Kosmografie
Kosmografie is de studie van het heelal. De structuur van het heelal en de bewegingen van de verschillende hemellichamen hebben een verregaande invloed op een aantal verschijnselen.
Inhoud |
[bewerk] Studie van het heelal
Sterren hebben een kleur. Op het eerste gezicht lijken ze allemaal wit, maar op een heldere nacht vanaf een donkere plaats valt snel op dat het gehele kleurenspectrum aan de hemel is vertegenwoordigd. Hete sterren zijn blauw-wit van kleur, koelere sterren rood. Deze kleuren hebben zeker ook een rol gespeeld bij het ontstaan van sterrenbeelden. Aldebaran, de bekendste rode ster - een rode reus - aan de noordelijke sterrenhemel, zit in het oog van de Stier en Pollux, een andere rode reus, vormt samen met Castor de hoofden van Tweelingen.
[bewerk] Telescopen
Alle hemellichamen hebben stralingsenergie. Deze straling plant zich voort door middel van golven. Je kunt de verschillende soorten straling indelen naargelang de lengte van de golven waarmee ze zich voortplanten. Zo ontstaat het elektromagnetisch spectrum of EMS.
Van al deze energie bereiken enkel het zichtbaar licht, de radiogolven en het infrarood de aarde. Deze energie kan dus waargenomen worden vanop de aarde. Hiervoor gebruikt men telescopen of radar.
- de optische telescoop (meet het zichtbare licht)
- de radiotelescoop: Een radiotelescoop is een schotelantenne speciaal voor kortegolf-radiosignalen. Meestal bestaat een telescoop echter uit een aantal van deze antennes waarvan de signalen gecombineerd worden
Sinds kort zijn de telescopen van het Europese netwerk voor radioastronomie, het EVN, aan elkaar gekoppeld via internet. Ruimteobservaties hoeven niet langer via de post. Zes radiotelescopen in de hele wereld staan nu permanent met elkaar in verbinding.
Bij het Joint Institute for Very Long Baseline Interferometry (Jive) zijn op 7 juli 2005 symbolisch de datatapes stilgezet. Niet langer hoeven de gigabits aan meetgegevens die dagelijks uit de ruimte worden opgevangen per post naar collega´s te worden verstuurd. Met een maximum van 2,5 Gb per seconde dataverbinding zijn de telescopen van het Europese VLBI Netwerk aan elkaar verbonden. Wetenschappers hoeven niet meer maanden op elkaars onderzoeksgegevens te wachten maar kunnen rechtstreeks data uitwisselen.
Het Europese netwerk van radiotelescopen bestaat uit minimaal zes radiotelescopen die staan opgesteld in onder meer Westerbork, Torun in Polen en Cambridge in Groot-Brittannië. Maar ook telescopen buiten Europa doen mee, zoals de radiotelescoop in Arecibo in Puerto Rico. De officiële opening van het (gedeeltelijk) glasvezelnetwerk van dataverbindingen, dat de naam e-VLIBi kreeg, gebeurde bij het hoofdkantoor van Jive in Dwingeloo.
[bewerk] Ruimtetuigen
Het onderzoeken van de ruimte door middel van ruimtetuigen maakt het mogelijk de ruimte buiten de dampkring te onderzoeken. Stralingsenergie die normaal wordt tegengehouden door de dampkring kan op deze manier wel gemeten worden. Voorbeelden:
- IRAS, IUE: deze satellieten bestuderen het infrarode en UV-licht dat wordt uitgezonden.
- Hubble: de eerste ruimte-telescoop.
- De ruimtependel: vb de Space Shuttle: wordt gelanceerd als een raket en keert als een vliegtuig terug op aarde.
Deze ruimtependels brengen o.a.satellieten in de ruimte. Ondertussen vervullen ze ook nog tal van andere taken.
[bewerk] De eerste stappen naar het ISS (International Space Station)
In 1984 gaf de toenmalige president Ronald Reagan toestemming voor de ontwikkeling van een eigen, permanent bemand ruimtestation, Freedom geheten.
Het ruimtestation, dat op een hoogte van driehonderdzestig kilometer boven de aarde cirkelt, bestaat tot nog toe uit drie modules: de Russische modules Zarya ('Dageraad') en Zvezda ('Ster'), en de Amerikaanse verbindingsmodule Unity. Zvezda bevat ook de eerste bijdrage van ESA: het computerbrein DMS-R. Dat zorgt er onder andere voor dat het station via stuurraketten op de juiste hoogte en in de juiste baan om de aarde blijft. ESA is verder verantwoordelijk voor de bouw van het grote laboratoriumgedeelte Columbus, de Europese robotarm (ERA) waarmee het Russische segment van het station wordt opgebouwd en onderhouden, twee verbindingsstukken (Node 2 en 3), en de ruimte-'vrachtwagen' ATV (Automated Transfer Vehicle).
Er zijn verschillende soorten ruimtestations:
- Geostationaire:
- bevinden zich op een afstand van 36.000 km boven de evenaar.
- Ze draaien mee aan dezelfde snelheid als de draaiing van de aarde om haar as (aardrotatie) en blijven dus boven hetzelfde punt staan.
- ze bestrijken een groter oppervlakte, maar geven minder details
- Polaire: bevinden zich dichter bij de aarde, draaien veel sneller, komen tweemaal per dag boven dezelfde plaats en lopen over de polen. De ruimtependel hoort hierbij.
[bewerk] Doelstellingen van satellieten:
- communicatie: radio, TV, telefoon vb RTT Lessive, CNN
(drie satellieten bestrijken het totale aardoppervlak) Ontvangst gebeurt vaak via schotelantennes)
- weer: vb METEOSAT (geostationair) en NOAA (polair) zenden hun gegevens naar de aarde.
- navigatiesatellieten: worden vooral gebruikt in het verkeer. Vb GPS (Global Positioning System)
- studie van het aardoppervlak en de atmosfeer: LANDSAT
Hierdoor kan men landbouwopbrengsten, vervuiling, de toestand van de ozonlaag enz… bestuderen.
[bewerk] Opbouw van het heelal
| Identiteitskaart van het heelal (binnen de waarnemingshorizon) | |
|---|---|
| Diameter: | 20 à 30 miljard lichtjaar |
| Leeftijd: | 13,7 miljard jaar |
| Aantal sterrenstelsels: | 100 à 300 miljard |
| Leven: | ja |
| Dimensies: | 4 (1 tijdsachtige, 3 ruimte-achtigen) |
| Krachten: | 4 (gravitatie, sterke wisselwerking, zwakke wisselwerking, elektromagnetisme) |
[bewerk] Een cluster
De Lokale Groep maakt deel uit van de zogenaamde Canes Venatici-cluster. Deze gigantische verzameling melkwegen is meer dan 20 miljoen lichtjaar groot. Samen met de massieve Virgo-cluster, die veel meer melkwegen bevat dan de Canes Venatici, en enkele andere clusters vormt ze de Lokale Supercluster, die meer dan tienduizend melkwegstelsels omvat. Deze supercluster is maar één van de vele. De buren zijn onder meer de Perseus-, Pavo-Indus- en Hydra-Centaurus-superclusters. En daarmee houdt het nog niet op. De grootste structuur die men tot nu toe heeft kunnen vaststellen is de Grote Muur (ondertussen is er een blijkbaar nog grotere muur ontdekt). Dit is een enorme wand van melkwegstelsels, waaronder het onze. Ze wordt omgeven door enorme lege gebieden. Hiermee lijkt het heelal op een schuimbad, met lege bellen omgeven door wanden van melkwegstelsels.
- De Lokale Groep
- Bestaat uit verschillende galaxieën of melkwegstelsels. Twee grote spiraalstelsels zijn dominant aanwezig: het Melkwegstelsel en de Andromedanevel.
- Een galaxie
- Bestaat uit verschillende sterrenstelsels. Het is dus eigenlijk een groepering van miljarden sterren. Wij behoren met ons zonnestelsel tot de Melkweg.
- Het zonnestelsel
- De zon
- Kenmerken:
- is één van de miljarden sterren in de ruimte
- is een reusachtig draaiende gasvormige bol
- bevindt zich op 150 miljoen kilometer van de aarde
- heeft een diameter van 1 400 000 km (100 X de diameter van de aarde)
[bewerk] Structuur van de zon
- De fotosfeer:
- wordt waargenomen van op het aardoppervlak
- bestaat voor ¾ uit waterstof en voor ongeveer ¼ uit Helium.
- De temperatuur bedraagt ongeveer 6000 °C
- Regelmatig komen er ontploffingen op voor: protuberansen.
- zonnewind.
- De chromosfeer: vormt een soort van dampkring rond de fotosfeer te samen met de Corona. Beide bestaan uit ijle gaslagen met een temperatuur van meer dan 1 miljoen °C.
- De kern: deze heeft een temperatuur van 16.000.000 °C. Hierin wordt waterstof omgezet naar Helium (kernfusie). Bij deze kernfusie komt energie vrij en verliest de zon aan massa.
[bewerk] De planeten en hun satellieten
[bewerk] De planeten
Rondom een ster bewegen kleinere al afgekoelde hemellichamen of planeten. Deze stralen nog enkel straling met een grotere golflengte uit. Rond deze planeten kunnen zich één of meerdere satellieten of manen bewegen.
[bewerk] De aarde
[bewerk] Atmosfeer
De planeet aarde heeft een atmosfeer die bestaat uit ongeveer driekwart stikstof (N2) en één kwart zuurstof (O2). Bij het ontstaan van de aarde moet die atmosfeer er heel anders hebben uitgezien: zoals bij Venus en Mars bestond ze toen voornamelijk uit koolzuurgas (CO2). Onder invloed van het prille leven in de oceanen op aarde werd het CO2 ontbonden, waarbij het koolstof in de biologische cyclus en het zuurstof in de atmosfeer terecht kwamen. De atmosfeer is ook verantwoordelijk voor het klimaat en het weer op aarde. Door verschillen in temperatuur en geografie is de luchtdruk niet gelijkmatig over de aarde verspreid. Dit drukverschil zorgt voor winden die de atmosfeer tot een dynamisch geheel maken. De temperatuursverschillen zorgen er ook voor dat water kan voorkomen als vaste stof, als vloeistof of als gas. Door die voortdurende wisseling van de aggregatietoestanden ontstaan wolken en neerslag
[bewerk] Water
Driekwart van de oppervlakte van de planeet aarde wordt ingenomen door vloeibaar water. Dat is erg uitzonderlijk. Bovendien is de aarde de enige planeet waar die stof (of eender welke stof) in haar drie aggregatietoestanden kan voorkomen: als vloeistof (water), gas (damp) of vaste stof (ijs). Daardoor kan het water zich ook overal op onze planeet verspreiden: als damp wordt het opgenomen in de atmosfeer waarna het, na condensatie, onder de vorm van regen weer neerkomt op plekken die soms zeer ver van de oceanen verwijderd liggen. Waar het water vandaan komt is nog niet helemaal uitgeklaard. Tot voor kort luidde de meest aannemelijke theorie dat het naar de aarde werd gebracht door neerstortende kometen, die immers voor een groot deel uit water bestaan. Recente berekeningen hebben aangetoond dat het water waarschijnlijk afkomstig is van de planetesimalen die de planeet gevormd hebben en die zelf afkomstig zijn uit de buitenste regio van de planetoïdengordel. Later werd er nog een klein percentage water toegevoegd door meteorieten. Geologen hebben ontdekt dat er 3,9 miljard jaar geleden zeker al grote hoeveelheden water op de aarde aanwezig waren.
[bewerk] Magnetisch veld
De vloeibare ijzerkern van de aarde zorgt voor het ontstaan van een magnetisch veld rond de aarde. Dat magnetische veld is van levensbelang: het werkt als een schild tegen de schadelijke zonnewind.
[bewerk] De beweging van de magnetische noordpool van de aarde doorheen de jaren.
De magnetische noordpool van de aarde ligt niet op hetzelfde punt als de geografische noordpool. Dat komt doordat de aarde binnenin de kern van vloeibaar metaal ook nog een vaste ijzerkern heeft, waarvan de as ten opzichte van de rest van de aarde licht gekanteld is. Deze gekantelde as tolt op zijn beurt ook zeer traag rond, waardoor de magnetische noordpool in de loop van de eeuwen langzaam verschuift.
[bewerk] Begrippen en afmetingen
- lichtjaar: de afstand die het licht aflegt op één jaar tijd
-
- (het licht beweegt zich met een snelheid van 300 000 km/s)
- de ster die – op de zon na - het kortst bij ons staat, staat op 4,3 lichtjaren
- de zon staat op 150.000 000 km of 8,3 lichtminuten! Deze afstand wordt ook één Astronomische Eenheid genoemd.
- De afstand aarde - maan bedraagt 384.000 km of 1,3 lichtseconden.
[bewerk] Bewegingen van aarde en maan
[bewerk] De aarde
a) de aardrotatie
[bewerk] Kenmerken van de aarde
- Vorm: bolvorm met afplatting aan de polen. Het bewijs hiervoor is de aardstraal. Deze is het kortst van het middelpunt naar de polen.
- Kleur: blauw
- De aarde draait om haar as in ongeveer 24 uur. Dit betekent dat de plaatsen aan de evenaar sneller draaien (zij leggen 40 000 km af in 24 uur: 1666km/uur) dan bijvoorbeeld de plaatsen op onze breedtegraad (1080 km/uur).
- De aarde draait van oost over west naar zuid.
[bewerk] Gevolgen:
- de afplatting aan de polen: door de draaiing van de aarde rond haar as ontstaat een centrifugale kracht die de aarde ter hoogte van de evenaar als het ware naar buiten duwt. Hierdoor ‘zakken’ de poolgebieden in.
- de afbuiging van de wind
- de wisseling van dag en nacht
Steeds wordt een halve aardbol beschenen. Dit deel van de aarde heeft dus dag. Op 24 uur tijd draait elke plaats op aarde 360° rond. Wanneer een plaats overgaat van het donkere gedeelte naar het lichte gedeelte ervaren wij dat als ochtendschemering, bij de overgang van licht naar donker krijgen wij avondschemering. ’s Ochtends en ’s avonds staat de zon laag aan de horizon. De zonnestralen vallen dan schuin in. In de loop van de voormiddag zien wij de zon klimmen naar het hoogste punt. Om 12 uur staat zij dan op het hoogste punt van haar schijnbare beweging. In werkelijkheid bevinden wij ons dan in het centrum van de verlichte helft van de aardbol. Deze plaatsen hebben dan middag.
De zon komt overal ter wereld op in het oosten en gaat overal ter wereld onder in het westen. Opgelet: op het noordelijk halfrond ten noorden van de kreeftskeerkring staat ze ’s middags in het zuiden, op het zuidelijk halfrond ten zuiden van de steenbokskeerkring daarentegen staat ze ’s middags in het noorden!! Tussen de twee keerkringen staat ze afwisselend in het noorden en het zuiden.
- de uurregeling
Concreet betekent het voorgaande dat plaatsen op verschillende meridianen, verschillende uren kennen. Plaatsen op andere meridianen kennen een andere stand tov de zon en dus ook een ander uur van de dag. Om deze tijdsverschillen vast te leggen heeft de mens de aarde verdeeld in 24 uurgordels, precies de tijd die zij nodig heeft om één omwenteling te maken rond haar as. De omtrek van de aarde omvat 360° Om de 15° verandert dus het uur. Wanneer je nu in je atlas de tijdzones opzoekt dan merk je meteen dat de uurgordels niet altijd overeenkomen met een bepaalde meridiaan. Dit om praktische redenen: anders zouden er binnen één land soms nutteloze tijdsverschillen bestaan. Uiteraard behouden landen met grote oppervlakten verschillende uurgordels. De datumgrens (op 180° ligt in zee), zie ook figuur op vorige pagina. Zenit: loodrechte hoek van de zoninval met bepaalde breedtegraad (komt alleen voor in het gebied tussen de twee keerkringen) Equinox: is wanneer de zon in het zenit passeert van de evenaar (lente en herfst) Zonnewende: is wanneer de zon passeert in het zenit van één van de twee keerkringen (zomer en winter)
[bewerk] De aarde wordt ingedeeld in klimaatgordels
- In de tropen (tussen de twee keerkringen), waar er minder variatie is, komen slechts twee soorten jaargetijden voor: nat en droog.
- Waar de zon loodrecht aan de hemel staat, zijn convectie, stormactiviteit en neerslag het sterkst.
- Terwijl dit gebied van grote hitte van de kreeftskeerkring (in juni) verschuift naar de steenbokskeerkring (in december), verschuift het gebied van maximale regenval mee. Gebieden in de tropen hebben daardoor een duidelijke jaarlijkse cyclus van natte en droge seizoenen.
De afwisseling van de seizoenen is het sterkst op de gematigde en hogere breedten, tussen de keerkringen en de poolcirkels. Waar de veranderingen in de hoeveelheid licht en warmte het vaakst variëren, kent men op basis van temperatuur 4 seizoenen. Aan de poolgebieden (tussen de poolcirkels en de polen) kent men voornamelijk 2 seizoenen: de zonnestand is altijd heel schuin. De seizoenen worden in hoofdzaak bepaald door de lengte van de dagen.
[bewerk] Het ontstaan van onze kalender
Onze kalender is gebaseerd op de omloop van de aarde rond de zon. Eén jaar duurt dus 365 dagen. Zo tellen wij wel elk jaar bijna zes uur te weinig. Om de vier jaar tellen we dus een extra dag bij: het schrikkeljaar. Omdat we dan net iets te veel tellen, hebben we geen schrikkeljaar tijdens de eeuwwisselingen, behalve als deze deelbaar zijn door 400. (2000 was een schrikkeljaar, 2100 niet)
[bewerk] De maan
Uitzicht:
- geen atmosfeer
- kraters
- maria (donkere vlekken)
- kleur: geel/grijs
[bewerk] De beweging van de maan
Volgende elementen kun je waarnemen:
- na periode van 29,5 dagen zien we dezelfde maanfase
- de maan beweegt (t.o.v. sterren) naar links (oosten)
- de maan verandert van schijngestalte (fase)
- we zien steeds dezelfde kant van de maan
Wat volgt heeft men er uit afgeleid:
- de maan draait in 27,3 dagen om de aarde: omdat de maan met de aarde mee rond de zon draait, moet de maan ruim twee dagen verder draaien voordat het weer dezelfde maanfase is
- de maan draait in 27,3 dagen om haar as (gebonden rotatie)
- wanneer de maan even snel rond haar as draait dan rond de aarde zien wij ze in principe iedere keer langs dezelfde kant.
Uitbreiding:Elke dag zien wij ze echter 50 minuten later boven een bepaald punt staan. De oorzaak hiervan ligt in het volgende: op 24 uur heeft de maan 1/29.5 deel van haar baan afgelegd. Eén 29.5 deel van 24 uur is 50 minuten.
- er gaan 12 manen (maanden) in een jaar en er blijven ca.10 dagen over, daardoor valt bijv. de Islamitische vastenmaand Ramadan elk jaar ongeveer 10 dagen eerder.
De schijngestalten van de maan
Onder een schijngestalte van de maan verstaan we de vorm van het verlichte deel van de maan, zoals wij die op aarde kunnen waarnemen. Zoals je op bijgaande figuur kunt zien
- verandert de vorm gedurende de maancyclus van 29 dagen. De schijngestalte ontstaat doordat de zonnestralen niet het gehele, naar de waarnemer op aarde toegekeerde, vlak van het hemellichaam verlichten. Bij nieuwe maan bevindt de maan zich precies tussen de aarde en de zon. Op aarde kun je dus geen maan waarnemen.
- Schijngestalten treden ook op bij Mercurius en Venus, planeten die zich tussen de zon en de aarde kunnen bevinden.
De maan is de voornaamste veroorzaker van eb en vloed Het regelmatige stijgen en dalen van de zeespiegel wordt aangeduid met het woord getijden. De maan veroorzaakt deze bewegingen, maar ook de zon en de centrifugerende krachten van de aarde spelen een rol.
De aantrekkingskracht van de maan zorgt ervoor dat het water in de oceanen op aarde stijgt: Dit gebeurt echter alleen aan de kant van de aarde die naar de maan toe staat. De centrifugerende krachten van de aarde zorgen ervoor dat ook aan de andere kant van de aarde het water stijgt.
Het duurt 24 uur en 50 minuten voordat de complete getijdencirkel is doorgelopen, dit betekent dat de hele wereld ruim één keer rond gedraaid is, alle kustplaatsen hebben dan twee keer hoog- en twee keer laagwater gehad. De getijden beginnen ongeveer elke 28 dagen opnieuw, doordat ze zowel door de zon als de maan als het draaien van de aarde beïnvloed worden.
Springvloed ontstaat als de zon en de maan op een lijn staan met de hoogste en de laagste getijden.
Doodtij komt voor als zon en maan in een loodrechte hoek met elkaar staan. Doodtij betekent dat de laagste hoogwaterstanden en de hoogste laagwaterstanden voorkomen. Hierdoor verandert de hoogte van de waterspiegel niet of nauwelijks.
Een springvloed scheelt 1/3 in hoogte met het doodtij. Als de maan het dichtst bij de aarde staat (363.345 km) schelen de getijden 20% met de normale hoogte. Als de aarde dichter bij de zon komt is er meer verschil tussen de verschillende getijden op het noordelijk halfrond. Als de zeespiegel stijgt heet dit vloed, een dalende zeespiegel wordt eb genoemd.
