Hoe meten we STERAFSTANDEN?



Vergelijkbare documenten
Hoe meten we STERAFSTANDEN?

Sterren en sterevolutie Edwin Mathlener

Sterren en sterevolutie Edwin Mathlener

Evolutie van sterren

STERREN & STRALING VWO

Het Heelal. N.G. Schultheiss

Afstanden in de astrofysica

Astronomische hulpmiddelen

De kosmische afstandsladder

Vlaamse Sterrenkunde Olympiade 2010

Basiscursus Sterrenkunde

13 Zonnestelsel en heelal

Vlaamse Sterrenkunde Olympiade 2010

Inleiding Astrofysica in 90 vragen en 18 formules Ignas Snellen, Universiteit Leiden, 2014

RIETVELD-LYCEUM. les 3. dd. 20 NOVEMBER 2012 HET ZONNESTELSEL NU. de compononenten. V.s.w. Corona Borealis, Zevenaar

Ik doe mijn spreekbeurt over de ruimte omdat ik het een interessant onderwerp vind en ik er graag meer over wilde weten.

Begripsvragen: Elektromagnetische straling

Lichtkracht = flux (4π D 2 ) Massa = (snelheid) 2 (baanstraal) / G. Diameter = hoekdiameter D. (Temperatuur) 4 = lichtkracht / oppervlakte / σ

Afstanden in de sterrenkunde

13 Zonnestelsel en heelal

sterrenbeeld orion Het Sterrenbeeld orion

Sterrenstelsels. prof.dr. Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen

INLEIDING STERRENKUNDE 1A 2005

Inleiding Astrofysica College 2 15 september Ignas Snellen

Big Bang ontstaan van het heelal

De ruimte. Thema. Inhoud

Vlaamse Sterrenkunde Olympiade 2011

Tentamen Inleiding Astrofysica

Je weet dat hoe verder je van een lamp verwijderd bent hoe minder licht je ontvangt. Een

naarmate de afstand groter wordt zijn objecten met of grotere afmeting of grotere helderheid nodig als standard rod of standard candle

TENTAMEN INLEIDING ASTROFYSICA WOENSDAG 14 DECEMBER,

TENTAMEN INLEIDING ASTROFYSICA WOENSDAG 15 DECEMBER,

Kennismaking Praktische Sterrenkunde

Schijnbare helderheid, afstandsbepaling en absolute helderheid van sterren.

PLANETENSTELSELS IN ONZE MELKWEG. Opgaven

Werkstuk Natuurkunde Negen planeten

Hertentamen Inleiding Astrofysica 19 December 2015,

T2b L1 De ruimte of het heelal Katern 1

13 Zonnestelsel en heelal

Inleiding Astrofysica College 3 10 oktober Ignas Snellen

Inleiding Astrofysica

Uitwerking Opgave Zonnestelsel 2005/2006: 1. 1 Het Zonnestelsel en de Zon. 1.1 Het Barycentrum van het Zonnestelsel

Vlaamse Sterrenkunde Olympiade 2016

Robs Nieuwsbrief. over sterrenkunde en het heelal. Eerste pilot zit erop! Rob Walrecht Leert je het heelal begrijpen! april 2014

Sterrenstof. OnzeWereld, Ons Heelal

Vlaamse Sterrenkunde Olympiade 2011

TE TAME I LEIDI G ASTROFYSICA WOE SDAG 12 DECEMBER 2012,

Eindpunt van een ster Project voor: middelbare scholieren (profielwerkstuk) Moeilijkheidsgraad: Categorie: Het verre heelal Tijdsinvestering: 80 uur

Tentamen Inleiding Astrofysica 16 December 2015,

Astrofysica. Lessen over. Les 1 : De ontdekking van ons melkwegstelsel.

De levensloop van sterren.

Het draait allemaal om de Zon!

8,3. Antwoorden door Dimitris 2178 woorden 15 december keer beoordeeld. Meten aan melkwegstelsels. Jim Blom en Dimitris Kariotis

Vereniging voor Sterrenkunde vzw, 2009

Sterrenstelsels en kosmologie

Inleiding Astrofysica Tentamen 2009/2010: antwoorden

Naam: Janette de Graaf. Groep: 7. Datum:Februari Het heelal.

Samenvatting. Sterrenstelsels

In de figuur hieronder zie je een Elektromagnetische golf: een golf die bestaat uit elektrische en magnetische trillingen.(zie figuur).

Tuesday, November 22, 2016 Martijn Loots 1

Astrofysica. Ontstaan En Levensloop Van Sterren

Inleiding Astrofysica college 5

V339 DEL: Waarnemingen van een nova vanuit de lage landen

Samenvatting door D woorden 28 november keer beoordeeld. Aardrijkskunde

Met de Kijker op Jacht, Universum 1, 2006 Door: Jeffrey Bout

ONTDEK HET PLANETARIUM! DE ANTWOORDEN GROEP 3-4

Afstandsmetingen in het heelal

Inleiding Astrofysica

Lezingen programma Rob Walrecht

Inleiding Astrofysica College 5 17 oktober Ignas Snellen

Afstanden tot Melkwegstelsels

Basis Cursus Sterrenkunde. Namen van Sterren

5.6. Boekverslag door K woorden 22 december keer beoordeeld

Sterrenstelsels: een aaneenschakeling van superlatieven

Exact Periode 5 Niveau 3. Dictaat Licht

Werkstuk Nederlands De Ruimte werkstuk

Nederlandse samenvatting

Praktische opdracht ANW De levensloop van een ster

Vlaamse Sterrenkunde Olympiade 2015

Lezingen programma Rob Walrecht

Onze Zon is een doodgewone gele ster. Inleiding sterren. Energiebron: hydrostatisch evenwicht. De atmosfeer van de Zon

Nederlandse samenvatting

sterren en sterevolutie

Met de Kijker op Jacht, Universum 4, 2004 Door Wouter Verheul

Kijk nooit met een telescoop zomaar naar de zon!!!

HOE VIND JE EXOPLANETEN?

TE TAME I LEIDI G ASTROFYSICA WOE SDAG 6 FEBRUARI 2013,

100 miljard sterrenstelsels... ons zonnestelsel Planeten bij andere sterren. In een spiraal-arm van de Melkweg. De zon is maar een gewone ster...

HOVO cursus Kosmologie

Op zoek naar de zwaarste ster II: Bovenaan in het HR-diagram

Prof.dr. A. Achterberg, IMAPP

Exact Periode 5. Dictaat Licht

0. Meerkeuze opgaven. 1) b 2) c 3) c 4) c 5) d 6) a 7) c 8) d 9) b 10) b 11) b 12) c 13) b 14) a 15) c 16) a 17) b 18)d

Nederlandse samenvatting

Van Zonnestelsel tot Ontstaan Heelal Leeuwarden, jan-april Leven van Sterren. Paul Wesselius, 11 maart Leven van sterren, HOVO 1

STERREN EN MELKWEGSTELSELS

Nederlandse samenvatting

1) Mercurius. 2) Zoek informatie over vallende sterren. Muurkrant opdracht in 2-tallen

PG+ Sterrenkunde. Ellen Schallig. 14 november 2013

Newtoniaanse kosmologie 4

Transcriptie:

Hoe meten we STERAFSTANDEN? Frits de Mul voor Cosmos Sterrenwacht nov 2013 Na start loopt presentatie automatisch door 1

Hoe meten we STERAFSTANDEN? 1. Afstandsmaten in het heelal 2. Soorten sterren 3. Helderheid en magnitude van sterren 4. Methoden voor afstandsbepaling 2

1. Afstandsmaten in het heelal 1. Astronomische eenheid ( 1 AE; AU) = Afstand aarde zon = 150 miljoen km = 150 000 000 km = 150 x 10 6 km 2. Parsec (1 pc) = de afstand waarop je de afstand aarde-zon (1 AE) zou zien onder een hoek van 1 boogsec = 1/3600 graad 1 parsec 1 AE Machten van 10: 10 3 = 1000 10 2 = 100 10 1 = 10 10 0 = 1 10-1 = 0.1 10-2 = 0.01 10-3 = 0.001. x 10 macht +1 / 10 macht - 1 1 boogsec = 1/3600 graad 1 pc = 31 x 10 12 km = 31 000 000 000 000 km = 206 000 AE 3

1. Afstandsmaten in het heelal 1. Astronomische eenheid ( 1 AE; AU) = Afstand aarde zon = 150 miljoen km = 150 x 10 6 km 2. Parsec (1 pc) = 31 x 10 12 km = 206 000 AE 3. Lichtjaar (1 lj; ly) = de afstand die het licht in 1 jaar aflegt. Lichtsnelheid = 300 000 km/s = 3 x 10 5 km/s. (1 jaar = 365.25 dag x 24 h x 60 min x 60 sec = 31 600 000 sec) Machten van 10:.. 10 3 = 1000 10 2 = 100 10 1 = 10 10 0 = 1 10-1 = 0.1 10-2 = 0.01 10-3 = 0.001.. In 1 jaar: 300 000 x 31 600 000 km = 9 500 000 000 000 km = 9.5 x 10 12 km ( = 63 000 x afstand aarde-zon (1AE)) 1 parsec = 206 000 AE = 3.3 lichtjaar 1 lichtjaar = 63 000 AE = 0.3 parsec NB. Een lichtjaar is een AFSTAND!! 4

Hoe meten we STERAFSTANDEN? 1. Afstandsmaten in het heelal 2. Soorten sterren 3. Helderheid en magnitude van sterren 4. Methoden voor afstandsbepaling 5

Toenemende helderheid 2. Soorten sterren Overzicht sterren: RED GIANTS horizontale assen: onder: kleur boven: temperatuur buitenste lagen WHITE DWARFS verticale assen: links: magnitude rechts: helderheid (luminosity) NB. logaritmische schaal. Onze zon is hier op = 1 gesteld. 6

Toenemende helderheid 2. Soorten sterren Soorten sterren: RED GIANTS hoofdreeks (met onze zon) rode reuzen en superreuzen witte dwergen WHITE DWARFS (onder figuur:) zwarte dwergen neutronensterren (en pulsars) zwarte gaten (niet getoond:) quasars 7

2. Soorten sterren samentrekkende moleculaire wolk rode heldere ster hoofdreeks-ster (*) Als lichte ster: rode reus + planetaire nevel Als zware ster: rode superreus + supernova-uitbarsting Sterevolutie witte dwerg zwarte dwerg neutronenster (pulsar?) zwart gat (*) bv. onze zon 8

Toenemende helderheid 2. Soorten sterren Evolutie van onze zon: 4 5 WHITE DWARFS 6 2 3 RED GIANTS 1 1. Van moleculaire nevel naar (rode) heldere ster 2. Huidige toestand 3. Rode reus (planeten t/m Mars verzwolgen) 4. Planetaire nevel (alle planeten verzwolgen) 5. Witte dwerg 6. Naar zwarte dwerg 9

Hoe meten we STERAFSTANDEN? 1. Afstandsmaten in het heelal 2. Soorten sterren 3. Helderheid en magnitude van sterren 4. Methoden voor afstandsbepaling 10

3. Helderheid en magnitude Lichtkracht = uitgestraald vermogen (energie per sec) Betere naam = lichtvermogen. (Watt = Joule / sec) Zon: lichtkracht = 3.43 x 10 26 W = 343 000 000 000 000 000 000 000 000 Watt Welk gedeelte ontvangt de aarde? Afstand zon-aarde : 150 000 000 km Stel = 1 m Diameter (Ø) zon : 1 200 000 km 1 cm Diameter (Ø) aarde : 12 000 km 0.1 mm Stel: afstand zon-aarde = 1 meter Zon: Ø = 1 cm ( knikker) De aarde ontvangt maar 0.000 000 000 4 e deel ( = 0.4 x 1 miljardste deel = 4 x 10-10 e deel) Aarde: Ø = 0.1 mm ( klein zandkorreltje) 11

3. Helderheid en magnitude schijnbare helderheid: hoe sterk zien wij de ster? absolute helderheid : indien de ster op 10 pc (parsec) afstand zou staan. 10 pc 20 pc 30 pc Afstand 2 x zo groot helderheid per m 2 : 4 x zo klein Afstand 3 x zo groot helderheid per m 2 : 9 x zo klein Afstand 4 x zo groot helderheid per m 2 : 16 x zo klein Als de afstand toeneemt, neemt de helderheid kwadratisch af Afstand 4 x zo klein helderheid per m 2 : 16 x zo groot Schijnbare helderheid = Absolute helderheid x 10 parsec afstandin parsec 2 Als beide helderheden bekend zijn, is de afstand te berekenen 12

3. Helderheid en magnitude schijnbare helderheid: hoe sterk zien wij de ster? absolute helderheid : indien de ster op 10 pc (parsec) afstand. 10 pc 20 pc 30 pc Als de afstand toeneemt, neemt de helderheid kwadratisch af Als beide helderheden bekend zijn, is de afstand te berekenen Schijnbare helderheid: te bepalen door meting Absolute helderheid: af te leiden uit kleurspectrum en/of fluctuaties in helderheid (.. straks) 13

Lichtkracht 3. Helderheid en magnitude Lichtkracht = werkelijk uitgestraald vermogen (energie per sec) schijnbare helderheid ( schijnbaar = hoe sterk zien wij de ster? ). absolute helderheid = helderheid indien de ster op afstand = 10 parsec ( = 33 lichtjaar) zou staan. MAGNITUDE: (logaritmische schaal) magnitude ster Vega = 0 gesteld 100 x helderdere ster: magnitude -5 100 x zwakkere ster: magnitude +5 NB. Helderder kleinere magnitude!! 10 1.E+10 10 10 8 1.E+08 1 000 000 1.E+06 10 000 1.E+04 100 1.E+02 1 1.E+00 0.01 1.E-02 0.000 1 Schijnbare helderheid vs. schijnbare magnitude 100 x 1.E-04-30 -25-20 -15-10 -5 0 5 10-5 Schijnbare magnitude 14

ZON Polaris Shaula Castor Adara Regulus Deneb Formalhaut Pollux Antares Spica Capella B Aldebaran Acrux Altair Hadar Agena Betelgeuze Achernar Procyon Rigel Capella Vega Arcturus Rigil Centaurus Canopus Sirius 3. Helderheid en magnitude Schijnbare magnitude sterren 1.97 1.63 1.57 1.5 1.35 1.25 1.16 1.14 0.97 0.96 0.96 0.85 0.77 0.77 0.5 0.5 0.46 0.38 0.12 0.08 0.03-0.04-0.27-0.72-1.64 schijnbaar 100 x helderder De schijnbare helderheid is de helderheid zoals wij die zien. Bij 100 x grotere helderheid wordt de magnitude: 5 kleiner (kan dus zelfs negatief worden) Onze zon heeft een schijnbare magnitude van -26.7 en dus een zeer grote schijnbare helderheid 5 0 Magnitude ( -5 --> 100 x helderder) -5-10 15

3. Helderheid en magnitude ZON Polaris Shaula Castor Adara Regulus Deneb Formalhaut Pollux Antares Spica Capella B Aldebaran Acrux Altair Hadar Agena Betelgeuze Achernar Procyon Rigel Capella Vega Arcturus Rigil Centaurus Canopus Sirius Magnitude sterren 4.9 0.7-0.3 2.0 0.7 0.4-0.5 2.3-1.2 2.7-0.4 0.6-0.3 4.1 1.3-3.6-3.4-3.5-4.7-4.5-5.0-5.2-5.6 absoluut schijnbaar -7.1-7.7-8.0 100 x helderder De absolute helderheid is de helderheid als de ster op 10 parsec (33 lichtjaar) zou staan. Bij 100 x grotere helderheid wordt de magnitude: 5 kleiner Onze zon heeft een absolute magnitude van +4.9 en is dus relatief zwak De absolute magnitudes lopen tamelijk uiteen. 10 5 0-5 -10 Magnitude ( -5 herderheid * 100) 16

3. Helderheid en magnitude NEPTUNUS URANUS SATURNUS MERCURIUS JUPITER MARS VENUS MAAN ZON 35 32.0 31.6 32.2 30 31.2 Magnitude planeten 26.7 27.1 27.3 25 25.0 20 15 10 7.8 5 6 4.9 0 0-2 -3-3.5-5 -5-10 -12.5-15 Magnitude ( -5 -> 100 x helderder) absoluut schijnbaar Magnitude: -5 : 100 x helderder ; -10 : 10 000 x helderder +5 : 100 x zwakker ; +10 : 10 000 x zwakker -20-25 -26.7-30 NEPTUNUS URANUS SATURNUS MERCURIUS JUPITER MARS VENUS MAAN ZON Afstanden planeten-zon 0.4 0.7 1.5 5.2 9.5 18.7 30.0 0.1 1 10 100 Afstand (AE) (log. schaal) (1 AE = aarde-zon) Qua schijnbare helderheid Is de Maan het helderste. Qua absolute helderheid is Jupiter het helderste. 17

Hoe meten we STERAFSTANDEN? 1. Afstandsmaten in het heelal 2. Soorten sterren 3. Helderheid en magnitude van sterren 4. Methoden voor afstandsbepaling 18

4. Hoe meten we sterafstanden? Belangrijkste methoden voor afstandsbepaling bereik a. Parallax-meting dichtbij binnen Melkweg b. Ster-spectra verder weg + nabije nevels buiten Melkweg c. Cepheïden fluctuerende helderheid; spiraalvormige sterrenstelsels d. Superreuzen alle zelfde helderheid; elliptische sterrenstelsels e. Roodverschuiving van spectra quasars en verre sterrenstelsels 19

4a. Parallax-methode Voor dichtbije sterren binnen onze Melkweg Bekijk de ster vanuit de aarde, op twee posities rond de zon, nu en 1/2 jaar later. De verre sterren lijken stil te staan. Een dichtbije ster lijkt te bewegen ten opzichte van de verre sterren. Meting: 1. Meet nu kijkhoek a 2. Meet over ½ jaar kijkhoek b 3. Gebruik de afstand aarde-zon 4. Bereken met driehoeksmeting de afstand zon-ster. nu hoek a hoek b ½ jaar later 20

4a. Parallax-methode Voor dichtbije sterren binnen onze Melkweg Praktijk: nauwkeurig meten van hoeken a en b moeilijk. Daarom wordt een hulp-ster gebruikt, met zichtlijnen L1 en L2. De hulp-ster staat heel ver weg. L1 L2 Daardoor zijn de zichtlijnen L1 en L2 als evenwijdig te beschouwen. Meet nu hoeken c1 en c2. Hoeken d1 = c1 en d2 = c2. a c1 d1 d2 a b c2 De gevraagde tophoek is d1+d2 = c1+c2. nu ½ jaar later 21

4a. Parallax-methode Voor dichtbije sterren binnen onze Melkweg De gevraagde tophoek is d1+d2 = c1+c2. De halve tophoek kijkt naar 1 AE (1 AE = afstand Aarde-Zon) Als de halve tophoek = 1 boogsec, dan is afstand = 1 parsec = = 31 x 10 12 km = 206 000 AE = 3.3 lichtjaar L1 L2 Halve tophoek Afstand c1 a c2 1 boogsec 1 parsec d1 d2 2 1/2 a b 4 1/4 1/2 2 nu ½ jaar later 1/x x 22

Toenemende helderheid 4b. Ster-spectra Voor sterren verder weg + in nabije nevels buiten de Melkweg Observatie: Sterren met zelfde spectrum ( = kleursamenstelling) hebben dezelfde temperatuur en daardoor dezelfde samenstelling en grootte Methode: Vergelijken van de schijnbare helderheid van de onbekende ster met die van een bekende ster (op bekende afstand) met overeenkomstig spectrum, levert de afstand tot de onbekende ster. 23

Helderheid -> 4c. Cepheïden Pulserende sterren, zoals in sterrenbeeld Cepheus. Lichtkracht, diameter en oppervlaktetemperatuur (dus de kleur) variëren periodiek. Observatie (Leavitt, 1912): Hoe langer de periode, des te groter is de absolute helderheid 1 periode Methode: Meet de schijnbare helderheid. Vergelijken van de schijnbare met deze absolute helderheid levert de afstand tot de onbekende ster. NB. Absolute helderheid = helderheid als de ster op afstand = 10 parsec = 33 lichtjaar had gestaan. 24

4d. Superreuzen Met name in verre sterrenstelsels. Van superreuzen wordt aangenomen: als ze overeenkomstige kleurenspectra hebben dat ze vrijwel dezelfde absolute helderheid (en grootte) hebben (er zijn rode en blauwe superreuzen). Methode: 1. Meet de absolute helderheid van een nabije bekende superreus, met een van de al genoemde methoden. 2. Meet de schijnbare helderheid van de onbekende superreus. 3. Vergelijken van de schijnbare met deze absolute helderheid levert de afstand tot de onbekende ster. Superreuzen zijn vrij zeldzaam maar stralen veel energie uit en zijn daardoor toch goed zichtbaar, ook al staan ze ver weg. 25

4e. Roodverschuiving Voor verre sterrenstelsels. Spectra: 3 typen: Continu spectrum van bv. een gloeilamp, of de zon Emissiespectrum van een heet gas (bv. geel neonlicht) Absorptiespectrum als een continu spectrum door een absorberend gas moet passeren Sterrenspectra zijn absorptiespectra. Het licht dat van binnenin komt moet de koelere buitenste gaslagen passeren. De gassen daarin hebben elk hun eigen absorptie- lijnen. Dat geeft informatie over de samenstelling. 26

4e. Roodverschuiving Voor verre sterrenstelsels. Absorptiespectrum als een continu spectrum door een absorberend gas moet passeren Roodverschuiving = Doppler-effect van wegvliegend sterrenstelsel Ster beweegt van je af: langere golflengte roder Ster beweegt naar je toe: kortere golflengte blauwer Denk aan het Doppler-effect bij geluid. 27

4e. Roodverschuiving Voor verre sterrenstelsels. De mate van roodverschuiving is evenredig met de wegvlieg-snelheid. En de wegvlieg-snelheid is evenredig met de afstand (wet van Hubble). Dus geeft de roodverschuiving informatie over de afstand. 28

Hoe meten we STERAFSTANDEN? 1. Afstandsmaten in het heelal 2. Soorten sterren 3. Helderheid en magnitude van sterren 4. Methoden voor afstandsbepaling Dank u. 29