Afstanden binnen ons Zonnestelsel - Onvoorstelbaar en onbegrijpelijk?

Door Edwin Bruinooge gepubliceerd in Wetenschap en onderwijs

Hoe groot is de afstand van de Aarde tot de Zon? Of tot Pluto? En waar ligt de dichtstbijzijnde ster? Hoe maak ik dit duidelijk? Beeldend, de enige manier.

Afstanden binnen ons Zonnestelsel – Onvoorstelbaar en onbegrijpelijk?

 

Een jongetje ontdekt ruimtevaart

Ik kan me het nog vaag herinneren, de zwart-wit beelden uit mijn jeugd. Vaak was ik boos, wanneer er weer kinderprogramma’s moesten wijken. Was het niet voor schaatsen, dan wel voor die astronauten, die alweer naar de Maan moesten. Wat was daar nou zo bijzonder aan? Het was toch gewoon hetzelfde als vliegen, maar dan iets verder?
Ik werd ietsje ouder en begon het toch interessant te vinden. Ik had op de ZDF ‘Raumschiff Enterprise’ ontdekt en ook de maanlanding van de Apollo 14, met dat leuke maanautootje, begon ik geboeid te volgen.

Een foto van de Aarde, gezien vanaf de Maan, greep me aan en prikkelde mijn fantasie. Dit wilde ik ook meemaken! Het leek me geweldig, vliegen door de ruimte. Gewichtloos zijn, andere planeten ontdekken. Werelden met vreemde wezens, waar bomen en gras paars waren en niet groen. Waar de intelligente wezens communiceerden met kleuren en niet met geluid..Ik verzon werelden, tekende landkaarten en dacht na hoe het zou zijn als ze hier op Aarde landden. De ruimte was zo zo groot, het kon toch niet zo zijn dat wij de enigen waren? Maar waar bleven ze dan?

Afstanden binnen ons Zonnestelsel - Hoe ver is ver?

Mijn vader is goed in natuur- en wiskunde. Hij kon het me prima uitleggen, maar gooide met zijn uitleg ook een aantal illusies aan scherven. Die vermaledijde lichtsnelheid! De energie die nodig is om een ruimteschip zoveel te versnellen dat het ook maar een beetje in de buurt komt. De afstanden tussen planeten en sterren. Het was toch allemaal wat groter dan ik dacht. En veel groter dan ik in SF-films zag. Want zowel in Star Trek als Star Wars lijkt het alsof planeten en sterren dichtbij elkaar staan. Maar de werkelijkheid laat iets heel anders zien.
En nu heb ik een zoontje dat bijna dezelfde interesses heeft als zijn vader. Er is bijna niets zo mooi als een open geest de wonderen van de natuur te laten zien en voelen. In dit artikel heb ik geprobeerd om de onderlinge grootte van diverse hemellichamen in beeldende taal duidelijk te maken. En nu? Nu wil ik hetzelfde doen met onderlinge afstand.

Het “Duizend Stappen”-model van Guy Ottewell

De Amerikaanse astronoom Guy Ottewell heeft dit in 1989 op schitterende manier gedaan. Zijn uitleg heet de “The Thousand Yard Model, or, the Earth as a pepperkorn.” Het is een lesmodel, met bijbehorend boekje, dat populair is op Amerikaanse scholen. Omdat het beeldend is en goed uit te voeren als buitenactiviteit. Weten jullie het nog? Buitenactiviteiten in onze schooljaren, daar konden we toch niet genoeg van krijgen? Ik neem jullie ook mee, in gedachten dan. We moeten naar een grote open plek. Als het mooi weer is, denk ik aan het strand. Scheveningen of Kijkduin. Gaan jullie mee?

Het Zonnestelsel op schaal

Wat we nodig hebben is een zon en negen planeten, maar dan wel op schaal, in de juiste onderlinge verhoudingen. Sommigen van jullie weten het wellicht; de planeet Pluto is zijn status als 'planeet' kwijtgeraakt. Maar dat gebeurde na de ontwikkeling van dit model. Om die reden neem ik hem toch nog mee.
We nemen voor de Zon een bowlingbal. Voor de kleinere planeten pakken we de kop van een kopspeld. Erg klein, maar nog wel goed vast te houden. Voor iets grotere planeten gebruiken we peperkorrels. De grote planeten stellen we voor in de vorm van diverse noten. En dan blijkt dat de onderlinge verschillen in grootte aardig kloppen. Ons materiaal is dus het volgende:

  • Zon, een bowlingbal
  • Mercurius, kop van een kopspeld
  • Venus, een peperkorrel
  • Aarde en Maan, een peperkorrel en een kop van een kopspeld
  • Mars, kop van een kopspeld
  • Jupiter, een flinke walnoot
  • Saturnus, een hazelnoot
  • Uranus, een koffieboon of een pinda
  • Neptunus, een koffieboon of een pinda
  • Pluto, een kop van een kopspeld

En nu gaan we aan de slag. We leggen de Zon neer en lopen net zo ver weg totdat we op schaal bij Mercurius zijn aanbeland. Mercurius is de planeet die het dichtst bij de Zon staat. Het blijkt dat we tien flinke stappen van een meter moeten nemen.
De volgende planeet is Venus. Acht flinke stappen verder mogen we het peperkorreltje neerleggen.
Dan komt onze Aarde. Nog eens zeven stappen. Dus 25 stappen verwijderd van de Zon. Ongeveer de lengte van een gemiddeld zwembad. Een bowlingbal en een peperkorreltje. De Maan leggen we op 6,5 centimeter van het peperkorreltje waar wij wonen.
Op naar de volgende planeet: Mars, de rode planeet. War of the Worlds, kleine groene mannetjes. Arnold Schwarzenegger in Total Recall. Dertien extra stappen.
Dan op bezoek bij de grootste planeet van ons Zonnestelsel, Jupiter. Dat is even schrikken. We moeten maar liefst 92 stappen zetten!

Dan Saturnus, de planeet met zijn mooie ringen. Maar liefst 108 stappen verder.
De volgende is Uranus, officieel ontdekt in 1781. We lopen nu wel heel ver weg van Saturnus – en dus ook van onze bowlende Zon – want we zijn pas na 240 stappen klaar. Meer dan twee voetbalvelden.
Dan Neptunus, ontdekt in 1841. Een stevige 271 stappen verder. Dan mogen we het koffieboontje neerleggen.
Als laatste leggen een kopje van een kopspeld neer, dat Pluto moet voorstellen. Na nog eens 234 stappen te hebben gezet.
En nu kijken we vanaf dit kopspeldje naar de Zon als bowlingbal. Die blijkt nu op bijna één kilometer afstand te liggen. Ongeveer de afstand die een normaal lopende persoon in twaalf minuten kan afleggen.

We hebben dus nu een strand met een bowlingbal, wat nootjes, peperkorrels en kopjes van spelden. Uiteraard heb ik ze op blokken hout geplakt, anders zouden ze wegwaaien. Behalve de Zon natuurlijk. Ook ben ik zo aardig geweest om ze fluorescerend knalpimpelpaars te verven, zodat ze goed opvallen in het zand. Want nu komt de volgende grap…
 

Zoekt en Gij zult vinden

Kent u dat? Een dagje aan het strand met het hele gezin. De avond begint te vallen en iedereen maakt zich op om naar huis te gaan of ergens wat te drinken en eten. En bij de auto kom je er achter dat de autosleutels nog op het strand liggen. Paniek? Rustig blijven, gewoon teruggaan naar het nu lege strand en zoeken. Je weet toch nog waar je lag? Daar ergens tussen die twee Duitse kuilen? Het was toch bij die ene strandtent? Welke? Die met die blauwe parasols! Jullie mannen letten ook nooit op dat soort dingen!
En wij gaan nu hetzelfde doen. Die bowlingbal moeten we toch het snelst kunnen vinden. De andere objecten zijn natuurlijk een stuk kleiner dan autosleutels, maar ik was toch zo lief om ze een heel opvallend kleurtje te geven? Hoe lang denken jullie dat we hierover zullen doen? Ik vermoed dat het vies tegen zal vallen.

Ons Zonnestelsel - Een grote leegte?

Ik hoop dat het jullie volkomen duidelijk is. Ons Zonnestelsel lijkt op een bijzonder grote leegte, met hier een daar een nootje of peperkorrel. Maar dat is niet het hele verhaal. Als je ’s nachts naar een hele heldere sterrenhemel kijkt, ver van de bewoonde wereld, zodat je geen ‘lichtvervuiling’ hebt, zie je vast en zeker een paar keer een ‘vallende ster’. We weten wat dit zijn: stukken steen of ijs, die door de ruimte zweven, aangetrokken worden door de zwaartekracht van de Aarde en dan in de atmosfeer opbranden.  Als er dan zoveel vallende sterren zijn, die in staat zijn om in de bijzonder wijde omtrek dat ene minuscule peperkorreltje te vinden, wat betekent dit dan? Dat ons Zonnestelsel vergeven is van vele miljarden aan dit soort steentjes? Exact!

Het beeld wat ik heb geschetst van ons Zonnestelsel is nog niet af. Tussen Mars en Jupiter bevindt zich de asteroïdengordel, een grote verzameling rotsblokken, waarschijnlijk afkomstig van een vernietigde planeet of nooit in staat geweest een zelfstandige planeet te vormen. En verder weg dan Pluto bevinden zich de Kuiper-gordel en de Van Oort-wolk, bestaand uit grote hoeveelheden gruis, steentjes en ijs, met hier en daar grotere objecten, die ooit misschien de status ‘planeet’ krijgen. Men vermoedt dat kometen van oorsprong uit die Van Oort-wolk komen. In 2003 vonden astronomen een groot object in de Van Oort-wolk; ze gaven het de naam Sedna, naar een Eskimo-godin. Voor zover ik weet is Sedna het verst verwijderde hemellichaam in ons Zonnestelsel dat een naam heeft gekregen. Vanaf de Aarde gerekend ligt Sedna drie keer zo ver als Pluto. In ons Duizend Stappen Model dus op 3 kilometer afstand van de bowlingbal. Meer dan een half uur lopen.

De Zon, gezien vanaf Sedna

Afstanden binnen ons Zonnestelsel - Lichtsnelheid en lichtjaren

Kunnen jullie het nog volgen? Kan je er iets bij voorstellen? Want dan ga ik nog even door. Iedereen heeft wel eens over ‘lichtjaren’ gehoord. En de meesten weten ook dat het niets met tijd te maken heeft, maar dat het juist een afstand aangeeft: de afstand dat licht in een jaar tijd aflegt. Licht heeft een snelheid van 300.000 kilometer per seconde. Sneller gaan is niet mogelijk; het is voor zover we weten de ultieme snelheid in ons Universum. Een lichtjaar is ongeveer gelijk aan 10 biljoen kilometer. En ik kan me daar niets bij voorstellen. Een 1 met 16 nullen voor de komma. Maar als ik dat nou vertaal naar ons Model? Hoe ver moet ik bij onze bowlingbal op Kijkduin weglopen om 1 lichtjaar uit te beelden? Ga je mee? Naar Pristina, in Kosovo? 1600 kilometer verderop? 

 

Duizelingwekkende afstanden

Hoe ver is de dichtstbijzijnde ster? Dat weten we. De ster heet Proxima Centauri en staat ongeveer 4,2 lichtjaar van de Zon. Als wij nog steeds onze bowlingbal in Kijkduin Zon noemen, leg ik de bowlingbal die ik uitscheld voor Proxima Centauri wel in Nairobi, in Kenia. Kijk maar eens in een atlas hoe ver Den Haag en Nairobi uit elkaar liggen en probeer je dan voor te stellen dat we het hebben over twee bowlingballen! Hoe groot is de kans dat die twee ballen elkaar ooit tegenkomen?
En hoe zit het dan met onze Melkweg en andere melkwegstelsels? Hier laat ons model ons in de steek. Dit is niet meer op Aarde aan te geven. Dan moet het maar even anders. Hoe is jullie tijdsbesef?

Lichtseconden, lichturen en een autosnelweg

De Aarde en de Maan hebben een afstand van 1,3 lichtseconden. Licht, TV-en radiogolven, afkomstig vanaf de Maan, bereiken ons dus pas 1,3 seconden later. We kennen dit verschijnsel, niet alleen door gesprekken van de NASA met astronauten. Ook als via de TV direct gesproken wordt met een correspondent in Argentinië, merken we dat er een soort van vertraging zit tussen vraag en antwoord. Een grotere vertraging dan een normale denkpauze. Dat komt omdat onze signalen via satellieten gaan, dus via de ruimte en daarbij een grote afstand afleggen. En dat kost tijd.
Als er een ruimteschip in de buurt van de Zon ons een bericht stuurt, duurt het acht minuten en 20 seconden voordat wij het kunnen horen. Mocht de Zon morgenochtend zin hebben om ineens knalgroen te worden, zien wij dit pas na meer dan acht minuten.
Stel nou eens dat wij een bemand ruimteschip sturen naar Neptunus. Maar er gaat iets gruwelijk mis en ze hebben onze hulp nodig. Hun noodkreet horen wij pas na acht uur. En zij onze oplossing weer acht uur later. Lijkt je dat wat, zestien uur wachten op antwoord? En dan maar hopen dat het meer is dan: “Kun je het even herhalen, je bent slecht te verstaan.” Een ruimteschip in de buurt van Proxima Centauri? We weten pas vier jaar later of het er aangekomen is.

Herinneren jullie de autosnelweg nog, uit mijn vorige artikel? Een snelweg van de Aarde naar de Zon. Auto op cruise control, 100 kilometer per uur. En dan 171 jaar slapen. Dat is de tijd die nodig is om op tijd aan te komen. Met andere woorden, als de auto vandaag aankomt, is hij vertrokken in het jaar 1844. Het jaar waarin Friedrich Nietzsche werd geboren. Het jaar waarin Samuel Morse het eerste telegraafbericht verzendt. Het jaar waarin het Ottomaanse Rijk een verdrag ondertekent dat Joden het recht geeft zich te vestigen in het Heilige Land. Er is nog steeds slavernij in Amerika en in Nederland.

Samuel Morse

Klopt dit beeld? Nee, natuurlijk niet! Als de baan van de Aarde om de Zon een perfecte cirkel was, zou het kunnen kloppen; dan is de afstand tussen Aarde en Zon altijd gelijk. Maar de baan van de Aarde is een ellips: soms staan we dichter bij de Zon dan een paar maanden later. Dat maakt behoorlijk wat uit als je zo’n autosnelweg bouwt. Maar als je uitgaat van de gemiddelde afstand, klopt het weer aardig.
En als we nou denkbeeldige snelwegen bouwen naar de andere planeten? Dat is lastig. De Aarde en al haar zusjes en broertjes draaien gezellig om de Zon, maar wel in een eigen baan. Soms staat een planeet dicht bij de Aarde, soms is hij compleet aan de andere kant van de Zon. Scheelt aardig wat in afstand. Mars is soms “maar” 60 miljoen kilometer van ons verwijderd. Op andere momenten toch een slordige 380 miljoen kilometer. Dat verklaart meteen waarom we niet elk jaar een missie naar Mars sturen. Dat doen we alleen als Mars relatief dicht bij ons staat.
Laten we het niet al te ingewikkeld maken; we gaan gewoon uit van een gemiddelde afstand. Voor Mars is dat 230 miljoen kilometer.

Benjamin Franklin

Als we vandaag op Mars aankomen, zijn we gestart in het jaar 1752. We hebben 263 jaar gereisd en geslapen. We gingen van huis in het jaar waarin Benjamin Franklin bewees dat bliksem een vorm van elektriciteit is. Florida was nog een Spaanse kolonie. George Washington was net 20 jaar oud.

En als we vandaag op Jupiter aankomen? Dan zijn wij vertrokken in het jaar 1255. Amerika was nog niet ontdekt. In West-Europa waren alle christenen weer katholiek; het laatste bolwerk van de volgens de katholieke kerk ketterse Catharen viel dit jaar. De Zevende Kruistocht was net afgelopen. De gotische bouwstijl kwam in Frankrijk tot bloei. Dzjenghis Khan was net 30 jaar dood. 

Als we vandaag op Saturnus aankomen? Dan zijn wij vertrokken in het jaar 359. Het Romeinse Rijk bestond nog. Een van de grote kerkvaders van het christendom, Augustinus, was nu een kleuter.

We komen vandaag aan op Pluto. Dat betekent dat wij zijn vertrokken in het jaar 4720 voor Christus. Onze reis heeft meer dan 6700 jaar geduurd. Toen wij vertrokken, was de Aarde en de beschaving heel anders dan nu. De grote piramides hebben wij niet meegemaakt; die werden pas meer dan 2000 jaar na ons vertrek gebouwd. Tijdens onze reis zijn beschavingen opgestaan en weer ondergegaan. Wij vertokken toen misschien net de eerste paarden werden getemd en de landbouw was ontdekt. Koper werd al bewerkt, maar brons moest nog worden uitgevonden. Europa was nog bedekt met een groot oerbos.

Afstanden buiten ons Zonnestelsel - Hoe nu verder?

Onze Melkweg bevat ongeveer 400 miljard sterren. Onvoorstelbaar getal. Of toch niet? Neem biljetten van 100 Euro. Stapel ze op elkaar. Hoe hoog is een stapel van 400 miljard Euro? Schrik niet…als je die toren omvergooit, komt het topje neer, net buiten Parijs.
De verst van ons verwijderde sterren in de Melkweg liggen op ongeveer 100.000 lichtjaren afstand. Het licht wat we vandaag zien, is dus al 100.000 jaar onderweg. Het werd uitgezonden toen de eerste ‘echte’ mensen, onze soort Homo sapiens sapiens, ergens in Afrika ontstond.
En onze Melkweg is niet uniek, maar dat weten we pas sinds de jaren ’20 van de vorige eeuw, toen de astronoom Edwin Hubble voor het eerst andere melkwegstelsels waarnam en besefte wat dit betekende. Nu weten we dat er miljarden zijn. En het licht dat we van sommige zien, is langer onderweg geweest dan de Aarde bestaat.

Afstanden in ons Universum - Filosofisch eindigen?

In dat prachtige Universum van ons zijn meer sterren dan er zandkorrels zijn op alle stranden van onze Aarde.
Wat betekent dit nou allemaal? Ik heb er laatst als atheïst nog over gesproken met gelovige christenen. Christenen die wel accepteren dat de Aarde miljarden jaren oud is en ook geen probleem hebben met evolutie. Maar wel met het volgende. Wij mensen zijn de kroon op de Schepping en geschapen naar Gods evenbeeld. Maar ook zij hadden dan moeite om te zien wat Gods bedoeling kon zijn met de immensiteit van het Heelal; de theologie heeft hier volkomen stilgestaan en verzuimd dit feit, dat al bijna 100 jaar bekend is, een betekenis te geven.
Miljarden sterren per sterrenstelsel en miljarden sterrenstelsels. En waarschijnlijk vele miljarden planeten die lijken op onze Aarde. Met leven. Misschien miljoenen met intelligent leven. Heeft God ook een rol in hun bestaan? Ze probeerden het zich voor te stellen. God met miljoenen unieke evenbeelden. Een grotere God dan ze ooit hadden vermoed. En we begrepen elkaar. Gods wegen – als er een God is – zijn ondoorgrondelijk en we weten nog bij lange na niet wat Hij allemaal van plan is. Over één ding waren wij het roerend eens, zelfs met onze uiteenlopende visies: alles op onszelf betrekken, alles op ons bestaan op Aarde betrekken, dat is alles bewust ‘klein houden’. Dat is ook God ‘klein maken.’ Dat is de weg van het verleden. De toekomst vraagt om een andere blik. De blik van een kind dat alles voor het eerst ontdekt en wil leren snappen. We hebben nog geen idee hoeveel wonderen er zijn in ons Heelal, ver, ver achter onze horizon. Maar we gaan ze zien.

Die andere werelden, we hebben geen mogelijkheid om er ooit te komen. Nu nog niet tenminste en ik denk dat het ook nooit zal lukken. Toch kunnen we met onze fantasie, ons verstand en voorstellingsvermogen de mooiste reizen maken. En misschien is onze fantasie de voorbode van een nog onontdekte werkelijkheid.

 

 

 

 

 

 

 

 

Stap over naar Essent

Help deze website en onze schrijvers, stap over naar Essent als energieleverancier.
14/11/2015 15:39

Reacties (4) 

01/09/2016 11:24
WAUW wat een prachtig artikel! Zo sta je - nog meer - stil bij het feit dat we eigenlijk piepklein zijn. supermooi en inderdaad iets om over te dromen :)
16/11/2015 20:34
Prachtartikel!
14/11/2015 16:46
Heb er weer onwijs van genoten.
14/11/2015 16:42
Dat is weer een hele mooie en uitgebreide geworden. Interessant om lezen
Copyright © 2016 Tallsay.com. Alle rechten voorbehouden. Tallsay.com is onderdeel van Plazilla Ltd.
Door gebruik te maken van deze website geef je aan dat je onze Algemene voorwaarden en ons Privacy statement accepteert