Blik op oneindig

Blik op oneindig

Sorry voor de gaten, daar horen plaatjes te zitten. Met google kun je deze makkelijk aanvullen.

3.1
Belangrijke namen
Eratosthenes (tussen 276 en 195 voor Chr.): Hij concludeerde dat de aarde een bol was. Hij ontdekte dat wanneer de zon om 12 uur loodrecht boven Syene stond, dat dan om dezelfde tijd de zon in Alexandria met de schaduw een hoek maakte van 7° (1/50 van een cirkel). Hieruit concludeerde hij dat de aarde bol was. Maar hij ging verder: hij mat de afstand tussen Alexandria en Syene (800 km) en omdat deze afstand 1/50ste van de hele aarde was concludeerde hij dat de omtrek van de aarde 40.000 km was.

Aristoteles: hij concludeerde 100 jaar eerder dat de aarde op zijn minst cirkelvormig was. (hij zag de ronde schaduw van de aarde op de maan)


Navigatie
Aarde is opgebouwd uit lengtegraden en breedtegraden. Breedtegraad = bijv. evenaar. Lengtegraad is de Greenwich meridiaan: de 0° meridiaan.
Een tijdsverschil van een uur met Greenwich is 15° van de Greenwich meridiaan (0°) .

Kalender
Wij hebben een zonnekalender: een kalender die gebaseerd is op de jaarlijkse beweging van de aarde om de zon. Een rondje om de zon is een jaar. Een jaar duurt 365,25 dagen.

Behalve zonnekalenders bestaan er ook maankalenders, zoals de Islamitische kalender. Een maankalender is gebaseerd op de beweging van de maan. In ongeveer een maand draait de maan om de aarde.
Afhankelijk van hoe zon, aarde en maan ten opzichte van elkaar staan zien wij een bepaald deel van de maan verlicht. Dit zijn de schijngestalten van de maan.
Zwaartekracht
In de 17e eeuw ontdekte Sir Isaac Newton de kracht die de regelmatige bewegingen van aarde en maan verklaart: De gravitatiekracht. Een aantrekkende kracht tussen voorwerpen met massa. De gravitatiekracht van de zon houdt de aarde in zijn baan. De maan blijft in zijn baan door de gravitatiekracht van de aarde. Omgekeerd zorgt de gravitatiekracht van de maan voor de getijden. Ook de zon speelt hierbij een rol, maar de kracht van de zon op ons zeewater is ongeveer ¼ van de kracht van de maan.

Seizoenen
De seizoenen ontstaan doordat de aarde een beetje scheef staat nl. 23,5°.



3.2

Raketten
Buskruit, uitgevonden door de Chinezen, werd vroeger gebruikt in vuurpijlen. Tegenwoordig maken we raketten op dezelfde manier. De raketten kunnen een hoge snelheid bereiken, dat moet ook wel om aan de gravitatiekracht van de aarde te ontsnappen. Er bestaan ook spaceshuttles. Voordelen:
Herbruikbaar: stijgt op als raket, landt als vliegtuig

Waarom is ruimtevaart zo belangrijk?
Te ervaren hoe het is in de ruimte te zijn
Je kunt er de aarde goed overzien en allerlei weersontwikkelingen volgen
Je kunt ook een zend- en ontvangstinstallatie in de ruimte brengen, zodat je ongehinderd door bergen of de kromming van de aardbol met elkaar kunt communiceren
Ook is het belangrijk voor de telecommunicatie

Eerste stappen in de ruimte:

A4 raket  V2 : De A4 was de eerste raket. Gelanceerd op 3 oktober 1942. De A4 raket stortte echter neer. Na de A4 werd de V2 raket gemaakt. Enkele duizenden van deze V2 raketten zijn in de oorlog met bommen beladen om zo grote steden te kunnen bombarderen.

De eerste kunstmaan (Sovjet Unie): Spoetnik 1 (1957)

Eerste levende wezen in de ruimte: het hondje Laika met de Spoetnik 2 (1957)
Eerste mens in de ruimte: Joeri Gagarin (12 april 1961)
Eerste mens op de maan: Neil Armstrong met Apollo 11 (12 juli 1969)
Vijf Spaceshuttles gebouwd door USA: Columbia (1981-2003 verongelukt), Challenger (verongelukt 1986), Discovery, Atlantis en Endeavour

Mir: Russisch voor zowel ‘wereld’ als ‘vrede’ (1986 - 2001)
International Space Station: ISS (1998 – nu): 16 landen (USA, Rusland, Canada, Japan, Europa)

Satellieten
Een object dat onder invloed van zwaartekracht om een ander object beweegt. Een satelliet heeft stroom nodig, deze wek je in de ruimte op met zonnepanelen. In een omloopbaan blijft een satelliet zonder wrijving eeuwig vallen. Satellieten draaien door de gravitatiekracht van de aarde in een omloopbaan om de aarde, net als de maan. Deze banen zijn cirkelvormig, of elliptisch. Snelheid satelliet zodanig afgesteld op gravitatiekracht van aarde, dat deze in een baan rond de aarde blijft.
Spaceshuttles vliegen in banen tot circa 600 km hoog. De banen maken meestal een kleine hoek met de evenaar. De baan op ruim 800 km hoogte over de polen is speciaal, omdat de stand tussen de zon en de satelliet niet veranderd. Arthur Clark berekende dat een satelliet op 35.785 km hoogte boven de evenaar (3km/s) precies 24 uur nodig heeft voor een omloop rond de aarde. Deze speciale baan heet de geostationaire baan. Vanaf de aarde gezien lijkt deze satelliet stil te staan: ideaal voor weer en communicatie.


Circumpolaire baan:
Baan satelliet loodrecht op evenaar op 300-900 km hoogte, omlooptijd ~ 100 minuten (~ 9 km/s): satellieten voor observatie aarde en spionage

Sterrenkijkers
In 1906 gebruikte Galileo Galileï een telescoop en hij was de eerste die hem op de hemel richtte. Galileï’s ontdekkingen hadden tot gevolg dat overal sterrenwachten verrezen. Telescopen op aarde hebben beperkingen, die ruimtetelescopen missen:
De lucht op aarde trilt door warme en koude bellen die opstijgen en naar beneden zakken
Het kan bewolkt zijn
Overdag is een telescoop onbruikbaar vanwege het daglicht
Door kunstlicht (wat steeds meer op aarde voorkomt) zijn lichtzwakke objecten aan de hemel slecht waar te nemen.
De atmosfeer werkt als een filter waardoor de meeste straling uit de ruimte wordt tegengehouden. Aardse telescopen kunnen voornamelijk zichtbaar licht en radiostraling opvangen.

Paar telescopen op een rijtje:
Hollandse kijker uitgevonden door: Zacharias Jansen en Johannes Lipperhey (lenzen-slijpers uit Middelburg, 1608)
Voor het eerst gebruikt voor observatie hemelobjecten door Galileo Galilei (1609)

Isaac Newton vindt de spiegeltelescoop uit (1672): lichter, waardoor grotere diameter mogelijk (meer lichtopbrengst) en minder chromatische abberaties

Ruimtetelescopen
Doordat je met alleen een aardse telescoop toch heel veel informatie mist, is de Hubble Telescoop gemaakt.

Genoemd naar Edwin Hubble
Satelliet rond aarde
Lancering 24 april 1990
Optische waarnemingen (IR, röntgen)
Voordeel: geen atmosfeer
Onderhoudsmissies door astronauten met Space Shuttle


Een ander project is het LOFAR project (start 2008)
Low Frequency Array (10-250 MHz)
25.000 gekoppelde kleine antennes (1,6 m hoog)
radiotelescoop van 350 km in doorsnede (centrum: Exloo)
doel: opvangen signalen eerste sterren na de oerknal

3.3 Het zonnestelsel

Planeten en planetoïden
Omdat de aarde om de zon beweegt zie je in de loop van het jaar steeds andere sterrenbeelden.
Planeten en hun ontdekkers:

Griekse astrologen – Mercurius, Venus, Mars, Jupiter en Saturnus
Uranus – William Herschel (1781)
Eerste planetoïde – Giuseppe (1801)
Neptunus – Sterrenwacht in Berlijn (1846)
Pluto – (1930)

Kometen, meteoren en meteorieten
Het viel Edmund Halley op dat sommige kometen met enige regelmaat leken verschijnen. Hij ontdekte dat de komeet in 76 jaar om de zon trok. Kometen bestaan uit stenen en ijs en bewegen in een grote ellipsbaan om de zon. Door het verdampen van ijs, ontstaat een staart (altijd van zon af). Meteoren zijn ‘vallende sterren’: lichtsporen van stofjes en brokstukken die in de atmosfeer van de aarde verbranden.
Komen restanten op aarde terecht, dan is het een meteoriet.

Opmerkelijke eigenschappen
Aardse- of binnen-planeten:
Mercurius, Venus, Aarde, Mars
bevinden zich binnen de planetoïdengordel
harde, rotsachtige korst (terrestrisch)
relatief klein

Gas(- en IJs)reuzen of buitenplaneten:
Jupiter, Saturnus, Neptunus, Uranus
buiten de planetoïdengordel
relatief groot
* gasreuzen: Jupiter, Saturnus
- geen vast oppervlak: bestaan uit gas
- grootste soort planeten

* ijsreuzen: Neptunus en Uranus
- bestaan vooral uit bevroren methaan,
ammoniak en water

Volgens de definitie van het IAU-congres (augustus 2006) zijn dwergplaneten, hemellichamen die:
In een baan rond de zon draaien en geen energie produceren door kernfusie (itt sterren),
Genoeg massa hebben zodat ze door hun eigen zwaartekracht (bijna) bolvormig geworden zijn en dus in hydrostatisch evenwicht zijn (itt kleinere planetoïden),
Geen maan zijn van een andere planeet
Hun baan niet vrijgemaakt (schoongeveegd) hebben van andere objecten.

Keplers 3e wet: P2 = R  Het kwadraat van de omlooptijd (P) van een planeet is evenredig met de derde macht van haar gemiddelde afstand (R) tot de zon.
Er zijn meerdere zonnestelsels in het heelal. De Hubble kan zo scherp kijken dat hij meerdere planeten heeft gezien. Ook heeft de telescoop zonnestelsels in wording gezien. Een zonnestelsel vormt zich als volgt:

Op een gegeven moment is een ster op, dit zal ook ooit bij onze zon gebeuren. De levensloop van een ster ziet er zo uit:


Hier een grafiekje met de helderheid van een type ster uitgezet tegen de temperatuur van de ster:


3.4 Oneindig heelal

Sterrenbeelden
De dierenriem ligt rond de ecliptica, dat is de denkbeeldige lijn waarlangs – vanaf de aarde gezien – de zon in de loop van het jaar langs de hemel trekt.

Het zonnestelsel voorbij
René Descartes bedacht in de eerste helft van de 17e eeuw dat de zon niet bijzonders was, maar gewoon de dichtstbijzijnde ster. Zijn tijdgenoot Christiaan Huygens probeerde de afstand tot de helderste ‘echte’ ster aan de hemel, Sirius, te meten. Hij liet zonnestralen vallen op een scherm met een gaatje erin dat zo klein was dat het lichtpuntje hem even helder leek als Sirius ’s nachts. Uit de verhouding tussen de afmeting van het gaatje en de diameter van de zon, berekende hij dat Sirius ruim 27000 keer zo ver weg moest staan. Hij zat ernaast, Sirius staat nog 25 keer verder weg. Hij was echter wel de eerste die ontdekte dat het heelal veel groter is dan alleen ons zonnestelsel.

De parallaxmethode

Doordat de hoek (p) in plaatje 2 kleiner is weetje dat die ster verder weg staat.
De precieze afstand kun je zo berekenen:
Afstand zon – aarde = 1 Astronomische Eenheid (AE) = 150.000.000
Sin

Sin

En omdat je de overstaande weet (nl. afstand zon aarde) en de hoek kunt meten (deze moet je dan nog wel omrekenen naar radialen) kun je de afstand van de aarde tot de ster bepalen.
De dichtstbijzijnde ster staat op 40.000.000.000.000 km afstand. Dit is een onhandig groot getal, daarom wordt ook wel de eenheid lichtjaar gebruikt: de afstand die het licht in één jaar aflegt. (lichtsnelheid = 300.000 km/s). Deze ster (Proxima Centauri) staat ongeveer 4,2 lichtjaar ver weg.
Sterrenstelsels
Het melkwegstelsel is niet het enige sterrenstel in het heelal. Deze andere sterrenstelsels zijn aan de hemel waar te nemen als wazige vlekjes. De fransman Charles Messier legde een lijst aan van ruim honderd van deze neveltjes. Die in Andromeda kreeg de naam M31. Lord Rosse liet een zeer grote telescoop bouwen met zware spiegels van bijna 2m doorsnee. In april 1845 vond hij het antwoord: Ver weg in het heelal liggen andere sterrenstelsels.

Afstand tot M31
Hubble maakte nauwkeurige foto’s van M31 en ontdekte er sterren die op een regelmatige manier in helderheid wisselden. Plots realiseerde hij zich dat dit patroon ook voorkwam bij veranderlijke sterren in de Melkweg waarvan hij de afstand kende. Als het dezelfde soort sterren zouden zijn, kon hij uit het verschil in helderheid tussen de M31 sterren en de vergelijkbare sterren in het Melkwegstelsel de afstand tot M31 bepalen! Want het licht van een ster wordt vier keer zo zwak, als hij twee keer zo ver weg staat. M31 bleek op meer dan een miljoen lichtjaar te staan.

Uitdijing en oerknal
Hubble ontdekte dat hij uit het licht van sterren ook kon bepalen met welke snelheid de sterrenstelsels van ons af bewegen. Hubble ontdekte dat het heelal uitdijt (Hubble-relatie). Wie de Hubble-relatie omdraait kan tot de conclusie komen dat het heelal 13,7 miljard jaar geleden is begonnen met uitdijen. Toen is het heelal ontstaan met een grote oerknal.

Roodverschuiving
Wit licht bestaat uit de kleuren van de regenboog. Zo’n kleurenband heet een spectrum. In spectra van sterren en sterrenstelsels kunnen dunne, donkere lijntjes voorkomen: spectraallijnen. Ze ontstaan als licht door een gaswolk gaat. De plaats van de lijntjes hangt af van het soort gas. Daarom zijn spectraallijnen een soort streepjescode om de samenstelling van sterren en gaswolken te herkennen. Wanneer deze streepjes naar het rode gedeelte in het spectrum verschuiven (Roodverschuiving, betekent dit dat het object van je af beweegt (Dopplereffect). Hoe groter de roodverschuiving, des te sneller beweegt het object van je af.

De manier waardoor wetenschappers naar de wereld kijken noemde Thomas Kuhn paradigma. Af en toe voordoet de manier niet meer en komt er een nieuwe, er is dan sprake van een wetenschappelijke revolutie. Een voorbeeld van zo’n revolutie is de Copernicaanse Revolutie.

Het model van Prolemaios houdt tot diep in de 16e eeuw stand. In die tijd kwamen regelmatig puzzelstukjes aan het licht die niet pasten in het model. Toch betekende dit niet het einde van het geocentrische wereldbeeld. Het was immers de officiële leer van de katholieke kerk. Wie twijfelde aan het model maakte zich schuldig aan godslastering.

Het heliocentrische wereldbeeld werd steeds makkelijker te bewijzen, doordat het geocentrische wereldbeeld onlogisch was. Het geocentrische wereldbeeld werd in 1543 gepubliceerd. Volgens de Engelse monnik William Ockham is de eenvoudigste verklaring voor een verschijnsel meestal de beste. Er kwamen allerlei tegenargumenten:
Je kunt zelf met het blote oog zien dat alles om de aarde draait
Als de aarde om haar as zou draaien zouden we van de aarde afgeslingerd worden
Als de aarde om haar as draait zou een steen die je laat vallen ergens anders neerkomen
Bij de sterren was geen parallax waarneembaar