Geachte, Deze pdf-bestanden zijn gedownload van de website van

Geachte,
Deze pdf-bestanden zijn gedownload van de website van Wetenschap in
Beeld (www.wetenschapinbeeld.nl) en mogen niet aan derden worden
doorgegeven. Omwille van het copyright bevatten ze geen foto's.
Met vriendelijke groet,
De redactie
Kort na haar ontstaan
werd de aarde geramd
door een gigantisch
hemellichaam. Een groot
deel van de mantel
werd losgeslagen en zou
later de maan vormen.
de botsingstheorie
De jonge aarde heeft het zwaar
De meeste onderzoekers zijn het erover eens
dat het ‘big splash’-model de meest plausibele
verklaring is voor het ontstaan van de maan.
Kort na haar ontstaan wordt de aarde geramd
door een gigantisch object, misschien wel zo
groot als Mars. De stukken die losgeslagen
worden, gaan samen met delen van dit object
de maan vormen. Het is niet onwaarschijnlijk
38
Door Lars Petersen. Illustraties: Mikkel Juul Jensen
dat een dergelijk reuzenobject op dat moment
de baan van de aarde heeft gekruist. Het
binnenste van het vroegere zonnestelsel zat
namelijk vol grote en kleine brokstukken die
overbleven na het ontstaan van de planeten.
Volgens het botsingsmodel verloopt dit
proces – naar astronomische maatstaven –
zeer snel: de maan ontstond binnen 100 jaar.
1. De botsing veroorzaakt een
enorme explosie waarbij een groot
deel van de aardmantel losraakt.
Vorming van de maan was een
ni on
eu th
wN u
oyn
e lle
afslø
n
red
studienedrez d
r oe
k
meevaller
Zonder de maan zou het maar saai zijn op
aarde: geen jaargetijden, mineralen of
biodiversiteit. We hebben dus flink mazzel
gehad. Volgens recent onderzoek zijn
manen zoals de onze schaars in het heelal.
2. De losse delen komen samen
met de brokstukken van het
object in een baan om de aarde.
3. De delen draaien om de hele
aarde heen. Metaal van het object
wordt afgezet in de aardkorst.
4. Onder invloed van de
onderlinge zwaartekracht trekken
de losse delen naar elkaar toe.
5. De delen vormen de maan.
Het metaal uit de objectkern is over
de buitenste aardlaag verdeeld.
de invangtheorie
Een asteroïde loopt in de val
Als zonnestelsels net zijn ontstaan,
vliegen er veel objecten doorheen.
Sommige worden via zwaartekracht
tot een planeet aangetrokken; zo
worden ze een maan. Volgens deze
theorie kunnen manen best ergens
anders in het zonnestelsel ontstaan
zijn en dan pas zo dicht bij een grote
planeet komen dat ze ingevangen
worden door de zwaartekracht.
Van de twee manen van Mars,
Phobos en Deimos, wordt gedacht
dat ze oorspronkelijk asteroïden
waren in een gordel tussen Mars en
Jupiter. Wat grootte en uiterlijk
betreft lijken Phobos en Deimos meer
op asteroïden dan op de manen zoals
we die van andere planeten kennen.
Onze maan is geen ingevangen
hemellichaam. Dat zou ook wel erg
toevallig zijn: de maan zou binnen
een straal van 50.000 kilometer
van de aarde moeten komen, met
precies de juiste snelheid zodat hij
zijn eigen baan kan verlaten en in
een baan rond de aarde komt,
zonder er op neer te storten. Het
feit dat de maan vrij groot is
vergeleken bij de aarde, maakt dit
scenario extra onwaarschijnlijk.
1. Sterren worden omringd door stof en stukken steen die zijn ontstaan uit het stof
waaruit de sterren en hun planeten zelf zijn voortgekomen. Als een brokstuk dicht bij
een planeet in de buurt komt, kan het worden afgeremd door de zwaartekracht.
2. Als het precies de goede snelheid
heeft, verlaat het de baan rond de ster
en komt het in een baan om de planeet.
40
3. Kort hierna stabiliseert de baan zich.
Normaal ligt deze baan in hetzelfde vlak
als de overige planeten van de ster.
M
ensen hebben altijd iets gehad
met de maan − we hebben er
gedichten over geschreven, goden
naar vernoemd en er onze kalender op
gebaseerd. En nu blijkt dat onze maan
ook echt uniek is. Recent onderzoek
toont aan dat er in andere zonnestelsels
die we de laatste jaren ontdekt hebben,
bijna geen planeten zijn met zo’n soort
maan. De Amerikaanse onderzoekster
Nadya Gorlova bekeek 400 sterren met de
ruimtetelescoop Spitzer en stelde vast dat
er slechts één planeet is die misschien
eenzelfde soort maan heeft als de aarde.
Deze ontdekking is van groot belang voor
de vraag of er leven mogelijk is op deze
exoplaneten in andere zonnestelsels.
De 400 sterren die voor het onderzoek
geselecteerd werden zijn circa 30 miljoen
jaar, want zo oud moet de aarde ongeveer
geweest zijn toen de maan ontstond. De
maan is hoogstwaarschijnlijk ontstaan
als gevolg van een hevige botsing, waarbij een groot object de nog jonge planeet
ramde. Hierbij kwam materiaal vrij dat
zich later verzamelde en de maan zou
vormen. Tegelijk ontstonden er enorme
hoeveelheden stof die zich door het hele
zonnestelsel verspreidden. Door naar dit
stof te zoeken, wil men uitzoeken of er
op deze manier ook manen aan het ontstaan zijn in andere zonnestelsels. Voor
deze taak is de Spitzer heel geschikt want
deze telescoop neemt licht waar met
een golf lengte van 3 tot 180 micrometer.
Bij deze golf lengte is het mogelijk om
objecten te zien met een temperatuur die
te laag is om gewoon licht uit te stralen.
En enorme moleculen- en stofwolken
hebben nu net een lagere temperatuur
dan de grote hemellichamen.
Extreme botsingen zijn zeldzaam
Ondanks grondig onderzoek ontdekte de
Spitzer tussen de 400 sterren slechts één
veelbelovende stofwolk die kan duiden
op de vorming van een maan. Daarna
zijn astronomen gaan berekenen hoe
groot de kans op het ontstaan van een
maan is. Als er geen stof rond een ster
was, sloten ze het ontstaan van een maan
zoals de onze niet meteen uit. Zo hielden
ze er rekening mee dat het stof slechts
korte tijd aanwezig was geweest, of dat
de botsing pas later plaatsgevonden zou
hebben. Door die factoren mee te nemen
in de berekeningen konden ze vaststellen
dat de kans dat er in een ander zonneWetenschap in Beeld nr. 9/2008
Binnenin rommelt het
Net als de aarde heeft de maan een kern die
bestaat uit vast metaal binnenin en vloeibaar
metaal eromheen. Dit weten we door
berekeningen op basis van de manier waarop
de maan ‘slingert’ in haar baan om de aarde.
Waarschijnlijk zit er vooral ijzer in de kern, maar
ook nikkel. De metalen zijn afkomstig van de
grote botsing. Na verloop van tijd zijn ze naar
het midden gezonken en vormden ze een kern.
Om de kern zit de mantel en daaromheen
zit de korst. Maar in tegenstelling tot de aarde
vertoont het maanoppervlak geen geologische
activiteit. Er zijn wel vaak maanbevingen. Deze
ontstaan in een zone zo’n 1000 kilometer onder
het maanoppervlak, als gevolg van de spanning
die wordt opgebouwd doordat de maan zich
in een elliptische baan rond de aarde beweegt.
stelsel een maan als de onze ontstaat,
hooguit 10% is. En dan weten we nog
niet eens of zo’n hevige botsing altijd tot
het ontstaan van een maan leidt. Dit staat
namelijk niet vast, dus misschien is het
ontstaan van dit type manen nog zeld­
zamer, en de onze dus nog unieker.
Verder blijkt uit observaties dat de
vorming van planeten zo’n 30 miljoen
jaar na het ontstaan van een ster stopt.
Rotsplaneten ontstaan, net zoals onze
maan, bij botsingen tussen grote en minder grote brokstukken, waarbij heel veel
stof vrijkomt. Tot dusver ging men ervan
uit dat dit proces plaatsvond tussen de 10
en 50 miljoen jaar na het ontstaan van
een ster, maar nu blijkt dus dat de vorming van planeten na 30 miljoen jaar
al afgelopen is. Er zijn wel vaker sterren
gevonden die door grote stofwolken waren
omringd, maar daarbij ging het om jonge
sterren. Het vrijgekomen stof kan dus ook
het resultaat zijn van het ontstaan van
de ster zelf. In deze recente studie zijn
uitsluitend sterren bestudeerd die net zo
oud waren als de zon op het moment dat
het aarde-maansysteem ontstond.
Vaste kern
Diameter: 800 km
Vloeibare kern
Dikte: 300 km
Bevingszone
Dikte: 300 km
Mantel
Dikte: 700 km
Korst
Dikte: 50 km
heeft een diameter die 27 keer zo klein is
als die van haar moederplaneet Jupiter.
De grootte kan een gevolg zijn van de
hevige gebeurtenissen bij een botsing.
Omdat de maan zo groot is, heeft ze
meer invloed op de aarde dan andere
manen op hun planeet. Misschien is onze
maan wel de reden dat zich ooit leven
heeft kunnen ontwikkelen op aarde. Een
van de meest opvallende effecten van de
maan is het getij, waardoor de aarde twee
Onze maan is vrij groot; haar diameter
is maar vier keer zo klein als die van onze
planeet. Ter vergelijking: de grootste
maan van ons zonnestelsel, Ganymedes,
Wetenschap in Beeld nr. 9/2008
n. gorlova, nasa/jpl
De maan maakt het leven leuk
keer per etmaal eb en vloed kent. Hierdoor is een milieu ontstaan dat nergens
anders in ons zonnestelsel voorkomt,
omdat sommige gebieden beurtelings
onder water staan en blootgesteld zijn
aan zuurstofrijke lucht. Deze afwisseling
tussen twee ecologische milieus kan er
de oorzaak van zijn dat leven zich vanuit
het water naar het land heeft verplaatst,
omdat organismen in deze gebieden zich
geleidelijk hebben kunnen aanpassen
‘Als er veel manen zoals
de onze waren, hadden
we rond veel andere
sterren stof moeten
zien – maar dat is
De foto is weggelaten
dus niet het geval.’
omwille van het
astronoom Nadya Gorlova, die na
het observeren van jonge sterren
copyright
met de ruimtetelescoop spitzer
inzag hoe uniek de maan is.
spl/foci
onze maan:
de feiten
Argon en helium zijn
bestanddelen van de ijle
maanatmosfeer, die een
zo lage dichtheid heeft
dat sommige ‘vacuüms’
op aarde nog meer
deeltjes per kubieke
eenheid bevatten.
De foto is weggelaten
omwille van het
copyright
De Apollomissies
brachten in totaal 2196
maanmonsters mee, die
samen 382 kilo wogen.
Zonder de maan was het leven vast niet aan land gegaan, want door de maan
ontstaat het getij, dat levende organismen blootstelt aan water én lucht.
Vanaf de maan zie je
de Chinese Muur niet.
Alan Sheppard heeft
op de maan gegolft,
maar zijn ruimtepak was
zo stijf dat hij met één
hand moest slaan.
De maan heeft 50.000
kraters van zeker een
kilometer doorsnee.
Als de maan op de
aarde zou liggen, zou ze
zich uitstrekken van
Madrid tot aan Moskou.
De Hubbletelescoop
kan objecten van 85
meter op de maan nog
goed onderscheiden,
maar dus geen vlaggen
of maanwagens.
42
spl/foci
In de schaduwen, het
‘mannetje op de maan’,
zien de Chinezen een
pad. Andere culturen
zien er een
konijn in.
aan een vreemd milieu. Vormen van
leven die zich op land wisten te redden,
speelden een doorslaggevende rol in
verfijnde evolutionaire ontwikkelingen,
zoals het ontstaan van intelligentie. Dus
misschien mogen we aannemen dat we
er zonder de maan niet zouden zijn.
Verder speelt de maan nog steeds een
rol bij de geologische omstandigheden op
aarde. De aantrekkingskracht van de
maan beïnvloedt niet alleen zeewater, en
daarmee het getij, maar ook de aardkorst.
Toen de aarde jong was, stond de maan
veel dichterbij en had dus meer invloed
op het getij. Dit leidde tot deformaties
van soms wel een kilometer lang op het
aardoppervlak, met enorme spanningen
in de aarde tot gevolg. Samen met de
warmte die vrijkwam bij het ontstaan
van de aarde en het verval van radio­
actieve grondstoffen, bevorderde dit het
smelten van de jonge aarde, wat weer
leidde tot chemische differentiatie van
grondstoffen en de vorming van de aardkorst. Door de unieke platentektoniek
die hierdoor op gang kwam, begon een
kringloop van materialen in de korst van
de aarde die van groot belang was voor
de ontwikkeling van continenten.
Veel aardeachtige planeten, die er in
andere zonnestelsels ook moeten zijn,
vertonen veel minder geologische variatie.
Volgens de Amerikaanse astronomen
komt dat door het ontbreken van een
maan. Om die reden is het ook maar de
vraag of ze, net als de aarde, regelmatige
seizoenen hebben. De meeste geleerden
zijn het erover eens dat de axiale helling
van 23,5 graden die de aarde heeft, het
gevolg is van de botsing waarbij de maan
ontstond. De seizoenen die we nu als
gevolg van deze helling kennen, zijn dus
het resultaat van een botsing van 4,6 miljard jaar geleden. Ook vermoedt men dat
de grootte van de maan een rol speelde
bij het stabiliseren van de axiale helling.
Zonder die stabiliteit hadden de levensomstandigheden hier er heel anders uitgezien; een variërende helling had geleid
tot sterke klimaatschommelingen, zoals
op Mars. Door het gebrek aan een maan
varieert de axiale helling daar van loodrecht tot 60 graden. De kleine helling van
de aardas zorgt ervoor dat we, als gevolg
van de afwisselende opwarming van de
polen en de evenaar, veel klimaatzones
hebben en dus ook een brede ecologische
variatie, die de fauna ten goede komt.
Metalen komen uit de ruimte
De aanwezigheid van metalen in de aardkorst is een minder opvallend gevolg van
onze maan. Al sinds de analyse van de
eerste maanmonsters verbaast men zich
erover dat er, vergeleken bij het maanoppervlak, zo veel metalen in de aardkorst
Wetenschap in Beeld nr. 9/2008
zitten. Als de aarde, zoals men vermoedt,
ooit helemaal vloeibaar is geweest, dan
zouden deze metalen gebonden zijn in
de aardkern naarmate de aarde af koelde.
En dan zou het metaalgehalte dus gelijk
moeten zijn aan dat op de maan.
Ook daar is een mogelijke verklaring
voor: bij de botsing waarbij de maan ontstond, werd een deel van de aardmantel
weggeslagen, dat samen met de mantel
van het binnenkomende object de maan
is gaan vormen. De metalen kern van dit
object verdween niet opnieuw de ruimte
in, maar werd in de aardmantel afgezet.
Na miljoenen jaren tektonische activiteit
verzamelden de metalen zich in aders;
nu worden ze gedolven en zijn ze de basis
van de technologische samenleving.
Nog een voordeel: de maan beschermt
tegen grote meteoren. De zwaartekracht
van de maan buigt namelijk de baan van
meteoren die op weg zijn naar de aarde
af, zodat rampzalige botsingen niet zo
vaak voorkomen en het leven op aarde
zich tussendoor weer kan herstellen.
Veel wijst er dus op dat het leven, en
de aarde zelf, niet hetzelfde zouden zijn
zonder de maan. Die kennis is bruikbaar
als we de komende decennia op zoek
gaan naar planeten zoals de aarde. Zelfs
met de modernste telescopen zijn exoplaneten moeilijk direct waar te nemen; nog
moeilijker is het om manen te vinden.
Maar de techniek kan verder ontwikkeld
worden, zodat ook dit straks mogelijk is.
En dan kan blijken dat het niet genoeg is
om, net zoals de NASA, te zeggen: waar
water is, kan leven zijn. Dus misschien
moeten we wel zeggen: waar een maan
is, kan intelligent leven zijn.
Meer op www.wetenschapinbeeld.nl
de splijtingstheorie
Stof trekt weg voordat de planeet klaar is
Volgens dit model ontstaat een
maan uit stof dat loskomt van
een protoplaneet. De buitenste
delen zijn nog steeds vloeibaar,
en komen dus makkelijk los.
Geologen wijzen dit model
af omdat maangesteenten
minder water bevatten dan
de aardse, en een andere
metaalverhouding kennen.
Als ze waren ontstaan uit
dezelfde materie, dan zou de
samenstelling gelijk zijn.
1. Kort na zijn ontstaan draait
een planeet heel snel; daardoor
komt de buitenste laag los.
2. Het nog vloeibare oppervlaktemateriaal verdwijnt in een baan
om de planeet, waar het later stolt.
3. Dit materiaal vormt een maan
met dezelfde samenstelling als het
oppervlak van de moederplaneet.
de dubbelplaneettheorie
Brokstukken waren al vanaf het begin verdeeld
Soms vliegen de brokstukken
waar een planeet van gemaakt
is, uit elkaar, en een aantal
daarvan vormen manen. Zo
zouden de manen van Jupiter
ontstaan kunnen zijn.
Onze maan kan ontstaan
zijn zoals het brokstukmodel
of de dubbelplaneettheorie
veronderstelt. Het probleem
is dat er niet zo veel ijzer
in de bovenste maanlagen
zit als je zou verwachten.
1. Stof en stenen verzamelen zich
en gaan langzaam objecten met
een steeds grotere massa vormen.
2. De objecten draaien in een
baan rond elkaar; ze maken geen
contact en komen dus niet samen.
3. De brokstukken verzamelen
zich tot hemellichamen. Is de maan
groot genoeg, dan wordt ze rond.