Astronomie Bètawetenschappen
Inhoudsopgave Voorwoord 3 Paragraaf 1 Inleiding 4 Paragraaf 2 De zon 5 Ons zonnestelstel 5 Een stukje geschiedenis 5 Een wereld van vuur 6 De zon van dag tot dag 7 De vier jaargetijden 7 De zon, onze ster 8 Zonsverduistering 10 Paragraaf 3 De maan 12 Het ontstaan van de maan 12 Het gezicht op de maan 12 Eb en vloed 13 De schijngestalten van de maan 14 Maansverduistering 15 Paragraaf 4 Vallende sterren en kometen 16 Vallende sterren 16 Meteoroïde, meteoor of meteoriet? 17 Waar komen ze vandaan? 17 Paragraaf 5 Sterrenstelsels en sterrenbeelden 18 Gegroepeerde sterren 18 De poolster 19 Paragraaf 6 Posteropdracht 21 2
Voorwoord In dit lesboekje gaan we het onderwerp astronomie behandelen. Astronomie is de wetenschap die zich bezighoudt met de observatie en de studie van alles buiten de atmosfeer van onze aarde. Er komen in dit lesboekje met name natuurkundige en biologische aspecten aan bod. Maak de opdrachten uit dit lesboekje netjes in een schrift. Je zult mogelijk ook een aantal opdrachten uit moeten werken op de computer. Bewaar de uitwerkingen van deze opdrachten bij elkaar in een snelhechter. Veel succes en vooral ook veel leerplezier! 2017 dhr. I. Borremans dhr. J. Faes 3
Paragraaf 1 Inleiding Al zolang als er mensen bestaan, zijn zij geïnteresseerd in de nachtelijke sterrenhemel. Eerst werd de hemel bestudeerd met het blote oog, later met telescopen en nog later met satellieten en ruimtevaartuigen. Veel bouwwerken uit de oudheid hebben met de stand van de sterren te maken. In deze lesbrief ga je het één en ander leren over astronomie, ofwel sterrenkunde. Het gaat hierbij niet alleen over sterren, maar vooral ook over andere hemellichamen zoals de zon, de planeten en onze maan. Het heelal is vreselijk groot. Het licht dat van de sterren afkomt is járen onderweg voor het op aarde aankomt. Een aantal vragen die aan de orde komen zijn: Hoe ontstaat een zonsverduistering? Hoe komt het dat we de maan steeds anders van vorm zien? Hoe is de zon ontstaan? Wat is het verschil tussen een planeet en een maan? Wat zijn kometen? Is een vallende ster echt een vallende ster? Vragen: Bekijk de video Kernpuntaflevering Ver weg en beantwoord de volgende vragen: 1. Hoe lang doet de aarde erover om rond zijn eigen as te draaien? 2. Welke beweging duurt een jaar? 3. Wie was de eerste die in 1609 een telescoop maakte en gebruikte? 4. Wat is de verste planeet van ons zonnestelsel? 5. Waaruit bestaat ons zonnestelsel? 6. Wat is een satelliet? 7. Hoe heet de (natuurlijke) satelliet van de aarde? 8. Waar zijn de planeten satellieten van? 9. Hoe heet de telescoop die rond de aarde draait? 10. Welke ster staat het dichtst bij de aarde? 11. Wat is een lichtjaar? 12. Welke ster staat altijd in het noorden? 13. Noem 3 dingen waarvoor (kunstmatige) satellieten gebruikt worden. 14. Met behulp van 24 satellieten kunnen we tegenwoordig heel makkelijk onze plaats op aarde bepalen. Hoe heet dit systeem? 4
Paragraaf 2 De zon Zonder de warmte van de zon, zou het op aarde honderden graden vriezen. En zonder het licht van de zon, zou het hier altijd stikdonker zijn. De zon is dus heel belangrijk voor het leven op aarde. Gelukkig ziet het ernaar uit dat zij nog vele miljoenen jaren zal blijven schijnen. Hierdoor hebben we de tijd om rustig te onderzoeken hoe ze in elkaar zit. De zon is de bron van alle licht en warmte die we op aarde ontvangen. Zonder die reusachtige, hete gasbol op 150 miljoen kilometer van de aarde zou er op onze planeet nooit leven zijn ontstaan. Zonder de warmte van de zon zou al het water en zelfs de lucht op aarde bevriezen. En ook het zonlicht is onmisbaar: in het donker groeien geen planten! Ons zonnestelsel Zoals je weet, wonen we met ons allen op een planeet die aarde heet. De aarde is niet de enige planeet die er is. Niet zo ver van ons vandaan bewegen nóg acht planeten door de ruimte. En al die planeten draaien in een kringetje om de zon. Hieronder staan, in de juiste volgorde, de 9 planeten genoemd. Mercurius staat het dichtst bij de zon, Pluto het verste weg. De zon is een heel ander soort hemellichaam dan (bijvoorbeeld) de aarde. Zo is zij veel en veel groter. In de bol van de zon passen maar liefst een miljoen (een 1 met zes nullen!) aardbollen. Ook de planeten onderling verschillen nogal in grootte. Kijk maar eens naar het plaatje hieronder, dan krijg je een idee over de verschillen in groottes. Een stukje geschiedenis Het lijkt dus alsof de zon voor de aarde gemaakt is. Maar eigenlijk is het andersom. De zon bevat meer dan 99 procent van alle materie in het zonnestelsel (de familie van zon en planeten). De aarde is slechts een kruimeltje dat overbleef bij het ontstaan van de zon Ruim 4,5 miljard jaar geleden gebeurde er iets bijzonders. Een reusachtige, langzaam draaiende wolk gas en stof begon samen te trekken. En terwijl de wolk kleiner werd, ontstonden er steeds grotere klonten materie. Eigenlijk was dit niet 5
eens zo n héél bijzondere gebeurtenis, want dit soort gaswolken kom je overal in de ruimte tegen. En altijd zijn er wel een paar aan het samentrekken. Voor ons was het echter wél heel bijzonder: het was de geboorte van zon en planeten. Onze zon en alle planeten dus ook de aarde zijn ontstaan uit die ene grote gaswolk, die 4,5 miljard jaar geleden begon samen te trekken. Ten gevolge van de zwaartekracht verzamelden de gassen zich vooral in het midden van de wolk. Bovendien ging de wolk steeds sneller om haar as draaien. De draaiende, kleiner wordende gaswolk veranderde langzaam in een platte schijf met in het midden een grote bol. Deze bol werd daarbij heter en heter. En na ongeveer vijftig miljoen jaar gebeurde er iets merkwaardigs. De gasbol begon plotseling heel veel licht en warmte uit te stralen de zon was geboren! In de schijf met gas en stof die om de zon draaide, zouden een tijdje later de planeten ontstaan. Ongeveer 3,8 miljard jaar geleden was één van die planeten voldoende afgekoeld om een vast oppervlak te krijgen. Dat was de planeet waarop wij nu wonen. Leuk om te doen Als je thuis (of in de klas) een draaistoel of -kruk hebt, kun je daarmee een leuk natuurkundig proefje doen. Zoals je hierboven hebt kunnen lezen, is de zon ontstaan uit een grote, langzaam draaiende gaswolk. Deze gaswolk ging bij het samentrekken steeds sneller draaien. Met een draaistoel kun je dit verschijnsel nadoen. Pak in elke hand een zwaar voorwerp (een boek of een gewicht) en ga zitten. Houd je armen gestrekt opzij en vraag of iemand je een beetje kan laten draaien. Als je vervolgens je armen langzaam intrekt, zul je merken dat je vanzelf sneller gaat draaien. En als je je armen weer strekt, ga je weer langzamer draaien. Probeer het maar! Een wereld van vuur De zon is dus een heel belangrijk hemellichaam. Het is dan ook niet zo vreemd dat men zich al heel vroeg voor die gloeiende bol begon te interesseren. Lang voordat de wetenschap bestond, werd de zon door allerlei oude beschavingen vereerd. De Egyptenaren, Grieken en Romeinen beschouwden haar als de bron van licht en leven. Maar wat was de zon eigenlijk? Het heeft heel lang geduurd voordat de sterrenkundigen het antwoord op deze vraag hadden gevonden. Meer dan tweeduizend jaar geleden bedacht de Griekse filosoof Aristoteles dat de zon louter uit vuur bestond. En daarmee zat hij er niet eens zo ver naast. Tot het einde van de achttiende eeuw pas zo n tweehonderd jaar geleden dus was men nog niet veel wijzer geworden. De Britse sterrenkundige William Herschel dacht toen nog dat de zon een grote, vaste planeet was die gehuld was in lichtgevende wolken. Op die planeet zouden zelfs levende wezens rondlopen! Pas in de vorige eeuw ontdekte men dat de zon een reusachtige, hete gasbol is. 6
Vragen: 15. Noem alle planeten van ons zonnestelsel in de juiste volgorde, begin met degene die het dichtst bij de zon staat. 16. Omschrijf hoe onze zon en dus ook het zonnestelsel is ontstaan. 17. Vroeger dacht men dat de zon alleen uit vuur bestond. Wat is de zon in werkelijkheid? De zon van dag tot dag Elke dag komt de zon in het oosten op. In de loop van de dag beweegt ze langzaam langs de hemel, om s avonds achter de westelijke horizon te verdwijnen. Het lijkt dus alsof de zon om de aarde draait. En tot de zeventiende eeuw waren de meeste geleerden er dan ook van overtuigd dat de aarde stil stond in het middelpunt van het heelal. Niet iedereen was het daarmee eens. Zo iemand was Aristarchus van Samos, die meer dan tweeduizend jaar geleden in Griekenland woonde. Aristarchus vond het vreemd dat de zon, waarvan men toen al wist dat zij heel groot was, elke dag om de veel kleinere aarde zou draaien. Het was veel logischer om te denken dat de aarde in een baan om de zon bewoog en tegelijkertijd om haar as draaide. Aristarchus had het grootste gelijk van de wereld. De aarde draait in ruim 365 dagen éénmaal om de zon. Dat lijkt een slakkengangetje, maar je moet daarbij wel bedenken dat de afstanden in het zonnestelsel enorm groot zijn. De afstand tussen de zon en de aarde is gemiddeld ongeveer 150 miljoen kilometer. En de baan die de aarde om de zon volgt, heeft een omtrek van bijna 1 miljard kilometer. Jaar in, jaar uit moet de aarde met een snelheid van meer dan 100.000 kilometer per uur bewegen om één keer per jaar rond de zon te suizen. De aarde draait niet alleen om de zon, ze draait ook om haar as. dat gebeurt van west naar oost en daardoor lijkt de hemel, inclusief de zon, de maan en alle sterren, juist van oost naar west te bewegen. Door deze draaiing van de aarde ontstaan dag en nacht. Het duurt 24 uur voordat de aarde één keer om haar as is gedraaid. De vier jaargetijden De baan van de aarde om de zon is nét niet volmaakt rond. Hierdoor is de afstand tussen de aarde en de zon niet altijd gelijk. In de wintermaanden staat de aarde een beetje dichter bij de zon dan in de zomer. Dat lijkt gek, omdat het s winters bij 7
ons juist koud is en s zomers warm. Maar de afstand tot de zon heeft dan ook niets met de seizoenen te maken!! De verschillende seizoenen of jaargetijden zijn het gevolg van de stand van de aardas. (De aardas is de denkbeeldige lijn waaromheen onze planeet draait). Die as staat namelijk scheef! Terwijl de aarde in haar baan om de zon beweegt, draait ze éénmaal per dag om een scheve as. hierdoor is de ene helft van de aarde een beetje naar de zon toe gekanteld, terwijl de andere helft er juist vanaf wijst. Het halfrond van de aarde dat naar de zon toe gekanteld is, is het warmst. In de maanden juli en augustus is dat het geval met het noordelijk halfrond. Dan is het bij ons dus zomer. En een half jaar later is het winter. Vragen: Bekijk de video ( zwaartekracht en de bewegende aarde ) en beantwoord de volgende vragen: 18. Wat is zwaartekracht? 19. Waarom is de zwaartekracht van de maan kleiner dan die van de aarde? 20. Probeer uit te leggen hoe een satelliet dankzij de zwaartekracht rond de aarde kan draaien. 21. Kennen andere planeten ook seizoenen? 22. Hoe noem je het denkbeeldige vlak waarin de baan van de aarde rond de zon ligt? De zon, onze ster Op bijna 150 miljoen kilometer van de aarde staat een ster. Deze ster staat zó dichtbij en is daardoor zó opvallend, dat zij een eigen naam heeft gekregen: de zon. De zon is niets anders dan een grote, hete gasbol die hel veel licht en warmte uitstraalt. Eigenlijk bestaat de zon uit twee verschillende gassen: waterstof en helium. Deze gassen zijn (zoals alle materie) opgebouwd uit ontelbare kleine deeltjes. 8
De energie die nodig is om de zon te laten stralen, wordt in het diepe binnenste van de gasbol gemaakt. Dat gebeurt via zogeheten kernfusiereacties. Bij kernfusie smelten twee of meer deeltjes samen tot één groter deeltje. Maar dat gebeurt niet zomaar. In het centrum van de zon is het enorm heet. Een denkbeeldige thermometer zou er een temperatuur van maar liefst 15 miljoen graden aanwijzen. Bij die hoge temperatuur bewegen de gasdeeltjes in de zon supersnel kriskras door elkaar. Bovendien worden de deeltjes in het binnenste van de zon onder het gewicht van de buitenste lagen van de zon heel dicht tegen elkaar geduwd. Onder zulke extreme omstandigheden botsen de waterstofdeeltjes soms zó hard tegen elkaar, dat ze aan elkaar vast plakken. En als vier waterstofdeeltjes aan elkaar zijn geplakt, is een nieuw deeltje ontstaan: een heliumdeeltje. Dus bij de kernfusie in de zon wordt waterstof omgezet in helium. Daarbij komt heel veel energie vrij. Deze energie verschijnt een tijdje later als licht en warmte aan het oppervlak van de zon. De zon is dus een energiefabriek. En niet zo n kleintje ook! Dat kleine, fel stralende schijfje dat overdag aan de hemel staat, is bijna anderhalf miljoen kilometer groot. Dat is ruim honderd maal zo groot als de aarde. Zo op het eerste gezicht is vanaf de aarde aan de buitenkant van de zon weinig bijzonders te zien. Het lijkt gewoon een withete, gelijkmatige bol. Schijn bedriegt echter. Met een (speciale) telescoop zijn aan het oppervlak van de zon allerlei details te zien. De buitenste laag van de zon blijkt uit gasbellen te bestaan. Deze gasbellen stijgen op vanuit het binnenste van de zon en koelen vervolgens af aan de buitenkant van de zon. De opstijgende gasbellen zijn op foto s van de zon te zien als 1500 kilometer grote korrels. Deze korrels noemt men granulen. Veel beter zichtbaar zijn de zogeheten zonnevlekken. Zonnevlekken zijn koele plekken op het zonsoppervlak. De temperatuur van het zonsoppervlak is gemiddeld een graad of 6000. De vlekken zijn minder heet: slechts ongeveer 4500 graden. Hierdoor steken ze af als donkere vlekken tegen een heldere achtergrond. Overigens: die kleine vlekjes op het zonsoppervlak zijn vaak groot genoeg om de aarde te kunnen opslokken! Leuk om te weten De eerste zonnevlekken werden al meer dan tweeduizend jaar geleden waargenomen door Chinese sterrenkundigen. Destijds bestonden er nog geen telescopen. De sterrenkundigen zagen de (grote) zonnevlekken dus met het blote oog! De stofstormen die over de Noord-Chinese vlakte raasden, temperden het licht van de zon overdag vaak nét genoeg om de vlekjes op haar oppervlak te kunnen zien. De eerste sterrenkundige die met een telescoop naar de zon keek, was de Italiaan Galileo Galilei. In 1610 keek hij met zijn kleine kijkertje rechtstreeks naar de zon. Destijds wist men nog niet dat dat gevaarlijk was. Dat was jammer voor Galileo, want hij zou er blind van worden. De zon bestookt de aarde en de rest van het zonnestelsel voortdurend met een stroom geladen deeltjes. Deze stroom deeltjes noemt men de zonnewind. Als er veel zonnevlekken zijn, is de zonnewind ook op zijn sterkst. Op zo n moment komen veel van de energierijke deeltjes in de dampkring van de aarde terecht, waar ze 9
voor een kleurrijk lichtverschijnsel kunnen zorgen: het poollicht. Vanuit Nederland is het poollicht zeer zelden zichtbaar. Vragen: 23. De zon kan energie uitstralen dankzij kernfusie. Wat houdt dat in? 24. Hoe heten de opstijgende gasbellen op de zon? 25. Wat zijn zonnevlekken? 26. Wat is de zonnewind? 27. Welke kleurrijk lichtverschijnsel kan er ontstaan als energierijke deeltjes van de zon onze dampkring raken? Zonsverduistering Soms gebeurt het dat de aarde, de maan en de zon precies op een rechte lijn staan. Als we dan vanaf een bepaalde plaats op de aarde naar de zon willen kijken, zien we die niet, door dat de maan ervoor staat. De zon is daar dus verduisterd. Ja maar, zul je zeggen, de zon is toch veel groter dan de maan. Dat klopt ook, maar vanaf de aarde gezien, lijken de maan en de zon precies even groot aan de hemel. Dit komt gewoon omdat de maan dichter bij staat dan de zon. Door de banen van de aarde rond de zon en die van de maan rond de aarde, gebeurt dit niet zo vaak. Een zonsverduistering kan niet door alle mensen op de aarde worden waargenomen. Dit kun je zien in de figuur die hieronder staat. B A B Iemand die bij punt A staat, ziet de zon totaal verduisterd. De zon zelf is niet te zien, maar wel de corona van de zon. Dit is een grote krans van licht die je alleen maar kunt zien tijdens een zonsverduistering. Als bij een verduistering niets meer van de zon te zien is, wordt gesproken over een totale zonsverduistering. Zoiets duurt maximaal 7 minuten. Iemand die op punt B staat, ziet de zon maar voor een klein gedeelte verduisterd. Het lijkt daar net alsof er een hap uit de zon is genomen. Zoiets wordt een gedeeltelijke zonsverduistering genoemd. Totale zonsverduisteringen komen niet zo veel voor. Dit komt omdat de maan meestal een flink stuk boven of onder de zon langs beweegt, gezien vanaf de aarde; er is dan geen verduistering. 10
Als je zo gelukkig bent om een zonsverduistering mee te maken, zul je zien hoe de zon in de loop van ongeveer een uur door de maan wordt bedekt. Tijdens dat uur is de verduistering dus nog gedeeltelijk. Maar hoewel een gedeelte van de zonneschijf door de maan wordt afgedekt, is het schijnsel van de zon dan nauwelijks zwakker dan normaal. Let op dat je nooit rechtstreeks en zeker niet met een verrekijker of telescoop naar de zon kijkt! Alleen als je door een speciaal filter, een soort superzonnebril, naar de zon kijkt, zul je zien dat er een hap uit de zon is. Dan, als de maan volledig voor de zon schuift, begint het spektakel! Het wordt donker. De zwarte maanschijf lijkt bijna een gat in de hemel, en aan de omtrek van deze zwarte schijf zijn vaak een paar roodachtige uitsteeksels te zien. Dat zijn protuberansen, gloeiende slierten heet gas die uit het zonsoppervlak omhoog schieten. Door een gelukkig toeval kunnen we tijdens een totale zonsverduistering nóg een bijzonder verschijnsel zien. Rond de zwarte maanschijf is een spookachtige krans van licht te zien: de corona van de zon. Deze corona bestaat uit heet gas (met een temperatuur van ongeveer één miljoen graden) dat tot de atmosfeer van de zon behoort. Als je alles wat tijdens een totale zonsverduistering gebeurt zo eens op een rijtje ziet, kun je misschien een beetje begrijpen waarom de mensen ook vroeger al zo onder de indruk waren van dit natuurverschijnsel. In het oude China dacht men dat de zon bij een verduistering door een magische slang werd opgeslokt. Om de slang te verjagen en het zonlicht te laten terugkeren, maakte men veel lawaai door met potten en pannen te slaan. En aangezien een totale zonsverduistering maar een paar minuten duurt, had men altijd succes: de zon kwam altijd terug! Vragen: 28. Wanneer ontstaat er een (volledige) zonsverduistering? 29. Waarom ontstaat er niet elke maand een zonsverduistering? Bekijk de video ( zonnestelsel en zon ) en beantwoord de volgende vragen: 30. Hoe lang doet het licht van de zon erover om naar de aarde te reizen? 31. Waaraan kun je zien dat de omlooptijd van de maan om zijn as ongeveer 28 dagen is? 32. Hoe heet het deel van de dampkring van de zon, dat alleen te zien is tijdens een volledige zonsverduistering? 33. Hoe heten de gasslierten die vanuit het zonsoppervlak komen? 34. Wat zijn zonnevlammen? 11
Paragraaf 3 De maan Op een afstand van ruim 380.000 km draait de maan trouw haar baantjes om de aarde. Een rondje rond de aarde duurt 29,5 dagen. De maan is de naaste buur van de aarde. Ze staat veel dichterbij dan welk ander hemellichaam dan ook. En dankzij de maanlandingen die in de jaren zestig en zeventig hebben plaats gevonden, kennen we de maan bijna als onze broekzak. Het ontstaan van de maan Vroeger dacht men dat de maan een stukje van de aarde was dat heel lang geleden de ruimte in was geslingerd. Anderen dachten juist dat de maan eerst een apart hemellichaam was, dat later door de aarde ingevangen zou zijn. En weer anderen waren van mening dat de aarde en de maan tegelijkertijd waren ontstaan, als een soort dubbelplaneet dus. We zullen er waarschijnlijk nooit meer achter komen hoe het in werkelijkheid gegaan is. Maar het is vrijwel zeker dat deze drie theorieën fout zijn. Onze maan is vermoedelijk ontstaan nadat ongeveer vier miljard jaar geleden een kleine planeet tegen de aarde gebotst is. Daarbij zou veel gesteente van de buitenste lagen van de jonge aarde zijn weggestoten. Dit gesteente heeft tijdje als ring van puin rond onze planeet gedraaid. En uit dat puin is na vele miljoenen jaren de maan ontstaan. Het spreekt vanzelf dat de aarde bij de botsing flinke schade opliep. Maar dat was niet zo heel erg. In die tijd was er nog geen leven op onze planeet. Wel is de aarde bij de botsing een deel van haar atmosfeer kwijtgeraakt, waardoor het oppervlak gemakkelijk kon afkoelen. Als die botsing destijds niet zou hebben plaatsgevonden, was er op aarde misschien wel nooit leven ontstaan. Het klimaat op onze planeet zou dan veel te heet zijn geweest. Toen uit het puin van de botsing de maan was ontstaan, was het geweld nog niet voorbij. Er waren nog ontelbare kleine brokstukken over die, net als de maan, een baan om de aarde beschreven. De pas ontstane maan werd voortdurend met deze brokstukken gebombardeerd, zo n 600 miljoen jaar lang! Sinds ongeveer drie miljard jaar is het relatief rustig op de maan. Sinds die laatste grote inslagen, waarbij de donkere maanzeeën en de kraters zijn ontstaan, is er bijna niets meer veranderd. Overigens bestaan deze maanzeeën niet uit water, maar uit gestolde lava. Het gezicht op de maan De donkere vlekken op de maan, de maanzeeën, vormen een soort gezichtje. Iedereen ziet er weer iets anders in. Een aantal voorbeelden is hiernaast afgebeeld. 12
Vragen: 35. Kijk eens naar de plaatjes van de gezichten op de maan op de vorige bladzijde. Wat zie je zelf in de maan? 36. Behalve dat de maan om de aarde draait, draait ze ook om haar eigen as. Dit verklaart ook waarom we altijd dezelfde kant van de maan zien vanaf de aarde. Hoe lang doet de maan er over om rond haar eigen as te draaien? Eb en vloed Omdat de maan zo dicht bij de aarde staat, oefent zij een grote invloed uit op onze planeet. De maan is de oorzaak van het verschijnsel eb en vloed. Het water op aarde wordt door de zwaartekracht van de maan aangetrokken. Het is alsof de maan het water van de oceanen een beetje optilt. Omdat de aarde draait, ontstaat aan de tegenovergestelde zijde van de aarde ook een waterberg. Deze getijdenbergen de vloed draaien om de aarde waarbij de ene vloedberg zich altijd onder de maan bevindt en de andere precies aan de andere kant van de aarde. In het gebied tussen de twee vloedbergen is het eb. Midden op de oceaan merk je daar niet zoveel van. Het water stijgt en daalt daar niet veel meer dan een centimeter of dertig. Maar op plaatsen waar het oceaanwater een nauwe doorgang passeert, zoals bij de Noordzee, wordt het tot veel grotere hoogten opgestuwd. In Nederland is het verschil tussen vloed en eb twee tot drie meter. En elders op aarde komen verschillen voor van meer dan vijftien meter. Door de werking van de zwaartekracht van de maan is het elke dag overal op aarde tweemaal eb en tweemaal vloed. De zon heeft ook nog een bijdrage. De hoogteverschillen van het water tussen eb en vloed zijn groter als de zon en de maan in één lijn staan. De zwaartekracht van beide hemellichamen werkt dan samen. We noemen zo n extra hoge vloed springvloed of springtij. Als de zwaartekracht van de zon en de maan elkaar tegenwerken zijn er juist kleinere verschillen tussen eb en vloed. Dit heet doodtij. 13
Vragen: 37. Bij de watersnoodramp in Nederland, België en Engeland in 1953, was sprake van een heftige storm tezamen met een extra hoge vloed. Hoe noem je zo n vloed? De schijngestalten van de maan Het lijkt alsof er met de maan steeds iets vreemds aan de hand is. Ze verandert namelijk steeds. Het is je waarschijnlijk wel opgevallen dat de maan de ene keer een sikkeltje is en de andere keer mooi rond of maar een half rondje. Zou de maan telkens van vorm veranderen? Nee, dit is maar schijn. De maan blijft de maan, een bol van 3476 km in middellijn. Wat we zien, zijn de schijngestalten van de maan. Zoals de aarde door de zon verlicht wordt, zo wordt ook de maan door de zon verlicht. Steeds wordt maar een helft door de zon beschenen. De maan heeft dus ook een dag- en nachtkant. Zoals de aarde om de zon draait, zo draait de maan om de aarde. De maan draait in 29,5 dagen een keer om de aarde. Vanaf de aarde is natuurlijk alleen die kant van de maan te zien die naar de aarde is toegekeerd. Hoe alles te zien is, is getekend in de volgende figuur. 14
Aan de rechterkant van de aarde is de donkere kant van de maan naar de aarde gekeerd, daarom is de maan niet te zien. Dit wordt de Nieuwe Maan genoemd. Ongeveer een week later staat ze op het punt boven de aarde, we zien dan de helft van de maan verlicht. Dit wordt Eerste Kwartier genoemd, deze is vooral s avonds te zien. Vervolgens krijg je een week later Volle Maan en nog ongeveer een week later Laatste Kwartier (vooral vlak voor zonsopgang te zien). Tussen Nieuwe en Volle maan wordt, vanaf de aarde gezien, steeds meer van de maan verlicht. We noemen dit wassende maan. Na Volle Maan wordt het verlichte deel steeds kleiner. We noemen dit afnemende maan. Vragen: 38. Waar ten opzichte van de aarde bevindt zich het schijngestalte waarbij sprake is van wassende maan? 39. Hoe lang duurt, met één woord, één omwenteling van de maan rond de aarde? Maansverduistering Bij een maansverduistering gebeurt er iets vergelijkbaars als bij een zonsverduistering. Dan is het de aarde die ervoor zorgt dat we de maan een uur lang niet kunnen zien. De maan staat dan in onze eigen schaduw. Dit gebeurt gemiddeld eens in de drie jaar. Toch is de maan tijdens een maansverduistering nog te zien. Dit komt, omdat het rode deel van het zonlicht, wat door de dampkring van de aarde gaat, wordt afgebogen waardoor dit licht het maanoppervlak kan bereiken. Daardoor zien we bij een maansverduistering de maan vaak als een bloedrode schijf aan de hemel staan. B A B De schaduw bij A noem je kernschaduw, de schaduw bij B noem je halfschaduw. Vragen: 40. Waarom is er veel vaker sprake van een maansverduistering dan van een zonsverduistering? 41. Voor een verduistering wordt ook wel eens een ander woord gebruikt. Welk? 42. Bij zowel een zons- als een maansverduistering moeten de drie hemellichamen precies op één lijn staan. Waarom? 43. In welk deel van de maancyclus (welk schijngestalte) moeten we zitten, wil een maansverduistering plaats kunnen vinden? 44. En bij een zonsverduistering? 15
Paragraaf 4 Vallende sterren en kometen Vallende sterren Behalve grote hemellichamen draaien er ook talloze kleine voorwerpen om de zon: van enorme brokken steen tot kleine steentjes en stofjes. Deze kleine deeltjes noemen wij meteoroïden. Soms komt zo n deeltje in de aardbaan en in onze atmosfeer terecht. Dat alles gebeurt op grote hoogte (meer dan 80 km) en bij zeer hoge snelheden, soms wel meer dan 100.000 km per uur! Door die hoge snelheid in combinatie met de wrijving van de atmosfeer, gaat de meteoroïde gloeien. Daarbij verdampt of smelt de meteoroïde meestal binnen een seconde. Wij hier op aarde zien dan een kort oplichtend spoor aan de hemel: een meteoor, vallende ster in de volksmond. Vallende sterren zijn dus niets anders dan kleine steentjes uit de ruimte die hoog in de atmosfeer van de aarde verbranden. Een wat grotere meteoroïde kan zorgen voor een lichtspoor zo helder als de volle maan. We spreken dan van een vuurbol. De atmosfeer kan zo n grotere meteoroïde niet helemaal versmelten. Daardoor kan een deel op aarde vallen: dat is dan een meteoriet. Gelukkig vormt de atmosfeer als het ware een paraplu tegen die stenen uit de ruimte. Zou die er niet zijn, dan zou onze aarde er al snel uit zien zoals de maan! Een meteoriet kan, als die groot genoeg is, een krater in de aardbodem slaan. Een grote krater in Noord-Amerika is de Arizonakrater (zie foto). Hier is ca 49.000 jaar geleden een grote meteoriet ingeslagen. Deze krater is 1200 m in doorsnee en wel 180 m diep. Brokstukken van deze meteoriet die rond de krater gevonden werden, zijn vanwege het ijzergehalte dat erin zat, omgesmolten tot wapens en gereedschap. Een waargebeurd verhaal Het gebeurde op 8 november 1982, in de Amerikaanse staat Connecticut. Om kwart over negen s avonds was Stan Hedden aan het joggen nabij het dorpje Wethersfield. Het was een heldere nacht. Plotseling werd de omgeving fel verlicht. Stan keek omhoog, en zag een fel licht boven zich, dat zich niet merkbaar verplaatste. Na enkele seconden doofde het uit. Een halve minuut later hoorde hij een zwaar gerommel in de buurt van het dorp, alsof er kanonnen werden afgeschoten. Daar woonden Robert en Wenda Donahue in een eenvoudig houten huisje. Ze zaten net rustig naar de televisie te kijken, toen ze werden opgeschrikt door een geweldige klap. Het was alsof er een truck door de voordeur naar binnen kwam. In de eetkamer hing een dichte stofwolk. Ze renden naar buiten, maar zagen eerst niets bijzonders. Toen bleek er een gat in het dak geslagen te zijn. De brandweer werd gealarmeerd. Toen de stofwolk in het huisje een beetje was opgetrokken, zag men ook in het plafond van de eetkamer een flink gat. Een brok steen van bijna drie kilogram was door het dak en het plafond geslagen, tegen de houten vloer omhoog gestuiterd, en opnieuw tegen het met kalk afgewerkte plafond geslagen. Vervolgens had het ding een stoel omgekegeld. De steen kwam eindelijk tot rust onder de eettafel, waar een brandweerman hem enkele minuten later ontdekte. Het gebeurt maar heel zelden dat een steen uit de ruimte op een huis terecht komt. In de meeste gevallen plonzen ze in de oceaan, of komen ze in een bos of op een akker terecht, waardoor ze onopgemerkt blijven. Tocht komt er iedere dag meteoritisch materiaal op aarde terecht. 16
Meteoroïde, meteoor of meteoriet? Nog even de verschillen op een rijtje: Meteoroïden zijn steentjes / stofjes die in de ruimte zweven. Een meteoor is het lichtspoor dat we s nachts zien, als een steentje (gedeeltelijk) verbrandt in onze atmosfeer. Een meteoriet is een steen uit de ruimte die op aarde is neer gekomen. Vragen: 45. Geef de juiste term voor een vallende ster. Waar komen ze vandaan? Op bepaalde nachten van het jaar zijn er heel veel meteoren te zien. De aarde gaat dan door een stofwolk heen, waardoor veel stof en kleine stenen in de dampkring verbranden. We noemen dit een meteoorzwerm of meteoorregen. Op veel plaatsen liggen dan mensen op hun rug naar de hemel te kijken op zoek naar vallende sterren. Een bekende zwerm is die van de Perseïden die elk jaar rond 12 augustus te zien is. Om te verklaren waarom dat elk jaar rond dezelfde tijd is, moet je eerst weten dat meteoroïden afkomstig zijn van kometen. Heel af en toe kun je zo n komeet zien met het blote oog. Je ziet dan voornamelijk de lange witte staart van de komeet. Een komeet bestaat uit ijs waarin een heleboel stofjes en steentjes zijn ingevroren. De komeet heeft een lange, uitgerekte baan om de zon. Komt de komeet dichtbij de zon, dan smelt en verdampt een gedeelte van het ijs, waardoor een grote gaswolk rond de komeet ontstaat. Door de zonnewind ontstaat de staart van de komeet. Deze kunnen tientallen miljoenen kilometers lang worden! Als de komeet weer verder van de zon afkomt, bevriezen de gassen weer en verliest de komeet zijn staart. In de komeetbaan in de buurt van de zon blijven de stofdeeltjes en de steentjes, die vrijgekomen zijn bij het smelten, achter. Wanneer de baan van de aarde deze komeetbaan kruist, krijgen we te maken met een meteoorregen. Vragen: 46. Wat is een komeet? 47. Zal de staart van de komeet van de zon af gericht zijn of naar de zon toe gericht? Of kun je dat niet zeggen? Leg uit. Bekijk de video ( kometen en vallende sterren van Encyclopedia Galactica) en beantwoord de volgende vragen: 48. Beschrijf hoe de dinosauriërs waarschijnlijk zijn verdwenen. 49. Hoe heet de bekendste komeet, die eens per 76 jaar te zien is? 50. Wat zijn planetoïdes? 51. Waar bevindt zich de planetoïdegordel? 52. Noem twee landen waar grote inslagkraters gevonden zijn. 17
Paragraaf 5 Sterrenstelsels en sterrenbeelden Sterren komen voor in groepen. Zo hoort de zon tot een grote groep van sterren, een sterrenstelsel. Een deel van dat sterrenstelsel kunnen we op een heldere avond zien. Wat we dan zien, noemen we de Melkweg. Het sterrenstelsel waarin de zon zit, wordt daarom ook wel het Melkwegstelsel genoemd. Het Melkwegstelsel behoort tot een groep van sterrenstelsels, zoals die er veel zijn in het heelal, namelijk een spiraalstelsel. Je kunt zo n stelsel voorstellen als een grote platte schijf, waaruit lange slierten komen. Je weet natuurlijk dat je sterren alleen s nachts kun zien. Eigenlijk is dit niet waar. Overdag kun je namelijk één ster zien: de zon. Deze overstraalt echter alle andere sterren, dus die kunnen we alleen s nachts zien. En hoe donkerder het is hoe beter: dus het liefst bij Nieuwe Maan, ver uit de buurt van de bewoonde (verlichte) wereld. Gegroepeerde sterren Wanneer je gaat kijken, dan lijken de sterren in groepen te staan. Al zolang als er mensen zijn, worden er in die sterren figuren gezien. Een groot aantal van die figuren hebben een naam gekregen: de sterrenbeelden (zie de afbeelding op de volgende bladzijde). In de loop van het jaar zie je steeds andere sterrenbeelden. Het sterrenbeeld Leeuw zie je bijvoorbeeld in de lente, terwijl Orion alleen in de winter te zien is. Deze jaarlijkse verandering van de sterrenhemel ontstaat omdat de aarde rond de zon draait. In de loop van het jaar zien we de zon als het ware langs 12 sterrenbeelden gaan. Dit zijn de sterrenbeelden van de dierenriem: je kent ze wel van de horoscopen! Boogschutter en Stier zijn er twee van. 18
De poolster Een ster die op ons Noordelijk Halfrond altijd te zien is, is de poolster. Toevallig wijst de aardas precies naar deze ster, onderdeel van het sterrenbeeld Kleine Beer. Dit sterrenbeeld wordt ook wel steelpannetje genoemd. Naast Kleine Beer, is er ook nog Grote Beer. Twee steren in deze steelpan (zie A & B hiernaast) wijzen altijd naar de poolster. Doordat de aarde rond zijn as draait, lijken de sterren rond de poolster te draaien. Vragen: 53. Hoe heet het sterrenstelsel waarvan wij deel uit maken? 54. Vul aan: meerdere sterrenstelsels samen vormen een: 55. Wat bedoelen we met de dierenriem? 56. Welke ster staat altijd in het Noorden? 57. Bij welk sterrenbeeld hoort deze ster? In de loop der eeuwen zijn er kaarten gemaakt van de sterrenhemel. Op de volgende bladzijde is een voorbeeld hiervan te zien. 19
20
Paragraaf 6 Posteropdracht De opdracht Jullie kiezen in tweetallen één onderwerp. Van het onderwerp, wat jullie hebben gekozen, gaan jullie de komende periode expert worden. Je gaat eerst de theorie bestuderen en de vragen in je boekje hierover beantwoorden en nakijken. Vervolgens ga je verdere informatie zoeken in boeken en op internet. Van de gevonden informatie maak je een poster. Als deze af is ga je je voorbereiden op het presenteren van de poster. Van je werkzaamheden maak je ieder apart een logboek en schrijf je achteraf ieder apart een evaluatie. Alle werkzaamheden verzamel je uiteindelijk in een mapje (snelhechter). Dat mapje lever je in tijdens de les dat de posterpresentaties worden gehouden. Stappenplan Kies samen een interessant onderwerp en bestudeer de theorie. Bedenk samen een onderzoeksvraag die centraal gaat staan in jullie poster. Zoek informatie over het onderwerp. Naast je boekje gebruik je nog tenminste 3 andere bronnen (boeken en/of internet). De informatie rangschik je tot een geheel. Dit geheel wordt verwerkt in een poster. Verdeel de taken wat betreft de presentatie. Elk van beiden moet een gedeelte presenteren. De poster moet A3- of A2-formaat zijn. Schrijf ieder apart een evaluatie. Hierin vermeld je wat je moeilijk vond, wat je geleerd hebt en wat je de volgende keer anders zou doen bij zo n opdracht. In het mapje komt op de één na laatste pagina het individuele logboek. Hierin komt te staan op welk moment je aan de opdracht gewerkt hebt; hoe lang je eraan gewerkt hebt en wat je gedaan hebt in die tijd. De laatste pagina van het mapje is een bronnenlijst. Inleveren De les dat de posterpresentaties gehouden worden levert elke groep zijn mapje in. Voor jullie klas is dat op, het e lesuur. Dit omvat: De poster De uitgewerkte opdrachten in je boekje (hiervan mag je een foto toevoegen) Evaluatie (ieder apart) Logboek (ieder apart) De bronnenlijst Beoordeling Voor de poster krijg je een cijfer dat 1x meetelt voor je rapport. Bij de beoordeling wordt o.a. gelet op de volgende dingen: Is alles op tijd ingeleverd (uitprinten aan het begin van de les, of het moet nog gemaild worden, is dus te laat); zijn er voldoende bronnen en zijn deze goed gebruikt; is de poster duidelijk en klasgericht (kleine tekst is niet de bedoeling!); zijn de vragen duidelijk beantwoord; hebben allebei de personen een evenredige bijdrage geleverd; extra s bij de poster. 21