Voorbeeldpagina's Terranova

TERRA

NOVA5 Dirk Coolsaet DaniĂŤl Goethals Paul Plinke

De site www.knooppunt.net geeft je toegang tot het digitale lesmateriaal bij dit boek.

Je moet jouw licentie eerst wel activeren aan de hand van een activatiecode. Bij de activatie moet je de gebruiksvoorwaarden accepteren. Deze licentie is geldig gedurende een jaar en start vanaf de activatie van deze code.

Terranova 5 VIDB54J3EGCEV9P4A

LET OP: ACTIVEER DEZE LICENTIE PAS VANAF 1 SEPTEMBER; DE LICENTIEPERIODE START VANAF ACTIVATIE EN IS 365 DAGEN GELDIG.

!

Fotokopieerapparaten zijn algemeen verspreid en vele mensen maken er haast onnadenkend gebruik van voor allerlei doeleinden. Jammer genoeg ontstaan boeken niet met hetzelfde gemak als kopieën.

Boeken samenstellen kost veel inzet, tijd en geld. De vergoeding van de auteurs en van iedereen die bij het maken en verhandelen van boeken betrokken is, komt voort uit de verkoop van die boeken.

In België beschermt de auteurswet de rechten van deze mensen. Wanneer u van boeken of van gedeelten eruit zonder toestemming kopieën maakt, buiten de uitdrukkelijk bij wet bepaalde uitzonderingen, ontneemt u hen dus een stuk van die vergoeding. Daarom vragen auteurs en uitgevers u beschermde teksten niet zonder schriftelijke toestemming te kopiëren buiten de uitdrukkelijk bij wet bepaalde uitzonderingen.

Verdere informatie over kopieerrechten en de wetgeving met betrekking tot reproductie vindt u op www.reprobel.be.

Ook voor het onlinelesmateriaal gelden deze voorwaarden. De licentie die toegang verleent tot dat materiaal is persoonlijk. Bij vermoeden van misbruik kan die gedeactiveerd worden. Meer informatie over de gebruiksvoorwaarden leest u op www.knooppunt.net. © Uitgeverij VAN IN, Wommelgem, 2017 De uitgever heeft ernaar gestreefd de relevante auteursrechten te regelen volgens de wettelijke bepalingen.

Wie desondanks meent zekere rechten te kunnen doen gelden, wordt verzocht zich tot de uitgever te wenden.

Eerste druk, 2017 ISBN 978-90-455-6049-6 D/2017/9442/110 Art. 574600/01 NUR 126/128

Zetwerk: Ann Van Damme Tekeningen en kaarten: Geert Verlinde

De wereld als referentie Vorig schooljaar schonken we aandacht aan verre regio’s in de wereld. Na die verkenning gaat dit schooljaar alle aandacht naar de wereld in zijn geheel. We verdelen de wereld in verschillende lagen of sferen, zodat we belangrijke verschijnselen op het aardoppervlak kunnen verklaren. Om dat goed te kunnen ordenen, observeren we eerst de aarde vanuit de ruimte. Er bestaan goede technieken en bronnen om de beelden in kaarten te kunnen vastleggen en dat is vanuit wetenschappelijk oogpunt erg belangrijk: hiermee kunnen we de kenmerken van de ondergrond, de atmosfeer en ver daarbuiten onderzoeken.

Het is meteen duidelijk dat geowetenschappelijk onderzoek hierbij belangrijk is. Het zal je later helpen om ook de plaats van de mens en andere levende organismen op een duurzame manier op de voorgrond te brengen. We maken een onderscheid tussen wetenschappelijke basisinformatie en specifieke wetenschappelijke of technische kennis en vaardigheden. Je leerkracht zal een keuze maken in functie van jouw studierichting en de noodzakelijke competenties. Je kunt daarvoor terugvallen op bronnenmateriaal dat zowel in het leerboek, in je atlas, in de vorm van apps en op het internet of online via Knooppunt beschikbaar is.

Dit leerboek is opgevat als een cursus: het is een bronnenboek met ruimte voor grotere opdrachten en voor notities. Je kunt immers accenten leggen naargelang jouw studierichting, de beschikbare leermiddelen, het mogelijke veldwerk, de actualiteit, jouw voorkeur of die van je leraar, de vakoverstijgende inbreng enz. Daardoor kun je onderwerpen herclusteren en thema’s herschikken. In TerraNova 5 houden we rekening met verschillende doelgroepen. We gebruiken daarom aanduidingen in de marge en kleurachtergronden om de leerstof voor de verschillende doelgroepen aan te geven: Leerstof bedoeld voor alle aso-leerlingen wordt aangeduid met een oranje achtergrondkleur.

Leerstof voor tso-leerlingen krijgt een blauwe achtergrondkleur.

Leerstof bestemd voor aso-leerlingen uit een wetenschappelijke richting is herkenbaar aan de groene achtergrondkleur.

Op die manier spelen we op een subtiele manier in op de specifieke noden, maar ook interesses van elke aparte doelgroep. Verder wordt er ook gebruik gemaakt van boeiende intermezzo-leeskaders.

Overleg met je leraar en medeleerlingen kan zorgen voor een aangepaste hoeveelheid van klassikaal te behandelen onderwerpen, groepswerk of individuele taken, eventueel gevolgd door een presentatie. Je kunt op verschillende manieren het aangeboden bronnenmateriaal gebruiken. Zo kun je je verdiepen in een onderwerp, en je kunt het materiaal ook gebruiken in remediëringsopdrachten. Het is immers de bedoeling dat je op een stevige sokkel kunt landen waardoor we in het tweede jaar van de derde graad ons ‘wereldhuis’ kunnen afwerken met de inrichting van de laatste kamers.

Veel succes met deze wereldreis!

de auteurs

3

Inhoud Navigatie 6 1 Plaatsbepaling 1.1 De positie op een bol bepalen 1.2 Fijnmazig lokaliseren 2 Planeet in zicht 2.1 Vergelijkend kaartonderzoek 2.2 De globe: afgeplat rond 2.3 De aarde vanuit de ruimte 2.4 Satellietnavigatie 2.5 De juiste weg dankzij Galileo 2.6 Aan de slag met beelden uit de ruimte 2.7 Beelden gebruiken in de aardwetenschappen 3 Van beeld naar kaart en scherm 3.1 De kaart: een gecodeerde voorstelling van de werkelijkheid 3.2 Een keuze aan wereldkaarten 3.3 Onderweg met Belgische basiskaarten 4 Geografische informatiesystemen 4.1 Weg met de kaart 4.2 GIS-werk 4.3 Stratenplannen 4.4 Digitale terreinmodellen 4.5 De meest geschikte kaartvoorstelling kiezen 4.6 Is er geodesign in de cartografie?

5 Kaartvaardigheden voor geografisch onderzoek 5.1 Kaartlezen 5.2 Kaartanalyse 5.3 Kaartinterpretatie Kosmos 1 Mijlpalen in de astronomie en de ruimtevaart 1.1 Alle kleuren van de regenboog: de elektromagnetische straling 1.2 De waarneming van het zichtbare licht met optische telescopen 1.3 De waarneming van radiogolven met radiotelescopen 1.4 De ruimtevaart 2 De structuur van het heelal 2.1 De algemene opbouw: van ‘klein’ naar ‘heel groot’ 2.2 Het ontstaan en de evolutie van het heelal 2.3 De toekomst van het heelal 3 De bewegingen in het zonnestelsel en de gevolgen op aarde 3.1 We draaien om onze as: de aardrotatie 3.2 We draaien rond de zon: de revolutiebeweging van de aarde 3.3 De bewegingen van de maan

8 8 9 10 10 12 13 18 19 21 22 24 24 24 27 30 30 30 32 33 35 37 40 40 40 40 42 44 44 45 50 51 55 55 61 63 65 65 69 74

Atmosfeer 78 1 De opbouw van de atmosfeer 1.1 De atmosfeer is van levensbelang voor onze planeet 1.2 De aardatmosfeer is uniek in ons zonnestelsel 1.3 Een atmosfeer in laagjes 2 De energiebalans van de atmosfeer 2.1 Een balans in evenwicht 2.2 De warmtebalans staat ten dienste van het klimaat 3 De temperatuur op aarde 3.1 De temperatuur meten 3.2 De temperatuur voorstellen 3.3 De temperatuur verklaren 3.4 Een hittegolf

4

80 80 80 81 84 84 86 87 87 88 88 92

4

5

6

7

8

9

Luchtdruk en wind 4.1 Luchtdruk en luchtdrukverschillen 4.2 De algemene luchtdrukverdeling op aarde 4.3 De drukgebieden verschuiven 4.4 Straalstromen bepalen mee de ligging van de drukgebieden 4.5 Bijzondere winden Luchtsoorten en de evolutie van fronten 5.1 Fronten regelen ons leven 5.2 Verschillende luchtsoorten 5.3 Soorten fronten en hun evolutie 5.4 Het weer bij de doortocht van een frontensysteem Luchtvochtigheid en neerslag 6.1 Van vochtigheid tot neerslag 6.2 Bewolking en wolkentypes 6.3 Neerslagtypes 6.4 Een zonale neerslagverdeling op aarde De weerkaart en de weersvoorspelling 7.1 Het belang van de kennis van het weer 7.2 De opmaak van een weerkaart 7.3 De interpretatie van weerkaarten: de weersvoorspelling Klimaten en klimaatclassificatie 8.1 Kenmerken van klimaten 8.2 Een klimaatclassificatie De klimaatopwarming 9.1 Klimaatveranderingen zijn van alle tijden 9.2 Huidige klimaatveranderingen 9.3 Oplossingen voor de klimaatopwarming

93 93 94 96 96 97 98 98 98 100 102 103 103 104 105 106 108 108 109 111 113 113 115 116 116 116 118

Lithosfeer 120 1 Naar het middelpunt van de aarde 1.1 Aardbevingen verraden de inwendige structuur 1.2 DiscontinuĂŻteiten wijzen op grenzen binnen de aarde 1.3 De oceanische en continentale korst verschillen erg 2 De bouwstenen van de aardkorst 2.1 Elementen in de aardkorst 2.2 Elementen bouwen mineralen 2.3 Mineralen bouwen gesteenten 3 De aardkorst in beweging 3.1 Natuurverschijnselen ten gevolge van een bewegende aardkorst 3.2 Een stukje wetenschapsgeschiedenis: het idee van

de platentektoniek 3.3 Verticale bewegingen van de aardkorst: epirogenese 3.4 Traagbewegende aardplaten doen de aarde trillen 3.5 Platentektoniek: de Wilsoncyclus 3.6 Bewegende platen zorgen voor grootse natuurverschijnselen 3.7 Welkom in Zeelandia: wetenschappers ontdekken

het achtste continent 4 De geologische tijdschaal 4.1 Stratigrafie: het ordenen van de gesteentelagen in de tijd en

in de ruimte 4.2 Klimaatwijzigingen 4.3 Vervormingen van de aardkorst gedurende de geologische

geschiedenis 4.4 Belangrijke gebeurtenissen in de aardgeschiedenis 4.5 De grote structurele eenheden van de aarde 4.6 De geologische kaart: de cuesta Zomergem-Oedelem als voorbeeld Bijlagen

122 122 123 125 126 126 126 128 138 138 139 141 141 144 148 154 155 155 158 159 160 161 163 167

5

Waar het op aankomt • Je kunt hedendaagse methodes en technieken bespreken om een standplaats op aarde te bepalen.

• Je kunt geschikte kaarten en beelden kiezen en lezen om geografische verschijnselen te verklaren.

• Je kunt locaties op aarde bepalen aan de hand van de basisprincipes van satellietnavigatie.

Navitagie

• Je kunt kaart- en beeldmateriaal oordeelkundig verwerken in geïntegreerde opdrachten en projecten.

• Je kunt toelichten waarom de vorm van de aarde en het aardoppervlak op verschillende wijzen worden voorgesteld.

• Je kunt verschillende toepassingen van teledetectie verklaren en gebruiken in onderzoeksprojecten.

Handelen met voorkennis

noordpool

evenaar

λ Greenwich

0°

N W

N E

S W

S E

ϕ

0°

A

ir ke

l

ϕ = geografische breedte = y°N λ = geografische lengte = x°E

c breedte

y

λ

0°

evenaar

x n eridiaa nulm

• Je hebt geleerd dat er op een bol­vormig oppervlak referentiepunten en -lijnen afgesproken worden om een locatie eenduidig vast te leggen.

Zet de volgende cijfers op de juiste plaats in fig. 1: 1 lengtecirkel, 2 noordelijk halfrond, 3 zuidelijk halfrond, 4 westelijk halfrond, 5 oostelijk halfrond.

Vul ook de minimum- en maximumwaarden van een breedtecirkel en een lengtecirkel in:

zuidpool

– Breedtecirkel:

1

– Lengtecirkel:

• Je kunt op verschillende manieren een punt, lijn of oppervlak op aarde gebruiken om er een plaats, een traject of een gebied mee aan te duiden. Zet bij de plaatsnamen in de tabel een kruisje in de juiste kolom: Plaatsnaam Donau Eiffeltoren Indochina Mount Everest Sahel Zijderoute

Plaats

Traject

Gebied

• Op de onderstaande wereldkaart zijn er verschillende gebieden afgegrensd. Noteer bij elk gebied of het een continent, een werelddeel, een land, een regio of een eiland is.

2

• Benoem fig. 3, 4 en 5. Kies uit de volgende begrippen: kaart – beeld – schets.

Schrijf ook op of het gaat om een vallei, een eiland, een plateau, een hooggebergte of een stad.

3

4

5

Thema Navigatie

7

1 Plaatsbepaling

1.1 De positie op een bol bepalen Als je met iemand wilt afspreken, doe je er goed aan om niet alleen het moment vast te leggen maar ook de plaats. Dat kun je doen door te verwijzen naar een nabijgelegen punt dat anderen kennen. Dat is de relatieve ligging. Het kan nog juister door de absolute ligging van het afspraakpunt op te geven. Geef van beide een voorbeeld uit jouw omgeving: • relatieve ligging: • absolute ligging: Op fig. 1 zag je hoe die ligging met geografische coördinaten, de geografische lengte en breedte, wordt weergegeven.

Oost-westafstanden, op opeenvolgende breedtecirkels gemeten, wisselen voortdurend.

Daarom werkt men met hoekafstanden en dus met graden, minuten en seconden.

Techniek in dienst van de plaatsbepaling Coördinaten Bij het opmeten van coördinaten van in kaart te brengen punten, gebruiken landmeters toestellen die afstanden en hoeken bepalen. Vanuit punten waarvan de coördinaten gekend zijn, legt men op bouwwerven en herverkavelingen nieuwe locaties vast. Van daaruit verder werken houdt echter een steeds groter wordende meetfout in. Vooral voor uitgestrekte en moeilijk toegankelijke gebieden brengt de klassieke topografie een geringere precisie met zich mee. Je zult leren dat satellietnavigatie oplossingen biedt.

Altimetrie Traditionele toestellen die de Z-coördinaten voor de altimetrie leveren, zijn de theodoliet, de barometer en de hypsometer (kookthermometer). Je vindt daarvan afbeeldingen op het internet.

Geografische polen als basis voor coördinatenstelsel Op het bolvormig aardoppervlak werden de geografische polen als basis voor de ontwikkeling van een coördinatenstelsel gekozen. Het zijn de denkbeeldige snijpunten van de as waarrond de aarde in 24 uur ronddraait. Die snijpunten vallen niet samen met de magnetische polen van de aarde die bij een kompas gebruikt worden. Trouwens, die positieve en negatieve aardpool wijzigt voortdurend, zodat het coördinatenstelsel met correcties zou moeten worden geheroriënteerd. Meer informatie over het aardmagnetisme vind je op het internet.

8

Thema Navigatie

1.2 Fijnmazig lokaliseren

6

Door interpolatie worden plaatsen tussen twee breedte- en lengtecirkels meer in detail gelokaliseerd. Het kruispunt van de twee waterwegen op fig. 6 ligt bijvoorbeeld op 51°14’03” N en 5°09’53”. Via Google Earth vind je deze coördinaten.

Moderne technieken zoals precieze posi­ tionering, navigatie, tracking en tijdsbepaling, zijn gebaseerd op plaatsbepaling op aarde vanuit satellieten. Die leveren sneller voldoende betrouwbare waarden op.

Door vanuit drie satellieten nauwkeurig een plaats te spotten, ontstaat er een kleine foutdriehoek (fig. 7). Veel navigatie­systemen maken daarvan gebruik. Zoek de locatie van je school tot op 10” nauwkeurig op via Google Earth of een andere digitale bron:

C’ A’

B’ 7

Noteer ook de coördinaten van het stadhuis van Leuven tot op 10” nauwkeurig:

Thema Navigatie

9

2 Planeet in zicht

2.1 Vergelijkend kaartonderzoek 6e eeuw v.C.: Griekenland als middelpunt Beïnvloed vanuit de culturen van het Tweestromenland zagen filosofen in de 6e eeuw voor onze tijdrekening de wereld als een platte schijf. Het huidige Griekenland was voor hen het middelpunt van een wereld die door een randoceaan omgeven was.

5e eeuw v.C.: Herodotus’ symmetrisch wereldbeeld Herodotus baseerde zijn reisbeschrijvingen op eigen waarnemingen, maar maakte voor zijn wereldvisie geen nieuwe kaarten. Hij baseerde zich op een vroegere uitbeelding van een wereld met drie continenten: Europa, Afrika en Azië. Er liep een scheidingslijn van Gibraltar tot het Taurusgebergte zodat een noordelijk en een zuidelijk deel ontstond. Symmetrie was heel belangrijk voor zijn wereldbeeld.

1e eeuw n.C.: Ptolemeus’ Geographia Ptolemeus daarentegen verzamelde 28 kaarten en 8 000 geografische namen voor zijn Geographia.

12e eeuw: Idrisi’s Kitab De Arabische cartograaf Idrisi citeerde in zijn Kitab niet alleen 5 000 geografische namen, maar construeerde ook een wereldkaart op basis van het T-in-O-principe met drie werelddelen die door de oceaan (O) omringd worden en door de wateren (T) gescheiden.

16e eeuw: Plantin-Moretusdrukkerij Gestimuleerd door ontdekkingsreizen en technische vondsten begint in de 16e eeuw ook voor de kaartproductie een ‘nieuwe tijd’. Het wereldcentrum van de kaartproductie lag in Antwerpen met de Plantin-Moretusdrukkerij.

18e eeuw: Ferraris’ kaartbladen Waar Mercator (1512-1594) nog vooral kaarten van grote gebieden ontwikkelde, was de eerste gedetailleerde reeks kaartbladen van de Oostenrijkse Nederlanden het werk van graaf Joseph de Ferraris. Zijn geniesoldaten verwerkten terreingegevens in de periode 1771-1777 tot 275 kaartbladen (fig. 8). Ondertussen zijn die bladen van de ‘Kabinetskaart van de Oostenrijkse Nederlanden’ gedigitaliseerd. Door een gebied te vergelijken met de afbeelding ervan op een actuele topografische kaart (fig. 9) kun je landschappelijke wijzigingen ontdekken.

Je kunt de landschapsverandering van een gedeelte van de Vlaamse Ardennen zien door uittreksels van een kaart uit 1777 (www.kbr.be) te vergelijken met een actueel kaartbeeld (fig. 8 en 9), of je kunt twee kaarten voor een gebied uit jouw buurt vergelijken. Daarvoor kun je op het internet terecht. Noteer je waarnemingen op de steekkaart op de volgende pagina.

10

Thema Navigatie

GEOGRAFISCHE STREEK: Benaming van de Ferrariskaart:

Kaartblad van het NGI:

Voorstelling reliĂŤf: Voorstelling bodemgebruik:

Voorstelling wegennet:

Ander opvallend verschil:

Belangrijkste landschappelijke wijziging(en):

8

Kaartblad van de Kabinetskaart van de Oostenrijkse Nederlanden (Bron: KBR)

9

Uittreksel van de topografische kaart 29/7-8 op schaal 1/20 000 (Bron: NGI)

Thema Navigatie

11

2.2 De globe: afgeplat rond Bestaan er echt nog mensen die geloven dat de aarde plat is? Vroeger waren velen in elk geval geboeid door de mogelijke grenzen van de wereld. Surf naar www.tfes.org en zoek de argumenten van de Flat Earth Society op. Vergelijk met de argumenten hieronder die ondersteunen dat de aarde een globe is. De argumentatie voor de bolvorm van de aarde is niet nieuw, zoals uit fig. 10 en 11 blijkt.

zenit (A)

7,2°

Alexandrië 7,2°

licht zon zenit (S) Syene

evenaar centrum aarde

10

11

De gerestaureerde aardglobe van Gerard Mercator uit de 16e eeuw, in het Mercatormuseum in SintNiklaas.

De berekening van de aardomtrek volgens Erastosthenes is gebaseerd op waarnemingen.

Argumenten die ondersteunen dat de aarde een globe is: • De mast is het laatst zichtbaar bij het verdwijnen van een zeilschip achter de gezichtseinder.

• De andere hemellichamen hebben ook een bolvorm.

• De evolutie van de hoogte van de kijkrichting naar een even hoog voorwerp op verschillende afstanden.

• De evolutie van een maansverduistering.

• Ruimtefoto’s van de aarde.

N

E

F

Z ïde ellipso

D C'

B'

C

A'

E'

F'

geoïd e

B

Omstreeks 230 v.Chr. leidde Eratosthenes de bolvorm van de aarde af uit het schaduwverschil van loodrechte palen op verschillende breedtes op eenzelfde tijdstip (fig. 11). Van belastingambtenaren kende hij bovendien het precieze afstandsverschil van 803 km tussen Syene en Alexandrië. Zo kon de omtrek van de aarde berekend worden: 803 km × 360°/7,2° = 40 150 km.

A

Reeds bij de vroege vorming van de aarde zorgde de rotatiebeweging voor een geringe uitstulping van de aarde, loodrecht op de aardas. Daardoor is de aarde aan de polen enigszins afgeplat als een ellipsoïde. Een polaire aardstraal is dus 1/297e korter dan een equatoriale straal. Omdat de aardkorst niet overal even dik is en uit verschillende gesteenten bestaat, verschilt de zwaartekracht op iedere plaats en stemt de aarde niet overeen met een perfecte ellipsoïde, maar heeft een eigen vorm en spreekt men van een geoïde (fig. 12).

12

12

Thema Navigatie

2.3 De aarde vanuit de ruimte Afstandswaarneming Voor militaire toepassingen betekende de waarneming van vijandelijke stellingen vanuit een luchtballon een hele vooruitgang (fig. 13). Ondertussen hebben luchtfoto’s veel van hun toepassingen verloren en is de aarde omgeven door een netwerk van satellieten met verschillende opdrachten, van afstandswaarneming of teledetectie.

13

Is de ruimte voor iedereen?

Technisch gezien is het een hele onderneming om een satelliet in een baan om de aarde of in de omgeving van een andere planeet te brengen. De keuze van materialen en de energiebron vergen diepgaande laboratoriumtests en ingewikkelde berekeningen. Niet alleen moet de zwaartekracht van de aarde overwonnen worden, maar er moet ook rekening gehouden worden met de wrijving bij het verlaten van en het eventueel terugkeren in de aardse dampkring. De toestellen voor registratie en communicatie moeten daarenboven ontwikkeld worden voor een langdurige en precieze werking. Het is dan ook niet verwonderlijk dat slechts een beperkt aantal landen zich een volwaardig ruimteprogramma kan veroorloven.

Aardstraling buiten het zichtbare licht planeet sterren

gas

stof

zon

maan golflengte 10-15

gammastralen

10-12

10-9 rĂśntgenstralen

ultraviolet

10-6

zichtbaar licht

infrarood

10-3

103

1

m

radiogolven 100 % absorptie door de atmosfeer 0% 1000 km

100 km

hoogte waarop 50 % van de straling geabsorbeerd is

10 km

14

Vensters in het elektromagnetisch spectrum laten toe beelden in verschillende golflengtes van de aarde te registreren.

Thema Navigatie

13

Dat er, zoals blijkt uit de website van de Flat Earth Society, nog aanhangers zijn van de idee dat de aarde plat is, is heel verwonderlijk. Door de vele verkenningen van de omgeving van de aarde door ruimtetuigen, stapelen de bewijzen voor een bolvorm zich op. Dat er beeldmateriaal gemanipuleerd wordt, klopt voor een deel. Je weet dat je met software foto’s dusdanig kunt bewerken dat opgenomen straling van voorwerpen selectief getoond wordt. Door uit een andere positie of in andere golflengtes van het elektromagnetrisch spectrum te registreren (fig. 14), kan een beeld er als een gecodeerde voorstelling van de werkelijkheid heel anders uitzien (fig. 15-18).

Plaats de volgende toelichtingen onder de juiste beelden (fig. 15-18): schuine luchtfoto – valse kleurenfoto – terrestrische foto – verticale luchtfoto.

Uit die beelden leid je af dat verschillende elementen en factoren een rol spelen bij de beeldvorming van een deel van de aarde: • Het platform van waaruit de opnamen gemaakt worden: bijvoorbeeld vanop de begane grond, vanuit een vliegtuig of uit een satelliet.

• De opnameapparatuur: de optische kwaliteit van het toestel dat bewegende of statische beelden kan opnemen (de zogenaamde hardware).

• Het registratiemateriaal: de gevoelige plaat, filmband of andere software die ofwel opgeslagen ofwel doorgestuurd wordt.

• De golflengtes van de straling zodat bepaalde hindernissen, zoals bewolking, al dan niet een rol spelen.

14

Thema Navigatie

15

16

17

18

Selectief zien …

Uit de rode lijn op fig. 14 leid je af dat een belangrijk deel van de straling uit de ruimte, bijvoorbeeld zonnestraling, door de aardse dampkring geabsorbeerd wordt. De verschillende eigenschappen van elementen op aarde leveren kleurverschillen op. Van de zonnestraling die door de aardse dampkring heen kan geregistreerd worden, vormt het zonlicht slechts een beperkt fragment. Ook vanuit de ruimte kun je zien wat van de ontvangen zonnestraling met een bepaalde golflengte is teruggekaatst. Zo kan ook het infraroodbereik – dat is de straling vanaf het rood (golflengte van ca. 0,78 µm) tot aan de microgolfstraling (ca. 1 mm) – in beelden worden vastgelegd. Door golflengtes te filteren, kunnen beelden met valse kleuren ontstaan. Hierop komen bepaalde verschijnselen (zoals energieverlies, vervuiling, enz.) beter tot uiting.

Registreren vanop een platform in een juiste baan Naargelang van de beoogde toepassingen of de bedoelingen van de opdrachtgever, worden satellieten naar een juiste baan geloodst. Fig. 19 verduidelijkt dat de afstand tot de aarde de omvang van het geobserveerde aardgedeelte bepaalt.

800 km

10 000 km

20 000 km

30 000 km

36 000 km

19

1

De geostationaire banen bevinden zich op een hoogte van circa 36 000 km. Daar worden de omloopsnelheden van de satellieten aan de rotatiesnelheid van de aarde gelijk 3 gehouden. Vanaf die hoogte wordt een groot deel van de aarde in één beeld gere2 gistreerd. GEO’s (Geostationary Earth Orbit) zorgen ervoor dat steeds eenzelfde gebied in het vizier blijft. Die positie is geschikt voor 20 waarnemingen die elkaar regelmatig en snel moeten opvolgen, zoals weerwaarnemingen. Omdat verschillende ruimtetuigen op die hoogte boven andere werelddelen hangen, kan er een globaal wereldbeeld samengesteld worden (positie 1 op fig. 20).

De heliosynchrone banen snijden de lijn zon-aarde onder een constante hoek. Omdat de aarde iedere dag ongeveer 1° westwaarts verschuift, staat de satelliet na een jaar boven dezelfde plaats. Door op circa 800 km hoogte te cirkelen, bewegen de satellieten volgens de zonnetijd, zodat steeds dezelfde lichtinvalshoek voorkomt en ze bijvoorbeeld altijd boven een verlicht deel van de aarde hangen. De lagere vlieghoogte zorgt ook voor scherpere beelden (d.i. een hogere grondresolutie). Dat is nuttig voor ‘aardbewakers’ zoals de satellieten SPOT, IKONOS, PROBA en meer recent gelanceerde satellieten die je op het internet terugvindt, voor het volgen van bosbranden, migrerende kuddes, enz. (positie 2 op fig. 20).

Thema Navigatie

15

Oblieke banen draaien schuin over de evenaar op hoogten van amper 200 tot 500 km.

Daardoor leveren laagvliegende militaire satellieten uitstekende grondresoluties op. Op een hoogte van 200 tot 1 000 km zorgen bemande vluchten en de satellieten voor een scherpe beeldregistratie (LEO = Low Earth Orbit, positie 3 op fig. 20).

21

Lanceerplatform Kourou Vega VV09 wordt in gereedheid gebracht om satelliet Sentinel-2 vanop Kourou, Frans Guyana te lanceren in maart 2017.

Van de verschillende banen waarin satellieten kunnen gebracht worden, vind je recente voorbeelden op het internet. Zoek alvast de positie op van Cryosat, Envisat, GOCE, SMOS en Meteosat. Met welk doel werden deze satellieten in een baan om de aarde gebracht?

De vele gezichten van afstandswaarneming Al meer dan een halve eeuw wordt de aarde vanuit de ruimte geobserveerd. Daardoor kan men evoluties in moeilijk toegankelijke gebieden vaststellen. Bovendien zorgt een steeds meer verfijnde technologie ervoor dat kleinere details steeds scherper vastgelegd kunnen worden. Dat verhoogt de accuraatheid van latere ingrepen op het terrein.

Op infraroodbeelden zoals op fig. 18 zorgt gezond bladgroen ervoor dat vegetatie intens rood kleurt. Een bruine tint wijst op zieke gewassen of bomen. Ook water vertoont verkleuring naargelang van de hoeveelheid zwevende en opgeloste deeltjes. Zo wordt waterverontreiniging in stromen en rivieren opgespoord. De inzet van infraroodbeelden is vooral op open zee belangrijk omdat meetpunten er schaars zijn en de wisselende omstandigheden verontreiniging van kwetsbare kustzones beĂŻnvloeden.

16

Thema Navigatie

Onderstaand knipsel toont aan dat afstandswaarneming niet alleen economisch of strategisch voordeel oplevert, maar ook maatschappelijk nuttig is.

Satellieten moeten zinkend werelderfgoed redden

22

Wetenschappers hebben een plan bedacht om zinkende steden en wegzakkende tempels te redden. Ze gaan satellieten in de ruimte gebruiken om UNESCO-erfgoed te beschermen tegen schadelijke natuurfenomenen.

Het lijstje van schadelijke natuurfenomenen is opmerkelijk lang: van aardverschuivingen en ondergrondse ophopingen tot erosie en wateroverlast. Het zijn niet alleen spectaculaire natuurrampen als aardbevingen en vulkaanuitbarstingen die onze monumenten bedreigen.

Vaak wordt de schade ook erg langzaam aangericht. Zo langzaam dat die decennialang met het blote oog niet valt op te merken.

Maar millimeterverzakkingen worden mettertijd centimeters of zelfs meters. Zo had men lang niet door dat de gebouwen van de kathedraal in Mexico City millimeter per millimeter dieper wegzakten omdat er grondwater uit de bodem werd getapt. Tot bleek dat de gelijkvloerse verdieping van het Paleis voor Schone Kunsten de kelderverdieping was geworden.

Daarom doen Europese wetenschappers met het Prothego-

23

onderzoek nu een beroep op satellieten in de ruimte om mogelijke geologische en andere gevaren snel op het spoor te komen.

Dat VenetiĂŤ zinkt is inmiddels algemeen bekend (fig. 22). Maar in totaal bestuderen de veertigtal onderzoekers van Prothego meer dan 400 Europese monumenten en sites op de UNESCOwerelderfgoedlijst.

Oorspronkelijk ging de aandacht vooral naar UNESCOerfgoed dat in de heel nabije toekomst onder druk stond van massatoerisme of conflicten, zoals Palmyra. Naast natuurlijke bedreigingen gaat men zich in de toekomst ook richten op gevolgen van menselijke activiteiten. In Londen heeft het graven van tunnels voor ondergrondse metrolijnen en nutsvoorzieningen bijvoorbeeld heel wat gebouwen doen verschuiven (fig. 23). En ook het ophalen van grondwater kan op veel plaatsen obstructies veroorzaken.

Het hele project levert een gids op om het erfgoed te kunnen behouden. Zo kunnen de autoriteiten beter prioriteiten stellen als de subsidies of fondsen verdeeld en besteed moeten worden.

De Morgen, 07/05/2016

Uit het Prothegoproject leid je af dat aardobservatie vanuit wetenschappelijk perspectief vooral loont als verschijnselen evolueren. Voor de meeste van de volgende domeinen kun je hieronder ongetwijfeld concrete voorbeelden verwoorden en er via opzoekingswerk op het internet specifieke ruimteprogramma’s voor terugvinden: de weerkunde, klimaatwijzigingen, natuur- en milieurampen, bewegingen op zee, oorlogsvoering, enz.:

Thema Navigatie

17

Zoek op www.buienradar.be hoe in het huidig seizoen neerslagbuien over het land trekken.

Registreer jouw bevindingen en ga achteraf na hoe accuraat de voorspellingen bleken:

2.4 Satellietnavigatie De erfenis van klassieke plaatsbepaling

24

25

Nog steeds drukken we onze positie op aarde op een relatieve wijze uit: we bevinden ons rechts of links van een bepaald referentiepunt (bijvoorbeeld een brug, een monument of een rivier) of we staan honderd meter ten zuiden van een kruispunt. Je weet dat een absolute plaatsbepaling vroeger ten opzichte van de nulmeridiaan en de evenaar gebeurde. Nog steeds leveren die twee grote cirkels op aarde het referentiepunt tussen halfronden op (fig. 1). Op zee kon met een sextant de hoogte ten opzichte van de sterren gemeten worden (fig. 24).

Een eerste belangrijke verandering kwam er door het gebruik van vliegtuigen als platforms voor luchtfotografie. Systematisch overlappende luchtfoto’s stelden kaartmakers in staat om van moeilijk toegankelijke gebieden juistere kaarten te maken (fig. 25). Het ‘lezen’ van de foto’s leverde via de luchtfoto-interpretatie nieuwe kennis over de aarde op.

Superprecisie via satellietnavigatie Door ruimtetuigen met opname- en zendapparatuur uit te rusten, werd een volgende fase ingeluid.

De positiebepaling verloopt nu dus omgekeerd. Vanuit ‘kunstmanen’ (satellieten) kunnen we afstanden van duizenden kilometers met grote precisie vastleggen. Er wordt daarbij gebruikgemaakt van de fasemeting: door op verschillende satellieten te mikken, stelt men de nodige vergelijkingen op waarmee de drie coördinaten en de tijd worden berekend. Door gebruik te maken van de radiogolven van een viertal satellieten bepaalt men de afstand tussen twee grond­stations. Omdat onder meer wijzigingen in de zwaartekracht tot baanverstoringen van de satellieten kunnen leiden, past men correcties toe zodat er centimeternauwkeurigheid ontstaat.

26

18

Thema Navigatie

Al in 1967 werd in de Verenigde Staten een Global Positioning System (gps) ontwikkeld voor militair gebruik. Vanaf 1993 werden er daarvoor minimaal 24 actieve satellieten gebruikt die op 20 200 km hoogte in zes omloopbanen rond de aarde cirkelen (fig. 26). Ondertussen is er een minder precieze versie wereldwijd beschikbaar voor burgerlijke toepassingen. Het is

niet alleen mogelijk om een plaats tot op een aantal meters, zelfs decimeter (naar gelang van de plaats) te bepalen, maar ook tijd kan er nauwkeurig mee bepaald worden. Daarvoor is er een ontvanger nodig om de door de satelliet uitgezonden straling te registreren. Ondertussen hebben ook Rusland (met Glonass) en China (met Beidou) een eigen satellietnavigatiesysteem.

We spreken dus beter van GNSS (Global Navigation Satellite Systems) dan van gps.

2.5 De juiste weg dankzij Galileo In 1999 besliste Europa om via satellieten een eigen navigatiesysteem de ruimte in te sturen.

De eerste Galileosatelliet werd gelanceerd in 2011. Eind 2016 waren er al 18 satellieten in een baan om de aarde gebracht, voldoende om te starten met die Europese ‘gps’. Vanaf 2020 cirkelen een dertigtal satellieten op een hoogte van 23 000 km. Ze kunnen de positie van autobestuurders tot op een meter nauwkeurig bepalen. Daardoor is de Europese burger niet meer afhankelijk van het Amerikaans gps-systeem. Bij een politiek of militair conflict is dat belangrijk, want steeds meer economische activiteiten zijn afhankelijk van een goed werkend navigatiesysteem.

Het krantenartikel hieronder toont aan waarom er veel testjaren en miljardeninvesteringen noodzakelijk zijn om betrouwbaarheid te garanderen.

Belgen beschermen Europees gps tegen hacking Leuvense beveiligingsspecialisten hebben een manier ontwikkeld om Galileo te beschermen tegen hacking.

Het Europese navigatiesysteem probeert zich zo te onderscheiden van zijn Amerikaanse tegenhanger.

Wetenschappers van de universiteit van Austin, Texas, zijn er in 2013 in geslaagd een jacht van 64 meter van koers te doen wijzigen zonder dat de bemanning daar erg in had. De onderzoekers hadden een toestel gebouwd dat signalen uitzond die sterker waren dan de signalen van de gps-satellieten. De gps-ontvanger aan boord liet zich leiden door de foute signalen in plaats van door het officiële gps-signaal.

Leuvense onderzoekers hebben een methode ontwikkeld om via herkenning dat probleem te voorkomen bij Galileo. Die methode moet garanderen dat de navigatiesignalen niet zomaar te vervalsen zijn en nagemaakte signalen de officiële niet overstemmen. Centraal in de beveiliging staat een elektronische handtekening met een geheime sleutel. Omdat de structuur van het satellietsignaal – opgebouwd uit bits of informatiedeeltjes – al vast lag toen het beveiligingsproject werd opgestart, werkte men met een methode die met een beperkter aantal bits operationeel werd, zonder dat elektronische handtekeningen voortdurend moeten vernieuwd worden.

De Tijd, 14/02/2017

Oorspronkelijk deed alleen Galileo een beroep op de gps-technologie, maar sinds 2017 zijn er ook smartphones op de markt die daarmee werken. Vanaf 2018 zijn alle nieuwe auto’s uitgerust met een navigatiesysteem op basis van Galileo. Het Europese systeem is belangrijk voor zelfrijdende auto’s. Er zouden ook meer treinen kunnen rijden omdat een nauwkeurigere planning mogelijk is, en ook vrachtschepen en vliegtuigen kunnen hun routes preciezer plannen en uitvoeren. Bovendien kunnen vermiste personen er beter mee opgespoord worden.

27

Met gps-toestellen kan al eens iets fout gaan (fig. 27). Heb je ook zo’n ervaring? Vergelijk hieronder een aantal toestellen, onderzoek enkele apps met navigatiesystemen en formuleer een besluit.

Thema Navigatie

19

Nauwkeuriger positiebepaling met FLEPOS

28

29

Nog steeds meet men in de landmeetkunde hoeken en afstanden met precisiewerktuigen zoals een micrometertheodoliet (fig. 28). Dat gebeurde vroeger ook voor het opstellen van een geodetisch net om systematisch basiskaarten van een grondgebied te maken. Nieuwe technologieĂŤn stellen het NGI (Nationaal Geografisch Instituut) in staat om verfijningen aan te brengen. De overheid controleert trouwens de juistheid van uitgevoerde bouwwerken met GNSS (fig. 29).

Met FLEPOS (Flemish Positioning Service) ontwikkelde men in Vlaanderen verdichtingspunten waardoor er voor de landmeetkunde ook centimeternauwkeurigheden mogelijk zijn die niet alleen voor een plat vlak gelden, maar ook rekening houden met de kromming van de aarde. Die grote precisie is haalbaar door de informatie van 37 referentiestations te combineren (fig. 30a). Wie op terrein een positie bepaalt, kan die meteen corrigeren.

Dat kan door de meting in realtime te vergelijken met metingen die op hetzelfde moment gedaan worden vanuit de FLEPOS-referentiestations (fig. 30b).

30a

30b

Bron: AGIV

20

Thema Navigatie