De grootte van de afstanden tussen hemellichamen heeft de mensheid altijd versteld doen staan. In dit artikel geven we een kort overzicht van de methoden die worden gebruikt om afstanden in de ruimte te meten, gevolgd door numerieke gegevens die helpen bij het begrijpen van de omvang van het universum.
Afstanden meten binnen het zonnestelsel
De fundamentele maateenheid die wordt gebruikt in astronomische afstanden is de astronomische eenheid (AU), die de gemiddelde afstand tussen de aarde en de zon aangeeft. De AU dient als een fundamenteel referentiepunt voor interplanetaire metingen en maakt nauwkeurige berekeningen van hemelafstanden mogelijk.
Parallax-methode
Voor hemellichamen die zich dicht bij elkaar in ons zonnestelsel bevinden, zoals planeten, manen en asteroïden, gebruiken astronomen de parallaxmethode. Deze techniek maakt gebruik van de schijnbare verplaatsing van een object wanneer het vanuit verschillende gezichtspunten wordt waargenomen. Door de parallaxhoek te kwantificeren en trigonometrische principes toe te passen, kan de afstand tot het object nauwkeurig worden bepaald.
Radarbereik
Radarbereik is een methode van onschatbare waarde voor het meten van afstanden binnen het zonnestelsel. Deze methode omvat de transmissie van radiogolven naar een hemellichaam en de daaropvolgende meting van de tijd die de golven nodig hebben om terug te keren. Door rekening te houden met de snelheid van het licht, maakt de heen-en-terug-tijd nauwkeurige afstandsberekeningen mogelijk.
Stellaire afstanden: Proxima Centauri en verder
Het bepalen van afstanden tot sterren wordt een grotere uitdaging vanwege hun enorme ruimtelijke uitgestrektheid. Desalniettemin hebben astronomen een groot aantal methoden bedacht die zijn toegesneden op specifieke afstandsbereiken, waardoor nauwkeurige metingen van hemelse afstanden mogelijk zijn.
Trigonometrische parallax
De trigonometrische parallaxmethode, vergelijkbaar met het gebruik ervan binnen het zonnestelsel, wordt gebruikt om afstanden tot nabije sterren te meten. Deze benadering maakt gebruik van de meting van de schijnbare verschuiving in de positie van een ster als gevolg van de baanbeweging van de aarde rond de zon. Door deze verplaatsing in de loop van de tijd nauwkeurig te observeren, kunnen astronomen de afstand tot de ster bepalen door fundamentele principes van trigonometrie toe te passen.
Standaardkaarsen
Om afstanden tot meer afgelegen hemellichamen te bepalen, vertrouwen astronomen op standaardkaarsen – objecten met een bekende intrinsieke helderheid. Twee prominente voorbeelden van standaardkaarsen zijn cepheïde-variabelen en type Ia-supernovae.
Cepheid-variabelen, gekenmerkt door hun pulserende karakter, vertonen regelmatige fluctuaties in helderheid. Door nauwkeurig de periode van deze helderheidsoscillaties te meten, kunnen astronomen hun intrinsieke helderheid bepalen, en vervolgens afstandsschattingen mogelijk maken door vergelijkingen met waargenomen helderheid.
Type Ia supernova’s, het resultaat van de explosieve ondergang van witte dwergsterren, dienen als betrouwbare standaardkaarsen vanwege hun consistente intrinsieke helderheid. Door de waargenomen helderheid van Type Ia supernova’s te contrasteren met hun verwachte helderheid, kunnen astronomen nauwkeurig hun afstanden afleiden.
Spectroscopische parallax
Voor sterren die zich buiten het bereik van trigonometrische parallaxmetingen bevinden, wordt de methode van spectroscopische parallax gebruikt.
Spectroscopische parallax hangt af van de correlatie tussen het spectraaltype van een ster en zijn intrinsieke helderheid. Door de waargenomen kleur (spectraaltype) van een ster nauwkeurig te onderzoeken en deze te vergelijken met de verwachte kleur op basis van zijn intrinsieke kenmerken, kunnen astronomen de afstand schatten.
Galactische afstanden: de Melkweg en verder
Het meten van afstanden binnen ons sterrenstelsel, de Melkweg en andere sterrenstelsels is een ingewikkelde en uitdagende onderneming waarmee astronomen worden geconfronteerd. Gezien de enorme kosmische schalen die erbij betrokken zijn, vereist het nauwkeurig bepalen van deze afstanden het gebruik van een breed scala aan methodologieën die zijn toegesneden op de fijne kneepjes van elke afstandsschaal.
Kosmische microgolfachtergrondstraling
De kosmische microgolfachtergrondstraling (CMB), afkomstig uit het oeruniversum, vertegenwoordigt een schat aan informatie over de vroege stadia van de kosmische evolutie.
Door de subtiele temperatuurvariaties in de CMB nauwkeurig te analyseren, kunnen wetenschappers de grootschalige structuur van het universum onderzoeken en waardevolle inzichten verkrijgen in de samenstelling, evolutie en ruimtelijke kenmerken ervan.
Galactische roodverschuiving
Galactische roodverschuivingsonderzoeken stellen astronomen in staat om de grootschalige structuur van het universum volledig in kaart te brengen en de afstanden tussen sterrenstelsels vast te stellen. Deze onderzoeken omvatten systematische metingen van de roodverschuivingen van een groot aantal sterrenstelsels binnen een specifiek gebied aan de hemel. Door de patronen van clustering en roodverschuivingsgegevens te analyseren, kunnen astronomen driedimensionale kaarten construeren, die waardevolle inzichten verschaffen in de verdeling en afstanden tussen sterrenstelsels op kosmische schaal.
Foto: Aleš Tošovský (Wikimedia) ©️CC BY-SA 3.0
Het concept van lichtjaar
In de enorme uitgestrektheid van het universum gebruiken astronomen vaak een afstandseenheid die bekend staat als het lichtjaar om de enorme overspanningen tussen hemellichamen te meten.
Laten we eerst vaststellen wat een lichtjaar voorstelt. In tegenstelling tot zijn naam is een lichtjaar geen maat voor tijd, maar eerder voor afstand. Het vertegenwoordigt met name de afstand die licht, dat met een verbazingwekkende snelheid van ongeveer 299.792 kilometer per seconde (of ongeveer 186.282 mijl per seconde) aflegt, kan afleggen in een tijdsbestek van een jaar.
Om de omvang van deze afstand te vatten, stel je voor dat er een jaar voorbijgaat terwijl het licht ongehinderd door het vacuüm van de ruimte reist. In deze tijdspanne kan licht een verbazingwekkende afstand afleggen van ongeveer 9.500.000.000.000 kilometer (of ongeveer 5.900.000.000.000 mijl). Deze wonderbaarlijke overspanning illustreert de uitgestrektheid van de kosmos en de immense afstanden tussen hemellichamen.
Het gebruik van lichtjaren blijkt onmisbaar in de astronomie, waardoor wetenschappers astronomische afstanden op een begrijpelijke manier kunnen beschrijven en kwantificeren. Als universele eenheid vergemakkelijkt het de communicatie en helpt het bij het vergelijken van objecten verspreid over het universum.
Een van de belangrijkste voordelen van het gebruik van lichtjaren is de mogelijkheid om afstanden op kosmische schaal te meten zonder toevlucht te nemen tot logge getallen. Gezien de kolossale proporties van de kosmos, zou het uitdrukken van afstanden in kilometers of mijlen alleen leiden tot buitengewoon lange en onpraktische getallen. Door lichtjaren te gebruiken, kunnen astronomen bondig astronomische afstanden overbrengen, wat een meer beheersbare en intuïtieve weergave oplevert.
Bovendien stellen lichtjaren astronomen in staat om tijdelijke verbindingen met verre objecten tot stand te brengen. Vanwege de eindige snelheid van het licht, houdt het observeren van astronomische verschijnselen vaak het bestuderen van licht in dat een aanzienlijke hoeveelheid tijd nodig heeft gehad om ons te bereiken. Als we bijvoorbeeld naar een ster staren die zich op 50 lichtjaar afstand bevindt, heeft het licht dat onze telescopen binnenkomt 50 jaar gereisd voordat het ons bereikt. In wezen nemen we de ster waar zoals hij er 50 jaar geleden uitzag en biedt ons een kijkje in het verleden.
Dit fenomeen onthult ook een boeiend aspect van de astronomie. Door objecten op verschillende afstanden nauwkeurig te onderzoeken, kunnen astronomen de evolutie en dynamiek van het universum door de geschiedenis heen onderzoeken. Als we bijvoorbeeld een ver sterrenstelsel observeren dat miljarden lichtjaren verwijderd is, zijn we getuige van het sterrenstelsel zoals het er miljarden jaren geleden uitzag, waardoor we inzicht krijgen in de vroege stadia van het universum.
Afstanden van sommige hemellichamen en sterrenstelsels tot de aarde
Hieronder staat een tabel met de gemiddelde afstanden van verschillende hemellichamen en sterrenstelsels tot onze thuisplaneet, de aarde.
| Hemellichamen | Kilometers |
|---|---|
| Maan | 384.400 |
| Venus | 42.000.000 |
| Mars | 78.000.000 |
| Mercurius | 92.000.000 |
| Zon | 150.000.000 |
| Jupiter | 629.000.000 |
| Saturnus | 1.280.000.000 |
| Uranus | 2.731.000.000 |
| Neptunus | 4.485.000.000 |
Op basis van deze gegevens en ervan uitgaande dat de afstanden constant blijven, zou je de maan in 53 dagen, Mars in 30 jaar en de zon in 57 jaar kunnen bereiken, met een snelheid van 300 km/u in een Ferrari. Als je met deze snelheid naar Neptunus zou reizen, zou het ongeveer 1706 jaar duren. Door de veranderende afstand in de loop van de tijd kunt u echter een vertraging van enkele eeuwen ervaren.
Als je een passagiersvliegtuig met een snelheid van 1000 km/u zou gebruiken in plaats van een Ferrari, zou je de maan in 16 dagen kunnen bereiken, Mars in 9 jaar, de zon in 17 jaar en Neptunus in 512 jaar.
Laten we ons voorstellen dat je al je geld hebt uitgegeven en een ruimtevaartuig hebt gebouwd dat lijkt op Apollo 10. De maximale snelheid die door Apollo 10 is geregistreerd, was ongeveer 40.000 km/u. Als we de tijd die nodig is om een snelheid van 40.000 km/u te bereiken buiten beschouwing laten, zou je de maan in 9,6 uur kunnen bereiken, Mars in 81 dagen, de zon in 156 dagen en Neptunus in 13 jaar. Zoals vermeld in de vorige zin, is deze berekening echter gebaseerd op de aanname dat je ogenblikkelijk een snelheid van 40.000 km/u bereikt, niet van je koers afwijkt, je snelheid niet verlaagt en ervan uitgaat dat de afstand constant blijft. Het is puur een theoretisch scenario.
| Sterren | Lichtjaren |
|---|---|
| Alpha Centauri | 4,34 |
| Sirius | 8,6 |
| Vega | 25 |
| Arcturus | 37 |
| Aldebaran | 65 |
| Canopus | 310 |
| Betelgeuse | 550 |
| Rigel | 860 |
| Deneb | 2600 |
Als we buiten het zonnestelsel zouden willen reizen en naar een andere ster of een ander sterrenstelsel zouden willen reizen, zouden de uitdagingen nog groter worden. De ster die het dichtst bij ons staat na de zon, Alpha Centauri, staat op ongeveer 4,34 lichtjaar afstand. Dat is ongeveer 41 biljoen kilometer of 26 biljoen mijl. Op basis van deze afstanden en rekening houdend met de hierboven genoemde snelheden, zou het ongeveer 16 miljoen jaar duren om Alpha Centauri te bereiken met een Ferrari, 4,7 miljoen jaar met een passagiersvliegtuig en 117.180 jaar met Apollo 10.
| Sterrenstelsels | Lichtjaren |
|---|---|
| Andromedastelsel | 2.500.000 |
| Karrenwielstelsel | 500.000.000 |
| Komeetstelsel | 3.200.000.000 |
| Cosmos Redshift 7 | 12.900.000.000 |
De volgende stap is intergalactisch reizen. Bij het omgaan met zulke grote afstanden worden dit soort analyses zelfs buitengewoon moeilijk en zelfs zinloos. Dit komt omdat het universum voortdurend uitdijt en de intergalactische afstanden toenemen, neemt ook de snelheid van uitdijing evenredig toe. Daarom, als we de Hubble-constante als referentie ondersteunen, zou het sterrenstelsel dat je zult bereiken met de bovengenoemde genoemde voertuigen sneller van je weg bewegen dan de snelheid van je voertuig, en zou je nooit je bestemming kunnen bereiken (exclusief naderende sterrenstelsels, zoals Andromeda). We kunnen echter nog enkele berekeningen maken op basis van de huidige afstanden om uw kennis te begrijpen en de enorme omvang van het universum te begrijpen.
Het dichtstbijzijnde grote sterrenstelsel bij de Melkweg is Andromeda, dat ongeveer 2,5 miljoen lichtjaar van ons verwijderd is. Dat is ongeveer 23.652.000.000.000.000.000 kilometer. Je kunt deze afstand afleggen in 9.000.000.000.000 jaar met een Ferrari, 2.700.000.000.000 jaar met een passagiersvliegtuig, of 67.500.000.000 jaar met Apollo 10. 67.500.000.000 jaar betekent bijna 5 keer de leeftijd van het universum.
- Stellarium Web Online Star Map, stellarium-web.org
- List of galaxies, Wikipedia English