Werkstuk ANW De Zon 6,8. Werkstuk door een scholier 3467 woorden 23 januari keer beoordeeld. Het ontstaan van de zon

Transcriptie

1 Werkstuk ANW De Zon Werkstuk door een scholier 3467 woorden 23 januari ,8 54 keer beoordeeld Vak ANW Het ontstaan van de zon Alles beweegt, zo ook de aarde en de zon. De maan draait om de aarde en de aarde weer om de zon, en zelfs ons zonnestelsel draait, en wel richting de ster Wega. Ons stelsel bestaat voornamelijk uit Waterstof, helium en fijne stof, het ziet er ook wel uit als een wolk. Door de beweging richting de ster Wega krijgt de wolk massa en als de massa op een bepaalde temperatuur blijft kan het onder invloed van zijn eigen kracht samentrekken. Dat is de eerste fase in het langdurig proces van de vorming van alle sterren, waaronder ook onze zon. Supernova Onze zon is waarschijnlijk ontstaan door een supernova (een supernova is een oude ontploffende ster) die dan zo n explosie veroorzaakt dat dat de samentrekking veroorzaakte. Het door een supernova uitgestoten materiaal bevat elementen, onder andere radioactieve, die nog niet voorkwamen in de gaswolken waaruit ons melkwegstelsel werd gevormd. Dit weten we omdat er nog steeds radioactieve deeltjes door ons stelsel zweven. Doordat het gas wordt samengeperst stijgt de temperatuur, in het midden van de inmiddels schijfachtige wolk is de temperatuur het hoogst. De diameter van een wolk kan in een jaar afnemen van 2000 miljard tot 200 miljoen kilometer en de temperatuur stijgt in diezelfde tijd tot 5000 k (Kelvin) Een wolk met een massa vergelijkbaar met die van de zon zal na 10 miljoen jaar een centrale temperatuur hebben van 10 miljoen graden Kelvin. Bij deze temperatuur start een kernfusiereactie die waterstof omzet in helium: het ontstaan van een ster. In deze reactie fuseren 4 waterstofkernen tot een heliumkern: 99.3 % van de massa van de waterstofkernen komt hierbij terecht in de heliumkern, de resterende 0.7 % wordt omgezet in energie. De waterstof-helium reactie levert de energie die de sterren voor ons zichtbaar maakt en de zon zo helder doet schijnen. Uit de resten van de radioactieve stoffen kunnen we aantonen dan ong. 5 miljard jaar geleden het zonnestelsel is ontstaan, en kijkend naar de grote van de zon gaat dat ong. nog 4.5 miljard jaar door. De mens en het heelal Pagina 1 van 8

2 De allereerste poging om het heelal te verklaren werd gedaan in de vierde eeuw voor Christus door de Griek Eudoxus van Knidos (408 v. Chr v. Chr.). Volgens hem was de Aarde het middelpunt van het heelal. De rest van het heelal bestond uit kristallen bollen ("sferen") waaraan de sterren en de planeten vast zaten. Die manier van denken werd voortgezet door Claudius Ptolemaeus (waarschijnlijk na Christus). Hij wordt wel de Vader van de Sterrenkunde genoemd. Hij schreef een samenvatting van de Oudgriekse sterrenkunde. Dit boek noemde hij de "Almagest" en het vormde voor meer dan duizend jaar de basis voor al het sterrenkundige onderzoek. Het idee dat de Aarde het middelpunt van het heelal is, wordt vaak het Stelsel van Ptolemaeus genoemd: Nicolaus Copernicus ( ) was de eerste om het stelsel van Ptolemaeus openlijk af te wijzen. Hij bracht een nieuw beeld onder de mensen: niet de Aarde, maar de zon was het middelpunt van het heelal. Dat deed hij in Copernicus' idee werd door de Kerk afgewezen. Zij bleven bij het stelsel van Ptolemaeus, en al helemaal omdat dat stelsel ruimte overliet voor een godsdienstige invulling. Dat is te zien aan landkaarten uit de Middeleeuwen: ze zijn vaak versierd met engeltjes, profeten en stukken uit de Bijbel. De kaarten hadden altijd Jeruzalem als middelpunt, weer een voorbeeld van het geloof, want daarmee was Jeruzalem ook het middelpunt van het heelal. Volgens het stelsel van Copernicus was de Aarde helemaal niet het belangrijkste deel van het heelal, maar slechts een klein onderdeel hiervan. Dat ging tegen het geloof in. In 1610 ontdekte Galileo Galileï ( ) iets bijzonders. Hij ontdekte, net als Copernicus, dat de Aarde niet zo belangrijk was als de Kerk voorschreef. Want toen hij door zijn telescoop naar de planeet Jupiter keek, ontdekte hij onmiddellijk vier grote manen: Io, Europa, Calisto en Ganymedes. Dus de Aarde was niet de enige planeet die een maan had. Later ontdekte hij nog veel meer: de Maan had bergen en de planeet Venus had, net als de Maan, schijngestalten (eerste kwartier, halve maan, laatste kwartier, volle maan, nieuwe maan). Al deze ontdekkingen deed hij met zelfgemaakte telescopen. De Kerk was het weer niet eens met de ontdekkingen en ze dwongen Galileo zijn ideeën te veranderen naar wat de Kerk voorschreef. Deed hij dit niet, dan zouden ze hem op de brandstapel zetten (dit had de Kerk al gedaan met andere sterrenkundigen die Copernicus steunden). Galilei is toen akkoord gegaan, en hij heeft zijn ideeën ongeldig verklaard. In de eeuwen die volgden bleek dat Galilei en Copernicus wel degelijk gelijk hadden. Toch heeft de Kerk heel lang geweigerd dit te erkennen. Pas in 1981 gaf de Rooms-Katholieke Kerk Galileo officieel gelijk. Tot 1666 kon niemand verklaren waarom de planeten om de zon bleven draaien, toen dat idee eenmaal aangenomen werd. Maar Sir Isaac Newton ( ) ontdekte waarom. De theorie van de zwaartekracht (symbool in natuurkunde: Fz) ontdekte hij volgens een verhaal bij toeval, toen hij zag hoe een appel uit een boom viel. Zo ontdekte hij dat alle voorwerpen, op Aarde en in de ruimte, elkaar aantrekken.de grootte van die aantrekkingskracht hangt af van de grootte van het voorwerp. Omdat de zon groter is dan alle andere voorwerpen in ons zonnestelsel, trekt hij alle planeten, asteroïden, manen, kometen, kortom alles wat er is in het zonnestelsel, aan. En omdat de Aarde groter is dan de Maan, trekt de Aarde op haar beurt de Maan aan. Pagina 2 van 8

3 Edmond Halley ( ) deed enkele jaren later een andere belangrijke ontdekking. Hij ontdekte dat kometen met regelmatige tussenpozen terugkeren. Hij bewees dit door te voorspellen dat een bepaalde komeet, later de komeet van Halley genoemd, die in 1682 te zien was, weer terug zou komen in Hij had namelijk in oude waarnemingen van kometen gezien dat er om de zesenzeventig jaar een te zien was: hij dacht dat dit eigenlijk dezelfde komeet was, die iedere zesenzeventig jaar weer even opdook. Helaas stierf Halley al in 1742, maar andere astronomen zagen inderdaad in 1758 de komeet weer. Niet alleen had Halley hiermee laten zien dat kometen regelmatig terugkeren, maar ook dat in de sterrenkunde heel nauwkeurig voorspellingen te maken zijn. Andere astronomen hebben daarna heel veel kometen ontdekt en onderzocht. Allemaal keren ze een keer in de zoveel tijd weer terug; sommigen heel snel achter elkaar, zoals de komeet van Halley, en anderen pas na een heel lange tijd. (De komeet Hale-Bopp, die een paar jaar geleden te zien was, bijvoorbeeld, zal pas weer terugkomen over zo'n 2600 jaar!) William Herschel ( ) was een musicus, die in Engeland woonde. Maar William had meer noten op zijn zang. Hij hield er veel van om naar de sterren te kijken en hij begon zelf telescopen te maken. Ook keek hij erdoor naar de sterren. Op 13 maart 1781 was hij weer eens aan het kijken en ontdekte een onbekend sterretje in het sterrenbeeld Tweelingen. Hij dacht eerst aan een komeet, maar later bleek het de zevende planeet van ons zonnestelsel te zijn: Uranus. Verder wist Herschel later nog de grootte van ons melkwegstelsel vrij nauwkeurig te bepalen. Neptunus, de achtste planeet, werd in 1846 ontdekt door de Duitse sterrenkundige Johann Galle. Maar de planeten zijn eigenlijk ontdekt door de wiskundigen Le Verrier en Adams, die de positie van de planeet berekenden, zonder dat van elkaar te weten. Na jaren rekenen gaf Le Verrier op 23 september 1846 zijn informatie door aan Johann Galle. Johann ging die avond nog naar de sterren kijken, en op de plaats die Le Verrier had voorspeld, was inderdaad de achtste planeet van ons zonnestelsel te zien. Ook de Engelse wiskundige Adams berekende de positie van de planeet, en was zelfs eerder klaar dan Le Verrier, maar de medewerkers van de sterrenwacht in Greenwich, aan wie hij zijn informatie stuurde, hadden geen interesse... Harlow Shapley ( ) ontdekte dat ook aan het heliocentrisch wereldbeeld van Copernicus iets haperde. De zon staat namelijk niet, zoals Copernicus zei, in het centrum van het heelal, maar heel ver daarvandaan. De Amerikaanse advocaat Edwin Hubble ( ) (er is ook een satelliet naar hem vernoemd, de Hubble Space Telescope) werd pas op latere leeftijd astronoom. Hij ontdekte dat de Andromedanevel buiten de Melkweg staat. Daarmee toonde hij aan dat er nog andere melkwegstelsels bestaan. Hij ontdekte ook dat het heelal nog steeds groter wordt, want hij merkte dat andere melkwegstelsels van ons af bewegen. In 1930 is tot nu toe de laatste planeet van ons zonnestelsel ontdekt, Pluto. De toen jonge sterrenkundige Clyde Tombaught ontdekte deze na maandenlang foto's van de sterrenhemel te hebben bekeken. Pluto is op een telescopische foto namelijk niet meer dan een zwakke ster, en hij valt niet op. (In 1915 al werd de planeet een keer per ongeluk gefotografeerd, maar niet ontdekt) Het zou best kunnen dat er nog een tiende planeet bestaat, en het is zelfs nog niet zeker dat Pluto een planeet is, Misschien is hij wel een grote komeet of asteroïde... Pagina 3 van 8

4 Hoe zit de zon in elkaar Al het leven dat wij kennen, is afhankelijk van de zon. Haar licht en warmte spelen op velerlei manier een essentiële rol. Fotosynthese, het levensproces in groene planten en uiteindelijk de bron van alle voedsel en van kolen en olie, wordt zonlicht van energie voorzien. De seizoenen, de luchtstromingen het weer worden veroorzaakt door de invloed van de zon. Gezien haar betekenis voor ons bestaan, is het logisch dat we zoveel mogelijk over haar fundamentele aard willen leren. De zon is een heel gewone ster: onder de 100 miljard sterren van het melkwegstelsel zijn er miljoenen met ongeveer dezelfde eigenschappen als onze ster. Bovendien zijn er miljoenen melkwegstelsels in het heelal. De zichtbare zonneschijf, ook wel fotosfeer genoemd, heeft een diameter van ongeveer km, meer dan 100 keer die van de aarde, en haar zwaartekracht is ongeveer 28 keer sterker, kortom als je op aarde 45 kilo zou wegen dan zou je op de zon 1270 kilo wegen. De zon kan er nogal verschillend uitzien afhankelijk van waar en hoe zij wordt bekeken: zoals door een telescoop op een heldere dag, tijdens een zonsverduistering of via röntgenfoto s De lagen van de zon De chromosfeer: in deze laag van de zonneatmosfeer speelt zich al het vuurwerk af. Spiculae, vurige uitsteeksels, springen naar hoogten van km en meer, Het grootste vuurwerk zijn de protuberansen, een lus kan wel 3 miljoen km hoog worden voordat ze uiteenspatten, rustige protuberansen blijven meestal weken tot maanden onveranderd. Protuberans De fotosfeer is het intens heldere oppervlak van de zon. Wij kunnen de fotosfeer vanaf de aarde zien omdat de lagen erboven transparant zijn. Van dichtbij lijkt de pan op een pan kokende rijst, omdat hij overdekt is met granulae. Dit zijn heldere belletjes, die worden veroorzaakt door hete en koelere gassen vlak onder het oppervlak van de zon. Ze brengen de zonne-energie naar het oppervlak. In de convectiezone schieten enorme bellen intens heet gas naar het zonneoppervlak. Daar koelen ze af, zakken weer terug, warmen weer op en stijgen weer op, dit alles met een geweldige snelheid. Wanneer fotonen of lichtdeeltjes uit de zonnekern ontsnappen gaan ze door een dichte gaslaag: de stralingszone. Hier springen de fotonen rond als ballen in een flipperkast. Elk foton botst al na een paar mm op een gasatoom en wordt teruggestoten. Daarom duurt het miljoenen jaren voor een foton door de zon heen is. Als je overdag de lucht inkijkt dan is dat ongeveer 10 miljoen jaar onderweg geweest. De kern van de zon is een gigantische nucleaire oven. Elke seconde wordt er door kernfusie 700 miljoen ton waterstofgas omgezet in heliumgas. Dat is te vergelijken met 90 miljard waterstofbommen van 1 megaton die elke seconde ontploffen. Elke seconde wordt 5 miljoen ton materie omgezet in energie. Dan hebben we nog de meest fascinerendste laag van de zon: de corona. Over de corona is nog niet veel bekend, vooral met de temperatuur weten ze niet hoe het kan dat die zo hoog is. De temperatuur van de corona ligt rond C terwijl de chromosfeer maar een temperatuur heeft van C. Dit gigantisch temperatuursverschil komt waarschijnlijk door het magnetisch veld van de zon. De corona is een nevel van superhete gassen en strekt zich ruim 1 miljoen km in de ruimte uit en veranderd steeds van Pagina 4 van 8

5 vorm. De meeste mensen zien de corona alleen als er een zonsverduistering is, maar dit veranderde met de uitvinding van de coronagraaf van de fransman Bernard Lyot in Alles op een rijtje: Temperatuur: 6000 C aan het oppervlak: C in de kern Doorsnee: km. Oftewel maar liefst 109 keer de diameter van de aarde Massa: 2 miljoen biljoen biljoen kilo, of keer de massa van de aarde. De zon bevat 99.9 % van de massa van het volledige zonnestelsel Zwaartekracht: 28 keer groter dan de aardse zwaartekracht Lichtopbrengst: 390 miljard miljard megawatt, evenveel energie als 90 miljard waterstofbommen van 1 megaton per seconde zouden leveren. De zon is keer helderder dan de volle maan. Dichtheid: keer die van de aarde Tijdsduur omwenteling: 27 dagen bij de evenaar, 34 dagen bij de polen Het magnetische veld Het magnetische veld van de zon verandert de hele tijd, de zon heeft een cyclus van 11 jaar en dat herhaalt zich constant. In die 11 jaar verandert het magnetisch veld drastisch. In het begin van de cyclus lopen de magnetische lijnen nog van noord naar zuid en andersom, dit is de periode met de minst magnetische activiteit. Maar dit blijft niet zo. Als de zon draait dan draait de evenaar sneller dan de polen. Onder de convectiezone, de stralingszone draait als een solide massa rond. Omdat deze 2 zones verschillend bewegen krijg je een wrijving tussen deze zones, en daardoor krijg je magnetische velden. Hierdoor sleurt de evenaar de magnetische lijnen van de polen mee en daardoor krijg je lange verticale lijnen over de zon. Als op het laatst de lijnen helemaal zijn uitgerekt dan raken ze op den duur in de war en raken elkaar aan. Hierdoor stijgen de lijnen naar het oppervlak van de zon. Daardoor gebeuren er veel verschillende dingen, er ontstaan zonnevlekken, de corona wordt opgewarmd en er komen meer protuberansen en spiculea. Deze gebeurtenissen zijn gigantische magnetische stormen die over en in de zon razen, maar ook daarbuiten gat het door.deze magnetische golven slaan de ruimte in en dat is dan het hoogtepunt, op dat moment krijgen wij magnetische storingen op aarde waardoor satellietverbindingen wegvallen, garagedeuren vanzelf opengaan en atmosferische gebeurtenissen vinden plaats zoals de Aurora Borealis ook wel het Noorderlicht genoemd. Het magnetisch veld begint weer terug te draaien en de cyclus begint weer opnieuw. Zonnevlekken Pagina 5 van 8

6 Omdat sterrenkundigen zich vroeger eigenlijk alleen maar op de fotosfeer richtten, werden zonnevlekken het eerste uitgebreid bestudeerde aspect van de zon. Theophrastus van athene maakte in 300 voor Christus melding van smetten op de zon, en rond diezelfde tijd begon de Chinese astronoom Kan Te zijn waarnemingen van de vlekken op te schrijven. De stofstormen die over de Noord-Chinese vlakte raasden, onttrokken de sterren s nachts aan het zicht. Maar verduisterden de zon overdag juist genoeg om haar, en haar vlekken, te observeren zonder je te verblinden. Tussen 28 voor Christus en 1638 na Christus zagen Chinese sterrenkundigen 112 zonnevlekken ontstaan. Niet bekend met deze waarnemingen, maar wel vertrouwd met Aristoteles, verwachtte Galileo Galilei een heldere onbesmette zon, maar hij zag dat de zon een paar donkere vlekken had. De eerste sterrenkundige die een regelmaat ontdekte in de gedragingen van zonnevlekken was een amateur: Heinrich Schwabe. Vele jaren later kwam er weer een jonge man die veel geld bezat en een eigen sterrenwacht bouwde: Richard Carrington, hij ontdekte niet alleen de cyclus van 11 jaar waarin de zonnevlekken telkens weer terugkeren, maar ook dat de vlekken ontstaan in 2 brede stroken, de een tussen 20 en 40 graden ten noorden van de evenaar van de zon, de andere op dezelfde breedte ten zuiden van de evenaar. Verder toonde hij nog aan dat de breedte waarop de vlekken ontstaan in de loop van de 11 jarige cyclus geleidelijk naar de evenaar verschuift tot er eerst nog maar heel weinig en dan helemaal geen vlekken meer opduiken in de smalle strook tussen 0 en 5 graden. Als de vlekken op de lagere breedten verdwijnen, dan komen ze op de hogere breedten weer op. Zonnevlekken zijn gebieden met koeler, donkerder gas op het zonneoppervlak variëren in breedte van een paar honderd km tot km: zo n 6 keer de diameter van de aarde. Vaak verschijnen ze in paren, 1 op elke plaats waar een magnetische veld-lus uit het oppervlak steekt. Zonnevlekken kunnen maanden blijven zitten of na een dag of 2 weer verdwijnen. Wat is de Zonnewind In de corona zijn 2 grote krachten in een voortdurende strijd gewikkeld. De door haar differentiële rotatie verwrongen lijnen van het magnetisch veld van de zon spannen zich in om het plasma van de corona, een wapperende sluier van superhitte geladen deeltjes, vast te houden, De corona is om nog steeds onbekende redenen 1 tot 2 miljoen graden wat ongeveer 200 keer heter is dan de fotosfeer. De krachtsverhouding tussen de 2 tegenstanders wisselt met de afstand tot de zon. Binnen km hebben de veldlijnen genoeg magnetische kracht om het coronaplasma vast te houden. Op ongeveer een kwart zonnediameter boven het oppervlak beginnen de magnetische krachten af te nemen. De buitenwaartse druk van het superverhitte gas blaast de veldlijnen open en de nog maar 1 eind aan de zon vast zittende eenpolige lijnen worden met het plasma mee de ruimte in gesleept. De thermische energie waardoor het gevangen eerst werd verhit, werkt nu als versneller. Wanneer het ontsnappende gas een afstand van enkele malen de straal van de zon heeft afgelegd, heeft het een gemiddelde snelheid van anderhalf miljoen km per uur bereikt. Deze straal is nog te meten voorbij de planeet Pluto. De meeste zonnewind wordt door het magnetisch veld van de aarde langs de aarde geleid. Zonnedeeltjes die de atmosfeer bereiken, veroorzaken daar het noorderlicht en geomagnetische stormen. Deze zijn niet voelbaar, maar storen wel het radioverkeer en beïnvloeden de afgifte van elektriciteit uit centrales. In Pagina 6 van 8

7 was er ook zo n uitstoot van plasma en drong ook door onze atmosfeer, hierdoor werden hele steden plat gelegd doordat elektriciteitcentrales hun stroom verloor, het raarste was wel dat sommige elektrische garagedeuren automatisch werden geopend. Door gaten in de corona raast 1 miljoen ton zonneplasma per seconde. Toch heeft de zon sinds haar ontstaan, ongeveer 4,5 miljard jaar geleden, nog geen 0,1 % van zijn massa verloren. Aurora Borealis Aurora Borealis oftewel het noorderlicht is een verschijnsel wat meestal verschijnt bij de polen. Als een vlaag zonnewind de aarde bereikt, veroorzaakt hij sterke elektrische stromen. Bundels elektronen vliegen langs de magnetische veldlijnen van de aarde in de buurt van de polen. Als deze elektronen atomen en moleculen in de aardse atmosfeer komen, laten ze die opgloeien. Dit is het noorderlicht Het komt meestal alleen bij de polen voor. Het vooruitzicht Voor de levensloop van de zon wordt ook wel het Herzsprungrussel diagram gebruikt. De zon zal nog 5 miljard jaar min of meer onveranderd blijven. Aan het einde van die periode zal een groot deel van de waterstof in haar kern zijn verbruikt en zal de kernfusie zich snel uitbreiden naar de rest van het inwendige van de zon. Hierdoor wordt zij veel heter en vergroot enorm: zij wordt een rode reus. Deze reusachtige ster zal alle aardse planeten, waaronder de aarde vernietigen zodat alle sporen van leven en beschaving worden uitgewist. Er zijn vele rode reuzen in ons melkwegstelsel. Als de rode-reuzenfase van de zon voorbij is, zal zij na enkele evolutionaire stuiptrekkingen, elke samenhang met het begin van een nieuwe kernfusiereactie, snel samentrekken en haar einde als ster naderen. Tijdens deze samentrekking zal de temperatuur in het zonscentrum voor de laatste keer stijgen. Dat zal zo snel gaan dat in een enorme explosie het grootste deel van de buitenlagen van de ster die eens onze zon was, worden weggeblazen. Uiteindelijk zullen uitgestoten gas en stof afkoelen en zich vermengen met de andere gassen en stoffen in de ruimte en weer nieuwe stelsels en planeten vormen. Net als alle andere sterren, ontstond de zon uit gas en stof en zal ze grotendeels eindigen als gas en stof, waardoor de cirkel gesloten wordt. Wat resteert van het centrale deel van haar rode-reuzenfase zal een kleine, zeer hete dichte ster worden: een witte dwerg, die geen kernenergie meer produceert en dus geleidelijk afkoelt, alleen nog gloeien. Uiteindelijk zal zij deel gaan uitmaken van de donkere materie in het melkwegstelsel. Dat zal pas het werkelijke einde van de zon betekenen. Bronvermelding Boeken: - Het zonnestelsel, de aarde en haar kosmische buren Roman Smoluchowski - Timelife jonge ontdekkers, Het heelal Pagina 7 van 8

8 - ANW binas - De Zon, reis door het heelal Timelife Internet: - encarta Pagina 8 van 8