Sterrenkunde voor Dummies

Transcriptie

1 Sterrenkunde voor Dummies Het ruimtevaarttijdperk 1957 De Sovjet-Unie lanceert Sputnik 1, de eerste kunstmatige satelliet van de aarde; Geoffrey Burbidge, E. Margaret Burbidge, William Fowler en Fred Hoyle leggen uit hoe chemische elementen in sterren worden gemaakt Met de eerste Amerikaanse satelliet, Explorer 1, ontdekt James Van Allen de stralingsgordels van de aarde ( magnetosfeer ) Frank Drake begint met Search for Extraterrestrial Intelligence bij de National Radio Astronomy Observatory in Green Bank, West Virginia Yuri Gagarin maakt de eerste bemande vlucht in de ruimte Valentina Tereshkova is de eerste vrouw in de ruimte Jocelyn Bell en Anthony Hewish ontdekken pulsars Neil Armstrong en Buzz Aldrin zetten voet op de maan Linda Morabito ontdekt uitbarstende vulkanen op Io, een maan van Jupiter, op foto s gemaakt door de Voyager Ian Shelton ontdekt de eerste supernova sinds 1604, duidelijk met het blote oog te zien De Hubble Space Telescope wordt gelanceerd Alexander Wolszczan ontdekt planeten die rond een pulsar cirkelen, de eerste planeten die we buiten ons zonnestelsel vinden Michel Mayor en Didier Queloz ontdekken 51 Pegasi B, de eerste planeet van een ster buiten ons zonnestelsel Twee teams van sterrenkundigen ontdekken dat de uitdijing van het heelal steeds sneller lijkt te gaan, misschien als gevolg van een mysterieuze kracht die met het vacuüm in de ruimte te maken heeft De Mars Global Surveyor verzamelt bewijs dat er ooit op Mars een grote oceaan bestond Bewijs wordt gevonden voor het bestaan van grote ijsvlaktes op Mars Donkere materie voor het eerst geobserveerd los van gewone materie De ruimtesonde Phoenix bevestigt de aanwezigheid van vloeibaar water en ijs op Mars. Beroemde vrouwen in de sterrenkunde Sophia Brahe ( ) Legde met haar broer de grondslagen voor onze kennis van de planeten. Maria Kirch ( ) Ontdekt de komeet van Caroline Herschel ( ) Ontdekte acht kometen. Annie Jump Cannon ( ) Ontwikkelde de basismethode voor het classificeren van de sterren. Henrietta Swan Leavitt ( ) Ontdekte de methode voor het meten van grote afstanden in de ruimte. In onze tijd: Jocelyn Bell Burnell Ontdekte de eerste pulsars. E. Margaret Burbidge Pionier in modern onderzoek van sterrenstelsels en quasars. Ewine van Dishoeck Hoogleraar moleculaire astrofysica aan de Universiteit Leiden; bestudeert chemische reacties die in de kosmos plaatsvinden. Wendy Freedman Voerde het veld aan in het meten van de uitdijing en ouderdom van het heelal. Sally Ride Opgeleid als astrofysicus en de eerste vrouw in de ruimte uit de Verenigde Staten. Nancy G. Roman NASA s eerste hoofdsterrenkundige, voorvechter van het ontwikkelen van telescopen in de ruimte. Vera C. Rubin Onderzocht de rotatie van melkwegstelsels, detecteerde het bestaan van donkere materie. Carolyn Shoemaker Ontdekte veel kometen waaronder een die tegen Jupiter sloeg. Jill Tarter Leider van de grootste zoektocht naar buitenaardse intelligentie, Project Phoenix.

2 Sterrenkunde voor Dummies Een sterrenkundige geschiedenis 2000 v.c. Volgens de overlevering worden twee Chinese sterrenkundigen geëxecuteerd voor het niet voorspellen van een zonsverduistering en voor het feit dat ze dronken waren toen die eclips plaatsvond. 129 v.c. Hipparcos maakt de eerste catalogus van de sterren. 150 n.c. Ptolemaeus publiceert theorie van heelal met de aarde als middelpunt. 970 Al-Sufi treft voorbereidingen voor catalogus van meer dan sterren Ulugh-Beg, prins van Turkestan, bouwt een geweldige sterrenwacht en maakt tabellen met gegevens van planeten en sterren Copernicus publiceert op zijn sterfbed de theorie dat planeten om de zon draaien Galilei ontdekt met een telescoop kraters op de maan van de aarde, manen van Jupiter, het draaien van de zon en de aanwezigheid van ontelbare sterren in de Melkweg Isaac Newton begint aan zijn theorie van de zwaartekracht Newton demonstreert zijn uitvinding, de spiegeltelescoop Edmund Halley voorspelt dat een geweldige komeet in 1758 zal terugkeren Op eerste kerstdag ontdekt boer en amateursterrenkundige Johann Palitzch de terugkeer van de Komeet van Halley William Herschel ontdekt Uranus Benjamin Banneker, de eerste zwarte wetenschapper in Amerika, begint met waarnemingen van sterren, nodig voor de landmeetkundige verkenning in verband met de vestiging van de toekomstige hoofdstad van de Verenigde Staten, Washington, D.C Abraham Lincoln en duizenden anderen zien op 12 en 13 november boven Noord-Amerika een enorme meteorenregen Christian Doppler ontdekt het principe waardoor geluid of licht een verschuiving ondergaat in frequentie en golflengte als gevolg van beweging van de bron van dat licht of geluid ten opzichte van de waarnemer Johann Galle ontdekt Neptunus Albert Einstein komt met de algemene relativiteitstheorie, die de aard van zwaartekracht en het afbuigen van licht dat de zon passeert, verklaart en die ook in feite het bestaan van zwarte gaten voorspelt en het verbuigen van tijd en ruimte in de nabijheid van een zwaar, roterend object Edwin Hubble bewijst dat sterrenstelsels zich buiten het Melkwegstelsel bevinden Eerste lancering van raket met vloeibare brandstof, ontwikkeld door Robert Goddard Clyde Tombaugh ontdekt Pluto Ingenieur Karl Jansky ontdekt radiogolven uit de ruimte Hans Bethe verklaart de energiebron van de zon en andere sterren Ingenieur Grote Reber doet verslag van de eerste verkenning met een radiotelescoop.

3 Sterrenkunde voor Dummies Stephen P. Maran met een voorwoord van Govert Schilling Amersfoort, 2015

4 Inhoud in vogelvlucht Voorwoord... xiii Opdracht... xiv Over de auteur... xv Dankwoord... xvi Over de gastauteurs... xvi Inleiding... 1 Deel I: De kosmos bespioneren... 7 Hoofdstuk 1: Het licht zien: de wetenschap van de sterrenkunde... 9 Hoofdstuk 2: Met z n allen naar de sterren staren Hoofdstuk 3: Naar de nacht kijken: leren observeren Hoofdstuk 4: Bezoekers bekijken: meteoren, kometen en kunstmanen Deel II: Excursie door het zonnestelsel Hoofdstuk 5: De aarde en de maan Hoofdstuk 6: De naaste buren van de aarde: Mercurius, Venus en Mars Hoofdstuk 7: De asteroïdengordel en andere objecten dicht bij de aarde Hoofdstuk 8: Jupiter en Saturnus: grote gasbollen Hoofdstuk 9: Te gek! Uranus, Neptunus en Pluto Deel III: Onze oude zon en andere sterren Hoofdstuk 10: De zon: ster van de aarde Hoofdstuk 11: De sterren: kernreactoren Hoofdstuk 12: Sterrenstelsels: het Melkwegstelsel en daarbuiten Hoofdstuk 13: Zwarte gaten en quasars Deel IV: Het opmerkelijke heelal Hoofdstuk 14: SETI en planeten van andere zonnen Hoofdstuk 15: Donkere materie en antimaterie Hoofdstuk 16: De oerknal en de ontwikkeling van het heelal Deel V: Het deel van de tientallen Hoofdstuk 17: Tien vreemde feiten over sterrenkunde en de ruimte Hoofdstuk 18: Tien veelvoorkomende vergissingen over sterrenkunde Deel VI: Bijlagen Bijlage A: De planeten vinden: 2015 en Bijlage B: Sterrenkaarten Bijlage C: Verklarende woordenlijst Index

5 Voorwoord In de sterrenkunde is iedereen een dummie. Het heelal is zo onvoorstelbaar uitgestrekt, onbereikbaar en mysterieus dat zelfs de grootste astronoom er maar een heel klein partje van begrijpt. Dat komt voor een deel doordat sterrenkunde een vrij jonge wetenschap is, waarin de meeste opzienbarende ontwikkelingen in de laatste kwart eeuw zijn gedaan. Kortom: als je weinig van het heelal weet, verkeer je in goed gezelschap, want ook professionele astronomen hebben veel meer vragen dan antwoorden. Doordat de sterrenkunde als wetenschap in zekere zin nog in de kinderschoenen staat de telescoop werd pas vierhonderd jaar geleden uitgevonden zijn de meeste vragen en antwoorden ook nog eens relatief eenvoudig te begrijpen. Natuurlijk breekt iedereen zich wel eens het hoofd over zwarte gaten of over de rand van het heelal, maar om thuis te raken in de wereld van sterrenbeelden, kometen, pulsars, exoplaneten en supernova s hoef je geen universitaire studie te volgen. Voorwaarde is dan natuurlijk wel dat je een deskundige gids hebt. De Amerikaanse astronoom Steve Maran is zo n gids. Als press officer van de American Astronomical Society slaat hij al vele jaren een brug tussen de wereld van de beroepssterrenkunde en die van het grote publiek. Als geen ander verstaat hij de kunst om ogenschijnlijk moeilijke zaken in twee simpele zinnen volledig op te helderen. En hij heeft nog gevoel voor humor ook. Sterrenkunde voor Dummies biedt dan ook een levendige en verrassend complete kennismaking met de fascinerende wereld buiten de aarde. In tegenstelling tot wat je bij een Dummies -boek misschien zou verwachten, laat Maran vrijwel geen enkel deelonderwerp onbelicht. Wie het boek van voor tot achter doorleest, volgt in feite een veelzijdige stoomcursus praktische en theoretische astronomie. En de talloze verwijzingen naar informatieve websites zorgen ervoor dat je eigenlijk nooit uitgeleerd raakt. De kosmos is er niet alleen voor beroepsastronomen, en ook niet alleen voor toegewijde sterrenkunde-amateurs. Het heelal is van iedereen, dummie of niet. Kijk vannacht zelf maar. En als je behoefte hebt aan een duidelijke gebruikershandleiding, of aan een avontuurlijke reisgids, grijp dan naar dit boek. Govert Schilling

6 Over de auteur Stephen P. Maran, PhD, heeft dertig jaar aan het Amerikaanse ruimtevaartprogramma meegewerkt. In 1999 ontving hij de Klumpke-Roberts Award van de Astronomical Society of the Pacific voor zijn bijzondere bijdragen aan het begrip van en de waardering voor sterrenkunde bij het publiek en in 1991 kreeg hij de NASA Medal for Exceptional Achievement. Aan de Pennsylvania State University was hij in 1990 de A. Dixon Johnson lecturer in Scientific Communication. Hij heeft ook sterrenkunde gedoceerd aan de University of California in Los Angeles (UCLA) en de University of Maryland. Als persvoorlichter van de American Astronomical Society zit hij mediabijeenkomsten voor waarbij sterrenkundige ontdekkingen wereldkundig gemaakt worden. Op de daken van Brooklyn en op een verlaten golfterrein in de Bronx begon Maran met sterrenkunde. Dat leidde tot een loopbaan waarin hij onderzoek verrichtte met telescopen bij het Kitt Peak National Observatory in Arizona, de National Radio Astronomy Observatory in West Virginia, het Palomar Observatory in Californië, het Cerro Tololo Inter- American Observatory in Chili en ook met behulp van instrumenten in de ruimte, zoals de Hubble Space Telescope en de International Ultraviolet Explorer. Volledige zonsverduisteringen heeft hij gezien vanaf het Gaspé schiereiland en andere locaties in Québec in Canada, van Baja California in Mexico, van op zee bij New Caledonia, Singapore en in het oosten van de Stille Oceaan en ook vanaf het vasteland van de Verenigde Staten. Maran vertelt graag wat er zo leuk aan sterrenkunde is en heeft in dat kader bijvoorbeeld lezingen over zwarte gaten gegeven in een bar op Tahiti en op tv zonsverduisteringen uitgelegd in de Today Show van NBC. Ook heeft hij voordrachten gehouden tijdens eclips- en komeetcruises aan boord van de Queen Elisabeth 2, de Vistafjord en de Fairwind. In Seattle sprak hij scholieren toe, in Washington D.C. padvinders, subcommissies van het Amerikaanse parlement, een commissie van de Verenigde Naties en ga zo maar door. Maran is redacteur van The Astronomy and Astrophysics Encyclopedia en heeft meegewerkt aan acht andere boeken over die onderwerpen, waaronder het studieboek New Horizons in Astronomy en twee compendia met ontdekkingen uit het ruimtevaartprogramma (A Meeting with the Universe en Gems of Hubble). Hij heeft veel artikelen voor de tijdschriften Smithsonian en Natural History geschreven en fungeerde ook als schrijver en adviseur voor de National Geographic Society en Time-Life Books. In New York City zat hij op de Stuyvesant High School, waar hij een heel semester in het wiskundeteam zat zonder er blijvend letsel aan over te houden en op Brooklyn College. Hij studeerde en promoveerde aan de University of Michigan. Maran is getrouwd met de journalist Sally Ann Scott. Het echtpaar heeft drie kinderen.

7 Dankwoord In de eerste plaats dank ik mijn gezin en vrienden die het maar hebben moeten pikken dat ik dit boek schreef. Dank komt ook mijn agent toe, Skip Barker van de Wilson-Devereaux Company, die me tijdens dit project steeds uitdaagde en me de weg wees als ik die zocht en uitgever Stacy Collins omdat zij in het project geloofde. Ron Cowen en Dr. Seth Shostak ben ik dankbaar voor hun bijdragen aan dit boek, Kathy Cox en Diane Smith omdat ze het materiaal hebben geordend en bewerkt, hun collega s omdat ze het boek nog beter en mooier hebben gemaakt en Dr. Philip Platt, eigenaar van de Badastronomy website, die ervoor zorgde dat alle slechte sterrenkunde eruit werd gehaald. Verder ben ik dank verschuldigd aan de kunstenaar Brent Pallas en de sterrenkundigen Jerry Lodriguss en Dr. David Malin die een aantal van hun schitterende foto s beschikbaar stelden en aan de organisaties die toestemming gaven voor het gebruik van veel van de andere foto s in dit boek. Ook dank ik de maker van de sterrenkaarten, Robert Miller, en de maker van de planeettabellen, Robert Victor. Over de gastauteurs Ron Cowen is sinds 1990 een van de schrijvers bij Science News, een wekelijks nieuwsblad. Voor Science News volgt hij sinds 1991 zowel als verslaggever als redacteur alle aspecten van de sterrenkunde. Hij heeft daarnaast meer dan dertig artikelen aan The Washington Post geleverd die varieerden van backstage bij De Notenkraker tot een eeuwfeest rond het leven van George Gershwin en de uitvinding van de fonograaf. Ook schreef hij artikelen voor de bladen Astronomy en USA Today. Dr. Seth Shostak is Public Programs Scientist bij het SETI Institute in Mountain View in Californië waar hij deelneemt aan de speurtocht naar verwanten in de kosmos. Hij heeft gestudeerd en promotieonderzoek gedaan aan de Princeton University en het California Institute of Technology. Zijn loopbaan omvat radioastronomisch onderzoek aan melkwegstelsels, doceren, schrijven en het maken van talloze publieksfilms over de wetenschap. In 2004 ontving ook hij de Klumpke-Roberts Award. Behalve met sterrenkunde heeft hij ook iets met spoorwegen en beweert de uitvinder te zijn van de elektrische banaan.

8 Inleiding Inleiding 1 Sterrenkunde, ook wel astronomie genoemd, is de studie van de hemelen, de wetenschap van kosmische objecten en hemelse gebeurtenissen. Het is het onderzoeken van het heelal waarin we leven. Door te kijken en (voor radioastronomen) luisteren houden sterrenkundigen zich met sterrenkunde bezig. Dat gebeurt met telescopen in de achtertuin, met enorme instrumenten bij sterrenwachten en met satellieten die vanuit een baan om de aarde de ruimte in kijken. Telescopen worden in raketten en op onbemande ballonnen naar boven gestuurd. Sommige instrumenten worden aan boord van ruimtesondes het zonnestelsel ingestuurd. Van sterrenkunde zijn er twee variëteiten: professionele sterrenkunde en amateur-sterrenkunde. Behalve de meer dan professionele sterrenkundigen over de hele wereld zijn er duizenden amateur-sterrenkundigen die het leuk vinden om de hemel te bestuderen. Alleen al in Nederland en België samen zijn er ongeveer Professionele sterrenkundigen doen onderzoek aan de zon en het zonnestelsel, het melkwegstelsel dat Melkweg heet en aan het heelal daarbuiten. Ze doceren aan universiteiten, ontwerpen satellieten in overheidslaboratoria en bedienen planetaria. Ook schrijven ze boeken, zoals dit. De meeste sterrenkundigen hebben de doctorstitel en tegenwoordig nu ze doorgaans esoterische natuurkundige onderwerpen bestuderen of met geautomatiseerde, robottelescopen werken kennen ze de sterrenbeelden vaak niet. Amateur-sterrenkundigen kennen de sterrenbeelden wel. Hun spannende hobby beoefenen sommigen in hun eentje, terwijl duizenden anderen lid zijn van sterrenkundige verenigingen en andere organisaties. Bij verenigingen geven oude rotten kennis door aan nieuwe leden, worden telescopen en andere instrumenten gedeeld. De verenigingen organiseren ook bijeenkomsten waarbij de leden vertellen wat ze hebben gezien en gefotografeerd of waarbij wetenschappers lezingen geven. Amateur-sterrenkundigen houden daarnaast waarneemavonden waarnaar iedereen zijn telescoop meebrengt (of door de telescoop van iemand anders kijken). Deze waarneemsessies vinden geregeld plaats (bijvoorbeeld elke eerste zaterdag van de maand) of bij speciale gelegenheden (zoals de terugkeer van een grote meteorenregen in augustus van elk jaar of het verschijnen van een heldere komeet als Hale-Bopp of Hyakutake). Ze sparen voor echt grote gebeurtenissen zoals zonsverduisteringen, wanneer duizenden amateurs en tientallen professionals over de aarde reizen naar het pad van de totaliteit waar ze een van de grootste spektakels van de natuur kunnen aanschouwen.

9 2 Sterrenkunde voor Dummies Dit boek legt alles uit wat je nodig hebt om met sterrenkunde, een fantastische hobby, te beginnen. Het geeft je ook een steuntje in de rug bij het begrijpen van de basis van deze wetenschap van het heelal. De meest recente ruimtemissies zullen opeens logisch lijken: je begrijpt waarom ruimtesondes naar Saturnus en zijn enorme maan, Titan, zijn gestuurd of naar een komeet om nog wat stof uit zijn staart op te vangen. Je zult leren waarom de Hubble Space Telescope het heelal in tuurt en waar je meer informatie over andere ruimtemissies kunt vinden. Als er weer krantenkoppen of tv-rapportages zijn over nieuwe ontdekkingen in de ruimte of met de grote telescopen in Arizona, Hawaiï, Chili, Californië of waar dan ook, zul je de achtergrond begrijpen en dat nieuws daardoor extra waarderen. Wie ik denk dat jij bent? Waarschijnlijk lees je dit boek omdat je wil weten wat er zich boven je hoofd afspeelt of wat de wetenschappers in de ruimtevaartprogramma s aan het doen zijn. Misschien heb je gehoord dat sterrenkunde een leuke hobby is en vraag je je af of het wat voor jou is en wat voor uitrusting je daarvoor nodig zou hebben. Je bent geen wetenschapper (althans, geen sterrenkundige). Je geniet gewoon van de nachtelijke hemel en bent in de ban van de nieuwsgierigheid, wilt de ware schoonheid van het heelal zien en begrijpen. Je wilt de sterren observeren, maar je wilt ook weten waar je nou precies naar kijkt. Mogelijk wil je zelf een ontdekking doen. Je hoeft immers geen professionele sterrenkundige te zijn om een nieuwe komeet te ontdekken. Je kunt zelfs helpen meeluisteren naar een teken van ET. Wat je doel ook is, dit boek zal je helpen het te bereiken. Lees alleen de gedeelten die je wilt lezen, in de volgorde die jij wilt. Ik doe mijn best om uit te leggen wat je op dat moment nodig hebt. Sterrenkunde is boeiend en leuk. Blijf dus lezen. Voor je het weet, wijs je buiten Jupiter aan, herken je beroemde sterrenbeelden en sterren of volg je het International Space Station dat hoog boven je hoofd voorbij zoeft. De buren vragen zich misschien aanvankelijk af of je hen bespioneert en een agent komt misschien een keer vragen wat je daar in het donker in het park doet of waarom je met zo n grote verrekijker op het dak staat. Zeg dan maar dat je een sterrenkundige bent. Die hadden ze vast nog niet eerder gehoord.

10 Inleiding Hoe dit boek is ingedeeld: je reis langs de hemel Als je al naar de inhoudsopgave hebt gekeken, dan weet je dat dit boek uit aparte gedeelten bestaat. Hier volgt een korte beschrijving van wat je in die zes delen kunt vinden. 3 Deel I: De kosmos bespioneren De sterren zie je elke nacht (nou ja, niet letterlijk elke nacht, maar toch...) Dezelfde fascinatie die de mensen altijd al in zijn grip heeft gehad, maakt zich ook van jou meester. Je kijkt, vraagt je van alles af en wilt er meer van weten. Wat zijn die lichtjes in de lucht? Waardoor zien ze er zo uit en waarom bewegen ze op een bepaalde manier. Zijn er gevaarlijke bij? Bevindt zich op een van die lichtjes een wereld als de onze? Dit gedeelte helpt je op weg met het zoeken naar antwoorden op sommige van je vragen, op basis van antwoorden die al zijn gevonden. Duizenden amateur-sterrenkundigen komen bij elkaar om elkaar met praktische zaken te steunen en kennis te delen. Sterrenkunde is pret en een doe-hobby (en, ja, je leert er ook nog wat van). In dit gedeelte geef ik je aanwijzingen voor het met en zonder optische hulpmiddelen observeren van hemelobjecten, het uitzoeken van een verrekijker en telescoop en hoe je het beste zicht krijgt. Ik laat je kennismaken met bijzondere kosmische bezoekers en vertel je wat je nodig hebt om het heelal verder te onderzoeken. Deel II: Excursie door het zonnestelsel Het is niet meer dan normaal om je buren beter te willen leren kennen. De buren van de aarde zijn planeten, manen en planetair puin die allemaal in een loopbaan rond de zon draaien. Zoals alle buren hebben ze dingen gemeen maar verschillen ze ook sterk van elkaar. Deze hoofdstukken zijn gericht op het observeren van de planeten, zodat je weet wat je ziet en van het zicht kunt genieten. Toch probeer ik ook antwoord te geven op de vraag of er nog ergens anders leven is in het zonnestelsel. Het antwoord is tot nu toe negatief gebleven. Maar we blijven verder zoeken. Wellicht ben jij op een dag de persoon die het definitieve antwoord ontdekt.