Astronomie | de wetenschappelijke studie van hemellichamen

Geschiedenis van de astronomie

Oude geschiedenis

Vroege astronomen gebruikten alleen hun ogen om naar de sterren te kijken. Zij maakten kaarten van de sterrenbeelden en sterren om religieuze redenen en kalenders om de tijd van het jaar uit te rekenen. Vroege beschavingen zoals de Maya's en de oude Egyptenaren bouwden eenvoudige observatoria en tekenden kaarten van de positie van de sterren. Zij begonnen ook na te denken over de plaats van de aarde in het heelal. Lange tijd dacht men dat de aarde het middelpunt van het heelal was, en dat de planeten, de sterren en de zon er omheen draaiden. Dit staat bekend als geocentrisme. Astronomie komt van het Griekse astron (ἄστρον) dat "ster" betekent en nomos (nόμος) dat "wet" betekent).

De oude Grieken probeerden de bewegingen van de zon en de sterren te verklaren door metingen te verrichten. De wiskundige Eratosthenes was de eerste die de grootte van de aarde mat en bewees dat de aarde een bol is. Een theorie van een andere wiskundige, Aristarchus genaamd, was dat de zon het middelpunt is en dat de aarde eromheen beweegt. Dit staat bekend als heliocentrisme. Slechts een paar mensen dachten dat dit juist was. De rest bleef geloven in het geocentrische model. De meeste namen van sterrenbeelden en sterren zijn afkomstig van Grieken uit die tijd.

Arabische astronomen boekten tijdens de Middeleeuwen veel vooruitgang, waaronder verbeterde sterrenkaarten en manieren om de grootte van de aarde te schatten. Ze leerden ook van de Ouden door Griekse boeken in het Arabisch te vertalen.

Renaissance tot moderne tijd

Tijdens de renaissance dacht een priester genaamd Nicolaus Copernicus, door te kijken naar de manier waarop de planeten bewogen, dat de aarde niet het middelpunt van alles was. Op basis van eerdere werken zei hij dat de aarde een planeet was en dat alle planeten rond de zon bewogen. Dit bracht het oude idee van het heliocentrisme terug. Galileo Galilei bouwde zijn eigen telescopen, en gebruikte die om de sterren en planeten voor het eerst beter te bekijken. Hij was het eens met Copernicus. De katholieke kerk vond dat Galileo ongelijk had. Hij bracht de rest van zijn leven door onder huisarrest. Heliocentrische ideeën werden al snel verbeterd door Johannes Kepler en Isaac Newton, die de theorie van de zwaartekracht uitvond.

Na Galileo maakten de mensen betere telescopen en gebruikten die om verre objecten te zien, zoals de planeten Uranus en Neptunus. Ze zagen ook hoe sterren op onze zon leken, maar in verschillende kleuren en groottes. Ze zagen ook duizenden andere verre objecten zoals sterrenstelsels en nevels.

Modern tijdperk

In de 20e eeuw na 1920 vonden er belangrijke veranderingen plaats in de astronomie.

Begin jaren twintig begon men in te zien dat het sterrenstelsel waarin wij leven, de Melkweg, niet het enige sterrenstelsel is. Het bestaan van andere sterrenstelsels werd bevestigd door Edwin Hubble, die de Andromedanevel identificeerde als een ander sterrenstelsel. Het was ook Hubble die bewees dat het heelal uitdijt. Er waren veel andere sterrenstelsels op grote afstand en die trekken zich terug, weg van ons sterrenstelsel. Dat was volkomen onverwacht.

In 1931 ontdekte Karl Jansky radiostraling van buiten de aarde toen hij probeerde een bron van ruis in radiocommunicatie te isoleren. Dit markeerde de geboorte van de radioastronomie en de eerste pogingen om een ander deel van het elektromagnetische spectrum te gebruiken om de hemel te observeren. De delen van het elektromagnetische spectrum die niet door de atmosfeer werden tegengehouden, werden nu opengesteld voor de astronomie, waardoor meer ontdekkingen konden worden gedaan.

Met de opening van dit nieuwe venster op het heelal werden geheel nieuwe dingen ontdekt, bijvoorbeeld pulsars, die regelmatige pulsen van radiogolven de ruimte in zonden. Eerst werd gedacht dat de golven van buitenaardse oorsprong waren, omdat de pulsen zo regelmatig waren dat dit een kunstmatige bron impliceerde.

In de periode na de Tweede Wereldoorlog kwamen er meer observatoria waar grote en nauwkeurige telescopen werden gebouwd en geëxploiteerd op goede observatieplaatsen, gewoonlijk door regeringen. Bernard Lovell begon bijvoorbeeld met radioastronomie in Jodrell Bank met behulp van restanten van militaire radarapparatuur. In 1957 had de locatie de grootste bestuurbare radiotelescoop ter wereld. Evenzo werd eind jaren zestig begonnen met de bouw van speciale observatoria op Mauna Kea in Hawaï, een goede locatie voor zichtbare en infraroodtelescopen dankzij de grote hoogte en de heldere hemel.

De volgende grote revolutie in de astronomie was te danken aan de geboorte van de raketten. Hierdoor konden telescopen op satellieten in de ruimte worden geplaatst.

Ruimtetelescopen gaven voor het eerst in de geschiedenis toegang tot het hele elektromagnetische spectrum, inclusief stralen die door de atmosfeer werden tegengehouden. De röntgenstralen, gammastralen, ultraviolet licht en delen van het infraroodspectrum werden allemaal opengesteld voor de astronomie toen observatietelescopen werden gelanceerd. Net als bij andere delen van het spectrum werden nieuwe ontdekkingen gedaan.

Vanaf 1970 werden satellieten gelanceerd die werden vervangen door nauwkeurigere en betere satellieten, waardoor de hemel in bijna alle delen van het elektromagnetische spectrum in kaart werd gebracht.

 
Tekeningen van de maan door Galileo. Zijn tekeningen waren gedetailleerder dan die van iemand voor hem, omdat hij een telescoop gebruikte om naar de maan te kijken.  

Ontdekkingen

Er zijn grofweg twee soorten ontdekkingen: lichamen en verschijnselen. Lichamen zijn dingen in het heelal, of het nu gaat om een planeet zoals onze aarde of een sterrenstelsel zoals onze Melkweg. Verschijnselen zijn gebeurtenissen en voorvallen in het heelal.

Lichamen

Voor het gemak is dit deel ingedeeld naar de plaats waar deze astronomische lichamen kunnen worden gevonden: die rond sterren zijn zonnelichamen, die in sterrenstelsels zijn galactische lichamen en alle andere grotere lichamen zijn kosmische lichamen.

Zonne

• Planeten
• Asteroïden
• Kometen

Galactisch

• Sterren

Diffuse objecten:

• Nevels
• Clusters

Compacte sterren:

• Witte dwergsterren
• Neutronensterren
• Zwarte gaten

Kosmisch

• Sterrenstelsels
• Melkwegclusters
• Superclusters

Fenomenen

Uitbarstingen zijn gebeurtenissen waarbij er een plotselinge verandering aan de hemel plaatsvindt die snel verdwijnt. Ze worden uitbarstingen genoemd omdat ze gewoonlijk worden geassocieerd met grote explosies die een "uitbarsting" van energie produceren. Zij omvatten:

• Supernova's
• Novas

Periodieke gebeurtenissen zijn gebeurtenissen die zich regelmatig herhalen. De naam periodiek komt van periode, de tijd die een golf nodig heeft om één cyclus te voltooien. Periodieke verschijnselen zijn onder meer:

• Pulsars
• Veranderlijke sterren

Ruisverschijnselen hebben meestal betrekking op dingen die lang geleden zijn gebeurd. Het signaal van deze gebeurtenissen kaatst door het heelal totdat het overal vandaan lijkt te komen en weinig in intensiteit varieert. Het is dus "ruis", het achtergrondsignaal dat elk instrument dat voor de astronomie wordt gebruikt, doordringt. Het meest voorkomende voorbeeld van ruis is ruis op analoge televisies. Het belangrijkste astronomische voorbeeld is: kosmische achtergrondstraling.

 

Methoden

Instrumenten

• Telescopen zijn het belangrijkste instrument voor waarnemingen. Zij nemen al het licht in een groot gebied en brengen het in een klein gebied. Dit is alsof u uw ogen heel groot en krachtig maakt. Astronomen gebruiken telescopen om dingen te bekijken die ver weg en zwak zijn. Telescopen laten objecten groter, dichterbij en helderder lijken.
• Spectrometers bestuderen de verschillende golflengten van licht. Dit laat zien waaruit iets bestaat.
• Veel telescopen bevinden zich in satellieten. Het zijn ruimteobservatoria. De atmosfeer van de aarde houdt sommige delen van het elektromagnetische spectrum tegen, maar speciale telescopen boven de atmosfeer kunnen die straling wel detecteren.
• Radioastronomie maakt gebruik van radiotelescopen. Apertuursynthese combineert kleinere telescopen tot een gefaseerde array, die werkt als een telescoop zo groot als de afstand tussen de kleinere telescopen.

Technieken

Er zijn manieren waarop astronomen betere foto's van de hemel kunnen maken. Licht van een verre bron bereikt een sensor en wordt gemeten, gewoonlijk door een menselijk oog of een camera. Bij zeer zwakke bronnen kan het zijn dat er niet genoeg lichtdeeltjes uit de bron komen om deze te kunnen zien. Een techniek die astronomen gebruiken om het zichtbaar te maken, is integratie (zoals bij langere belichtingen in de fotografie).

Integratie

Astronomische bronnen bewegen niet veel: alleen de rotatie en beweging van de aarde zorgen ervoor dat ze langs de hemel bewegen. Als lichtdeeltjes na verloop van tijd de camera bereiken, raken ze dezelfde plek waardoor deze helderder en zichtbaarder wordt dan de achtergrond, totdat deze te zien is.

Telescopen op de meeste observatoria (en satellietinstrumenten) kunnen normaal gesproken een bron volgen terwijl deze langs de hemel beweegt, waardoor de ster stil lijkt te staan voor de telescoop en langere belichtingen mogelijk zijn. Bovendien kunnen de beelden op verschillende nachten worden gemaakt, zodat de belichtingen uren, dagen of zelfs maanden beslaan. In het digitale tijdperk kunnen gedigitaliseerde beelden van de hemel worden samengevoegd door een computer, die de beelden over elkaar legt na correctie voor beweging.

Adaptieve optiek

Adaptieve optiek betekent het veranderen van de vorm van de spiegel of lens terwijl u naar iets kijkt, om het beter te zien.

Gegevensanalyse

Gegevensanalyse is het proces waarbij uit een astronomische waarneming meer informatie wordt gehaald dan door er gewoon naar te kijken. De waarneming wordt eerst opgeslagen als gegevens. Deze gegevens worden vervolgens met verschillende technieken geanalyseerd.

Fourieranalyse

Fourieranalyse in de wiskunde kan aantonen of een waarneming (over een bepaalde tijd) periodiek verandert (verandert als een golf). Als dat zo is, kan het de frequenties en het type golfpatroon extraheren, en veel dingen vinden, waaronder nieuwe planeten.

 

Subgebieden van de astronomie

Pulsars pulseren regelmatig in radiogolven. Deze bleken te lijken op sommige (maar niet alle) van een type heldere bron in röntgenstraling die een Low-mass X-ray binary wordt genoemd. Het bleek dat alle pulsars en sommige LMXB's neutronensterren zijn en dat de verschillen het gevolg waren van de omgeving waarin de neutronenster werd aangetroffen. De LMXB's die geen neutronenster waren, bleken zwarte gaten te zijn.

In dit deel wordt getracht een overzicht te geven van de belangrijke gebieden van de astronomie.

Zonne-astronomie

Zonneastronomie is de studie van de zon. De zon is de ster die het dichtst bij de aarde staat, op ongeveer 92 miljoen (92.000.000) mijl afstand. Hij is het gemakkelijkst in detail te observeren. Het observeren van de zon kan ons helpen te begrijpen hoe andere sterren werken en worden gevormd. Veranderingen in de zon kunnen het weer en het klimaat op aarde beïnvloeden. Een stroom geladen deeltjes, de zonnewind, wordt voortdurend van de zon weggestuurd. De zonnewind die het magnetische veld van de aarde raakt, veroorzaakt het noorderlicht.

Planetaire astronomie

Planetaire astronomie is de studie van planeten, manen, dwergplaneten, kometen en asteroïden en andere kleine objecten die rond sterren draaien. De planeten van ons eigen zonnestelsel zijn grondig bestudeerd door vele ruimtevaartuigen die op bezoek zijn geweest, zoals Cassini-Huygens (Saturnus) en de Voyager 1 en 2.

Galactische astronomie

Galactische astronomie is de studie van verre sterrenstelsels. Het bestuderen van verre sterrenstelsels is een goede manier om meer te leren over ons eigen sterrenstelsel, omdat het door de gassen en sterren in ons eigen stelsel moeilijk is om het te observeren. Galactische astronomen proberen de structuur van sterrenstelsels en hun vorming te begrijpen door verschillende soorten telescopen en computersimulaties te gebruiken.

Astronomie van de zwaartekrachtgolf

Gravitatiegolfastronomie is de studie van het heelal in het gravitatiegolfspectrum. Tot nu toe heeft alle astronomie het elektromagnetische spectrum gebruikt. Gravitatiegolven zijn rimpelingen in de ruimtetijd die worden uitgezonden door zeer dichte objecten die van vorm veranderen, zoals witte dwergen, neutronensterren en zwarte gaten. Omdat niemand zwaartekrachtgolven rechtstreeks heeft kunnen detecteren, is de impact van de zwaartekrachtgolfastronomie beperkt gebleven.

 

Gerelateerde pagina's