Categorieën
Bètacanon

Bètacanon (44): Het Zonnestelsel

Voor een romantisch stel dat vanaf een planeet bij de ster Alpha Centauri A naar de nachthemel zou staren, lijkt ons zonnestelsel uit niet meer te bestaan dan een heldere, gele ster, het aanwijzen waard omdat zij op een afstand van slechts 4,4 lichtjaren één van de dichtstbijzijnde sterren is. Alleen met een enorme telescoop voorzien van allerlei uiterst geavanceerde instrumenten zouden astronomen op Alpha’s planeet misschien kunnen ontdekken dat die zo nabije ster met haar zwaartekracht allerlei materiaal in haar grip houdt: vier grote planeten, een heleboel kleinere planeten, duizenden brokstukken als asteroïden en kometen, en daartussen wolken stof en klein gruis.

Sterren zoals de zon worden geboren uit reusachtige gas- en stofwolken in het heelal. Als zo’n wolk verstoord wordt, bijvoorbeeld doordat er vlakbij een oude ster explodeert, stort hij onder zijn eigen zwaartekracht ineen. In het middelpunt van de wolk vormt zich de ster: een klont materie waarin de druk zo hoog wordt dat waterstof samensmelt tot helium. De enorme hoeveelheid energie die bij deze kernfusie ontstaat (volgens de beroemde formule E=mc2) komt als straling, zoals licht en warmte, uit de ster tevoorschijn. De buitendelen van de ineenstortende wolk verzamelen zich in een platte schijf die om de ster heen draait. Dit proces is nog het best te vergelijken met het maken van een pizzabodem door het rondslingeren van een bol deeg. De draaiing van de schijf zal al vanaf het eerste instorten in de wolk gezeten hebben. Bij het compacter worden van de wolk ging alles alleen nog wat sneller draaien, als een tollende ijsdanser die zijn armen bij zijn lijf trekt.

Planeten ontstaan door het samenklonteren van de schijfdeeltjes. Dicht bij de warme, jonge ster is er vooral rotsachtig materiaal om ‘aardachtige’ planeten te maken, zoals Mercurius, Venus, Aarde en Mars bij de zon. Op grotere afstand van de ster is het kouder, er zijn allerlei soorten ijs, en er is bovendien meer bouwmateriaal: hier worden reuzenplaneten gemaakt. Om de zon draaien vier van die reuzen: Jupiter en Saturnus, die extra groot zijn doordat ze met hun zwaartekrachtsveld dikke lagen gas vasthouden; en de verder weg gelegen Uranus en Neptunus, die voornamelijk uit ijs lijken te bestaan.

Alle vier de reuzenplaneten hebben ringen van ijs- en gruisdeeltjes om zich heen, maar die van Saturnus zijn verreweg het grootst. Galileo zag, in 1610, als eerste iets om Saturnus heen hangen. Hij gebruikte daarvoor een telescoop, zelfgebouwd naar het model waar Hans Lipperheij, brillenmaker te Middelburg, in oktober 1608 patent voor aanvroeg (maar niet kreeg). Het was Christiaan Huygens die, in 1655, als eerstebegreep dat Saturnus ringen had.

Ondanks hun respectabele grootte zijn Uranus en Neptunus niet met het blote oog zichtbaar (Uranus lukt net als het heel donker is en je precies weet waar je kijken moet). Daarvoor staan ze gewoon te ver van de zon en van ons. Uranus werd bij toeval gevonden, door William Herschel die in 1781 bij het turen door zijn telescoop op een lichtstipje stuitte dat iets groter leek dan de omringende sterren. Het duurde lang voordat hij ervan overtuigd was dat dit vlekje geen ‘ordinaire’ komeet was, maar een nieuwe planeet (dat was immers nooit eerder gebeurd). De daaropvolgende ontdekking van Neptunus is een fantastisch voorbeeld van hoe theorie en waarnemingen elkaar versterken. Al snel bleek namelijk dat nieuweling Uranus zich niet aan de regels hield: de gemeten baan aan de hemel bleek steeds weer af te wijken van de berekende baan. In 1846 bedacht de Fransman Le Verrier dat deze afwijking weleens veroorzaakt kon worden door de invloed van de zwaartekracht van een nog onbekende planeet. Hij berekende waar deze zich aan de hemel moest bevinden, geen eenvoudige opgave, en zeker niet met alleen pen en papier, waarop Duitser Galle met planeet aan de hemel vond. De ontdekking van Neptunus had een interessante rel tot gevolg: Engelse astronomen probeerden namelijk in de eer te delen door te melden dat een Engelse wiskundige, John Adams, de juiste positie van Neptunus eerder dan Le Verrier had berekend (ze hadden hem zelf alleen niet zo serieus genomen dat ze echt naar de planeet waren gaan zoeken). Tot de dag van vandaag is er discussie over Adams bijdrage aan de ontdekking van Neptunus.

Tussen de planeten zijn nog brokstukken samengeklonterd schijfmateriaal overgebleven, bijvoorbeeld de asteroïden tussen de banen van Mars en Jupiter. Waarschijnlijk heeft hier nooit iets groters kunnen beklijven doordat Jupiter met zijn zwaartekracht de boel telkens weer opschudt. Af en toe wordt een asteroïde zodanig verstoord dat zijn baan en die van een planeet elkaar gaan kruisen, wat vooral akelige gevolgen kan hebben als het de aarde betreft. Buiten de baan van Neptunus, waar het zonlicht zo’n vijf uur voor nodig heeft om er te komen, bevinden zich brokstukken die uit rots en ijs bestaan. De beroemdste en meest tragische van deze ijsdwergen is Pluto, die Tombaugh in 1936 in een zoektocht naar nog een nieuwe planeet vond. Dankzij verbeterde instrumenten worden de laatste jaren veel nieuwe ijsdwergen gevonden, sommige zelfs groter dan Pluto. Om het aantal planeten binnen de perken te houden, is daarom in 2006 door de Internationale Astronomische Unie besloten Pluto zijn officiële status van planeet af te nemen. Het was zeker geen unaniem besluit: vooral van Amerikaanse zijde was er veel steun voor Pluto-for-Planet (vileine stemmen fluisteren dat dat was omdat Pluto de enige planeet was die door
een Amerikaan ontdekt was).

Het hierboven beschreven ontstaan van ons zonnestelsel is deels afgeleid uit wat we elders in het heelal kunnen zien: jonge sterren die in dikke nevels gehuld zijn, of sterren met uitgebreide stofschijven eromheen. Over het bestaan van andere planetenstelsels, het stadium waarin stofschijven tot planeten zijn samengeklonterd, wordt al lang gefilosofeerd. Zo schreef Christiaan Huygens in De Wereldbeschouwer, dat in 1698 (drie jaar na zijn dood) uitkwam: ‘Wat weêrhoud ons nu te gelooven, dat een yder van die Starren, of Zonnen, zoo wel als onze Zon, rondom haar Dwaalstarren [planeten] heeft, … ?.’ Huygens was overtuigd van het bestaan van exoplaneten, zoals planeten bij andere sterren tegenwoordig heten. Maar hij legde ook uit waarom het nog lang zou duren voordat telescopen goed genoeg zouden zijn om exoplaneten te vinden: vanaf de aarde gezien staan deze planeten namelijk heel dicht bij hun ster en bovendien zijn ze verschrikkelijk lichtzwak vergeleken bij hun ster. Het zou inderdaad nog lang duren: pas in 1995, bijna 300 jaar later, werd de eerste planeet bij een zon-achtige ster gevonden.

Inmiddels zijn er meer dan 250 exoplaneten bekend. Deze exoplaneten zijn overigens nooit door telescopen ‘gezien’, de meesten onthulden hun aanwezigheid doordat ze met hun zwaartekrachtsveld hun ster als het ware een beetje naar zich toe trekken. De beweging van de ster tijdens een omloop van de planeet wordt gemeten. Dit soort effecten zijn het beste meetbaar bij reuzenplaneten die snel om hun ster draaien, en dus dichtbij hun ster staan. Het is dus niet verrassend dat verreweg de meeste van de nu bekende exoplaneten reuzenplaneten zijn die in enkele dagen om hun ster racen. Om exoplaneten te vinden zoals in ons zonnestelsel, kleintjes dichtbij hun ster en reuzen ver weg, en om hun eigenschappen ook echt te kunnen onderzoeken, zijn eigenlijk gewoon grote telescopen nodig en dan nog het liefst in de ruimte, zonder de storende invloed van de atmosfeer. Door het licht van dergelijke planeten op te vangen en te kijken welke kleuren erin ontbreken, kunnen we in principe achterhalen met wat voor soort planeet we te maken hebben: met of zonder atmosfeer/vloeibaar water/zuurstof/vegetatie. Samen met exobiologen kunnen zo de omstandigheden die leven momaken en misschien zelfs sporen van leven worden bestudeerd.

Het zoeken naar en het bestuderen van andere planetenstelsels geeft ons uniek vergelijkingsmateriaal om uiteindelijk ook ons eigen zonnestelsel en haar planeten beter te kunnen begrijpen. Bovendien komt het in kaart brengen van aangename exoplaneten wellicht nog van pas als mensen het zonnestelsel ooit willen verlaten, uit noodzaak, bijvoorbeeld omdat over ongeveer 5 miljard jaar de brandstof van de zon op is (als de mensheid tot die tijd weet te overleven), of uit nieuwsgierigheid. Misschien is ergens bij Alpha Centauri A het lijstje geschikte planeten al uitgebreid met onze aarde.

Tekst: Daphne Stam (1969)

Relevante boeken
Worden in de loop van 2020-2021 toegevoegd (3 september 2020)

Homepage Bètacanon
(maandag 5 november 2007)

Door Hans van Duijnhoven

Bibliothecaris sinds september 1979. Werkzaam in de regio Noord Oost Brabant.

Geef een reactie