Startmateriaal TeleScoop 5-6 D Wetenschappen - Leerboek

HET SYSTEEM AARDE

1 EEN LEVENDE PLANEET

Op iDiddit vind je een animatie met een 3D-model van de aarde en een kennisclip over ‘de vele gezichten van de aarde’.

1.1 ENERGIEBRONNEN

In de tweede graad leerde je het systeem aarde kennen als een gesloten systeem dat geen materie maar enkel energie uitwisselt met zijn kosmische omgeving. Dat gesloten systeem wordt aangedreven door twee bronnen van energie:

- De interne energiebron is de warmte opgewekt tijdens de vorming van de aarde, zo’n 4,6 miljard geleden. Ze speelt een cruciale rol in de langetermijnevolutie van de aarde over een tijdspanne van meerdere miljoenen jaren.

- De externe energie wordt geleverd door de zon en stuurt vooral kortetermijnprocessen aan. Het zijn processen die zich afspelen op het aardoppervlak, in de oceanen en in de atmosfeer over een tijdspanne van duizenden tot honderdduizenden jaren.

1.2 SFEREN

Het systeem aarde kent vier hoofdrolspelers of sferen: de geosfeer, de atmosfeer, de hydrosfeer en de biosfeer. Buiten de aardse atmosfeer bevindt zich de kosmos. Die sfeer heeft een grote invloed op het systeem aarde (zon, maan, poollicht, meteorieten ...).

Kenmerkend voor de geosfeer is de concentrische opbouw (aardkorst, mantel en kern) die samenhangt met de ontstaansgeschiedenis van onze planeet. De warmte die vrijkwam tijdens de vorming van de aarde stuurt vooral processen in de geosfeer aan, zoals de platentektoniek.

De aarde vanuit de ruimte

De vier sferen van het systeem aarde

De atmosfeer is de buitenste schil van de concentrisch opgebouwde aarde waarin zich de gasvormige elementen hebben geconcentreerd. Ook de atmosfeer kent een gelaagde opbouw. De onderste laag - de troposfeer - bevat ongeveer 80 % van de totale massa van de atmosferische gassen. De luchtcirculatie in de troposfeer (winden) zorgt voor een herverdeling van de ontvangen zonne-energie door warmte over te dragen van de evenaar naar de polen.

Het water op aarde is opgeslagen in een aantal reservoirs die met elkaar verbonden zijn door de hydrologische cyclus: oceanen en zeeën, ijskappen en gletsjers, rivieren en meren en het grondwater. Samen vormen die de hydrosfeer. De oceanen zijn met 96 % van al het water op aarde het belangrijkste reservoir. Het oceaanwater in de oppervlaktelaag wordt voortdurend gemengd door de atmosferische circulatie. Die interactie tussen oceaan en atmosfeer leidt tot oppervlakkige circulatiepatronen in de oceanen (zeestromingen). De zeestromingen dragen bij aan het transport van warmte van de evenaar naar de polen in het oceaan-atmosfeersysteem.

Op iDiddit vind je een kennisclip over de vier sferen van de aarde.

Samen met de hydrosfeer vormt de atmosfeer de belangrijkste omgeving waarin leven de mogelijkheid heeft gekregen zich te ontwikkelen en in stand te houden. Op onze planeet heerst nu een grote verscheidenheid aan levende organismen. Alle levende organismen op aarde samen vormen de biosfeer. Het deel van het leven dat zich in de bodem (geosfeer) bevindt, is van uitermate groot belang. Bodemvorming is een proces dat duizenden jaren in beslag neemt, en een gezonde bodem is essentieel voor onze voedselproductie. Aangezien bodems ook de waterhuishouding regelen en een immens koolstofreservoir herbergen, moeten we er goed zorg voor dragen.

De atmosfeer, hydrosfeer en biosfeer oefenen via verwering, erosie en sedimentatie invloed uit op de geosfeer. Door de studie van geomorfologische processen ontdekken we de wisselwerking tussen de vier sferen van het systeem aarde.

1.3 KRINGLOPEN

Het systeem aarde doet als het ware aan recyclage in de vorm van kringlopen of cycli. Koolstof, fosfor, stikstof, zuurstof en water worden bijvoorbeeld voortdurend ingezet als bouwstoffen van het leven (zie onderstaande

verbranding ademhaling ontbinding bacteriën

KOOLSTOFCYCLUS fotosynthese

kalksteen fossiele brandstoffen

verwering fosfaten in gesteenten

De voornaamste natuurlijke kringlopen

stikstofbindende bacteriën

stikstofontbindende bacteriën

condenseren

verdampen

fotosynthese

neerslag

2 DE INVLOED VAN DE MENS OP DE LEVENDE PLANEET

In de tweede graad maakte je ook kennis met de Great Acceleration. Vanaf het midden van de vorige eeuw heeft de bevolkingsexplosie en de daaruit voortvloeiende economische groei geleid tot een stijgende vraag naar water, voedsel, huisvesting, transport, energie en grondstoffen. Alle sferen van het systeem aarde worden door die stijgende vraag aangesproken, waardoor de druk op het hele systeem toeneemt.

2.1 KLIMAATVERANDERING

Uit de synthese van het zesde klimaatrapport van het IPCC (maart 2023): “Menselijke activiteiten, voornamelijk door de uitstoot van broeikasgassen, hebben onmiskenbaar de opwarming van de aarde veroorzaakt, met een wereldwijde oppervlaktetemperatuurstijging van 1,1 °C tussen 1850-1900 en 2011-2020. De wereldwijde uitstoot van broeikasgassen is blijven toenemen, door niet-duurzaam energieverbruik, landgebruik en veranderingen in landgebruik, levensstijlen en consumptieen productiepatronen tussen regio’s, tussen en binnen landen en tussen individuen.”

2.2 BIODIVERSITEITSVERLIES

In de natuur is er een evenwicht in de CO 2 -hoeveelheid

De menselijke impact op het broeikaseffect

Vaak denken we bij biodiversiteit aan exotische dier- en plantensoorten, maar biodiversiteit omvat al het leven op aarde, de biosfeer. Het gehele ecosysteem is essentieel voor het verkrijgen van drinkbaar water, zuivere lucht en vruchtbare bodems, en dus voor ons voedselsysteem.

De biosfeer staat wereldwijd onder enorme druk, met verlies van biodiversiteit tot gevolg. Die druk wordt veroorzaakt door factoren zoals de klimaatverandering, overbemesting en het gebruik van pesticiden, overbevissing, ontbossing, versnippering van de ruimte en het verlies van leefgebied van plant- en diersoorten door verstedelijking, industrialisatie en uitbreiding van landbouwgebied. Als we op dezelfde manier doorgaan zonder ingrijpende actie, koersen we af op een onleefbare aarde. Om het tij te keren, moeten we ons productieen consumptiegedrag veranderen en beter omgaan met onze natuur.

Het herstel van de biodiversiteit is mogelijk als we allemaal ons steentje bijdragen (zie figuur).

In december 2022 werd in Montreal (Canada) tijdens een

VN-conferentie een biodiversiteitsakkoord gesloten om de biodiversiteit een duwtje in de rug te geven. Een belangrijke doelstelling van dat akkoord is om tegen 2030 wereldwijd ten minste 30 % van het land en de oceanen te beschermen.

inspanningen door duurzame productie en consumptie

acties voor natuurbehoud zonder duurzame productie en consumptie doorgaan zoals we bezig zijn

Het ombuigen van de curve van biodiversiteitsverlies

Groeiende planten absorberen CO 2

Stervende planten geven CO2 af

Mens: natuurlijke balans verstoord door CO 2 -uitstoot

Oceaan houdt CO 2 -evenwicht in stand

Als permafrost smelt, komen er opgeslagen methaangassen vrij die het broeikaseffect versterken.

Uitstoot van fossiele brandstoffen

Bosbranden zorgen voor hogere uitstoot

Steenkool en aardolie bevatten CO 2

DE KOSMOS

1 HET HEELAL OBSERVEREN

2 DE STRUCTUUR VAN HET HEELAL

3 ONTSTAAN EN EVOLUTIE VAN HET HEELAL

1 HET HEELAL OBSERVEREN

ONDERZOEKSVRAGEN

WAT ZIE JE AAN DE HEMELKOEPEL?

HOE ONDERZOEKT MEN HET HEELAL EN WELKE NIEUWE KENNIS LEVERT

DAT ONDERZOEK OP VOOR DE MAATSCHAPPIJ?

1 NAAR DE HEMEL KIJKEN

Wanneer iemand ‘s avonds achter een computer-, televisie- of smartphonescherm zit en vervolgens naar buiten wandelt, zal het zicht van die persoon zich eerst moeten aanpassen aan het donker. Het kost onze ogen namelijk zo’n 10 tot 15 minuten om een goed ‘nachtzicht’ te ontwikkelen. In een omgeving met weinig lichtvervuiling (zoals straatverlichting, reclameborden, verlichting van hoge gebouwen, huis- en tuinverlichting) kun je met het blote oog, eventueel versterkt met een goede verrekijker, de sterrenhemel bewonderen, op voorwaarde dat er geen wolken zijn natuurlijk. Hoe langer je in het donker bent, hoe meer je zult zien.

1.1 DE HEMELKOEPEL OVERDAG

Doordat we de aardrotatie niet rechtstreeks waarnemen, lijkt het alsof het de hemelsfeer is die beweegt in plaats van de aarde zelf. Daarom spreken we over de schijnbare beweging van de zon en andere hemellichamen aan de hemelkoepel, waarbij ze opkomen in het oosten, via het zuiden gaan en ondergaan in het westen.

Vanop een korte afstand lijkt het alsof de aarde een platte schijf is, omringd door een koepel die het aardoppervlak omspant. Een waarnemer die naar de horizon kijkt, ziet de aarde en de hemelkoepel daar schijnbaar samenkomen, met zichzelf in het midden van een cirkel. De vier windstreken geven de hoofdrichtingen (fig. 1.1) aan. Het punt loodrecht boven de waarnemer is het zenit

Als we overdag naar de hemel kijken, dan zien we de zon schijnbaar bewegen van oost over zuid naar west. In de zomer zien we een langere dagboog van de zon dan in de winter.

Fig. 1.1 Horizon en zenit

1.2 DE NACHTELIJKE HEMEL

Voor een waarnemer lijken alle sterren op gelijke afstand van de aarde te hangen. Als je op een heldere nacht een foto maakt van de noordelijke sterrenhemel met lange belichting, zul je merken dat de sterren een cirkelvormig spoor trekken in tegenwijzerzin rond een centrale ster, namelijk de Poolster. Dat komt doordat de Poolster zich in het verlengde van de aardas bevindt en dus (schijnbaar) niet meedraait met de aardrotatie.

Op iDiddit vind je een animatie over de hemelkoepel.

Maagd baan van de planeten = ecliptica

In het zuidelijke deel van de sterrenhemel zie je de maan en de planeten die als heldere sterren aan de hemel staan. Wanneer je door een sterke verrekijker kijkt, kun je details, zoals schijfjes en structuren, onderscheiden. Net als de maan weerkaatsen planeten het zonlicht. Door de rotatie van de aarde zien we de hemellichamen in tegengestelde zin, van oost over zuid naar west bewegen. Aan de zuidelijke hemel vormen de tekens van de dierenriem de achtergrond waartegen de zon, de maan en de planeten zich schijnbaar voortbewegen.

1.3 STERRENKAARTEN

Sterrenkaarten zijn handig om de hemel te verkennen. Om een kaart voor een bepaalde locatie te maken, worden alle zichtbare sterren geprojecteerd op een raakvlak aan het zenit van die plaats.

- Het zenit is het middelpunt van de sterrenkaart en sterren die hoog aan de hemel staan, worden dicht bij dit midden weergegeven. Sterren die laag staan, dicht bij de horizon, vind je aan de rand van de kaart.

- Alle sterren, inclusief de zon, lijken in 24 uur in tegenwijzerzin rond de Poolster te draaien. Na 6 uur hebben ze een kwart van hun schijnbare baan afgelegd.

- Wanneer je de sterrenkaart boven je hoofd houdt en ze correct noord-zuid oriënteert, zie je dat oost en west van plaats wisselen. Daarom staat het oosten (E) links op de kaart en het westen (W) rechts.

- De poolshoogte is de hoek tussen de noordelijke hemelpool (of de Poolster) en de noordelijke horizon op de plaats van de waarnemer. Die hoek is gelijk aan de breedteligging van de plaats. Hoe dichter je bij de Noordpool komt, hoe dichter de Poolster bij het zenit staat. Hoe zuidelijker je gaat, hoe dichter de Poolster zich bij de noordelijke horizon bevindt.

- Sterren die dicht bij de Poolster staan, zie je het hele jaar en de hele nacht: het zijn circumpolaire sterren. Ze bevinden zich in de lichtblauwe cirkel.

- Verder van de Poolster staan de niet-circumpolaire sterren, zoals onze zon. Ze komen op aan de oostelijke hemel en gaan onder aan de westelijke.

Fig. 1.2 De zuidelijke sterrenhemel

Fig. 1.3 De noordelijke sterrenhemel, met de Poolster en de Kleine Beer als oriëntatiepunten

Fig. 1.4 Waarneming hemelkoepel bij nacht

Om op elk gewenst moment en op elke gewenste locatie de sterrenkaart te kunnen bekijken, zijn er verschillende opties beschikbaar. Zo kun je bijvoorbeeld gebruikmaken van online tools zoals Heavens-Above, Skymania of Stellarium Web. Je kunt ook de bijbehorende apps downloaden op je smartphone, waarmee je meteen je exacte locatie en tijdstip kunt bepalen. Zo wordt sterrenkijken nog leuker en gemakkelijker.

1.4 DE STERRENBEELDEN

Sterrenbeelden zijn verzamelingen van sterren die vanaf de aarde gezien een bepaalde vorm of figuur lijken te vormen. De sterren in een sterrenbeeld lijken vanaf de aarde dicht bij elkaar te staan, maar in werkelijkheid bevinden ze zich op zeer uiteenlopende afstanden van ons en hebben ze niets met elkaar te maken.

1.4.1 ASTRONOMIE

De astronomie (Grieks ‘astèr’ = ster, ‘nomos’ = wetenschap) of sterrenkunde is de wetenschap van alle fysische systemen die in het heelal buiten de aardse dampkring worden aangetroffen, zoals: sterren, sterrenstelsels, gas- en stofwolken, kometen, planeten, enz.

1.4.2 ASTROLOGIE

De astrologie (grieks: ‘astèr’ = ster, ‘logie’ = leer) of sterrenwichelarij is een term die wordt gebruikt om ideeën te beschrijven over veronderstelde verbanden tussen het lot van mensen en gebeurtenissen op aarde en de stand van hemellichamen. Hoewel wetenschappelijk onderzoek heeft aangetoond dat astrologie niet kan worden bevestigd en wetenschappers de principes van astrologie als pseudowetenschap beschouwen, blijven veel mensen deze praktijk beoefenen en erin geloven. Dit leerboek is dan ook gebaseerd op de principes van de astronomie en niet op die van de astrologie.

De tekens van de dierenriem of de zodiak bevinden zich in het verlengde van het baanvlak van de aarde rond de zon: het eclipticavlak. Aan deze tekens werd een bijzondere betekenis toegekend omdat zij de achtergrond vormen waartegen de zon, de maan en de planeten zich schijnbaar voortbewegen.

Ongeveer 2 800 jaar geleden werd het lentepunt in het sterrenbeeld Ram als startpunt van de dierenriem gekozen. Dit is het tijdstip, omstreeks 21 maart, waarop de zon in het snijpunt van de ecliptica en de hemelevenaar staat. Dat betekende dat iemand die geboren werd in de maand die volgt op 21 maart, het sterrenbeeld Ram

toegewezen. Zo’n 500 jaar later merkte de Griekse wetenschapper Ptolemaeus op dat het lentepunt verschuift langs de ecliptica. Als gevolg daarvan staat de zon op 21 maart niet langer in het sterrenbeeld Ram,

kreeg

maar in Vissen.

Fig. 1.5 Sterrenkaart op 51° N, 9/2/2023 op het middaguur

Fig. 1.6 De dierenriem

Op je verjaardag (bv. 1 augustus, Leeuw) zal de zon niet in datzelfde teken van de dierenriem staan, maar in het teken van de maand ervoor (Kreeft). Je kunt zelf jouw plaats in de dierenriem simuleren door gebruik te maken van de Ecliptica Simulator.

Op iDiddit vind je een animatie over de Ecliptica Simulator.

2 SIGNALEN UIT DE KOSMOS

2.1 HET ELEKTROMAGNETISCH SPECTRUM

De elektromagnetische straling die door de zon en andere sterren wordt uitgezonden, kan worden onderverdeeld op basis van hun golflengte in het elektromagnetische spectrum (fig. 1.8). Het zichtbare licht is de straling waar je je het meest van bewust bent op aarde, omdat je ze in tegenstelling tot andere vormen van straling met het blote oog kunt zien. Slechts een beperkt deel van de elektromagnetische straling bereikt het aardoppervlak: het zichtbare licht, een deel van de infraroodstraling en een gedeelte van de microgolven en radiogolven. Dat zijn de stralingsvensters van het elektromagnetisch spectrum.

Fig. 1.7 Positie van de zon in de dierenriem op 1 augustus

Fig. 1.8 Het elektromagnetisch spectrum

hoogte waarop 50 % van de straling geabsorbeerd is

Zichtbaar licht is essentieel voor het leven op aarde. Het vormt de basis voor de fotosynthese van planten, die het noodzakelijke zuurstofgas produceren. Zichtbaar licht wordt omgezet naar warmte in het aardoppervlak. Infrarood- of warmtestraling speelt een belangrijke rol bij het behoud van de temperatuur op aarde. Micro- en radiogolven worden in uiteenlopende toepassingen gebruikt, zoals koken, televisie, gps, smartphone, enz. De overige straling, zoals röntgenstralen, ultraviolette stralen en gammastralen, wordt door de gassen in de atmosfeer geabsorbeerd of gereflecteerd en bereikt het aardoppervlak dus niet. Die vormen van straling zijn schadelijk voor alle levensvormen op aarde.

2.2 WAARNEMING VANAF DE AARDE

2.2.1 OPTISCHE TELESCOPEN

Het menselijk oog heeft als waarnemingsinstrument enkele beperkingen:

- De afmetingen van de ooglens zijn beperkt;

- Factoren zoals mist, nevel en stof verstoren de waarneming;

De persoonlijkheid van de waarnemer kan de waarneming beïnvloeden;

- Het blote oog kan alleen het zichtbare deel van het elektromagnetisch spectrum waarnemen.

Iemand met een goed gezichtsvermogen kan bij een kraakheldere hemel, op een plaats ver van storende lichtbronnen, met het blote oog duizenden sterren waarnemen. Bij waarneming door optische telescopen worden nog veel meer hemellichamen zichtbaar. De belangrijkste telescopen staan op bergtoppen, bij voorkeur in droge gebieden. Daar is het aantal gunstige waarnemingsuren per jaar het grootst aangezien de kans op een wolkendek daar klein is. Bovendien hoeft op die hoogte niet meer door de onderste laag van de atmosfeer gekeken te worden. Die laag is namelijk beladen met stofdeeltjes en waterdamp en er komen trillingen en lichtvervuiling in voor die de kwaliteit van het beeld verminderen.

In 2001 werd de VLT (Very Large Telescope) van de ESO (European Southern Observatory) in Chili in gebruik genomen. De VLT, gelegen op 2 600 meter hoogte, bestaat uit vier grote en verschillende kleinere telescopen (fig. 1.9). Die telescopen kunnen zowel individueel als gekoppeld werken, waardoor ze nog scherpere en diepere beelden van het heelal kunnen maken. In 2018 startte de bouw van de ELT (Extremely Large Telescope) op dezelfde site. Die telescoop zal een diameter van 42 meter hebben en operationeel zijn vanaf 2027.

De rotatie van de aarde maakt de waarneming door een vaststaande telescoop lastig. Door hun schijnbare beweging verschuiven de hemellichamen telkens voor het vizier en verdwijnen er snel weer uit. Die beweging wordt echter gecompenseerd door het toestel te wentelen om een as evenwijdig aan de aardas. Een volgmotor zorgt ervoor dat de snelheid van de omwenteling van de telescoop gelijkloopt met de draaiing van de aarde, maar dan in tegengestelde richting (fig. 1.10).

Fig. 1.9 VLT en ELT, Chili

Fig. 1.10 Waarneming via vaststaande telescoop met volgmotor

2.2.2 RADIOTELESCOPEN

Radiotelescopen zijn enorme antennes (fig. 1.11) die worden gebruikt om elektromagnetische straling te ontvangen, voornamelijk korte radiogolven. Dat komt doordat die golven door de atmosfeer (het zogenaamde radiovenster) heen kunnen dringen, terwijl langere radiogolven weerkaatst worden. Ze werken onafhankelijk van licht- en weersomstandigheden. Door meerdere radiotelescopen aan elkaar te koppelen, worden de gegevens van verschillende radiotelescopen samengevoegd om zo de resolutie van de samengestelde beelden te verhogen. Het bekendste voorbeeld is de VLA (Very Large Array), die bestaat uit 27 gekoppelde radiotelescopen. Ze staat in het zuidwesten van de Verenigde Staten. Dichter bij huis vinden we de 14 radiotelescopen van Westerbork. Die staan in het noorden van Nederland, op het terrein van een voormalig concentratiekamp. Momenteel wordt de SKA (Square Kilometre Array) gebouwd, die uit meer dan 100 000 telescopen zal bestaan. Het betreft een samenwerking tussen verschillende landen, waaronder Australië, China, Italië, Nederland, Portugal, Zuid-Afrika en het Verenigd Koninkrijk, en de telescopen worden gebouwd in Australië en Zuid-Afrika.

2.3 WAARNEMING VANUIT DE RUIMTE

2.3.1 RUIMTETELESCOPEN

De Kepler-ruimtetelescoop van NASA (National Aeronautics and Space Administration, VS) was van 2009 tot 2018 actief met als doel planeten buiten ons zonnestelsel te ontdekken waar leven mogelijk is. Hij heeft meer dan 2 600 planeten buiten ons zonnestelsel ontdekt en leverde voldoende gegevens om aan te tonen dat ons universum miljarden planeten bevat. De zoektocht naar exoplaneten wordt nu voortgezet door de TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), die sinds 7 augustus 2018 actief is.

De Hubble Space Telescope (HST) is de bekendste ruimtetelescoop die ons sinds 1990 unieke beelden vanuit de ruimte heeft bezorgd en ons begrip van het universum heeft verbeterd. NASA zal deze telescoop blijven gebruiken tot zeker 2026. Ondertussen werd de meer geavanceerde James Webb Space Telescope op 21 december 2021 gelanceerd, in samenwerking met NASA, ESA (European Space Agency) en CSA (Canadian Space Agency), om geleidelijk aan de taken van de HST over te nemen.

Fig. 1.11 Very large Array (VLT) in New Mexico (Verenigde Staten)

Fig. 1.12 Hubble Space Telescoop (HST)

Fig. 1.13 James Webb Space Telescoop (JWST)

2.3.2 KUNSTMANEN, RUIMTESONDES EN RUIMTESTATIONS

Ruimtesondes zijn onbemande ruimtevaartuigen die worden gebruikt voor onderzoeksdoeleinden in het universum. In tegenstelling tot satellieten die om de aarde draaien, reizen ruimtesondes naar verder gelegen doelen, zoals andere planeten en zelfs plaatsen buiten ons zonnestelsel. Zo hebben de ruimtesondes Voyager 1 en 2, die in 1977 gelanceerd werden, ondertussen ons zonnestelsel verlaten. Ze bevinden zich momenteel in de interstellaire ruimte en sturen nog altijd waardevolle informatie terug naar de aarde.

Op 14 april 2023 werd de onbemande interplanetaire ruimtesonde JUICE (Jupiter Icy Moons Explorer) gelanceerd door ESA. Als alles goed verloopt, komt JUICE in juli 2031 bij de grootste manen van Jupiter aan, om daar sporen van levensvormen of de mogelijkheid tot leven te onderzoeken.

Kunstmanen zijn satellieten die rond de aarde of andere planeten draaien. Ze kunnen zowel bemand als onbemand zijn. Bemande kunstmanen, zoals het ISS (International Space Station), zijn vooral gericht op onderzoek in een omgeving zonder zwaartekracht. Onbemande kunstmanen voorzien ons van allerlei informatie (bv. weersvoorspelling, plaatsbepaling en spionage). Bekende ruimteagentschappen, zoals NASA en ESA, maar ook landen zoals Japan, China en India, lanceren vaak satellieten om de aarde voor variërende doeleinden, waarbij ook internationaal prestige een rol speelt.

Op iDiddit vind je een animatie over het ISS.

2.4 SATELLIETBANEN

2.4.1 GEOSTATIONAIRE BANEN

Een geostationaire satelliet (Eng. Geostationaire Earth Orbit of GEO) bevindt zich constant boven hetzelfde punt op aarde. De omlooptijd van een geostationaire satelliet is dus exact gelijk aan de rotatietijd van de aarde. Dat is enkel mogelijk in het equatoriale vlak, op een gemiddelde afstand van 35 800 km van de aarde. Globaal observerende meteorologische satellieten, zoals die van de Meteosat-familie, zijn geostationaire satellieten. Een waarnemer op de evenaar ‘ziet’ de satelliet 24 uur aan één stuk in het zenit staan.

2.4.2 POLAIRE BANEN

Voor onderzoekstoepassingen is een ander type satelliet nodig, namelijk de polaire satelliet (Eng. Low Earth Orbit of LEO), aangezien die beelden met hoge resolutie kan maken. Die satellieten scannen een smalle strook van de aarde, variërend tussen 65 en 180 km breed, van noord naar zuid of omgekeerd. Gedurende één omwenteling van de satelliet rond de aarde is de aarde weer een klein beetje verder rond haar as gedraaid. Polaire satellieten cirkelen gemiddeld op een hoogte tussen 450 en 1 000 km boven de aarde en doen gemiddeld 90 minuten over een rondje. Op die manier begint de satelliet telkens aan de verkenning van een nieuw strookje aarde.

Op iDiddit vind je enkele animaties over polaire en geostationaire satellieten.

Fig. 1.14 Voyager 1

Fig. 1.15 International Space Station (ISS)

2.4.3 OBLIEKE BANEN

Dit zijn satellieten die in een baan rond de aarde bewegen die schuin hellend op het evenaarsvlak staat en dus niet over de Noord- en Zuidpool vliegen. De schuin hellende banen noemen we oblieke banen (Eng. Highly Elliptical Orbit of HEO). Bij onderzoek naar tropische plantengroei bijvoorbeeld, laat men de baan een kleine hoek maken met het evenaarsvlak. Terwijl de satelliet altijd in hetzelfde vlak blijft draaien, draait de aarde onder de satelliet door. Dit is berekend op zo’n manier dat de satelliet altijd op hetzelfde tijdstip boven een bepaalde plaats voorbijkomt, bij voorkeur wanneer de zon hoog aan de hemel staat. Daardoor is de invalshoek van het licht telkens gelijk en bevinden de satellieten zich altijd boven een belicht deel van de aarde. Eén omwenteling van dit soort satellieten duurt 101 minuten.

2.5 STRALING ALS INFORMATIEDRAGER

We kunnen het heelal niet aanraken om het te onderzoeken. Zelfs de toestellen waarmee we werken, komen niet in direct contact met de voorwerpen die bestudeerd worden. Om informatie te verzamelen over het heelal, maken we gebruik van teledetectie of remote sensing, onderzoek op basis van indirecte waarneming.

2.5.1 INFORMATIE OVER CHEMISCHE SAMENSTELLING

Wanneer het licht van de zon door een prisma valt, valt het uiteen in de verschillende kleuren van de regenboog. Hete lichtbronnen zoals sterren zenden een bijna continu spectrum van licht uit.

Wanneer het licht van een ster door een wolk van materiaal gaat, wordt een deel van het licht geabsorbeerd en verschijnen er absorptielijnen in het spectrum. Dat materiaal kan de buitenste lagen van een ster zijn, een interstellaire gaswolk of een stofwolk. De zwarte absorptielijntjes heten fraunhoferlijnen. De plaats van die lijnen in het spectrum leert ons veel over de chemische samenstelling van een ster.

Fig. 1.16 Satellieten met een geostationaire (GEO), oblieke (HEO) en polaire (LEO) baan

oblieke baan

geostationaire baan

polaire baan

Fig. 1.17 Continue spectrum en absorptiespectrum

2.5.2 INFORMATIE OVER DE WARMTETOESTAND (TEMPERATUUR)

Uit de hoeveelheid energie die op verschillende golflengten wordt uitgestuurd, kunnen we de oppervlaktetemperatuur van een ster afleiden. Hoe korter de overheersende golflengte is, hoe hoger de temperatuur wordt. De kleur van de ster verschuift daarbij van rood over geel naar blauw.

2.6 TELEDETECTIE IN VERSCHILLENDE SPECTRAALBANDEN

De elektromagnetische straling afkomstig uit de kosmos, wordt door verschillende soorten telescopen opgevangen en digitaal verwerkt, net zoals in een digitaal fototoestel. Daarvoor gebruikt men een zogenaamde CCD-chip (Charge Coupled Device = ladinggekoppeld element, fig. 1.19a). Dat is een lichtgevoelig halfgeleiderelement opgebouwd uit een groot aantal siliciumdioden. Als er straling op valt, wordt de pixel afzonderlijk opgeladen. Die ladingen worden uitgelezen in de vorm van elektrische impulsen (fig. 1.19b). Om die straling zichtbaar te maken, wordt volgens de intensiteit van de straling een kleurencode toegevoegd (fig. 1.19c).

Fig. 1.18 Relatie tussen golflengte, temperatuur en kleur van de ster

Fig. 1.19 Digitale verwerking van beelden uit de kosmos

3 HET NUT VAN RUIMTEVAART

Heel wat mensen beseffen te weinig dat we in ons dagelijks leven afhankelijk zijn van de technologie van de ruimtevaart. Naast de directe toepassingen van ruimtetechnologie (zie 3.1), zijn er ook afgeleide toepassingen die hun oorsprong vinden in de ruimtevaart en nu alomtegenwoordig zijn. Dat noemen we spin-offs (zie 3.2).

3.1 TOEPASSINGEN

3.1.1 COMMUNICATIESATELLIETEN

Dankzij communicatiesatellieten kunnen we supersnel op het internet surfen en sportevenementen van over de hele wereld live bekijken. Tegenwoordig zijn dit soort satellieten voornamelijk nog nodig in afgelegen gebieden (waar geen reguliere communicatieinfrastructuur beschikbaar is) of in conflictgebieden. Het bedrijf SpaceX heeft sinds 2019 meer dan 3 000 satellieten in omloop gebracht in het Starlink-project. Dankzij die satellieten kan bijvoorbeeld Oekraïne blijven communiceren wanneer mobiele netwerken en landverbindingen uitvallen.

Opnames in de verschillende spectraalbanden van de elektromagnetische straling tonen ons telkens andere structuren, bijvoorbeeld in de Krabnevel.

Fig. 1.20 De Krabnevel in verschillende spectraalbanden

radiogolven infrarood zichtbaar licht

ultraviolet X-stralen gammastralen

3.1.2 WEERSATELLIETEN

Tegenwoordig kunnen we het weer vrij nauwkeurig voorspellen, zelfs voor een iets langere periode. Dat is mogelijk doordat satellieten ons foto’s van wolkenvelden doorsturen, waardoor meteorologen een beter inzicht krijgen in de weersomstandigheden.

3.1.3 SPIONAGESATELLIETEN

Spionagesatellieten hebben als doel informatie te verzamelen over mogelijk vijandige landen, om zo de veiligheid van het eigen land te garanderen. Daarnaast kan spionage ingezet worden voor economische of politieke doeleinden. Met behulp van deze satellieten kunnen gedetailleerde opnames van een terrein of een voorwerp gemaakt worden, zelfs tot ver over de eigen landsgrenzen heen.

3.1.4 OBSERVATIESATELLIETEN

Observatiesatellieten leveren een verhelderend globaal overzicht op van onze aarde en maken het tegelijk mogelijk om in te zoomen op details van bewoonde en onbewoonde gebieden op onze planeet. We gebruiken ze om bosbranden te monitoren en de toenemende vervuiling in zeeën en oceanen op te volgen. Bovendien kunnen we overzichtsbeelden krijgen van de vegetatiezones in de wereld, het smelten van de ijskappen, de uitbreiding van woestijnen, de versnelde afname van de oppervlakte van het tropisch regenwoud, enz.

Daarnaast maken observatiesatellieten het mogelijk om de situatie van het milieu op globale schaal in kaart te brengen. Zo kunnen we bijvoorbeeld de verspreiding van as in de atmosfeer bij vulkaanuitbarstingen opvolgen, de toename of afname van de ozonconcentratie meten en de wereldwijde opwarming van de atmosfeer (broeikaseffect) monitoren. Dat geeft wetenschappers en beleidsmakers waardevolle informatie om het milieu te beschermen en duurzame oplossingen te ontwikkelen.

3.1.5 NAVIGATIESATELLIETEN

Het gebruik van gps-systemen bij verplaatsingen is tegenwoordig vanzelfsprekend, maar die technologie is enkel mogelijk dankzij navigatiesatellieten die in een baan rond de aarde draaien.

Satellietnavigatie berust op een eenvoudig principe: je hebt een ontvangsttoestel nodig met een ingebouwde klok die gesynchroniseerd is met de atoomklok van de satellieten. De nauwkeurigheid van de plaatsbepaling hangt af van het aantal satellieten waarvan signalen ontvangen worden. Er zijn minstens vier satellieten nodig voor een betrouwbare plaatsbepaling. De vierde is nodig ter controle. Hoe meer satellieten, hoe nauwkeuriger de positie berekend wordt. Niet enkel het aantal satellieten, maar ook hun onderlinge positie bepaalt de nauwkeurigheid.

Fig. 1.22 Ruimtesatelliet die het weer monitort vanuit de ruimte

Fig. 1.24 Satellietbeeld van gletsjer en drijvende ijsblokken in Groenland (Copernicus Sentinel-data)

Fig. 1.25 Satellietbeeld voor onderzoek naar landschapsvormen in de woestijn in Namibië

Fig. 1.23 Detailopname spionagesatelliet

Satellieten sturen twee signalen naar jouw toestel: hun eigen positie rond de aarde en het exacte tijdstip van verzending. Die signalen reizen met een snelheid van 300 000 km/sec naar jouw toestel, dat ze iets later ontvangt. Het tijdsverschil wordt gebruikt om de afstand tot de satellieten en de hoogte van de satelliet te berekenen, zodat jouw ontvanger je coördinaten en hoogteligging kan bepalen. Om te achterhalen met welk navigatiesysteem je smartphone is verbonden, kun je de app Satellite Check installeren.

3.2 SPIN-OFFS

Men schat dat NASA de afgelopen 50 jaren meer dan 1 600 spin-offs ontwikkeld heeft. We geven enkele voorbeelden.

Miniaturisatie is een verzamelnaam voor microsysteemtechnologie en nanotechnologie. De onderdelen van toestellen worden steeds kleiner, soms tot op 1/1 000 000 mm (= 1 nanometer) grootte, zoals bij de productie van chiponderdelen. De ruimtevaart heeft door de noodzaak om componenten van satellieten zo licht, compact en efficiënt mogelijk te maken, veel bijgedragen aan de ontwikkeling van miniaturisatie.

De ontwikkeling van verschillende soorten gereedschap vindt haar oorsprong in de ruimtevaart. Denk bijvoorbeeld aan de snoerloze boormachine, die oorspronkelijk ontworpen was voor de Apollomissies naar de maan.

In de jaren 1960 ontwikkelde NASA voor het Apolloproject een technologie om maanfoto’s in alle details te kunnen bestuderen. Selfies maken, foto’s uploaden ... Het zou allemaal niet mogelijk zijn zonder deze technologie.

Fig. 1.26 en 1.27 Satellietnavigatie

juistepositie= puntopdeaarde

Fig. 1.28 Gps-kaart op display van digitale apparaten

Fig. 1.29 Voorbereiding nanomaterialen voor Scanning Electron Microscope (SEM) machine

Fig. 1.30 Zelfportret of selfie

De vooruitgang in digitale beeldbewerking is van onschatbare waarde voor de medische sector, waar het mogelijk is om MRI- en CT-scans op een scherm te visualiseren. Om die beelden te kunnen weergeven en verwerken, zijn enorme hoeveelheden gegevens nodig. De technologie achter die dataverwerking is afkomstig uit de ruimtevaart.

Uit de technologie van de Space Shuttle zijn niet alleen miniatuurhartpompen en materialen voor orthopedische geneeskunde (zoals kunstgewrichten) voortgekomen, maar ook bloeddrukmeters en hartmonitoren, die nu onmisbaar zijn.

De ruimtevaart ging op zoek naar nieuwe vormen van energie om de ruimtetuigen te voorzien van energie. De zon was de meest voor de hand liggende bron van energie die in het heelal beschikbaar was, en dus zocht men naar manieren om zonne-energie om te zetten in energie voor ruimtetuigen. In 1958 werd de eerste kunstmaan gelanceerd die was uitgerust met zonnepanelen. Tegenwoordig zijn zonnepanelen niet meer uit ons straatbeeld weg te denken.

De basis voor warmtedekens is de Mylarfolie. Dat is een gemetalliseerde, weerspiegelende en isolerende plastic folie die oorspronkelijk werd gebruikt om ruimtetuigen te beschermen tegen de hitte van de zon. De zogenaamde ‘space blankets’ werden voor het eerst gebruikt tijdens het Apollo-maanprogramma en bleken al snel een onmisbaar hulmiddel te zijn voor reddingswerkers.

3.3 NADELEN VAN RUIMTEVAART

Hoewel de voordelen van ruimtevaart niet te ontkennen zijn, zijn er ook enkele belangrijke nadelen die we niet over het hoofd mogen zien.

De enorme kostprijs van onderzoek, voorbereiding, lanceerbases, materiaal, enz.

Het gebrek aan duurzaamheid: veel dure, eenmalig gebruikte raketten.

Het is niet altijd veilig. Lijsten van ongevallen en incidenten met ruimtevaartuigen zijn vrij beschikbaar op het internet. Voor NASA is 1 februari een dag van herinnering. De organisatie herdenkt op die dag de mensen die zijn omgekomen bij verschillende missies.

Het is absoluut niet goed voor het milieu: niet alleen het brandstofverbruik en de uitlaatgassen bij de lancering zijn een probleem, maar ook de enorm kostbare grondstoffen die nodig zijn om het materiaal te maken. Bovendien liggen lanceerbasissen vaak in afgelegen natuurgebieden die hierdoor verstoord worden.

Het probleem van ruimte-afval. Veel ruimtetuigen blijven na gebruik (als de energie en/of het materiaal opgebruikt zijn of ze zich te ver van de aarde bevinden om nog signalen door te geven) in de ruimte rondzweven. Er zijn ondertussen erg veel objecten in de ruimte, zelfs een Tesla, die kunnen ontploffen of op elkaar botsen en dan in duizenden kleine brokstukken blijven rondvliegen en een nog groter gevaar vormen voor andere, nog werkende, satellieten en ruimtesondes. Het Europese ClearSpace heeft een project opgestart om ruimteafval op te kuisen.

Fig. 1.31 MRI-toestel

Fig. 1.32 Slachtoffer met warmtedeken

Fig. 1.33 Ruimtepuin

DE STRUCTUUR VAN HET HEELAL

ONDERZOEKSVRAGEN

HOE WORDEN AFSTANDEN IN HET HEELAL UITGEDRUKT?

HOE ONTSTAAN STERREN?

HOE IS HET HEELAL OPGEBOUWD?

1 AFSTANDEN IN HET HEELAL

Telescopen stellen ons in staat om objecten waar te nemen die zich op zeer grote afstanden in de ruimte bevinden. Die afstanden zijn zo enorm groot dat de kilometer als meeteenheid niet volstaat. Om afstanden van die grootteorde te kunnen beschrijven, gebruiken we daarom andere meeteenheden.

1.1 ASTRONOMISCHE EENHEID (AE)

Eén astronomische eenheid is de gemiddelde afstand tussen de zon en de aarde. Die afstand bedraagt ongeveer 150 000 000 kilometer. De gemiddelde afstand tussen de zon en Mars bedraagt ongeveer 1,5 AE, wat dus neerkomt op 225 000 000 kilometer. De AE wordt voornamelijk gebruikt om afstanden binnen ons zonnestelsel uit te drukken.

1.2 LICHTJAAR (LJ)

Om afstanden tussen sterren uit te drukken, is ook de AE een veel te kleine eenheid. Voor die afstanden gebruiken we meestal lichtjaren (lj). Een lichtjaar is geen tijdseenheid, maar de afstand die het licht in één jaar aflegt. Aangezien de snelheid van het licht ongeveer 300 000 km/s is, legt het in één jaar tijd een afstand af van 300 000 x 60 (sec) x 60 (min) x 24 (uur) x 365,25 (dagen) km of 9 467 280 000 000 of bijna 10 biljoen km. Ter vergelijking: de afstand tot Proxima Centauri, de dichtstbijzijnde ster na onze zon, bedraagt 4,3 lj. Dat betekent dat het licht van die ster er 4,3 jaar over doet om ons te bereiken aan een snelheid van 300 000 km/sec. In vergelijking hiermee bedraagt de afstand tussen de aarde en de zon slechts 8,3 lichtminuten (8 min en 20 sec) en die tussen de aarde en de maan slechts 1,3 lichtseconde.

Op iDiddit vind je een animatie over het lichtjaar.

Fig. 1.34 Eenheden om afstanden te meten in het heelal

2 HET ZONNESTELSEL

Het zonnestelsel is het geheel van planeten, asteroïden en kometen dat rond de zon draait. Zij blijven in hun banen door de intense zwaartekracht die de ster uitoefent vanwege zijn massa, die veel groter is dan die van welke planeet dan ook in het zonnestelsel. De aarde is een planeet en de zon is de ster die het dichtst bij ons staat. Ze verschilt niet van de sterren die wij ook ’s nachts aan de hemel zien schitteren.

2.1 ONTSTAAN VAN ONS ZONNESTELSEL

- De zon is een ster die ontstaan is in een stof- en gasnevel in het heelal, de zonnenevel.

- Door de zwaartekracht begon de stof- en gasnevel samen te trekken, maar aangezien de materie in de nevel niet gelijk verdeeld was, gebeurde dat heel onregelmatig.

- Door de onregelmatige samentrekkingen begon het geheel rond te draaien.

- Als gevolg van het draaien, werd de nevel afgeplat tot een schijf met een centrale bol.

De centrale bol trok verder samen. Van zodra de temperatuur en dichtheid hoog genoeg waren voor kernfusie, ontstond er een nieuwe ster: de zon was geboren.

Ondertussen klonterden verschillende materiedeeltjes in de platte schijf samen tot honderden beginnende planeten, de planetesimalen.

Die hadden afmetingen variërend tussen een centimeter en enkele kilometers in doorsnede. Het waren vormloze massa’s die nog niet genoeg zwaartekracht bezaten om een bolvorm aan te nemen.

De straling van de zon blies alle lichtere elementen weg, waardoor de vaste klonters materie met elkaar botsten en de terrestrische planeten of rotsplaneten vormden.

De grote hoeveelheid gas in de buitenste zone vormde de grote gasplaneten, de gasreuzen

2.2 BOUW VAN DE ZON

De zon is veruit het belangrijkste hemellichaam in het zonnestelsel. Ze bevat 99,7 % van alle massa in het zonnestelsel. In de kern van de zon loopt de temperatuur op tot 15 miljoen °C en grijpt er kernfusie plaats, waarbij waterstofkernen fuseren tot heliumkernen. Daarbij komt er een grote hoeveelheid stralingsenergie vrij, die na ongeveer één miljoen jaar het zonneoppervlak verlaat onder de vorm van elektromagnetische straling. Het zonneoppervlak, de fotosfeer, heeft een

temperatuur van ongeveer

6 000 °C en geeft de zon haar witgele kleur. Soms zijn er donkere vlekken te zien op de fotosfeer, waar de temperatuur ‘slechts’

4 000 °C bedraagt: dat zijn zonnevlekken (fig. 1.36).

Fig. 1.35 Vorming van het zonnestelsel

Fig. 1.37 De bouw van de zon

protuberans

De chromosfeer is de onderste laag van de atmosfeer van de zon en sluit aan bij de fotosfeer. Door de hoge druk en temperatuur kan er zonnematerie vanuit de chromosfeer de ruimte in worden geslingerd: dat noemen we protuberansen (fig. 1.38). Die zijn lusvormig doordat de zwaartekracht van de zon de zonnematerie terug naar de zon toetrekt. De zonnevlekken zijn de in- en uitgangen van de zonnevlammen.

Zonnewind is de stroom van geladen deeltjes of zonnematerie die ontsnapt van het oppervlak van de zon. Gelukkig voorkomt het aardmagnetisch veld dat die deeltjes op aarde terechtkomen en schade aanrichten.

Bij een totale zoneclips wordt de corona (fig. 1.39) zichtbaar. Dat is het buitenste deel van de zonneatmosfeer en ze bestaat uit een gloed van hete en ijle gassen die een helderwitte kleur hebben.

De zon doorloopt een elfjarige cyclus van zonneactiviteit: de zonnecyclus. Tijdens die cyclus neemt het aantal zonnevlekken eerst toe en daarna weer af. Tijdens een periode van grote activiteit, het zonnemaximum, zijn er veel zonnevlekken en bijgevolg veel protuberansen. Dat betekent dat er meer deeltjes via de zonnewind onze richting uitkomen en er meer kans is op poollicht en zonnestormen. Perioden met weinig zonnevlekken worden zonneminima genoemd.

Fig. 1.38 Chromosfeer met protuberansen Fig. 1.39 Corona

Fig. 1.40 De zon met fotosfeer, chromosfeer, zonnevlekken en protuberansen

Fig. 1.42 Compilatie van de zonnecyclus van 2010 tot 2020 (bron: ESEREO)

Fig. 1.41 Elfjarige cyclus van zonneactiviteit

2.3 PLANETEN IN ONS ZONNESTELSEL

Een planetenstelsel bestaat uit een ster (of meerdere sterren) en de planeten die eromheen draaien. Ons eigen planetenstelsel wordt het zonnestelsel genoemd en bevat heel veel objecten die variëren in grootte. Er zijn drie voorwaarden om van een planeet te spreken: het object draait in een baan om de zon, het moet voldoende massa hebben om door de eigen zwaartekracht een bolvorm aan te nemen en het heeft het puin in zijn baan opgeruimd. Dwergplaneten draaien rond de zon en zijn rond, maar ze hebben hun baan niet opgeruimd. Manen zijn hemellichamen die in een baan rond een planeet draaien. Planeten hebben geen, één of meerdere manen.

De planeten Mercurius, Venus, Aarde en Mars zijn terrestrische planeten met een vast oppervlak waarop je kunt staan. Deze aardse planeten met een steenachtige samenstelling zijn ontstaan in de buurt van de zon. De intense warmte van de zon en de invloed van de zonnewind, een stroom van geladen deeltjes die ontsnapt van het oppervlak van de zon, hebben ervoor gezorgd dat de vluchtige stoffen grotendeels zijn verdampt. Daardoor bevatten deze planeten een groter aandeel vaste stoffen dan de planeten in het buitenste deel van ons zonnestelsel. De aardse planeten hebben weinig of geen natuurlijke manen. Onze aarde heeft er één: de maan. De planeten Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus zijn gasreuzen zonder vast oppervlak. Ze worden ook wel Joviaanse planeten genoemd. De gasreuzen zijn ontstaan bij een lagere temperatuur. Ze hebben veel natuurlijke satellieten. Voor de planeten geldt: hoe verder van de zon, hoe groter de omlooptijd. De rotatietijd (tijd waarin ze om de eigen as draaien) verschilt sterk per planeet.

Planeten stralen zelf geen licht uit. We kunnen ze enkel waarnemen doordat ze het licht van de zon weerkaatsen. Als je in de tabel de temperatuur van de verschillende planeten bekijkt, zie je dat Mars de enige planeet is die in theorie bewoonbaar zou kunnen zijn. De atmosfeer op Mars is echter veel te ijl (100 keer ijler dan op aarde) en bovendien duurt een reis naar Mars wel 6 tot 8 maanden.

In april 2023 werd de Jupiter Icy Moons Explorer (zie 2.3.2 in hoofdstuk 1) gelanceerd voor een missie naar de grootste manen van Jupiter: Io, Europa, Ganimedes en Callisto. Het doel van die missie is het opsporen van aanwijzingen voor potentieel leven. De maan Europa heeft een glad oppervlak van ijs, waarvan wetenschappers vermoeden dat er een oceaan van vloeibaar water onder verborgen ligt. Dat maakt de maan Europa tot een van de meest veelbelovende kandidaten in de zoektocht naar buitenaards leven.

Binnen het zonnestelsel neemt onze planeet een unieke plaats in. Ze ligt in de bewoonbare zone van ons zonnestelsel, niet te ver (te koud) of te dicht (te warm) bij de zon. Verder heeft ze de juiste omvang, opbouw en samenstelling en is er water in vloeibare toestand aanwezig. Die kenmerken maken leven op aarde mogelijk.

ONS ZONNESTELSEL

2.4 PUINGORDELS IN ONS ZONNESTELSEL

Tussen Mars en Jupiter bevindt zich een gordel met brokstukken, planetoïden genaamd. Ceres is één van de grootste. Op 26 januari 2023 passeerde een planetoïde op amper 3 600 km afstand van de aarde.

Voorbij Neptunus bevindt zich de Kuipergordel: een zone tussen 30 en 100 AE met duizenden zeer kleine ijsplaneetjes (ook wel TNO’s of Trans Neptune Objects genoemd). Vier daarvan (Pluto, Makemake, Eris en Haumea) worden ingedeeld bij de dwergplaneten. Dwergplaneten hebben niet genoeg massa om hun baan schoon te maken van andere objecten en bewegen niet in hetzelfde vlak als de aarde rond de zon. Het is goed mogelijk dat er in de toekomst nog meer dwergplaneten in deze gordel ontdekt zullen worden.

De Oortwolk is een bolvormige stofgordel die bestaat uit overblijfselen van de nevel waaruit ons zonnestelsel is ontstaan. Ze bevindt zich op 30 000 AE tot 100 000 AE van de zon.

Je kunt het je voorstellen als een enorme bel met dikke wanden gemaakt van ijzige stukjes ruimtepuin ter grootte van bergen en soms nog groter. Aangezien er nog geen objecten zijn waargenomen in de verre Oortwolk zelf, blijft het voorlopig een theoretisch concept.

Fig. 1.43 Het zonnestelsel, met aan de rand de Oortwolk

Fig. 1.44 Structuur van ons zonnestelsel

Buiten de zon en de planeten zijn er nog andere objecten in ons zonnestelsel die we kunnen waarnemen met het blote oog of een telescoop. Kometen en meteoroïden zijn de buitenbeentjes in het zonnestelsel.

In de bovenste lagen van de atmosfeer worden vooral in de poolgebieden regelmatig intense lichtverschijnselen waargenomen die poollicht (aurora borealis) genoemd worden. Dat oplichten van de ionosfeer is vergelijkbaar met een tl-buis of neonreclame die licht uitstraalt als er stroom op wordt gezet. De elektriciteit die het poollicht veroorzaakt, is afkomstig van de zon. Het zijn elektronen en protonen die met de zonnewinden worden meegevoerd, door het magnetisch veld van de aarde opgevangen worden en zo in de atmosfeer terechtkomen. Bij dat proces van magnetische afbuiging op zeer grote hoogte boven het aardoppervlak, worden de zonnedeeltjes nog eens versneld en botsen ze met hoge energie op de losse zuurstof- en stikstofatomen en -ionen die hoog in de atmosfeer rondzwerven.

magnetisch veld

Elektrisch geladen deeltjes van de zon reageren met zuurstof en stikstof van de atmosfeer rode en groene kleuren

poollicht

De energie die de luchtdeeltjes bij die botsingen ontvangen, stralen ze even later weer uit als zichtbaar licht. Zuurstof geeft daarbij groen en rood licht en stikstof meestal roze en blauwviolet licht. Er is ook poollicht waargenomen bij Jupiter, Saturnus, Venus en Mars en ook bij sommige van hun manen.

Meteoroïden zijn brokstukken die afkomstig zijn van kometen of planetoïden en door de ruimte zweven. Ze variëren in grootte, van stofdeeltjes tot kilometersdikke objecten, en bestaan uit vast gesteente of ijzer. Wanneer meteoroïden de dampkring binnendringen, ontstaan meteoren, beter bekend als ‘vallende sterren’, doordat ze verschroeien door de wrijving met de luchtdeeltjes.

Een meteoriet is een meteoroïde die niet volledig verschroeid is in de atmosfeer en het aardoppervlak bereikt. Sommige meteorieten verdampen door de enorme kracht van de inslag, maar andere kunnen wel degelijk teruggevonden worden. Door de enorme impact van de inslag kan een inslagkrater ontstaan. De bekendste is wellicht de Chicxulubkrater in de Golf van Mexico, die het gevolg is van de meteoriet die zo’n 66 miljoen jaar geleden het einde betekende van het tijdperk van de dinosauriërs. De maan en Mercurius hebben veel inslagkraters doordat ze geen beschermende dampkring hebben.

Fig. 1.47 De Chicxulubkrater

Fig. 1.46 Poollicht in Canada

zon

poollicht

elektronen en ionen

zonnewind

Fig. 1.45 Het ontstaan van poollicht

Kometen verschijnen als een ‘staartster’ aan de hemel. De kern, 1 tot 10 km groot, bestaat uit ijs en stof, ook wel ‘vuile sneeuwbal’ genaamd. Kometen volgen een baan rond de zon die hen vrij dicht bij de zon brengt. Wanneer de komeet dicht bij de zon is, sublimeert het ijs. Daardoor ontstaat een wolk van gas en stof die zich uitstrekt tot 1 miljoen km rond de kern: de coma. Het meest opvallende deel van de komeet is de staart. Kometen hebben twee staarten: een witgele stofstaart doordat de stofdeeltjes het zonlicht weerkaatsen en een blauwe plasmastaart die bestaat uit geladen deeltjes die door de zonnewind worden weggeblazen. De staart kan tot 150 miljoen kilometer lang zijn. Door de zonnewind is de staart altijd weggericht van de zon.

De Kuipergordel is de bron voor kometen met een korte omlooptijd rond de zon. Kometen met een langere omlooptijd zijn vermoedelijk afkomstig uit de Oortwolk.

Doordat komeetbanen kriskras tussen de banen van de planeten lopen, trekt de aardbaan vaak door de staart van een komeet. Het stof blijft in langgerekte sporen de baan van de komeet volgen. Wanneer een planeet door zo’n stofspoor trekt, komen de stofdeeltjes, meteoroïden genaamd, op die planeet terecht. Bij de aarde (en andere planeten die door een dampkring beschermd worden) verschijnen ze onder de vorm van meteoren, in de volksmond ‘vallende sterren’ genoemd. Aangezien het hier om een hele stofwolk gaat die de atmosfeer binnenkomt en verdampt, spreken we van een meteorenzwerm. De bekendste jaarlijks terugkerende voorbeelden zijn de Perseïden, die midden augustus uit het sterrenbeeld Perseus lijken te vallen, en de Leoniden, die midden november uit het sterrenbeeld Leo of Leeuw lijken te vallen.

3 DE OPBOUW VAN HET HEELAL

3.1 STERRENSTELSELS OF GALAXIEËN

3.1.1 SOORTEN STERRENSTELSELS OF GALAXIEËN

Een sterrenstelsel of galaxie is een groep van sterren die relatief dicht bij elkaar staan en door de zwaartekracht bijeengehouden worden. Ons eigen sterrenstelsel, waartoe ook onze zon behoort, wordt het Melkwegstelsel genoemd. Wanneer we naar de hemel kijken, zien we een band van licht die we de Melkweg noemen. Dat is eigenlijk de projectie van het Melkwegstelsel op de hemelkoepel.

Fig. 1.49 Komeet Neowise, Ottowa, Canada (2022)

baan van de aarde

kern van de komeet aphelium

Fig. 1.48 Komeetbaan kruist de baan van de aarde

Astronomen delen de galaxieën in drie hoofdtypes in:

- Elliptische stelsels worden aangeduid met de letter E, gevolgd door een cijfer dat de mate van afplatting aangeeft. Een nul staat voor een vrijwel rond stelsel, terwijl zeven wijst op een sterke afplatting. Tegenwoordig gaat men ervan uit dat elliptische stelsels ontstaan door kleinere sterrenstelsels op te slokken.

- Spiraalstelsels worden verdeeld in gewone spiralen (aangeduid met S) en balkspiralen (aangeduid met SB). Dat onderscheid wordt gemaakt op basis van het punt waaruit de spiraalarmen ontspringen: ofwel vanuit een ronde kern (gewone spiralen), ofwel vanuit de uiteinden van een centrale balk (balkspiralen). De kleine letters (a, b, c) geven de grootte van de kernen aan (a: grote kern - c: kleine kern) en daarmee meteen ook de mate van opwinding van de spiraalarmen rond de kern (a: sterk opgewonden - c: zeer los).

- Onregelmatige stelsels bestaan uit een vrij chaotische verzameling sterren, waarbij geen duidelijke ellips- of spiraalstructuur zichtbaar is.

3.1.2 HET MELKWEGSTELSEL

De vorm van ons Melkwegstelsel is onderwerp van discussie en onderzoek. In het verleden werd aangenomen dat het Melkwegstelsel een normaal spiraalstelsel was. Na nieuwe waarnemingen gaat men er tegenwoordig steeds meer van uit dat we ons eigenlijk in een balkspiraalstelsel bevinden.

Er zijn naar schatting tussen de 100 miljard en 400 miljard sterren in het Melkwegstelsel. Er zijn uiteraard ook talloze planeten gevormd tijdens het ontstaan van deze sterren.

Het Melkwegstelsel heeft een diameter van ongeveer 100 000 lichtjaar en een dikte van ongeveer 20 000 lichtjaar. Onze zon bevindt zich in één van de spiraalarmen van het Melkwegstelsel, namelijk de Orionarm, en ze staat ongeveer 27 400 lichtjaar verwijderd van het centrum van het Melkwegstelsel.

Net zoals planeten rond een ster draaien, draaien sterrenstelsels rond hun kern. Onze zon draait met een snelheid van ongeveer 210 km/sec om het centrum van het Melkwegstelsel. Het duurt ongeveer 225 miljoen jaar voordat de zon een volledige omloop om het centrum heeft voltooid.

Fig. 1.50 Soorten sterrenstelsels

Fig. 1.51 Impressiebeeld van het Melkwegstelsel

Fig. 1.52 Afmetingen van het Melkwegstelsel

3.2 INTERSTELLAIRE MATERIE EN NEVELS

3.2.1 DIFFUSE NEVELS

Nevels zijn diffuse objecten die zich tussen de sterrenstelsels bevinden en voornamelijk bestaan uit gas, stof en plasma. De nevels die zich binnen ons Melkwegstelsel bevinden, zijn de galactische nevels.

Ze bestaan uit drie hoofdtypes:

- Absorptienevels of donkere nevels zijn stofwolken die het licht van verder weg gelegen sterren verzwakken of zelfs volledig absorberen.

- Reflectienevels zijn betrekkelijk koele gas- en stofwolken die het licht van naburige sterren weerkaatsen en verstrooien.

- Emissienevels zijn nevels die zelf zichtbare straling uitzenden.

Daarnaast zijn er extragalactische nevels die geen deel uitmaken van het Melkwegstelsel en eigenlijk gewoon andere sterrenstelsels zijn die ten onrechte door de vroegere telescopen als nevels aanzien werden. Een voorbeeld is de Andromedanevel, één van onze dichte buren, die met het blote oog waar te nemen is aan de rand van het sterrenbeeld Andromeda.

3.2.2 PLANETAIRE NEVELS

Planetaire nevels kunnen uiteenlopende vormen aannemen. Soms lijken ze op bolletjes, rookkringetjes, zandlopers of zeepbellen, terwijl andere vleugels van gas lijken te hebben. Eén van de bekendste planetaire nevels is de Ringnevel, die zijn naam alle eer aandoet. Deze nevel is één van de mooiste in zijn soort. Doordat planetaire nevels lijken op planeten, heeft men ze vroeger de naam ‘planetaire nevels’ gegeven. In werkelijkheid zijn het gassen die vrijgekomen zijn tijdens de krimping van een ster tot een witte dwerg (fig. 1.56). De witte dwerg is in het midden te zien, met de afgestoten gassen eromheen.

3.2.3 SUPERNOVARESTANTEN

Bij de explosie van een grote ster (supernova) worden grote gasmassa’s met gigantische snelheden de ruimte in gestoten. Een bekend voorbeeld van een supernovarestant is de Krabnevel in het sterrenbeeld Stier. Die zet uit met een snelheid van 1 000 km/sec. Daaruit heeft men berekend dat de explosie in het jaar 1054 heeft plaatsgevonden. Dat komt overeen met oude Chinese geschriften die het hebben over een nieuwe ster in het sterrenbeeld Stier die zelfs overdag zichtbaar was.

Fig. 1.53 De Paardenkopnevel is een absorptienevel.

Fig. 1.54 Reflectienevels in de buurt van de Pleiaden

Fig. 1.55 De Californische nevel is een emissienevel.

Fig. 1.56 Ringnevel

Fig. 1.57 Krabnevel

4 DE STRUCTUUR VAN HET HEELAL

Om een beter begrip te krijgen van de onvoorstelbaar grote afstanden en opmerkelijke structuren in het heelal, bouwen we hieronder stapsgewijs een schaalmodel op. We starten bovenaan op figuur 1.58, met de straal van de aarde als eerste referentieafstand.

A Onze planeet is met een straal van ongeveer 6 378 km een relatief kleine planeet. De straal van Jupiter is bijvoorbeeld 12 keer groter dan die van de aarde.

B Wanneer we uitzoomen tot een cilinder met een straal van 1 AE, zien we de zon met opeenvolgend Mercurius, Venus en ten slotte de Aarde.

C We zoomen nog verder uit, tot een straal van 30 AE, de afstand van de zon tot Neptunus. In kilometer is dat 30 x 150 x 106 km = 4,5 x 109 of 4,5 miljard km. Nu zien we alle planeten, maar wel met enige vertraging. Zo nemen we Neptunus waar met een vertraging van 240,7 minuten, wat neerkomt op 4 uur.

D Wanneer we nog verder uitzoomen, naar een straal van 10 lj, zien we 11 sterren. Dat zijn onze dichtste buren. De dichtstbijzijnde ster bevindt zich op 4,3 lichtjaar afstand. Ook bij die sterren buiten ons zonnestelsel horen planeten, het zijn de exoplaneten.

E Een volledig begrip van ons sterrenstelsel, het Melkwegstelsel, vereist dat we uitzoomen tot een straal van 50 000 lichtjaar. Dat betekent dat het Melkwegstelsel een diameter heeft van 100 000 lj, of 9,5 x 1017 km. Wij bevinden ons samen met onze dichtste buren in de Orionarm, één van de armen van het Melkwegstelsel. Het Melkwegstelsel bevat naar schatting 100 tot 400 miljard sterren, en nog veel meer planeten.

F Het Melkwegstelsel en onze dichtste buur de Adromedanevel (heel gelijkend en nabij) vormen samen met 28 andere sterrenstelsels een cluster. Wij behoren tot de cluster met de naam Lokale Groep.

G Het heelal bevat naar schatting minstens 2 biljoen sterrenstelsels zoals ons Melkwegstelsel, die allemaal verschillende vormen en groottes hebben. Men schat dat het ‘waarneembare heelal’ een bol is met een diameter van ongeveer 92 miljard lichtjaar. Bovendien bevat het waarschijnlijk veel ‘donkere materie en energie’, die we moeilijk kunnen waarnemen. We hebben slechts een beperkt begrip van vermoedelijk zo’n 5 % van het heelal. Met behulp van speciale camera’s konden de Hubble-ruimtetelescoop en zijn opvolger de James Webb-ruimtetelescoop beelden maken tot de verst waarneembare objecten in het universum.

De afstand aarde-zon: afgerond 150 miljoen km of 1 AE.

De gemiddelde straal van de aarde bedraagt 6378 km. De afstand zon – Neptunus bedraagt 30 AE.

Proxima Centauri

Andromedanevel

2,55 miljoen lj van de zon

Op een afstand tot 20 lj van ons bevinden zich maar enkele sterren. De dichtste is Proxima Centauri. Als we de zon als een bolletje van 1 cm voorstellen, zou deze ster nog op 290 km staan. Er is dus veel ‘lege’ ruimte in het heelal.

Ons sterrenstelsel noemen we het Melkwegstelsel. Het heeft de vorm van een balkspiraal. We bevinden ons in de Orionarm, 26 000 lj van het centrum van het Melkwegstelsel.

De JWST Space Telescope slaagde erin dit uiterst klein stukje van het heelal uit te vergroten tot een kluwen van jonge sterrenstelsels. Dit beeld toont het heelal zoals het er 13 miljard jaar geleden uitzag.

Ons sterrenstelsel is maar één puntje in een groter geheel van honderden miljoenen sterrenstelsels.

Fig. 1.58 De bouw van het heelal

5 DE INDELING VAN STERREN

Uit waarnemingen blijkt dat elke ster unieke eigenschappen heeft qua helderheid en kleur. Die eigenschappen worden gebruikt in het Hertzsprung-Russelldiagram om sterren in te delen. In dat diagram wordt de oppervlaktetemperatuur van een ster weergegeven op de horizontale as. Die temperatuur bepaalt de kleur van de ster. Op de verticale as wordt de absolute helderheid van de ster aangegeven. Daarbij wordt de helderheid van andere sterren vergeleken met die van de zon, waarvan de helderheid 1 is en als referentie dient.

Ongeveer 90 % van de sterren bevindt zich in de hoofdreeks, een brede diagonale strook in het diagram. In de hoofdreeks is er een direct verband tussen temperatuur en helderheid. Blauwe reuzen zijn bijvoorbeeld heel helder en heet, terwijl rode dwergen koeler zijn en lichtzwak. Onze zon, die ook een ster is, bevindt zich ergens in het midden van de hoofdreeks.

1zonneradius

0,1zonneradius

10–2zonneradius

10–3zonneradius

Bij sterren die zich buiten de hoofdreeks bevinden, is vooral de grootte bepalend voor de helderheid. Dit omvat onder andere heel heldere superreuzen en heldere rode reuzen. Beide typen sterren zijn relatief koel. De witte dwergen zijn heet, maar minder helder.

6 DE LEVENSLOOP VAN EEN STER

De levensloop van een ster kan worden samengevat in de volgende stappen:

Fig. 1.59 Hertzsprung-Russeldiagram

Fig. 1.60 De evolutie van sterren

1 Eerst zijn er enorm grote gaswolken van waterstof, de kraamklinieken voor sterren, bijvoorbeeld de Pillars of creation.

2 De materie in de gaswolk trekt samen door de zwaartekracht. Daardoor stijgen de temperatuur en de druk en stort de gaswolk in. Dat leidt tot de vorming van een protoster en protoplaneten. Dat proces kan tot wel 10 miljoen jaar duren, tot de temperatuur en druk zo hoog zijn dat waterstof in helium wordt omgezet.

3 Bij die fusie gaat een beetje massa verloren, die wordt omgezet in zeer veel energie (E = mc2). Zo komt o.a. lichtstraling vrij vanuit het centrum. Wanneer dat licht door het oppervlak dringt, wordt de ster geboren.

LICHTE STERREN (ZOALS DE ZON)

4 Er is een lichte ster geboren. Lichte sterren zoals onze zon kunnen gedurende ongeveer 10 miljard jaar de toestand van kernfusie volhouden, tot het moment dat al hun waterstof is omgezet in helium. Aangezien de zon ongeveer 5 miljard jaar oud is, bevinden we ons nu ongeveer halfweg haar levensduur.

5 Wanneer de waterstof in de kern van een lichte ster zoals de zon op raakt, stopt de energieproductie en zwelt de ster op tot wel honderd keer zijn oorspronkelijke grootte. Daarbij daalt de temperatuur en wordt de ster een rode reus

6 De buitenste schillen van de ster worden weggeblazen en er ontstaat een planetaire nevel

7 De rest stort in tot een kleine bol met hoge dichtheid, de oorspronkelijke kern van de ster, bekend als een witte dwerg, die uiteindelijk ook zal verdwijnen.

ZWARE STERREN

8 Er is een zware ster geboren. Een zware ster heeft een heel hoge massa en blijft in het centrum alsmaar zwaardere elementen maken (tot element Fe).

9 Wanneer het kernfusieproces stopt (Fe vraagt energie i.p.v. er te leveren), valt de interne druk weg. De zwaartekracht wint, waardoor het centrum instort.

10 Dat gaat gepaard met een enorme explosie, een lichtflits genaamd supernova

11 Het restant van de ster evolueert uiteindelijk tot een neutronenster of, in het geval van nog meer massa, tot een zwart gat

Fig. 1.61 The Pilars of creation

4 waterstofatomen 4 ‘H 1 heliumatoom ‘HE energie

Fig. 1.62 De geboorte van een ster

Fig. 1.63 De evolutie van de zon van gele dwerg naar rode reus

Fig. 1.64 Een zwart gat

ONTSTAAN EN EVOLUTIE VAN

HET HEELAL

ONDERZOEKSVRAGEN HOE IS HET HEELAL ONTSTAAN? HOE

1 DE EVOLUTIE VAN HET HEELAL

De meest gangbare verklaring voor de oorsprong van het heelal is de Big Bang of oerknaltheorie, ontwikkeld door Lemaître en Hubble. Die theorie stelt dat het huidige heelal ongeveer 13,8 miljard jaar geleden ontstond vanuit een minuscuul puntje, dat bekend staat als singulariteit. Dat punt had een extreem hoge straling, temperatuur en druk, en bevatte alle materie die er bestaat. Het heelal was vergelijkbaar met een belletje, kleiner dan een speldenkop, maar heter en zwaarder dan we ons kunnen voorstellen.

HET VERLEDEN

1 Door de hoge druk en temperatuur in het puntje waar alle materie was samengeperst, vond er een gigantische explosie plaats die bekend staat als de oerknal. Daardoor maakte het heelal direct na de oerknal een fase van exponentiële uitbreiding door. Gedurende dit minuscule tijdsinterval zou het heelal tussen de 1030 en 10100 keer zo groot zijn geworden.

2 Tijdens de expansie werden deeltjes alle richtingen uit gezonden, waardoor het heelal veranderde in een ziedend hete soep van elektronen en andere deeltjes.

Fig. 1.65 Het heelal van oerknal tot toekomst

3 Naarmate het heelal uitbreidde, nam de temperatuur af. In minder dan 1 seconde werden protonen en neutronen (bouwstenen van atomen) gevormd uit de allerkleinste deeltjes. Het heelal was nog steeds te heet om atomen te vormen, waardoor geladen elektronen en protonen verhinderden dat er licht kon schijnen. Het heelal was een superhete mist, een grote ondoorzichtige vuurbal.

4 Ongeveer 100 seconden na de oerknal was de temperatuur voldoende gedaald zodat de eerste atoomkernen konden ontstaan. Het duurde 380 000 jaar voordat elektronen in banen rond kernen draaiden en de eerste atomen vormden. Vanaf dan kon er licht ontsnappen: het heelal werd transparant.

5 Zwaartekracht zorgde ervoor dat waterstof en helium zich tot gigantische wolken vormden, nevels genaamd, waarin sterren en sterrenstelsels ontstonden.

6 De oudst waargenomen sterrenstelsels werden ongeveer 500 miljoen jaar na de oerknal gevormd. De James Webb-telescoop heeft daarvan de recentste beelden gemaakt. Ook ons Melkwegstelsel is in die tijd ontstaan.

7 Terwijl sterrenstelsels zich groepeerden onder invloed van de zwaartekracht, stierven de eerste sterren in een gas- en stofwolk en stootten daarbij zware elementen zoals ijzer, koolstof en aluminium de ruimte in. Dat zorgde voor een enorme aanmaak van nieuwe sterren.

8 Ongeveer 9 miljard jaar na de oerknal begon de expansie van het heelal te versnellen.

9 Ons zonnestelsel en de aarde ontstonden 9,2 miljard jaar na de oerknal, ongeveer 4,6 miljard jaar geleden.

HEDEN

Sinds de oerknal is er 13,8 miljard jaar verstreken.

DE TOEKOMST

10 Over ongeveer 5 miljard jaar zullen de Andromedanevel en het Melkwegstelsel fusioneren. Vervolgens zal over 6 miljard jaar (ongeveer 20 miljard jaar na de oerknal) onze zon uitzetten of opzwellen. Ons zonnestelsel zal uiteindelijk een stof- en gasnevel vormen.

11 Wanneer sterren aan het einde van hun leven komen, stoten ze een groot deel van hun materie af in stofen gasnevels, de kraamkamers voor nieuwe sterren. Afhankelijk van de oorspronkelijke grootte van een ster, krimpt de rest tot een witte dwerg, neutronenster of zwart gat.

12 Door de enorme expansie van het heelal worden de brokstukken en gassen van de sterren steeds verder uit elkaar gedreven.

13 Over 1 000 miljard jaar zullen de laatste sterren uiteendrijven.

14 De gassen van de sterren zijn in het expanderende heelal zo verspreid dat ze niet meer samentrekken tot sterren of planeten.

15 Het heelal is een uitgestrekte en uiterst koude ruimte zonder sterren of planeten.

2 MOGELIJKE SCENARIO’S OVER DE TOEKOMST VAN HET HEELAL

Wetenschappers zijn het nog niet helemaal eens over hoe het heelal verder zal evolueren. Die evolutie is afhankelijk van de aanwezigheid van al dan niet voldoende gekende materie, donkere materie en donkere energie, dus voldoende of onvoldoende zwaartekracht tussen de materie onderling.

Het gesloten heelal of de Big Crunch: Als er genoeg materie aanwezig is, kan de zwaartekracht uiteindelijk de overhand krijgen en de uitdijing van het heelal stoppen. Het heelal zou dan beginnen krimpen en sterren, planeten en sterrenstelsels zouden op elkaar botsen. Wanneer alle materie zich weer in één punt concentreert, kan het opnieuw tot een oerknal komen, waarna het hele proces zich herhaalt. We spreken in dat geval over een cyclisch heelal.

Het vlakke of statische heelal: Het heelal zou steeds langzamer kunnen uitdijen, totdat de uitdijing constant blijft.

Het open heelal: De meest waarschijnlijke theorie op basis van recente waarnemingen is dat er niet genoeg materie aanwezig is om de zwaartekracht te overwinnen en de uitdijing te stoppen.

Dat leidt tot het scenario van het uitdijende heelal. Er zijn twee mogelijkheden: - Bij de Big Chill gebeurt de expansie lineair, de uitdijing blijft dus aan hetzelfde tempo verdergaan.

- De Big Rip is de theorie waarbij de uitdijing van het heelal versnelt en het heelal uiteindelijk uiteenvalt.

Big Crunch

Big Chill

Big Rip

Fig. 1.66 Mogelijke toekomstscenario’s van het heelal

3 BEWIJZEN VAN DE OERKNALTHEORIE

3.1 DE ECHO VAN DE OERKNAL

Ongeveer 380 000 jaar na de oerknal begonnen de eerste atomen, voornamelijk waterstof en in mindere mate helium, zich te vormen. Als gevolg daarvan werd de ruimte doorzichtig en ontkoppelde de straling zich van materie. Straling en licht verplaatsten zich zo goed als ongehinderd door de ruimte met de snelheid van het licht (300 000 km/sec).

De hemel straalt in alle richtingen microgolfstraling uit. Opmerkelijk is dat die straling heel gelijkmatig over de hemel is verdeeld en nauwkeurig overeenkomt met de straling van een object met een temperatuur van 2,73 K (-270,42 °C). Bij het absolute nulpunt, 0 K, zou er geen energie-uitstraling meer zijn. Als gevolg van de uitdijing van het heelal neemt de intensiteit van de straling af. De kosmologische roodverschuiving zorgt ervoor dat wat oorspronkelijk uv, infrarood en zichtbaar licht waren, ons nu als microgolven bereikt.

Dit onderzoek leerde ons ook dat het heelal is samengesteld uit 4,9 % gewone (gekende) materie, 26,8 % donkere materie en 68,3 % donkere energie.

Figuur 1.67 toont de minimale temperatuurverschillen in het jonge heelal. Hoe roder, hoe warmer en hoe blauwer, hoe koeler. De waarnemingen hebben een resolutie van 1 miljoenste graad.

Fig. 1.67 Kosmische microgolfachtergrondstraling (opname Planck)

Fig. 1.68 Samenstelling heelal

Fig. 1.69 De geschiedenis van het heelal zoals ontdekt door WMAP, met voorstelling van de achtergrondstraling

3.2 DE ROODVERSCHUIVING

Tijdens onderzoek van het zichtbare spectrum van sterren (zie p. 19), ontdekte men dat de fraunhoferlijnen niet exact op hun verwachte plaats bleven. Ze vertoonden een lichte verschuiving naar de rode of blauwe kant van het spectrum.

beweegt naar je toe: blauwverschuiving

beweegt niet

Als gevolg van het Dopplereffect ontstaat de eenvoudigste vorm van rood- en blauwverschuiving:

- Roodverschuiving: De lichtbron gaat steeds verder weg van de waarnemer. De gemeten golflengte van het licht wordt langer en de frequentie lager. De fraunhoferlijnen verschuiven in de richting van het rood.

- Blauwverschuiving: De lichtbron komt steeds dichter bij de waarnemer. De gemeten golflengte van het licht wordt korter en de frequentie hoger. De fraunhoferlijnen verschuiven in de richting van het blauw.

- Geen verschuiving: De afstand tussen waarnemer en lichtbron blijft constant.

Via deze methode heeft men de expansie van het heelal gemeten.

beweegt van je weg: roodverschuiving hoge

Een vergelijkbaar fenomeen doet zich voor bij geluidsgolven. Als een ziekenwagen naar je toe rijdt, worden de geluidsgolven samengeperst en hoor je de sirene als een hogere toon. Als de ziekenwagen van je wegrijdt, rekken de geluidsgolven uit en hoor je een lagere toon. Met sterren gebeurt ook zoiets: in het licht zit informatie die laat zien of sterren(stelsels) naar ons toekomen of van ons weggaan.

Edwin Hubble, de astronoom naar wie de Hubble-telescoop vernoemd is (zie p. 17), was de eerste die het fenomeen van roodverschuiving beschreef en het in verband bracht met de uitdijing van het heelal. In 1929 toonden zijn waarnemingen aan dat bijna alle sterrenstelsels zich van ons weg bewegen. Dat inzicht kwam ook van pas bij de studie van de onderlinge bewegingen van sterren. Door de uitdijing van het heelal bewegen sterrenstelsels die ver van ons verwijderd zijn zich van ons weg. Hoe groter de afstand, hoe groter de vluchtsnelheid is. Als je van een groot aantal stelsels de vluchtsnelheid en de afstand kent, kun je uitrekenen wanneer de oerknal plaatsvond. De verhouding tussen vluchtsnelheid en afstand wordt de Hubbleconstante genoemd. Op basis van deze bevindingen kunnen we voorspellen dat het Melkwegstelsel en de Andromedanevel over ongeveer 4,5 miljard jaar zullen fusioneren.

Op iDiddit vind je een animatie over het Dopplereffect.

Fig. 1.70 Het absorptiespectrum van een ster

Fig. 1.72 Het Dopplereffect

Fig. 1.71 De roodverschuiving

Fig. 1.73 De roodverschuiving in het heelal

Sy NTHESE

LEVENSLOOP VAN EEN STER

Bewegingen van aarde en maan

1 DE AARDROTATIE

2 DE AARDREVOLUTIE

3 DE MAAN EN HAAR BEWEGINGEN

1 DE AARDROTATIE

ONDERZOEKSVRAGEN

HOE KUNNEN WE DE AARDROTATIE EN DE GEVOLGEN ERVAN OP AARDE

WAARNEMEN?

OP WELKE MANIER BEÏNVLOEDT DE AARDROTATIE ONS DAGELIJKS LEVEN?

1 WAARNEMINGEN

1.1 DE ZON OVERDAG

Figuur 2.1 toont voor elk seizoen de schijnbare beweging van de zon aan de hemelkoepel, ook wel de dagboog van de zon genoemd. De zon komt op en gaat onder aan de horizon, de lijn waar de aarde en de hemel elkaar schijnbaar raken. Het moment van middag is het tijdstip waarop de zon haar grootste hoogte bereikt boven de horizon: de culminatiehoogte (CH). De zon staat dan in het zuiden.De waarnemer bevindt zich centraal onder de hemelkoepel en het punt loodrecht boven de waarnemer op de hemelkoepel is het zenit. Elke plaats op aarde heeft een ander zenit.

Bij ons op 50° N verandert de dagboog van de zon elke dag een beetje. Op 20 maart en 23 september komt de zon op in het oosten en gaat vervolgens over het zuiden naar het westen, waar ze ondergaat. Tijdens deze dagen culmineert de zon op een hoogte van 40°. Aan het begin van de lente en herfst zijn de dag en nacht even lang, namelijk 12 uur.

Op iDiddit vind je een animatie over de dagboog bij een lente- en herfstevening.

Op 21 juni, het begin van de zomer, komt de zon op in het noordoosten, culmineert ze in het zuiden met een culminatiehoogte van 63° 26’ en gaat ze onder in het noordwesten. Op dat moment is de dag veel langer dan de nacht. Op 22 december, bij het begin van de winter, komt de zon op in het zuidoosten en gaat ze onder in het zuidwesten. De culminatiehoogte bedraagt bij ons dan slechts 16° 34’. De dag is veel korter dan de nacht.

Op iDiddit vind je animaties over de dagboog bij een zomerzonnewende en winterzonnewende.

Fig. 2.1 De dagbogen van de zon voor de winter, lente-herfst en zomer op 50° N (= België)

1.2 DE STERRENHEMEL TIJDENS DE NACHT

De sterren vertonen, net als de zon, een schijnbare beweging aan de hemelkoepel. Ze komen op in het oosten en gaan onder in het westen, waarbij ze schijnbaar rond één centraal punt op de hemelkoepel bewegen: de Poolster. De Poolster staat in het verlengde van de aardas, voor een waarnemer op het noordelijk halfrond aan de hemelkoepel boven het noorden.

2 VAN SCHIJNBEWEGING NAAR ECHTE BEWEGING

Als de zon en de sterren die beweging werkelijk zouden uitvoeren in 24 uur tijd, dan zouden ze, gezien de grote afstanden in het heelal, veel sneller moeten bewegen dan de snelheid van het licht, namelijk 300 000 km/s. Volgens de wetten van de fysica is dat echter onmogelijk.

Om de schijnbeweging van de zon en de sterren te illustreren, gebruiken we een voorbeeld uit het dagelijks leven. Stel je voor dat je in een trein zit die stilstaat en het treinstel op het spoor naast jou rijdt weg. Dan heb je het gevoel dat jouw treinstel vertrekt, maar dan in de tegengestelde richting. Jouw treinstel maakt dus een schijnbeweging, die tegengesteld is aan de echte beweging.

We passen dat toe op de schijnbare dagelijkse beweging van de zon en de sterren aan de hemelkoepel. De zon beweegt schijnbaar van oost naar west. Als dat een schijnbeweging is voor ons op aarde, dan beweegt de aarde in de tegenovergestelde richting.

Die beweging is de rotatie of dagelijkse wenteling van de aarde om haar as. Dat is de echte beweging: de aardrotatie van west over zuid naar oost, of in tegenwijzerzin. De denkbeeldige aardas loopt doorheen de Noord- en de Zuidpool. De volledige omwenteling duurt 24 uur: dat is een etmaal

Fig. 2.2 Sterrensporen van oost naar west over zuid op het noordelijk halfrond

Fig. 2.3 Schijnbare beweging van de sterren rond de Poolster

Fig. 2.4 De aardrotatie

3 GEVOLGEN VAN DE AARDROTATIE

3.1 PLAATSBEPALING OP AARDE

Het global positioning system (gps) is niet meer weg te denken uit ons dagelijks leven. Dit systeem komt aan bod in het thema ‘De kosmos’. In dit thema herhalen we de basisprincipes van de plaatsbepaling op aarde.

3.1.1 HET WERELDGRADENNET

De rotatiebeweging van de aarde vormt de basis voor het wereldgradennet. Doordat de aarde om haar as draait, beschrijft elke plaats op aarde een cirkel. Dat zijn de breedtecirkels of parallellen, zij geven de west-oostrichting aan.

Elke plaats op aarde komt één keer per omwenteling recht voor de zon te staan. Dan staat de zon het hoogst en is het middag. Alle plaatsen die de zon op hetzelfde moment zien culmineren, hebben middag op datzelfde moment en liggen op een lijn die loopt van de Noordpool naar de Zuidpool. Dat zijn de middaglijnen of meridianen, zij geven de noord-zuidrichting aan. Het coördinatenstelsel maakt gebruik van twee nullijnen: de evenaar en de nulmeridiaan

De evenaar is de langste breedtecirkel, die even ver ligt van de twee polen en de scheidingslijn vormt tussen het noordelijk en het zuidelijk halfrond. Het noordelijk halfrond strekt zich uit tussen de evenaar en 90° N, het zuidelijk halfrond tussen de evenaar en 90° S.

De nulmeridiaan is de meridiaan die door Greenwich loopt, nabij Londen. Samen met de meridiaan van 180° vormt de nulmeridiaan de grens tussen het oostelijk en het westelijk halfrond. Het westelijk halfrond beslaat het gebied tussen de nulmeridiaan en 180° W, terwijl het oostelijk halfrond zich uitstrekt vanaf de nulmeridiaan tot 180° E. Het is belangrijk om te weten dat de meridianen van 180° W en 180° E samenvallen.

3.1.2 DE COÖRDINATEN IN HET WERELDGRADENNET

De coördinaten van een punt op aarde geven de ligging aan van dat punt ten opzichte van de nullijnen. Aangezien de aarde bolvormig is, worden de afstanden uitgedrukt in graden.

Op iDiddit vind je een animatie over de lengte- en breedteligging op aarde.

De breedteligging van een punt A (fig. 2.6) wordt uitgedrukt in graden en geeft de afstand van dat punt tot aan de evenaar aan. Afhankelijk van het halfrond waarop punt A zich bevindt, wordt gesproken van noorderbreedte (N) of zuiderbreedte (S).

De lengteligging van een punt A wordt ook uitgedrukt in graden en geeft de afstand van dat punt tot aan de nulmeridiaan aan. Afhankelijk van het halfrond waarop punt A zich bevindt, wordt gesproken van westerlengte (W) of oosterlengte (E).

OOSTELIJK HALFROND NULMERIDIAAN

S

evenaar breedtecirkel mer i diaan lundirem i naa noordpool ϕ = geografische breedte = y°N λ = geografische lengte = x°E zuidpool x 0° A Greenwich y ϕ λ λ N W evenaar 0° 0° N E S W S E

Fig. 2.6 De breedte- en lengteligging op aarde

3.1.3 DE POOLSHOOGTE BEPAALT DE BREEDTELIGGING

Aangezien de Poolster zich in het verlengde van de aardas bevindt, is de hoogte van de Poolster boven de horizon gelijk aan de geografische breedte van de waanemer. De horizon kun je voorstellen als het raakvlak tussen jouw standplaats en de wereldbol. Vanop die standplaats zie je de Poolster (zeer ver weg – dus in de richting evenwijdig met de aardas). Uit de meetkunde (overstaande hoeken zijn gelijk) leid je af dat de poolshoogte gelijk is aan de geografische breedte. In de scheepvaart werd dat principe voor de uitvinding van de gps gebruikt om de breedteligging te bepalen.

3.2 AFWISSELING VAN DAG EN NACHT

De zon beschijnt de aarde. Doordat de aarde bolvormig is, wordt exact de helft van de aarde belicht.

3.3 DE TIJDSINDELING OP AARDE

Als gevolg van de aardrotatie wisselen dag en nacht elkaar af in de loop van 24 uur. Dat dag-nachtritme vormt de basis van onze tijdsbepaling op aarde. De lengteligging bepaalt op welke momenten een punt zich in het belichte en het donkere deel bevindt. Dat levert dus wereldwijd tijdsverschillen op.

3.3.1 DE ZONNETIJD

Alle plaatsen op eenzelfde meridiaan zien op hetzelfde moment de zon culmineren. Dat moment noemen we middag en daarom worden meridianen of lengtecirkels ook wel middaglijnen genoemd. De tijd die gebaseerd is op het moment van de culminatiehoogte, wordt de zonnetijd genoemd. Als we voor elke plaats op aarde de exacte zonnetijd zouden gebruiken, zou dat tot problemen leiden. Zo culmineert de zon 12 minuten later in Oostende dan in Eupen. Ook de inwoners van pakweg Parijs en Berlijn zouden moeite hebben om op het juiste moment met elkaar af te spreken aangezien 12 uur zonnetijd niet op hetzelfde moment valt voor beide steden.

3.3.2 DE THEORETISCHE TIJDSZONES OF ZONETIJD

Om het leven op aarde gemakkelijker te organiseren, maken we gebruik van 24 tijdzones. In 24 uur tijd draait de aarde 360 graden om haar as, wat betekent dat er in 1 uur tijd 15 graden worden afgelegd. Elke tijdzone is dus 15 graden breed. De nulmeridiaan ligt centraal in de eerste tijdzone. Die tijdzone strekt zich uit van 7° 30’ W tot 7° 30’ E en wordt de UTC-zone (Universal Time Coördinated) genoemd. Alle plaatsen binnen die zone hanteren dezelfde tijd, we noemen die de wereldtijd. Wanneer je van de ene tijdzone naar de andere gaat, moet je de tijd aanpassen. Als je naar het oosten reist, wordt het per 15 graden een uur later (bv. UTC wordt UTC+1). Als je naar het westen reist, wordt het per 15 graden een uur vroeger (bv. UTC wordt UTC-1). Dat zijn de theoretische tijdzones, gebaseerd op de lengteligging, ook wel de zonetijd genoemd. België ligt volgens de zonetijd dus in de UTC-zone.

Fig. 2.7 De poolshoogte bepaalt de breedteligging

Fig. 2.8 De belichting van de aarde op 20 maart om 6:00 UTC (Bron: Eumetsat)

Op iDiddit vind je animaties over de zonnetijd en de zonetijd.

3.3.3 DE CONVENTIONELE OF LOKALE TIJD

In de praktijk worden de tijdzones aangepast aan de landsgrenzen. Dat wordt de conventionele tijd genoemd. De meeste landen van West-Europa gebruiken als standaardtijd UTC+1.

In sommige landen wordt de klok afhankelijk van het seizoen verzet naar een zomer- of wintertijd. In België schakelen we de laatste zondag van maart over naar de zomertijd. Dan wordt de klok een uur vooruit gedraaid. De laatste zondag van oktober schakelen we terug naar de wintertijd. Dan draaien we onze klok een uur terug.

3.3.4 DE GEBRUIKTE UURZONES IN BELGIË

Op basis van de lengteligging zou België (het meest oostelijke punt bevindt zich op 6° 30’ E) de West-Europese tijd moeten gebruiken, maar vooral omwille van economische redenen (bv. treinverkeer) gebruiken we de Midden-Europese tijd in de winter. In de zomermaanden schakelen we over naar de Oost-Europese tijd door de klok een uur vooruit te zetten. Dat betekent dat we in de zomermaanden twee uur voor zijn op de zonnetijd en de zon bijgevolg niet om 12.00 u. culmineert maar omstreeks 13.40 u (fig. 2.11).

Fig. 2.9 De uurgordels

3.3.5 DE DATUMGRENS

Op de atlaskaart van de uurgordels kun je zien dat er bij de meridiaan van 180° een tijdsverschil van 24 uur ontstaat. De datumgrens is een internationaal vastgelegde lijn, die min of meer samenvalt met de 180°-meridiaan. Als je vanaf de nulmeridiaan begint en alle tijdzones doorloopt tot 180° E, dan is het daar 12 uur later.

Als je vanaf de nulmeridiaan naar het westen gaat en alle uurzones doorloopt tot 180° W, dan is het daar 12 uur vroeger. Wanneer je de datumgrens van oost naar west oversteekt, ga je naar de datum van de vorige dag. In de tegenovergestelde richting ga je naar de datum van de volgende dag. Wanneer iemand om middernacht de datumgrens oversteekt van oost naar west, verandert de datum niet, terwijl er in de tegenovergestelde richting een dag wordt overgeslagen.

3.4 AFBUIGING VAN DE WINDEN EN ZEESTROMINGEN

De snelheid waarmee de aarde om haar eigen as draait, is afhankelijk van de plaats waar men zich op aarde bevindt en neemt af naarmate de breedtegraad toeneemt. Op de evenaar bedraagt de snelheid bijvoorbeeld 1 656 km/u, terwijl ze op onze breedtegraad 1 044 km/u is en op de Noordpool 0 km/u.

In de richting van de polen ondervindt een luchtstroom of waterstroom een soort traagheid die veroorzaakt wordt door de verschillende snelheden van de aardrotatie op verschillende plaatsen op aarde. Dat effect wordt het corioliseffect genoemd. Op het noordelijk halfrond buigt de stroom af naar rechts en op het zuidelijk halfrond naar links.

Op iDiddit vind je een animatie over het corioliseffect.

3.5 DE AFPLATTING VAN DE AARDE

Door de rotatie van de aarde ontstaat er een afplatting aan de polen, waardoor de aarde geen perfecte bol meer is. Op het draaiende oppervlak treden middelpuntvliedende krachten op, die toenemen naarmate je dichter bij de evenaar komt. Die krachten veroorzaken een uitzetting in het vlak van de evenaar en een afplatting aan de polen. Als gevolg daarvan is de afstand vanaf het middelpunt van de aarde tot de evenaar 21 km langer dan de afstand van het middelpunt tot één van de polen (fig. 2.12).

Fig. 2.11 De gebruikte uurzones in België

Fig. 2.12 Afwijking van de winden en zeestromingen door het corioliseffect

DE AARDREVOLUTIE

ONDERZOEKSVRAGEN

WELK VERBAND IS ER TUSSEN DE SEIZOENEN, DE KLIMAATGORDELS EN DE SCHUINE STAND VAN DE AARDAS?

DE

Het lijkt alsof de zon rond de aarde beweegt, maar intussen is meer dan voldoende bewezen dat het net andersom is. In het vorige hoofdstuk heb je geleerd dat de dagboog van de zon een gevolg is van de aardrotatie. Afhankelijk van het seizoen is er een verschil in culminatiehoogte. Je zult zelf al gemerkt hebben dat de plaats waar je de zon ziet opkomen of ondergaan tijdens de zomer niet hetzelfde is als tijdens de winter. Wanneer je de culminatiehoogte (CH) en de uren van zonsopgang en zonsondergang vergelijkt voor verschillende tijdstippen en plaatsen, zul je grote verschillen zien tussen plaatsen en momenten in het jaar. De oorzaak daarvan is de aardrevolutie (de omwenteling van de aarde rond de zon) in combinatie met de schuine stand van de aardas.

Fig. 2.13 Duur van dag en nacht per maand

Fig. 2.14 Culminatiehoogte (afgeronde waarden), zonsopgang en zonsondergang

Noordpool noordpoolcirkel

2 DE ELLIPSVORMIGE BAAN VAN DE AARDE ROND DE ZON

De aarde en de andere planeten draaien in tegenwijzerzin rond de zon. Die jaarlijkse beweging is de aardrevolutie. De aarde maakt een ellipsvormige baan rond de zon in een denkbeeldig vlak: het eclipticavlak. Daardoor is de afstand van de aarde tot de zon niet altijd even groot.

In het begin van januari bevindt de aarde zich het dichtst bij de zon, in het perihelium. Bij ons is het dan winter. Begin juli staat de aarde het verst van de zon, in het aphelium. Bij ons is het dan zomer. Zo begrijp je onmiddellijk dat dit afstandsverschil niet de oorzaak is van het feit dat het kouder of warmer is bij ons. De aarde draait niet altijd even ellipsvormig rond de zon. Meer daarover leer je in het thema over klimaatverandering.

Op iDiddit vind je een animatie over het evenaarsvlak en het eclipticavlak.

21 juni

aphelium aarde op 3 juli

baan van de aarde

kleinste afstand 147 000 000 km zon

perihelium aarde op 4 januari

22 december grootste afstand 152 000 000 km

3 DE AARDREVOLUTIE BEPAALT HET KALENDERJAAR

Op een gemiddelde afstand van 150 miljoen kilometer van de zon, draait de aarde met een gemiddelde snelheid van 30 kilometer per seconde rond de zon. Die reis is 940 miljoen kilometer lang en duurt 365 dagen, 5 uur, 48 minuten en 46 seconden. Aan het einde van de reis bevindt de aarde zich weer op haar beginpunt. Dat markeert het begin en einde van een aards jaar

Om praktische redenen werd het kalenderjaar van 365 dagen ingevoerd. Aangezien de aardrevolutie ongeveer een vierde van een dag langer duurt dan een kalenderjaar, voegen we om de vier jaar een extra dag toe aan het jaar. Dat is een schrikkeljaar en 29 februari is de schrikkeldag. Alle schrikkeljaren zijn deelbaar door 4. De gemiddelde duur van een jaar wordt daardoor iets te lang. Daarom zijn de eeuwjaren geen schrikkeljaren, tenzij ze deelbaar zijn door 400.

Fig. 2.15 De ellipsvormige beweging van de aarde rond de zon

Fig. 2.16 De baan van de aarde rond de zon gedurende een jaar

4 DE SCHUINE STAND VAN DE AARDAS

Tijdens de aardrevolutie maakt de aardas een hoek van 23° 26’ met een lijn die loodrecht staat op het eclipticavlak in de ruimte. De aardas beweegt dus evenwijdig met zichzelf in het eclipticavlak rond de zon. Als gevolg daarvan zijn de Noordpool en de Zuidpool gedurende een half jaar naar de zon gericht en gedurende een half jaar van de zon afgekeerd. Door die schuine stand van de aardas ontstaan de seizoenen.

Op iDiddit vind je animaties met een simulatie van de seizoenen en over de duur van de seizoenen.

4.1 LENTE- EN HERFSTEVENING

Op 20 maart en 23 september vallen de zonnestralen loodrecht in op de evenaar. Zo komt elk punt op aarde tijdens de aardrotatie precies 12 uur in het verlichte deel en precies 12 uur in het donkere gedeelte. Overal op aarde duren de dag en de nacht precies 12 uur. Dat is een equinox

Stipt om 6.00 u. (zonnetijd) komt de zon precies in het oosten op.

- Stipt om 18.00 u. (zonnetijd) gaat de zon precies in het westen onder.

De culminatiehoogte is afhankelijk van de breedteligging (90°-breedteligging) en bedraagt 40° in België op 50° N. Tijdens een equinox is de dagboog van de zon exact een halve cirkel die door het oost- en westpunt gaat.

Op het noordelijk halfrond (NH):

- begint de lente op 20 maart: dat is de lente-evening of lente-equinox;

- begint de herfst op 23 september: dat is de herfstevening of herfstequinox

Op het zuidelijk halfrond (ZH):

- begint de lente op 23 september: dat is de lente-evening of lente-equinox;

- begint de herfst op 20 maart: dat is de herfstevening of herfstequinox

DE

Op iDiddit vind je animaties over de belichting van de aarde en de nachtevening.

Fig. 2.17 De schuine stand van de aardas

Fig. 2.19 De lente-evening of lente-equinox Fig. 2.20 De herfstevening of herfstequinox

Fig. 2.18 Belichting van de aarde op 20/03 en 23/09

Op het noordelijk halfrond worden de dagen vanaf 20 maart geleidelijk aan langer dan de nachten. De zon komt op in het noordoosten vóór 06.00 u. zonnetijd en gaat onder in het zuidwesten na 18.00 u. zonnetijd. De dagbogen worden langer dan een halve cirkel.

Op 21 juni vallen de zonnestralen loodrecht in op de Kreeftskeerkring

Op dat moment wordt het hele gebied ten noorden van de noordpoolcirkel gedurende 24 uur belicht en gaat de zon er nooit onder. Tijdens de pooldag is de zon zichtbaar om middernacht, we spreken over de middernachtzon

De zon schuift gedurende de lente 23° 26’ op naar het noorden (vergelijk fig. 2.18 met fig. 2.21 en gebruik de animatie) en de culminatiehoogte neemt toe met 23° 26’, zodat de zon op 50° N een culminatiehoogte van 63° 26’ (90°-breedteligging + 23° 26’) bereikt op 21 juni. De Kreeftskeerkring is de meest noordelijke breedtecirkel waarop de zonnestralen loodrecht kunnen invallen. Vanaf dat moment schuift de zon opnieuw naar het zuiden. Daarom noemen we de breedtecirkel van 23° 26’ N een keerkring, namelijk de Kreeftskeerkring. Op 21 juni begint de zomer in het noordelijke halfrond: dat is de zomerzonnewende. Op het noordelijk halfrond is dit de langste dag van het jaar. Na 21 juni worden de dagen op het noordelijk halfrond geleidelijk aan korter, tot de zon opnieuw loodrecht boven de evenaar staat en de dag gelijk is aan de nacht (vergelijk fig. 2.18 met fig. 2.21 en gebruik de animatie). Dat gebeurt op 23 september, de herfstevening op het noordelijk halfrond.

Op iDiddit vind je animaties over de belichting van de aarde en de duur van dag en nacht.

Op het zuidelijk halfrond gebeurt het omgekeerde. De nacht wordt vanaf 20 maart steeds langer dan de dag, tot op 21 juni. Dan is het winterzonnewende voor het zuidelijk halfrond en beleven ze daar de langste nacht. Op dat moment is het hele gebied ten zuiden van de zuidpoolcirkel gedurende 24 uur donker en komt de zon er nooit op. We spreken over een poolnacht. Vanaf 21 juni worden de dagen op het zuidelijk halfrond geleidelijk aan langer, tot de zon opnieuw loodrecht boven de evenaar staat. Dat is het geval op 23 september, de lente-evening op het zuidelijk halfrond.

Fig. 2.22 Middernachtzon ten noorden van de noordpoolcirkel in juli

Fig. 2.21 Belichting van de aarde op 21/06

4.3 WINTERZONNEWENDE OP HET NOORDELIJK HALFROND

Op het noordelijk halfrond worden de dagen vanaf 23 september geleidelijk aan korter dan de nachten (vergelijk fig. 2.18 met fig. 2.23 en gebruik de animatie).

De zon komt op in het zuidoosten na 06.00 u. zonnetijd en gaat onder in het zuidwesten voor 18.00 u. zonnetijd. De dagbogen worden korter dan een halve cirkel.

Op 22 december vallen de zonnestralen loodrecht in op de Steenbokskeerkring

Op dat moment ligt het hele gebied ten noorden van de noordelijke poolcirkel gedurende 24 uur in het niet belichte deel van de aarde. De zon komt er niet op. We spreken van poolnacht.

De zon schuift gedurende de herfst 23° 26’ op naar het zuiden en de culminatiehoogte neemt met 23° 26’ af, zodat de zon op 50° N een culminatiehoogte van 16° 34’ (90°-breedteligging – 23° 26’) bereikt op 22 december.

De Steenbokskeerkring is de meest zuidelijke breedtecirkel waarop de zonnestralen loodrecht kunnen invallen. Vanaf dat moment schuift de zon opnieuw naar het noorden (vergelijk fig. 2.18 met fig. 2.23 en gebruik de animatie). Daarom noemen we de breedtecirkel van 23° 26’ S een keerkring, namelijk de Steensbokskeerkring.

Op 22 december begint de winter in het noordelijke halfrond: dat is de winterzonnewende. Op het noordelijk halfrond is dit de kortste dag van het jaar. Vanaf 22 december worden de dagen op het noordelijk halfrond geleidelijk aan langer, tot de zon opnieuw loodrecht boven de evenaar staat en de dag gelijk is aan de nacht. Dat gebeurt op 20 maart, de lente-evening op het noordelijk halfrond.

Op iDiddit vind je twee animaties over de dagboog op de winterzonnewende.

Op het zuidelijk halfrond gebeurt het omgekeerde. De dag wordt vanaf 23 september steeds langer dan de nacht, tot op 22 december. Dan is het de zomerzonnewende op het zuidelijk halfrond en beleven ze daar de langste dag. Op dat moment is het hele gebied ten zuiden van de zuidpoolcirkel gedurende 24 uur belicht en gaat de zon er nooit onder. We spreken over een pooldag. Vanaf 22 december worden de dagen op het zuidelijk halfrond geleidelijk aan korter, tot de zon opnieuw loodrecht boven de evenaar staat. Dat is het geval op 20 maart, de herfstevening op het zuidelijk halfrond.

Fig. 2.23 Belichting van de aarde op 22/12

Fig. 2.24 De loodrechte stand van de zon in relatie tot de breedteligging

4.4 CULMINATIEHOOGTE IN HET ZUIDEN EN HET NOORDEN

De zon komt in het zuidelijk halfrond op in het oosten en gaat onder in het westen, net zoals bij ons op het noordelijk halfrond. Het fundamentele verschil is dat de zon bij ons haar hoogste punt bereikt in het zuiden en op het zuidelijk halfrond in het noorden.

Op iDiddit vind je een animatie over de positie van de aarde t.o.v. de zon doorheen de seizoenen.

Ten noorden van de Kreeftskeerkring culmineert de zon in het zuiden en beweegt de zon schijnbaar van links naar rechts. Ga je zuidelijker dan 23° 26’ S, dan zal de zon daar in het noorden culmineren en zie je ze schijnbaar van rechts naar links bewegen. In Ushuaia (Argentinië, de zuidelijkste stad ter wereld) kun je dat goed waarnemen. Tussen de Kreeftskeerkring en de Steenbokskeerkring gaat de zon in de loop van het jaar twee keer dwars door het zenit. Daar beweegt de zon schijnbaar afwisselend van links naar rechts en van rechts naar links.

Op het zuidelijk halfrond staan we ‘omgekeerd’ op de wereldbol. We zien de sterrenbeelden daar ondersteboven. De maan hangt ook ondersteboven aan de hemel, waardoor het eerste kwartier er in het zuidelijk halfrond uitziet als het laatste kwartier en vice versa. Daar gaan we in het volgende hoofdstuk uitgebreider op in. Vraag is natuurlijk wat boven en onder precies is. Bij conventie hebben we het noorden altijd bovenaan geplaatst. Maar je kunt de zaken dus net zo goed omdraaien en het zuiden bovenaan zetten. Dat zet de wereld dus echt op zijn kop.

Op iDiddit vind je een link naar The Upsidedown Map Page.

5 CULMINATIEVERSCHILLEN BEPALEN DE KLIMAATGORDELS OP AARDE

Wanneer we van de evenaar naar de polen reizen, wordt de culminatiehoogte van de zon alsmaar kleiner. Ze varieert ook afhankelijk van de seizoenen en het tijdstip van de dag. Die veranderingen in belichting en culminatiehoogte hebben invloed op de temperaturen op verschillende plaatsen op aarde. Op basis van de temperaturen op aarde verdeelt men de aarde in klimaatgordels

De koude of polaire klimaten strekken zich uit van de poolcirkels tot de polen. Deze gordels kenmerken zich door lage temperaturen gedurende een lange periode van het jaar, met perioden van pooldag en poolnacht.

De gematigde of middelbreedteklimaten situeren zich tussen de keerkringen en de poolcirkels. De steeds veranderende culminatiehoogte van de zon levert vier seizoenen op. De zon staat nooit in het zenit en de lengte van de dag en nacht varieert volgens de seizoenen. De temperatuurverschillen tussen winter en zomer kunnen zeer groot zijn.

de polaire gordel de gordel van de middelbreedte de tropische gordel

De warme of tropische klimaten komen voor tussen de beide keerkringen. Deze gordel heeft het hele jaar door hoge temperaturen en de zon staat op alle plaatsen tweemaal per jaar in het zenit.

Fig. 2.26 De klimaatgordels op aarde

Fig. 2.25 De maan vanop het zuidelijk halfrond bekeken

DE MAAN EN HAAR BEWEGINGEN

ONDERZOEKSVRAGEN

WAAROM ZIEN WE DE MAAN IN VERSCHILLENDE GESTALTEN AAN DE HEMEL?

WELKE GEVOLGEN ONDERVINDT DE MENS VAN DE NABIJHEID VAN DE MAAN?

WAT IS HET VERSCHIL TUSSEN EEN ZONECLIPS EN EEN MAANSVERDUISTERING?

1 KENMERKEN VAN DE MAAN

Manen zijn afgekoelde lichamen, kleiner dan de planeet waarrond ze in een bijna cirkelvormige baan draaien. De aarde heeft zo één maan in haar greep, die zich in een ellipsvormige baan op een gemiddelde afstand van 384 400 km beweegt.

Net als planeten geven manen geen licht. De maan is zichtbaar omdat ze het licht van de zon reflecteert. Onze maan is bolvormig en kleiner dan de aarde. Daardoor is de zwaartekracht op de maan ongeveer zes keer kleiner dan op aarde. Dat zorgt ervoor dat de maan geen gasmoleculen kan vasthouden en dat er slechts een verwaarloosbare atmosfeer aanwezig is.

De afwezigheid van een atmosfeer op de maan heeft verschillende gevolgen:

- Er is geen bescherming tegen meteorietinslagen, waardoor het maanoppervlak veel kraterinslagen vertoont.

- Er is geen dampkring om het licht te verspreiden, waardoor het niet-belichte deel van de maan volledig donker is. De hemelkoepel is er zwart, en niet blauw of bewolkt.

- Er is een maximale uitstraling van warmte, waardoor de temperaturen in het niet-belichte deel zeer laag zijn (-170 °C) en in het belichte deel zeer hoog (+130 °C).

- Er is geen wind op de maan, waardoor de Amerikaanse vlag niet kan wapperen en enkel met behulp van een horizontale stok recht kan blijven staan.

- Je kunt enkel op de maan lopen met een zuurstoffles en een speciaal maanpak, anders verbrand of bevries je. Dat pak beschermt je ook tegen gevaarlijke uv-straling van de zon die het maanoppervlak bereikt.

Doordat de zwaartekracht op de maan lager is dan die op de aarde, kun je er niet normaal lopen, maar eerder ‘huppelen’ of springen.

Fig. 2.27 Volle maan bij een heldere hemel

Fig. 2.28 Inslagkraters op het maanoppervlak

Fig. 2.29 Astronaut plant de Amerikaanse vlag op de maan (1969)

2 BEWEGINGEN VAN DE MAAN

2.1 DE BEWEGING VAN DE MAAN ROND DE AARDE

De maan draait in 27 dagen, 7 uur en 44 minuten in een ellipsvormige baan in tegenwijzerzin rond de aarde. Dat is de maanrevolutie. Tijdens die beweging maakt het baanvlak van de maan een hoek van ongeveer 5° met het eclipticavlak. Tijdens de omloop van de maan rond de aarde zie je dagelijks het belichte deel van de maan veranderen, dat zijn de schijngestalten van de maan.

2.1.1 SCHIJNGESTALTEN VAN DE MAAN

De maan heeft verschillende schijngestalten die we kunnen waarnemen: nieuwe maan, eerste kwartier, volle maan en laatste kwartier (fig. 2.31).

a Bij nieuwe maan (NM) staat de maan tussen de aarde en de zon, waardoor het voor ons onzichtbare deel van de maan wordt belicht door de zon.

b Bij het eerste kwartier (EK) wordt de helft van het belichte halfrond zichtbaar (letter ‘p’ van ‘premier’).

c Bij volle maan (VM) staat de aarde tussen de maan en de zon, waardoor het volledig belichte deel van de maan naar de aarde is gericht.

d Bij het laatste kwartier (LK) wordt opnieuw de helft van het belichte halfrond zichtbaar (letter ‘d’ van ‘dernier’).

Het baanvlak van de maan maakt een hoek van 5° met het eclipticavlak, wat ervoor zorgt dat de volle maan nog zichtbaar is vanaf de aarde. De maan, de aarde en de zon staan niet precies op een rechte lijn, dat gebeurt enkel bij een volledige maansverduistering en bij een zoneclips. Tussen nieuwe en volle maan neemt de schijngestalte van de maan toe, dat is de wassende maan. De krimpende maan is de maan tussen de volle maan en de nieuwe maan, de schijngestalte

neemt dan af.

Op iDiddit vind je een animatie over de schijngestalten van de maan.

Fig. 2.31 De schijngestalten van de maan (a tot d)

Fig. 2.30 De beweging van de maan rond de aarde

Fig. 2.32 De beweging van de maan rond de aarde

2.1.2 DUUR VAN DE OMLOOP VAN DE MAAN ROND DE AARDE

De tijd die verstrijkt tussen twee momenten waarop de maan exact dezelfde positie inneemt ten opzichte van een ster, wordt de siderische maand (fig. 2.33) genoemd. Die periode komt overeen met de tijd die de maan nodig heeft om een volledige baan rond de aarde te maken en duurt 27 dagen, 7 uur en 44 minuten. Ondertussen beweegt de aarde ook in haar baan rond de zon en schuift de maan mee op. Om vanop de aarde de maan opnieuw in dezelfde stand ten opzichte van de zon te zien, moet de maan nog iets meer dan twee dagen opschuiven in haar baan om de aarde. Dat noemen we de synodische maand (fig. 2.33), die 29 dagen, 12 uur en 44 minuten duurt. Die periode komt overeen met de tijd tussen twee opeenvolgende nieuwe manen.

2.2 DE SCHIJNBEWEGING VAN DE MAAN AAN DE HEMELKOEPEL

Door de aardrotatie zien we de maan elke dag van oost over zuid naar west om de aarde bewegen. In werkelijkheid draait de maan in 27 dagen, 7 uur en 44 minuten rond de aarde en legt ze daarbij dagelijks in tegenwijzerzin 13° 10’ 17” af aan de sterrenhemel. De aarde doet er 50 minuten extra over om weer in dezelfde positie ten opzichte van de maan te komen. Daardoor vinden de maansopgang, -culminatie en -ondergang gemiddeld ongeveer 50 minuten later plaats per dag. Een ‘maan-dag’ duurt dus 24 uur en 50 minuten.

2.3 DE BEWEGING VAN DE MAAN ROND HAAR EIGEN AS

De maan draait in 27 dagen, 7 uur en 44 minuten rond haar eigen as, dat is de maanrotatie. Dat komt overeen met de siderische tijd van de maan rond de aarde. De beide bewegingen van de maan heffen elkaar dus op, waardoor we vanop de aarde altijd hetzelfde deel van de maan te zien krijgen.

Tijdens de eerste missie van het ruimteschip Orion in november 2022 werden deze foto’s gemaakt van de achterkant van de maan. Orion kwam op zijn dichtste punt tot op 130 kilometer van het maanoppervlak aan de achterzijde van de maan.

Fig. 2.35 De achterkant van de maan vanop 130 kilometer hoogte gefotografeerd door de Orion-capsule (NASA)

Fig. 2.33 De siderische en synodische maand

zon 1 nieuwe maan maanbaan aardbaan

maand synodische maand

2 nieuwe maan

Fig. 2.34 Het ontstaan van een ‘maan-dag’

3.1 ZONECLIPS

Wanneer de maan door het eclipticavlak gaat, beweegt ze precies tussen de zon en de aarde en werpt ze een schaduw op de aarde. Voor een gebied op aarde is dan tijdens een deel van de dag de zon niet meer of slechts gedeeltelijk zichtbaar. Dat fenomeen noemen we een zoneclips. Een zoneclips is mogelijk als de zon, maan en aarde in deze volgorde op één lijn liggen. Dat kan alleen bij nieuwe maan. Hoewel vaak wordt gesproken van een zonsverduistering, is dat eigenlijk niet correct aangezien de zon niet wordt verduisterd, maar afgeschermd wordt door de maan. Bij een zoneclips wordt de corona van de zon zichtbaar (zie thema ‘De kosmos’).

Het feit dat de schijnbare grootte van de zon en maan vanop aarde ongeveer gelijk is, is puur toeval. De zon is 400 keer groter dan de maan, maar staat ook 400 keer verder weg. Dat betekent dat een totale eclips slechts zeer zelden op een bepaalde plaats voorkomt.

3.2 MAANSVERDUISTERING

Tijdens haar omwenteling rond de aarde schuift de maan soms geheel of gedeeltelijk in de schaduw van de aarde. Vanop aarde kunnen we die verduistering van de maan waarnemen. De maan kan alleen in de schaduw van de aarde vallen als de zon, de aarde en de maan in die volgorde op één lijn liggen, en dus is een maansverduistering alleen mogelijk bij volle maan.

Fig. 2.36 Schematische voorstelling zoneclips

aarde kernschaduw halfschaduw

baan van de maan 61 DE MAAN EN HAAR BEWEGINGEN

3 ECLIPSEN EN VERDUISTERINGEN

Fig. 2.37 Verschillende fases van de zoneclips

Niet elke volle maan leidt tot een maansverduistering. Dat komt doordat de baan van de maan om de aarde een hoek van 5° maakt met het eclipticavlak.

In de meeste gevallen zal de volle maan dus enkele graden boven of onder de aardschaduw staan. Een maansverduistering gebeurt alleen bij volle maan en als de maan zich dichtbij of in één van de knopen (= snijpunten maanbaan en eclipticavlak) van de maanbaan bevindt.

In tegenstelling tot een zoneclips blijft de maan zichtbaar bij een maansverduistering. Er treedt wel een verduistering op maar door het licht dat door de atmosfeer van de aarde verspreid wordt, is er een rode schijn aanwezig. Dat wordt ook wel een bloedmaan genoemd.

4.1 HET ONTSTAAN VAN GETIJDEN

De hoogte van het zeeniveau aan de kust schommelt dagelijks volgens de getijden

Op iDiddit vind je een animatie over het ontstaan van de getijden.

De getijden worden veroorzaakt door vier krachten:

de aantrekkingskracht van de maan;

de zwaartekracht van de aarde;

de centrifugale kracht die ontstaat doordat de maan en de aarde rond elkaar heen draaien rond een gezamenlijk massamiddelpunt;

de aantrekkingskracht van de zon.

Door de veranderende onderlinge posities en afstanden tussen de aarde, de maan en de zon, verandert de som van alle krachten die op het water worden uitgeoefend. Dat zorgt voor de schommelingen in het zeeniveau, die we kennen als getijden.

De getijden van zeeën en oceanen worden veroorzaakt door de aantrekkingskracht van de maan (fig. 2.41a) en in mindere mate door de zon, op de watermantel van de aarde. Hoewel de maan een veel kleinere massa heeft dan de zon, is haar invloed (volgens de wet van Newton) twee keer zo groot aangezien ze veel dichter bij de aarde staat. Als gevolg van die aantrekkingskracht wordt het water op de meridiaan die recht voor de maan staat, aangetrokken door de maan. Dat veroorzaakt hoogwater of hoogtij.

van de maan op de

Fig. 2.39 Hoek maanbaan en eclipticavak

Fig. 2.41 Het ontstaan van de getijden

Fig. 2.40 Bloedmaan

Op het moment dat het op aarde hoogtij is aan de kant van de maan, is het ook hoogtij aan de andere kant van onze aardbol, 180 lengtegraden verder. Dat komt doordat de aarde en de maan rond een gemeenschappelijk massamiddelpunt draaien, dat zich binnen de aardbol bevindt door de veel grotere massa van de aarde. Door die beweging ondervindt de watermantel een vorm van centrifugale kracht (fig. 2.41b). Het resultaat (fig. 2.41c) is de vorming van twee getijdenuitstulpingen of vloedbergen: één aan de zijde van de maan en één aan de tegenovergestelde zijde van de aarde.

4.2 EB EN VLOED

Wanneer de getijdenuitstulping op zijn hoogst is, is het hoogtij. Aangezien de totale hoeveelheid water op aarde gelijk blijft, betekent een toename van water op de ene plek automatisch 90 lengtegraden verder een afname van water. Op die plek is dan de laagste waterstand of laagtij. De overgang van laagtij naar hoogtij is vloed. De overgang van hoogtij naar laagtij is eb

HWS

hoogwater bij springtij

laagwater bij springtij

hoogwater bij doodtij

laagwater bij doodtij

hoogwater

Door de aardrotatie ervaart elke plaats op aarde twee keer per dag eb en vloed. Het duurt 12 uur en 25 minuten vanaf het moment van hoogtij tot het volgende hoogtij. Dat komt doordat tijdens eb en vloed de maan zich langs haar baan verplaatst (zie fig. 2.34 op p. 60). Het kost de maan 24 uur en 50 minuten om zich op precies dezelfde positie ten opzichte van een bepaald punt op aarde te bevinden. Daardoor treden hoog- en laagtij telkens op verschillende tijdstippen van de dag op.

4.3 SPRINGTIJ EN DOODTIJ

Het getij varieert in hoogte. Wanneer de zon en maan op een lijn liggen (bij nieuwe en bij volle maan) werken ze samen en ontstaat springtij. Dat gebeurt ongeveer om de twee weken. Bij springtij is er een hoge vloed en een lage eb, waardoor het getijdenverschil groter is dan gewoonlijk.

Wanneer de maan in het eerste of in het laatste kwartier staat, werken de aantrekkingskrachten van de maan en de zon elkaar tegen en ontstaat een doodtij Dat leidt tot een hoge laagwaterstand en een lage hoogwaterstand, en dus een klein getijdenverschil.

Om veiligheidsredenen moeten watersporters, strandwandelaars aan de voet van kliffen en wadlopers altijd de getijdentabellen raadplegen.

Fig. 2.43 Het ontstaan van springtij en doodtij

maan

laatste kwartier

Fig. 2.42 Lage en hoge waterstand

Aardrevolutie beweging van de aarde rond de zon in 365 dagen, 5 uur 48 min en 46 sec.

schuine stand van de aardas

Effecten op aarde

- verschil in dag- en nachtlengte doorheen het jaar

- verschillen in culminatiehoogte

GEVOLGEN VOOR HET LEVEN OP AARDE

GEVOLG VOOR DE JAARTELLING

schrikkeljaar

Seizoenen

Temperatuurverschillen veroorzaken tegengestelde seizoenen op het noordelijk en zuidelijk halfrond.

Indeling in klimaatgordels

- tussen de polen en de poolcirkels: polaire gordel

- tussen de poolcirkels en de keerkringen: gordel van de middelbreedte

- tussen de keerkringen: tropische gordel

Maanrotatie

beweging van de maan rond haar eigen as in 27 dagen, 7 uur en 44 min. tegen de wijzers van de klok in

GEVOLGEN

GEVOLGEN

altijd dezelfde zijde zichtbaar vanop aarde

Maanrevolutie

beweging van de maan rond de aarde in 27 dagen, 7 uur en 44 min. tegen de wijzers van de klok in

GEVOLGEN

- schijngestalten

- maansverduistering

- zoneclips

- getijden

Aardrotatie

beweging van de aarde rond de eigen as in 24 uur van west naar oost

RECHTSTREEKSE GEVOLGEN

WAARNEEMBAAR

TOEPASSINGEN IN HET DAGELIJKS LEVEN

Schijnbare beweging van de zon van oost naar west

Tijdsindeling op aarde

- theoretische tijdzones

- conventionele tijdzones

Plaatsbepaling op aarde

Gradennet:

- breedte- en lengteligging

- plaatsbepaling met gps

- afwisseling van dag en nacht

- afbuiging van winden en zeestromingen

- afplatting van de aarde