De Maan

Inleiding

Wij hebben voor onze praktische opdracht van algemene natuurwetenschappen gekozen voor het onderwerp ‘De Maan’.
De Maan is de metgezel van de aarde. Als kleine bol aan de hemel draait hij trouw rondjes om de aarde heen. De maan is de enige natuurlijke satelliet. ’s Nachts zien wij de Maan als een lichtbron aan de hemel. In werkelijkheid is het een steenachtig hemellichaam dat zelf geen licht geeft. De Maan schijnt echter doordat deze wordt beschenen door de zon en het zonlicht weerkaats.
Het is een merkwaardig toeval dat de Maan en de Zon aan de hemel even groot lijken. Het is daarom ook niet zo wonderbaarlijk dat veel oude beschavingen het verschil tussen de Zon en de Maan niet zagen. Tegenwoordig weet men dat er een fundamenteel verschil is tussen de twee hemellichamen. Ook zijn we tegenwoordig, door de ontwikkeling van ruimtevaart en astronomie, instaat om de Maan nader te onderzoeken.
In dit werkstuk zullen wij de maan nader beschrijven en later hierover een presentatie houden.

Hoofdstuk 1: Het ontstaan van de maan

Jarenlang hebben wetenschappers omtrent de oorsprong van de aardse maan drie mogelijkheden afgewogen:
· dat een satelliet nabij de aarde ontstond door dezelfde geleidelijke samenklontering die ook de planeet deed ontstaan.
· Dat de maan elders in het zonnestelsel werd gevormd en door de aarde werd ‘ingevangen’.
· Dat de maan ontstond toen van de snel roterende, nog vloeibare proto-aarde een grote klomp materie werd afgescheurd.
Maar door de stroom van gegevens, verzameld door Apollo-vluchten en andere maanonderzoeken lieten de meeste wetenschappers deze theorieën varen ten gunste van een andere mogelijkheid: de ‘reusachtige inslag’-theorie.

Een pijnloze bevalling was het niet, de geboorte van de maan. Hoewel haar zachte, zilverwitte licht meestal geassocieerd wordt met liefde en vrede, is de maan een uit een ramp geboren satelliet.
Rond 4,6 miljoen jaar geleden sloeg een object, ruwweg ten grote van Mars, van opzij op de jonge aarde in, waardoor die in een schuine stand kwam te staan . Door de hitte en druk van de botsing smolten de indringer en een deel van de mantel van de aarde en werden de resterende materialen uitgebraakt. Veel van het puin, waaronder het zware gesmolten ijzer uit de kern van de indringer, viel naar de aarde terug. Het materiaal dat een paar uur na de inslag in een baan om de aarde bleef, vormde een schijf rond de planeet. Deze schijfdeeltjes voegden zich aaneen tot een maan.
De maan is een lichaam zonder water en de geringe dichtheid wordt verklaard door het verdwijnen van veel van het ijzer van de indringer.

Hoofdstuk 2: De opbouw van de Maan

De Maan zou je kunnen beschouwen als de kleinste van de aardse planeten. Alleen draait dit hemellichaam niet om de zon maar om een planeet (de Aarde).
De Maan bezit net zoals de aarde over een gelaagde structuur. Uit de beperkte gegevens die men over de Maan beschikt, weet men dat de Maan een ijzerhoudende kern heeft. Deze kern is minder dan 360 km groot, dit is maar twee procent van de totale Maanmassa. Door dat de Maan geen vloeibare kern heeft, is de sterkte van het magnetischveld van de Maan maar 1 miljoenste van de sterkte van het Aardse magnetischveld.
De ijzerhoudende kern wordt omgeven door een rotsachtige binnen-mantel. Om deze binnen-mantel heen ligt de, een korst die ongeveer 60 km dik is aan de zijde die naar onze aarde toe gekeerd is en ongeveer 100 km dik aan de andere zijde. Vanaf de aarde zie je altijd dezelfde kant van de Maan, dit komt door dat de Maan tijdens een omloop om de zon precies eenmaal om zijn as draait.
De stijve buitenste mantel ook wel de lithosfeer genoemd is ongeveer 1000 km dik. Alleen het allerdiepste deel van de mantel is zo heet dat er convectiestromen kunnen plaatsvinden. Bij de aarde is dit anders, in de gehele aarde vindt convectie plaats. Dit komt doordat de Maan in zijn bestaan veel verder is afgekoeld dan de aarde.
De rest van het maanoppervlak bestaat uit een oude, hoger gelegen korst.
De diameter van de Maan is 0,27 keer die van de Aarde.
Wanneer je vanaf de aarde naar de Maan kijkt zie je een duidelijk vlekkenpatroon. De donkere vlekken die je ziet zijn lager gelegen gebieden in het maanoppervlak. Verder zitten er in het maanoppervlak vele kraters die zijn ontstaan door de inslag van kometen en planetoïden. De grote van een krater is ongeveer 30 maal de diameter van het inslaande voorwerp. De kraters die een diameter hebben van honderden kilometers zijn overstroomt met lava. Kleine kraters met een diameter van minder dan 100 km zijn met een verrekijker duidelijk zichtbaar.
Door dat de Maan geen atmosfeer heeft worden potentieel botsende lichamen niet afgeweerd. Ook ontbreekt op de Maan actieve geologische processen. Dit betekent dat oude kraters niet opgeruimd worden. De enige proces dat een krater op de Maan kan vernietigen is de vorming van een nieuwe krater boven op de oude krater.
De Maan is voor ons een informatiebron, dingen die in ons zonnestelsel gebeuren of vroeger gebeurd zijn kunnen wij aflezen door de kraters en het maanlandschap te onderzoeken.

De temperatuursverschillen op de Maan zeer groot. Dat komt doordat de Maan geen, of bijna geen atmosfeer heeft. De zon kan dus met volle kracht op de Maan schijnen. Op de kant die van de Zon afgekeerd is, kan de ijzige kou van de ruimte te keer gaan.
Midden op een "Maan-dag" kan het in de zon wel 130 graden Celsius worden. En midden in een "Maan-nacht" wordt het vaak niet warmer dan -170 graden Celsius. Nog altijd zijn dat niet zo'n grote verschillen vergeleken bij Mercurius. Daar kan het verschil in temperatuur tussen de dag en de nacht wel oplopen tot zo'n 600 graden Celsius!

Hoofdstuk 3: de fasen (schijngestaltes) van de Maan

Doordat de Maan niet zelf schijnt maar het zonlicht weerkaats zien we hem elke keer weer in een andere vorm op een andere plaats aan de hemel verschijnen.
In 1 maand tijd draait de Maan een rondje om de Aarde. Wanneer de Maan recht tegen over de zon aan de hemel staat zien we de hele Maanschijf verlicht, dit noemen we volle Maan. Wanneer de Maan dicht bij de Zon staat is de onverlichte kant naar ons toegekeerd en is de Maan vanaf de aarde onzichtbaar, dit noemen we nieuwe Maan. Tussen deze posities zien we een gedeeltelijk verlicht halfrond van de Maan, dit noemen we de fase van de Maan. De periode waarin de Maan langzaam groter wordt, tussen nieuwe Maan en volle Maan, noemen we wassende Maan. De periode waarin de Maan langzaam kleiner wordt, tussen volle Maan en nieuwe Maan, noemen we afnemende Maan. De interval tussen de ene nieuwe Maan en de volgende duurt 29.53 dagen (1 maand).
De Maan kent vier schijngestalten: - Eerste kwartier: alleen de rechterheft weerkaatst
zonlicht
- Volle Maan: de zon verlicht de hele voorkant van
de maan.
- Laatste kwartier: alleen de linker helft is verlicht.
- Nieuwe Maan: De zon schijnt tegen de achterkant van de Maan zodat de voorkant donker is.
Deze vier schijngestalten duren allemaal ongeveer 1 week.

Hoofdstuk 4: De omloop baan van de Maan

De Maan draait al miljarden jaren om de aarde heen. Op de Maan is, net zoals op de Aarde, zwaartekracht. Omdat de Massa van de Maan veel kleiner is, is de zwaartekracht ook minder sterk. De zwaartekracht op de Aarde is ongeveer 6 keer zo sterk als die op de Maan. Door de zwaartekracht blijven deze twee hemellichamen bij elkaar. De Maan kan niet op de aarde vallen dit komt door de snelheid waarmee de Maan rond om de aarde draait. De oploopbaan van de Maan heeft een ellipsenvorm. Hierdoor staat de Maan de ene keer dichter bij de Aarde dan de andere keer. Dit verklaar waarom het soms lijkt dat de Maan schommelt.
De zwaartekracht van de Maan is niet zo sterk, toch heeft deze wel invloed op de Aarde. Het duidelijkste blijkt dit uit de getijden van de Aardse oceanen. De zwaartekracht oefent een spanning op het water uit, hierdoor ontstaan eb en vloed. Op het ene tijdstip is het water hoger waar te nemen dan op het andere moment. Wanneer het water laag staat en dus het strand breder is noemen we dit eb. Wanneer het water hoger staat en het strand smaller is, noemen we dit vloed.
De Maan trekt ook aan de grond van de Aarde, dit is te waar te nemen in hoge gebergten. Met speciale meetinstrumenten is dit onderzocht. Uit dit onderzoek is gebleken dat de Alpen elke dag een paar centimeter op worden getild door de Maan. Hier merken wij als mensen verder niks van.

Hoofdstuk 5: Maansverduisteringen

Met tussenpozen van ongeveer een half jaar treden Maansverduisteringen op. Een Maansverduistering ontstaat wanneer de Zon, de Aarde en de Maan op 1 lijn staan, met de Aarde in het midden. Normaal weerkaatst de Maan het licht van de Zon naar de Aarde, maar tijdens een Maansverduistering staat de Aarde in de weg en ontvangt de Maan geen zonlicht: de Maan bevindt zich in de schaduw van de Aarde en is niet zichtbaar.
Een 'penumbrale' Maansverduistering doet zich voor wanneer de Maan door de bijschaduw van de Aarde trekt en niet door de kernschaduw. In dat geval is de volle Maan wat minder helder. Een totale Maansverduistering doet zich voor wanneer de Maan wel door de kernschaduw (umbra) van de aarde trekt. Als slechts een gedeelte van de Maan door de umbra gaat, is er sprake van een gedeeltelijke Maansverduistering.
Maansverduisteringen komen alleen voor tijdens volle Maan, wanneer de Maan tegenover de Zon staat. De Maanbaan maakt een hoek van zo’n 5 graden met het eclipticavlak (het vlak waarin de Aarde rond de Zon draait). Waar deze twee vlakken elkaar kruisen, vormen ze een lijn die bekend is als knopenlijn. Verduisteringen kunnen zich alleen voordoen als de Zon en de Maan zich op of dichtbij deze knopenlijn bevinden, en wel bij volle Maan (voor een Maaneclips) of nieuwe Maan (voor een Zonne-eclips).
Daarom ontstaat niet tijdens elke volle Maan een verduistering, omdat de Maan zich meestal iets boven of onder de ecliptica bevindt.
Een Maansverduistering kan slechts op 2 posities plaats vinden. De Maansverduistering komt elk jaar een stukje vroeger.
Tijdens een Maansverduistering op Aarde doet zich op de Maan een Zonsverduistering voor: de Aarde staat voor de Zon.
Iedereen die aan de nachtzijde (donkere kant van de aarde) zit kan de Maansverduistering zien. De Maan verdwijnt echter niet helemaal, je zal ze altijd blijven zien. Dat heeft te maken met de dampkring, deze geeft blauw licht, en daardoor valt er rood licht op de Maan, waardoor de Maan een roze gloed krijgt. Gek genoeg verdwijnt de Maan daarbij niet helemaal, maar blijft ze een rozig licht uitstralen. Deze roze gloed kent een 5-tal gradaties in functie van het stof dat zich in de atmosfeer bevindt.

Hoofdstuk 6: Onderzoek en reizen naar de maan

Sinds de laatste vijftig jaar is de mens instaat om ruimtevluchten naar de Maan te maken. Deze zijn voornamelijk bedoelt om kennis op te doen. In het tabel hieronder is precies terug te vinden welke vluchten in wanneer zijn gemaakt.
Na deze verscheidene onderzoeken is over de geologische geschiedenis van de Maan nog lang niet alles bekend, Amerikaanse,Japanse en Europese ruimtevaartorganisaties hebben plannen voor een aantal goedkope maansondes, bedoeld voor onderzoek. Rond het jaar 2050 zullen er waarschijnlijk bemande bases op de Maan zijn. Hoe zelfstandig deze zullen kunnen zijn wat betreft brandstof, voedsel en minerale grondstoffen blijft nog een vraag, Maar een Maandbasis zou zeker waardevolle ervaring opleveren voordat we beginnen aan serieuzere ondernemingen zoals het koloniseren van Mars.
De Lunar Prospector Mission heeft aangetoond dat zich bij de polen waterijs bevindt, zodat die gebieden een mogelijke geschikte locatie zouden zijn voor de eerste bases op de Maan. Bovendien zou de koude poolomgeving een prachtige plek zijn om infraroodtelescopen te plaatsen. Voordat dit echter werkelijkheid is zijn wel een geruime tijd verder.

Hoofdstuk 7: Smart-1

Recent is men bezig met een nieuwe ruimtevlucht naar de Maan: Smart 1
Deze onbemande maanverkenner is het eerste Europese ruimtetuig dat naar de Maan zal reizen. De lancering gebeurt vanaf de lanceerbasis van Kourou in Frans-Guyana. Een Ariane-5-raket zou de sonde eind juli of begin augustus 2003 in de ruimte brengen. Dit is evenwel wat later dan aanvankelijk gepland aangezien men nogal wat problemen gehad heeft met de Ariane-raketten. Die problemen waren na verloop van tijd opgelost. Toch ging de sonde uiteindelijk pas zondagochtend, 28 september (onze tijd) de ruimte in. De raket zal overigens ook nog een aantal commerciële satellieten meenemen.
De ruimtesonde is amper 1 kubieke meter groot (zonder de zonnepanelen) en weegt amper 367 kg.
De sonde zal eerst in steeds groter wordende ellipsen om de Aarde draaien. Pas in 2005 komt de sonde aan bij de Maan. Wanneer Smart 1 de maan bereikt, zal zijn baan afwisselen, afhankelijk van het zwaartekrachtveld van de Maan.
Het hoofddoel van de missie is het uitproberen van een nieuwe elektrische motor: de 'solar electric propulsion'. Dit is een soort elektrische motor die haar energie haalt van de zonnepanelen. Deze motoren worden ook wel ionenmotoren genoemd. De Esa wil meer ruimtesondes uitrusten met deze motor, indien de resultaten van deze missie positief zijn.
In de ruimte wordt zonlicht omgezet in elektriciteit, door de zonnepanelen. Met de opgewekte elektriciteit wordt xenongas met een enorme snelheid naar buiten gestuurd. Dit zorgt voor de voorstuwing van de sonde. Eigenlijk geeft de ionenmotor maar een heel klein duwtje, maar na maanden of jaren, kan de sonde enorme snelheden opleveren. Zo zou het makkelijker worden om de uithoeken van het zonnestelsel te bestuderen.
Deze nieuwe motor is ook minstens 10 keer zuiniger dan een chemische motor.
Als die motor dan naar behoren functioneert, dan zal het ruimtetuig in een baan om de Maan komen. Van daaruit zal het dan de maanbodem bestuderen en ook naar ijs zoeken. Om dit uit te zoeken zal Smart 1 donkere kraterbodems rond de zuidpool observeren met een soort nachtkijker: een zeer gevoelige infraroodcamera. Zo hopen de onderzoekers dat ze daarmee het kenmerkende infrarode 'spectrum' ofwel kleurenpatroon van ijs te zien zullen krijgen.
De ontdekking van waterijs is belangrijk om verschillende redenen. Het kan ons iets leren over miljarden jaren oude materie, die door kometen of planetoïden op de Maan is afgeleverd. Men zal dus veel te weten kunnen komen over de geschiedenis van de Aarde en de Maan.
Er is ook een praktische reden: het ijs zou de verkenning van de maan door de mens vereenvoudigen. Een liter water naar de maan brengen zou ongeveer 20 000 dollar kosten. Het ijs zou ook een bron zijn van zuurstof en waterstof, dat kan dienen als raketbrandstof.
Esa wil ook een uitvoerige lijst maken van de belangrijkste scheikundige elementen die te vinden zijn aan het maanoppervlak.
Aan boord zijn een tiental wetenschappelijke en technologische experimenten, die amper 19 kg wegen als gevolg van de sterke miniaturisatie.
Het project kost ongeveer 100 miljoen euro (kan nog toenemen). In termen van ruimtevaartmissies is dit heel goedkoop. Met dit budget kan de sonde zich geen privé-lancering veroorloven. Smart 1 wordt daarom gelanceerd tezamen met commerciële satellieten, waardoor de kostprijs gedrukt wordt. De sonde is gebouwd in amper 3 jaar tijd, maar er zou niet bezuinigd zijn op kwaliteit.

Bronnenlijst

Boeken:
· Het heelal onthuld –Pam Spence
· De maan – Informatie (De Ruiter)
· Reis door het heelal – manen en ringen
· Lessen over het heelal (Lesboek ANW 5VWO)

Internet:
· http://www.infoster.be/negepl/luna.html
· http://www.geocities.com/maanenplaneten/
· http://www.natuurkunde.nl/nieuws/archive.jsp?newsItemId=56
· http://www.xs4all.nl/~carlkop/maan0901.html
· http://www.mandala.be/maaneclips.htm
· http://home-3.worldonline.nl/~ppsmeets/Eclips%20Maansverduistering.html
· http://www.govertschilling.nl/artikelen/archief/2003/0305/030501a_gd.htm
· http://www.sterrenkids.nl/Maansverduistering/maansverduistering.htm
· http://www.astropage.nl/maansverduistering2.html
· http://home.tiscali.nl/nentjes/Maan/maan1.htm
· http://www.artis.nl/modules/e_maan_01.html
· http://www.sterrenkunde.com/maan.htm
· http://home2.pi.be/missi12/zonnestelsel/zonnestelselonderdelen/maan.htm
· http://www.esa.int/export/esaCP/SEM33D9YFDD_Belgium_du_0.html
· http://www.ruimtevaart-nvr.nl/specials/smart1.asp

Kranten:

· NRC handelsblad
· Volkskrant