Isaac-aardrijkskunde 5/6 D-wetenschappen - Leerboek

D-finaliteit • D-wetenschappen

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

Aan de slag met ISAAC-aardrijkskunde

In de tweede graad heb je geleerd hoe bijzonder onze planeet is. We maken, als mens, volop gebruik van de aarde: ze voorziet ons van alles wat we nodig hebben, maar tegelijk beïnvloeden wij haar ook. Helaas hebben we de planeet te veel belast, en dat blijft gevolgen hebben. Nog steeds vragen we meer van de aarde dan ze aankan.

Het is duidelijk: er moet iets veranderen! De 17 duurzame ontwikkelingsdoelen (Sustainable Development Goals of SDG’s) helpen ons nadenken over hoe we onze levens op deze wereld op een duurzamere manier kunnen organiseren. Alleen als we op tijd en met genoeg overtuiging handelen, kunnen we de balans tussen mens en planeet herstellen.

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

Overstappen naar een duurzame manier van leven vraagt niet alleen actie, maar ook kennis en inzicht. Om écht te begrijpen hoe de aarde werkt – zowel in haar schoonheid als haar complexiteit –moeten niet alleen wetenschappers en politici goed geïnformeerd zijn, maar ook jij!

Met ISAAC-aardrijkskunde willen we je alle info, inzichten en vaardigheden geven om mee te denken over een duurzamere toekomst. Sommigen geloven dat we ooit op Mars opnieuw moeten beginnen, maar wij stellen voor om eerst alles op alles te zetten om onze eigen planeet te redden. Het is tijd om te laten zien wat we écht in onze mars hebben!

Opbouw en aanpak

Dit boek bevat 4 thema’s.

In elk deel van dit leerboek behandelen we één thema dat is opgebouwd uit verschillende hoofdstukken. Meerdere hoofdstukken vertellen samen een overkoepelend verhaal. Net als op onze aardbol is alles met elkaar verweven en verbonden.

ISAAC-moment

Elk deel start met een intro, het ISAAC-moment. Je maakt er kennis met het thema.

Het ISAAC-moment is een activatie van voor- en achtergrondkennis. Wat weet je al over een bepaald thema? Is je kennis groot genoeg of kan je die best nog wat bijspijkeren en waarom?

Nieuwsgierigheid en verwondering staan hierbij centraal.

Hoofdstukken

Daarna wordt er overgegaan tot het aanreiken van informatie, inzichten en vaardigheden.

Aardrijkskunde is het vak bij uitstek om te werken met impressionante beelden, verwonderlijke foto’s en heldere schema’s. Omdat een beeld soms meer zegt dan duizend woorden, brengt ISAACaardrijkskunde nieuwe leerstof aan met een sterke focus op visueel leren en systeemdenken

Wat hebben we in onze mars?

Het systeem aarde

Aardig anders Habitat mens

Wil je meer uitleg (verbreding), extra verdieping of interessante uitbreidingen? Die vind je digitaal via QR-codes verspreid doorheen het leerboek. Door deze combinatie van leerboek en digitaal materiaal (blended learning) krijg je meer vrijheid om je eigen leerproces in handen te nemen en uit te stippelen.

Synthese

Na elk hoofdstuk volgt een synthese: een schematisch overzicht van de leerstof uit dat hoofdstuk.

ISAAC-actie

Tot slot wordt de leerstof verankerd met een mix van vragen, schema’s, samenvattingen en digitale oefeningen aangeboden via Polpo.

Er zijn verschillende types vragen: sommige testen of je de leerstof goed begrijpt, andere dagen je dan weer uit om ze toe te passen. Er zijn ook meer open vragen die kunnen leiden tot debat en klasdiscussies of die aanzetten tot nadenken (zoals bijvoorbeeld over duurzaamheid).

De oefeningen op Polpo helpen je de theorie in de praktijk om te zetten en hebben verschillende moeilijkheidsgraden. De schema’s en samenvattingen geven telkens een helder overzicht en helpen je om verbanden te leggen en het groter geheel te zien.

Studiewijzer

Op het einde van ieder thema vind je een overzicht van wat je moet kennen en kunnen. De studiewijzer kan je helpen bij het instuderen van de leerstof.

Legende pictogrammen

In het leerboek vind je heel wat verschillende pictogrammen. Elk met hun eigen betekenis en functie. Hieronder een overzicht van de iconen en wat ze betekenen:

vastzettingskader

verwijskader

Wist-je-datje

systeemdenken

atlas

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

differentiatie

Dit duidt een vastzettingskader aan. Hier wordt belangrijke en te kennen theorie in samengebald.

Een verwijskader verwijst naar een module, thema of leerboek waar bepaalde theorie aan bod kwam of aan bod zal komen.

Een wist-je-datje is een leuk en interessant weetje, vaak komt hier ook wat extra informatie bij de theorie aan bod.

Bij het icoon systeemdenken brengen we verschillende stukjes kennis samen. Zo krijg je een duidelijker en eenvoudig te vatten beeld van de complexe wereld om ons heen.

Dit icoon geeft dat een atlas nodig zal zijn om een bepaalde kaart raad te plegen.

Bij differentiatie wordt er dieper ingegaan op de leerstof of wordt er extra context voorzien. We zoomen in op een specifiek aspect van de les of zoomen uit om alles in perspectief te plaatsen.

Inhoud

1 De aarde in het heelal

2 Bewegingen van de aarde

3 To boldly go where no one has gone before

Het systeem aarde

1 De aarde zien... als een systeem

2 De sferen doorheen de tijd

3 Planeet vol spanning

4 Door weer en wind

Wat hebben we in onze mars?

1 Het klimaat bepaalt

2 Geomorfologie

3 Gesteentecyclus

4 Landschapsgenese

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

Aardig anders

Habitat mens

Onze habitat

Jouw habitat

Wat zien we aan de hemel?

Wat we aan de hemel kunnen zien, vertelt iets over onze plek in het heelal. In dit leerboek zal je ontdekken dat de aarde een bijzondere planeet is, ontstaan door een reeks toevallige gebeurtenissen in de ruimte. Door de geschiedenis heen heeft de mens al veel vragen kunnen beantwoorden, en stap voor stap zijn we onze plaats in het universum beter gaan begrijpen.

Hieronder zie je enkele beelden van hemellichamen die we ontdekt hebben. Gebruik deze beelden, en denk ook zelf aan andere voorbeelden, om een idee te vormen van wat er allemaal bestaat in het universum.

Teken nu een grafiek op een leeg blad of op het bord. Op de horizontale as zet je de afstand tot de aarde. Op de verticale as zet je de grootte van het object. Bedenk zelf een passende schaal voor je assen. Zet daarna zoveel mogelijk hemellichamen op de juiste plaats in de grafiek.

Deze grafiek vormt het vertrekpunt van waaruit je in dit boek meer gaat leren over het universum en de unieke plaats van de aarde daarin.

ster

komeet/asteroïde

sterrenstelsel

maan

supernova satelliet

1 De aarde in het heelal

We leven vandaag in een tijdperk van grote uitdagingen. Klimaatverandering, biodiversiteitsverlies, watertekorten, vervuiling… allemaal problemen die ons dwingen om na te denken over hoe we met de aarde omgaan. Maar om goede oplossingen te kunnen bedenken, moeten we eerst begrijpen hoe het systeem aarde écht werkt. Hoe zijn de natuurlijke processen met elkaar verbonden? Wat is de rol van de mens daarin? En hoe passen we in een groter geheel, in de geschiedenis van onze planeet, of zelfs van het hele heelal?

Om te weten waar je naartoe wil, is het vaak ook belangrijk te begrijpen waar je vandaan komt. Niet alleen letterlijk, in de zin van het ontstaan van de aarde, maar ook in hoe mensen door de eeuwen heen naar de wereld hebben gekeken. Dat wereldbeeld heeft bepaald hoe we met de natuur zijn omgegaan en welke vragen we zijn gaan stellen. Daarom beginnen we dit thema met een terugblik. Een blik die zo ver teruggaat, dat we uitkomen bij het ontstaan van tijd en ruimte zelf.

We zijn overigens niet de eersten die zich zulke vragen stelden. Al duizenden jaren zoeken mensen naar verklaringen voor wat ze aan de hemel zien. Hun antwoorden waren soms mythisch, soms verrassend wetenschappelijk. Zo helpt ook het verleden ons vooruit.

Griekse filosofen zoals Anaximander en Aristoteles durfden het aan om te denken buiten de mythes. Ze vroegen zich af: als de aarde ergens ‘hangt’ in de ruimte, waarom valt ze dan niet? Of: waarom veranderen de sterren aan de hemel als je naar het zuiden reist? Zo kwamen ze tot het idee van een ronde aarde, en een kosmos die volgens vaste regels werkt. Hun denken legde de basis voor latere sterrenkunde en aardrijkskunde. Ze zagen de mens als deel van een groter, logisch universum, een idee dat vandaag nog steeds terugkomt in onze zoektocht naar evenwicht tussen mens en natuur.

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

De Maya’s bouwden steden en tempels die nauwkeurig georiënteerd waren op hemellichamen. Voor hen was tijd een kosmisch ritme waarin ook de aarde haar plaats had. Ze konden zelfs zonsverduisteringen voorspellen! Indrukwekkend voor een beschaving zonder moderne instrumenten.

Vandaag gebruiken we geen mythes meer om het ontstaan van het universum te beschrijven, maar wetenschappelijke modellen. Het ontstaan en de evolutie van het heelal wordt vaak voorgesteld in een driedimensionale figuur, die je op de volgende pagina vindt.

Onderaan deze figuur zie je twee tijdlijnen, een rode balk die de temperatuur van het universum weergeeft en een groene balk die de verstreken tijd toont.

In de figuur zelf staan de letters a tot en met h. Die verwijzen naar belangrijke mijlpalen, zoals het ontstaan van materie, de vorming van sterrenstelsels, en uiteindelijk: het ontstaan van ons zonnestelsel en de aarde.

Door dit overzicht te bestuderen, krijg je zicht op de grote lijnen van de kosmische evolutie. Van het allereerste begin tot de planeet waarop wij vandaag leven.

1.1 Toen alles begon

13,8 miljard jaar geleden ontstond het universum uit een singulariteit: een oneindig klein punt met een oneindig grote dichtheid en een zeer hoge temperatuur. De omstandigheden in de singulariteit zijn bijna niet te bevatten, want de huidige wetten in de fysica gelden hier zelfs niet.

Er ontstaat een plotse, gigantische uitzetting (inflatie) van het universum met een factor 1050 in slechts 10-32 seconden! Dat is een pak sneller dan de snelheid van het licht!

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

K Temperatuur Tijd

Tijdens de oerknal ontstaan ruimte en tijd uit deze singulariteit. Zodra het pasgeboren universum groter wordt, zal het ook beginnen af te koelen. Deze snelle uitzetting wordt vaak vergeleken met een explosie of een knal. Vandaar de naam ‘oerknal’. Wanneer het universum genoeg is afgekoeld, zal zwaartekracht ontstaan. Kort daarna ontstaat materie en antimaterie. Heel bijzonder is dat er net iets meer materie is dan antimaterie (een overschot 1 op 1 miljard). Uit dit kleine overschot zullen later alle planeten, sterren en zelfs jij en ik ontstaan. Waarom dit zo gebeurt, is nog altijd een van de grootste raadsels in de theoretische fysica.

De uitzetting en afkoeling van het universum blijven aanhouden, alleen verloopt het proces minder snel. Hierdoor ontstaan de eerste eenvoudige atoomkernen zoals H, He en Li, gevormd uit een beperkt aantal protonen en neutronen. Voor volwaardige atomen is het nog te warm. Er zijn te veel botsingen en er is te veel energie, waardoor het universum eruit ziet als een ondoorzichtige oersoep.

Eindelijk wordt het koud genoeg zodat de eerste atomen kunnen ontstaan én blijven bestaan. Energie in de vorm van straling kan nu rechtdoor gaan en botst niet meer om de haverklap. Deze straling kennen we nu als de kosmische achtergrondstraling dat een beeld vormt van het universum toen het 300 000 jaar oud was. Let wel, er is nog geen zichtbaar licht, waardoor het universum een heel donkere plaats is.

De massa van de gaswolk waaruit een ster ontstaat, bepaalt welk type ster het wordt en hoe die aan haar einde zal komen. Grote sterren ondergaan een supernova en heel erg grote sterren vormen uiteindelijk zelfs een zwart gat. Als een ster een supernova ondergaat, ontstaan naast H en He een hele reeks nieuwe atomen, waaronder metalen zoals Fe, maar ook niet-metalen zoals C en O. Deze nieuwe atomen worden in elke richting geslingerd, waarna ze door de zwaartekracht uiteindelijk weer samenkomen om nieuwe sterren, planeten en zelfs organismen (zoals jij en ik) te maken.

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

2,73 K

Nu 1 miljard jaar

Door toeval ontstaan minieme verschillen in dichtheid in het steeds groter en kouder wordende universum. Onder invloed van zwaartekracht zullen plaatsen met een grotere dichtheid meer materiaal beginnen te verzamelen in een kleiner volume. Daardoor ontstaan gaswolken. Deze bestaan hoofdzakelijk uit H en He en evolueren vervolgens tot de eerste sterren en sterrenstelsels. Vanaf nu is er licht in het universum!

Het universum nu is een vrij ordelijke plaats. Materie in de vorm van gaswolken, planeten en sterren hebben zich geordend in structuren als sterrenstelsels. Deze bevinden zich op hun beurt in een cluster. Verschillende clusters bevinden zich in een van de grootste structuren van het universum: een supercluster.

Wat een onvoorstelbaar verhaal over het ontstaan van het universum, die oerknaltheorie! Deze toelichting is weliswaar het verhaal in een notendop, waarbij er misschien heel wat vragen worden opgewekt. Wees gerust, je bent niet de enige die zich vragen heeft gesteld! Zo hebben tal van geleerden een groot deel van hun leven gespendeerd aan het proberen beantwoorden van zoveel mogelijk vragen. Dankzij hun denkwerk kunnen we alvast enkele vaak voorkomende misvattingen vermijden. Toch moeten we ook erkennen dat er tot op de dag van vandaag nog heel wat mysteries blijven bestaan. Misschien bij jij degene die een bijdrage zal leveren aan de oplossing?

De oerknal was geen echte ontploffing, want er was niets dat kon ontploffen. De

De uitzetting van het universum, dat nog steeds gebeurt, wordt technisch gezien niet weergegeven als een snelheid. Dat komt omdat de objecten in het universum niet doorheen de ruimte bewegen, maar omdat de ruimte tussen objecten zelf steeds groter wordt. Omdat er dus geen afstand door de ruimte wordt afgelegd in een bepaalde tijd, kan je ook niet spreken van een snelheid. Daarom kunnen we ook niet zeggen of het universum ‘sneller’ groeit dan de snelheid van het licht.

De oerknal was dus geenexplosiedieopéén bepaaldeplaatsineen legeruimteplaatsvond. Deruimteontstondbijde oerknalengroeitnaarmate het universum uitzet. De oerknal vond dus overal plaats,tegelijkertijd.

Wat er voor de oerknal niet,was,wetenwe(voorlopig) wanterzijn(totnu overtoe),geenwaarnemingen mogelijk.Wekunnenoponsenkelberoepen speculatiestheorieënengebaseerdop theoretischefysica.

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

De oerknal- of bigbangtheorie werd bedacht door Georges Lemaître, een Belgisch kosmoloog die eigenlijk een katholieke priester was! Hij baseerde zijn idee op (o.a.) de waarneming dat sterren zich steeds verder weg van elkaar bewegen. Ook het eerdere werk van andere wetenschappers uit die tijd vormde een inspiratie voor Lemaître. Bepalend voor zijn idee was onder andere het werk van Albert Einstein die de speciale en de algemene relativiteitstheorie had beschreven. Het werk van beide heren behoort tot de theoretische fysica. Aan de hand van wiskundige vergelijkingen maakten ze voorspellingen. Pas later werden aanwijzingen en bewijzen gevonden voor hun vergelijkingen, aan de hand van experimentele gegevens. Op heden zijn er bijzonder veel aanwijzingen dat de oerknaltheorie het ontstaan van het universum verklaart, maar toch is het nog niet onomstotelijk bewezen. Daarom heet het nog steeds de oerknaltheorie.

© « Georges Lemaître et Albert Einstein », 1933, Archives de l'Université catholique de Louvain | Archives Georges Lemaître, BE A4006 FG LEM-621.

1.2 Twee zwaargewichten: Newton vs. Einstein

Er zijn vier fundamentele krachten in het heelal. Eén daarvan is bijzonder vaak bepalend voor heel wat gebeurtenissen in het universum. Daarom nemen we hier op deze pagina even tijd om er de aandacht op te vestigen. Of het nu gaat over je smartphone die uit je hand valt, de beweging van de planeten rond een ster, de grootte van een ster, het ontstaan van het zonnestelsel of van het universum: deze kracht speelt overal een rol. Ook nu, op dit moment, heeft die kracht een invloed op je. We hebben het natuurlijk over zwaartekracht.

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

In het derde jaar fysica leerde je al over Isaac Newton en zijn gravitatiewet. De zwaartekracht werd toen beschreven als: F = Met andere woorden: alles wat een massa heeft, oefent een zwaartekracht uit. Hoe groter de massa, hoe meer zwaartekracht er kan worden uitgeoefend.

Dankzij het werk van Isaac Newton kon eindelijk de beweging van de maan rond de aarde verklaard worden. Beide hebben een massa en beide trekken elkaar dus aan. Net genoeg om de centrifugale kracht als gevolg van hun bewegingen te overwinnen, waardoor de maan in een stabiele baan rond onze planeet blijft.

Wat zwaartekracht nu eigenlijk echt is, liet Newton over aan de fantasie van zijn lezers, want hijzelf wist het antwoord op die vraag niet. Tot enkele eeuwen later een genie, genaamd Albert Einstein, zich over deze vraag boog. Na heel wat theoretisch denkwerk, waar geen enkel experiment aan te pas kwam, besloot Einstein het volgende: zwaartekracht is geen kracht, maar een ombuiging van de ruimtetijd. Hoe groter de massa van een object, hoe sterker de ombuiging van de ruimtetijd. Objecten in de buurt van die ombuiging zijn dus verplicht om de krommingen in de ruimtetijd te volgen.

De ruimtetijd is een manier om de driedimensionale ruimte (lengte, breedte, hoogte) en de tijd als één vierdimensionaal geheel te zien.

1.3 Hoe ver is het nog?

Het zal je zo dadelijk snel duidelijk worden: de afstanden in de ruimte zijn zo groot, dat het gebruik van een afstandsmaat als de kilometer moeilijk bruikbaar is. Daarom vermelden we nu al dat er drie vaak gebruikte alternatieven bestaan.

Voor korte afstanden (binnen ons zonnestelsel) maakt men gebruik van de Astronomische Eenheid, afgekort AE. Dit is de gemiddelde afstand tussen de aarde en de zon en bedraagt afgerond 150 miljoen kilometer.

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

Voor gemiddelde afstanden maakt men gebruik van lichtjaar. Dit is de afstand die het licht aflegt als het één jaar lang door het heelal reist. Lichtjaar is dus geen tijd, maar een afstand! Na een jaar reizen aan de lichtsnelheid (300 000 km/s) is de lichtstraal dus 9,46 · 1012 km ver geraakt. Om de afstand tussen objecten in onze Melkweg uit te drukken gebruikt men vaak deze afstandsmaat.

Zo heeft de Melkweg de volgende afmetingen:

100 000 lichtjaar

30 000 lichtjaar

1000 lichtjaar

Voor de grootste afstanden maakt men gebruik van parsec (pc). Dit is de afstand tussen de zon en een object in de ruimte, waarbij de afstand tussen de aarde en de zon te zien is als 1 boogseconde. Omgerekend komt 1 parsec overeen met 3,261 lichtjaar.

Afstanden in onze cluster (de Lokale Groep), of zelfs verder, komen overeen met duizenden, miljoenen of zelfs miljarden parsecs. Daarom maakt men respectievelijk gebruik van kiloparsec (kpc), megaparsec (Mpc) en gigaparsec (Gpc). De rand van het waarneembare universum bevindt zich op 15 Gpc.

object beschrijving afstand

Mars een naburige planeet in ons zonnestelsel 1,52 AE

Jupiter de grootste planeet in ons zonnestelsel 5,2 AE

Proxima Centauride dichtstbijzijnde ster, naast de zon 4,24 lichtjaar

Trappist-1

Betelgeuze

krabnevel

Sagittarius A*

ander stelsel met een ster en 3 aarde-achtige planeten 40 lichtjaar

een zeer grote en dus ook heldere ster in het sterrenbeeld Orion, kan elk ogenblik een supernova worden 548 lichtjaar

een supernovarest in het sterrenbeeld Stier De supernova werd waargenomen in het jaar 1054 toen plots een nieuwe heldere ster verscheen aan de hemel.

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

6 523 lichtjaar

superzwaar zwart gat in het centrum van de Melkweg 26 670 lichtjaar

Andromedastelsel een spiraalvormig sterrenstelsel dat lijkt op de Melkweg, maar groter

778 000 parsec

Als je deze nacht de sterren bekijkt, weet dan dat het licht van die ster er een poos over heeft gedaan om de aarde te bereiken. Dat komt doordat licht een eindige snelheid heeft van afgerond 300 000 km/s.

Hoe verder een object zich bevindt, hoe langer het licht onderweg is om tot aan de aarde te raken. Dit betekent dat wanneer je naar sterrenstelsels kijkt die miljoenen of miljarden lichtjaren van ons verwijderd zijn, je nu pas het licht ziet dat ze miljoenen of miljarden jaren geleden al uitstuurden. Hoe verder weg het object, hoe langer geleden dat licht werd uitgezonden. Wanneer we sterren bekijken, kijken we dus letterlijk in het verleden.

Het licht van de zon doet er bijvoorbeeld 8 minuten en 20 seconden over om de aarde te bereiken. Dat wil zeggen dat we telkens de zon zien zoals ze er 8 minuten en 20 seconden geleden uitzag.

1.4 Orde in de chaos

Op ruimtereizen aan de snelheid van het licht zullen we nog even moeten wachten. Wat we in de tussentijd wel al kunnen doen, is verschillende soorten straling vanuit het universum onderzoeken om meer te weten te komen. Op basis van enkele eeuwen aan onderzoek zijn we te weten gekomen dat er heel wat structuren bestaan. Volg hieronder even mee.

het zichtbare heelal

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

het kosmische web: filamenten en holtes

© Max-Planck-Institut für Astrophysik

28,5 Gpc

supercluster: Laniakea

© SciencePhotoLibrary

160 Mpc 2,73 K Nu

Onder invloed van de zwaartekracht is het universum zich in de afgelopen miljarden jaren beginnen vormen tot het kosmisch web, een ruimte vol holtes en filamenten. In de holtes komt er nagenoeg niets voor, althans geen sterren of sterrenstelsels. Die laatste zijn allemaal gegroepeerd in enorm grote structuren die men filamenten noemt. Het kosmisch web kun je wat vergelijken met de structuur van een spons.

In filamenten zitten superclusters Dit zijn verzamelingen van miljarden verschillende sterrenstelsels. Door de beweging van de sterrenstelsels met elkaar te vergelijken, kan men verschillende superclusters onderscheiden. Zo blijken de meeste sterrenstelsels in onze supercluster, genaamd Laniakea, onder invloed van de zwaartekracht naar één centrale plaats te bewegen. In veel oudere handboeken zal je vinden dat wij ons in de Virgo supercluster bevinden. Recent onderzoek heeft aangetoond dat Virgo een klein onderdeel is van het veel grotere Laniakea.

Scan de QR-code voor meer uitleg over de ontdekking van Laniakea en om een beter beeld te krijgen van de grootte van verschillende hemellichamen.

3 000 kpc

We kunnen (nog) geen ruimtetuig de ruimte in sturen die een foto kan maken van het zichtbare heelal. Zo kun je bijvoorbeeld ook geen foto nemen van de buitenkant van je huis, wanneer je je erin bevindt. De afbeeldingen van het heelal zijn dan ook simulaties of illustraties die we zo waarheidsgetrouw mogelijk proberen weer te geven. In het Max Planck instituut probeert men het universum na te bootsen in zijn evolutie over een periode van 13,8 miljard jaar. Het eindresultaat vergelijkt men dan met wat we vandaag kunnen waarnemen. Het doel: de simulatie steeds beter de waarneming laten benaderen.

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

sterrenstelsel: de Melkweg planetenstelsel: ons Zonnestelsel

100 000 lichtjaar 20 000 AE

Sterrenstelsels kunnen onderling ook kleinere structuren vormen, onder invloed van de zwaartekracht. Deze structuren heten clusters. De cluster waartoe wij behoren, heet de Lokale Groep. De Melkweg bevindt zich in het midden van de Lokale Groep, met als naaste buren andere sterrenstelsels, zoals Andromeda.

Ons sterrenstelsel, de Melkweg, bevat minstens 100 miljard sterren en nog eens ongeveer 100 miljard planeten! Wat opvalt, is dat de meeste van deze sterren en planeten zich in een schijf bevinden die 100 000 lichtjaar groot is en 1 000 lichtjaar dik. De Melkweg ontstond vrij snel na de Big Bang en is al 13,6 miljard jaar oud. Sterren ontstonden, groeiden, stierven en gaven aanleiding tot witte dwergen, zwarte gaten en via supernova’s ook tot de geboorte van nieuwe sterren. Eén van die nieuwe sterren is onze zon. Rond die ster van slechts 4,6 miljard jaar oud, draaien een aantal planeten, waaronder de aarde. Samen vormen ze het zonnestelsel.

SciencePhotoLibrary

cluster: de Lokale Groep

1.5 Op ontdekking in de Melkweg

Al eeuwenlang kijken mensen omhoog naar de hemel en vragen zich af wat er zich daar allemaal afspeelt. Met de ontdekking van de telescoop en de eerste waarnemingen door astronomen zoals Galileo Galilei werd de verbazing alleen maar groter. Zo ontdekten astronomen door de eeuwen heen dat heel wat objecten aan de hemel deel uitmaken van één grote verzameling. Nu weten we dat die verzameling een sterrenstelsel is, onze Melkweg. Ook buiten onze Melkweg bleken er nog heel wat objecten te zijn. Naarmate de telescopen steeds beter werden, groeide ons besef dat het universum veel groter is dan enkel ons sterrenstelsel.

Zo troffen astronomen nog andere sterrenstelsels aan op grote afstanden van onze Melkweg. Het bestuderen van deze sterrenstelsels bleek waardevol, want zo ontstond er meer inzicht over onze plaats in het universum en ontdekten we enkele bijzondere eigenschappen van onze eigen Melkweg.

1.5.1 Buren van de Melkweg

Astronomen hebben ondertussen alle onderzochte sterrenstelsels kunnen indelen in een aantal categorieën, op basis van hun vorm en grootte. Men onderscheidt elliptische stelsels, spiraalstelsels, balkspiraalstelsels en onregelmatige stelsels. De kleine sterrenstelsels noemt men dwergsterrenstelsels. Van elk sterrenstelsel kan je minstens één voorbeeld vinden in de nabijheid van de Melkweg. Een verzameling sterrenstelsels is een cluster. Onze cluster heet de Lokale Groep en bevat bij benadering een 80-tal sterrenstelsels, waarvan de meeste dwergsterrenstelsels zijn.

elliptische stelsels balkspiraalstelsels spiraalstelselsonregelmatige stelsels

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

©ESO/Y. Beletsky - CC-SA 4.0

Driehoeknevel: spiraalstelsel

NGC 185: elliptisch stelsel

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

de Lokale Groep

IC 10: onregelmatig stelsel

Hoewel experimentele gegevens aantoonden dat de  meeste objecten in de ruimte zich steeds verder van elkaar bewegen, is het nog steeds perfect mogelijk dat hemellichamen naar elkaar toe bewegen. Zo wordt met grote zekerheid voorspeld dat het Andromeda sterrenstelsel en onze Melkweg binnen 4,5 miljard jaar zullen samenkomen. De twee sterrenstelsels zouden daarbij versmelten tot een reusachtig elliptisch sterrenstelsel. Via de QR-code op deze pagina kun je hier een simulatie van bekijken. Het Antennestelsel op de afbeelding rechts, is een voorbeeld van twee stelsels die nu met elkaar botsen!

Andromeda: balkspiraalstelsel

© NASA, ESA, and A. Ferguson (University of Edinburgh, Institute for Astronomy)

1.5.2 Structuur van de Melkweg

De Melkweg wordt al enige tijd als een spiraalstelsel beschouwd. Recente metingen tonen hoofdzakelijk aan dat de Melkweg toch eerder een balkspiraalstelsel is. Dit houdt in dat de objecten in de Melkweg zich in een vrij ordelijke structuur bevinden. In het centrum van de Melkweg zie je een heldere kern, de centrale verdikking. Hieruit vertrekken grote en kleine spiraalarmen Ons zonnestelsel bevindt zich in een relatief rustig gebied van de Melkweg, ver verwijderd van de onvoorstelbaar heftige omstandigheden in de centrale verdikking. Toch is het ook weer niet te rustig, waardoor interessante kosmische gebeurtenissen kunnen plaatsvinden, zoals de dood en de geboorte van een ster.

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

spiraalarmen

onze zon

centrale verdikking

30 000 lichtjaar

100 000 lichtjaar

Van opzij waargenomen ziet de Melkweg er wat anders uit. Hier zie je dat de meeste materie zich in de kern en de spiraalarmen bevindt. Deze vormen samen een schijfvormige structuur. Toch is er ook materie te vinden in bolvormige clusters en in een grote bolvormige halo rond de Melkweg.

globulaire clusters

schijf van de Melkweg

bolvormige halo

centrale verdikking

onze zon

30 000 lichtjaar

1 000 lichtjaar

1.5.3 Inhoud van de Melkweg

Het Melkwegstelsel is een enorm grote plaats, met naar schatting 100 miljard sterren en tussen de 100 à 200 miljard planeten. Tussen al deze objecten vind je ook nevels terug. Over elk van deze drie vormen van hemellichamen kan telkens een volledig boek geschreven worden. Toch zullen we ons hier tot de essentie beperken, waarbij we vooral inzetten op enkele interessante verbanden tussen de verschillende soorten hemellichamen. De Melkweg is namelijk niet statisch, maar dynamisch. Planeten en sterren kunnen geboren worden, groeien en sterven. Nevels zullen in dit dynamisch geheel een cruciale rol vervullen.

De QR-code geeft je een idee over de enorme variatie aan sterren, planeten en nevels die de Melkweg rijk is.

Nevels

Nevels zijn grote verzamelingen van gassen en stof in de ruimte tussen sterren. Concreet zijn het dus grote concentraties aan H en He elementen, aangevuld met kleinere hoeveelheden van de meer zeldzame elementen zoals C, O, S, Si… tot uiteindelijk Fe.

Onderzoek bracht aan het licht dat er heel wat nevels zijn, waarbij astronomen uiteindelijk een classificatie bedachten op basis van morfologische kenmerken. Met andere woorden, men keek hoe de nevel eruitziet om vervolgens in te delen in een groep.

Zo onderscheiden we:

diffuse nevels: dit zijn nevels zonder duidelijke rand, die enorme groottes van enkele honderden lichtjaren kunnen bereiken. Er zijn verschillende subtypes:

• emissienevels: deze diffuse nevels zijn in staat om zelf licht uit te zenden.

• absorptienevels: deze diffuse nevels absorberen het licht, waardoor ze eruit zien als een donkere vlek in de ruimte.

• reflectienevels: deze diffuse nevels zenden zelf geen licht uit, maar zijn in staat het licht van naburige sterren te weerkaatsen.

planetaire nevels: deze nevels hebben een min of meer duidelijke rand en zien er vanwege hun bolvorm uit als een planeet. Toch heeft het niets met planeten te maken! Ze ontstaan door sterren met een gemiddeld grote massa waarvan de buitenste lagen weggeblazen werden. Dat materiaal bevindt zich in een bolvormige regio rond een enorm hete kern die ervoor zorgt dat deze buitenste lagen licht beginnen uit te stralen. Daarom zijn planetaire nevels vaak ook geclassificeerd als emissienevels.

supernovaresten: dit soort nevel is wat overblijft nadat een zeer grote ster nog niet zo lang geleden een gewelddadige dood gestorven is. Een gigantische explosie heeft alle materie van de ster in alle richtingen geslingerd. Dit is een speciaal soort diffuse nevel die nog steeds blijft uitzetten.

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

Deze verschillende soorten nevels blijken belangrijke mijlpalen te zijn in het leven van sterren. Zo kan de dood van een grote ster leiden tot een planetaire nevel en de dood van een zeer grote ster tot een supernovanevel, beiden gevuld met tal van atomen. Uit zo’n nevel kan vervolgens een nieuwe ster ontstaan, of zelfs een volwaardig planetenstelsel. Door nevels te bestuderen zijn we dus meer te weten gekomen over het ontstaan van ons eigen zonnestelsel en onze eigen planeet, de aarde!

10 000 - 170 000 jaar

a Sterren

Om onze zon en haar invloed op de aarde beter te begrijpen, is het interessant om te kijken hoe onze ster is opgebouwd.

Een ster is geen grote saaie bol die zomaar in de ruimte rondzweeft. In een notendop uitgelegd: een ster is een grote verzameling van hoofdzakelijk H-elementen in de ruimte, die door de zwaartekracht tot een enorme bol worden samengedrukt. Door die immense druk in de kern van de ster, zal ze aan kernfusie doen. Dit wil zeggen dat twee H-atomen samensmelten tot een nieuw atoom, namelijk He. We zeggen dat H kernfusie ondergaat tot He. Hierbij komt enorm veel energie vrij in de vorm van straling en warmte. Deze straling zal uiteindelijk de ster verlaten als, onder andere, zichtbaar licht. Dit veroorzaakt een energierijke zone in de nabije omgeving van de ster, waarin zich planeten kunnen bevinden.

Ondertussen werd duidelijk dat er heel wat soorten sterren bestaan; van klein en wit van kleur, tot reusachtige, rode sterren en alles daartussenin. De grootte en de kleur van de ster wordt bepaald door de continue strijd tussen enerzijds de zwaartekracht en anderzijds de energie die vrijkomt door de kernfusie in de ster. Onze zon is een relatief kleine, maar stabiele ster.

zwaartekracht

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

kernfusie

7 miljoen K

15 miljoen K

Om onze zon en haar invloed op de aarde beter te begrijpen, is het interessant om ook eens te kijken hoe onze ster opgebouwd is. Ze bestaat namelijk uit een aantal lagen die hier kort toegelicht worden:

• In de kern van de zon vindt kernfusie plaats. De vrijgekomen energie van die kernfusie veroorzaakt een temperatuur van 15 miljoen K die daarna een hele lange en trage reis onderneemt naar het oppervlak van de ster.

• In de stralingszone wordt energie in de vorm van straling geabsorbeerd en weer vrijgegeven. Na elke vrijgave heeft de straling een beetje minder energie, waardoor ze afzwakt. Dit proces duurt tot wel 170 000 jaar vooraleer de straling eindelijk uit de stralingszone kan ontsnappen. De temperatuur zakt ondertussen van 7 miljoen K nabij de kern tot 2 miljoen K nabij de volgende laag.

• In de convectiezone ontstaan er stromen van warm en koud gas, waardoor er kringlopen of convecties ontstaan. Door de beweging in deze laag ontstaan er magnetische velden

• De fotosfeer kan je beschouwen als het oppervlak van de zon. Als we naar de zon kijken, dan is het deze laag die je ziet. De straling die in de kern ontstond, kan nu eindelijk ontsnappen. Door de vele botsingen in de stralingszone is een deel daarvan nu wel afgezwakt tot straling met lagere energie, zoals UV-, zichtbaar en infrarood licht. Het oppervlak van de zon heeft een temperatuur van ongeveer 5 000 K. Op de fotosfeer zie je zonnevlekken en granules

Scan de QR-code om meer te leren over protuberansen, filamenten en zonnevlammen WIST-JE-DAT

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

De atmosfeer van de zon bestaat uit twee lagen: de chromosfeer en de corona. De chromosfeer is een plaats met miljoenen stromen van geïoniseerd gas of plasma. Deze stromen noemen we spicules. Het is er eerst maar 4 000 K, maar naarmate men dichter bij de volgende laag komt, warmt het weer op tot 25 000 K.

De corona is de laatste laag van de zon en ze is enkel zichtbaar bij een totale zonsverduistering. Het plasma kan hier temperaturen bereiken tot 2 miljoen K. Deeltjes die uit de corona kunnen ontsnappen noemen we de zonnewind

granules

spicules

corona

Planeten

Het woord planeet is afgeleid van het Grieks, en betekent zwerver. Op die manier wordt een typerende eigenschap van een planeet beschreven, namelijk het dwalen rond een ster. Een planeet definiëren we als een bolvormig hemellichaam dat een baan heeft rond een ster, zonder zelf een ster te zijn. De omgeving van dat hemellichaam is vrij van ruimtepuin.

Planeten die niet tot ons zonnestelsel behoren en dus rond een andere ster draaien dan de zon, heten exoplaneten. Naar schatting zijn er zo’n 100 miljard à 200 miljard exoplaneten in de Melkweg. Deze schatting is vrij ruim, omdat ze zo moeilijk te detecteren zijn.

De meeste exoplaneten worden ontdekt met behulp van de transitmethode, waarbij men de helderheid van een ster meet. Een tijdelijke daling in helderheid wijst er op dat een exoplaneet tussen ons en de ster is komen te staan, terwijl deze beweegt op haar baan rond die ster.

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

Ruimtemissies zoals de Kepler missie, de Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) en recenter, de lancering van de James Webb ruimtetelescoop dragen bij tot de zoektocht van de mens naar een andere aarde-achtige planeet, met vloeibaar water, een atmosfeer en wie weet… zelfs leven.

James Webb ruimtetelescoop

1.6 De levensloop van een ster

Onze Melkweg bevat ongeveer 100 miljard sterren. Meer dan een eeuw aan onderzoek bracht aan het licht dat er verschillende soorten sterren bestaan, met erg uiteenlopende kenmerken. Het Hertzsprung-Russell diagram is een elegante manier om sterren in te kunnen delen in verschillende categorieën. In dit diagram wordt de helderheid van een ster weergegeven op de verticale as en de kleur van de ster op de horizontale as, want:

hoe hoger de helderheid van een ster, hoe groter deze is.

blauwe sterren hebben een hoge temperatuur aan de oppervlakte, rode sterren een relatief lage temperatuur. Je kan dit vergelijken met de vlam uit een aansteker. Onderaan is de vlam op zijn warmst en blauwgekleurd. Aan de rand, waar de vlam afkoelt, wordt de kleur rood.

De variatie aan sterren die je in het Hertzsprung-Russell diagram kan zien, ontstaat niet zomaar. Het toont de verzameling aan sterren die zich in verschillende stadia van hun leven bevinden. Sterren kunnen namelijk geboren worden, groter worden en uiteindelijk sterven. Hoe hun levensloop eruit ziet, is afhankelijk van de voortdurende strijd tussen de kernfusie in de ster en de zwaartekracht op de ster. Tijdens het leven van een ster, wordt een traject afgelegd in het Hertzsprung-Russell diagram. Het grootste deel van de tijd brengt hij door op de hoofdreeks. Dit is een verzameling sterren in het HertzsprungRussell diagram waartoe 90 % van alle sterren in de Melkweg behoren. Deze sterren zijn stabiel en zijn bezig met het omzetten van H naar He via kernfusie. Ook onze zon behoort tot de hoofdreeks. Het einde van een ster is afhankelijk van de massa, waarbij de ster uiteindelijk van de hoofdreeks kan afwijken. Op die manier onderscheiden we volgende types sterren die de hoofdreeks hebben verlaten:

een bruine dwerg

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

een witte dwerg

een rode reus

een rode superreus

Dit is een gefaalde ster die niet genoeg massa had om op een stabiele manier aan kernfusie te veroorzaken. Dit type hemellichaam is dus nooit begonnen met “stralen”.

Dit is het restant van een ster met een grootte vergelijkbaar met de zon, die op het eind van zijn leven de kernfusie niet meer kan volhouden. Een deel van de massa van zo’n ster wordt weggeduwd ter vorming van een planetaire nevel. De kern van de ster blijft achter en wordt door de zwaartekracht samengedrukt tot een klein volume, dat bijzonder warm is en heel traag afkoelt.

Dit is een heel grote ster met tot 10 keer zoveel massa als onze zon. Doordat het oppervlak zo ver verwijderd is van de kern, is het dan ook vrij koud. Hierdoor kleurt het oppervlak rood. Dit is ook wat onze zon te wachten staat aan het eind van zijn leven.

Dit is een zeer grote ster met 10 tot 40 keer zoveel massa als de zon.

De geboorte, evolutie en dood van een ster

Sterren worden gevormd in absorptienevels. Dit zijn enorme moleculaire wolken in de ruimte tussen sterren die vooral waterstof, maar ook nog andere gasmoleculen bevatten. Door de zwaartekracht komen deze gassen samen tot een steeds heter en groter wordende bol: een protoster.

Wanneer de protoster niet genoeg massa krijgt, zal ze nooit verder kunnen evolueren tot een echte ster. Kernfusie kan eventjes plaatsvinden, maar het blijft niet stabiel aanwezig. Daarna blijft er een bruine dwerg over. Dit is een traag afkoelende bol; een gefaalde ster.

Wanneer de protoster wel genoeg massa krijgt, zal ze verder evolueren tot een echte ster die deel uitmaakt van de hoofdreeks. Kernfusie kan op een stabiele manier voor miljarden jaren plaatsvinden. Een mooi voorbeeld is onze zon.

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

Terwijl onze zon een vrij kleine ster is, zijn er ook veel grotere sterren met meer massa. Door de enorme hoeveelheden kernfusie is hun oppervlak heter dan onze zon en kleuren ze blauw. Vanwege die kleur noemen we ze dan ook blauwe (super) reuzen

Laat in de levensloop van een ster kan ze uitgroeien tot een rode reus. Kernfusie gebeurt in dit stadium niet meer in de kern, maar in een schil rond de kern. Hierdoor wordt de ster steeds groter en groter. Tegelijk koelt het oppervlak meer af waardoor ze rood lijkt. Door hun grootte kunnen we rode reuzen vanop aarde zien als zeer heldere sterren.

Sterren met veel meer massa dan de zon groeien uit tot een rode superreus.

© NASA/JPL-Caltech

onze zon

onze zon

blauwe reus

Wanneer de brandstof in de rode reus op is (en er dus geen kernfusie meer optreedt), dan drijft de buitenste schil de ruimte in om een kleurige planetaire nevel

Terwijl de buitenste schil wegdrijft, stort de kern van de rode reus in elkaar om te vormen. Dit restant van een ster is eerst heel heet, maar ook vrij klein en heel zwaar, alsof je de massa van de zon samenperst tot de

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

Wanneer de rode superreus doorheen zijn brandstof is geraakt (= wanneer er geen kernfusie meer optreedt), dan stort de kern van de ster in elkaar. Hierbij ontstaat een schokgolf die heel wat materiaal in de ruimte slingert. Dit proces heet een supernova.

Wanneer de kern van de rode superreus de supernova overleeft, dan klapt ze in elkaar tot er een neutronenster overblijft. Dit is een kleine, maar enorm hete bol die vooral uit neutronen bestaat. Opvallend is dat ze heel snel rond haar as draait. Een neutronenster die ook stromen van straling uitstraalt, noemen we een pulsar.

Wanneer de kern van de rode superreus de supernova niet overleeft, dan klapt ze zó hard in elkaar dat er een gat overblijft. Een zwart gat oefent zoveel zwaartekracht uit, dat niets (zelfs geen lichtstraal) eruit kan ontsnappen.

1.7.1 Het ontstaan van het zonnestelsel

diffuse nevel verrijkt met zeldzame zware atomen

We hebben ondertussen een beter inzicht in onze plaats in het universum. Het bestuderen van nevels, sterren en planeten in de Melkweg heeft vervolgens geleid tot een beter begrip van de processen die geleid hebben tot het ontstaan van onze eigen zon en de planeten die eromheen draaien. Hier volgt een overzicht van de belangrijkste stappen en processen in de vorming van ons zonnestelsel. Daarna bespreken we de inhoud van het zonnestelsel, waarbij we werken van grote objecten naar steeds kleinere objecten. Zo komen we tenslotte automatisch bij de structuur van ons zonnestelsel.

Sterren kan je zien als “atoomfabrieken” in het universum. Ze maken door hun kernfusie nieuwe elementen aan, waarbij ze met H beginnen om vervolgens steeds zwaardere elementen zoals He, C en O te maken. Zo kunnen, afhankelijk van de massa van de ster, de kernfusiereacties theoretisch gezien doorgaan tot aan de vorming van Fe.

Wanneer een zeer grote en oude ster sterft, kan dat verlopen via een supernova. Hierbij wordt de oude ster door een enorme schokgolf uit elkaar gereten en worden alle atomen de ruimte in geslingerd. Zo ontstaan er diffuse nevels in de ruimte tussen sterren. Deze nevels worden beetje bij beetje verrijkt met niet alleen eenvoudige, maar ook grotere atomen die best zeldzaam zijn in het universum. Deze nevels bevatten dus de ingrediënten waaruit nieuwe sterren en zelfs planeten gevormd kunnen worden.

Als je even doordenkt en je overloopt de atomen waaruit levende wezens bestaan, namelijk de atomen S, P, O, N, C en H, dan ontstaat er wel een bijzonder inzicht. Wij allemaal…zijn opgebouwd uit “sterrenstof”!

4,6 miljard jaar geleden gebeurde op deze plaats in het universum het volgende: een schokgolf van een nabijgelegen supernova verstoort een grote diffuse nevel. Hierdoor beginnen de deeltjes in de diffuse nevel langzaamaan, onder invloed van de zwaartekracht, samen te trekken en vervolgens te roteren.

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

accretieschijf met centraal een protoster en daarrond talrijke planetesimalen

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

Onder invloed van de zwaartekracht komen steeds meer deeltjes in de roterende schijf dichter bij elkaar, waarbij er kleine objecten worden gevormd die steeds groter worden. Door die samentrekking begint de schijf steeds sneller te roteren, waardoor de meeste objecten die gevormd worden een baan beginnen te krijgen, in eenzelfde richting en zin met een bepaalde snelheid. Ook de pas gevormde objecten zelf krijgen een rotatiesnelheid. Deze traag groeiende objecten, bestaande uit samengeklonterde stukken stof en ijs, kunnen in diameter variëren van enkele millimeters tot enkele kilometers. Deze objecten, vroeg gevormd in het ontstaan van het zonnestelsel, noemen we planetesimalen. Phobos, één van de manen van Mars, is zo’n planetesimaal. Met zijn diameter van 22 km heeft Phobos de latere gebeurtenissen in ons zonnestelsel overleefd.

De schijf waarin deze gebeurtenissen plaatsvinden, noemen we de accretieschijf

Accretie is het proces waarbij een object door de werking van de zwaartekracht massa bij krijgt en dus groeit.

In het midden van de accretieschijf verzamelen zich de meeste elementen, daar zal dus het object met de grootste massa ontstaan. Door de enorme zwaartekracht die er lokaal heerst, zal de temperatuur aanzienlijk toenemen. Op deze manier ontstaat centraal in de accretieschijf een enorme gloeiende bol, opgebouwd uit voornamelijk H atomen. Dit is een protoster, de voorloper van de zon. Het verschil met een volwassen ster is dat een protoster nog niet aan kernfusie doet.

Phobos

Vesta, voorbeeld van een protoplaneet

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

accretieschijf met centraal een steeds hetere protoster en daarrond protoplaneten, ontstaan van het onderscheid wat later de aardse planeten en de gasplaneten zullen worden

Als de planetesimalen groter worden, trekken ze op hun beurt elkaar ook aan via zwaartekracht. Hierdoor botsen ze, smelten ze samen en ontstaan er meerdere grotere objecten. Deze objecten bestempelen we als protoplaneten en ze hebben volgende kenmerken:

Ze hebben nog niet genoeg massa om mooi bolvormig te zijn.

De ruimte rondom de protoplaneet is omgeven door het gas en stof die nog volop aanwezig zijn in de accretieschijf.

Tijdens de accretie krijgt de protoplaneet steeds meer massa, waardoor de zwaartekracht toeneemt en daarmee ook de druk. Deze steeds toenemende druk, samen met de impact van objecten zoals planetesimalen zorgt voor een hoge temperatuur die de protoplaneet volledig kan doen smelten. Daardoor ontstaat er een herschikking van de elementen in de protoplaneet op basis van massadichtheid. Net zoals olie drijft op water, zullen de zwaardere elementen naar de kern van de protoplaneet zakken en de lichtere elementen blijven drijven aan het oppervlak. Als de protoplaneet na verloop van tijd afkoelt, is er een gelaagdheid ontstaan.

Terwijl de accretieschijf met planetesimalen stilaan evolueert tot een accretieschijf met protoplaneten, blijft de protoster door accretie ook toenemen in massa. De temperatuur van de protoster blijft dus ook stijgen. Voor lichtere moleculen in de accretieschijf, zoals gassen, wordt het moeilijker om dicht bij die steeds heviger gloeiende protoster te blijven. Ze worden naar de rand van de accretieschijf “weggeblazen”, waardoor er twee zones in de accretieschijf ontstaan. In deze twee zones vormt zich een ander soort protoplaneet:

1 Dichtbij de steeds heter wordende protoster ontstaan protoplaneten opgebouwd uit metaal en steen. Deze protoplaneten bestaan dus voornamelijk uit zwaardere elementen. Deze zijn bestand tegen de warme omstandigheden rond de protoster. De zwaardere elementen zijn relatief zeldzaam in de originele diffuse nevel waaruit het zonnestelsel is ontstaan. Daarom zijn deze protoplaneten relatief klein. Water kan er bestaan in vloeibare vorm en/of in gasvorm.

2 Verder van de protoster is het koud genoeg voor water en gassen om respectievelijk te stollen tot ijs of te condenseren tot een heel koude vloeistof. De lichtere elementen die zich hier verzamelen geven aanleiding tot het ontstaan van reusachtig grote protoplaneten die bestaan uit gas en/of ijs.

©

2014

EPFL/Jamani

Caillet, Harold Clenet

korst mantel kern

Vesta

huidig zonnestelsel met centraal een ster, daarrond acht planeten en zones met ruimtepuin

Een laatste kosmische gebeurtenis bepaalt ten slotte hoe ons huidige zonnestelsel eruit ziet. De protoster wordt een echte ster: de zon is geboren. De temperatuur in de protoster is eindelijk heet genoeg om kernfusie tussen de H-atomen te laten gebeuren. De enorme hoeveelheid energie die daarbij vrijkomt, zet onmiddellijk de nabije H-atomen aan om ook aan kernfusie te doen. Vanaf dan is het alsof het licht in ons zonnestelsel aan gaat, want vanaf nu begint de zon licht uit te stralen. Een deel van de energie die ontstaat in de zon kan nu ook ontsnappen in de vorm van de zonnewind. Dit is een onophoudelijke stroom van geladen deeltjes die weg gekatapulteerd worden uit de zon. Deze zonnewind blaast alle overgebleven stof en gas in de accretieschijf tot voorbij de verste protoplaneten, waardoor de ruimte ertussen vrij netjes en ordelijk wordt. Rond de jonge zon draaien nu een 50 à 100-tal protoplaneten die in de loop van de volgende tientallen miljoenen jaren met elkaar zullen botsen. Het eindresultaat: een zonnestelsel met centraal één ster en daarrond acht planeten die in een stabiele baan roteren. Daarnaast zijn er nog drie zones overgebleven met ruimtepuin.

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

© Shadia Habbal, Miloslav Druckmüller

1.7.2 Planeten in het zonnestelsel

In ons ondenkbaar groot universum, in een supercluster Laniakea, in een miljarden jaar oud sterrenstelsel genaamd De Melkweg, zit ons zonnestelsel. 4,6 miljard jaar geleden ontstond onze zon, waarrond nu in totaal acht planeten draaien. Hieronder geven we een overzicht mee met enkele verschillen en gelijkenissen tussen die planeten. Verder vermelden we in dit hoofdstuk enkele belangrijke feiten, weetjes en inzichten in verband met de planeten in ons zonnestelsel.

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

aardse planeten

Jupiter

Saturnus

Venus

Mercurius

Mars

gasreuzen

Saturnus

Aarde

De ellipsvormige beweging van de aarde rond de zon gebeurt in een geometrisch vlak. Dit vlak noemen we het eclipticavlak. De andere planeten in ons zonnestelsel bewegen ook in een ellipsvormige baan en dat min of meer in hetzelfde eclipticavlak. De zon staat niet perfect centraal in die ellipsvormige baan. De omlooptijd is de tijd die nodig is voor een planeet om één rondje rond de zon af te leggen. Voor planeten het dichtst bij de zon is de omlooptijd korter dan voor planeten die verderaf staan. De vier kleinere aardse, stenige planeten met een baan het dichtst bij de zon noemen we ook wel de binnenplaneten, de vier grootste gasplaneten in een baan het verst van de zon zijn de buitenplaneten

Bij 1.7.1 leerde je al over het ontstaan van de beweging van planeten en waarom er een onderscheid is tussen de binnenplaneten en buitenplaneten.

Uranus

Neptunus

* Afstanden van de planeten onderling en groottes van de planeten onderling zijn op schaal.

* Afstanden en groottes van de planeten zijn niet op schaal ten opzichte van elkaar.

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

Bij 1.7.1 leerde je hoe de protoplaneten tijdens het ontstaan van het zonnestelsel een gelaagde opbouw kregen. Zo’n gelaagdheid vinden we -ondanks alle verschillende samenstellingen - bij alle planeten terug.

zon aarde

eplicticavlak

ijsreuzen

Mercurius

diameter: 4 880 km

afstand tot zon: 0,4 AE

omlooptijd: 88 dagen

aantal manen: 0

extra: heeft geen atmosfeer

Venus

diameter: 12 104 km

afstand tot zon: 0,7 AE

omlooptijd: 225 dagen

aantal manen: 0

extra: de heetste planeet, winden van zwavelzuur met een snelheid van 360 km/u

Aarde

diameter: 12 756 km

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

afstand tot zon: 1 AE

omlooptijd: 365 dagen

aantal manen: 1

extra: enige planeet met leven

Mars

diameter: 6 792 km

afstand tot zon: 1,5 AE

omlooptijd: 687 dagen

aantal manen: 2

extra: bevat water in de vorm van ijs

Jupiter

diameter: 142 984 km

afstand tot zon: 5,2 AE

omlooptijd: 12 jaar

aantal manen: 95 *

extra: heeft een ring, “oog” is een cycloon die al honderden

Uranus

diameter:

afstand tot zon: 19,2 AE

Saturnus

diameter: 120 536 km

afstand tot zon: 9,6 AE

omlooptijd: 29 jaar

aantal manen: 146 *

extra: heeft zeer duidelijke ringen

Neptunus

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

omlooptijd: 84 jaar

aantal manen: 28

extra: heeft een ring, het kan hier diamanten regenen, is 90° gekanteld.

diameter: 49 528 km

afstand tot zon: 30 AE

omlooptijd: 165 jaar

aantal manen: 16

extra: heeft een ring, het kan hier diamanten regenen, blauwe kleur door methaangas

1.7.3 De maan, onze trouwe metgezel

a Uitzicht en oorsprong van de maan

Naast planeten bevat ons zonnestelsel tientallen natuurlijke satellieten of manen. Een maan is een object dat een baan heeft rond een andere planeet (of dwergplaneet, of ander klein hemellichaam). De oorsprong van een maan kan erg verschillend zijn. Een aantal manen zijn ontstaan uit de accretieschijf nabij de planeet waar ze zich bevinden. Andere manen zijn planetoïden (zie verder) die toevallig gevangen werden door de zwaartekracht van een planeet toen ze te dichtbij kwamen. En dan is er onze maan, een buitenbeentje onder de manen vanwege zijn grootte. Onze maan is namelijk groter dan de meeste andere manen in het zonnestelsel.

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

De maanstenen die naar de aarde werden meegenomen tijdens de eerste maanlandingen toonden aan dat de chemische samenstelling van de aarde en de maan bijzonder gelijk is. Zo begon het verhaal van onze maan duidelijk te worden… en wat voor een heftig verhaal blijkt dat te zijn! Scan de QR code en/of lees de verklaring hieronder.

Door een knap staaltje kosmisch toeval is de aarde tijdens het begin van het ontstaan van het zonnestelsel gebotst met haar kleinere tweeling, de protoplaneet Theia. Men gaat ervan uit dat Theia op dezelfde baan lag als de Aarde, dus even ver van de zon verwijderd. Hierdoor was enerzijds de structuur en samenstelling van Theia heel gelijkaardig aan die van de aarde. Anderzijds was, door die vergelijkbare afstand, een botsing tussen de twee protoplaneten onvermijdelijk. De aarde overleefde de botsing en een deel van Theia versmolt met de aarde. Een ander deel van Theia spatte uit elkaar, waarbij de brokstukken in een baan rond de aarde bleven. Via accretie vormden deze brokstukken uiteindelijk de maan.

Deze hypothese werd opgebouwd op basis van computersimulaties en verklaart waarom de maan vrij groot is, een baan heeft rond de aarde en een gelijkaardige samenstelling heeft als de aarde. De andere uiterlijke kenmerken van de maan kan je verklaren door een aantal processen die nadien kwamen. Deze kan je ook verkennen via de QR code.

maankraters

mare

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

Kort na het ontstaan van de maan, toen het oppervlak voldoende was afgekoeld na de accretie, sloegen er enkele grote brokken ruimtepuin op het maanoppervlak in. Hierbij smolt het nog maar pas gevormde gesteente tot een groot veld van lava. Vervolgens koelde de lava terug traag af om te stollen tot een gesteente met een meer donkere kleur. Zo’n grote donkere vlek noemt men een mare

Na de impact van de grote brokken ruimtepuin, sloegen er miljarden kleinere stukken ruimtepuin in op het oppervlak van de maan. Deze vormden de vele miljoenen maankraters die typisch zijn voor het uitzicht van de maan. Enkele van die kraters zijn zo groot, dat men ze zelfs met het blote oog kan zien vanop aarde!

Een laatste bijzonder kenmerk van de maan is haar beweging rond de aarde. De baan van de maan rond de aarde duurt even lang als de rotatie rond haar as, een fenomeen dat we kennen als synchrone rotatie. Daarom zien we hier op aarde steeds dezelfde kant van de maan. Eén rondje rond de aarde duurt ongeveer 28 dagen, vergelijkbaar met de duur van een maand. Vandaar…de maan in maand.

b Schijngehalten van de maan

De maan is gemiddeld slechts één keer per maand zichtbaar in al haar glorie. De verschillende fasen van de maan zijn het gevolg van haar posities ten opzichte van de zon en de aarde.

nieuwe maan

eerste kwartier volle maan laatste kwartier

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

wassende maan

wassende maan

eerste kwartier

afnemende maan

nieuwe maan volle maan

laatste kwartier

afnemende maan

Je kan de schijngestaltes zelf nabootsen met behulp van een donkere ruimte, een lamp en een bolvormig object op een stokje. Probeer gerust even zelf thuis of in de klas! De derde link via de QR-code op pagina 38 toont je hoe je precies te werk kunt gaan.

c Gevolgen van de aanwezigheid van de maan in een baan om de aarde

De aanwezigheid van de maan brengt heel wat gevolgen met zich mee.

dagelijks voorkomen van hoogtij en laagtijHet oppervlak van de maan reflecteert zonlicht, waardoor ze ‘s nachts een bron van licht is.

De maan schuift voor de zon, zo ontstaat een zonsverduistering.

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

HRS MIN SEC

De maan remt de aardrotatie af, dat leidt tot een schrikkelseconde.

De aarde schuift voor de zon, zo ontstaat een maansverduistering (een bloedmaan).

naar Vega (Poolster in het jaar 14 000)

naar de Poolster (op heden)

23,5° eclipticavlak

rotatieas aarde

De maan beïnvloedt de oriëntatie van de aardas (precessie).

Dagelijks voorkomen van hoogtij en laagtij

De getijden hebben al eeuwenlang een invloed op de mens. Ze beïnvloeden de visserij en scheepvaart en hebben een impact op het dagelijks leven voor mensen die wonen aan de kust.

De periodieke stijging en daling van de zeespiegel blijken een patroon te volgen, dat we goed kunnen bestuderen met behulp van een getijdengrafiek.

Enkele waarnemingen opgesomd:

• In de loop van één dag (24u) komt er gemiddeld 2 keer een hoogtij en 2 keer een laagtij voor.

• De tijd die verloopt tussen twee opeenvolgende getijden is telkens heel gelijkaardig.

• Er is variatie in de hoogte van hoogtij en laagtij, waarbij het verschil in hoogte tussen de getijden geleidelijk aan gebeurt.

Er blijkt dus een grote regelmaat aanwezig te zijn in het voorkomen van de getijden. Dit wijst op de aanwezigheid van een stabiel systeem dat de getijden opwekt. In grote lijnen kunnen we de getijden verklaren als het resultaat van:

banen en rotaties van de zon, aarde en maan

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

1 de centrifugale kracht die ontstaat door de maan die rond de aarde draait.

2 de zwaartekracht van de maan en de zon

De getijdenkracht is dan het verschil tussen beide krachten. Zo wordt het water in de oceanen dusdanig beïnvloed, waarbij ze vervormt en ‘uitstulpt’ op plaatsen met hoogtij en ‘inzakt’ op plaatsen met laagtij.

Ook het tempo waarin de getijden zich voordoen wordt verklaard door de combinatie van de aardrotatie en de baan van de maan rond de aarde.

Verklaring van de getijdenkracht als verschil tussen centrifugale kracht en zwaartekracht.

a De aarde draait rond haar eigen as. Het aardoppervlak is voor 70 % bedekt met water. Dat water bevindt zich vooral in grote massa’s zoals oceanen en zeeën.

rotatie van de aarde rond haar as Noordpool aarde

Maan

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

b De maan oefent een zwaartekracht uit op de aarde, en omgekeerd. De kant die het dichtst bij de maan staat (punt z) ervaart de meeste zwaartekracht; de kant het verst van de maan het minst. In tegenovergestelde richting is er de centrifugale kracht. Die is overal even groot en zorgt ervoor dat de afstand tussen de maan en de aarde stabiel blijft. De zwaartekracht is:

• groter dan de centrifugale kracht in punt z

• even groot als de centrifugale kracht in punt x

• kleiner dan de centrifugale kracht in punt y

zwaartekracht centrifugaalkracht y x z b

c De som van de zwaartekracht en de centrifugale kracht verklaart waarom het water in punt z en punt y naar buiten wordt geduwd. Hier ontstaat er hoogtij. Hoe verder je gaat van punt z en y langs het oppervlak van de aarde, hoe meer de resultante van de krachten ervoor zal zorgen dat het water zelfs zo dicht mogelijk tegen de aarde wordt geduwd. Hier is er dan laagtij. Doordat de aarde in één dag eenmaal rond haar as draait, ervaart ze om de zes uur een ander getij (twee keer vloed en twee keer eb).

Het optellen van vectoren leerde je in het derde jaar in ISAACfysica, meer bepaald in het Vademecum.

Afwisselen van springtij en doodtij in een maand

De combinatie van zon, aarde, maan en hun revolutiebewegingen leiden tot vier speciale situaties per maand.

nieuwe maan laatste kwartier

In bepaalde gevallen liggen de zon, de aarde en de maan op één lijn. Hierdoor zal het extra beetje zwaartekracht door de zon een versterkend effect hebben. Het hoogtij zal extra hoog zijn en het laagtij extra laag. We spreken dan van springtij.

volle maan eerste kwartier

Soms liggen de zon en de maan in een hoek van 90° ten opzichte van de aarde. Hierdoor heffen ze elkaars invloed op de aarde bijna op. Het hoogtij zal helemaal niet zo hoog zijn en het laagtij niet zo laag. We spreken dan van doodtij.

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

Er zit vaak wat vertraging op het tijdstip van doodtij en springtij. De grote eb- en vloedbewegingen overspannen complete oceanen. Die watermassa’s reageren met enige vertraging op de veranderende krachten van zon en maan. Obstakels zoals grote continenten, eilanden of de vernauwing in Het Kanaal veroorzaken bovendien extra vertraging of extra opstuwing. Aan de Noordzeekust merken we hierdoor springtij pas enkele dagen na de nieuwe of volle maan op.

Verduisteringen of eclipsen

Hoewel de zon zoveel groter is dan de maan, staat ze ook veel verder van de aarde verwijderd: 150 miljoen kilometer versus 380 000 kilometer. Hierdoor lijken zon en maan even groot voor iemand die op aarde staat. 223 maanden duren vrijwel exact even lang als 18 jaar. Om de 18 jaar nemen zon, maan en aarde dus vrijwel dezelfde posities ten opzichte van elkaar in. Net die unieke combinatie leidt tot enkele bijzondere fenomenen: de verduisteringen, die zich volgens diezelfde cyclus van 18 jaar herhalen.

a Maansverduistering

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

kernschaduw bijschaduw

b Zonsverduistering

kernschaduw bijschaduw

gedeeltelijke eclips totale eclips

Als de maan tussen de aarde en de zon staat, kan ze het zonlicht voor een korte periode blokkeren op heel specifieke plaatsen op aarde. Als waarnemer merk je dan dat een donker gebied met grote snelheid op je afkomt. Enkel wie zich in de kernschaduw bevindt, ervaart een totale eclips. Net voor en net na het moment van de totale eclips kun je een zogenaamde diamantring waarnemen.

Wie zich in de bijschaduw bevindt, ervaart een gedeeltelijke eclips. Omdat in dat laatste geval nog steeds zonlicht de aarde bereikt, wordt het niet donker en mag je dit fenomeen enkel met een eclipsbril waarnemen.

1.7.4 Ruimtepuin

Ons zonnestelsel bestaat niet alleen uit de zon en de acht planeten. Daarnaast heb je nog dwergplaneten, planetesimalen, planetoïden, meteoroïden en kometen. Al deze hemellichamen zweven niet zomaar lukraak rond de zon, maar komen in bepaalde gebieden voor. In het zonnestelsel kunnen we dus een aantal zones definiëren.

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

De Oortwolk

De uiterste rand van ons zonnestelsel is meer dan 10 000 AE van ons verwijderd. Ze ziet eruit als een grote bol en bestaat uit tientallen miljarden kleine objecten. Deze objecten bestaan uit steen en ijs en zouden een bron kunnen zijn van heel wat kometen in ons zonnestelsel. Het bestuderen van de Oortwolk is moeilijk omdat ze zo ver gelegen is en de objecten erin zo klein zijn. Daarom is de kennis over de inhoud en de oorsprong ervan nog schaars.

Neptunus

buitenzonnestelsel

Kuipergordel

De Kuipergordel

Deze schijfvormige zone voorbij de baan van Neptunus is zo’n 30 à 55 AE verwijderd van de zon. De Kuipergordel bevat miljoenen kleine objecten van steen en ijs en is daarmee ook een bron van kometen. Daarnaast vinden we er ook tienduizenden grotere objecten terug. Deze kunnen zo groot worden, dat ze bestempeld worden als dwergplaneten, zoals Pluto, Eris e.a.

Pluto

Oortwolk

Saturnus

Uranus

De planetoïdengordel

Tussen het binnenzonnestelsel en het buitenzonnestelsel zit een ring van kleine tot relatief grote objecten die voornamelijk uit steen en metaal bestaan. De kleinste brokken ruimtepuin noemen we meteoroïden, de grotere zijn de planetoïden of asteroïden. Ondertussen heeft men enkele miljoenen objecten in deze zone ontdekt. Meer dan de helft van alle massa zit in een drietal grote planetoïden en één dwergplaneet, Ceres.

De buitenplaneten

Deze zone bevat de twee gasreuzen, Jupiter en Saturnus, en de twee ijsreuzen, Uranus en Neptunus. De afstand tot de zon is hier groot genoeg voor vluchtige stoffen om samen te klonteren en planeten te vormen.

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

De binnenplaneten

De vier aardse planeten vormen de binnenplaneten: Mercurius, Venus, Aarde en Mars.

Het binnenzonnestelsel

Dit is de verzameling van de binnenplaneten en de planetoïdengordel.

Het buitenzonnestelsel

Dit is de verzameling van de buitenplaneten en de Kuipergordel.

binnenzonnestelsel

Planetoïdengordel

Trojaanse asteroïden

Kometen

Kometen zijn relatief kleine hemellichamen van enkele kilometers groot. Ze worden soms vergeleken met een ‘vuile sneeuwbal’. Dit komt omdat ze naast bevroren water ook ander materiaal bevatten zoals gesteente, stofdeeltjes, bevroren gassen en complexere organische stoffen. Men vermoedt dat een groot deel van al het water op aarde, alsook de bouwstenen voor het eerste leven op aarde, afkomstig is van kometen!

Ook kometen hebben een baan rond de zon, die vaak verschilt van het eclipticavlak. In hun baan rond de zon bevinden kometen zich soms heel ver en soms heel dicht bij de zon. Als ze in de buurt van de zon komen, zullen bevroren stoffen sublimeren tot een gas en komen ook stofdeeltjes vrij. Dit proces laat twee staarten na. De stofstaart reflecteert zonlicht en kunnen we vanop aarde heel goed zien. De gasstaart krijgt een andere richting door de zonnewind die de gasdeeltjes een lading geeft en wegduwt.

Dwergplaneten

Naarmate er meer en meer hemelobjecten ontdekt werden, ontstond de noodzaak om ook planeten in verschillende klassen in te delen. Hieronder vind je de huidige kenmerken waaraan een hemelobject moet voldoen om als planeet te worden beschouwd.

1 Het hemellichaam moet in een baan rond een ster draaien. Een baan rond een andere planeet (zoals een maan) volstaat niet.

2 Het hemellichaam moet voldoende massa hebben om zichzelf, door middel van zwaartekracht, samen te persen tot een bolvorm.

3 Alle ruimtepuin in de omgeving van het hemellichaam langs de eigen baan is opgeruimd.

Dwergplaneten slagen er niet in om aan het derde kenmerk te voldoen. Ze hebben genoeg massa om bolvormig te zijn, maar niet genoeg massa om alle ruimtepuin in de nabijheid aan te trekken en op te ruimen.

Gekende dwergplaneten zijn Pluto, Eris, Makemake, Haumea en Ceres. De meeste dwergplaneten vind je in de Kuipergordel, met uitzondering van Ceres. Dit is de enige dwergplaneet in de planetoïdengordel.

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

Bij elke passage langs de zon wordt een komeet steeds kleiner. Dit proces kan zich blijven herhalen tot de komeet onstabiel wordt en uit elkaar valt, tot er uiteindelijk niets meer overblijft.

© Philipp Salzberger – CC-SA 2.0

Ceres

Planetoïden (asteroïden) en meteoroïden

Naast kometen zijn er ook veel stukken ruimtepuin van metalen en steen die een baan rond de zon hebben.

Deze stukken ruimtepuin zijn niet bolvormig en hebben verschillende groottes.

• Planetoïden, ook wel gekend als asteroïden, hebben een grootte van minstens 1 meter tot wel enkele honderden kilometers.

• Meteoroïden zijn stukken ruimtepuin die kleiner zijn dan 1 meter.

Meteoren en meteorieten Wanneer een stuk ruimtepuin aangetrokken wordt door de zwaartekracht van de aarde, zal ze met een grote snelheid in botsing komen met de gasdeeltjes van onze atmosfeer. Deze botsingen zullen het kleine stuk ruimtepuin enorm snel opwarmen waardoor het helemaal verdampt. Dit is vanop het aardoppervlak zichtbaar als een kortstondige lichtstreep: een meteoor. In de volksmond spreken we van een vallende ster.

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

In deze app kan je onderaan de schuifregelaar verplaatsen. Om vooruit te spoelen, kan je die helemaal naar rechts schuiven.

Beschrijf enkele kenmerken van de baan van de meeste stukken ruimtepuin.

Merk op dat de meeste objecten zich in het eclipticavak bevinden en ook tegenwijzerzin rond de zon draaien. Zo gedragen ze zich net zoals de planeten in ons zonnestelsel, wat wijst op een gemeenschappelijke ontstaansgeschiedenis. Kometen daarentegen hebben vaak een afwijkende baan.

Grotere meteoren kunnen tijdens hun passage door de atmosfeer een zeer fel licht voortbrengen dat zelfs overdag zichtbaar is. In dat geval spreken we van een vuurbal.

Wanneer de meteoor niet volledig is opgebrand in de atmosfeer, kan er een stuk op het aardoppervlak terechtkomen. In dat geval spreken we van een meteoriet

Verder oefenen

BEGRIJPEN

1 Wat was er voor de oerknal?

2 Waar vond de oerknal plaats?

3 Was de oerknal een ontploffing?

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

4 Is elk lichtpuntje dat je ‘s nachts aan de hemel ziet een ster?

5 De Melkweg is een levendige plaats. Sterren en planeten kunnen er ontstaan, evolueren en uiteindelijk sterven. Hoe spelen nevels daarbij een centrale rol?

6 Leg uit hoe de variatie aan sterren kan verklaard worden, als het gevolg van de continue balans tussen 2 krachten in de ster.

7 De levensloop van een ster is afhankelijk van haar massa. Wat zijn de 3 mogelijke scenario’s van geboorte tot de uiteindelijke dood van een ster?

8 Hoe zijn de planeten en de zon ontstaan?

9 Hoe komt de aarde aan haar gelaagdheid?

10 Hoe komen de planeten in het zonnestelsel aan hun baan rond de zon, met een vrij constante snelheid, richting en zin?

11 Waarom vind je dichtbij de zon kleine, stenige planeten en verder van de zon grotere, gasplaneten?

12 Waarom is het zonnestelsel netjes opgeruimd en bevindt het ruimtepuin zich vooral in een drietal zones?

13 Wat kan je vinden in de planetoïdengordel, de Kuipergordel en de Oortwolk?

14 Hoe is de maan ontstaan?

15 Hoe kan je de donkere vlekken en de kraters op het oppervlak van de maan verklaren?

16 Wat zijn de gevolgen van de aanwezigheid van de maan?

Wil je nog verder oefenen? Ontdek ons oefenaanbod op .

TOEPASSEN

1 In de volgende zinnen staat de afstand uitgedrukt in kilometer. Dit is in bepaalde situaties niet werkbaar, gezien de grote afstanden in het universum. Welke afstandsmaat is veel logischer? Je hoeft de werkelijke getalwaarde niet op te zoeken, bepaal enkel de meest gepaste afstandsmaat.

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

1 Jupiter bevindt zich gemiddeld op 778 500 000 km van de zon. In september 2010 bevond ze zich vrij ‘dicht’ bij de aarde, op een afstand van 592 000 000 km

2 De grote Magelhaense Wolk is een dwergsterrenstelsel binnen de Lokale Groep en staat op 1 485 334 684 195 060 000 km (1,485 · 1 018 km) van ons.

3 De Poolster staat op een afstand van zowat 3 058 810 000 000 000 km van de aarde.

4 Op zijn verste punt is Pluto zo’n 7 381 000 000 km van de zon verwijderd.

5 De meeste nabije ster bij onze zon is Proxima Centauri. Deze ster is niet met het blote oog te zien en bevindt zich op een afstand van ca. 40 236 000 000 000 km

2 Er zijn heel wat gelijkenissen, maar toch ook enkele verschillen tussen de planeten in ons zonnestelsel. Soms zijn er één of twee planeten die de uitzondering op de regel vormen. Beoordeel volgende stellingen en gebruik je antwoord om een overzicht op te bouwen met gelijkenissen en verschillen tussen de planeten.

a De baan die de planeten rond de zon beschrijven heeft telkens een gelijkaardige vorm.

b De baan die de planeten rond de zon beschrijven heeft telkens een gelijkaardige richting en zin.

c De baan die de planeten rond de zon beschrijven heeft telkens een gelijkaardige omlooptijd.

d De baan die de planeten rond de zon beschrijven, verloopt telkens in hetzelfde eclipticavlak.

e Alle planeten in ons zonnestelsel hebben minstens één maan.

f Alle planeten in ons zonnestelsel hebben een atmosfeer.

g Alle planeten in ons zonnestelsel hebben ringen.

h Alle planeten in ons zonnestelsel zijn opgebouwd uit meerdere lagen.

Wil je nog verder oefenen? Ontdek ons oefenaanbod op .

ANALYSEREN

1 Waarom is er geen leven op de andere planeten in het zonnestelsel? Ga eerst na wat de voorwaarden zijn voor leven op deze planeet en onderzoek of deze voorwaarden vervuld zijn op de andere planeten in het zonnestelsel.

2 Via de “eyes on the solar system” applicatie kan je alle planeten, heel wat manen en een grote verzameling aan ruimtetuigen ontdekken. Deze applicatie laat toe om alle objecten versneld te laten bewegen. Zo kunnen eigenschappen als de ligging in het eclipticavlak, de omlooptijd, de afstand tot de zon, het aantal manen, … visueel voorgesteld worden. Je kan zelfs de huidige positie van de Mars rovers en de afstand van Voyager I (het verste object door de mens gemaakt) bekijken! Via de “eyes on asteroids” applicatie kan je een verzameling aan asteroïden en kometen bestuderen, die zich voornamelijk in de planetoïdengordel bevinden. Gebruik nu beide applicaties om in te schatten hoe haalbaar het is voor de mens om grondstoffen te gaan ontginnen op een asteroïde of planeet in het zonnestelsel.

3 Is er een negende planeet in het zonnestelsel? Planeet X, bestaat ze of niet? Ga op zoek naar de kenmerken (grootte, massa, plaats in het zonnestelsel) van deze onontdekte planeet en onderzoek welke argumenten er zijn voor het bestaan van planeet X.

4 Zal ons zonnestelsel er binnen 1 miljard jaar nog steeds zoals nu uitzien? Welke veranderingen kunnen er zich tegen dan voorgedaan hebben?

5 De menselijke vooruitgang heeft jammer genoeg een prijs, ook in de ruimte. Ruimteafval wordt een steeds groter probleem. Via de QR -code krijg je al een idee van het probleem. Wat zijn de mogelijke oorzaken, gevolgen en oplossingen voor het ruimteafval?

Wil je nog verder oefenen? Ontdek ons oefenaanbod op .

Het

heelal

ontstaan

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

Uit singulariteit ontstaan tijd, ruimte, materie en antimaterie

Gigantische inflatie in ongelooflijk weinig tijd

Vorming eerste atoomkernen

Ontstaan kosmische achtergrondstraling

Ontstaan eerste sterren o.i.v. zwaartekracht en verschillen in dichtheid

Eerste supernova’s en zwarte gaten; vorming eerste zware atomen

Orde in de chaos: gaswolken, planeten, sterren, (super)clusters, …

Kosmisch web met holtes en filamenten

Supercluster: Laniakea

Cluster: Lokale Groep

Sterrenstelsel: Melkweg

Planetenstelsel: Zonnestelsel

Systeem Aarde en maan

Zonnestelsel

De aarde

Gelaagde opbouw

Met 1 satelliet

De maan

Ontstaan uit botsing met Theia

In een revolutiebeweging rond de aarde: getijden als gevolg van zwaartekracht

1 zon met daarrond in ellipsvormige banen:

• 4 binnenplaneten

• Planetoïdengordel

• 4 buitenplaneten

• Kuipergordel

• Oortwolk

Diffusienevel uit supernova met zware atomen

Protoster met accretieschijf en daarin planetesimalen

Planetesimalen evolueren tot protoplaneten: onderscheid aardse zwaardere planeten en lichtere gas- en ijsplaneten

Protoster wordt ster met daarrond 8 planeten en 3 zones met ruimtepuin.

2 Bewegingen van de aarde

Videobellen met een familielid in Curaçao? Chatten met een medespeler uit Zuid-Korea? Vreselijke jetlag na een lange vliegtuigreis? De zon die je elke ochtend wakker komt prikken door het gordijn? De dagen die steeds korter en kouder worden naarmate de eindejaarsexamens naderen? Die klasgenoot die technisch gezien nog maar 4 jaar is omdat hij/zij op 29 februari verjaart?

Dat zijn allemaal gevolgen van de bewegingen van onze planeet. Als we ons zonnestelsel als een systeem beschouwen, dan beweegt de aarde: rond haar eigen as: dit noemen we de aardrotatie rond de zon: dit noemen we de aardrevolutie

Beide bewegingen zijn perfect voorspelbaar en zorgen voor een evenwicht op onze planeet dat heel wat aspecten uit je dagelijks leven bepaalt. Hoog tijd voor wat meer inzicht.

2.1 Aardrotatie

De beweging van de aarde rond haar eigen as heeft een aantal belangrijke gevolgen.

Voor een waarnemer die zich ergens op het aardoppervlak bevindt, komt elk hemellichaam altijd op in het oosten en gaat het onder in het westen. De hemellichamen beschrijven voor de waarnemer een schijnbaar boogvormige baan aan de hemel. Die boogvormige baan noemen we een dagboog.

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

De dagboog is afhankelijk van de relatieve positie van het hemellichaam ten opzichte van de aarde en de plaats van de waarnemer op aarde. Zo zal de dagboog van de zon aan de evenaar er anders uitzien dan de dagboog in België.

Het hoogste punt dat het hemelobject in de dagboog bereikt is het culminatiepunt of de culminatiehoogte. Deze hoogte wordt uitgedrukt in graden en komt overeen met de hoek tussen het hemellichaam en het vlak van de horizon van de waarnemer. noord zuid

Ook sterren hebben hun dagboog aan de hemel, ook al zien we ze vooral ‘s nachts. De afbeelding toont een volledige nacht. Elke cirkel toont dus het pad van een ster langs haar dagboog. Sommige sterren blijven altijd boven de horizon uitsteken. Die noemen we circumpolaire sterren. Andere zakken er soms tijdelijk ‘s nachts of enkel in bepaalde delen van het jaar onder weg. Het centrale punt van al deze cirkels is de positie van de Poolster. Omdat de Poolster in het verlengde van de aardas ligt, lijkt het alsof alle andere sterren daaromheen draaien. De foto is genomen in Altro Tajo, een gebergte in Spanje op 40°41’ N. De poolster is op de foto dan ook op een hoogte van 40° boven de horizon terug te vinden. De uitdrukking poolshoogte nemen is dus afgeleid van de hoogte van de poolster, om daarmee te bepalen waar men zich precies bevond toen men tot in de 19e eeuw op zee wilde navigeren.

De aarde is geen perfecte bol, maar is afgeplat. Ze is een combinatie van een sferoïde en een geoïde: een sferische geoïde. Je kan deze vorm wat vergelijken met een bol –vol blutsen en builen– die iets breder is dan hoog.

De omtreksnelheid verschilt naargelang de plaats op aarde. Daardoor ontstaat een opmerkelijk effect.

Op de evenaar beweegt alles met een omtreksnelheid van 1 650 km/u, ter hoogte van de polen is dit 0 km/u. Toch merken we daar niets van, net zoals een passagier die stil op een stoel zit in een trein die aan hoge snelheid rijdt. Een waarnemer die zich buiten de aarde bevindt, ziet de aarde wel aan die snelheid roteren. Net zoals een waarnemer aan de kant van de weg de passagier in de trein ziet voorbijrazen.

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

Dichter bij de evenaar heeft alles daar dus een hogere snelheid dan verder van de evenaar. Als een object (een kogel, een raket, een gasdeeltje in de lucht, het water in de oceanen, …) vanaf de evenaar vertrekt naar een gebied met een lagere omtreksnelheid, zal de baan van dat object schijnbaar afwijken. Deze schijnbare afwijking binnen een roterend systeem is gekend als het corioliseffect

De zon komt niet overal op hetzelfde moment op. Als je de aardbol indeelt in 360 lengtecirkels van één graad, kan je de duurtijd van de aardrotatie (24 uur) delen door 360. Volgens de zonnetijd is het dus naar het oosten telkens 4 minuten later per lengtegraad. Naar het westen is het 4 minuten vroeger. Deze zonnetijd is echter heel onpraktisch. Binnen België alleen al zouden we onze klok van west naar oost een kwartier moeten verzetten. Elke stad of elk land had aanvankelijk eigen afspraken over tijd. Toen de mens steeds vaardiger werd in het bevaren van de zeeën en oceanen, en contacten over grote afstanden mogelijk werden, voelde men de nood om een systeem van tijdzones in te voeren. Op dat moment was het Verenigd Koninkrijk heer en meester op het water, dus namen heel wat landen vanaf 1685 het Britse systeem van de astronoom John Flamsteed over. In dit systeem is de nulmeridiaan het referentiepunt. Dat is de lijn van de Noordpool tot de Zuidpool, doorheen de stad Greenwich. Daarom kreeg deze tijdzone de naam Greenwich Mean Time (GMT).

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

Vanwege de noodzaak om kleine tijdsvariaties in de aardrotatie te compenseren wordt nu vooral de opvolger van de GMT gebruikt, de Coordinated Universal Time (UTC). Het principe is hier weliswaar hetzelfde als bij GMT. Elk land of elke regio kan zelf bepalen waar ze de grens van een tijdzone legt. De tijd die men dus gebruikt wordt bepaald door menselijke afspraken, daarom spreken we ook van de conventionele tijd binnen een tijdzone.

Op een bol van 24 tijdzones komen twee zones elkaar onvermijdelijk opnieuw tegen: UTC+12 en UTC-12. Dit zijn eigenlijk dezelfde tijdzones met de datumgrens in het midden. Deze grens ligt in de Stille Oceaan waar ze soms een vreemd patroon volgt. Je kan deze onder andere bestuderen in je atlas, waarbij de aanpassingen aan de conventionele tijd duidelijk worden. Een kaart met tijdzones is als volgt opgebouwd:

Greenwich

De kaart met tijdzones in je atlas is opgedeeld in 24 uren van telkens 15° langs de lengtecirkels, zodat ze de hele aardbol van 360° omvatten. Door de gekozen projectie zijn de uurgordels allemaal even breed, van pool tot pool. Dat is praktisch voor het gekozen kaartthema, maar strookt niet met de werkelijkheid. Elke projectie van een bol op een plat vlak zorgt voor een zekere mate van vertekening. Vaak kiest men dan voor een cilinderprojectie, zoals de Mercator- of de Millerprojectie. De kaart komt tot stand door de bol te projecteren op een cilinder die haar precies omsluit en haar aan de evenaar raakt.

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

Tenslotte knipt men de cilinder ergens open en vormt het geheel een vlakke kaart. Daardoor zijn de kompasrichtingen en hoeken overal op de kaart correct (te zien aan de loodrechte hoek tussen alle meridianen en parallellen). Deze kaart was dan ook van groot belang voor de scheepvaart. Tegelijk treden naar de polen toe grote oppervlaktevervormingen op. Groenland en Antarctica lijken hierdoor reuzenlandmassa’s, waardoor je deze projectie niet vaak tegenkomt in atlassen. Behalve dan bij de kaart met de tijdzones. Het filmpje toont je de voor- en nadelen van de verschillende projecties.

2.2 Aardrevolutie

Lang dacht men dat de aarde centraal in het universum stond en dat alles dus rond de aarde draaide. Deze denkwijze staat bekend als het geocentrisch model. Sinds de ontdekkingen van Copernicus weten we dat de zon centraal staat en de aarde rond de zon draait. Dit noemen we heliocentrisme

Het heliocentrisme bood een eenvoudige, wiskundige verklaring voor de schijnbare beweging van de planeten aan de hemel. Dit in tegenstelling tot het geocentrisme, waarbij de planeten een bijzonder complexe en onverklaarbare baan zouden moeten hebben.

De aarde maakt één rondje rond de zon in (afgerond) 365 dagen en 6 uur. Na vier jaar is er een extra dag opgespaard, dan volgt er een schrikkeljaar

De aardrevolutie geeft ook aanleiding tot de seizoenen, die jaar na jaar het ritme van het leven op aarde bepalen. Hier volgt een meer uitgebreide toelichting over de rol van de aardrevolutie in het ontstaan van de seizoenen.

Eerst moeten we daarvoor een vaak voorkomende misvatting even ophelderen. Het wisselen der seizoenen heeft namelijk niets te maken met de afstand tussen de aarde en de zon. De baan van de aarde rond de zon is geen perfecte cirkel, maar een ellips waarbij de zon niet perfect in het midden staat. Het is dus inderdaad zo dat op één moment in het jaar de aarde het dichtst bij de zon staat en een half jaar later het verst. Het klinkt logisch dat dit dan de winter en zomer zouden kunnen verklaren…maar dat is niet het geval.

3 januari

21 maart

Hoe komt het dan dat de seizoenen wisselen? Het antwoord vinden we in de schuine stand van de

eclipticavlak

De aardas staat 23,5° schuin ten opzichte van het eclipticavlak. Deze schuine stand vind je ook terug als je kijkt naar de wereldbol in het klaslokaal. Wanneer de aarde doorheen het jaar rond de

juni zonnewende

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

maart nachtevening

september nachtevening

december zonnewende

In de loop van één revolutie rond de zon, is de hoek van de zonnestralen op het aardoppervlak verschillend. We kunnen deze verschillen verder ontleden als volgt:

De culminatiehoogte: de hoek die de zonnestralen maken ten opzichte van het bestraald oppervlak, varieert doorheen het jaar.

• Als de hoek groot is, zal de energie van de zonnestralen geconcentreerd worden op een kleiner oppervlak. Dit leidt tot hogere temperaturen.

• Als de hoek klein is, zal de energie van de zonnestralen over een groter oppervlak verdeeld worden. Dit leidt tot lagere temperaturen.

De tijdsduur waarin de zonnestralen het aardoppervlak bereiken, verschilt van plaats tot plaats. Hierdoor verschilt de lengte van dag en nacht doorheen het jaar. Hoe langer een gebied met zonlicht beschenen kan worden, hoe meer zonnestralen in warmte omgezet kunnen worden.

• Een lange dag, zoals in de zomer in ons land, leidt tot meer omzetting naar warmte en hogere temperaturen.

• Een korte dag, zoals in de winter in ons land, leidt tot een beperkte omzetting naar warmte en dus lagere temperaturen.

lengte van de dag in België < 12 uur exact 12 uur > 12 uur

loodrechte inval zonnestralen

culminatiehoogte zon in België

Steenbokskeerkring evenaar Kreeftskeerkring

bestraald oppervlak in België groot gemiddeld klein temperatuur in Ukkel, België 3,4 °C 5,7 °C of 14,4 °C 15,5 °C

start seizoen op NH winter lente herfst zomer aardas zonnestralen evenaar

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

Legende: baan van België culminatiehoogte België raakvlak en loodrechte inval zonnestralen zonnestralen

bestraald oppervlak dagkant aarde nachtkant aarde

Je leerde in de lagere school wellicht dat elk seizoen op de 21ste van een maand begint. De lente, zomer, herfst en winter starten respectievelijk op 21 maart, juni, september en december. Dat klopt bijna, maar niet helemaal. De start van de seizoenen wordt astronomisch bepaald met de positie van de aarde ten opzichte van de zon.

Lente en herfst beginnen wanneer dag en nacht even lang duren, elk exact 12 uur. De dag waarop dit voorkomt heet een equinox of nachtevening. Soms is de lente al op 20 maart begonnen en start de herfst vaak pas op 22 of 23 september.

De zomer en winter starten op het moment dat de zon loodrecht op één van de keerkringen staat. De dag waarop dit voorkomt heet een zonnewende. Aan de poolgebieden spreken we dan van een pooldag of poolnacht, omdat het er dan 24 uur lang licht of donker is. De start van de zomer of winter kan schommelen tussen de 20ste en de 23ste van de maand.

Merk op dat er een verband is tussen de seizoenen en enkele heel specifieke denkbeeldige lijnen die we op de wereldreferentiekaart gebruiken. We hebben het dan over de poolcirkels, keerkringen en evenaar.

De evenaar is de denkbeeldige lijn waar de zonnestralen loodrecht op schijnen bij de start van de lente en de herfst. De culminatiehoogte van de zon is dan 90°. In de winter en de zomer is de culminatiehoek wat kleiner, maar nog steeds relatief groot. Daardoor is de duur van een dag steeds 12 uur en het bestraald oppervlak vrij klein, wat leidt tot hoge temperaturen.

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

De Steenbokskeerkring is de denkbeeldige lijn waar de zonnestralen loodrecht op invallen bij de start van de winter. Na dit moment, keert de plaats met loodrechte inval van zonnestralen terug richting de evenaar. De ligging van de Steenbokskeerkring is 23,5°S.

De Kreeftskeerkring is de denkbeeldige lijn waar de zonnestralen loodrecht op schijnen bij de start van de zomer. Na dit moment, keert de plaats met loodrechte inval van zonnestralen terug richting de evenaar. De ligging van de Kreeftskeerkring is 23,5°N.

http://www.physicalgeography.net/fundamentals/6i.html

De noordpoolcirkel en zuidpoolcirkel zijn denkbeeldige lijnen waar er een enorm verschil is doorheen het jaar. In de zomer bereiken de zonnestralen 24 uur lang alles ten noorden van de noordpoolcirkel, daar gaat de zon dus niet meer onder. De zonnestralen bereiken dan geen enkel stuk ten zuiden van de zuidpoolcirkel, waar het 24 uur lang nacht is. In de winter is de situatie omgekeerd. De ligging van de poolcirkels is op 66,5°N en 66,5°S. De culminatiehoogte is er nooit groot, waardoor het bestraald oppervlak altijd vrij groot is en de temperaturen laag.

2.3 Verder oefenen

BEGRIJPEN

1 Waarom draait de aarde rond haar as?

2 Waarom lanceert men ruimtetuigen zo dicht mogelijk bij de evenaar?

3 Waarom is de aarde niet perfect rond?

4 Waarom zijn er verschillende tijdszones?

5 Waarom draait de aarde rond de zon?

6 Vergelijk het heliocentrisme met het geocentrisme.

7 Hoe kan je de seizoenen verklaren?

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

8 Verklaar de ligging van de evenaar, de keerkringen en de poolcirkels. Waarom bevinden deze denkbeeldige lijnen zich op deze plaats?

TOEPASSEN

1 Kleur op de globes het deel dat door de zon verlicht is.

2 Teken de raaklijn aan de cirkel van de zonnestralen om te bepalen waar de zon loodrecht aan de hemel staat (of ‘in het zenit).

Verder oefenen? Ontdek ons oefenaanbod op

Synthese

Wat Beweging om de eigen as Beweging omheen de zon, ellipsvormig Revolutie

INKIJKEXEMPLAARDIEKEURE

Tijdsduur 24 uur

Richting oostwaarts

Gevolgen

Alle hemellichamen komen op in het oosten

Omtreksnelheid wijzigt volgens de breedteligging

• Tijdsverschillen volgens de lengteligging

• Zonnetijd volgens culminatie zon

• Zonetijd in 24 uurzones (UTC)

• Conventionele tijd en datumgrens volgens landsgrenzen of afspraken

365,25 dagen Invoering schrikkeljaren

Tegenwijzerzin 23,5° schuin op het eclipticavlak

Seizoenen als gevolg van andere daglengte, invalshoek van de zon en culminatiehoogte afhankelijk van de breedteligging.

Globale klimaatzones als gevolg van verschillen in culminatiehoogte tussen de keerkringen (23,5°) en de poolcirkels (66,5°)