Astronomie

De Melkweg

De Melkweg Wij hebben allemaal een vader en moeder. Wanneer we geluk hebben, maken wij deel uit van een gezin en een familie. Wij beseffen dat iets ouders en groters ons heeft voortgebracht. Noem het de natuur, de aarde, onze ouders en de zon. Ons zonnenstelsel is op zijn beurt weer voortgekomen uit de Melkweg. De Melkweg die schitterende gordel licht, die wij op een heldere nacht, aan de hemel waarnemen. Dat licht van de Melkweg is afkomstig van honderden miljarden sterren als onze zon. Veel sterren zijn veel ouder dan de zon en veel sterren zijn veel jonger dan de zon. Er zijn sterren die ophouden te bestaan en er zijn sterren die nog zullen ontstaan. Het heeft wel iets van de steeds herhalende cyclus geboorte, leven en dood.

Wat doet de naam ertoe?
De mensheid heeft zo lang wij de geschiedenis kennen namen en verhalen gewijd aan het grootse verschijnsel dat de Melkweg is.
De naam Melkweg die astronomen gebruiken, komt uit het oud Griekse woord gala dat melk betekent. Een mythe vertelt dat de Melkweg werd gecreëerd toen Hera de echtgenote van de Grieks oppergod Zeus tijdens de borstvoeding van de halfgod Herakles, deze wegduwde en daarbij haar melk morste: "Galaxias".
Niet alleen de Grieken vertelden mythes en gaven namen aan deze band van licht aan de nachtelijke hemel.
De Armeniërs noemden hem "Shvil Tivna"(Weg van Stro).
De Aboriginals hadden het over "Wodliparri": kampvuren aan de rivier.
Een Cherokee-volksverhaal vertelt over een hond die wat maïsmeel stal en werd weggejaagd. Hij morste onderwg maïsmeel "Gili Ulisvsdanvyi": Waar de hond rende".
De Chinezen hebben het over "yínhé": ziveren rivier.
In de Egyptische mythologie werd de Melkweg beschouwd als een poel koemelk. De Melkweg werd vergoddelijkt als een vruchtbaarheidskoe-godin onder de naam "Bat".
Dit zijn lang niet alle mythes en namen die zijn besteed aan wat wij Westerlingen de Melkweg noemen

Astronomie vervangt de mythe
De ogen van mensen zijn geweldig. Wij nemen vele variaties kleuren waar, vormen, diepte, groottes van kleiner dan stofkorrels tot bergen, afstanden, bewegingen en snelheden. Dit dankzij het licht van de zon. Echter wij nemen maar een klein gedeelte van dit zonlicht waar.
Zonlicht bestaat uit een breed spectrum van licht. Hiervan is maar een klein gedeelte waarneembaar voor het menselijk oog. Wij kunnen geen infrarood licht waarnemen, geen UV licht, geen röntgenstralen geen radio golven, geen microgolven en geen gammastralen waaruit de fotonen bestaan die de zon al 5 miljard jaar uitzendt.
Sinds mensen naar de sterren aan het kijken zijn, zijn veel ontdekkingen gedaan om steeds scherper en uitgebreider over zon- en sterrenlicht te gaan waarnemen. Deze ontwikkeling is samen te vatten in het woord telescoop.
Door de telescoop weten wij nu dat die schiterende gordel van licht aan de nachtelijke hemel, die Melkweg, bestaat uit sterren en dat ook ons zonnenstelsel hier deel van uitmaakt. Dat is toch iets anders dan de melk van Hera of kamvuren aan de rivier.

De telescoop
Astronomen bestuderen de Melkweg met optische-, radio-, röntgen-, infrarood- gamma- en microgolf- telescopen. Deze telescopen bevinden zich verspreid op zeeniveau, in het hooggbergte, in de ruimte in een baan rond de aarde en op Lagrangepunten, waar de zwaartekracht van de zon en aarde elkaar bijna opheffen. Het licht van de sterren wordt versterkt en daarna door middel van spectroscopie geanalyseerd en in enorme databases verzameld. Hierna worden deze gegevens met behulp van allerlei statistische methodes verder bestudeerd.

Hoe vindt het onderzoek door optische telescopen plaats?
Optische telescopen versterken net als verrekijkers het voor het menselijke oog, zichtbare licht van de sterren en planeten. Verrekijkers maken gebruik van geslepen glazen lenzen. Galileo deed in 1609 als eerste astronoom waarnemingen met behulp van een telescoop die uitsluitend uit glazen lenzen bestond.
Moderne optische telescopen maken geen gebruik meer van glazen lenzen maar van meerdere gebogen spiegels. De buiging van die spiegels verandert honderden keren per seconde al naar gelang het waarnemingsdoel. De eerste spiegel vangt het licht van de sterren op, dat vervolgens gecorrigeerd en gefocust wordt door een tweede spiegel. Andere spiegels sturen deze lichtsignalen vervolgens naar instrumenten zoals camera's en spectografen.
De observaties van dergelijke telescopen is bovendien geautomatiseerd zij maken elk etmaal vele duizenden beelden van de helderheid, licht en kleursamenstelling van sterren. Uit het spectrum: de licht en kleursamenstelling van sterren worden gegevens opgeslagen over de temperatuur, chemische samenstelling en rotatiesnelheid van sterren.
Via geautomatiseerde berekeningen van de hoekverschuiving, de zogenaamde paralax en dopler-verschuiving, worden inschattingen van afstanden en of deze afstanden groter of kleiner worden en met welke snelheid.

Voorbeelden van belangrijke optische telescopen zijn de ESA telesopen in de Atacama woestij van Chili en de Hubble Space Telescope.

Voorbeelden van Beelden die door de ESA Telescoop gemaakt zijn beelden van de Helix nevel en beelden van het Centrum van de Melkweg.

De Helixnevel
De Helixnevel(spiraalvormige nevel) is een planetaire nevel die wijst op een ster die aan het einde is van zijn bestaan. Planetair betekent niet dat het gaat om planeten. De naamgever Herschel (18e eeuw) vond dat wanneer je dit verschijnsel door een destijds nog niet zo’n sterke telescoop waarnam, dat het leek op een planeet.
De veelkleurige nevel die we op de afbeelding zien is ontstaan doordat de ster in de eindfase zijn buitenste laag gloeiend en sterk stralend gas uitstoot. Vervolgens koelt het gas geleidelijk in lagen af. Dit verklaart de verschillende kleuren.

Door al deze observaties en berekeningen weten wij dat de spriraalvormige schif van de Melkweg jonger en metaalrijker is en de halo om de melkweg ouder en metaalarm is.
Een andere interesante ontdekking is dat de gemeten rotatiesnelheid van sterren niet volledig verklaard kan worden door de zwaartekracht van de waargenomen massa of materie. Er moet dus iets zijn als materie die wij niet kunnen waarnemen: de zogenaamde donkere materie.

Wat levert statistisch onderzoek van databases op?
Omdat de datebases inmiddels zo enorm zijn, is het onmogelijk om hier als mens patronen in te herkennen. Echter door met computers en statistische methoden te gebruiken zoals clusteranalyse, bayesiaanse statistiek, machine learning en principal component analysis, kunnen patronen herkend worden in: sterbewegingen, chemische signaturen en populaties. Hierdoor hebben wij kennis of er wel of geen metalen in sterren aanwezig zijn. Inmiddels is bekend dat sterren met metalen een veel langere geschiedenis hebben dan sterren zonder metalen. Beginnende of jonge sterren bestaan voornamelijk uit waterstof en hebben geen metalen. Onder ander hierdoor is het mogelijk een reconstructie te maken van het ontstaan van de Melkweg.

Niet alleen het licht van de sterren van de Melkweg ook ook hun vorm, grootte, samenstelling en ouderdom wordt berekend. Door boldriehoeksmeting, kunnen wij tegenwoordig een inschatting maken van de positie van ons zonnestelsel in de Melkweg.

Hierdoor weten wij dat het melkwegstelsel spiraalvormig is Het heeft een diameter van 100.000 lichtjaar.

Bovenstaande impressie van de Melkweg laat de positie van ons zonnestelsel zien. Onze zon, gemarkeerd door de pijl, ligt tussen twee spiraalarmen. De Perseusarm, die verder buiten onze locatie ligt en de kleinere Sagitarius arm. De opening tussen deze twee armen wordt overspand door een meer diagonale structuur, , die wordt aangeduid als de Orion-arm Onze zon ligt binnen de binnenrand van die diagonale structuur.
Onze afstand tot het centrum van het sterrenstelsel is niet met precies bekend. De afstand ligt tussen 25.800 lichtjaar en 27.200 lichtjaar. De snelheid van de zon in haar baan rond het sterrenstelsel ligt tussen 30,2 en 30,6 km/s. Dat komt neer op één omloop per 200 miljoen jaar. Dit wordt een galactisch jaar genoemd.

Hoe meten astronomen?
De ruimte van de Melkweg is onvoorstelbaar groot. Om niet te spreken van het universum.
Niet alleen bestaat de Melkweg uit een ontzaglijke, ruimte, met enorme massa's zoals sterren, planeten, stof gruis brokstukken steen, en gas maar al deze massa's zijn ook nog eens allemaal opgebouwd uit onvoorstelbaar kleine structuren atomen die weer opgebouwd zijn uit elektronen, neutronen, protonen, die weer opgebouwd zijn uit quarks. In de Melkweg en het universum staat niets stil. Sterren en planeten bewegen zich met ongelooflijke snelheden om en uit elkaar en om zwarte gaten. snelheid wordt meestal uitgedrukt in km/Sec. Daarnaast is met de processen en het ontstaan van dit alles tijd en temperatuur gemoeid. Tijd die varieert van fracties van seconden tot miljarden jaren. Temperatuur wordt uitgedrukt in Kelvin.
Om het universum enigszins te beschrijven zijn daarom speciale meeteenheden nodig.
Om iets heel kleins te omschrijven wordt bijvoorbeeld Angstrom gebruikt. en om een enorme afstand te beschrijven maken de astronomen gebruik van parsec. Iets heel zwaars wordt uitgedrukt Zonnemassa's. Het SI Système Internationale van maateenheden: meter-kilometer, gram seconden geniet de voorkeur onder astronomen. Zie de tabel hieronder.

Lengte – astronomische afstandsmaten

Grootheid Symbool Waarde Toepassing
ÅngströmÅ1 × 10−10 mAtoomfysica, spectroscopie
Nanometernm1 × 10−9 mMicroscopie
Micrometerμm1 × 10−6 mInterstellair stof
MetermBasiseenheidAlgemeen
Kilometerkm1.000 mPlanetaire afstanden
AardstraalR⊕6.378 kmPlanetaire astronomie
ZonstraalR☉6,96 × 108 mSterrenkunde
Astronomische eenheidAE1,496 × 1011 mZonnestelsel
Lichtjaarlj9,46 × 1015 mStellaire afstanden
Parsecpc3,09 × 1016 mGalactische schaal
Kiloparseckpc1.000 pcMelkwegstructuur
MegaparsecMpc1.000 kpcKosmologie
Astronomische meeteenheden – van atoom tot kosmos

Temperatuur

Object / proces Temperatuur (K) Temperatuur (°C) Voorbeeld / context
Bijna absoluut nul0 K−273 °CKwantumexperimenten
Kosmische achtergrondstraling2,7 K−270 °COverblijfsel oerknal
Interstellair gas10–50 K−260 tot −220 °CStervormingsgebieden
Aardoppervlak288 K+15 °CLeefomgeving
Oppervlak Zon5.780 K≈ 5.500 °CFotosfeer
Kern van de Zon1,5 × 107 KKernfusie
Supernova109–1010 KZware-elementenvorming

Massa – van deeltjes tot kosmos

Object Massa Illustratie / schaal
Elektron9,11 × 10−31 kgElementair deeltje
Waterstofatoom1,67 × 10−27 kgKleinste atoom
Mens~70 kgAlledaagse schaal
Aarde5,98 × 1024 kgPlaneet
Zon (M☉)1,99 × 1030 kgStandaard ster
Rode superreus10–40 M☉Extreem zware ster
Melkweg~1012 M☉100+ miljard sterren

Tijd – astronomische schalen

Eenheid Symbool Duur Gebruik
SecondesBasiseenheidAlgemeen
Uurh3.600 sDagelijkse processen
Dagd86.400 sPlanetaire schaal
Jaarjr3,16 × 107 sStellaire evolutie