Afstandsbepaling in het Universum:2

Door Candice Simionescu gepubliceerd in Wetenschap en onderwijs

Afstandsbepaling in het Universum:2

De parallaxmethode:

Voor ik begin meld ik eerst even dat van geen enkele ster, sterrenstelsel, planeet en zelfs van de maan de exacte afstand bekend is en bekend zal worden. Dat gaat gewoon niet. En daar is een hele simpele verklaring voor. De exacte afstand tussen twee voorwerpen kun je enkel en alleen bepalen als je vanaf een vast punt met een laser, een total station, een satelliet, een meetlint, een duimstok begint en dan op  het beoogde voorwerp de precieze afstand kunt aflezen! Dat kunnen we niet met sterren, terrenstelsels, de Zon, met planeten in ons Zonnestelsel en zelfs niet met de maan. Toen Neil Armstrong - op 20 juli 1969 - een uitstapje op de maan maakte had hij geen uiteinde van een meetlint bij zich waar hij precies op af kon lezen wat de afstand was. Mogelijk kwam dit doordat je geen meetlinten hebt van 400.000 km. Maar nu zonder gekheid … al die gigantische afstanden die we lezen en waar ik over schrijf, zijn afstanden die om en nabij zijn, nagenoeg precies … maar wel om en nabij.

De maan staat tussen de 363.345 km en de 405.000 km van ons af. Gemiddeld 384.172,5 km. Hoe dat komt weet iedereen wel, want de maan draait dus in een elliptische baan om de Aarde en daardoor verschilt die afstand. Maar doordat we geen exacte afstand weten kan dat heel best ook tussen de 363.344,7 en de 405.092 km zijn. De Zon staat op 149.597.871 km afstand en dat kan heel best een paar kilometer meer of minder zijn. Neptunus vinden we op ongeveer 4.500.000.000 km van de Aarde en dat kan heel best een paar honderd of duizend kilometers meer of minder zijn. Het zijn feitelijk altijd de gemiddelde afstanden en deze zijn dan dus om en nabij. Maar ach zelfs al zou de door wetenschappers berekende afstand tot de ster Icarus (zo rond de 13 miljard lichtjaar (123.500.000.000.000.000.000.000 km) er 1 lichtjaar naast zitten (9.5 biljoen km) dan is dat slechts een afwijking van 1/13.000.000.000, dus waar hebben we het eigenlijk over!

De reden of één van de redenen:

Alles in het Universum beweegt. Niks staat stil, alles draait in min of meer elliptische banen om iets heen en alles wordt wel door iets tot elkaar aangetrokken door zwaartekracht.

De maan door de Aarde, de Aarde door de Zon, de Zon door het Melkwegstelsel, de Melkweg door de Lokale Groep, de Lokale Groep door de Canes Venatici Wolk, de Canes Venatici Wolk door het Virgocluster, het Virgocluster door het Virgo Supercluster, het Virgo Supercluster door Laniakea en Laniakea door de Grote Aantrekker. Komt nog een artikel over, zodra daar wat meer bekend over is. Alles beweegt dus van elkaar af of naar elkaar toe en daardoor zullen afstanden altijd fluctueren. En doordat we niet op andere sterren en planeten kunnen komen met een precieze afstandsmeter, blijft het altijd bij om en nabij afstanden. Neem het (voor zover nu bekend) verst afgelegen sterrenstelsel UDFj-39546284 op 13 miljard lichtjaar afstand. Wij zien dan licht wat 13 miljard jaar onderweg is voor wij het kunnen zien en het Universum dijt in een astronomische snelheid uit en daardoor worden deze afstanden alleen maar groter en aldus kijken we naar licht van een sterrenstelsel wat ondertussen 13 miljard jaar de kans heeft gehad om verder van ons af te geraken. Die 13 miljard zal nu dus al snel tegen de 14 of 15 miljard lichtjaar kunnen zijn.

Zelfs hier op Aarde blijven de afstanden fluctueren, want de aardplaten blijven in beweging. Zij het erg traag maar ze bewegen wel. De afstand van Doorn tot Honolulu is nu 23.701,25 km (als ik over de VS reis), maar in het jaar 2219 kan dat dan zomaar 23.701,37 km zijn. Tot zover even de inleiding en dan ga ik nu uitleggen hoe we de – exacte ;-) – afstanden tot sterren kunnen bepalen. Liever gezegd de om en nabij exacte afstanden.

De parallaxmethode:

Eerst maar even een leuke oefening die u kunt doen en waardoor u met de parallaxmethode werkt. Strek uw arm (maakt even niet uit welke van de twee) en steek uw duim omhoog. Sluit dan één van uw ogen en kijk met het open oog naar die duim. Als u daarna het open oog sluit en het andere opent ziet u dat uw duim enigszins lijkt te zijn versprongen t.o.v. de achtergrond. Als u uw duim nu veel dichter bij uw gezicht houdt en hetzelfde nog eens doet, verspringt de positie van uw duim meer. Blijkbaar heeft uw duim dus een grotere 'parallax' als deze dichterbij staat en door dus precies te meten hoeveel uw duim verspringt, zou u de – exacte – afstand tot uw duim kunnen meten. Dat is heel simpel uitgelegd hoe ze met de parallaxmethode de afstand tot sterren bepalen.

Hoe werkt de parallaxmethode t.o.v. sterren?

Om dat toe te kunnen passen wordt de beweging van de Aarde om de Zon gebruikt, Die afstand is ongeveer 150 miljoen kilometer en doordat de Aarde om de Zon draait staat de Aarde ieder half jaar precies aan de andere kant van de Zon dan het half jaar daarvoor, dus 300 miljoen kilometer verder dan een half jaar eerder. En doordat onze Aarde dus bewogen heeft .… lijken de sterren die dichtbij staan (relatief dichtbij) te hebben bewogen. De sterren die veel verder weg staan lijken echter totaal niet te hebben bewogen, daar die beweging zo klein is dat het niet valt waar te nemen ..… maar dat komt dus doordat wij (de Aarde) een half tochtje om de Zon hebben gemaakt. Als u auto rijdt dan is het bijna onvermijdelijk dat u wel eens bomen passeert. Die bomen staan doorgaans naast de weg en ze lijken veel sneller te bewegen dan een gebouw wat een eind verderop staat. En zo lijken dichtbij sterren in dat half jaar van onze reis om de Zon veel meer te hebben bewogen dan de sterren op grote afstand.

Nu hoe ze de afstanden tot sterren bepalen middels deze wetenschap.

We nemen dus een ‘dichtbij’ staande ster en een ver weg staande ster (de parallaxster). Overigens is het niet altijd zo dat een ster die verder weg lijkt te staan dan een andere ster ook daadwerkelijk veel verder weg staat, want er is ook nog eens zoiets als helderheid en omvang van sterren die daarin een rol spelen. Rigel staat op 862,5 lichtjaar van de Aarde en Proxima Centauri op ‘slechts’ 4,2 lichtjaar, maar Rigel valt wel heel goed te zien en Proxima Centauri ziet u amper. Rigel is ruim 500 keer groter en heeft een lichtkracht die tegen de 700 miljoen keer groter is dan die van Proxima Centauri. Dus het klakkeloos aannemen dat een ster die u minder goed ziet verder weg staat dan een ster waarvan het haast lijkt of het een knap heldere fietslamp is, is niet altijd even slim. Maar dat gewoon even terzijde.

Proxima Centauri en Rigel

We nemen dus een ‘dichtbij’ staande ster en een ver weg staande ster (de parallaxster).

Door te kijken hoeveel de dichtbij staande ster t.o.v. de ver weg staande ster in een half jaar lijkt te bewegen, kunnen we bepalen hoe ver weg die ster staat. Maar er komt nog wel iets meer bij kijken, want anders zou het wel heel erg eenvoudig natte vinger werk zijn. Maar in de basis is het wel zo. Die schijnbare beweging van die ster is een hele kleine hoek en als er een hoek is, hoe klein maakt totaal niet uit … kun je er een berekening op loslaten om te bepalen hoe klein die hoek precies is. Enige tijd terug kwam ik met dit artikel.

https://tallsay.com/page/4294999251/over-parsec-en-dergelijke

En in dat artikel had ik het onder meer over boogseconden.

Wat is een boogseconde?

Dat is de eenheid om de grootte van een hoek aan te geven en is 1/60e boogminuut en dat is weer 1/60e van een booggraad en daarvan zitten er weer 180 in een gestrekte hoek.

1 boogseconde is dus 1/3600ste graad.

1 parsec (Parallax/Seconde)is gelijk aan 3.26 lichtjaar (30.970.000.000.000 km).

Een ster met een parallax van 1 staat dus op een afstand van 1 parsec.

Je meet dus de parallax (oftewel de beweging van een ster in een half jaar t.o.v. een ver afgelegen ster) en als je die hebt berekend reken je het uit met 3.26 en op die manier vind je de afstand van sterren in lichtjaren. Voor Proxima Centauri werd de parallax berekend op 0,77 en dat geeft de berekening 3.26 : 0,77 met als uitkomst 4.2 lichtjaar. De parallax van Betelgeuze is berekend op 4,51 en rekent u dat uit dan komt u op 723 lichtjaar. Rigel met een parallax van 3,78 staat op 863 lichtjaar.

Dit is de Hipparcos satelliet

High Precision Parallax Collecting Satellite

Deze satelliet was van enorm groot belang bij het bepalen van de afstanden tot sterren.

Op 8 augustus 1989 werd deze satelliet middels een Ariane raket de ruimte ingebracht en bleef operationeel tot maart 1993. Gedurende deze periode, van 44 maanden, bracht deze satelliet van meer dan 100.000 sterren met een behoorlijk grote nauwkeurigheid de positie in kaart. Van meer dan 1.000.000 sterren werd de positie met iets minder nauwkeurigheid vastgesteld.

Hipparcos berekende de hoeken tussen de wijd verspreide sterren en registreerde daarnaast hun helderheid. Elke ster die geselecteerd werd voor studie werd ongeveer 100 keer bekeken gedurende deze periode. Door via die metingen de parallax vast te stellen kon de afstand tot die sterren worden bepaald.

Maar hoe nauwkeurig was Hipparcos?

Nou … de nauwkeurigheid bedroeg ongeveer 0,001 voor de sterren helderder dan magnitude 9. 0,001 is 1 miliboogseconde.

https://nl.wikipedia.org/wiki/Magnitude

Dit wil zoveel zeggen dat van een ster op een afstand van 1000 parsec een parallax werd gemeten van 0.000 – 0.002 miliboogseconde.

En om dit even een beetje om te zetten in menselijke zaken, nemen we dus een muntje van 2 euro en die heeft een diameter van 23.25mm. Leggen we dat muntje op een afstand van 4,8 km dan is vanaf waar u staat de schijnbare diameter nog maar 1. Een milliboogseconde is de schijnbare diameter van een euromunt op 4.796km afstand.

Alleen van sterren die dichterbij staan dan 100 parsec kan de meetnauwkeurigheid nog beter zijn dan 10%. Van al de sterren met een gemeten parallax heeft 42% (49.399 sterren) een nauwkeurigheid die beter is dan 20% en maar slechts 18% (20.853 sterren) hebben een nauwkeurigheid die nog beter is dan 10%.

Het meten van de parallax is zo moeilijk dat zelfs met de beste instrumenten van nu van niet meer dan enkele tienduizenden sterren enigszins nauwkeurig de parallax en dus de afstand gemeten kan worden.

Aan het begin meldde ik dat van geen enkele ster de exacte afstand bepaald kan worden ….. en dat klopt dus ook.

https://tallsay.com/page/4295000848/afstandenbepaling-in-het-universum-1

*Candice*

25/09/2019 17:45

Reacties (6) 

1
27/09/2019 11:06
Toch enorm knap om met deze (of welke andere methode dan ook) die mega-afstanden om en nabij te berekenen.
1
27/09/2019 11:28
Dat is het absoluut en dat ze er dan iets naast kunnen zitten ... dat vergeven we ze,
1
27/09/2019 11:04
Mijn hersens knarsen ervan. Dit is pittige stof.
1
27/09/2019 11:28
Is het inderdaad.
1
25/09/2019 22:09
Leuk stukje hersengymnastiek. Op dit moment heb ik geen tijd om dat allemaal te verwerken, maar misschien kom ik er in het weekend nog op terug. Zo op het eerste gezicht zit er wel iets in.
Maar nu eerst mijn dierentuin verzorgen, dat heeft prioriteit. :-)
1
26/09/2019 04:19
Neem je tijd.

Dat ben ik met je eens, dat gaat voor alles.
Copyright © Tallsay.com. Alle rechten voorbehouden.
Door gebruik te maken van deze website geef je aan dat je onze Algemene voorwaarden en ons Privacy statement accepteert