena poruchami Pluta a mohla by tvořit pás těles, který se zachoval dodnes.

Na jeho počest byla pojmenována planetka (1776) Kuiper, která byla objevena Ingrid a Cornelisem van Houtenovými ve spolupráci s Tomem Gehrelsem v rámci Palomarsko-Leidenské přehlídky oblohy 24. září 1960 na Mt. Palomaru.

Po Gerardu Kuiperovi jsou také pojmenovány tři krátery: na Merkuru, na Měsíci a na Marsu. Dále jeho jméno nese Kuiperův sráz táhnoucí podél jižní stěny ledovce Uranus na východní straně ostrova Alexander v Antarktidě.

Na jeho počest je udílena Kuiperova cena, která je nejvýznamnějším oceněním Divize pro planetární vědy Americké astronomické společnosti, která sdružuje planetárních vědce z celého světa. Též jedna ze tří budov Lunární a planetární laboratoře v Arizoně nese jeho jméno. V jeho rodném městě Tuitjenhorn najdeme od roku 2001 Kuiperovu sochu.

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Cruikshank, Dale P. (1993). "Gerard Peter Kuiper, December 7, 1905–December 24, 1973". Biographical Memoirs of the National Academy of Sciences (62): 258–295.
[2] Gerard Kuiper, heslo na Wikipedii.
[3] Kuiper, Gerard Peter, heslo na Encyclopedia.com
[4]G. P. Kuiper (1951): Origin of the Solar System, in Astrophysics: A Topical Symposium, ed. J. A. Hynek, New York: McGraw-Hill, p. 401.
[5] David Jewitt (2009): Why "Kuiper" belt?, University of Hawaii, osobní stránka D. Jewitta.

Převzato: Hvězdárna Teplice