Wat waren de sterren? Gaatjes in het hemelgewelf waardoor het hemelse vuur scheen? Kwade demonen die s nachts naar de mensen keken?

Transcriptie

1 Wereldbeeld, geschiedenis. Stel je voor dat je als oude Griek probeert te begrijpen hoe de wereld er uit ziet. Daarbij moeten dus ook zon, maan, sterren, seizoenen, e.d. verklaard worden. Zou het uitmaken of het land aan zee ligt of helemaal ingesloten tussen hoge bergen? 5000 Jaar geleden deed men in China al voorspellingen van zons- en maansverduisteringen. Dit was te doen door nauwkeurige waarneming van de stand van zon en maan, zonder begrip van ons zonnestelsel. Wat waren de sterren? Gaatjes in het hemelgewelf waardoor het hemelse vuur scheen? Kwade demonen die s nachts naar de mensen keken? Wereldbeeld tot ongeveer 600 vc: De aarde is een platte schijf, daaromheen bevindt zich water en achter dat water zijn bergen waarop de hemel (een halve bol) steunt. Elk land beschouwde zichzelf als het midden van de aardschijf. Bij de ene cultuur zijn sterren gaatjes in de hemelbol, een andere cultuur hangen ze als lampjes aan de hemelbol. Zon en maan werden aan het eind van de dag / nacht met een bootje rond de aardschijf geroeid en daarna aan de andere kant weer opgelaten. Anaximander vc. Deed als eerste een poging om een kaart van de (toen bekende) wereld te maken. Vond de zon in een roeibootje onzin en bedacht een andere oplossing. De zon bewoog zich s nachts onder de aarde door om s morgens aan de andere kant weer boven te komen. Dit zou ook voor de sterren gelden. Hun positie is vast ten opzichte van elkaar, maar het geheel draait s nachts langzaam langs de hemel. Breid de halve bol van de hemel uit tot een hele bol waarop de sterren vastzitten en laat de schijf van de aarde zich daar midden in bevinden. De hele bol draait langzaam rond en de sterren bevinden zich overdag dus onder de aarde. Men geloofde hem niet. Pythagoras ± vc. Vond dat Anaximander een logischer wereldbeeld bedacht had dan het toen algemeen geaccepteerde. Vormde een select groepje wetenschappers om zich heen, de Pythagoreërs, die aan de buitenwereld weinig meedeelden over hun ideeën. Veranderingen aan het wereldbeeld: de aarde was geen platte schijf, maar een grote bol. En de hemelbol draaide niet om de aarde heen, maar de aardbol draaide om zijn as binnen de hemelbol. Waarschijnlijk hebben ze ook al bedacht dat de aarde om de zon draait, maar durfden ze dat niet naar buiten te brengen. De andere mensen zouden het toch niet geloven en dat was in die tijd gevaarlijk. Wel vertelden ze dat ze dachten dat de aarde om het Middenvuur draaide, zonder daarbij aan te geven wat dat middenvuur zou inhouden; de zon of iets goddelijks. Toen bij de steeds langere bootreizen die de Grieken maakten (tot in het noordpoolgebied) niets aangetroffen werd wat leek op het middenvuur, werd de theorie van de Pythagoreërs vergeten. Anaxagoras vc. Gaf als eerste een juiste verklaring voor de schijngestalten van de maan en daarmee ook voor zonsen maansverduisteringen. De aarde, de maan en de sterren waren voor hem allemaal van dezelfde soort. De sterren zouden door de voortdurende beweging witgloeiend zijn geworden. Anaxagoras vond dat alle verschijnselen een logische verklaring moesten hebben en geen goddelijke. Hij bedacht zelfs een wetenschappelijk scheppingsverhaal. In een ongeordende massa was een rotatie

2 ontstaan, waardoor de verschillende elementen ( lucht, wolken, water, aarde, en steen) van elkaar gescheiden raakten. De zwaarste bleven bij het centrum (steen, aarde, water) en de lichtere bleven daarboven zweven (wolken, lucht). Maar de beweging was zo heftig dat er veel kleine stenen uit de aarde weggescheurd werden, die witgloeiend de sterren zijn geworden. Verder ging hij ervan uit dat er op dezelfde manier meerdere werelden zouden zijn ontstaan, dus dat de aarde niet uniek was. Geen goden, geen unieke aarde: hij wist maar ternauwernood aan de doodstraf te ontsnappen. Aristoteles vc. Stond als geleerde in hoog aanzien. Zijn woord was ongeveer de wet. Maar hij was meer filosoof dan wetenschapper. Hij vond de cirkel de volmaakte vorm en de bol dus ook. Daarom moest alles opgebouwd zijn uit bollen en cirkelvormige banen. Dit idee bleef bijna 1000 jaar van kracht en een wetenschapper had heel wat moed nodig om tegen Aristoteles in te gaan. Eudoxus vc. Deed weer een stap terug. Voor hem was de aarde een bol, maar wel het onbeweeglijke middelpunt van het universum. Men had inmiddels door dat sommige sterren geen vaste plaats tussen de andere sterren hadden, de planeten. Dat de planeten andere banen beschreven dan de vaste sterren verklaarde hij door elke planeet een eigen bolvormige bewegingsruimte te geven. Het hele heelal werd opgebouwd uit bollen om elkaar heen. De middelste bol was de aarde, daaromheen de bollen waarlangs, zon, maan en planeten bewogen. Helemaal aan de buitenkant was de grote hemelbol met de sterren. Het Griekse rijk viel uit elkaar. De stad Alexandrië (genoemd naar de Griek Alexander de Grote) werd het middelpunt van de wetenschap en deze stad lag (en ligt) in Egypte. Aristarchus ca. 264 vc. Deed de eerste serieuze poging iets van de grootte van het heelal te meten. 1. Vergelijking van de afstand van de aarde tot de zon en van de aarde tot de maan. Ga uit van halve maan. De zon beschijnt de maan van opzij; de driehoek Aarde (A), zon (Z), maan (M) is een rechthoekige met bij de maan een rechte hoek. Meet de grootte van de hoek tussen zijde AZ en zijde AM. Teken een rechthoekige driehoek met een even grote hoek er in en meet de zijde AZ en AM. De hoek was volgens Aristarchus 87 en zijde AZ was 19 keer zo lang als zijde AM. Dus de zon staat 19 keer zover weg als de maan. (In werkelijkheid was de hoek en staat de zon 400 keer verder weg.) 2. De zon en de maan lijken aan de hemel ongeveer even groot, dus dus moet volgens Aristarchus de diameter van de zon 19 keer groter zijn dan die van de maan. (Dus 400 keer in werkelijkheid.) 3. Hoe groot is de maan echt vergeleken met de aarde? Neem maansverduisteringen; de maan beweegt door de schaduw van de aarde. Die verduisteringen duren niet allemaal even lang, want de maan gaat niet altijd door het midden van de cirkelvormige schaduw. Bij de langste verduisteringen gaat de maan wel door het midden van de schaduw. Meet hoelang het duurt dat de maan van niet verduisterd naar helemaal verduisterd gaat; de maan gaat de schaduw in. Meet hoelang het duurt dat de maan totaal verduisterd blijft; de maan beweegt door de schaduw. En meet hoelang het langzaam weer tevoorschijn komen duurt. De middelste meting blijkt twee zo lang te duren als de andere twee metingen. Conclusie: de diameter van de maan past 3 keer in de diameter van de schaduw van de aarde, dus in de diameter van de aarde. Dus de diameter van de zon is 19 x die van de maan, de diameter van de aarde is 3 x die van de maan. Dan moet de zon ongeveer 6 x zo groot zijn als de maan. Aristarchus vond het daarom ook logischer dat de kleine aarde om de grote zon draaide dan andersom, daarbij ook denkend aan het beroemde middenvuur van Pythagoras.

3 4. Maar hoe groot is de aarde? Aristarchus nam twee plaatsen die ongeveer op dezelfde lengtegraad liggen, dus noord/zuid op dezelfde lijn. Door te kijken welke ster er op een bepaald moment recht boven de ene stad stond en te kijken onder welke hoek je die ster vanuit de andere stad zag, kon hij meten hoeveel graden de aarde gekromd was tussen die twee steden. Uitgaande van de 360 van een complete cirkel berekende hij welk deel van de totale omtrek van de aarde zich tussen de twee steden bevond. Met behulp van de afstand tussen de twee steden berekende hij de omtrek van de aarde. Hij schatte de afstand tussen de steden te groot, twee keer, en kwam daardoor ook uit op een omtrek die twee keer de werkelijke is. Eratosthenes vc. Herhaalde de meting van de omtrek van de aarde op een iets andere manier. Op de ene plaats scheen de zon midden op de dag precies tot op de bodem van een diepe verticale put, dus stond de zon recht boven die plek. Tegelijkertijd werd in een andere stad gemeten hoeveel graden de zon boven de horizon stond. Ook de afstand tussen de twee steden werd nauwkeurig gemeten, in tegenstelling tot Aristarchus die de afstand tussen zijn twee steden schatte. Uit al deze gegevens werd de omtrek van de aarde berekend. Ptolemaeus ca. 150 vc. Bedacht voor de ingewikkelde banen van de planeten een systeem waarbij een denkbeeldig punt om de aarde draaide in een cirkelvormige baan. De echte planeet draaide dan weer in een kleine cirkelvormige baan om dit punt (een epicirkel ). Of zonodig draaide er eerst nog een tweede denkbeeldig punt in een baan om de eerste en draaide de planeet om dit tweede punt, of misschien zelfs was er nog wel een derde epicirkel nodig. Maar alles draaide wel in perfecte cirkelvormige banen, zoals Aristoteles vond dat het moest zijn. Uiteindelijk klopte alles precies en kon Ptolemaeus alle bewegingen voorspellen. Dit wereldbeeld bleef uiteindelijk bijna 1500 jaar erkend, ook al was er wel wat twijfel gezien de ingewikkeldheid. God had zijn schepping wel heel ingewikkeld gemaakt. Dit was meteen het einde van deze ontwikkelingen in Egypte. Er zou een lange tijd van stilstand en achteruitgang volgen. Met de opkomst van het Christendom stopte de wetenschap. God had het bedacht en geschapen. Alles staat beschreven in de bijbel. De mens hoort er niet aan te twijfelen. Nicolaus Copernicus Verdiepte zich in de ideeën van de oude Grieken en Egyptenaren. Hij rekende alles nog eens na, vanuit het idee dat de zon in het midden stond en dat de aarde en de planeten er omheen draaiden. Helaas leverden zijn formules minder nauwkeurige resultaten op dan de ingewikkelde formules van Ptolemeaus. Om beter uit te komen voegde hij toch ook hier en daar nog een epicirkel toe, waardoor het hele systeem weer minder overtuigend werd. De grootste fout van Copernicus was dat

4 hij nog niet durfde te twijfelen aan de leer van Aristoteles, die vond dat alle banen perfecte cirkels moesten zijn. Copernicus durfde zijn boek tientallen jaren niet te publiceren, want de wereld (= de kerk) was nog lang niet zover dat ze zouden durven loslaten dat de aarde en dus de mensheid het centrum van het heelal is. Uiteindelijk gaf de kerk pas officieel in 1822 toe dat het systeem met de zon in het midden het enige juiste systeem is. Galileo Galilei Deed onderzoek naar vallende voorwerpen en kwam tot de conclusie dat Aristoteles verkeerde ideeën daarover had. Volgens Aristoteles: alle voorwerpen vallen met verschillende snelheid. Volgens Galilei: Voorwerpen vallen met verschillende snelheid door de luchtweerstand. In een luchtledige ruimte valt alles even snel, maar met steeds toenemende snelheid. Verder ging Galilei experimenteren met de toen net uitgevonden verrekijker en bouwde zodoende een telescoop met een vergroting van ongeveer 1000x. Hij ontdekte daarmee kraters en bergen op de maan, talloze nieuwe sterren; ontdekte meer over de melkweg; ontdekte dat de planeet Venus schijngestalten kent, net als de maan; enz. En hij ontdekte vier manen bij de planeet Jupiter, hetgeen hij zag als een soort verkleinde uitgave van het zonnestelsel volgens het model van Copernicus. Al met al genoeg ontdekkingen om er zeker van te zijn dat het model van Copernicus met de zon in het midden het enige juiste model moest zijn. Grote ruzie met de Paus en de Inquisitie na publicatie van zijn boek. Tot zijn sterven heeft hij zijn mening niet meer hardop kunnen zeggen. Johannes Kepler Kepler was ook overtuigd dat Copernicus gelijk had, maar had wel moeite met de toch weer noodzakelijke epicirkels. Uiteindelijk kwam hij op het idee dat Aristoteles wel eens fout kon zitten met zijn stelling dat alle banen van de planeten en de sterren volmaakte cirkels zijn. Kepler ontdekte dat de banen van de planeten ellipsen zijn en maakte daarmee het echte beeld van ons zonnestelsel ongeveer compleet. Isaac Newton De ontdekker van de zwaartekrachtwetten. Tijdens de jaren van de pest in Engeland trok hij zich terug op het platteland en kon daar de rust vinden om zijn grote ontdekkingen te doen. De eenheid van kracht is naar hem genoemd.

5 Namen en getallen. Ster: lichtgevend hemellichaam, energie door kernreacties. De dichtstbijzijnde ster is de Zon. Niet-lichtgevende hemellichamen die om een ster draaien, heten planeten. Onze Aarde is een planeet, want hij draait om de ster De Zon. Niet-lichtgevende hemellichamen die om een planeet draaien, heten manen. Om de Aarde draait 1 maan, De Maan. Sterren bewegen zich niet los door het heelal maar vormen grote groepen van miljarden sterren. Zulke groepen kunnen bolvormig zijn en spiraalvormig. Onze zon bevindt zich in een spiraalvormig sterrenstelsel, De Melkweg. Deze sterrenstelsels bewegen niet los door de ruimte, maar vormen ook weer grote groepen. De Aarde: De Maan: De Zon: diameter = km; draait in 1 dag (24 uur) om zijn as; draait in 365,26 dagen om de zon; gemiddelde temperatuur 22ºC. diameter = 3476 km; draait in ruim 27 dagen om de Aarde (een maand ); draait in dezelfde tijd ook om zijn as, waardoor steeds dezelfde kant naar de Aarde is toegekeerd; afstand tot de Aarde = km. diameter = 1,4x10 6 km; draait in 25 dagen (evenaar) tot 29 dagen (polen) om zijn as; temperatuur aan de buitenkant 7000 Kelvin, in de kern 15x10 6 K. De planeten van ons zonnestelsel (gegevens wisselen per bron, vaak afhankelijk van jaartal) Diameter (km) Afstand tot zon (km) Rotatie om as Baan om zon Temperatuur Manen Mercurius dagen 88 dagen -180 tot 430 ºC Venus dagen 225 dagen 500 ºC (op de grond) Aarde uur 365¼ dagen -58 tot 52 ºC 1 Mars ½ uur 687 dagen -80 tot 30 ºC 2 Jupiter uur 12 jaar -120 ºC (35000 C kern) 63 Saturnus uur 29 jaar -180 ºC 48? Uranus uur 84 jaar -215 ºC 17 Neptunus uur 165 jaar -220 ºC 13 Pluto dagen 248 jaar -230 ºC 3 Venus en Uranus draaien om hun as in andere richting dan de andere planeten. Daar komt de zon dus in het westen op en gaat in het oosten onder. De as van Uranus ligt bijna horizontaal. Het lijkt dus of Uranus door zijn baan rolt. Mercurius en Pluto draaien om de zon in een sterk ellipsvormige baan. Pluto komt daardoor soms dichter bij de zon dan Neptunus. Afstand van Mercurius tot de zon varieert van km tot km. Saturnus is bekend om zijn ringen van als kleine maantjes ronddraaiend puin. Ook bij Jupiter, Uranus en Neptunus zijn ringen waargenomen. De diameter van Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus is bij de evenaar groter dan van pool tot pool, doordat de planeten vooral uit gas bestaan. Door de draaiing ontstaat vervorming. Vooral bij Jupiter en Saturnus, doordat deze planeten erg groot zijn en ook nog erg snel om hun as draaien. Het hele zonnestelsel ligt ongeveer in een plat vlak, alleen Mercurius en Pluto komen daar behoorlijk ver boven- en onderuit. Vooral Pluto, van opzij gezien een hoek van 17º. Door het vreemde gedrag en het formaat van Pluto wordt Pluto tegenwoordig niet meer als planeet gerekend. lichtsnelheid km / s. 1 lichtjaar: afstand die het licht in 1 jaar aflegt: x 60 x 60 x 24 x 365 = 9,5 x km. Afstand tot de ster die het dichtste bij ons zonnestelsel staat: 4,3 lichtjaar, dus ongeveer 4 x km. Diameter van ons melkwegstelsel: 1 miljoen lichtjaar.