Netherlands

De correcte naam voor de Zon is Sol, en daarom wordt on Zonnestelsel in het Engels ‘Solar System’ genoemd. De Zon levert al de energie die nodig is voor het leven op Aarde, dat zonder die energie niet zou bestaan. Nochtans is onze Zon een eerder gemiddelde ster. Er bestaan sterren met massa’s die variëren van 0.08 tot 80 keer de massa van de Zon.

Source: Royal Swedish Academy of Science
De Zon heeft een straal van 697.000 km (vergelijk dit met de diameter van de Aarde die 6.378 km is, ongeveer honderd keer kleiner dus) en bevat ongeveer 99.8% van de ganse massa van het Zonnestelsel.
In het centrum van de Zon heerst een temperatuur van 15,600,000°c (meer dan 15 miljoen graden), en zelfs aan het veel koelere oppervalk van de Zon is de temperatuur nog altijd 5,800°c. Deze hoge temperaturen ontstaan voor een groot deel door de kernreacties die in het centrale deel van de Zon plaats vinden. Elke seconde wordt daarbij ongeveer 6 miljard ton waterstof verbruikt in de kernfusie van waterstof tot helium in de super-kernreactor die het inwendige van de Zon is. De kernreacties die daarvoor zorgen, vooral de zogenaamde proton-proton cyclus, werden eerder al besproken. Hierbij wordt een enorm vermogen opgewekt: 386 miljoen miljard miljard MegaWatt (3.86x1026 W). Dit vermogen wordt in de vorm van warmte en straling vanaf het centrum van de Zon in alle richtingen uitgestraald. Later zullen we kernreacties nog meer uitgebreid bespreken.

Deze afbeelding toont een typische foto van de Zon. De donkere zonnevlekken op het oppervlak zijn koelere gebieden, met een temperatuur van ongeveer 3.800°C. Eén zonnevlek kan tot 2 à 3 keer groter zijn dan de Aarde (Bron: Royal Swedish Academy of Science).

Zonnevlekken worden gecreëerd wanneer het intense magneetveld van de Zon het oppervlak ‘verstoren’, maar hoe dit precies gebeurt is nog niet helemaal begrepen en wordt door een aantal astronomen nog volop bestudeerd.

Het Zonnestelsel bestaat uit de Zon in het centrum en 8 planeten die in elliptische banen rond de Zon draaien. De Zon is veel groter dan de planeten die samen minder dan 0.15% van de totale massa van het Zonnestelsel uitmaken. De planeten zijn alleen zichtbaar aan de hemel omdat het licht van de Zon weerkaatst wordt aan hun oppervalk of aan hun wolkendek. Planeten zenden zelf namelijk geen licht uit.
Er zijn ook heel wat kleinere objecten in het Zonnestelsel, zoals de manen die rond de planeten draaien, asteroïden en kometen. De Aarde is de derde planeet vanaf de Zon. De andere planeten zijn genoemd naar Griekse en Romeinse goden en godinnen (in volgorde vanaf de Zon naar buiten toe)

Mercurius, naar de Romeinse god van de handel, reizen en dieverij.
Venus, naar de Romeinse godin van de liefde omdat ze zo altijd helder is aan de hemel.
Aarde, letterlijk naar het materiaal dat op het oppervlak ligt. Soms ook met haar Latijnse naam, Terra, aangeduid.
Mars, naar de Romeinse god van de oorlog omwille van zijn rode kleur.
Jupiter, naar de Romeinse oppergod. Dit is de grootste planeet in ons Zonnestelsel.
Saturnus, naar de Romeinse god van de landbouw. Deze planeet wordt gekenmerkt door haar mooie ringen.
Uranus, naar de Griekse god van de hemel. Dit was de eerste planeet die met een telescoop werd ontdekt.
Neptunus, naar de Romeinse god van de zee, Aka 'de baluwe reus', omwille van haar helblauwe kleur. kleur.

Pluto werd ook als een planeet beschouwd tot 2006 toen ze werd geherklasseerd als een dwergplaneet. Om als een planeet beschouwd te worden moet aan drie criteria voldaan zijn. Het object moet rond een ster draaien, zwaar genoeg zijn om onder invloed van zijn eigen zwaartekracht een bolvorm te hebben, en genoeg massa hebben om de ruimte rond zijn baan schoon te houden. Pluto voldoet niet aan het laatste criterium.

Foto-compositie van de Zon en de planeten met hun relatieve afmetingen. Van links naar rechts: de Zon, Mercurius, Venus, Aarde, Mars, Jupiter, Saturnus met zijn ringen, Neptunus en Uranus. De diameter van de Zon en de planeten is op schaal maar de onderlinge afstanden niet! (Bron: Calvin J. Hamilton, solarviews.com)

Mercurius, Venus, Aarde en Mars zijn allemaal rots-planeten, maar hoewel ze hierin op elkaar gelijken verschillen ze in andere aspecten heel sterk van elkaar. Mercurius heeft geen atmosfeer en gelijkt daardoor sterk op de Maan, overdekt met kraters die het gevolg zijn van talloze inslagen van kleine en grotere meteorieten. Venus, de tweede planeet vanaf de Zon, is de warmste van allemaal. De gemiddelde oppervlaktetemperatuur is er 464 C, zowel overdag als ’s nachts. De hoogste berg in ons Zonnestelsel is Olympus Mons op Mars, ongeveer drie keer hoger dan de Mount Everest, de hoogste berg op Aarde
Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus zijn gas-reuzen. Jupiter is verreweg de grootste van al de planeten in het Zonnestelsel, met een massa die groter is dan die van al de andere planeten samen. Jupiter heeft ongeveer 300 keer meer massa dan de Aarde en bezit 60 manen. Saturnus heeft 9 ringen, die elk bestaan uit talloze smalle ringen. Ook de andere gas-reuzen hebben een ringenstelsel, zij het meer bescheiden dan dat van Saturnus.

Van alle planeten lijkt Mars het meest op de Aarde. Er zijn heel duidelijke aanwijzingen dat er vroeger vloeibaar water was op Mars. Structuren die sterk gelijken op kustlijnen, rivierbeddingen, en eilanden suggereren dat er ooit grote rivieren op Mars stroomden. We weten echter nog steeds niet waar al dat water nu naartoe is. Omwille van de mogelijke aanwezigheid van water, tenminste in het verleden, wordt Mars beschouwd als een mogelijk plaats waar leven buiten de Aarde voorkomt (of voorkwam). Het Europese ruimteagentschap ESA (‘European Space Agency’) en de NASA bereiden momenteel een door Europa geleide robotmissie, ExoMars, naar Mars voor. Er zijn lanceringen gepland voor 2016 en 2018 waarbij een aantal verschillende instrumenten naar Mars zullen gestuurd worden. De ‘Trace Gas Orbiter’ (TGO; restgasanalysator) zal rond Mars draaien en daarbij naar methaan speuren. De aanwezigheid van methaan in de ijle atmosfeer van Mars kan aanduiden of er al dan niet leven op de planeet is geweest. Er zal ook een sterk autonome ‘jeep’ met zes wielen worden ingezet met een camera om het oppervlak te fotograferen en een boor die tot 2 meter diep onder het oppervlak bodemstalen kan nemen.

Vroeger hadden de meeste oude beschavingen één of ander model van het Heelal dat de Aarde in rust, precies in het centrum plaatste. De Egyptenaren aanzagen de hemel als het lichaam van de godin Nut, volgens de Hindoes rustte de hemel op de slagtanden van een reusachtige olifant, volgens de Babyloniërs was de hemel de binnenkant van een reusachtige klok, en de Arabieren aanzagen de hemel als een reuzegrote tent.

Ptolemaeus (ongveer 100 – 170 n.C.), een Romeins burger die in de tweede eeuw nC in Egypte leefde, was een astronoom, wiskundige en aardrijkskundige. Hij verzamelde en ontcijferde een grote hoeveelheid astronomische data en ontwikkelde een model om de beweging van de planeten te beschrijven, dat hij beschreef in zijn boek “The Great Mathematical Composition”. De belangrijkste onderdelen van zijn theorie waren de volgende.

Zijn model wordt een geocentrisch systeem genoemd: Hij onderstelde dat de Aarde het centrum van het Heelal was en dat de Maan, de planeten en de sterren in concentrische bollen rond de Aarde bewogen. Het Heelal was een eindige bol en daarbuiten was er niets . Dit model werd gedurende meer dan 1.300 jaar wijd aanvaard.

De belangrijkste onderdelen van zijn theorie waren de volgende:

  1. De Aarde staat stil, in het centrum van het Heelal.
  2. De Zon en de Maan bewegen in cirkelvormige banen waarbij de Aarde in het centrum van deze banen staat.
  3. Elk van de andere planeten beweegt ook in een cirkelvormige baan met als centrum de Aarde.

Vroeger was de opvatting dat de Aarde het centrum was van alles diep geworteld in ieders denken, en het was moeilijk om mensen iets anders te doen geloven. Toch waren er een paar radicale denkers, zelfs al in de 3de eeuw vC, die iets anders geloofden. Aristarchos van Samos (ongeveer 320 – 230 v.C.) geloofde dat deZon het echte centrum van het Heelal was. In die tijd werd zijn theorie niet aanvaard en het was pas meer dan duizend jaar later dat men ze begon in overweging te nemen.

De Poolse sterrenkundige Nicolaus Copernicus (1473-1543) geloofde ook niet in het geocentrische wereldbeeld. Hij ontwikkelde een nieuwe theorie die het heliocentrische systeem genoemd werd. Zijn theorie dat de Zon het centrum van het Heelal is, was de meest radicale wetenschappelijke ontdekking van de eerste helft van de 16de eeuw en wordt vaak beschouwd als het begin van de moderne wetenschap. De ontdekking van Copernicus leidde tot een volledige herziening van de kennis over het Heelal, die tot dan toe opgebouwd was rond de aanname dat de Aarde het centrum van het Heelal was. Nu moest men aanvaarden dat de Aarde in feite niet meer is dan één planeet tussen al de andere in ons Zonnestelsel

In het heliocentrische wereldbeeld staat de Zon in het centrum en bewegen de planeten rond de Zon. Dit was toen zeer moeilijk om te aanvaarden omdat het volledig leek in te gaan tegen de erg aannemelijke opvatting dat de Aarde het centrum van alles moest zijn.

Nicolaus Copernicus
Copernicus bundelde de teksten zie zijn theorie beschreven in zijn werken met als titel “De revolutionibus orbium coelestium libri vi” (“Zes boeken over de omwentelingen van de hemelse werelden”) maar ze werden jarenlang niet gepubliceerd, tot in 1543, het jaar waarin hij stierf. Aanvankelijk had Copernicus alleen een paar loyale aanhangers. Giordano Bruno (1548-1600) was een Italiaanse filosoof en poëet, en een gepassioneerd aanhanger van Copernicus’ theorie. Hij werd veroordeeld voor “heresy” en vrij-denken door de Inquisitie, werd 8 jaar opgelsoten in de gevangenis, en uiteindelijk voor zijn overtuiging op de brandstapel verbrand.
Uiteindelijk begonnen wetenschappers toch, de één na de ander, het nieuwe wereldbeeld te aanvaarden. Het duurde echter tot ongeveer 100 jaar na de dood van Copernicus vooraleer zijn theorie algemeen aanvaard werd. Sindsdien is bevestigd dat de Zon in het centrum van ons Zonnestelsel staat, zoals Copernicus stelde, al is de Zon niet het centrum van het Heelal. Galileo en Kepler waren twee van de wetenschappers die als eerste bewijzen vonden voor het heliocentrische wereldbeeld .

Kepler ontdekte de wiskundige beschrijving van de beweging van de planeten rond de Zon. De zogenaamde wetten van Kepler leidde hij af uit een gedetailleerd onderzoek van de astronomische waarnemingen van de planeten die Tycho Brahe had uitgevoerd en had opgetekend.

De wetten van Kepler kunnen als volgt geformuleerd worden:

  1. De banen van de planeten zijn ellipsvormig met de Zon in één van de focale punten van de ellips.
  2. De lijn die de planeet met de Zon verbindt bestrijkt in gelijke tijdspannes gelijke oppervlakken terwijl de planeet zich langs de ellipsvormige baan verplaatst. Dit betekent dat de planeet zich sneller verplaatst als ze zich dicht bij de Zon bevindt en trager wanneer ze zich ver van de Zon bevindt.
  3. Het kwadraat van de omloopperiode van de planeet om de Zon is evenredig met de derde macht van de korte as van de ellipsvormige baan.

De figuur illustreert de twee eerste wetten van Kepler die stellen dat de baan van een planeet een ellips is en dat de verbindingslijn van de planeet en de Zon in gelijke tijdspannes gelijke oppervlakken bestrijkt (de oranje gekleurde gebieden). De grote en de korte as, net als de focale punten van de ellips, en de punten op de baan het dichtst bij de Zon (perihelium) en het verst van de Zon (aphelium), zijn ook aangeduid.

Extra-solaire planeten zijn planeten die rond andere sterren dan de Zon draaien, planeten buiten ons zonnestelsel dus. Astronomen vinden meer en meer methodes om planeten bij andere sterren op te sporen. In juli 2011 waren er al 560 geregistreerd. Dit toont aan dat planeten bij sterren eerder algemeen dan uitzonderlijk zijn en hoe meer we er ontdekken hoe groter de kans dat er ooit één bij zal zijn die goed op onze eigen Aarde lijkt. Als we een planeet zouden vinden met ongeveer dezelfde afmetingen, temperatuur, en atmosfeer als de Aarde, is het niet onmogelijk dat op deze planeet buitenaards leven zou voorkomen.

Omdat planeten zelf geen licht uitstralen is het moeilijk om ze te ontdekken. Daarnaast zijn extra-solaire planeten erg ver weg waardoor ze erg zwak en daardoor zeer moeilijk te zien zijn, zelfs als we exact zouden weten waar te kijken. Om deze problemen te vermijden hebben astronomen slimme manieren bedacht om planeten indirect op het spoor te komen, door nauwkeurige waarnemingen uit e voeren aan de ster waar ze rond draaien.

Als je bijvoorbeeld de helderheid van een ster meet en vaststelt die het op regelmatige tijdstippen afneemt, dan kan dat zijn omdat dan een planeet voor de ster door beweegt. Deze methode werkt echter alleen als de baan van de planeet zo georiënteerd is dat de planeet precies over de verbindingslijn tussen de Aarde en de ster passeert, wat natuurlijk vaak niet het geval zal zijn. De aantrekkingskracht van een ster houdt haar planeten in een baan rond de ster, maar de zwaartekracht werkt in twee richtingen zodat de aantrekkingskracht van de planeet ook een effect op de baan van de ster zal veroorzaken. Dit is maar een klein effect en dus moeilijk waarneembaar omdat de sterren altijd veel veel zwaarder is dan haar planeten. Maar als men voldoende nauwkeurige metingen van de positie van de ster aan de hemel uitvoert kan men de ster soms ‘heen en weer’ zien bewegen doordat de planeet rond de ster draait en daardoor de ster eens naar de ene kant trekt en een halve omloop later naar de andere kant. De verschillende methodes die gebruikt worden om planeten bij andere sterren op te sporen zijn het meest effectief wanneer de planeten groot zijn. Daarom zijn de meeste planeten die tot nu toe ontdekt zijn grote gas-reuzen zoals Jupiter. Maar naarmate astronomen meer en betere technieken ontwikkelen om exo-planeten op te sporen, kunnen we hopen dat we in de komende jaren planeten zullen vinden die meer op onze Aarde lijken.

Niet alle planeten hebben manen. Mercurius en Venus, bijvoorbeeld, draaien helemaal alleen rond de Zon. Andere planeten hebben dan weer zeer veel manen. Jupiter heeft meer dan 60 manen. Onze Aarde heeft maar één maan en dat is ook de enige plaats buiten de Aarde die de mens al bezocht heeft. Sterrenkundigen denken dat in de beginperiode van het Zonnestelsel een object met ongeveer de afmetingen van Mars met de Aarde in botsing is gekomen en dat uit de restanten van deze botsing de Maan is ontstaan.

Op deze fotocompositie is Jupiter met zijn Rode Vlek te zien. Dit is een gigantische orkaan met een diameter ongeveer drie keer zo groot als de Aarde en windsnelheden tot 450 km/h. Rechts op de foto staan de vier grootste, Galileïsche manen, van Jupiter (van boven naar beneden, Io, Europa, Ganymedes en Callisto). De afstand van de vier manen tot de planeet is natuurlijk veel groter op deze afbeelding.

Neil Armstrong was op 21 juli 1969 de eerste mens die een voet op de Maan zette. Dit was een zeer indrukwekkende verwezenlijking gezien het feit dat de afstand tussen de Aarde en de Maan gemiddeld ongeveer 384.400 km is. De Maan wordt constant gebombardeerd door een regen van meteorieten, asteroïden en kometen, zoals bijna alle planeten. In het geval van de Aarde verbranden dergelijke objecten uit de ruimte meestal volledig in de atmosfeer. De Maan heeft geen atmosfeer en is daardoor overdekt met kraters gevormd door de inslag van dergelijke objecten.

De Maan heeft echter een groot en belangrijk effect op de Aarde. Niet allen is ze verantwoordelijk voor de getijden, maar ze stabiliseert de Aarde ook en beperkt de hoeveelheid waarmee de Aarde rond haar as ‘wiebelt’ (de precessiebeweging). Zonder de Maan, die als een soort ‘anker’ voor de Aarde is, zou het klimaat erg instabiel zijn waardoor de mogelijkheden voor de Aarde om leven te herbergen veel kleiner zouden zijn.

Waarom worden Io, Europa, Ganymedes en Callisto de “Galileïsche manen” genoemd?

Galileo Galilei (1594 - 1642) was een Italiaans fysicus, wiskundige, astronoom en filosoof, die als één van de meest belangrijke figuren van de Wetenschappelijke Revolutie wordt beschouwd. Hij wordt vaak de “Vader van de Moderne Wetenschap” genoemd omdat hij de eerste was die de “op experimenten gebaseerde wetenschappelijke methode” gebruikte. Eén van zijn vele verwezenlijkingen was het ontwerpen en construeren van de eerste telescoop. Hiermee keek hij naar Jupiter en ontdekte vier kleine “sterren” die rond Jupiter draaiden en die niet zichtbaar zijn met het blote oog. Hij realiseerde zich onmiddellijk dat dit gene sterren konden zijn en dat hij in feite vier manen van Jupiter ontdekt had. Hij noemde deze manen Io, Europa, Ganymedes en Callisto, en samen zijn ze sindsdien bekend als de “Galileïsche manen” van Jupiter.

Ondanks het feit dat hij vele, erg belangrijke bijdragen tot de wetenschap had geleverd accepteerde de Katholieke Kerk van Rome Galileo’s werk niet. In 1633 veroordeelde ze hem voor “heresy”. Ze dwong hem om in het openbaar zijn steun aan Copernicus en zijn heliocentrisch systeem af te zweren en veroordeelden hem tot levenslange opsluiting. Omwille van zijn gevorderde leeftijd en zijn zwakke gezondheid werd die straf al de volgende dag omgezet in levenslang huisarrest.

Europa is de kleinste maar tegelijk ook de meest interessantste maan van Jupiter omdat ze beschouwd wordt als een mogelijk plaats waar buitenaards leven kan voorkomen. Ze is ongeveer vier keer kleiner dan de Aarde. Haar oppervlak is bedekt met een ijskorst, waaronder zich de grootste oceaan van het hele Zonnestelsel bevindt. Men schat dat deze oceaan wel 20km diep kan zijn (op Aarde bevindt het diepste punt van alle oceanen zich ongeveer 11 km onder het aardoppervlak).

Hoewel de gemiddelde oppervlaktetemperatuur op Europa ongeveer -160 C is, zouden vulkanen die warmwaterbronnen creëren op Europa’s oceaanbodem, lokaal plaatsen waar leven kan gedijen kunnen creëren. De energie die nodig is voor deze vulkanen op Europa wordt ofwel geleverd door het verval van radioactieve atomen die op natuurlijke wijze in het rotsachtige binnenste van Europa voorkomen (zoals op Aarde), of door getijdeneffecten veroorzaakt door de nabijheid van de zeer grote Jupiter.

Deze foto die werd genomen door de Galileo-missie toont het ijs-oppervalk van Europa (bron: NASA/JPL/University of Arizona/University of Colorado, Solarviews.com)

Zouden er kleine algen (of reusachtige inktvissen!) voorkomen in de oceaan op Europa? We weten het niet. Het antwoord hangt af van de onbekende mechanismen voor het ontstaan van leven, en natuurlijk van de omstandigheden op Europa zelf. Een ruimtemissie naar deze maan van Jupiter zou meer duidelijkheid kunnen scheppen. Een ruimtesonde die kan landen op het ijsoppervlak van Europa zou bijvoorbeeld kunnen zoeken naar moleculen die geproduceerd worden door levende organismen in Europa’s oceaan. Het ijs op Europa s veel te dik om er in te boren, maar geologische processen zou materiaal uit de oceaan naar het oppervlak kunnen transporteren waar het zou kunnen gevonden worden door een ruimtesonde.

Niet alleen komt er op Europa blijkbaar vloeibaar water voor, ze heeft ook een dunne zuurstofatmosfeer. Maar ondanks het water en de zuurstof zou leven op Europa toch extreem moeilijk zijn. Het oppervlak is blootgesteld aan ongeveer 5.400 mSv van ioniserende straling van Jupiter, een dodelijke dosis voor ons mensen. Men zou ook onder het oppervalk moeten wonen, waar het warmer is. Maar dan is er ook nog de veel kleinere zwaartekracht van Europa in vergelijking met de Aarde, die ook totaal ongeschikt is voor ons mensen.

Er is vaak veel verwarring rond de terminologie voor de kleinere objecten die regelmatig aan de hemel zichtbaar zijn. Daarom volgen hier een paar definities:



Meteoroïden zijn kleine stukjes steen/rots in ons Zonnestelsel met afmetingen kleiner dan 10 meter. Als ze de atmosfeer binnen dringen branden ze meestal volledig op door de warmte die bij de wrijving met de atmosfeer vrijkomt. Als dit ’s nachts gebeurt, is dit als een lichtspoor aan de hemel te zien. Dit spoor heet een meteoor , maar in de volksmond spreken we van een ‘vallende ster’. Als de meteoroïde toch niet volledig opbrandt en een deel ervan op Aarde neer valt noemen we dit stuk dat overblijft een meteoriet. Metorieten kan je in principe overal op Aarde vinden maar de kans om er te vinden is het grootst op Antarctia omdat de meteorieten makkelijk herkenbaar zijn door het contrast met het witte ijs en omdat de koude ze beschermt tegen veranderingen in vorm door geologische processen.

Asteroïden zijn groter. Hun afmetingen kunnen verschillende kilometers bedragen. De meeste asteroïden bevinden zich in de zogenaamde asteroïdengordel die zich tussen Mars en Jupiter bevindt. Asteroïden draaien net als de planeten in een baan om de Zon. Waarschijnlijk zijn de asteroïden de restanten van een planeet die in de beginfase van ons Zonnestelsel tussen Mars en Jupiter rond de Zon draaide maar door de getijdenwerking (zwaartekracht) van Jupiter verbrijzeld werd.

Kometen hebben typisch een afmeting van 1 km tot 20 km en bestaan vooral uit ijs en stof. Daarom worden ze soms ook ‘vuile sneeuwballen’ genoemd. Kometen hebben zeer langgerekte ellipsvormige banen en brengen daardoor het grootste deel van hun tijd door in de buitenste delen van het Zonnestelsel, buiten de baan van Pluto. Wanneer hun baan hen echter dichter bij de Zon brengt, warmen ze op, waarbij het ijs smelt en verdampt en waardoor een gasstaart achter de komeet ontstaat. Soms heeft een komeet twee staarten. Eén bestaat uit stof en gas (van het verdampte ijs) dat uit de komeet loskomt en in dezelfde baan als de komeet en achter de komeet rond de Zon beweegt. Deze staart geeft dus de beweging van de komeet aan. De tweede staart is een ionenstaart die ontstaat door het UV-licht van de zon dat gas dat is losgekomen van de komeet ioniseert (één of meer elektronen uit de atomen/moleculen verwijdert). Omdat ionen een positieve elektrische lading hebben gaan ze een spiraalbeweging beschrijven rond het magneetveld van de Zon, dat van de Zon weg wijst. De ionenstaat wijst dus altijd weg van de Zon.

De bovenste foto toont een meteoriet, nl. EETA 79001, die gevonden werd in het ijs van Antarctica. Meer dan waarschijnlijk is deze meteoriet afkomstig van Mars (daar de ruimt ingeslingerd bij een inslag van een meteoroïde, en later op Aarde terecht gekomen). De kleine kubus rechtsonder heeft zijden van 1 cm lang. (Bron: LPI/NASA). De middelste foto toont een deel van de asteroïde Mathilde, die 59 km x 47 km groot is. OP het oppervlak zijn veel grote kraters zichtbaar (Bron: JHU/APL/NASA). De onderste foto toon de komeet West die in 1976 aan de hemel verscheen. De dunne blauwe staart is de gasvormige ionenstaart en de brede witte staart bestaat vooral uit microscopisch kleine stofdeeltjes (Bron: John Laborde).

De kleine rotsachtige of ijsvormige objecten (meteoroïden, asteroïden en kometen) in ons Zonnestelsel botsen regelmatig met andere objecten. Dit is bijvoorbeeld duidelijk uit de foto’s van de Maan of de planeet Mercurius waarvan het oppervlak bezaaid is met kraters afkomstig van inslagen van meteoroïden, asteroïden en kometen. Gelukkig heeft de Aarde iets dat de Maan en Mercurius niet hebben, een atmosfeer.

Meestal zijn de objecten die botsen met de Aarde of andere planeten klein. Wanner ze door de atmosfeer van de Aarde bewegen veroorzaakt de wrijving met de atmosfeer erg veel hitte waardoor het object verbrandt en in stukken uit elkaar valt. Soms slaagt een klein brokstuk er in om het aardoppervlak te bereiken, maar daarbij valt het dan meestal ergens op de grond of in zee, zonder iemand te verwonden.

Uitzonderlijk gebeurt het toch dat een grote asteroïde of een komeet in botsing komt met de Aarde en de atmosfeer niet in staat is om het object volledig te vernietigen voordat het het aardoppervlak bereikt. Zo denkt men bijvoorbeeld dat ongeveer 56 miljoen jaar geleden een asteroïde met een afmeting van ongeveer 10 km in Centraal Amerika op de Aarde botste, waardoor zware aardbevingen, enorme branden en reusachtige tsunami’s ontstonden. Door de inslag werden as en kleine brokstukken in de lucht geworpen, waardoor het zonlicht gedurende verschillende maanden werd tegengehouden. Hierdoor zakte de gemiddelde temperatuur op Aarde tot rond het vriespunt. Men denkt dat hierdoor meer dan 2/3 van de toen aanwezige soorten planten en dieren op Aarde zijn uitgestorven, inclusief de dinosauriërs. Hoewel wetenschappers duidelijke bewijzen hebben voor het feit dat de asteroïde op de Aarde gebotst is, zijn er toch ook aanwijzingen dat er mogelijk nog andere oorzaken een rol hebben gespeeld bij het uitsterven van de dinosauriërs. Uit fossiele vondsten blijkt namelijk dat het aantal dinosauriërs al sterk was afgenomen vóór de inslag van de asteroïde. Mogelijk heeft de asteroïde dus alleen maar de ‘genadestoot’ gegeven.

Maar wat met ons? Wat zou er gebeuren als een asteroïde vandaag met de Aarde in botsing zou komen?

Dat zou vooral afhangen van hoe groot de asteroïde zou zijn. Als ze zo groot als een huis zou zijn, zou ze alles in een straal van ongeveer 1 km rond de plaats van de inslag vernietigen. Een asteroïde met een diameter van 1.5 km zou echter veel meer schade aanrichten, zoals de asteroïde waardoor de dinosauriërs zijn uitgestorven. Maar hoe afschrikwekkend dit ook mag lijken, de kans op een botsing met een asteroïde van deze grootte is erg klein, misschien maar één keer in de 100 miljoen jaar of zo.

Sterren komen meestal niet alleen voor. Een sterrenstelsel is een verzameling van een enorm aantal sterren die door de zwaartekracht aan elkaar gebonden zijn. Er zijn ontelbaar veel sterrenstelsels. Sommige worden dwergstelsels genoemd en bevatten zo’n 10 miljoen sterren, 500 keer minder dan ons eigen sterrenstel, het Melkwegstelsel. Andere zijn dan weer ongelooflijk groot, tot 20 keer groter dan ons Melkwegstelsel, en bevatten letterlijk triljoenen sterren (een triljoen is 1000 miljard).

Ondanks deze enorme variatie in grootte is er niet zo veel variatie in de vorm van sterrenstelsels, waardoor ze vrij gemakkelijk kunnen gecatalogiseerd worden. Het meest gebruikte classificatieschema is hetgene dat werd opgesteld door Edwin Hubble in 1936. Op basis van hun uiterlijk onderscheidde Hubble 3 grote types van sterrenstelsels.

Elliptische sterrenstelsels zijn min of meer ellipsvormig, bevatten meestal oudere sterren met een lage massa, en er worden niet veel nieuwe sterren meer in gevormd.

Spiraalstelsels komen meer algemeen voor dan elliptische stelsels. Ze bestaan uit een tamelijk platte roterende schijf vol sterren die meestal spiraalstructuren vormen, en in het centrum een bolvormige concentratie van sterren die dikker is dan de schijf en die de ‘bulge’ genoemd wordt. In de spiraalarmen komen vooral jonge, hete sterren voor en worden aan een vrij hoog tempo nieuwe sterren gevormd, terwijl in de centrale verdikking vooral iets oudere sterren blijken voor te komen. Veel spiraalstelsels hebben bovendien een balkstructuur van sterren die door het centrum gaat, en waarbij de spiraalarmen dan vertrekken vanaf de uiteinden van deze balk.

Lensvormige sterrenstelsels houden het midden tussen de vorige types. Ze bevatten meestal een schijf zoals de spiraalstelsels, maar zijn meer onregelmatig van vorm en er worden ook niet zo veel nieuwe sterren in gevormd. Het lijkt alsof al het materiaal in de schijf al is opgebruikt om sterren te vormen, en dat er alleen maar wat stof en weinig of geen gas overblijft. Ze hebben meestal ook een veel grotere centrale verdikking (‘bulge’) en bevatten doorgaan erg oude sterren, zoals de elliptische sterrenstelsels.

Hubble definieerde ook nog een vierde categorie, de onregelmatige sterrenstelsels. Dit zijn sterrenstelsels die niet in de drie vorige categorieën kunnen worden ondergebracht omdat ze geen goed gedefinieerde vorm hebben. Het lijkt er op dat deze sterrenstelsels vroeger wel een duidelijk vorm hadden maar dat ze werden vervormd door de zwaartekracht van een ander groot object, wellicht een ander sterrenstelsel dat vroeger in de nabijheid gepasseerd is.

Wij bevinden ons met het Zonnestelsel in een sterrenstelsel dat we de Melkweg noemen. Het is een spiraalstelsel (onlangs werd ontdekt dat het eigenlijk een spiraalstelsel met een balkstructuur is) dat tussen 200 en 400 miljoen sterren bevat, en een diameter heeft van ongeveer 100.000 lichtjaar. Onze Zon is gewoon één van de vele sterren in de Melkweg, in de meer naar buiten gelegen delen er van en in één van de spiraalarmen.

Toen sterrenkundigen dit in de jaren 1950 ontdekten moest het heliocentrisch systeem (van Copernicus) worden aangepast. De Zon is immers duidelijk niet het centrum van het Heelal. Men dacht lang dat onze Melkweg eigenlijk het ganse Heelal was, tot Edwin Hubble in de jaren 1930 ontdekte dat er nog duizenden en duizenden andere sterrenstelsels dan onze Melkweg bestaan.

Tekening van onze Melkweg met de spiraalstructuur en de benaderde positie van onze Zon. (Bron: HEASARC/NASA)

De uitdrukking ‘Melkweg’ heeft twee betekenissen. Enerzijds is het de naam van het sterrenstelsel waarin ons Zonnestelsel zich bevindt, en wij dus. Daarnaast wordt deze naam ook gebruikt voor de wazige band die je ’s nachts aan de hemel kan zien als het voldoende donker is. Die wazige band is niets anders dan verschillende delen van de spiraalarmen van de Melkweg die zich in onze omgeving bevinden. De meeste sterren in die spiraalarmen zijn veel te zwak om ze met het blote oog als individuele steren te zien. Omdat het er zo veel zijn zien vormt het licht van al deze sterren de melkwitte waas die we aan de hemel zien. Met een telescoop zie je echter wel al de individuele sterretjes in de Melkweg. Volgens de Griekse mythologie is de Melkweg aan de hemel ontstaan toen Hera (de vrouw van de oppergod Zeus) melk morste toen ze Hercules de borst gaf.

Bijna al de sterren die je met het blote oog aan de hemel kan zien behoren tot ons Melkwegstelsel.

De Melkweg en een paar andere sterrenstelsels. (Bron: Fred Bruenjes)

De ruimte tussen de sterren is niet leeg. We vinden er ontzaglijk grote wolken van gas en stof. Dit noemen we het interstellaire medium, wat betekent “alles dat zich tussen de sterren bevindt”.

Volgens aardse normen is het interstellaire medium zeer ijl: zelfs in de gebieden met de hoogste dichtheid is het nog altijd meer leeg dan het beste vacuüm (luchtledige in een laboratorium) dat we hier op Aarde kennen. Toch is de totale massa van la het gas en stof in het interstellaire medium ongever 10 keer zo groot als de massa van al de sterren in onze Melkweg, gewoon omdat de ruimte tussen de sterren zo enorm uitgestrekt is (de dichtstbije ster staat al 4.3 lichtjaar van onze Zon af bijvoorbeeld).

Op 25 augustus 2012 heeft Voyager 1, een ruimtetuig dat in 1976 gelanceerd werd en nadat het de planeten Jupiter en Saturnus uitgebreid bestudeerd had de verre ruimte ingevlogen is, het interstellaire medium bereikt. Het werd daarmee het eerste door de mens gemaakte object dat dit deed. Voyager 1 zal het plasma en stof in het interstallaire medium bestuderen tot het einde van zijn missie, in 2025. Dan zal de kernbrandstof die het toestel van energie voorziet, zijn opgebruikt.

De afbeelding toont de Trifid nevel, een enorme gas- en stofwolk in onze Melkweg. (Bron : Arizona State University)

Zoals sterren kunnen ook sterrenstelsels door de zwaartekracht aan elkaar gebonden zijn en daardoor een min of meer grotere groep vormen. Als er minder dan 50 sterrenstelsel in de groep zijn, spreekt men gewoon van een groep van sterrenstelsels. Ons sterrenstelsel, de Melkweg behoort tot wat we de Lokale groep noemen en die ongeveer 30 sterrenstelsels bevat. Het grootste sterrenstel in de groep (de Melkweg is het tweede grootste) is het Andromeda-stelsel. Het is zo groot dat het bij een donkere nacht als een wazige vlek met het blote zichtbaar is op het noordelijk halfrond (in het sterrenbeeld Andromeda).

Het Andromedastelsel is ook een spiraalstelsel zoals onze Melkweg, maar zonder balkstructuur en het bevat ook veel meer sterren. Men schat het aantal op ongeveer 1 triljard. Het is ongeveer 2.3 miljoen lichtjaar van ons verwijderd. Recente studies lijken er op te wijzen dat het stelsel ontstaan is door de botsing van twee kleinere sterrenstelsels, een paar miljard jaar geleden. Dit zal in de verre toekomst waarschijnlijk ook gebeuren met de Melkweg en het Andromeda-stelsel omdat beide met een snelheid van 500.000 km/h naar elkaar toe bewegen. Deze botsing zal waarschijnlijk echter pas over ongeveer 4.5 miljard jaar gebeuren.

Niet al de sterrenstelsels in de Lokale groep gelijken op onze Melkweg. Twee van de veel kleinere sterrenstelsels zijn satellietstelsels van onze Melkweg, die dus in een baan om de Melkweg draaien zoals manen rond een planeet. Zij worden de Grote en de Kleine Magellaense Wolken genoemd, en zijn met het blote oog zichtbaar, maar alleen vanaf het zuidelijk halfrond.

Als er meer dan 50 sterrenstelsels één groep vormen, noemen we dit een cluster van sterrenstelsels. Clusters kunnen wel duizenden sterrenstelsels bevatten die allemaal samen door de ruimte bewegen en worden samengehouden door de zwaartekracht die ze op elkaar uitoefenen. Soms kunnen meerdere clusters samengaan en zo een supercluster. vormen. Superclusters zijn echter zo groot dat ze niet langer door de zwaartekracht gebonden zijn. Ze kunnen enorme ‘muren’ van sterrenstelsels vormen die honderden miljoenen lichtjaren lang zijn. Eén van deze uitzonderlijk grote ‘muren’ van sterrenstelsels is de Grote Muur, die ook wel de Coma Muur genoemd wordt omdat ze zich bevindt in het sterrenbeeld Coma Berenices (hoofdhaar van Berenice). De doorsnede van de Coma Muur is 300 miljoen bij 500 miljoen lichtjaren, met een dikte van 15 miljoen lichtjaren.

De schalen die in de sterrenkunde nodig zijn voor afstanden zijn soms extreem groot en daarom werden een aantal nieuwe eenheden ingevoerd:

  1 lichtjaar (ly) = 9.461 x 1015 m

Een andere eenheid is de parsec:

  1 parsec (pc) = 3.26 lichtjaar (ly)

Voor erg grote afstanden worden meestal de kilo-parsec en de Mega-parsec gebruikt:

  1 kilo-parsec (kpc) = 1 000 pc

  1 Megaparsec (Mpc) = 1 000 000 pc

Voor afstanden binnen ons Zonnestelsel worden meestal astronomische eenheden (AU) gebruikt.

 1 AU = de gemiddelde afstand van de Aarde tot de Zon
1 AU = 149.6 x 109 m
  1 AU = 4.8481 x 10-6 pc
  1 AU = 15.813 x 10-6 ly

De ruimte is groot en vol met fascinerende objecten die gewoon veel te ver weg zijn voor ons om er ooit te geraken. Daardoor is het grootste deel van wat we weten over het Heelal afkomstig van metingen van de straling die al de objecten in het Heelal uitzenden, zoals licht (fotonen) en X-stralen.

Eén van de dingen die we kunnen berekenen op basis van de waargenomen straling van een object is de grootte van de gravitatiekracht (aantrekkingskracht) die het veroorzaakt. In de jaren 1930 ontdekte de astronoom Fritz Zwicky dat Coma Cluster van sterrenstelsels blijkbaar ‘ontbrekende massa’ bleek te hebben. De cluster had namelijk een veel grotere gravitatiekracht dan kon worden verklaard. We kunnen de sterren in de cluster zien met optische telescopen, en het hete gas met X-stralen telescopen en op basis daarvan de totale massa van de sterren en het gas in de cluster berekenen. Maar de gravitatie effecten van de cluster bleken veel groter te zijn dan men kon verwachten op basis van de massa van de sterren en het gas dat in de cluster werd waargenomen. Dit suggereerde dat er veel meer massa in de cluster is dan de massa die we kunnen zien met onze telescopen. Deze ‘ontbrekende massa’ wordt ‘Donkere Materie’ genoemd.

Sindsdien zijn er al heel wat, uitvoerige onderzoekingen naar deze donkere materie uitgevoerd. Daaruit is intussen gebleken dat de gewone materie, de atomen waaruit de Aarde, de planeten, de sterren en het interstellaire medium bestaan, slechts 4% van de totale massa van het Heelal vertegenwoordigt. Van de overige 96% van de materie in het Heelal weten we dat ze er is op basis van de zwaartekracht van de grote clusters van sterrenstelsels, maar we weten niet wat deze donkere materie precies is.

Omdat we donkere materie niet rechtstreeks kunnen waarnemen, vinden we het indirect door de beweging van sterren in sterrenstelsels, en van sterrenstelsels en gas in clusters. We weten niet waaruit de donkere materie juist bestaat, maar er zeen veel theorieën over en evenveel experimenten die momenteel zoeken naar mogelijke vormen van donkere materie. Sommige wetenschappers denken bijvoorbeeld dat de donkere materie zwarte gaten zouden zijn die tijdens d Big Bang gecreëerd werden, of bruine dwergen, kleine, koude sterren die te klein zijn om in hun binnenste waterstof tot helium te verbranden. De meest algemeen aanvaarde theorie is echter dat donkere materie eigenlijk nog niet ontdekte elementaire deeltjes zijn die WIMPS genoemd worden (Weakly Interacting Massive Particles). ER zijn momenteel veel experimenten lopende die zoeken naar WIMPs. Een aantal daarvan zijn geïnstalleerd in ondergrondse laboratoria om geen last te hebben van kosmische straling, zoals bijvoorbeeld het DRIFT experiment dat is opgesteld in de Boulby mijn in North Yorkshire (Groot-Brittannië) op een diepte van 1.100 m onder de grond.


Doe de quiz!
1. De Zon produceert een enorme hoeveelheid energie. Dit is omdat
  1. waterstof samensmelt tot helium via kernreacties (kernfusie)
  2. helium samensmelt tot ijzer via kernreacties
  3. oxygen samensmelt tot koolstof via kernreacties
2. De drie wetten die de bewegingen van de planeten beschrijven werden geformuleerd door
  1. Johannes Kepler
  2. Nicolaus Copernicus
  3. Galileo Galilei
3. De afstand tussen de Zon en de dichtstbijzijnde ster is
  1. ongeveer 1013 km
  2. ongeveer 270,000 AU
  3. precies 3.45 ly
4. Welk van devolgende zinnen is juist?
  1. Een meteoroïde is groter dan een asteroïde
  2. Een meteoroïde moet kleiner zijn dan 10m
  3. Een meteoriet is kleiner dan een komeet
  4. Meteoroïden en kometen bestaan beide uit rots en een aantal metalen
  5. Meteoroïden en asteroïden bestaan beide uit rots en een aantal metalen
Toon de antwoorden ...
1.a 2.a 3.b 4.b+c+e