Als we naar de lucht kijken zien we overdag de zon en ’s avonds de maan en sterren. We nemen ze vaak voor lief, maar heb je je weleens afgevraagd waarom ze er zijn? Wat ze doen? Hoe beïnvloeden ze de aarde? Tijdens dit thema ben je een ontdekkingsreiziger in de ruimte en onderzoek je de geheimen van ons zonnestelsel. Welkom in de wereld van de astronomie!
Zien is geloven
Zo kun je geloven dat de zon beweegt en de aarde stilstaat. Dat is begrijpelijk, want de zon verplaatst zich ook schijnbaar langs de hemel. Copernicus was de eerste die dit idee in twijfel trok en later werd door Galilei bevestigd dat de zon inderdaad het midden van het zonnestelsel is en de aarde eromheen draait. We noemen dat het heliocentrische model. Hoewel nieuw voor die tijd waren er in de oudheid al theorieën over, bijvoorbeeld bij de oude Grieken. Desondanks stuitte de ideëen van Copernicus en Galilei in die tijd op grote weerstand, bijvoorbeeld bij de kerk. Een andere veel voorkomende ‘misvatting’ is de theorie dat de maan ’s nachts de zon bedekt. Weer een andere: de schaduw van de aarde is wat de schijnbare verandering in de gestalte van de maan veroorzaakt. In lessen over de zon, maan en aarde komen drie belangrijke concepten aan de orde:
Grootte: de hemellichamen hebben een bolvorm – dit is een gevolg van de zwaartekracht, die alle materie richting het centrum van een voorwerp trekt. Aangezien de hemellichamen alleen echt aan hun eigen zwaartekracht onderworpen zijn, tenderen ze naar een bolvorm. Daar houden de overeenkomsten op. Qua omvang is de zon meer dan één miljoen keer zo groot als de aarde. Op zijn beurt is de maan slechts één zesde van de aarde. Als we de zon door een strandbal representeren, is de aarde ongeveer zo groot als een erwt en de maan zo groot (of zo minuscuul) als een peperkorrel. De verschillen zijn, tamelijk letterlijk, astronomisch.
Afstand: de gemiddelde afstand tussen de aarde en de zon bedraagt ongeveer 150 miljoen kilometer. Als we met 150 km/u reisden, zouden we er 114 jaar over doen om de zon te bereiken. De maan staat veel dichter bij de aarde: op 384.403 kilometer. De Apollo-missies bereikten in net meer dan 60 uur de maan.
Beweging: de zon beweegt feitelijk inderdaad – samen met het hele zonnestelsel en het sterrenstelsel (Melkweg). En hij draait ook nog eens. Laten we ons echter omwille van de eenvoud voorstellen dat de zon stilstaat. De aarde loopt rond de zon en roteert ook om haar eigen as. Beiden bewegen en tollen tegen de klok in. De omloop resulteert in ons jaar; de rotatie geeft ons dag en nacht. De maan loopt in een baan om ons heen. Doordat hij altijd naar ons toe gedraaid staat, is de achterkant van de maan onafgebroken van ons weg gekeerd. De relatieve positie van de maan ten opzichte van de aarde en de zon resulteert in de maanfasen. De maan brengt zelf geen licht voort; in plaats daarvan weerkaatst hij het licht van de zon.
De aarde De aarde is de derde planeet vanaf de zon. Ze is bijna een bol, maar iets afgeplat aan de boven- en onderkant (de polen). In onze voorstelling bestaat ze uit één massieve steenbrok, maar haar opbouw heeft feitelijk meer weg van een zachtgekookt ei. De harde schaal is de aardkorst – een dunne gesteentelaag, die voor vier vijfde is bedekt met water. Daaronder ligt het eiwit – de aardmantel, merendeels bestaande uit vast gesteente. In het midden van de aarde bevindt zich de hete kern van nikkel en ijzer, zoals de eidooier.
De aarde roteert om haar as.
Elke vierentwintig uur voltooit ze één complete rotatie. Van bovenaf gezien draait ze tegen de klok in. We noemen deze complete rotatie een dag of etmaal. Op enig moment is een deel van de aarde naar de zon toe gekeerd. Op dat deel is het dan dag (licht). Tegelijkertijd is een ander deel van de zon af gekeerd. Daar is het dan nacht (donker). Terwijl de aarde roteert, schuift elk deel van het oppervlak van het licht op naar het donker en daarna weer terug naar het licht – van dag naar nacht en weer terug naar dag.
Vanaf de aarde lijkt de zon zich langs de hemel te verplaatsen. Maar feitelijk is het de aarde die beweegt, terwijl de zon stilstaat. De aarde maakt een omloop om de zon. De tijd die ze nodig heeft om één baan rond de zon te voltooien, bedraagt 365¼ dagen – wat we een jaar noemen. De kwarten geven per vier jaar opgeteld een extra dag: 29 februari. Dit jaar van 366 dagen noemen we een schrikkeljaar en 29 februari zelf een schrikkeldag.
De as van de aarde staat ietsje schuin op de zon. Deze hoek blijft gelijk terwijl de aarde om de zon loopt. Enig punt op aarde is gedurende een deel van het jaar naar de zon toe gekanteld, waardoor het zonlicht daar sterker is. Gedurende een ander deel van het jaar is het dan weer van de zon weg gekanteld. Door dit verschijnsel krijgen we onze zomers en winters.
De maan
Veel planeten hebben manen. Sommige hebben er meer dan één. Jupiter, de grootste planeet in ons zonnestelsel heeft er maar liefst 63! Niemand weet zeker hoe de maan ontstaan is. Eén theorie oppert dat een reusachtige steenbrok ongeveer vier miljard jaar geleden tegen de aarde botste, waardoor een wolk van puin de ruimte in werd gespetterd. De zwaartekracht van de aarde hield deze brokstukken vast in een baan, in een ring. Gaandeweg de tijd zouden de brokken tot een bol samengeklonterd zijn.
De as van de aarde staat ietsje schuin op de zon. Deze hoek blijft gelijk terwijl de aarde om de zon loopt. Enig punt op aarde is gedurende een deel van het jaar naar de zon toe gekanteld, waardoor het zonlicht daar sterker is. Gedurende een ander deel van het jaar is het dan weer van de zon weg gekanteld. Door dit verschijnsel krijgen we onze zomers en winters.
De massa van de maan bedraagt ongeveer een achtste van die van de aarde. De maan draait rond de aarde en roteert ook om zijn eigen as. Doordat zijn omlooptijd gelijk is aan zijn rotatietijd, staat één kant van de maan altijd naar de aarde toe gekeerd. Deze tijdsperiode beslaat ongeveer 27 dagen – ruwweg een maand. Terwijl de maan rond de aarde loopt, oefent de zwaartekracht van de maan een aantrekkingskracht op de zeeën op aarde uit – wat de getijden veroorzaakt.
Wanneer we de maan een volle maand lang observeren, lijkt hij van vorm te veranderen. Deze veranderingen noemen we de maanfasen of schijngestalten van de maan. De maan produceert zelf geen licht. Hij weerkaatst het licht van de zon – zelfs ’s nachts, wanneer de zon niet aan de hemel staat. Door de schaduw die de zon werpt, lijkt het alsof de maan van gedaante wisselt.
De zwaartekracht van de maan is een zesde zo sterk als die van de aarde. Je kunt daardoor gemakkelijk hoog en ver springen op de maan. We weten dat het maanoppervlak stenig en poederig is. Een dampkring ontbreekt er, waardoor er geen weer is op de maan. De voetafdrukken van astronauten op de maan verdwijnen nooit meer.
Vroeger dachten we dat er geen water op de maan voorkwam, maar de NASA heeft inmiddels sporen van bevroren water in een van de maankraters gevonden. Door deze vondst koesteren wetenschappers hoop om ooit een permanente basis op de maan te kunnen inrichten
De zon
De zon is een ster – een massieve bol van exploderend gas. Hij heeft een diameter van ongeveer 1,4 miljoen kilometer en kan de aarde meer dan honderd keer in zich opnemen. In verhouding tot andere sterren in het heelal is onze zon echter nog steeds een ukkepuk! De zon produceert deeltjes waterstofgas, die, samengevoegd, het edelgas helium voortbrengen. Dit samenvoegingsproces noemen we kernfusie en het is dit proces dat warmte en licht genereert. De zon is slechts één ster tussen miljarden in ons sterrenstelsel, de Melkweg. Ons eigen sterrenstelsel is er weer slechts één tussen in potentie 500 miljard sterrenstelsels in het heelal. We zijn dus werkelijk niet meer dan een nietig spikkeltje in de reusachtig uitgestrekte ruimte.
De planeten
Momenteel weet de wetenschap van acht planeten (inclusief de aarde) in ons zonnestelsel af. Net als de aarde lopen ze om de zon in een haast cirkelvormige baan. De binnenplaneten zijn de planeten die tussen de zon en aarde in staan: Mercurius en Venus. De buitenplaneten bevinden zich buiten de baan van de aarde: Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus. Pluto werd eens als de negende planeet in het zonnestelsel beschouwd. Hij geldt nu echter als een ‘dwergplaneet’.
Ruimteonderzoek
Voortdurend ontwikkelen astronomen en wetenschappers betere en efficiëntere technologieën voor het bestuderen van de sterren en planeten. De belangrijkste technieken en instrumenten die momenteel worden gebruikt, zijn de volgende:
→ Optische telescopen – het type telescoop dat we in een sterrenwacht (observatorium) zien. Veel van deze telescopen staan op heuvels of bergen opgesteld, zodat ze zich boven eventuele lichtvervuiling, nevel, etc. bevinden en het zicht daardoor niet wordt belemmerd of vertroebeld.
→ Radiotelescopen – deze telescopen vangen met grote schotels signalen op die van objecten in de ruimte uitgaan. Astronomen kunnen er objecten mee opsporen die we niet op enige andere manier kunnen ontdekken, omdat ze te donker zijn of zich te ver weg bevinden.
→ Telescopen in een baan om de aarde – telescopen zijn in een baan om de aarde gebracht, zodat we de sterren kunnen bestuderen zonder dat we door de dampkring van de aarde hoeven te kijken. De grootste van deze telescopen is de Hubble-ruimtetelescoop, die in 1990 door de NASA is gelanceerd.
→ Ruimtesondes – sondes zijn onbemande ruimtevaartuigen. Ze zijn uitgerust met allerlei verschillende sensoren en camera’s, waarmee ze gegevens over planeten en andere ruimteverschijnselen verzamelen en alles doorsturen naar de aarde.
→ Ruimtestations – deze ruimtevaartuigen draaien in een baan om de aarde en kunnen worden bemand door teams van astronauten en wetenschappers. In deze bases kunnen ze experimenten met betrekking tot gewichtloosheid uitvoeren en onderzoeken hoe het menselijk lichaam in de ruimte reageert. Het Internationale Ruimtestation (ISS) draait momenteel in een baan om de aarde. Het werd in 1998 gelanceerd en tot 2011 heeft men er allerlei nieuwe modules aan toegevoegd. Het ISS is een internationaal ruimteproject, waaraan meer dan honderdduizend mensen uit zeventien verschillende landen een bijdrage leveren.
Andere objecten in de ruimte In de ruimte komen nog vele objecten meer voor.
Onder meer:
→ Kometen – deze zwevende objecten bestaan uit een mengsel van water en bevroren gassen. Wanneer ze dicht genoeg bij de zon komen, beginnen ze door de hitte te verdampen. De stralen van gas en stof vormen de lange staarten die we vanaf de aarde kunnen zien.
→ Asteroïden – asteroïden (of planetoïden) zijn metaal- en/of gesteentebrokken die door de ruimte drijven. Hun grootte reikt van een diameter van 1000 kilometer tot de omvang van een kiezelsteentje! De meeste bevinden zich in een ‘gordel’ die tussen de banen van Mars en Jupiter ligt. → Meteoren – wanneer een asteroïde door de dampkring van de aarde gaat, brandt ze op. We spreken dan van een meteoor of ‘vallende ster’. Sommige meteoren breken door de aardatmosfeer heen, zonder volledig te verdampen, en vallen dan op het aardoppervlak.
→ Kunstmanen – elk object dat in een baan om een planeet draait, noemen we een satelliet. Maar we bouwen ook zelf satellieten en lanceren ze in een baan om de aarde – we noemen ze dan kunstmanen. Een kunstmaan op de juiste afstand van de aarde roteert met de planeet mee en kan worden gebruikt voor het doorgeven van televisie- en andere communicatiesignalen.
→ Tegenwoordig is er ook heel veel ruimtepuin. Van redelijk grote brokstukken van enkele tientallen centimeters groot, tot miniscule stukje kleiner dan een centimeter.
Door de grote snelheid waarmee ze doelloos rond de aarde razen is het een enorm gevaar voor satellieten en het ISS. Ruimte-afval is een steeds groter probleem. We zijn op het punt beland dat we niet alleen de aarde vervuilen, maar ook de ruimte om de aarde heen.
Steeds meer onderzoekers proberen oplossingen te vinden om het afval op te ruimen.
→ Rode reuzen – een rode reus is een grote felle ster die aan het eind van zijn leven is gekomen.
→ Witte dwergen – een witte dwerg is een kleine, hete ster. Dit is de laatste fase in de levenscyclus van een ster zoals onze zon.
→ Zwarte gaten – een zwart gat is een object in de ruimte met een dermate immense zwaartekracht dat niets eraan kan ontsnappen, zelfs geen licht. Wetenschappers geloven dat zwarte gaten zich vormen wanneer een ster aan het eind van zijn leven verschrompelt. Het eerste zwarte gat dat werd ontdekt, was Cygnus X-1 in 1971.
