Sterren en astronomie

Inleiding:

Ons werkstuk gaat over sterren en astronomie. Wij hebben dit onderwerp gekozen omdat het onderwerp iets met ANW te maken moest hebben, omdat het ons een interessant onderwerp leek en omdat je er ook historische en maatschappelijke informatie in kwijt kunt. Onze werkstukindeling is als volgt:

Hoofdvraag
Welke plek hadden en hebben sterren in de maatschappij?

Deelvragen
-Hoe ontstaan en sterven sterren?
-Wat is de plek van sterren in het heelal?
-Op wat voor een manieren kun je sterren indelen?
-Wat is de geschiedenis van de astronomie?
-Wat wordt er gedaan aan de popularisering van de astronomie?

Hoe ontstaan en sterven sterren?
In dit hoofdstuk gaan we onderzoeken wat de ‘levensloop’ van een ster is, waarom de sterren niet uitsterven en welke verschillen je tussen sterren hebt.

Net als mensen hebben ook sterren een levensloop. Ze worden geboren, schijnen een tijd en sterven dan weer. In deze levensloop kun je een verschil maken tussen lichte sterren, die minder dan acht maal de massa van de zon hebben, en zware sterren, die meer dan acht maal de massa van de zon hebben. Al bij het ontstaan van een ster is er verschil te maken tussen lichte en zware sterren.

Vorming van de ster
De vorming van een ster begint eigenlijk met het sterven van een andere, zware ster. Die ster knalt aan het eind van zijn leven uit elkaar. Deze explosie heet een supernova. Als er dicht bij de plek waar die supernova plaatsvindt stof- en gaswolken rondzweven, dan veroorzaakt de kracht van de supernova de volgende reactie: de gaswolken storten ineen. De grote wolk valt uiteen in kleinere wolken, die ook allemaal ineenstorten. De deeltjes van de wolken gaan steeds dichter op elkaar zitten, waardoor er uiteindelijk een kern van vaste materie ontstaat. Naarmate de kern meer massa bevat, neemt de dichtheid in de kern toe. En hoe meer de dichtheid toeneemt, hoe hoger de temperatuur in de kern wordt. Door deze hitte kan het binnenste van de kern op een gegeven moment niet meer bestaan en hij wordt vernietigd. Er blijven dan atomen over. De temperatuur blijft stijgen, waardoor er op een gegeven moment kernreacties gaan plaatsvinden. Bij een kernreactie smelten twee waterstofatomen samen tot een heliumatoom. De zo ontstane heliumatomen vormen de kern van de pasgeboren ster.
Deze ster is echter nog niet zichtbaar. Waarschijnlijk blijft hij nog miljoenen jaren onzichtbaar, aangezien er veel stofwolken rond de ster zweven. Is de gevormde ster een zware ster, dan zendt hij zoveel ultraviolette straling uit dat hij de stofwolken zelf vernietigt. Ook maakt deze straling dat het stof zelf gaat stralen. Is het een lichte ster dan zendt hij niet genoeg ultraviolette straling uit om de stofwolken te vernietigen en het stof zal een platte schijf gaan vormen die rond de ster blijft zitten. Uit deze schijf kan een planeet worden gevormd. De planeten uit ons zonnestelsel, en de Aarde dus ook, zijn ooit zo ontstaan.

Levensloop van de ster
Na de vorming van de ster is het natuurlijk nog niet voorbij. De ster gaat een heel leven tegemoet, waarvan de belangrijkste fasen hieronder staan beschreven.
De eerste levensfase, de hoofdreeksfase, beslaat ongeveer 90% van het totale leven van de ster. In deze hoofdreeksfase gaat het proces van kernfusies, dat tijdens de geboorte van de ster in gang is gezet, door. Dit kan omdat de druk in de kern van de ster ontzettend hoog is, net als de temperatuur. De zon bevindt zich momenteel ook in deze fase.
De volgende fase breekt aan als de waterstofatomen in de kern, die noodzakelijk zijn voor kernfusies, opraken. In de kern stopt de energieproductie. Alleen in een schil rond de kern worden waterstofatomen nog omgevormd tot heliumatomen. Omdat de energieproductie verplaatst is, zwelt de ster op. De oppervlaktetemperatuur neemt af. De ster is nu een rode reus geworden. Als gevolg hiervan trekt de celkern zich samen. Deze uit heliumatomen bestaande kern wordt weer warmer, waardoor de heliumatomen kunnen fuseren tot koolstofatomen.
De zon komt waarschijnlijk over zo’n vijf miljard jaar in de rode-reuzen-fase terecht. Hij zal dan zó groot worden dat hij Mars en Aarde volledig zal opslokken.

Het sterven van de ster
Het sterfproces van de ster hangt ook weer af van de zwaarte van de ster. Lichte sterren stoten, als ze aan het eind van de rode-reuzen-fase zijn gekomen, hun buitenste kernlagen af. Het gas dat dan wegdrijft kan tijdens de ‘korte’ periode van ongeveer
50.000 jaar gezien worden als een planetaire nevel; een nevel die om de ster heen hangt. De nevel heeft niks met planeten te maken. Toen men deze nevels vroeger echter zag, dacht men dat het een planeet was. Met de telescopen die we nu hebben weten we wel beter! In het midden van deze nevel bevindt zich het restje van de ster. Dit restje noemt men een witte dwerg. Witte dwergen geven te weinig licht om met het blote oog gezien te kunnen worden.
Bij zware sterren ligt het ingewikkelder. Nadat er in de kern koolstofatomen zijn gevormd gaan de fusieprocessen verder; uiteindelijk wordt er ijzer gemaakt. Dit gebeurt alleen maar in de binnenste kern. Hoe verder je naar buiten gaat, hoe lichter de atomen worden. De buitenste schil van de kern bestaat uit waterstofatomen. De omslag komt omdat het fuseren van ijzeratomen alleen nog maar energie kost en geen energie meer oplevert. De energieproductie stopt dus plots en de druk van de buitenste lagen drukt ineens vol op de kern. Die kan deze druk niet aan en stort ineen. Het gevolg is dat de buitenste lagen naar elkaar toe storten en met een enorme vaart op elkaar botsen. Een enorme explosie is het gevolg. Hierbij worden de lagen met een enorme kracht weer naar buiten gestoten. Deze explosie is een supernova. Zoals aan het begin van het hoofdstuk al is gezegd, kan een supernova de vorming van een nieuwe ster tot gevolg hebben. Zo houden de sterren zichzelf in stand. De binnenste kern die na een supernova overblijft noemt men een zwart gat.

Wat is de plek van sterren in het heelal?
Sterren zijn niet de enige hemellichamen in het heelal. Door deze deelvraag willen we erachter komen hoe sterren in het heelal staan en wat hun verhouding is ten opzichte van andere hemellichamen.

Wij zien sterren als losse stipjes die ’s nachts boven ons hangen. Maar er zijn nog veel meer sterren dan wij kunnen zien. Over het algemeen huizen sterren in sterrenstelsels, groepen sterren die in een natuurkundig opzicht bij elkaar horen. De grootte van sterrenstelsels is erg verschillend. De kleinste stelsels bestaan uit ongeveer honderdduizend sterren, terwijl de grootste uit wel honderd miljard sterren bestaan!
Deze sterrenstelsels kun je, kijkend naar hun structuur, onderverdelen in verschillende soorten, namelijk:
- elliptische sterrenstelsels
- spiraalstelsels
- onregelmatige stelsels

Elliptische stelsels
Een elliptisch sterrenstelsel heeft een ronde vorm en geen spiraalvormige uitsteeksels. Hij bestaat voornamelijk uit oude sterren, die geel licht afgeven. Elliptische sterrenstelsels zien er voor ons dan ook geel uit. De grootste sterrenstelsels die bij de mens bekend zijn, zijn allemaal elliptische sterrenstelsels. Dit kan erop wijzen dat deze stelsels vaak in botsing komen met andere stelsels, waardoor de grotere de kleinere opslokken en het geheel steeds groter wordt.

Spiraalstelsels
Spiraalstelsels zijn qua opbouw verschillend aan elliptische stelsels. De kern van een spiraalstelsel is wel een bol, maar een spiraalstelsel heeft nog twee lange ‘armen’ die het geheel een spiraalvorm geven. Een spiraalstelsel bestaat vooral uit jonge sterren. Deze zijn zwaar en heet en zenden kortgolvig licht uit. Dit licht ziet er voor ons blauw uit. Het sterrenstelsel waar ons zonnestelsel zich in bevindt, de Melkweg, is ook een spiraalstelsel. Dit geldt ook voor het dichtstbijzijnde sterrenstelsel, de Andromeda.

Onregelmatige stelsels
De rest van de stelsels behoort tot de onregelmatige stelsels; stelsels zonder duidelijke opbouw en structuur. Deze stelsels liggen zo dicht op elkaar dat hun zwaartekracht invloed heeft op de vorm van andere stelsels. Ze botsen als het ware op elkaar. Men gelooft dat deze botsingen vaak voorkomen en dat de Melkweg ook zo gevormd is. Het Karrenwielstelsel heeft door verscheidene botsingen zelfs een ringvorm gekregen!
Tot deze onregelmatige stelsels behoren ook de dwergstelsels. Dit zijn kleine stelsels die andere, grotere stelsels begeleiden. Onze Melkweg wordt zo begeleid door de ‘Magelheanse wolken’.

Op welke manieren kun je sterren indelen?
In dit hoofdstuk bekijken we op welke manieren men in de loop der jaren sterren heeft ingedeeld, hoe deze indelingen tot stand zijn gekomen en of ze nog steeds in gebruik zijn.

Sterrenbeelden
Sterren staan in feite allemaal los aan de hemel. Maar al sinds de Oudheid deelt men sterren in op basis van vormen en hun plaats aan de hemel. Dit maakt het geheel overzichtelijk en ordelijk. Vooral bij navigeren op zee is dat wel handig. De bekendste indeling is die in sterrenbeelden. Rond 1930 is door de Internationale Astronomische Unie het aantal sterrenbeelden officieel vastgesteld op 88.
De meeste van die sterrenbeelden zijn al rond 150 na Christus door de Griek Ptolemeus opgeschreven. Hij was wetenschapper en beschreef in zijn boek de ‘Almagest’ 48 sterrenbeelden. Deze heeft hij uiteraard niet allemaal zelf verzonnen. Eerdere Griekse schrijvers, zoals ook Homerus, beschreven sterrenbeelden die ook in de Almagest zijn terug te vinden en nu nog steeds in gebruik zijn. Toch hebben de Grieken deze sterrenbeelden waarschijnlijk niet zelf gevormd, maar overgenomen van de Egyptenaren, die ze overnamen van een volk dat in het gebied van de Eufraat en de Tigris woonde. Op die plek ligt de waarschijnlijke oorsprong van de astronomie.
De sterrenbeelden die Ptolemeus beschreef bestonden allemaal uit sterren die, als je ze met lijnen verbond, een mythologische figuur of god voorstelden. In de Oudheid had men het idee dat goden vanuit de hemel regeerden en invloed hadden op wat er op aarde gebeurde. Het is dus niet meer dan logisch dat sterren en andere hemellichamen, die zich aan de hemel bevonden, in verband werden gebracht met goden.

Indeling binnen sterrenbeelden
De indeling in sterrenbeelden bleek eeuwenlang goed genoeg, maar in de 16e eeuw, toen astronomie een veelbeoefende wetenschap was, wilde men een specifiekere methode. Deze werd ontworpen door Johannes Bayer (1572-1625) Hij was een Duitse astronoom en schreef de ‘Uranometria’, een sterrenatlas waarin voor het eerst alle 88, nu nog in gebruik zijnde sterrenbeelden werden beschreven. Daarnaast stond in de Uronametria een geheel nieuw systeem, waarbij de sterren per sterrenbeeld op helderheid worden ingedeeld. De helderste ster in een sterrenbeeld heet Alpha, naar de eerste letter van het Griekse alfabet, de op één na helderste ster heet Bèta, enzovoort. De helderste ster van het sterrenbeeld Stier, of Taurus, heet dus Alpha Tauri (Alpha van de Stier). Deze indeling wordt nog steeds gebruikt, hoewel hij niet helemaal klopt. Zo nemen sommige sterren in de loop van de tijd in helderheid af. Hun naam wordt dan niet aangepast, omdat dat verwarring kan opwekken. Ook zijn er sterren die in de 16e eeuw met het oog gezien het helderst leken, maar door een telescoop gezien de op één na helderste ster zijn. Hun naam is ook nooit aangepast. Maar over het algemeen is het systeem van Bayer een goed hulpmiddel bij het benoemen van sterren.
In de 17e eeuw is het systeem van Bayer uitgebreid door de Britse astronoom John Flamsteed. De 24 letters van het Griekse alfabet bleken niet genoeg te zijn om alle sterren in grote sterrenbeelden te benoemen. Daarom bedacht Flamsteed dat alle sterren die na de 24e helderste ster kwamen gewoon een nummer kregen, en geen naam. Dit systeem kan eindeloos doorgaan, waardoor echt alle sterren benoemd kunnen worden.
Naast deze officiële naam hebben de helderste en opvallendste sterren ook een ‘populaire’ naam, zoals de Poolster.

De dierenriem
Tot slot wil ik nog een manier van indelen bespreken, die nu ook nog wordt gebruikt en bij iedereen bekend is, namelijk de indeling van de dierenriem. De dierenriem bestaat uit twaalf sterrenbeelden, te weten Ram, Stier, Tweelingen, Kreeft, Leeuw, Maagd, Weegschaal, Boogschutter, Steenbok, Schorpioen, Waterman en Vissen. Deze indeling is waarschijnlijk op dezelfde plek ontstaan als de astronomie, dus in het gebied tussen de Eufraat en de Tigris. Hij bestond toen nog niet uit twaalf, maar uit zes sterrenbeelden, namelijk Stier, Kreeft, Maagd, Schorpioen, Steenbok en Vissen. Dit verklaart de naam ‘dierenriem’ ook beter. De andere zes tekens zijn toegevoegd omdat er twaalf maancycli in een jaar voorkomen.
De indeling is op een ingewikkelde manier tot stand gekomen. Vroeger dacht men dat de zon om de aarde draaien. De ‘baan’ die de zon zou maken, werd verdeeld in twaalf gelijke hoeken van 30° (samen 360° = rond) Die hoeken werden de tekens van de dierenriem genoemd. Een paar duizend jaar voor Christus viel elk teken ook nog samen met het betreffende sterrenbeeld. In de hoek van de Ram stond dus ook het sterrenbeeld Ram. In de loop der tijd is de aarde echter wat schuiner gaan staan, waardoor de zon nu in sommige tekens veel langer staat als in andere.
Ook in oude Chinese en Indiase geschriften zijn aanwijzingen gevonden dat men daar een soort van dierenriem kende. De aboriginals deelden hun hemel waarschijnlijk ook in twaalf delen in. Het is dus niet alleen iets van de westerse cultuur, maar van overal op de wereld.
In de Middeleeuwen vond men het heel belangrijk in welk teken een kind geboren werd. Dit zou namelijk van invloed zijn op zijn karakter. Ook nu nog weet iedereen welk sterrenbeeld hij of zij ‘is’. In elk tijdschrift vind je wel een horoscoop, waarbij op basis van je sterrenbeeld wordt voorspeld wat je de komende week zal overkomen. Deze zijn echter vaak helemaal verzonnen en hebben niks meer met de oorspronkelijke astronomische betekenis te maken.

Wat is de geschiedenis van de astronomie?
In dit hoofdstuk wordt beschreven wat de geschiedenis van de astronomie is en waar de astronomie ontstaan is.

Astronomie in de oudheid
Astronomie bestaat niet alleen uit het bestuderen van sterren. Ook planeten, kometen en andere hemellichamen worden bekeken. In het oude Egypte en China hield men zich al bezig met het bestuderen van deze hemellichamen. Door hun bewegingen te bekijken kon men op een gegeven moment zon- en maansverduisteringen voorspellen. Als er een komeet werd waargenomen, sprak dit tot de verbeelding. Men dacht dat zoiets een teken van de goden was. Er is zelfs een theorie die zegt dat bepaalde piramides in Egypte zijn gebouwd om de vorm van het sterrenbeeld Orion na te bootsen. Dit is echter te betwijfelen, omdat er maar een deel van het sterrenbeeld is ‘nagebouwd’. De rest van de piramides moesten misschien nog gebouwd worden, of zijn al weer te gronde gegaan.
De oude Grieken ontwikkelden de astronomie een stuk verder. Ptolemeus, die al eerder is genoemd, is de bekendste Griekse astronoom. Hij legde 48 sterrenbeelden vast en beschreef de beweging van de planeten. En Eratosthenes berekende, door middel van het meten van schaduwen, zeer nauwkeurig de omtrek van de aarde.

Astronomie in de moderne geschiedenis
In de Middeleeuwen heeft de astronomie zich nauwelijks ontwikkeld. Slechts een paar Arabische astronomen hebben zich in die tijd beziggehouden met de astronomie. Een grote vooruitgang werd in de Renaissance geboekt. Grote wetenschappers als Copernicus en Galilei zorgden voor enorme doorbraken in de astronomie. Nicolaus Copernicus was de eerste die stelde dat niet de aarde, maar de zon in het middelpunt van het zonnestelsel stond en dat de aarde om de zon draaide en niet andersom. Galileo Galilei en Johannes Kepler ontwikkelden dit idee verder. Zij kregen hierdoor veel problemen met de Kerk, die hen afschilderde als ketters. God had de Aarde immers geschapen en hem daarom natuurlijk in het middelpunt van alles gesteld. Galilei werd zelf gedwongen te zeggen dat hij het mis had gehad en te zeggen dat het systeem dat de Bijbel beschreef de enige juiste was.
Kepler beschreef als eerste op een juiste manier de banen die de planeten beschrijven. Hij wist echter niet waaróm dat zo gebeurde. Het was Isaac Newton die als natuurkundige de zwaartekracht ‘uitvond’ en zo de bewegingen van de planeten verklaarde.
Sinds de negentiende eeuw kent de astronomie een periode van bloei. Door allerlei nieuwe technieken wordt het steeds makkelijker om nieuwe technieken te doen.

Ontdekkingen over sterren
In de Renaissance werd ontdekt dat de sterren heel ver van ons vandaan staan. Later volgde daarop de ontdekking dat de zon en de sterren eenzelfde soort hemellichamen zijn, maar dat er verschillen waren in omvang en massa. Het duurde tot in de twintigste eeuw voordat men wist dat de sterren die wij zien deel uitmaken van het melkwegstelsel. Ook andere sterrenstelsels, nevels en gaswolken werden toen ontdekt. Korte tijd later ontdekte men dat het heelal uitdijt. Dit werd bewezen door aan te tonen dat de sterrenstelsels zich van ons en van elkaar afbewegen.

Wat wordt er gedaan aan de popularisering van de astronomie?
Is de astronomie in de huidige maatschappij iets bekends of vinden veel mensen het maar ver van hun bed? Met deze deelvraag willen we erachter komen of de astronomie leeft in onze samenleving.

Op de eerste plaats kun je natuurlijk op het internet naar informatie zoeken over astronomie, of een boek over het onderwerp kopen. Maar dit kun je voor (bijna) elk willekeurig onderwerp doen. Voor het onderwerp ‘astronomie’ in de specifieke zin zijn er nog andere mogelijkheden, zoals het bezoeken van een sterrenwacht.

Sterrenwachten
Het staat iedereen vrij een publieke sterrenwacht te bezoeken. In een publieke sterrenwacht wordt vaak de mogelijkheid geboden om door een ‘echte’ sterrenkijker te kijken, cursussen te volgen of lezingen bij te wonen. Een aantal publieke sterrenwachten zijn aangesloten bij de L.S.P.S., de Vereniging van Landelijk Samenwerkende Publiekssterrenwachten. Deze vereniging streeft naar een evenwichtige spreiding van publiekssterrenwachten over het hele land, maar geen enkele Limburgse sterrenwacht is er tot nu toe bij aangesloten.
Er is in Heerlen wel een publieke sterrenwacht, namelijk eXplorion- science centre. Elke vrijdagavond kun je er sterren kijken, op zaterdag zijn er lezingen en er worden speciale activiteiten georganiseerd om kinderen enthousiast te maken. Dit wil men graag, zodat er in de toekomst ook astronomen zullen zijn.

Andere verdiepingsmogelijkheden
Als je als kind (of volwassene) dan zodanig in astronomie bent geïnteresseerd, dan kun je je laten opleiden tot astronoom. Aan de Universiteit van Amsterdam kun je bijvoorbeeld een bachelor astronomie volgen en aan de Universiteit Leider een bachelor Sterrenkunde. Bij deze laatste studie volg je natuurkunde, wiskunde en informatica. En sterrenkunde natuurlijk.
Is het zover nog niet, dan kun je naast het bezoeken van een sterrenwacht ook besluiten een museum te bezoeken dat aandacht besteed aan astronomie, zoals het Museon in Den Haag. Dit museum richt zich ook op kinderen en stelt voorwerpen ten toon die met de geschiedenis van de astronomie te maken hebben. Zo heeft men een telescoop uit de achttiende eeuw in de collectie.

Astronomie in het nieuws
Regelmatig hoor je ook op het nieuws items die met astronomie te maken hebben. Zo is in 2004 de Nederlandse astronaut André Kuipers met een spaceshuttle naar het Internationale Ruimtestation ISS gegaan. Hij voerde daar proeven uit voor de ESA. Voor hem gingen Wubbo Ockels en Lodewijk van den Berg als Nederlandse astronauten het heelal in.
Ook groot nieuws is het als men een nieuw hemellichaam ontdekt. Dit jaar werd er bijvoorbeeld in ons zonnestelsel een tiende planeet ontdekt. Deze heeft tot nu toe alleen nog maar een officiële naam; 2003 UB313.

Afsluiting

Na het beantwoorden van de deelvragen kunnen we nu een antwoord proberen te geven op de hoofdvraag:

Welke plek hadden en hebben sterren in de maatschappij?

Vroeger werden sterren vooral gebruikt als navigatiehulpmiddel en om de wereld om ons heen te verklaren. Men dacht immers dat de goden ons tekens gaven door de beweging van de sterren en planeten en door het ‘zenden’ van kometen. Nu heeft men vooral tot doel het heelal te verklaren en te voorspellen hoe het heelal er in de toekomst kan uitzien. Sterren kijken doet iedereen wel eens, maar slechts weinig mensen houden zich er serieus mee bezig. Tot slot heeft er ook altijd een niet-wetenschappelijke kant aan gezeten, die van de sterrenbeelden, de dierenriem en de horoscopen.

Bronvermelding

Bij deelvraag 1:

http://www.astro.uva.nl/encyclopedie/sterren.html

Bij deelvraag 2:

http://www.astro.uva.nl/encyclopedie/
http://nl.wikipedia.org/wiki/Elliptisch_sterrenstelsel
http://nl.wikipedia.org/wiki/Sterrenstelsel

Bij deelvraag 3:

http://nl.wikipedia.org/wiki/Johannes_Bayer
http://www.sterrenkunde.nl/sterrenbeelden/
http://nl.wikipedia.org/wiki/John_Flamsteed

Bij deelvraag 4:

http://nl.wikipedia.org/wiki/Astronomie
http://nl.wikipedia.org/wiki/Geschiedenis_van_de_astronomie

Bij deelvraag 5:

http://www.lsps.nl/
http://www.explorion.nl/
http://www.physics.leidenuniv.nl/scholierensite/studies/sterrenkunde-studieopbouw.html
http://www.museon.nl/nl/general/collectie/natuurkunde+en+techniek/
http://nl.wikipedia.org/wiki/Andr%C3%A9_Kuipers