Hoofdstuk 7, Zonnestelsel en heelal

Hoofdstuk 7: Zonnestelsel en heelal 7.1: Dagen, maanden, jaren De posities van de hemellichamen kunnen je iets vertellen over de plaats op aarde, de tijd en de dag van het jaar. De aarde draait in 24 uur om haar as, en de maan draait in 29,5 dagen om de aarde. Maan en aarde draaien samen in 1 jaar om de zon. Er zijn twee manieren om een kalender te maken: De eerste gaat uit van de maan (in de tijd dat de maan om de aarde draait zie je vanaf de aarde verschillende fasen van de maan), de tweede van de zon (doordat de zon langs de hemel beweegt, verandert de plaats en de lengte van de schaduw van een stok op de grond). De zon legt de duur van een jaar vast. In ongeveer 365,25 dagen beweegt de aarde 1x rond de zon. Deze periode heet het zonnejaar. Er passen alleen niet een volledig aantal maanomlopen in een zonnejaar en ook zitten er niet een volledig aantal dagen in. Tegenwoordig wordt in alle landen de Gregoriaanse kalender gebruikt. In ons kalenderjaar zitten 12 maanden met elk 30 of 31 dagen. Alleen de maand februari telt er 28 en eens in de 4 jaar 29. Hierdoor blijft ons jaar in de pas met het zonnejaar. In Berlijn komt de zon later op dan in Moskou. Daarom had iedere plaats op aarde zijn eigen tijd. Tegenwoordig wordt het internationale tijdzonesysteem gebruikt. De wereld is onderverdeeld in 24 tijdzones van ieder één uur (zie blz. 91) De zon beweegt gedurende een dag in een baan langs de hemel. In de zomer staat de zon hoger dan in de winter. Ook de plaats waar de zon opkomt en ondergaat, verandert gedurende een jaar. Wanneer de zon lager aan de hemel staat, valt het zonlicht vlakker en verwarmt de straling het aardoppervlak minder snel. Daarom is het ’s winters kouder dan ’s zomers. (zie blz. 92) Om de seizoenen te kunnen verklaren, is het nodig het model van de beweging van de zon, maan en aarde verder uit te breiden. De denkbeeldige aardas tussen de noord- en zuidpool maakt een hoek van 23,5 graden. Terwijl de aarde om de zon draait, blijft de aardas altijd in de richting van de Poolster wijzen. Door deze scheve stand van de aardas zijn plekken op aarde afwisselend meer en minder naar de zon gericht (zie figuur 7.5 op blz. 93). Als het in Nederland bijvoorbeeld zomer is, is het in Australië winter. 7.2: Het zonnestelsel De beweging van de maan speelt een grote rol bij het verklaren van eb en vloed. De afwisseling van stijgen (vloed) en het dalen (eb) van het zeeniveau heet het getij. Als het water niet meer stijgt en ook nog niet aan het dalen is, keert het getij. Dan wordt het eb en stroomt het water weg van de kust. Deze stroming wordt de ebstroming genoemd en heeft een snelheid van zo’n 1 tot 2km/u. De afwisseling van het getij is ook belangrijk voor de scheepvaart. Het getij heeft een periode van 12 uur en 25 minuten. De maan veroorzaakt het getij. Maan en aarde trekken elkaar aan door de zwaartekracht. De zwaartekracht wordt kleiner als de afstand groter wordt. De getijkrachten proberen de aarde tot een eivorm uit te rekken. Met het aardoppervlak van de continenten lukt dat niet, maar het zeewater “vervormt” wel. Aan zowel de kant van de aarde die naar de maan is toegekeerd, als aan de tegenovergestelde kant komt het water hoger te staan. Voortdurend verschuift de plaats waar het hoogwater is omdat de aarde ronddraait. Zo wordt het overal twee keer per dag eb en vloed. Ook zon en aarde trekken elkaar aan. Eb en vloed worden daarom ook door de zon beïnvloed. Maar de zon staat veel verder weg van de aarde dan de maan. Daarom is de aantrekkingskracht lang niet zo groot. Wanneer zon, maan en aarde op één lijn staan, versterken het getij van de zon en van de maan elkaar. Vanaf de aarde gezien is het dan volle maan of nieuwe maan. Als beide getijden elkaar versterken is er sprake van springtij. In geval van eerste of laatste kwartier werken beide getijden elkaar juist tegen en is het doodtij. (zie blz. 97) Terwijl de maan om de aarde draait, gebeurt het soms dat zij voor de zon schuift en het zonlicht tegenhoudt. De zon wordt dan verduisterd. Een zonsverduistering duurt hooguit zo’n 7 minuten. Tijdens een zonsverduistering is het altijd nieuwe maan. Wanneer het volle maan is, staan zon, aarde en maan ook op één lijn. Tijdens volle maan staat de aarde namelijk tussen de zon en de maan in. Als de volle maan in de schaduw van de aarde kruipt, kan het zonlicht de maan niet meer bereiken en is het dus een maansverduistering. Een maansverduistering duurt zo’n drie kwartier. Niet elke zons- of maansverduistering is te zien. De maanbaan staat namelijk schuin op het vlak waarin de aarde om de zon draait. Soms kan het dus zo zijn dat de nieuwe maan wel tussen de aarde en de zon staat, maar dan net boven- of onderlangs gaat. Hierdoor wordt de zon dan niet verduisterd (zie model op blz. 99). In het midden van ons zonnestelsel staat de zon. Rondom de zon draaien 9 planeten in ellipsvormige banen. Om de meeste planeten draaien manen. Tussen de zon en de aarde draaien twee planeten: Mercurius en Venus. Zij worden de binnenplaneten genoemd. De planeten die verder weg staan, heten buitenplaneten. Tussen de planeten Mars en Jupiter bevinden zich een gordel van duizenden brokstukken, dat zijn planetoïden. Planeten verschillen in veel opzichten van elkaar (zie blz. 101).
7.3: Het heelal De zon heeft een diameter van ongeveer een miljoen kilometer en is daarmee het grootste hemellichaam in het zonnestelsel. De zon is een ster. Sommige andere sterren zijn kleiner dan de zon, anderen groter. Een belangrijk kenmerk van sterren is dat ze licht geven (in tegenstelling tot planeten die licht weerkaatsen). Sterren zijn heel erg heet. Dit komt omdat ze zo groot zijn. Want hierdoor is hun zwaartekracht ook heel groot. Dit heeft tot gevolg dat in het binnenste van de sterren de druk en de temperatuur extreem hoog zijn. Sterren bestaan uit gloeiend hete gassen. Het meest voorkomende gas is waterstof. Waterstofatomen schieten in de kern door de hoge temperatuur zo hard door elkaar heen, dat ze met enorme snelheden tegen elkaar botsen. Door zo’n hard botsing kan kernfusie optreden. Hierbij smelten atomen dan samen tot een groter atoom. Botsende waterstofatomen vormen zo een heliumatoom. Bij de klap komt energie vrij in de vorm van warmte en licht. In het heelal bevinden zich grote ijle wolken waterstofgas. Sterren ontstaan doordat deze gaswolken onder invloed van hun eigen zwaartekracht samentrekken. Op een bepaald moment is de gaswolk zover gekrompen en de temperatuur in het centrum zo hoog geworden, dat er kernfusie optreedt. Hierdoor ontstaat in het binnenste van de gaswolk een tegendruk die zo groot wordt, dat de gaswolk niet langer samentrekt. Er ontstaat een evenwicht tussen zwaartekracht en tegendruk. De gasbol straalt nu licht uit  er is een nieuwe ster ontstaan. Er komt een moment (soms pas na miljarden jaren) dat het waterstof in het binnenste van de ster opraakt. De kernfusie stopt, de tegendruk valt weg en de zwaartekracht laat de ster verder samentrekken. Hierdoor nemen temperatuur en druk weer toe. Er vindt nu opnieuw kernfusie plaats, alleen ditmaal wordt helium omgezet in koolstof. Dit proces herhaalt zich een aantal malen en er ontstaan steeds zwaardere atomen, zoals stikstof en zuurstof. Uiteindelijk kan er zelfs in het midden van de ster ijzer ontstaan. De ster is nu ten dode opgeschreven en stort onder invloed van zijn eigen zwaartekracht in elkaar. De ster wordt met grote snelheid de ruimte ingeslingerd (dit heet een supernova-explosie) De afstand die het licht van een ster in 1 jaar aflegt, noemt men een lichtjaar. De meeste sterren die je met het blote oog aan de hemel kunt zien, staan op minder dan duizend lichtjaar van de aarde. Omdat het zo lang duurt voordat het licht je oog bereikt, kijk je eigenlijk in het verleden. Als het onbewolkt is en heel donker, kun je aan de hemel een soort van lichtband zien, dit wordt de melkweg genoemd. De sterren blijken in een soort afgeplatte schijf te zitten, met een verdikking in het midden (zie blz. 107). De melkweg bestaat uit meer dan 100 miljard sterren en zijn wel 100 miljard van dit soort sterrenstelsels. Ze zien er niet allemaal hetzelfde uit. De afstand van tot andere sterrenstelsels varieert van 100.000 tot meer dan 10 miljard lichtjaar. Hoe verder een sterrenstelsel van ons vandaan is, hoe sneller het zich van de aarde af beweegt. Het bleek dat als een stelsel 2x zover van ons af staat dan een ander stelsel, de snelheid ook 2x zo groot is. Deze regelmaat heet de wet van Hubble. Deze wet zegt dat als je van een ver verwijderd sterrenstelsel de snelheid kunt meten waarmee het van ons afbeweegt, je ook de afstand tot dat stelsel kent. (eventueel blz. 109/110 doorlezen) 7.4: Beter waarnemen De uitvinding van de telescoop, de fotografie en de computer hebben grote invloed gehad op de kwaliteit van sterrenkundige waarnemingen. Een telescoop werkt op dezelfde manier als een vergrootglas. Het vergrootglas bundelt al het licht dat er doorheen valt in het brandpunt van de lens. Ook bij een verrekijker of een telescoop wordt al het invallende licht gebundeld. Omdat de doorsnee van een telescoop veel groter is dan die van een pupil, vangt een telescoop veel meer licht op. Bovendien vergroot een telescoop het beeld, waardoor je nog meer details kunt zien. (eventueel blz. 113 over de werking vd telescoop lezen) Door een fototoestel aan een telescoop te bevestigen konden sterrenkundigen het beeld fotograferen. Een fototoestel kan op twee manieren licht op het negatief laten vallen. De eerste is door een grotere lensopening. De andere manier is langer belichten, want door de sluiter langer open te laten wordt meer licht verzameld. Hierdoor worden meer details zichtbaar. Sterrenkundigen gebruiken tegenwoordig computers om hun waarnemingen te bestuderen. De vraag naar een snellere en nauwkeuriger techniek om waarnemingen op te slaan, heeft de CCD-chip opgeleverd. Waarnemingen zijn met deze chip rechtstreeks op te slaan als computerbestand.