Bortom Neptunus omloppsbana, en mångsidig samling av tusentals dvärgplaneter och andra relativt små föremål bor i en region som kallas Kuiperbältet. Dessa ofta orörda rester från vårt solsystems dagar av planetbildning kallas Kuiperbältsobjekt, eller trans-neptuniska föremål. NASA:s kommande rymdteleskop James Webb kommer att undersöka ett sortiment av dessa iskalla kroppar i en serie program som kallas Guaranteed Time Observations strax efter lanseringen 2021. Målet är att lära sig mer om hur vårt solsystem bildades.

"Detta är föremål som finns på kyrkogården för solsystembildning, " förklarade Cornell Universitys Jonathan Lunine, en Webb Interdisciplinary Scientist som kommer att använda Webb för att studera några av dessa mål. "De är på en plats där de kan hålla i miljarder år, och det finns inte många sådana platser i vårt solsystem. Vi vill gärna veta hur de är."

Genom att studera dessa kroppar, Lunine och hans kollegor hoppas få veta vilka isar som fanns i det tidiga solsystemet. Dessa är de kallaste världarna att visa geologisk och atmosfärisk aktivitet, så forskare är också intresserade av att jämföra dem med planeterna.

Kuiperbältsföremål är mycket kalla och svaga, ändå lyser de i infrarött ljus, som är på våglängder bortom vad våra mänskliga ögon kan se. Webb är speciellt utformad för att upptäcka infrarött ljus. För att studera dessa avlägsna föremål, forskare kommer huvudsakligen att använda en teknik som kallas spektroskopi, som delar upp ljus i sina individuella färger för att bestämma egenskaperna hos material som interagerar med det ljuset.

Ett brett sortiment

Kuiperbältets invånare finns i olika former och storlekar. Vissa bor i par eller multiplar, medan andra har ringar eller månar. De uppvisar ett brett utbud av färger, vilket kan tyda på olika bildningshistorik eller olika exponering för solljus.

"Vissa verkar vara rödare i färgen, andra är blåare. Varför är det så?" sa Heidi Hammel, en Webb Interdisciplinary Scientist för observationer av solsystem. Hon är också vicepresident för vetenskap vid Association of Universities for Research in Astronomy (AURA) i Washington, D.C. "Med Webb, vi kommer att kunna få information om ytkemi som kanske kan ge oss några ledtrådar om varför det finns dessa olika populationer i Kuiperbältet."

Utsparkad från klubben

Mellan Jupiter och Neptunus, och korsar omloppsbanan för en eller flera av de jättelika planeterna, ligger en annan population av föremål som kallas kentaurer. Dessa är små solsystemkroppar som har kastats ut från Kuiperbältet. Förutom att observera aktuella Kuiperbältsobjekt, dessa Webb-program kommer att studera sådana solsystemkroppar som har "utsparkats ur klubben". Dessa före detta Kuiperbältsobjekt har banor som har blivit dramatiskt störda, för dem betydligt närmare solen.

"Eftersom de korsar Neptunus banor, Uranus, och Saturnus, kentaurer är kortlivade. Så de finns vanligtvis bara i cirka 10 miljoner år, " förklarade John Stansberry från Space Telescope Science Institute i Baltimore, Maryland. Stansberry leder ett annat team som kommer att använda Webb för att studera Kuiperbältsobjekt. "Vid den punkten, de har en interaktion med en av de stora planeterna som är väldigt stark, och antingen kastas de in i solen eller kastas ut ur solsystemet."

En annan kropp som Webb kommer att studera är Neptunus måne Triton. Den största av isjättens 13 månar, Triton delar många likheter med Pluto. "Även om det är Neptunus måne, vi har bevis som tyder på att det är ett Kuiperbältsobjekt som kom för nära Neptunus någon gång i sitt förflutna, och det fångades in i omloppsbana runt Neptunus, ", sa Hammel. "Triton studerades av Voyager 2-sonden 1989. Dessa rymdfarkostdata kommer att ge oss mycket viktig "marksanning" för våra Webb-observationer av Kuiperbält-objekt."

Ett urval av målen

Här är ett litet urval av några av de dussintals nuvarande och tidigare Kuiperbältsobjekt som Webb kommer att observera:

• Pluto och Charon:Dvärgplaneten Pluto och dess största måne, Charon, är två av de mest kända invånarna i Kuiperbältet. Pluto har en atmosfär, dis, och årstider. Den har geologisk aktivitet på sin yta och kan ha ett hav i sitt inre. Förutom Charon, den är värd för fyra andra månar:Nix, Hydra, Styx, och Kerberos. Webb-data kommer att komplettera de observationer som NASA:s rymdfarkost New Horizons gjorde när den flög av Pluto-systemet 2015.
• Eris:Nästan lika stor som Pluto, Eris är den näst största kända dvärgplaneten i solsystemet. Längst bort, mystiska Eris är mer än 97 gånger så långt från solen som jorden är. På grund av dess avstånd, det är svårt att observera, men Webb kommer att berätta en hel del för forskare om vilka typer av isar som finns på dess yta.
• Sedna:Med sin djupröda nyans, Sedna ligger faktiskt bortom Kuiperbältet. Det tar cirka 11, 400 år att slutföra en omloppsbana, och den längsta punkten i den mycket långsträckta omloppsbanan beräknas vara 940 gånger jordens avstånd från solen.
• Haumea:Denna stora, snabbt snurrande kropp är äggformad, och forskare skulle vilja veta varför. Förutom månar, det verkar också ha ett ringsystem. med Webb, forskare hoppas kunna lära sig mer om hur dessa ringar bildades.
• Chariklo:Den största kentauren, Chariklo är också den första asteroiden som har ett ringsystem. Det var det femte ringsystemet som hittades i vårt solsystem - efter Saturnus, Jupiter, Uranus och Neptunus. Ringarna tros vara mellan två och fyra mil breda.

Ett annat program, kallas ett tillfällesmål, kommer att observera ett Kuiperbältsobjekt som passerar framför en stjärna, om en sådan anpassning skulle ske under de första två åren av Webbs livstid. Kallas en ockultation, denna typ av observationer kan avslöja ett föremåls storlek.

De få rymdfarkoster som har flugit förbi Kuiperbältsobjekt kunde bara studera dessa spännande föremål under en mycket kort tidsperiod. med Webb, astronomer kan rikta in sig på fler Kuiperbältsobjekt under en längre tid. Resultatet blir nya insikter i vårt solsystems tidigaste historia.

Rymdteleskopet James Webb kommer att vara världens främsta rymdforskningsobservatorium när det lanseras 2021. Webb kommer att lösa mysterier i vårt solsystem, se bortom till avlägsna världar runt andra stjärnor, och undersöka de mystiska strukturerna och ursprunget till vårt universum och vår plats i det. Webb är ett internationellt program som leds av NASA med sina partners, ESA (European Space Agency) och Canadian Space Agency.