Wikisage is op 1 na de grootste internet-encyclopedie in het Nederlands. Iedereen kan de hier verzamelde kennis gratis gebruiken, zonder storende advertenties. De Koninklijke Bibliotheek van Nederland heeft Wikisage in 2018 aangemerkt als digitaal erfgoed.
- Wilt u meehelpen om Wikisage te laten groeien? Maak dan een account aan. U bent van harte welkom. Zie: Portaal:Gebruikers.
- Bent u blij met Wikisage, of wilt u juist meer? Dan stellen we een bescheiden donatie om de kosten te bestrijden zeer op prijs. Zie: Portaal:Donaties.
Heelal
(in het vierkantje is het verst en oudst bekende
sterrenstelsel, A 1689-zD1 genaamd).
Het heelal oftewel het universum (astronomie) ofwel de kosmos (kosmologie) zijn synoniemen voor de ruimte-tijd met alle materie en energie. Over het algemeen wordt aangenomen dat het heelal is ontstaan volgens de big-bangtheorie. Volgens de huidige stand van zaken van deze theorie is het heelal circa 13,7 miljard jaar geleden ontstaan.
Het waarneembaar heelal is dat gedeelte van het universum waarvan het in theorie mogelijk is het vanaf de Aarde waar te nemen. Alleen in theorie, omdat men in de praktijk het heelal buiten het zonnestelsel enkel via elektromagnetische straling kan waarnemen, dus op een plek waar deze niet uitgezonden wordt of waar deze te zwak is om waar te nemen, kan men niets zien, ook als er zich wel iets bevindt.
In de veronderstelling dat het heelal op grote schaal een isotrope structuur heeft, heeft het waarneembaar heelal de vorm van een bol met in het centrum de Aarde (of op welke plaats de waarnemer zich ook bevindt). Men geeft dan als straal ongeveer 46,5 miljard lichtjaar. Het heelal zelf wordt slechts op 13,75 miljard jaar oud geschat. De reden dat de geschatte straal groter is dan het licht in die tijd kan afleggen, is de expansie van het heelal. Men ziet bijvoorbeeld op Aarde het licht van een sterrenstelsel dat op 46,5 miljard lichtjaar afstand ligt. Toen dit licht werd uitgezonden, lag dit sterrenstelsel veel dichter bij het melkwegstelsel, nu ligt het verder weg door de uitdijing van het heelal. Het licht had daardoor maar 13,75 miljard jaar nodig om ons te bereiken, ook al ligt dit sterrenstelsel nu veel verder dan 13,75 miljard lichtjaar. Men geeft dus over het algemeen als straal van het waarneembaar heelal die afstand die de verst weg gelegen waarneembare objecten nu van ons af liggen, ook al zien we deze objecten wel zoals ze waren toen ze nog veel dichterbij lagen.
De big-bangtheorie
Alexander Friedmann vond in 1922 een oplossing van de Einsteinvergelijkingen, zie Algemene relativiteitstheorie, voor een model van het universum waarin materie gelijkmatig verdeeld is. De oplossing is singulier: het universum begint met oneindige massadichtheid. De Belgische astronoom Georges Lemaître stelde in 1927, toen hij het werk van Friedmann niet kende, dat het universum uitdijt. De Amerikaanse astronoom Edwin Hubble vond twee jaren later bewijs voor de theorie: ver van ons verwijderde sterrenstelsels vertonen een roodverschuiving. Hij bewees dat bijna alle sterrenstelsels zich van ons verwijderen met een snelheid proportioneel tot de afstand ten opzichte van ons. Dit impliceerde dus ook een begin vanuit een bepaald punt en in 1931 verklaarde Lemaître dat het heelal met de explosie van een oeratoom was begonnen. Denigrerend werd deze theorie door de Britse astronoom Fred Hoyle "De big-bangtheorie" genoemd, maar de term is blijven hangen. Het belangrijkste bewijs voor de theorie werd in 1964 ontdekt door Penzias en Wilson die hiervoor de Nobelprijs kregen. Zij ontdekten namelijk (bij toeval; ze waren er niet naar op zoek) de achtergrondstraling die werd voorspeld door de big-bangtheorie.
Het moment van de oerknal werd bepaald op 15,556 miljard jaar geleden met een onzekerheid van 24 miljoen jaar. Recenter onderzoek met de Wilkinson Microwave Anisotropy Probe gaf echter een ouderdom van 13,7 miljard jaar met een onzekerheid van 1% (ca. 137 miljoen jaar).
De grote-schaalstructuur
Het zichtbare heelal is volgens hedendaagse kennis opgebouwd uit grote groepen superclusters en clusters, die samen met slierten sterrenstelsels (filamenten) een draderig netwerk vormen waartussen zich enorme superholtes bevinden. Deze clusters op hun beurt zijn opgebouwd uit honderden tot duizenden sterrenstelsels. Zo’n cluster kan een diameter hebben van wel enkele tientallen miljoenen tot honderden miljoenen lichtjaren.
De topologie van deze grote-schaalstructuur van het heelal, kan vergeleken worden met die van een zeepsop: de materie van het heelal bevindt zich in de dunne 'vlakke' gebieden, die de betrekkelijk 'lege' superholtes omsluiten. Op de grenzen van de vlakken bevinden zich de filamenten, uitgerekte slierten van sterrenstelsels en op de kruispunten van de filamenten vinden we de clusters. Een andere analogie is die van de spons, waar ook de 'lege' gebieden met elkaar zijn verbonden.
Plaats van de aarde in de kosmos
De plaats van de aarde in de kosmos is niet langer aan geocentrisme of heliocentrisme onderhevig zoals ten tijde van Copernicus en Galilei, en kan zodoende ondertussen redelijk goed gesitueerd worden. Zo maakt de aarde deel uit van :
- Het zonnestelsel. De aarde bevindt zich dichtbij het centrum van het zonnestelsel, op ongeveer 150 miljoen kilometer ofwel 8 lichtminuten van een gele dwerg die bekend staat als de zon. De aarde draait rond deze gele dwerg met een gemiddelde snelheid van 30 km/s. De omwenteling is voltooid na één jaar. De aarde bevindt zich op ongeveer 15 à 20 miljard kilometer ofwel 14 à 18 lichtuur van de grens van het zonnestelsel, ook genaamd de heliopauze waar de interstellaire ruimte begint.
- De Lokale bel. Ons zonnestelsel bevindt zich in de Lokale Bel, een opening in het interstellaire gas met een dichtheid van slechts 1/10 van de omgeving, veroorzaakt door miljoenen jaar oude explosies van supernova's die gas en stof in de buurt wegbliezen. De lokale bel heeft een diameter van 600 tot 800 lichtjaar, en de zon ligt op ongeveer 90 lichtjaar van de rand ervan.
- De melkweg. Het zonnestelsel bevindt zich op ongeveer 30.000 lichtjaren van het centrum van de melkweg, aan de rand van een van zijn spiraalarmen, met name de Orion-arm. De dichtstbijzijnde buur van ons zonnestelsel is de ster Proxima Centauri op een afstand van 4,2 lichtjaar. Het zonnestelsel draait rond het centrum van de melkweg met een snelheid van 782.460 km per uur (dat is gemiddeld 217,35 km/s). De omwenteling is voltooid na 226 miljoen jaar. De melkweg is ongeveer 100.000 lichtjaar in doorsnee.
- De melkweg en zijn satellietsysteem. Rond de melkweg draaien 14 dwergstelsels, waarvan de meest bekende de zogenaamde Magelhaense wolken. Andere satelliet-sterenstelsels zijn genoemd naar het sterrenbeeld waarin ze worden waargenomen, onder andere de Ursa Majordwerg, Fornax, Draco, Ursa Minor dwerg, Leo, Sextans en Sagittarius.
- De Lokale groep. De melkweg en zijn satellieten maken deel uit van de Lokale Groep, een cluster van zo’n 30 à 40 sterrenstelsels gespreid over een diameter van 10 miljoen lichtjaar. Binnen de lokale groep van sterrenstelsels in een straal van 5 miljoen lichtjaren is ons melkwegstelsel een van de drie grootste. Het dichtstbijzijnde grote sterrenstelsel is de Andromedanevel op een afstand van 2,2 miljoen lichtjaren.
- De Canes Venaticicluster. De Lokale Groep maakt deel uit van de Canes Venaticiwolk, een cluster met een doormeter van 23 Mpc ofwel 75 miljoen lichtjaar.
- De Lokale of Virgosupercluster. De Canes Venaticiwolk maakt samen met de Virgocluster en enkele andere clusters deel uit van de Virgosupercluster of Lokale Supercluster, die meer dan 10.000 melkwegstelsels bevat en een doorsnede van 77 Mpc ofwel 250 miljoen lichtjaar heeft. De Lokale Groep bevindt zich aan de rand van deze supercluster en beweegt zich momenteel van het centrum af, hoewel de vluchtsnelheid afneemt ten gevolge van de aantrekking door het centrum. De Virgosupercluster als geheel wordt versneld in de richting van de Grote Aantrekker, een enorme, in 1986 ontdekte onzichtbare massa op ongeveer 250 miljoen lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Norma.
- De Grote Muur. De Lokale Supercluster maakt deel uit van de Grote Muur, ontdekt in 1989, een aaneenrijging van talrijke superclusters, onder andere de Coma- en Hercules-superclusters. De afmetingen zijn gigantisch: 500 miljoen lichtjaar lang en 300 miljoen lichtjaar breed. Naast de Grote Muur zijn er nog andere “muren” (waaronder de Grote Sloane-Muur). De superclusters en muren vormen een draderig netwerk van filamenten, waartussen zich enorme superholtes bevinden.
Sloan Digital Sky Survey
Vanaf 2000 is het Sloan Digital Sky Survey project (SDSS) opgestart door het Astrophysical Research Consortium (ARC) - een samenwerkingsverband van zeven Amerikaanse onderzoeksinstituten - om het huidige universum in kaart te brengen en onze positie daarin. Het totale noordelijk halfrond van de sterrenhemel wordt door meerdere telescopen in kaart gebracht inclusief de deep sky objecten. Dit gecombineerd met radiotelescopie zorgt voor nieuwe gegevens die vrij opvraagbaar zijn via het internet.
Deze eerste fase, SDSS I, is afgerond in juni 2005. In vijf jaar tijd werden meer dan 200 miljoen hemellichamen opgespoord, en de spectra gemeten van meer dan 675.000 sterrenstelsels, 90.000 quasars en 185.000 sterren. Voor de tweede fase, SDSS II, gepland tot juni 2008, is het consortium uitgebreid tot 25 internationale onderzoeksinstellingen. Het onderzoek spitst zich nu onder meer toe op de oorsprong van sterrenstelsels en quasars en het ontstaan en de evolutie van de melkweg.
In juli 2008 startte SDSS III. In deze fase doet men onderzoek naar de donkere energie en de kosmologische parameters, de structuur, dynamica en chemische evolutie van de melkweg, en planetenstelsels. Deze fase zal worden afgerond in 2014.
Het uiteindelijke lot van het heelal
Het uitdijen van het heelal heeft uiteraard implicaties voor het uiteindelijke lot van het heelal. Het belangrijkste is hierbij de dichtheid van het heelal ofwel de hoeveelheid materie. De drie meest gangbare mogelijkheden zijn of de "Big Rip" (open heelal), "Big Crunch" (gesloten heelal) en het vlakke heelal.
- De "Big Rip" neemt aan dat de dichtheid van het heelal zo laag is dat de uitdijing oneindig zal doorgaan, en op die manier alle materie en energie dusdanig zal verspreiden dat er niets meer van enige omvang zal bestaan. Het heelal is oneindig en hyperbolisch. Het heelal zal ook afkoelen doordat de warmte zich over een grotere ruimte zal moeten verspreiden (Big Chill). Zoals het er nu naar uitziet zal het heelal inderdaad op deze manier evolueren, omdat alles erop wijst dat de hoeveelheid donkere materie veel kleiner is dan de zgn. kritische waarde.
- De "Big Crunch" neemt aan dat dichtheid van het heelal hoog genoeg is om de uitdijing uiteindelijk, door de zwaartekracht van alle materie, te doen stoppen en dat het heelal daarna ineen zal krimpen. Het uiteindelijke lot zal dan de totale ineenstorting van het heelal zijn (eindkrak).
- Het vlakke heelal. Hierbij is de uitdijende kracht even groot als de zwaartekracht en zet het heelal net vlug genoeg uit om samentrekking te voorkomen. Het heelal zal dan in theorie ooit stoppen met uitdijen, maar oneindig ver in de toekomst. In de grafiek van de uitdijing als functie van de tijd zien we dan een horizontale asymptoot.
Maar de dichtheid van het heelal kan ook worden beïnvloed door externe factoren, bijv. als ons heelal wordt omgeven door een nog groter gebied met een hogere dichtheid, waar het uiteindelijk mee in botsing zal komen. Dit hangt nauw samen met het steeds populairder wordende idee van een multiversum.
Literatuur
Inleidende boeken over het universum:
- Kris Verburgh, Schitterend! - over het universum, Pandora, 2005, ISBN 90-467-0322-3
- Martin Rees, De kosmos, onze wereld, Het Spectrum, 2002, ISBN 90-274-7890-2
- Stephen Hawking, Het heelal, Bert Bakker, 2000, ISBN 90-351-1783-2
- Martin Rees, Zes getallen, Contact, 2000, ISBN 90-254-9599-0
Zie ook
- Boeddhistische kosmos
- Noordse kosmogonie, het model van onze Noord-Europese voorouders, met Ginnungagap als begin en Ragnarok als eindkrak.
- Oerknal
- Kosmische inflatie
- Donkere materie
- Donkere energie
- Intergalactische ruimte
Externe links
- (en) The Size Of The Universe, video die laat zien hoe groot de ruimte wel niet is
- (nl) Sterrenkunde-encyclopedie van de Universiteit van Amsterdam
- (nl) Volkssterrenwacht Urania
- (nl) desterren.net
- (nl) Ruimte & Heelal, niveau: basisonderwijs
- (en) WMAP van NASA
- (en) Sloan Digital SkyServer (SDSS)
| Astronomie |
|---|
|
Zie ook de categorie met mediabestanden in verband met Astronomical images op Wikimedia Commons.