Het Zonnestelsel ( essay )

Overzicht van alle belangrijke hemellichamen en een beschrijving van de geschiedenis

 

Voorwoord

De afgelopen tijd is het Zonnestelsel veelvuldig in het nieuws geweest. Voorbeelden hiervan zijn de landing van de Cassini/Huygens-capsule op de saturnusmaan Titan, de landing van Philea op een komeet, de ondekking van vloeibaar water op Mars en de spectaculaire beelden van Pluto door de ruimtesonde New Horizon. Desalniettemin Is het Zonnestelsel voor veel mensen een mysterie. Dit essay is bedoeld voor iedereen die meer wil weten over dit fascinerende onderwerp.

Veel leesplezier!

Bas van den Brink

November 2015

 

1        Inhoud

Voorwoord.

1       Inhoud.

2       Inleiding.

3       Overzicht van het Zonnestelsel

3.1        Inleiding.

De Zon.

Mercurius.

Venus.

Aarde.

Mars.

Planetoïdengordel

Ceres.

Jupiter

Saturnus.

Uranus.

Neptunes.

Kuipergordel

Eris.

Houmea.

Makemake.

Pluto.

Oortwolk.

Sedna.

4       Geschiedenis.

4.1        Oudheid.

4.2        De moderne tijd.

4.3        Het ruimtevaart tijdperk.

5       Verklarende woordenlijst

 

2        Inleiding

Vanaf het begin van de historie zijn veel mensen gefascineerd geraakt door wat zich afspeelt in het hemelgewelf. Astrologen uit alle windstreken gebruikten ingewikkelde tabellen om de beweging van de sterren en de planeten te voorspellen. Toen de wiskunde en de wetenschap zich ontwikkelde zijn er een groot aantal modellen geweest die het Zonnestelsel beschreven. Na de uitvinding van de telescoop in 1608 waren wetenschappers in staat om een enorme hoeveelheid gegevens te verzamelen. Dit leidde tot een groot inzicht in het de eigenschappen van de hemellichamen.

In dit werkstuk zullen eerst alle onderdelen van het Zonnestelsel kort worden beschreven. Er wordt begonnen met een beschrijving van de Zon waarna alle onderdelen van het Zonnestelsel in volgorde van afstand tot de Zon worden behandeld. In het tweede deel wordt de geschiedenis van het onderzoek naar het Zonnestelsel besproken.

 

3        Overzicht van het Zonnestelsel

3.1      Inleiding

In dit hoofdstuk worden alle belangrijke onderdelen van het Zonnestelsel kort besproken. Alle planeten zullen worden behandeld evenals alle dwergplaneten. Indien aanwezig zullen ook hun manen worden behandeld. Natuurlijk zullen ook andere interessante onderwerpen worden behandeld zoals kometen en planetoïden.

 

De Zon

zonDe Zon is een gewone gele dwergster met een diameter van ongeveer 1,4 miljoen kilometer en een massa van 2 x 1030 kilogram. Zoals elke ster is de Zon een enorme gloeiende gaswolk. De temperatuur aan de buitenkant bedraagt ongeveer 5 á 6 duizend graden Celsius terwijl aan de binnenkant de temperatuur wel 100 miljoen graden kan bedragen. De enorme hoeveelheid energie die nodig is om een dergelijke temperatuur te bereiken wordt opgewekt door middel van kernfusie. Kernfusie houdt in dat twee waterstofkernen onder hoge druk en temperatuur samensmelten. Hierbij ontstaat een heliumkern. Tijdens dit proces komt zeer veel energie vrij in de vorm van warmte en licht.

Ongeveer elke 11 jaar wordt de Zon actiever dan gewoonlijk. Er komen dan meer zonnevlekken voor. Dit zijn relatief koude plekken en zien er uit als donkere vlekjes aan het oppervlak van de Zon. Tijdens de actieve periode komen tevens zeer grote uitbarstingen van materie en straling voor. Dit worden zonnevlammen genoemd. Hevige uitbarstingen kunnen gevoelige elektronica op Aarde verstoren.

Daarnaast zendt de Zon een gestage stroom van geladen deeltjes uit. Dit verschijnsel staat bekend als zonnewind. Door interactie van deze deeltjes met het magnetisch veld van de Aarde wordt het poollicht gevormd.

 

Mercurius

MercuriusMercurius is genoemd naar de Romeinse god van de handel. Hij heeft een diameter van 4878 km en staat op een afstand van 58 miljoen km vanaf de Zon. Hij is de kleinste planeet van het Zonnestelsel. Omdat de planeet dicht bij de Zon staat is de oppervlaktetemperatuur aan de zonzijde bijzonder hoog, tot 426°C. Omdat Mercurius zeer langzaam om zijn as draait, een etmaal duurt ongeveer 58 Aardse dagen, heeft de schaduwzijde genoeg tijd om sterk af te koelen. De temperatuur aan de schaduwzijde kan daardoor zakken tot -180 °C.

Mercurius ziet er uit als een klein grijs bolletje, bezaaid met inslagkraters. Hij lijkt daarom als twee druppels water op de Aardse Maan. De atmosfeer is zeer ijl en bestaat uit zuurstof, natrium, waterstof en helium. Deze gassen zijn alle afkomstig van de zonnewind.

 

Venus

VenusVenus is genoemd naar de Romeinse godin van de liefde en de schoonheid vanwege haar witte kleur. Ze heeft een diameter van 12 duizend km en staat op een afstand van 108 miljoen km van de zon . Venus is de tweede planeet van het Zonnestelsel. De witte kleur wordt veroorzaakt door een zeer dicht wolkendek dat de hele planeet bedekt, vandaar dat Venus uitstekend met het blote oog te zien is. Hij is vooral in de ochtend en de avond te zien als een zeer heldere ‘ster’. De wolken bestaan echter niet uit waterdamp maar uit zwavelzuur. De atmosfeer is bijzonder dicht (92 bar) en bestaat met name uit kooldioxide. Omdat zwavelzuur en kooldioxide sterke broeikasgassen zijn is Venus nog warmer dan Mercurius hoewel de laatste een stuk dichter bij de Zon staat. De temperatuur op Venus kan oplopen tot 465 °C.

Een ander gevolg van de dichte atmosfeer is dat zij de rotatie afremt. Venus draait in 243 aardse dagen om zijn as. Omdat Venus in 225 dagen om de Zon draait duurt een venus dag langer dan een venus jaar. Daarnaast is de draairichting tegengesteld aan die van andere planeten.

De planeet zelf heeft veel weg van de Aarde maar is met een diameter van 12 duizend km een stuk kleiner. Hoewel er geen sprake is van plaattektoniek is er wel enig vulkanisme op het oppervlak. De kern bestaat uit een legering van ijzer en tin, maar omdat hij niet roteert heeft Venus geen eigen magnetisch veld.

Geladen deeltjes uit de zonnewind kunnen dus ongehinderd het oppervlak bereiken.

 

Aarde

AardeDe Aarde heeft een diameter van 13 duizend km en staat op een afstand van 150 miljoen km vanaf de Zon. Omdat de Aarde zich precies op de juiste plek bevindt kan er vloeibaar water voorkomen. Aangezien vloeibaar water een vereiste is voor het ontstaan van leven is de Aarde de enige planeet waar organismen voorkomen. Miljoenen jaren geleden hebben algen veel zuurstof in de atmosfeer gebracht. Dit zuurstof is zeer belangrijk geweest voor de ontwikkeling van hogere organismen zoals de mens. Op dit moment bestaat de atmosfeer uit 20% zuurstof, 79% stikstof en 1% andere gassen zoals kooldioxide, methaan en ozon.

Het magnetisch veld wordt veroorzaakt door de rotatie van de metalen kern. Deze bestaat uit een mengsel van ijzer en nikkel. Om de kern bevindt zich een dikke mantel van taai, half gesmolten gesteente. Op deze mantel drijft een dunne, vaste, korst. De korst is opgebouwd uit een aantal platen die langzaam ten opzichte van elkaar bewegen. Dit is de oorzaak van de meeste aardbevingen en vulkanen.

Maan                  

volle-maanDe aardse maan heeft een diameter van 3476 km is daarmee in verhouding tot de grootte van zijn planeet de grootste maan van het zonnestelsel. De Maan is in feite een grote rots die om de Aarde draait. Het oppervlak is bezaaid met inslagkraters en ‘stof zeeën’, waarvan de Zee der stilte de bekendste is. Dit is de plaats waar de Apollo 11 missie is geland.

Onderzoek aan maanstenen heeft duidelijk gemaakt dat de samenstelling van de Maan overeenkomt met die van de Aarde. De Aarde moet dus in het verleden plotseling een grote hoeveelheid materiaal hebben vrijgegeven. Om dit te verklaren zijn twee theorieën ontwikkeld. De eerste gaat uit van een enorme meteoriet inslag waarbij veel puin de ruimte in werd geslingerd. Dit puin is gaan samenklonteren tot de bol die we nu de Maan noemen. De tweede theorie gaat uit van een grote kernexplosie uit de kern van de Aarde. Deze explosie was zo hevig dat de Aarde de Maan als het ware uitbraakte.

 

Mars

Mars_hubble_(WinCE)Mars is genoemd naar de Romeinse god van de oorlog vanwege zijn rode kleur. Hij heeft een diameter van 6794 km en staat op een afstand van 230 miljoen km vanaf de Zon. De rode kleur wordt veroorzaakt door de grote hoeveelheid ijzer in de korst. Het oppervlak van Mars is als het ware verroest. Het oppervlak is bezaaid met kraters, diepe kloven en hoge bergen. Daarnaast zijn er in de Mars winter grote vlakten bedekt met droogijs (CO2-ijs). De hoogste berg is Olympus Mons met een hoogte van 25 km. Het is de grootste berg in het Zonnestelsel. Daarnaast bevinden zich op het oppervlak een aantal drooggevallen rivierbeddingen. Er is dus ooit vloeibaar water over het oppervlak van Mars gestroomd maar het is niet bekend hoe lang dat heeft geduurd. Tegenwoordig is er in de zomertijd sprake van een kleine hoeveelheid vloeibaar water. Dit water bevindt zich in een aantal ondergrondse modderstromen. Het water is erg zout en het is niet bekend waar het vandaan komt.

De kern van Mars bestaat uit een legering van ijzer en zwavel. De kern is vast zodat Mars geen magnetisch veld heeft. De atmosfeer staat daarom bloot aan een bombardement van geladen deeltjes uit de zon. Deze deeltjes kunnen moleculen uit de atmosfeer de ruimte in slingeren zodat de Mars atmosfeer zeer ijl is. De gemiddelde luchtdruk bedraagt ongeveer 750 pascal . Dit is minder dan 1% van die van de Aarde. Hij bestaat met name uit kooldioxide. Omdat Mars, net als de Aarde, gekanteld is ten opzichte van zijn baan kent Mars seizoenen. De gemiddelde temperatuur bedraagt

-68 °C maar kan in de wintertijd oplopen tot – 120 °C.

Manen                                                         

phobosdeimosMars heeft twee kleine manen, Phobos (angst) en Deimos (paniek). Ze zien er min of meer uit als een aardappel en bewegen zich opvallend dicht bij hun planeet. Waarschijnlijk zijn het ingevangen planetoïden.

 

Planetoïdengordel

planetoidenTussen Mars en Jupiter bevinden zich een groot aantal kleine en grote rotsblokken. Op dit moment zijn er 300 000 bekend maar het werkelijke aantal is veel groter. Ze zien er in het algemeen min of meer aardappelvormig uit en hebben afmetingen tussen 1 mm en 1000 km. Hun samenstelling bestaat uit ijs, steen, ijzer en nikkel. Met gebruik van primitieve telescopen zagen zij er uit als zwakke lichtpuntjes. Daarom werden ze astroïden (sterachtig) genoemd. Tegenwoordig staan ze bekend onder de correctere naam planetoïden.

Ze zijn aan het begin van het Zonnestelsel gevormd door een kleine planeet die uit elkaar gevallen is. Planetoïden die als meteoriet op Aarde vallen geven daarom veel inzicht in het ontstaan van planeten.

Grotere rotsen hebben zowel een nummer als een naam. De namen zijn afkomstig van mensen die belangrijk werk hebben geleverd op het gebied van cultuur en wetenschap. Zo zijn er planetoïden genoemd naar de Nederlandse natuurkundige Gerard ’t Hooft, de Franse uitvinder van het blindenschrift Louis Braille, de Nederlandse schrijfster Anne Frank en de Griekse componist Vangelis.

Ceres

ceresCeres is genoemd naar de Romeinse godin van de landbouw. Ze heeft een diameter van 974 km en staat op een afstand van 410 miljoen km vanaf de Zon. Ceres is een dwergplaneet die onderdeel uitmaakt van de planetoïden gordel. Ze is samengesteld uit een stenen kern met daaromheen een dikke ijslaag van 100 km dik. Onder deze ijslaag bevindt zich waarschijnlijk een oceaan van vloeibaar water.

 

Jupiter

jupiterJupiter is genoemd naar de Romeinse oppergod. Hij heeft een diameter van 143 duizend km en staat op een afstand van 778 miljoen km vanaf de Zon. Jupiter is de grootste planeet van het Zonnestelsel. In tegenstelling tot de vorige planeten is Jupiter een gas reus. Dit betekent dat hij een kleine vaste kern heeft met daaromheen een dikke atmosfeer van verschillende gassen.

De kern bestaat uit een mengsel van vloeibaar ijzer en nikkel. Daaromheen zit een dikke laag vloeibaar waterstof. Deze constructie zorgt voor een zeer groot magnetisch veld. De atmosfeer bestaat voor 90 % uit waterstof en voor 10% uit helium. Daarnaast komen er sporadisch andere gassen voor zoals methaan en ammoniak. Deze zorgen voor de karakteristieke gekleurde wolken . Op het oppervlak is een grote rode vlek te zien. Dit is een enorme orkaan die drie keer zo groot is als de Aarde.

Manen              

JupitermoonVanwege zijn grote zwaartekracht heeft Jupiter 63 grote en kleine manen. De grootste en bekendste manen zijn Io, Europa, Ganimedes en Callisto. Deze zijn alle ontdekt door Galileo Galilei waardoor ze bekend staan als de Manen van Galilei.

Van deze vier is Europa het interessants. Ze is genoemd naar een nimf die door Jupiter in de gedaante van een stier is geschaakt en naar het continent Europa gebracht. De maan heeft een diameter van 3 duizend km en een massa van 4,8×1022.

De oppervlaktetemperatuur is 85 K(-188 °C) tot 125 K (-148 °C). Europa heeft een zeer ijle atmosfeer die volledig uit zuurstof bestaat. Dit zuurstof heeft geen biologische oorsprong zoals op Aarde maar is het gevolg van ontleding van het waterijs tot zuurstof en waterstof onder invloed van de ultraviolette straling van de zon. De maan bestaat uit een kern van silicaten en ijzer. Daaromheen zit een dikke ijslaag. Er is een kleine hoeveelheid vulkanisme. Door de getijdekrachten van Jupiter wordt er veel energie in Europa gebracht. Daarom is er waarschijnlijk vloeibaar water aanwezig onder de ijslaag.

 

Saturnus

saturnusSaturnus is genoemd naar de Romeinse god van de landbouw. Hij heeft een diameter van 120 duizend km en staat op een afstand van 1,4 miljard km vanaf de Zon. Net als Jupiter is het een gas reus. Vanwege de geringe rotatietijd van iets meer dan 10 uur is de planeet sterk afgeplat aan de polen.

De samenstelling van Saturnus is vergelijkbaar met die van andere gasreuzen. Hij heeft een kleine rotsachtige kern met daaromheen een laag vloeibaar waterstof. Daaromheen zit een zeer dikke atmosfeer die voor 97% uit waterstof en voor 3% uit helium bestaat Daarnaast komen er nog een paar gassen zoals methaan en ammoniak voor die verantwoordelijk zijn voor de lichtbruine kleur. Net als bij Jupiter komen er op het oppervlak veel coriolis stormen voor.

Ringen

Het opvallendste kenmerk van Saturnus zijn de ringen. Ze zijn opgebouwd uit een aantal dunne ringen waartussen lege ruimte zit. Elke ring is een paar duizend km breed, maar slechts 20 meter diep. Ze bestaan uit ijs en, stof en stenen die afkomstig zijn uit meteorieten en kometen.

Manen               

Saturnus heeft 65 manen waarvan Titan de bekendste is. Deze maan heeft een gemiddelde diameter van 5 duizend km. Hij draait in ongeveer 15 dagen om Saturnus. Hoewel Titan iets groter is dan Mercurius is de massa aanzienlijk kleiner. Dit wordt veroorzaakt door de grote ijslaag rond de maan. Dit ijs bestaat uit waterijs vermengd met ammoniak. Onder deze ijslaag bevindt zich een laag vloeistof van hetzelfde mengsel. Onder deze oceaan zit een kern van verschillende mineralen. Titan heeft ook een atmosfeer die bestaat uit stikstof en methaan. In de atmosfeer komen winden van 400 km/ uur voor en aan de polen regens van methaan. Zij vormen enorme meren die tot de grootste van het zonnestelsel behoren.

 

Uranus

uranusUranus is genoemd naar de Griekse god van de hemel. Hij heeft een diameter van 51 duizend km en staat op een afstand van 2,9 miljard km vanaf de Zon. Net als Jupiter en Saturnus is het een gas reus. Hij draait in slechts 17 uur om zijn as. In tegenstelling tot andere planeten ligt de draai as horizontaal ten opzichte van de Zon. Deze afwijking is waarschijnlijk veroorzaakt door een inslag van een zeer grote planetoïde.

Door de grote afstand tot de Zon is de oppervlaktetemperatuur gemiddeld -211°C.

De kern bestaat uit ijzer en nikkel, vermengd met gesteente. Om de kern zit een mantel van vloeibaar water, vermengd met ammoniak en methaan. De beweging van dit mengsel zorgt voor het magnetisch veld van Uranus. De atmosfeer bestaat voor 85% uit waterstof en voor 15% uit helium en nog enkele spoorgassen zoals methaan en ammoniak.

De blauwgroene kleur van de planeet wordt veroorzaakt door de aanwezigheid van methaan in de atmosfeer.

Manen

Uranus heeft 27 manen. Een deel hiervan is genoemd naar personages uit de toneelstukken van William Shakespeare terwijl andere zijn genoemd naar personages uit het gedicht The rape of the lock van Alexander Pope. Net als alle gasreuzen heeft Uranus ook enkele ringen maar die zijn niet zo duidelijk als die van Saturnus.

 

Neptunus

neptunusNeptunus is genoemd naar de Romeinse god van de Zee vanwege zijn diepblauwe kleur.

Hij heeft een diameter van 49 duizend km en staat op een afstand van 4,5 miljard km vanaf de Zon. Net als zijn vorige drie planeten is het een gas reus. Neptunes is zeer koud. De oppervlaktetemperatuur bedraagt slechts -119 °C. Hij draait in ongeveer 16 uur om zijn as. Deze snelle rotatie zorgt voor zeer sterke coriolis stormen aan het oppervlak van de planeet met windsnelheden van 900 km/uur.

Neptunes lijkt qua samenstelling erg op Uranus. Hij heeft ook een kleine kern die bestaat uit ijzer, nikkel en gesteente die omgeven is door een mantel van vloeibaar water, ammoniak en methaan. Ook de atmosfeer komt sterk overeen met een samenstelling van 80% waterstof, 19% helium en 1 % methaan. Dit methaan is verantwoordelijk voor de blauwe kleur.

Manen                                

Voor zover bekend heeft Neptunes 14 manen. De grootste maan is Triton, genoemd naar de dienaar van Neptunes. Met een temperatuur van -237 °C is hij het koudste hemellichaam van het Zonnestelsel.

Een andere bijzonderheid van Triton is dat hij in tegenovergestelde richting van alle andere manen om zijn planeet draait.

Ringen

Naast zijn manen heeft Neptunes ook enkele rudimentaire ringen. Deze dragen de naam Liberté, Egalité, Fraternité en Courage.

 

Kuipergordel

kuipergordelDe Kuipergordel is genoemd naar zijn ontdekker, de Nederlandse astronoom Gerard Kuiper (1905 – 1973). De gordel bestaat uit een verzameling van miljarden kometen van 100 m tot meer dan 1000 km. Ze bewegen zich in een langzame baan om de Zon op een afstand van 30 tot 50 AE (astronomische eenheid, gedefinieerd als de afstand van de Aarde tot de Zon). Door de zwaartekracht van Neptunes en Uranus hebben sommige kometen zeer elliptische banen. Sommige kunnen diep in het Zonnestelsel doordringen. Door de warmte van de Zon kan een deel van het aanwezige ijs smelten. Door de zonnewind wordt het gevormde water samen met stofdeeltjes uit de komeet geblazen. De hierdoor ontstane staart is vaak zeer goed waar te nemen vanaf de Aarde. De bekendste komeet is de komeet van Halley die elke 75 jaar terug komt.

Eris

erisEris is genoemd naar de Griekse godin van de twist. Het is het grootste object van de Kuipergordel. De diameter bedraagt 2400 km en staat op een afstand van gemiddeld 68 AE van de Zon. Eris bestaat voornamelijk uit methaanijs. Als ze dichter bij de Zon komt verdampt een deel van dit methaan om later weer neer te slaan.

Maan

Eris heeft ook een klein maantje, Dysnomia, genoemd naar de dochter van Eris. Dit maantje heeft een diameter van slechts 240 km.

Haumea

haumeaHaumea is genoemd naar de Hawaïaanse godin van de vruchtbaarheid. De gemiddelde diameter bedraagt 1050 km en ze staat op ongeveer 53 AE van de Zon. Vanwege haar korte rotatietijd van 3,5 uur is Haumea eivormig.

Manen

Haumea heeft twee manen, Hi’iaka en Namaka, Beide genoemd naar de dochters van Haumea.

Makemake

makemakeMakemake is genoemd naar de schepper van de mensheid uit de cultuur van Paaseiland. De diameter bedraagt 1500 km en hij staat op een afstand van 46 AE van de Zon. Makemake bestaat vooral uit bevroren methaan, stikstof en koolmonoxide. Voor zover bekend heeft hij geen manen.

 

Pluto

plutoPluto is genoemd naar de Romeinse god van de onderwereld. De diameter bedraagt 2370 km en staat op een afstand van gemiddeld 39,5 AE van de Zon. De baan is zo excentrisch dat Pluto zich regelmatig binnen de baan van Neptunes bevindt. De oppervlaktetemperatuur bedraagt-229 °C.

Pluto bestaat uit een kern van gesteente met daaromheen een dikke ijslaag. Het oppervlak kenmerkt zich door valleien, stikstofgletsjers en meren van vloeibare stikstof. De zeer ijle atmosfeer heeft een druk van 1,5 microbar en is samengesteld uit stikstof en methaan. Als Pluto ver van de Zon staat bevriest de atmosfeer om later in het Pluto jaar weer te verschijnen.

Manen              

Pluto heeft vijf manen met de namen Charon, Nix, Hydra, Kerberus en Styx. Al deze namen zijn afkomstig uit de onderwereld van de Griekse mythologie. Charon is, met een diameter van 1208 km de grootste maan.

De naam is afkomstig van de veerman die dode zielen overzette over de Styx, de grens van de onderwereld. Hij bestaat voornamelijk uit waterijs met aan het oppervlak af en toe een meertje van ammoniak, veroorzaakt door vulkanisme. De polen zijn zeer koud (-258°C tot -213°C) zodat er rijping van stikstof en methaan optreedt.

 

Oortwolk

oortwolkHet bestaan van de Oortwolk is een hypothese van de Nederlandse astronoom Jan Hendrik Oort (1900 -1992). Het is een zeer verafgelegen wolk van miljoenen kometen die op een afstand van 3000 tot 100 000 AE Om de Zon draaien. Een enkele keer wordt één van de kometen ingevangen in het zwaartekrachtsveld van de Zon zodat hij korte tijd zichtbaar wordt vanaf de Aarde. Daarna verdwijnt hij voorgoed.

 

Sedna

SednaSedna is genoemd naar de godin van de zee van de Iniut. Ze heeft een diameter van 1800 km en staat op ongeveer 88 AE vanaf de Zon. De afkomst van de dwergplaneet is niet helemaal zeker. Ze staat te dichtbij om lid te zijn van de oortwolk (of de Oortwolk staat dichterbij dan gedacht). Een het is ook mogelijk dat ze uit een plek buiten het Zonnestelsel afkomstig is.

Omdat Sedna zo ver weg staat is ze pas in 2003 ontdekt. Hierdoor is het nog niet goed bekend wat de samenstelling van de dwergplaneet is.

4        Geschiedenis

4.1      Oudheid

In de loop van de geschiedenis hebben vele volken met ontzag en bewondering naar de hemel opgekeken. Uit de patronen die de sterren maakten ontdekte men figuren uit hun mythologie. Ook ontdekte natuurfilosofen uit Egypte en Griekenland dat sommige “sterren” van plaats veranderden. Astrologen maakten ingewikkelde tabellen waarmee de beweging van deze dwaalsterren konden worden berekend. Op die manier poogden astrologen belangrijke gebeurtenissen op Aarde te voorspellen.

Het leek voor de hand te liggen dat de Aarde bestaat uit een platte schijf met daaromheen een koepel waarin de hemellichamen zich bevinden.

De eerste persoon die een meer wetenschappelijk model van het Zonnestelsel ontwikkelde was de Griekse filosoof Aristoteles (384 v.Chr. – 322 v.Chr.). Hij geloofde in een bolvormige Aarde met daarboven een aantal sfeerlagen waarin de planeten, de Zon en de Maan bewogen. Volgens de visie van Aristoteles hadden de hemellichaam elk hun eigen sfeer. In de buitenste sfeer bevinden zich de vaste sterren. Boven al deze sferen zit God als een onbewogen beweger.

Het model van Aristoteles kon echter niet verklaren waarom planeten soms zeer vreemde bewegingen maken. Voor een waarnemer op Aarde veranderen de planeten steeds van snelheid en richting. Honderden jaren later kwam de Egyptische wetenschapper Claudius Ptolemaeus (87 – 150) met een meer wiskundig model. Vanwege religieuze overwegingen plaatst hij de Aarde nog steeds in het midden van het Zonnestelsel. De planeten bevinden zich in verschillende banen om de Aarde. Om de waargenomen beweging te verklaren dacht Ptolemaeus dat de planeten met enige regelmaat een kleine cirkelbeweging uitvoeren. Dit worden epicykels genoemd.

4.2       De moderne tijd

Omdat het planetenmodel van Ptolemaeus ruim voldoende ruimte bood voor zowel de Hemel als de Hel werd dit model door de katholieke kerk in de middeleeuwen voor waar aangenomen. Pas in 1543 kwam de Poolse monnik Nicolaas Copernicus (1473- 1543) met zijn publicatie van revolutionibus orbium coelestium met een alternatief. In deze verhandeling speculeerde hij als eerste over het bestaan van een heliocentrisch wereldbeeld, dat wil zeggen dat de Zon het middelpunt van het zonnestelsel is. In het Copernicaanse model draaien de planeten in perfecte cirkelbanen om de Zon met 48 epicykels om daarmee de waargenomen plaats te corrigeren.

Het voorgaande model had echter nogal wat bezwaren, zowel fysisch als filosofisch. Het bevatte meer epicyrkels en kon het niet verklaren dat Venus geen schijngestalten liet zien (na de uitvinding van de telescoop is dit verschijnsel wel degelijk waargenomen). Daarnaast ging het model rechtstreeks in tegen de visie van Aristoteles en Ptolemaeus die de officiële leer van de katholieke kerk was.

De Italiaanse natuurkundige Galileo Galilei (1564 – 1642) kreeg een telescoop in handen. Deze was in 1608 uitgevonden door de Nederlandse Sacharias Jansen (1585 – 1632). Nadat Galilei deze primitieve kijker sterk verbeterde richtte hij hem op de hemel. Op deze manier deed hij een groot aantal belangrijke ontdekkingen. Hij ontdekte bijvoorbeeld dat de planeten geen punten zijn, maar bollen met een bepaalde diameter. Daarnaast zag hij dat Mercurius en Venus schijngestalten hebben. Toen Galilei zijn telescoop op Jupiter richtte zag hij dat rond deze planeet 4 kleine stippen zaten. Hij onderkende dat dit manen moesten zijn. Ten slotte ontdekte hij de ringen van Saturnus, hoewel hij die voor ‘oren’ aanzag. De Nederlandse fysicus Christiaan Huygens (1629 – 1695) gaf de juiste interpretatie. Daarnaast ontdekte hij de Saturnusmaan Titan.

Door al deze waarnemingen raakte Galilei overtuigd van de juistheid van het model van Copernicus. In 1632 publiceerde hij zijn 3Dialogos waarin hij dit standpunt naar voren bracht. Vanwege zijn tegendraadse standpunten werd Galilei door de inquisitie gedwongen zijn denkbeelden officieel terug te nemen. Uiteindelijk werd hij veroordeeld tot levenslang huisarrest.

Ongeveer tegelijkertijd bouwde de Deense astronoom Tycho Brahe (1546 – 1601) een enorm observatorium vol met grote sextanten en zeer nauwkeurige klokken. Hiermee bepaalde hij de positie van een goot aantal hemellichamen. Deze schat aan gegevens werd door zijn leerling Johannes Kepler (1571 – 1630) verwerkt tot een aantal wiskundige formules. Hieruit bleek ontegenzeggelijk dat het heliocentrisch wereldbeeld klopt. Daarnaast volgde uit deze berekeningen dat de hemellichamen van het zonnestelsel ellipsvormige banen hebben. Dit was in tegenspraak met de visie van Copernicus en Galilei die uitgingen van cirkelbanen. Ellipsbanen hebben echter als voordeel dat er geen epicykels nodig zijn om te corrigeren voor de waargenomen posities.

Hoewel de wetten van Kepler uitstekende voorspellende waarde hebben zijn ze slechts numeriek verkregen formules zonder fysische onderbouwing. Deze werd pas geleverd door de Britse natuurkundige Isaac Newton (1643 – 1727). Hij formuleerde een algemene zwaartekrachtwet die het verband legde tussen vallende voorwerpen op Aarde en de banen van hemellichamen. Hij postuleerde een eenvoudige wet die stelde dat de zwaartekracht omgekeerd evenredig is met het kwadraat van de afstand. In formulevorm:

Hierbij is Fz de zwaartekracht, m1 en m2 de massa’s, r de afstand en G de gravitatieconstante met een waarde van 6,6×1011. 

In 1690 ontdekte de Engelse astronoom John Flansteed (1646-1719) de planeet Uranus, hoewel hij hem voor een ster aanzag. Zijn landgenoot William Herschel (1738-1822) ontdekte later de ware aard van dit nieuwe object. De Fransman Alexis Bouvard (1767-1843) ontdekte een kleine afwijking van de baan van Uranus. Dit kon alleen maar verklaard worden door de aanwezigheid van een nieuwe planeet. Deze werd in 1846 door Johann Galle (1812 – 1910) en Heinrich d ‘Arrest (1822 – 1875) ontdekt. Deze nieuwe planeet kreeg uiteindelijk de naam Neptunes.

Uit observaties van Neptunus door Percival Lowell (1855 – 1916) bleek ook deze planeet een kleine afwijking in zijn baan had.

De Amerikaanse astronoom Clyde William Tombaugh (1906 – 1997) bestudeerde zijn gegevens en in 1930 ontdekte hij Pluto. Tot 2006 werd Pluto beschouwd als de negende planeet, maar de internationale conferentie van astronomen van 2006 heeft Pluto gedegradeerd tot dwergplaneet.

4.3       Het ruimtevaart tijdperk

Toen het ruimtevaartprogramma vanaf circa 1970 op gang kwam zijn er zeer veel onbemande ruimtevaartuigen naar de verschillende hemellichamen gestuurd. Zij zorgden niet alleen voor een schat aan gegevens maar leverde ook schitterende foto’s op. De eerste ruimtevaartuigen die het zonnestelsel verkende waren Voyager 1 en 2 van de NASA. Tegenwoordig zijn moderne verkenners in staat om te landen op manen van andere planeten zoals de Huygenscapsule die op de Saturnus maan Titan is geland. Op 12 november 2014 landde de ruimtesonde Philae zelfs op een komeet. . 

 

5        Verklarende woordenlijst

 

AE: Astronomische eenheid. Gedefinieerd als de gemiddelde afstand tot de Zon en de Aarde, ongeveer 150 miljoen km

Atmosfeer: Laag van gassen die rond een planeet, dwergplaneet of maan hangt.waarde is

Dwergplaneet: Een object dat rond een ster draait dat zwaar genoeg is om door zijn eigen zwaartekracht een bolvorm is, maar te licht om zijn omgeving ‘schoon ‘te vegen.

Gasreus: Planeet die bestaat uit een kleine rots kern met daaromheen een zeer grote atmosfeer .

Geocentrisch wereldbeeld: model van het Zonnestelsel die de Aarde in het middelpunt plaatst.

Heliocentrisch wereldbeeld: Model van het Zonnestelsel die de Zon in het midden plaatst.

Komeet: Stukken rots en ijs die rond een ster bewegen. Als zij dicht bij een ster komen smelt een deel van de komeet en wordt door de zonnewind weggeblazen. Hierdoor onstaat een lange, ijle staart die vanaf de Aarde goed zichtbaar is.

Maan: Object dat een baan rond een planeet of dwergplaneet beschrijft.

Planeet: Een object dat rond een ster draait en zwaar genoeg is om door zijn eigen zwaartekracht een bolvorm te krijgen. Daarnaast moet een planeet zwaar genoeg zijn om zijn omgeving ‘schoon’ te vegen.

Planetoïde: Grote en kleine rotsblokken die tussen Mars en Jupiter in banen om de Zon bewegen.

Zonnevlammen: uitbarstingen van het oppervlak van de Zon die een enorme hoeveelheid straling en materie de ruimte in slingeren.

Zonnewind: stroom van geladen deeltjes uit de Zon.