Hoofdstuk 1, Het Heelal

ALGEMENE NATUURWETENSCHAPPEN HOOFDSTUK 1 1.1 Vroeger dacht men dat de aarde het middelpunt van het heelal was
Als je met je gezicht naar het zuiden gericht staat lijkt de hemel van links naar rechts te draaien, dit noemt men de dagelijkse beweging. Sterren, zon en maan komen aan oostelijke hemel op, bereiken in het zuiden hun hoogste stand boven de horizon en gaan dan in het westen weer onder. De enige ster die niet meedoet aan de dagelijkse beweging is de poolster, deze staat aan de noordelijke hemel en alle andere sterren lijken eromheen te draaien. De poolster staat precies zovel graden boven de horizon als de breedtegraad waar je bent. De zon komt elke ochtend op in een bepaald sterrenbeeld, dit sterrenbeeld bevind zich net boven de horizon en de zon beweegt hier doorheen. Een maand later staat dat sterrenbeeld echter veel hoger aan de horizon en komt de zon op in een ander sterrenbeeld. De sterrenbeelden waar de zon doorheen komt noemen we de dierenriem. Beweging zon: - dagelijkse beweging (met de sterren) - maandelijkse beweging (tussen de sterren) de maandelijkse beweging is de oorzaak dat we in de zomer andere sterren zien dan in de winter
ook de maan beweegt tussen de sterren, de maan heeft er een maand voor nodig om eenmaal rond de aarde te draaien. Naast de zon en de maan draaien ook de planeten tussen de sterren. De zon komt altijd op aan oostelijke hemel maar meestal niet precies in het oosten, dit gebeurt slechts tweemaal per jaar, op 21 maart en op 21 september. Op die dagen beginnen de lente en de herfst.
1.2 het zonnestelsel bestaat uit de zon en alle hemellichamen die daaromheen draaien, vanaf de zon gerekend: Mercurius, Venus, de aarde, Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus, Neptunus en Pluto
de banen van de planeten zijn ellipsen die maar weinig van een cirkel afwijken. De afstand van de aarde tot de zon is de maat waarin we afstanden van planeten geven. Dit noemen we de astronomische eenheid (ae). ae – 150.000.000 km
Mercurius en Venus liggen binnen de aardbaan, hierdoor zien we deze planeten altijd in de buurt van de zon aan de hemel staan, door hun beweging rond de zon zien we ze soms links en soms rechts van de zon. Vlak voor zonsopgang kunnen wij ze rechts van de zon zien, en vlak na zonsondergang links. Planeten die een baan beschrijven buiten de aardbaan zijn het beste te zien tijdens een oppositie, hierbij staat de aarde tussen de desbetreffende planeet en de zon. De vorm van de maan lijkt van nacht tot nacht te veranderen, dit komt doordat de maan om de aarde heen draait.. op de kant van de maan die naar de zon is gericht valt licht. De maan kent vier fasen: - eerste kwartier (we zien de rechterhelft) - volle maan (we zien de maan volledig) - laatste kwartier (we zien de linkerhelft) - nieuwe maan (we zien de maan niet) de maanbaan valt niet precies samen met het vlak waarin de aarde om de zon heen draait. Daardoor staat de nieuwe maan niet precies voor de zon maar iets hoger of iets lager, maar soms is dit niet het geval er kunnen dan twee dingen ontstaan: - een zonsverduistering, hierbij staat de nieuwe maan precies voor de zon en houd hij het zonlicht tegen - een maanverduistering, hierbij staat de volle maan in de schaduw
een zonsverduistering is veel zeldzamer dan een maansverduistering omdat een zonsverduistering alleen te zien is op een smalle strook op de aarde. 1.3 een aantal hemellichamen kunnen van invloed zijn op ons dagelijks leven op aarde
de zon - s’ochtends na zonsopkomst begint de dag en worden veel dieren actief. - de nacht begint bij zonsondergang en als het donker is, gaan we slapen. - seizoenen worden ook bepaald door de zon, dieren houden hier bijvoorbeeld rekening mee. de maan - palolowormen komen elk jaar in november bij zonsopkomst, een week na volle maan naar de oppervlakte om zich voor te planten. - Bij volle maan zijn er meer geboortes. De sterren - de stand van de sterren op het moment dat je geboren bent bepaald je sterrenbeeld, veel mensen geloven dat dit invloed heeft op de levensloop maar uit verscheidene wetenschappelijke onderzoeken is gebleken dat dit niet klopt 1.4 er zijn twee verschillende opvattingen over ons heelal: geocentrisch wereldbeeld - zo dachten wetenschappers dat ons zonnestelsel er uit zag, de aarde in het midden met alle planeten, de zon en de maan die daaromheen draaien - de banen van de planeten kwamen echter niet overeen met de waarnemingen dus gebruikten wetenschappers epicycles om dit te verklaren. Een epicycle is een circcel op een andere circel heliocentrisch wereldbeeld - zo denken wij nu over ons zonnestelsel, de zon staat in het midden en alle planeten draaien eromheen - er zijn drie wetenschappers die dit wereldbeeld vorm hebben gegeven: Copernicus, Galilei en Newton. Copernicus: - was de eerste die bedacht dat de zon het middelpunt van het heelal was

Galilei: - zag dat er op de maan bergen zijn - nam Venus waar en ontdekte dat de planeet fasen heeft - ontdekte de manen van Jupiter
Newton - legt in zijn boek zijn theorie van de zwaartekracht uit, hiermee leren we de bouw van het zonnestelsel beter begrijpen - kon met zijn theorie de baan van kometen berekenen
de baan van een komeet
een komeet beweegt om de zon in een langgerekte ellips. Het punt van de baan waar de komeet het dichtst bij de zon komt noemen we het perihelium. De zwaartekracht van de zon op de komeet is een aantrekkende kracht, waardoor de komeet richting de zon valt. De snelheid neemt hierdoor voortdurend toe en is het grootst in het perihelium. Nadat de komeet door zijn perihelium is gegaan word zijn snelheid, door de zwaartekracht van de zon, weer afgeremd. In dit deel van de baan wordt zijn snelheid steeds kleiner, tot hij in het verste punt is gekomen. De afstand tussen het verste punt en het perihelium noemen we de lange as van de ellips. 1.5 vroeger werd de zon gebruikt om te bepalen hoe laat het was. Als je dit wilt doen dan dat d.m.v. een zonnewijzer. De schaduw van de zonnewijzer is het kleinst om 12 uur s’middags. Als je de zon gebruikt als klok heeft iedereen een eigen klok, en lopen die klokken niet gelijk. Om misverstanden te voorkomen word er nu gebruik gemaakt van tijdszones, dat zijn stroken die van noord naar zuid lopen over het aardoppervlak. De wereld is verdeeld in 24 tijdszones en elke zone heeft zij eigen tijd. Als je met bijvoorbeeld een vliegtuig in korte tijd van de ene naar de andere tijdzone reist kunnen er problemen ontstaan: je raakt gedesoriënteerd door de tijdsverschillen, dit word een jetlag genoemd. 1.6 de kern van een komeet bestaat uit: - stof - gruis - bevroren gassen
Coma - als een komeet dichter bij de zon komt smelt het ijs en gaan de deeltjes om de kern heen hangen en weerkaatsen het zonlicht
Als de komeet nog dichter bij de zon komt word de staart zichtbaar, deze is altijd van de zon af gericht en de hoeveelheid materie in de staart is altijd heel klein
Zonnewind – een ijle gasstroom die door de zon de ruimte word ingeblazen
Heldere kometen hebben vaak twee staarten, een rechte en een kromme

Rechte – bestaat uit losse atomen en moleculen
Kromme – bestaat uit kleine stofdeeltjes
Sterrenregens – kleine stukjes materie in de vorm van stof en gruis afkomstig van de staart van een komeet die in de dampkring komen. Meteoor – een stukje steen, meestal niet groter dan een speldenknop, dat in de dampkring komt. Het wordt door de wrijvingswarmte gloeiend heet en laat een lichtspoor achter, dit word ook wel een vallende ster genoemd
Meteoriet – een stukje steen dat de reis door de dampkring overleeft, en op de aarde terecht komt
Radiant – het punt waaruit alle lichtsporen van een sterrenregen lijken te komen, dit is echter gezichtsbedrog
Wolk van Oort – een schil van kometen die het hele zonnestelsel omringt op ongeveer 50.000 ae van de zon, genoemd naar de leidse deskundige die dit ontdekt heeft. 1.7 de komeet van halley is de meest bekende komeet. Elke 75 tot 77 jaar komt hij in de buurt van de aarde en we weten dat hij al voor onze jaartelling gezien is door de bewoners van mesopotamië. De laatste keer dat we de komeet van halley konden zien was in 1986. 1.8 per jaar vallen er zo’n 2 á 3 meteorieten in ons land, maar ze worden maar zelden gevonden
soms kan de hemel bij een zonsondergang buitengewoon rood kleuren, dit is het geval na bijvoorbeeld een vulkaanuitbarsting. Kleine stofdeeltjes verstooien het licht. Aangezien voornamelijk het blauwe zonlicht word verstrooid lijkt de zon felrood te zijn. Dit verschijnsel vond ook plaats op 30 juni 1918, de oorzaak hiervan was een komeetinslag in Siberië. De mooiste inslagkrater ligt in de Amerikaanse staat Arizona waar een ijzermeteoriet neer is gekomen. 65 miljoen jaar geleden stierven de dinosauriërs uit. Veel onderzoekers probeerden hiervoor een verklaring te vinden maar het was Luis Alvarez die de theorie bedacht van een meteoriet die op aarde zou zijn neergestort en de dinosauriërs zou hebben uitgeroeid. Alvarez kwam bij deze theorie door een kleilaagje in de bodem waarin het metaal iridium in grote mate voorkwam, dit was bijzonder omdat iridium op aarde zeer zeldzaam is. Uit deze vondst concludeerde hij dat die stof afkomstig was van een meteoriet die een groot deel van het leven op aarde zou hebben uitgeroeid. 1.9 vroeger dachten de maya’s dat de zon een god was. Als je antwoord wilt geven op de vraag: ‘’wat is de energiebron van de zon’’, moet je eerst de onderzoeksvraag in een aantal deelvragen opsplitsen. - hoeveel energie straalt de zon per seconde uit? Om dit na te gaan kun je een blikje water 10 minuten in de zon laten staan en na die tijd kijken hoeveel te temperatuur van het water gestegen is. - welk deel van de totaal uitgezonden energie werd uitgezonden in de richting van het blikje? Te berekenen doordat de afstand tot de zon bekend is. - hoeveel warmte verloor het water tijdens het opwarmen? Om het warmteverlies te beperken moet het blikje goed geïsoleerd worden. - hoeveel zonnestraling absorbeert de atmosfeer? Dit is wisselden en kun je dus niet nagaan

Dit experiment werd in 1838 gedaan door de engelse astronoom John Herschel. De omstandigheden waren optimaal, op deze manier is gevonden dat de zon per seconde 3,9 x 10^26 J uitstraalt. Hoe oud is de zon? Om antwoord te geven op deze vraag word gekeken naar radioactief verval, hiermee zijn nauwkeurige methoden ontwikkeld om gesteenten te dateren. Het oudste aardse gesteente is zo’n 4,3 miljard jaar oud. Hieruit is de conclusie getrokken dat de aarde ongeveer 5 miljard jaar oud moet zijn. De zon moet dus ook minimum die leeftijd hebben. Kernfusie
De astronomen van nu zijn ervan overtuigd dat de zon energie produceert door middel van kernfusie. Protonen hebben een positieve lading, dit betekend dat ze elkaar afstoten. Als een atoomkern alleen uit protonen zou bestaan zou dit betekenen dat de atoomkern zichzelf zou opblazen. Om dit te voorkomen zitten in bijna alle kernen ook neutronen. Neutronen zijn neutraal, en ze houden de protonen bij elkaar. Atoomkernen kunnen gebruikt worden om energie op te wekken. Kernsplijting: - een zware kern splijt en hierbij komt energie vrij - word toegepast in kerncentrales en in atoombommen
Kernfusie: - 4 protonen smelten bijvoorbeeld samen tot één heliumkern, onze zon zet waterstof om in helium - word toegepast in waterstofbommen 1.10 de afstanden in het heelal zijn zo groot dat de kilometer en de astronomische eenheid niet handig zijn, daarom gebruiken wij buiten ons zonnestelsel het lichtjaar, dat is de afstand die het licht aflegt in 1 jaar, ofwel: 9.460.800.000.000 kilometer. Al heel lang vermoeden sterrenkundigen dat onze zon een ster is in een melkwegstelsel. Een duidelijke aanwijzing hiervoor is de melkweg. Als het erg donker is, is de melkweg te zien als een lichtende band die de hemel omspant. de Leidse student Henk van de Hulst ontdekte hoe je dmv een antenne radiostraling kon ontvangen van waterstofatomen in ons heelal. Hierdoor werden vele nieuwe onderzoekstechnieken mogelijk. Nederland was het eerste land dat een radiotelescoop gebruikte om de spiraalarmen van ons melkwegstelsel in kaart te brengen. Ons melkwegstelsel: Diameter – 160.000 lichtjaren
Dikte – 2000 – lichtjaren
Hoeveelheid sterren – ongeveer 10 ^ 11 tot 10 ^ 12
Totale massa – 7 x 10 ^ 11 Mzon, dit betekend dat de massa van het stelsel 700 miljard keer zo groot is als de massa van de zon. 1.11 sterrenkundigen maken gebruik van een spectroscoop, dat is een instrument waarmee licht gesplitst kan worden in alle kleuren van de regenboog. Aangezien elke stof een eigen kleur uitzend kan er precies nagegaan worden welke stoffen zich bevinden in een lichtbron. Deze methode is ook gebruikt om te kijken welke stoffen zich in de zon bevinden. Uit het onderzoek concludeerde men dat er op de zon 36 verschillende elementen voorkomen die ook op aarde te vinden zijn, er was echter één stof die men niet kon identificeren, men noemde deze stof helium. Later bleek deze stof ook op aarde voor te komen. Het licht dat in een spectroscoop word onderzocht, komt van de buitenste laag van de ster, die enkele honderden kilometers dik is. Dit is in verhouding erg weinig. Tot nu toe is het nog niet mogelijk om de spectroscoop te gebruiken om de kern van de zon te bestuderen. 1.12 tussen de sterren zweeft gas en stof, we noemen dit interstellaire materie. Het verschil tussen gas en stof berust op het verschil tussen de deeltjesgrootte. Gas – losse atomen of moleculen

Stof – kleine vaste deeltjes
Over interstellaire materie is nog weinig bekend. Eerst dacht men dat in de ruimte geen moleculen van drie of meer atomen voorkwamen. Later is het tegendeel bewezen. Er worden nog steeds interstellaire moleculen ontdekt. Ook moleculen die niet op aarde voorkomen. 1.13 evolutie van sterren: - in een donkere wolk bewegen deeltjes kriskras door elkaar, die donkere wolk noemen wij een globule - ergens in de wolk komen deeltjes dichter bij elkaar - op die plek ontstaat meer massa en dus trekt de zwaartekracht van die massa andere deeltjes aan - de wolk stort in waardoor zij een ronde vorm krijgt - de bol trekt samen en de temperatuur word hoger - er komt kernfusie tot stand, de eerste fusie die tot stand komt is: waterstof – helium - de energie die vrijkomt word uitgestraald - als de waterstof in de ster op is dooft de energiebron - de temperatuur in de kern daalt - de druk van het gas word minder - het buitenste deel van de zon kan zich meer naar binnengelegen lagen samenpersen - het binnenste gedeelte van de ster trekt samen - dichtheid word groter, temperatuur stijgt - de delen van de ster die verder naar buiten liggen worden ook heter - in een schil rond de kern word de temperatuur zo hoog dat daar waterstof kan fuseren - het gebied waar waterstof fuseert komt steeds verder naar buiten te liggen, hierdoor zwelt de zon op - dit opzwellen heeft grote gevolgen voor de planeten - doordat het centrum blijft samentrekken, stijgt de temperatuur. - als de temperatuur opgelopen is tot 200 miljoen graden, begint een nieuwe fusiereactie: helium – koolstof - hierbij komt zoveel energie vrij dat de zon explodeert - de buitenste delen worden de ruimte ingeblazen en alleen de kern blijft over, deze bestaat uit koolstof
deze evolutie is voorspeld doormiddel van het actualiteitsprincipe
actualiteitsprincipe – de natuurwetten die wij op aarde kennen zijn overal het zelfde
neutrino’s – kleine deeltje die ontstaan bij kernfusie, ze reizen met grote snelheid en dringen bijna overal doorheen, hierdoor zijn ze moeilijk waar te nemen. De evolutie van een ster wordt bepaald door zijn massa
Lichte ster – ontploft als helium tot koolstof begint te fuseren
Zwaardere ster – komt in de evolutie dar koolstof begint te fuseren
Allerzwaarste sterren – blijven fuseren tot in het centrum het element ijzer ontstaat, de laatste energie is opgebruikt en de ster ontploft met geweldig veel kracht. De lichtflits van de catastrofe is tot ver in het heelal te zien. Nova – een nieuwe ster
Supernova – ontploffing van een hele zware ster
Neutronenster – neutronen liggen heel dicht tegen elkaar, deze sterren kunnen niet verder evolueren tenzij er massa bijkomt

Dubbelster – twee sterren draaien om elkaar heen
Als bij een dubbelster één van de twee sterren een neutronenster is, en de twee sterren liggen dicht bij elkaar, dan kan materie van de ene naar de andere ster overspringen. De neutronenster word zwaarden en de druk op de neutronen word onvoorstelbaar groot. Zo groot dat de neutronen in elkaar geperst worden. De ster word kleiner en kleiner tot hij in een punt is verdwenen, dit noemt men een zwart gat. Zwart gat – zwaartekracht is zó groot dat niet alleen materie word opgezogen maar ook licht. 1.14 ontstaan zonnestelsel: - bijna alle meetbare massa in het heelal is waterstof - als er atomen van die massa dichter bij elkaar komen gaat de zwaartekracht werken - er ontstaat een stofwolk - in de stofwolk trekken de deeltjes elkaar aan - hoe dichter de deeltjes bij elkaar komen hoe groter de aantrekkingskracht - door de snelheid van de implosie gaat de stofwolk draaien - door de draaiing ontstaat er een plat vlak, alle massa gaat naar binnen - in het midden ontstaat een ster - rond de ster blijven stukjes massa over die eromheen cirkelen 1.15 we leven in een uiteendijend heelal, alle melkwegstelsels bewegen van elkaar vandaan. Dit betekent dus dat de onderlinge afstand steeds groter wordt. Maar dat betekend ook dat hun onderlinge afstand in het verleden veel kleiner was. Er moet een tijd geweest zijn dat alle stelsels dicht opeen geperst zaten in een oneindig klein volume. Hubble heeft ontdekt dat het heelal uitdijt en dus ook dat het heelal een begin gehad moet hebben. De big bang
15 miljard jaar was het heelal niet groter dan een punt, buiten dat punt was niets, geen materie, geen straling en geen tijd. Door een onbekende oorzaak is de uitdijing begonnen. - gedurende de eerste seconden van de uitdijing was de temperatuur zo hoog dat materie niet kon bestaan, er was alleen maar straling. - Het heelal was een gloeiend hete bal die alle kanten op expandeerde. - 10 seconden na het begin was de temperatuur 3 miljard graden, toen ontstonden de protonen, neutronen en elektronen waaruit alle is opgebouwd - pas na 700.000 jaar was de temperatuur zo ver gedaald dat de eerste sterren konden ontstaan die zich in melkwegstelsels groepeerden. - Toen het heelal 10 miljard jaar oud was ontstond onze zon EXTRA Bedacht / berekend Natuur
Seconde Hartslag
Minuut Afgeleid van seconde
Uur Afgeleid van seconde
Dag De tijd tussen 2 zonsopkomsten
Week Schijngestalten van de maan
Maand 4 schijngestalten
Seizoen Stand van de aardas
Jaar Omlooptijd van de aarde om de zon
Zwaartekracht tussen twee deeltjes = 1 / L² L = afstand tussen de deeltjes