Inhoud - Fontaine Uitgevers

Inhoud
1 Sterrenkunde
2 De sterrenhemel 48 3 Aarde,
10
als wetenschap
96
maan en zon
1. De geschiedenis
van de sterrenkunde
4. De hemelbol
Sterrenkunde in de prehistorie
De veranderlijke sterrenhemel
De oudste wetenschap
Oriëntatie aan de sterrenhemel
Dag en nacht
12
13
Kristallen sferen en hulpcirkels 14
Duizend-en-één nacht 16
Maya-astronomie 17
De Copernicaanse revolutie 18
Keplers wetten 20
Galilei en Newton 21
Poolshoogte
51
Hoogte en azimut
Lichtvervuiling
bij andere volkeren
De uitvinding van de telescoop
24
25
De telescoop wordt verbeterd 26
De ontdekkingen van Galilei
Grote Beer en Poolster
De reuzentelescopen van Herschel
De lentesterrenhemel
27
30
Telescopen in de ruimte
32
33
Telescopen van de toekomst
34
3. Moderne sterrenkunde
Het elektromagnetisch spectrum
Spectroscopie
36
38
Radioastronomie
39
Infraroodsterrenkunde
40
Ultraviolet-, röntgen- en
gammasterrenkunde
42
Kosmische straling, neutrino’s en
zwaartekrachtsgolven
43
Wetenschappelijke kunstmanen
44
46
Sterrenkunde en kwantumfysica 47
Computers in de sterrenkunde
58
Tijdvereffening
104
106
108
109
9. De maan
Kennismaking met de maan
60
Eerste kwadrant
63
64
De zomersterrenhemel 66
De herfststerrenhemel 68
De wintersterrenhemel 70
De achterkant van de maan
6. De Dierenriem
De zon ontmaskerd
Wat is de Dierenriem?
Precessie
Het ontstaan van de maan
10. De zon
Kennismaking met de zon
Zonnevlekken
Weegschaal, Schorpioen
Zon en klimaat
74
76
82
83
7. Amateursterrenkunde
84
86
Spiegelkijkers 87
Moderne amateurtelescopen
Computers
en amateursterrenkunde
Camera’s
88
90
91
Astrofotografie
130
Veilig kijken naar de zon
80
Samenstanden en bedekkingen
Lenzenkijkers
127
De toekomst van de zon
78
Het oog en de verrekijker
124
126
De activiteitscyclus van de zon
Steenbok, Waterman en Vissen
Astrologie
122
123
Corona en zonnewind
Ram, Stier en Tweelingen
en Boogschutter
120
121
Het inwendige van de zon
72
73
Kreeft, Leeuw en Maagd
110
112
Tweede kwadrant 114
Derde kwadrant 116
Vierde kwadrant 118
61
62
Zuiderkruis en Alfa Centauri
28
Zonsverduisteringen
De kalender
Sterrenbeelden
100
102
Maansverduisteringen
59
Wat is een sterrenbeeld?
Grote telescopen op de grond
Seizoenen
57
5. Sterrenbeelden
98
99
De schijngestalten van de maan
55
56
Rechte klimming en declinatie
22
Nieuwe technologieën
Eb en vloed
54
Hoeken aan de hemel
2. Telescopen
Groter en groter
Dagen, maanden en jaren
52
Zonnetijd en sterrentijd
De ontwikkeling van de moderne
sterrenkunde
8. Bewegingen en
verduisteringen
50
ρ
92
σ
ε
Publiekssterrenwachten,
planetaria en verenigingen
94
SLANG
ξ
ο
α
π
ζ
Arcturus
131
132
128
4 Het zonne- 134
5 Het Melkweg- 174
stelsel
11. De binnendelen van het
zonnestelsel
14. Sterren
Kennismaking met het zonnestelsel
Dubbelsterren en meervoudige sterren
Het ontstaan van de planeten
Mercurius
136
138
139
Kijken naar Venus
140
141
Kennismaking met Venus
Kijken naar Mars
142
144
146
147
Water op Mars
12. De buitendelen van het
zonnestelsel
Kennismaking met Jupiter
De manen van Jupiter
148
150
Kijken naar Jupiter en Saturnus
Kennismaking met Saturnus
De manen van Saturnus
Planeetringen
152
154
156
158
Uranus en Neptunus
Dwergplaneten
160
161
13. Meteoren, planetoïden en
kometen
Meteoren
162
Meteorieten 163
Planetoïden 164
Kometen
166
167
168
Beroemde kometen
170
172
173
Kijken naar kometen
Zodiakaal schijnsel
Kennismaking met sterrenstelsels
176
Kleur en spectraaltype 177
214
Typen sterrenstelsels
215
180
De geboorte van sterren 182
Ontstaan en evolutie
218
184
De evolutie van zware sterren 185
Neutronensterren en pulsars 186
Zwarte gaten en gammaflitsen 187
Clusters en superclusters
220
Kosmische botsingen 222
Zwaartekrachtslenzen 223
Terugkijken in de tijd 224
15. Sterrenhopen en nevels
18. De evolutie van het heelal
Stervormingsgebieden
Roodverschuiving
Veranderlijke sterren
Verschillende soorten nevels
16. De Melkweg
De Melkweg aan de hemel
188
Kijken met een verrekijker
200
202
van het Melkwegstelsel
204
van het Melkwegstelsel
205
206
De structuur
Satellieten van de Melkweg
Donkere materie en de halo
van het Melkwegstelsel
208
van het Melkwegstelsel
209
Een zwart gat in de kern
De Lokale Groep
210
178
Kijken naar sterrenstelsels
216
Actieve sterrenstelsels en quasars
189
Open sterrenhopen 190
Planetaire nevels 192
Supernovaresten 194
Bolvormige sterrenhopen 196
Kijken naar nevels 198
Kijken naar sterrenhopen 199
De ecologie
Kosmische inslagen
De Kuipergordel
17. Sterrenstelsels
Helderheid en afstand
De evolutie van lichte sterren
Planeetovergangen
Kennismaking met Mars
6 Het heelal 212
stelsel
De uitdijing van het heelal
219
226
227
De oerknaltheorie 228
De kosmische achtergrondstraling
Kritische dichtheid
en donkere materie
232
De versnellende uitdijing
van het heelal
234
236
Kosmische raadsels 237
Het bizarre heelal
19. Leven in het heelal
Voorwaarden voor leven
238
239
Speuren naar leven op Mars 240
Exoplaneten 242
Toekomstige projecten 244
Buitenaardse beschavingen 246
ufo’s en vliegende schotels 248
Hoe zeldzaam is de aarde? 249
De wieg van het leven
Register
250
Illustratieverantwoording
en aanbevolen literatuur
256
230
5
sterrenkunde als wetenschap
34
deel 1
Telescopen van de toekomst
R
uimtetelescopen hebben veel voordelen, maar ze zullen altijd relatief klein blijven. Voor het bestuderen van
de allerzwakste objecten in het heelal is een reuzentelescoop op de grond onontbeerlijk. Er wordt dan ook hard gewerkt aan de voltooiing van grote interferometers en nieuwe,
lichtsterke telescopen. Ondertussen liggen de bouwtekeningen klaar voor reusachtige instrumenten met afmetingen van
tientallen meters.
Wanneer de twee Keck-telescopen gecombineerd worden
tot een interferometer, ontstaat een instrument met de
gevoeligheid van een 14,6 meter-telescoop en de beeldscherpte van een 100 meter-kijker. De Europese Very Large
Telescope Interferometer is even gevoelig als een 16,4
meter-instrument en ziet even scherp als een denkbeeldige
120 meter-telescoop. Met beide interferometers zijn inmiddels succesvolle waarnemingen gedaan. En in Arizona is in
2008 de bouw van de Large Binocular Telescope voltooid. Die
interferometer bestaat uit twee 8,4 meter-telescopen op één
kolossale montering, die samen evenveel presteren als een
11,8 meter-instrument.
De Amerikaans-Australische Giant Magellan Telescope (gmt)
wordt de grote broer van de Large Binocular Telescope. Dit
kolossale instrument krijgt niet twee, maar zeven spiegels
van 8,4 meter, op één reusachtige montering – één in het
midden en zes eromheen, als de blaadjes van een bloem. Op
die manier ontstaat een telescoop met een effectieve spiegelmiddellijn van 21,4 meter. De eerste twee spiegels voor
de Giant Magellan Telescope zijn al gegoten. Het instrument
wordt gebouwd op de bergtop Las Campanas, in Chili, waar
ook de twee kleinere 6,5-meter Magellan-telescopen staan.
Eveneens in Chili, op Cerro Pachón, moet over een paar jaar
de Large Synoptic Survey Telescope (lsst) verrijzen, een extreem lichtsterke telescoop met een spiegelmiddellijn van
8,4 meter en een relatief groot beeldveld. Deze telescoop
gaat twee keer per week de hele zichtbare sterrenhemel
vastleggen. Hij wordt gebruikt voor kosmologisch onderzoek,
maar ook voor het opsporen van planetoïden die een mogelijke bedreiging voor de aarde vormen (zie pag. 166) en voor
het in kaart brengen van de donkere materie in het heelal
(zie pag. 208 en 223). Overigens is de financiering van de lsst
nog niet helemaal rond.
Monstertelescopen
Zowel in Amerika als in Europa bestaan vergevorderde plannen voor de bouw van een monstertelescoop met een spiegelmiddellijn van enkele tientallen meters. Amerikaanse, Canadese en Japanse astronomen werken samen aan het ontwerp
voor de Thirty Meter Telescope (tmt), een soort overmaatse
hfdst 2 telescopen
35
eenvoudig: door een bak kwik rond te laten draaien, ontstaat
vanzelf een gebogen spiegelend oppervlak, dankzij de middelpuntvliedende kracht.
Later deze eeuw zullen ongetwijfeld nog grotere telescopen
het licht zien. Zo hebben technici van de Europese Zuidelijke
Sterrenwacht (eso) een futuristisch ontwerp klaarliggen voor
de OverWhelmingly Large Telescope (owl), die een spiegel
van 100 meter moet krijgen en even hoog wordt als de piramide van Cheops.
Telescopen van de toekomst
Telescoop
zeven spiegels De Amerikaanse Giant Magellan Telescope wordt
even gevoelig als een denkbeeldige 21,4-meter telescoop.
Keck-telescoop met een gesegmenteerde spiegel van 30 meter in middellijn, die gaat verrijzen op Mauna Kea, Hawaii. En
Europese sterrenkundigen hopen binnenkort te starten met
de bouw van de European Extremely Large Telescope (e-elt),
met een spiegel van bijna 40 meter groot. De e-elt komt te
staan op Cerro Armazones in Noord-Chili. Beide reuzentelescopen moeten rond 2020 in gebruik worden genomen.
In de toekomst worden misschien ook interferometers gebouwd die zijn samengesteld uit een groot aantal kwiktelescopen, elk met een 10 meter grote spiegel. Het principe is
Spiegelmiddellijn
Interferometers:
Very Large Telescope Interferometer
(Cerro Paranal, Chili)
16,4 m (4 x 8,2)
Keck Interferometer (Mauna Kea, Hawaii)
14,6 m (2 x 10)
Large Binocular Telescope (lbt), Mt.
Graham, Arizona
11,8 m (2 x 8,4)
In aanbouw:
Giant Magellan Telescope (gmt), Las
Campanas, Chili
Large Synoptic Survey Telescope (lsst),
Cerro Pachón, Chili
21,4 m (7 x 8,4)
8,4 m
Gepland:
Thirty Meter Telescope (tmt), Mauna Kea,
Hawaii
European Extremely Large Telescope (e-elt),
Cerro Armazones, Chili
30 m
39,2 m
Kijktip
Ga eens op zoek
naar de Dolfijn,
een heel klein maar
zeer opvallend sterrenbeeldje direct ten
oosten (links) van de
ster Altaïr in het sterrenbeeld Arend.
de sterrenhemel
66
deel 2
De zomersterrenhemel
D
e helderste ster aan de zomersterrenhemel is Wega
in het sterrenbeeld Lier. Wega staat zeer hoog aan
de hemel, bijna in het zenit. De ster vormt een van
de hoekpunten van de opvallende Zomerdriehoek; de andere
twee hoekpunten zijn Deneb in het sterrenbeeld Zwaan en
Altaïr in de Arend.
In het westzuidwesten zijn de voorjaarssterren Arcturus
en Spica nog te zien, terwijl boven de oostelijke horizon
het Herfstvierkant (het centrale deel van het sterrenbeeld
Pegasus) al zichtbaar is. Laag in het noorden schittert de winterster Capella, die in Nederland circumpolair is en dus nooit
onder de horizon verdwijnt.
De Grote Beer moet hoog in het westnoordwesten gezocht
worden. Nog hoger aan de hemel staat de Draak, met de
kleine kop exact in het zenit. Cassiopeia bevindt zich in het
noordoosten, met daaronder de opvallende sterren van
Andromeda.
Hoog aan de zuidelijke hemel zijn de typische zomersterrenbeelden Hercules en Slangendrager te vinden. Ze bevatten
niet veel heldere sterren; gebruik een sterrenkaart om ze
aan de hemel te herkennen. Dat geldt ook voor de Dieren-
zomerse schutter Laag boven de horizon staat het
zomersterrenbeeld Boogschutter. De Melkweg is hier erg helder.
riemsterrenbeelden Weegschaal (laag in het zuidwesten) en
Steenbok (laag in het zuidoosten). Veel opvallender zijn de
Schorpioen, met de heldere, oranje ster Antares, en de Boogschutter. Helaas staan deze prachtige sterrenbeelden zeer
laag boven de horizon.
Op een maanloze zomernacht is de Melkweg prachtig te zien,
hoog boven de oostelijke horizon. Van de drie meteorenzwermen in de zomer (zie pag. 162) is de Perseïdenzwerm, met het
maximum rond 12 augustus, verreweg het opvallendst.
NOORD
Algol
Capella
Voerman
Perseus
Driehoek
Lynx
Andromeda
Vissen
Kreeft
Dubbele sterrenhoop
Giraffe
Andromedastelsel
Cassiopeia
Cepheus
Kleine
Leeuw
Grote Beer
Poolster
Kleine Beer
Leeuw
Regulus
Hagedis
Lier
15 jul 23.00 uur
67
IL
Steenbok
15 jun 01.00 uur
Arcturus
W
Slang
Arend
15 mei 03.00 uur
Noorderkroon
Hercules
TIR
Waterman
Pijl
N
Altaïr
Boötes
M13
Vos
Veulen
15 apr 05.00 uur
Haar van
Berenice
Wega
IO
OOST
Zwaan
Dolfijn
Geldig voor:
Jachthonden
Draak
WEST
Deneb
Pegasus
Ec
lip
tic
a
Slang
Maagd
Spica
Slangendrager
Schild
Waterslang
Boogschutter
Weegschaal
M22
M8
M7
Antares
Schorpioen
M6
ZUID
Wolf
noorderkruis
De Zwaan heeft
een opvallende
kruisvorm.
Rechtsonder staat
de ster Wega in het
sterrenbeeld Lier.
het zonnestelsel
150
deel 4
De manen van Jupiter
D
e reuzenplaneet Jupiter heeft minstens 63 manen.
De meeste daarvan zijn echter niet meer dan steenklompen van enkele kilometers groot in onregelmatige, langgerekte banen – waarschijnlijk planetoïden of
ijsdwergen die miljarden jaren geleden ingevangen werden
door Jupiters sterke zwaartekrachtsveld. Slechts vier Jupitermanen hebben afmetingen die vergelijkbaar zijn met die van
onze eigen maan: Io, Europa, Ganymedes en Callisto. Omdat
ze in 1610 ontdekt werden door Galileo Galilei, worden ze de
Galileïsche manen genoemd.
De Galileïsche manen van Jupiter zouden met het blote oog
zichtbaar zijn als ze niet zouden ‘verdrinken’ in de heldere
lichtgloed van de planeet zelf. Ze zijn echter gemakkelijk te
zien met een kleine telescoop en zelfs met een stabiel opgestelde verrekijker, wanneer de vergroting niet te laag is. Io
De Galileïsche manen van Jupiter
Naam
Afstand tot Jupiter
Omlooptijd
Io
421.770 km
1,7691 dagen
Europa
671.060 km
3,5512 dagen
Ganymedes
1.070.430 km
7,1546 dagen
Callisto
1.882.730 km
16,6890 dagen
staat het dichtst bij de planeet en is misschien moeilijk waarneembaar. Maak een schets van de posities van de manen ten
opzichte van Jupiter, en doe dat een dag later nog een keer.
Je ziet dan duidelijk dat ze als gevolg van hun baanbeweging
van plaats veranderd zijn.
IJs en water
De Galileïsche manen zijn gedetailleerd bestudeerd door drie
Amerikaanse ruimtesondes: Voyager 1 en 2 (1979) en Galileo
(1995-2002). De buitenste twee, Ganymedes en Callisto,
behoren tot de grootste planeetmanen in het zonnestelsel.
Ganymedes is zelfs wat groter dan de planeet Mercurius. Ze
bestaan beide uit een mengsel van ijs en gesteenten. Callisto
is bezaaid met inslagkraters en -bekkens. Het oppervlak van
Ganymedes vertoont de sporen van grote inwendige spanningen. Onder de dikke korst gaat misschien een
diepe oceaan van zilt water schuil.
Wat denkbaar is voor Ganymedes is vrijwel zeker
waar voor Europa, de kleinste van de vier GalileMiddellijn
ische manen. Het gladde ijsoppervlak van Europa
3636 km
vertoont haast geen verticaal reliëf en vrijwel geen
3122 km
inslagkraters, maar het wordt doorsneden door
5268 km
donkere en heldere breuklijnen. Uit gedetailleerde
4816 km
foto’s die gemaakt zijn door de ruimtesonde Galileo
Kijktip
Wil je de Galileïsche
manen met een verrekijker waarnemen, kies
dan een instrument met
een sterke vergroting en
plaats de kijker stevig
op een statief.
hfdst 12 de buitendelen van het zonnestelsel
blijkt dat zich onder de korst een diepe oceaan bevindt die
meer water bevat dan alle oceanen van de aarde. Het is niet
uitgesloten dat zich in deze Europa-oceaan micro-organismen hebben ontwikkeld.
De binnenste van de vier Galileïsche manen is Io, die net als
de andere Jupitermanen genoemd is naar een van de vele
geliefden van Zeus. In maart 1979 ontdekte Voyager 1 actief
vulkanisme op Io, aangedreven door getijdenkrachten van
Jupiter die het inwendige van de maan kneden en verhitten.
Galileo heeft tientallen actieve zwavelvulkanen, tot rust gekomen caldeira’s, oververhitte lavastromen en psychedelisch
gekleurde zwavelafzettingen ontdekt. Hoewel Io maar iets
groter is dan onze eigen maan, vertoont hij de grootste vulkanische activiteit van alle hemellichamen in het zonnestelsel.
De overige manen van Jupiter draaien in drie afzonderlijke
groepen rond de planeet. Vier kleine manen beschrijven
cirkelvormige banen binnen de baan van Io. De grootste van
de vier is Amalthea, die ontdekt werd in 1892. De maantjes
in de andere twee groepen hebben langgerekte, gehelde
banen. Eén groep beweegt zelfs in de verkeerde richting om
de planeet heen. Regelmatig worden nieuwe leden van deze
twee groepen ontdekt. Het is niet uitgesloten dat het aantal
Jupitermaantjes in de komende jaren zal toenemen tot meer
dan honderd.
scherpe grens Ganymedes is een lappendeken van
hemels litteken Valhalla op de Jupitermaan Callisto is
Zwavelvulkanen
oud terrein (links) en jonge tektonische structuren.
een van de grootste inslagbekkens in het zonnestelsel.
151
het heelal
244
deel 6
Toekomstige projecten
D
e meeste exoplaneten die tot op heden zijn gevonden, zijn minstens zo groot en zwaar als de planeet
Neptunus in ons eigen zonnestelsel. Met de radialesnelheidstechniek (zie pag. 242) is het nog niet mogelijk een
kleine planeet als de aarde te ontdekken in een baan rond
een andere ster. Met de overgangstechniek lukt dat echter
wel, mits de waarnemingen vanuit de ruimte gebeuren.
Een planeet als de aarde onderschept tijdens een overgang
ongeveer een honderdste procent van het licht van zijn moederster. Met de Amerikaanse ruimtetelescoop Kepler is zo’n
kleine helderheidsafname in principe te registreren.
Wanneer er eenmaal exo-aardes (tweelingzusjes van de
aarde) worden gevonden, kan met grote telescopen ook gezocht worden naar tekenen van biologische activiteit op die
planeten. Misschien is de ontdekking van buitenaards leven
binnen enkele tientallen jaren een feit.
Exoplaneten in beeld
Ook uit extreem nauwkeurige positiemetingen van sterren
is het bestaan van kleine, lichte exoplaneten af te leiden,
volgens de astrometrische methode die voor het eerst werd
toegepast door Peter van de Kamp (zie pag. 242). De Europese
gaia (Global Astrometric Interferometer for Astrophysics) zal
op die manier vele duizenden exoplaneten op het spoor kun-
nen komen. De lancering staat gepland voor 2013.
Toekomstige reuzentelescopen zullen waarschijnlijk in staat
zijn om exoplaneten echt in beeld te brengen, mede dankzij
adaptieve optiek (zie pag. 30). Op infrarode golflengten zijn
zonachtige sterren zwakker dan in zichtbaar licht, terwijl
planeten juist helderder zijn, zodat ze minder sterk worden
overstraald. Ook de James Webb Space Telescope (zie pag. 33),
de opvolger van de Hubble Space Telescope, zal exoplaneten
bij nabijgelegen sterren kunnen fotograferen.
Darwin in de ruimte
De Europese ruimtevaartorganisatie esa presenteerde in
2007 plannen voor het Darwinproject: een aantal gevoelige
infraroodtelescopen in de ruimte die nauwkeurig in formatie
vliegen, zodat ze samenwerken als interferometer (zie pag. 30).
Darwin zou tot op een afstand van enkele tientallen lichtjaren aarde-achtige exoplaneten in beeld kunnen brengen.
Door het zwakke licht van zo’n planeet – in feite gereflecteerd sterlicht – nauwgezet te onderzoeken, kom je meer te
weten over de samenstelling van de planeetdampkring.
Als de dampkring van een verre, aarde-achtige exoplaneet
zuurstof bevat, is het zo goed als zeker dat er biologische
activiteit op het oppervlak voorkomt. Zuurstof is een zeer
reactief element, dat zich snel bindt aan andere atomen. De
hfdst 19 leven in het heelal
zuurstofvoorraad in de aardse dampkring wordt voortdurend
aangevuld door fotosynthese; er is geen anorganisch proces
bekend dat grote hoeveelheden zuurstof produceert. Als de
dampkring van een exoplaneet zuurstof bevat, moet er dus
wel leven op die planeet voorkomen.
Darwin was een buitengewoon duur en ambitieus project.
245
Bij de Amerikaanse nasa zijn plannen ontwikkeld voor een
soortgelijke ruimte-interferometer: de Terrestrial Planet Finder (tpf). Mogelijk zullen Darwin en tpf ooit nog eens worden
samengevoegd tot één groot internationaal project, waarmee later deze eeuw misschien voor het eerst het bestaan
van buitenaards leven wordt aangetoond.
zuurstof snuiven
Met het toekomstige
Darwinproject
moet het mogelijk
zijn zuurstof te
detecteren in
de dampkring
van planeten bij
andere sterren.