Maan: 1. Dark side of the moon 2. Eb en vloed 3. Water op de maan 4. Ontstaanswijze van de maan 5. Maansverduistering 6. Atmosfeer op de maan 7. Afstand aarde – maan 8. Massa maan
1
Dark side of the moon Josse, Daniel, Dave
Inleiding Als eerste moeten we weten wat er bedoeld wordt met “The Darkside of the Moon” (de donkere kant van de maan). Als je deze term heel rationeel interperteert dan denk je gewoon aan de kant van de maan waar er geen licht schijnt. Het halfrond dat niet beschenen wordt door de zon op een bepaald moment. Maar vaak wordt dat niet bedoeld met deze term. Met de donkere kant van maan bedoelt men de kant wat niet gezien kan worden vanaf de aarde. Zowel de voor- en achterkant van de maan ontvangen relatief evenveel licht van de zon.
Libratie De libratie van de maan is een langzame schommeling (echt of schijnbaar), zoals gezien vanaf de aarde. De rotatie van de maan om zijn rotatie-as loopt (nagenoeg) synchroon met de rotatie van de maan om de aarde heen. Aangezien het massaverschil tussen de aarde en de maan zo groot is wordt de baan, die in principe elliptisch is, nagenoeg cirkerlvormig. Als de baan geheel cirkelvormig zou zijn zou de hoeksnelheid van de maan (de snelheid waarmee hij om de aarde draait) constant zijn. Maar omdat de baan elliptisch is verschilt de snelheid naarmate de afstand met de aarde verschilt. Naarmate de maan dichterbij komt zal hij sneller gaan draaien en naarmate hij verderweg komt slomer. Hierdoor onstaat libratie in de lengte, een 'nee-schudden' van maximaal 7,9 graden. Indien de baan van de maan om de aarde perfect cirkelvormig zou zijn zou je precies dezelfde 50% van het oppervlak van de maan kunnen zien. Maar omdat dat dus niet het geval is, is het mogelijk om in totaal 59% van het maanoppervlak te zien, namelijk beurtelings iets meer van de oostkant en iets meer van de westkant van de maan. Dit betekent niet dat je het ene moment 50% en het andere 59% ziet maar dat je de hele tijd een net iets andere, afhankelijk van de tijd en plaats, 50% ziet. Ook bestaat er libratie in de breedte: een gevolg van de hoek die de rotatie-as van de maan maakt met het rotatievlak van de maan om de aarde; deze hoek is niet helemaal recht. Dit veroorzaakt "ja-knikken" met een hoek van maximaal 6,7 graden. De laatste soort libratie de dagelijkse rotatie, die ontstaat door de aardrotatie en bedraagt ongeveer 1 graad. Tussen opkomst en ondergang van de maan draait de aarde ongeveer 180 graden om haar eigen as. Elk punt op het aardoppervlak verplaatst zich in die tijd maximaal 12756 km (de diameter van de aarde) ten opzichte van de verbindingslijn tussen maan en aarde. Een waarnemer ziet de maan dus bij opkomst onder een andere hoek dan bij ondergang. Dit effect (ook
weer "nee-schudden") is het grootst voor een waarnemer op de evenaar, is minder naarmate de afstand tot de evenaar groter is, zodat uiteindelijk het niet meer waar te nemen is op de zuid- en noordpool. Wat is er te zien op de achterkant van de maan? Vroeger was er nog maar weinig bekend over de achterkant van de maan, omdat je er (behalve dus door libratie) niet kon komen. Pas halverwege de 20e eeuw werd er een ruimtesonde heen gestuurd, de russische Loenik 3. Deze Sovjetsonde heeft voor het eerst foto's gemaakt van de achterkant van de maan. 29 beelden werden gemaakt, ongeveer 15 hiervan waren bruikbaar om een atlas van de achterkant van de maan te maken, deze werd in november 1960 gepubliceerd. 5 jaar later werd een tweede Sovjet-sonde gestuurd naar de maan, deze maakte foto's met een betere resolutie. Hierop waren kraters en ketenen van honderden kilometers lang zichtbaar. De meeste van deze kraters enzo zijn dus ontdekt door de Russen, en kregen dan ook Russische namen. De achterkant van de maan verschilt opzich niet heel veel van de voorkant van de maan. Het is een landschap vol gaten en heuvels. Het interessantste wat te zien is, is het Zuidpool-Aitken-bekken. Dit is de een na grootste inslagkrater in het zonnestelsel, voor zover bekend. De krater is in diameter 2500 (!) kilometer lang, en op bepaalde plaatsen 13 kilometer diep. Het ligt (zoals de naam al doet vermoeden) op de zuidelijke helft van de maan. De rand van het bekken kan vanaf de aarde worden gezien, als een soort bergrand.
Je ziet hier het Zuidpool-Aitken-bekken. Hoe paarser, hoe dieper.
2
Eb en vloed Coen, Tijl, Ande
Eb en vloed zijn eigenlijk de overgangsfases tussen hoogwater en laagwater, vloed is dus van laag- naar hoogwater en eb andersom. Dit komt doordat de maan met zijn zwaartekracht aan het water trekt, het verschil ontstaat doordat de zwaartekracht van de maan niet aan alle kanten van de Aarde gelijk is, aangezien de maan altijd maar aan een kant van de Aarde staat natuurlijk. De aantrekkingskracht van de Maan op alles (dus ook op het water) is omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand, dat wil zeggen, als de afstand 2 keer zo groot wordt, wordt de aantrekkingskracht 2 keer zo klein.
Zoals je hier ziet, trekt de maan aan het water aan de naar de maan toegekeerde kant van de aarde het hardst, zodat het water daar hoog komt te staan. Aan de andere kant van de Aarde staat het water ook hoog, dit lijkt raar maar is heel logisch als je bedenkt dat de Aarde ook wordt aangetrokken door de Maan en het water aan de niet naar de Maan toegekeerde kant van de Aarde een beetje achterblijft, waardoor ook hier een berg vormt. Aan de beide andere kanten is er hierdoor dus minder water over en is het laag water. Omdat de aarde in 24 uur één maal om haar as draait, is het per etmaal tweemaal hoog water en ook tweemaal laag water. Omdat de maan in ongeveer een maand om de aarde draait, is de maan in dat ene etmaal ook een stukje opgeschoven. Daardoor komen hoog en laag water telkens ongeveer 50 minuten later dan de vorige dag.
i.
Leeftijd van het getij
Als de getijgolf in de Noordzee aankomt, dan heeft ze een flinke reis achter de rug. Het grootste gedeelte van de Atlantische Oceaan is dan immers al doorkruist. De tijd tussen het ontstaan van een hoogwater in de Zuidelijke IJszee en de aankomst van datzelfde hoogwater noemt men de leeftijd van het getij. Afhankelijk van waar u zich bevindt, kan het getij dus jong, oud of zelfs hoogbejaard zijn. Ter hoogte van Brest bijvoorbeeld, is de getijgolf ongeveer 29 uur jong. In IJmuiden daarentegen komt het getij pas 52 uur na de geboorte aan. Dit vanwege een langere route om de Britse eilanden heen. Voor de gehele Nederlandse kust geldt dat het getij al meer dan 2 dagen oud is. Als de getijgolf zich bij de Britse eilanden bevindt, dan betreedt zij de Noordzee vanuit twee verschillende richtingen. Ten eerste beweegt de golf zich verder westelijk langs de Ierse en Britse kust naar het noorden en stroomt dan om Schotland heen. Omdat de opening daar het grootste is, zorgt deze tak van de getijgolf voor het grootste effect in de Noordzee. De Corioliskracht dwingt de stroom een soort cirkelbeweging tegen de klok in te maken door de Noordzee. De getijgolf plant zich daardoor voort langs de Britse kust naar het zuiden en wordt vervolgens omgebogen langs de Belgische en Nederlandse kust weer naar het noorden, richting Denemarken en Noorwegen. Een ander deel van de Atlantische getijgolf nadert het Kanaal vanuit het zuiden met een gemiddelde snelheid van 200 meter per seconde en wordt daar vervolgens grotendeels geblokkeerd. Hierdoor ontstaat stuwing van het water, wat resulteert in een groot tijverschil aan de zuid-Engelse en Normandische kusten. Als de stroom zich door het Kanaal heeft geperst, dan is zij al een groot gedeelte van haar snelheid en kracht kwijt en heeft daardoor aan onze kust nog maar weinig invloed. Door veel waarnemingen te doen (en deze in wiskundige modellen te verwerken) is het mogelijk op de Noordzee lijnen te trekken waar gelijktijdig
6
hoogwater bestaat. Deze zogenaamde ''cotidal lines'' kunnen ook voor gelijktijdig laagwater of voor gelijke fasen van de afzonderlijke harmonische componenten worden getekend. De lijnen van gelijktijdig hoogwater in de figuur laten zien dat er op de Noordzee twee punten bestaan, waar de lijnen samenvallen en waar het getij omheen draait. Op deze knooppunten komt vrijwel geen getijbeweging voor. Zij worden amfidromieën genoemd. NLT Eb en Vloed De invloed van de maan op de aarde Verschillende getijden Het water op aarde komt in een regelmatige beweging omhoog en zakt dan weer terug. Deze bewegingen heten eb en vloed. De periode tussen hoogwater en laagwater, het terugtrekken van de zee, heet eb. De periode tussen laagwater en hoogwater, het opkomen van de zee, heet vloed. Tweemaal per etmaal is het eb en vloed. Dit verschijnsel is terug te verklaren door de aantrekkingskracht van de maan en de zon, hetzij in mindere mate. De constante baan van de maan om de aarde zorgt voor de permanente aantrekkingskracht. Daarbij trekt de aarde het water in feite naar zich toe. Er ontstaat vloed op het deel van de aarde dat naar de maan is gericht. Ook aan de tegenoverliggende kant van de aarde ontstaat vloed. Dit komt omdat de aarde in zijn geheel naar de maan wordt getrokken. Het water blijft dat als het ware iets achter op de aarde en hierdoor ontstaat daar ook vloed. In de twee richtingen loodrecht op de aarde is het op dat moment vloed. Het getijverschil varieert afhankelijk van de plaats op aarde, de grootte van de zee en de stroming. Het verschil kan oplopen van zo'n 30 cm bij oceanen tot 15 meter bij de kust van Bretagne. De zon oefent ook aantrekkingskracht uit op de aarde en daarbij ook op het water. De kracht van de zon is alleen veel minder dan die van de maan, de zon staat immers veel verder weg van de aarde. De invloed van de zon is merkbaar bij het optreden van springtij en doodtij. Bij springtij staan de maan en de zon in een lijn met de aarde. Dit gebeurt bij volle of nieuwe maan, dus twee keer per maand. De zon en de maan trekken dan in een lijn aan de aarde. Het getij-effect wordt hiermee vergroot; de vloed die dan optreed is groter dan normaal. Doodtij is precies het tegenovergestelde: de zon en de maan staan in een hoek van 90 graden en trekken vanuit verschillende
7
richtingen aan het water op aarde. Het effect wordt hierdood verkleind en dus is de vloed kleiner dan normaal. Ook dit effect treed twee keer per maand op. Dubbeldaags getij Bij dubbeldaags getij is er tweemaal per dag hoogwater (vloed) en tweemaal per dag laagwater (eb) met ongveer een gelijke waterstand. Springtij treed na 14 ¾ dag op en telkens het aantal dagen na volle of nieuwe maan als de leeftijd van het getij. Is het getij 2 uur oud, treed twee dagen dagen na volle maan en twee dagen na nieuwe maan springtij op. Hoogwater valt op de dag van het springtij op een vast uur. Doodtij valt altijd zeven dagen na springtij. Dubbeldaags getij treed op in de Indische Oceaan en de Atlantische Oceaan, met uitzondering van de Golf van Mexico. Enkeldaags getij Bij enkeldaags getij is er eenmaal per dag hoogwater en eenmaal per dag laagwater. Springtij valt hier elke 13 2/3e dag, doodtij weer zeven dagen na springtij. Enkeldaagse getijden komen voor in de Java Zee, de Zuid-Chinese Zee, het noordwestelijk deel van de Golf van Thailand, het noordelijk deel van de Golf van Mexico en de Zee van Ochotsk (Rusland). Gemengd getij Bij een gemengd getij is er een groot verschil tussen het dagelijkse hoogwater en laagwater en tussen beiden. Sommige dagen is het getij enkeldaags, maar over het algemeen zijn er twee hoogwaters per dag. Dit komt voornamelijk voor in de Grote Oceaan.
8
3
Water op de maan Lisa, Max, Jelle
Geschiedenis Vroeger, in de tijd van de verlichting, constateerden onderzoekers dat er oceanen op de maan waren. Later bleek echter dat wat zij zagen enorme kraters van vulkaanuitbarstingen waren, die vol met lava zaten. Deze grote oppervlakten leken vanaf aarde sprekend op zeeën. Nadat halverwege de 20e eeuw een heleboel onbemande toestellen op de maan waren geland, bedacht men dat er misschien toch wel water op de maan zou kunnen zijn. Er waren al kraters gevonden die nooit in het zonlicht lagen en waar ze hoopten dat de temperatuur, die rond de -173 oCelsius zou zijn, laag genoeg zou zijn om water in de vorm van ijs opgeslagen te houden. Helaas was er nog nooit water gevonden. Wel had de NASA in 1998 een ruimtesonde, de Lunar Prospector, naar de maan gestuurd, die ontdekte dat er een enorme hoeveelheid water zou moeten liggen. Vorig jaar is er eindelijk gevonden waar wetenschappers al jaren van droomden. In september 2009 stelde een Indiase maanverkenner al de aanwezigheid van watermoleculen op een paar millimeter boven het maanoppervlak vast, wat werd bevestigd door de Cassini, die in 1999 al metingen uitvoerde op de maan en door de Deep Impact, die deze zomer twee keer langs de maan vloog. Anderhalve maand later liet ruimtevaartagentschap NASA weten dat er echt een ruime hoeveelheid water op de maan was gevonden. Ze hadden in oktober ze een raket met een snelheid van 9000 kilometer per uur inslaan in de Cabeus-krater. Maar voordat dat gebeurde was er een rakettrap ingeslagen in die krater, om uit de stofwolk die daaruit opkwam gegevens te halen. De sonde mat met meetinstrumenten de infraroodspectra uit de stofwolk. Die spectra vormen een soort vingerafdruk, waaruit de samenstelling van die stof blijkt Toen kwam de NASA er al achter dat er water in de Cabeus-krater zat. Bij het inslaan van de tweede raket zou er zo’n 100 liter zijn gevonden.
9
De ontdekking van het water op de aarde De discussie over of er water op de maan is, wordt al jaren gevoerd. Op 24 september 2009 kwam daar eindelijk een antwoord op. “Ja”. Het werd altijd al vermoeden, maar nu zijn er daadwerkelijk gehydrateerde mineralen gevonden. Deze vondst is zeer belangrijk voor toekomstige maanreizigers. Vroeger, tijdens het ontstaan van de maan zou al het water zijn verdampt. Een infraroodspectrometer heeft verbindingen van zuurstof en waterstof ontdekt. De waarnemingen zijn bevestigd door twee andere ruimtesondes. Een ruimtesonde is een onbemand ruimtevaartuig dat gebruikt wordt voor onderzoeken in het universum.
Toekomst NASA heeft vorig jaar water op de maan gevonden. Nu dit is ontdekt kan dit een groot voordeel zijn voor toekomstige plannen op de maan. NASA is van plan om een permanent maanstation te bouwen. Goederen naar de maan vervoeren is ontzettend duur. Als er op de maan water kan worden gewonnen kunnen de kosten van toekomstige missies sterk afnemen. Ze zijn nu al bezig met apparatuur waarmee water kan worden geïsoleerd uit het maanoppervlak. Dit is nodig omdat waterstof veel voorkomt in verbindingen met andere elementen. Het vinden van water op de maan wekt ook nieuwe vragen op, zoals waar het water vandaan kwam.
Bronnen Geschiedenis http://www.kennislink.nl/publicaties/geen-gletsjers-op-de-maan http://nl.wikipedia.org/wiki/Maan http://www.kennislink.nl/publicaties/water-gevonden-op-de-maan http://www.nrc.nl/wetenschap/article2413796.ece/NASA_ontdekt_water_op_de_maan http://www.beeldbibliotheek.nl/home/files/nieuwsbrief/nieuwsbrief_19.pdf http://www.nu.nl/algemeen/2122722/significante-hoeveelheid-water-maan.html
Ontdekking http://www.nrc.nl/wetenschap/article2413796.ece/NASA_ontdekt_water_op_de_maan
Toekomst http://www.kennislink.nl/publicaties/water-op-de-maan http://www.nasa.gov
10
taakverdeling: geschiedenis: Lisa ontdekking: Max toekomst: Jelle
11
4
Ontstaan van de maan Anneke, Pomme, Ester
Het ontstaan van de maan
12
Inhoud inleiding vroegere theorieen (afsplitsing van de aarde, planetoiden, gaswolk (zie museumkennissite)) theorie 1: ontstaan uit oermaterie theorie 2: botsing grote inslag bronnen
Inleiding Een natuurlijke maan of natuurlijke satelliet (kortweg maan) is een hemellichaam dat rond een planeet, planetoiden of een andere maan draait. Alle planeten van ons zonnenstelsel hebben samen 153 ontdekte manen. De aarde heeft er één (dè maan). Dit ''werkstuk'' gaat over het ontstaan van deze maan.
Theorie 1: Ontstaan uit oermaterie Ruim 16 miljard jaar geleden was er een brok oermaterie. Deze brok zou al het materie van het universum bevatten (alle protonen, neutronen, elektronen en energie). Later is de brok opengebarsten (de big bang) zodat al het materie zich door de ruimte verspreidde. Velen melkwegstelsels, groten groepen van sterren, dreven de ruimte in. Rond velen sterren bleven grote brokken materie draaien, zoals bij onze zon. Uit die stukken materie zijn de planeten gevormd en volgens deze theorie is zo ook de maan ontstaan.
Afbeelding 1: The big bang
Theorie 2: botsing 13
De meest gangbare theorie is dat de maan is ontstaan door een botsing van de aarde met een hemellichaam, Theia. Astronomen denken dat Theia een protoplaneet was met een massa vergelijkbaar met die van mars (ongeveer een tiende van de massa van de aarde). Door de botsing van de aarde met Theia kwam er zo veel energie vrij, dat beide hemellichamen bijna onmiddellijk in gesmolten toestand overgingen. Theia zou hierbij volledig vernietigd zijn en versmolten met de aardmaterie. Uit dit materiaal vormde zich een grote gaswolk rond de planeet. Die gaswolk condenseerde tot een ring die vergelijkbaar is met de ringen die rond Saturnus draaien. De verschillende deeltjes in die ring klonterden samen tot steeds grotere brokstukken. Misschien heeft de aarde vroeger meer manen gehad, maar uiteindelijk zijn die tot één maan samengeklonterd. Deze theorie wordt bevestigd door de samenstelling van de gesteenten op de Maan, die ongeveer dezelfde is als die van de aardkorst. De inslagtheorie De meest aannemelijke theorie over het ontstaan van de maan is de grote inslagtheorie. Er zijn een aantal bewijzen voor deze theorie. In 1997 is er een artikel verschenen in het blad Nature. Wetenschappers hadden een computerprogramma geschreven waarmee ze de botsing van de aarde met een willekeurig ander hemellichaam konden nabootsen. Ze voerden telkens een andere massa voor de protoplanneet, een andere invalshoek en een andere snelheid in en vormden zo een beeld van na de botsing. Omdat er na de meeste botsingen ook daadwerkelijk een maan ontstond, zagen de wetenschappers dat de grote inslagtheorie heel goed waar kan zijn. Alleen bleek dat de protoplaneet twee maal zo groot moet zijn geweest dan men eerst dacht. Een groot deel van de brokstukken van de botsing viel namelijk terug op aarde. Om toch een maan van de juiste grootte te krijgen, moet er dus een grotere botsing zijn geweest. Een andere opvallende conclusie was, dat de maan waarschijnlijk slechts binnen één jaar is ontstaan.
14
Uit andere modellen is gebleken dat de hoek met de as van de proto-Aarde waaronder de protoplaneet in is geslagen klein is geweest, de protoplaneet schampte de aarde slechts. Het grootste gedeelte van de mantel van de protoplaneet en een groot deel van de aardmantel werden de ruimte ingeslingerd, dit puin kwam in een baan om de aarde terecht en vormde in de eerste 100 jaar na de inslag de maan. Hier wordt dus gezegd dat het 100 jaar duurde om de maan te vormen, terwijl in andere bronnen stond dat het één jaar duurde, wij weten natuurlijk niet wat waar is. De kern van de protoplaneet zonk naar beneden en voegde zich samen met de aardkern.
15
Hoewel de grote inslaghypothese op het moment de beste verklaring is voor het ontstaan van de Maan, zijn er ook nadelen aan de hypothese. Voorbeelden zijn: De verhoudingen van atmofiele elementen (waterstof, stikstof en alle edelgassen) in de maan zijn niet met de grote inslaghypothese te verklaren. Er is geen bewijs gevonden dat de Aarde ooit een magma-oceaan had, wat wel verwacht wordt als er een grote inslag heeft plaatsgevonden. Er is wel weer een verklaring voor de afwezigheid van bewijs: het kan zijn dat hevige convectie in de aardmantel (= de opstijging van warme lucht van de door de zon verwarmde bodem op het ene punt en het dalen van koude lucht op een ander punt, deze convectiestroming is gesloten) alle elementen weer heeft vermengd na afloop. De concentratie ijzer(II)oxide (FeO) in de Maan is met 13 massa% te hoog om een gezamelijke afkomst te kunnen hebben met de aardmantel. Als een groot gedeelte van het materiaal waaruit de Maan is opgebouwd afkomstig is van het inslaande object zou de Maan verrijkt moeten zijn in siderofiele elementen (= scheikundig element dat niet goed met zuurstof of zwavel verbindt en goed oplosbaar is in gesmolten ijzer, komt o.a. veel voor in de aardkern), maar de maan is juist verarmd in deze elementen. Maar voor dit nadeel is ook weer een verklaring gevonden: er zijn namelijk ook modellen die laten zien dat er al in de vroegste stadia van de vorming van de Aarde de scheiding plaatsvond tussen een aardkern en een aardmantel. Het grootste gedeelte van de zware elementen concentreerde zich in de kern, waarvan bij de inslag geen materiaal de ruimte ingeslingerd werd. Daarom schijnt de maan een vergelijkbare samenstelling te hebben als de korst en mantel van de aarde samen, zonder kern dus.
Bronnen http://www.kennislink.nl/publicaties/het-ontstaan-van-de-maan-gesimuleerd http://nl.wikipedia.org/wiki/Grote_Inslagtheorie
16
http://nl.wikipedia.org/wiki/Maan#Ontstaan http://www.museumkennis.nl/nnm.dossiers/museumkennis/i001044.html
17
5
Maansverduistering Timo
Een maansverduistering ontstaat als de zon, aarde en maan op één lijn staan. Normaal gesproken weerkaatst de maan het licht van de zon. Maar bij een maansverduistering staat de maan in de schaduw van de aarde.
K e r n s c h a d u w
Maansverduisteringen vinden alleen plaats tijdens volle maan, als de maan tegenover de zon staat. Toch is er niet elke volle maan een maansverduistering, omdat de baan van de maan ongeveer 5.1° gekanteld is ten opzichte van het vlak (van de baan) waarin de aarde rond de zon draait. Hierdoor kan een maansverduistering alleen plaatsvinden op het moment dat maan vlakbij een van de knopen, de kruispunten van hun baan, staat. Op http://hemel.waarnemen.com/FAQ/Maan/images/020a.gif staat een afbeelding van het verloop van een maansverduistering. Er zijn ook onvolledige maans-verduisteringen mogelijk, dan staat de maan niet in de kernschaduw van de aarde, maar in de halfschaduw. Je krijgt dan een normaal ogende volle maan met een soort hap eruit. Tijdens een maansverduistering krijgt de maan meestal een rode kleur, dit komt omdat rood licht meer gebroken wordt door de dampkring dan de andere kleuren. 18
Frequentie Elk jaar komen er maansverduisteringen plaats, gemiddeld zo'n 2,3 per jaar. Op 26 juni 2010 is er in de Benelux weer een maansverduistering zichtbaar. Je kan een maansverduistering voorspellen met behulp van het sarosnummer. Als dit getal bij een volle maan tussen de 109 en 150 ligt treedt er een maansverduistering op. Tussen de 121 en 137 is het een totale, tussen de 109 en 120 of tussen de 138 en 150 is het een gedeeltelijke maansverduistering. Ongeveer elke 18 jaar en 11 dagen staan de zon, maan en aarde op (ongeveer) dezelfde plek. Elke van deze posities die een volle maan is heeft een eigen nummer, het sarosnummer, dat van 1 t/m 223 kan lopen.
Bronnen http://www.sterrenkids.nl/page.php?19 http://nl.wikipedia.org/wiki/Maansverduistering http://www.sterrenkunde.nl/index/encyclopedie/maansverduistering.html http://www.astro.uu.nl/~strous/AA/nl/saros.html#sarosnummer http://eclipse.gsfc.nasa.gov/JLEX/JLEX-index.html → kijk wanneer er waar een maansverduistering was
19
6
Atmosfeer op de maan?
V ERS LAG : N LT De atmosfeer van de maan Tobias Damman, Titus Franssen, Thijs Piso 21 januari 2010
20
Inhoudsopgave Wat is een atmosfeer?
22
Wat voor atmosfeer heeft de maan?
22
Hoe komt dat?
22
Te snelle rotatie = geen atmosfeer
23
Hypothese
23
Berekening
23
Conclusie
23
Ontstaan = geen atmosfeer
23
Voor
23
Tegen
23
Conclusie
23
Te weinig zwaartekracht = geen atmosfeer
24
Hypothese
24
Voor
24
Tegen
24
Conclusie
24
21
Wat is een atmosfeer? De atmosfeer is iets wat alle hemellichamen met een massa die groot genoeg is hebben. De atmosfeer is een verzameling van gassen om het hemellichaam. Deze gassen worden vastgehouden door de zwaartekracht van het hemellichaam. Gassen ontsnappen aan de atmosfeer als ze zich sneller bewegen dan de ontsnappingssnelheid. In de atmosfeer van de aarde, vaak dampkring genoemd, bevat zes lagen: de troposfeer, de stratosfeer, de mesosfeer, de ionosfeer, de thermosfeer en de exosfeer. De troposfeer is het laagste deel van de atmosfeer. Hierbinnen vinden bijvoorbeeld de meeste meteorologische fenomenen plaats. De stratosfeer bevindt zich tussen de mesosfeer en de troposfeer. Hoe hoger je in de stratosfeer komt des te warmer het wordt. De mesosfeer bevindt zich tussen de thermosfeer en de stratosfeer. In de mesosfeer bevindt zich weinig ozon (O3) hierdoor wordt het naarmate je hoger komt steeds kouder. Ook wordt je vanaf dit punt gebombardeerd door straling van de zon.
Wat voor atmosfeer heeft de maan? De maan heeft geen atmosfeer om over naar huis te schrijven, maar dat wil niet zeggen dat de maan helemaal geen atmosfeer heeft. Ze heeft een zogeheten exosfeer. Ook de aarde heeft zo’n laag. De exosfeer is de uiterste laag waarin nog een klein beetje moleculen rondzweven voordat je in het werkelijke ruimtevacuum terecht komt. De exosfeer is erg ijl, waar de atmosfeer op zeeniveau zo rond de 1 miljard moleculen/liter lucht heeft, heeft de exosfeer slechts duizend moleculen/liter lucht. Het is dan ook logisch dt je op het maanoppervlak niet kan ademen, er is simpelweg te weinig lucht voor.
22
Hoe komt dat? Over hoe het komt dat de maan geen atmosfeer heeft hadden wij meerdere theorieën. De maan bestaat namelijk al zo lang en is toch een hemellichaam van niet gering (hoewel veel lichter dan de meesten) gewicht. In alle redelijkheid zou de maan al lang zijn eigen atmosfeer bij elkaar gesprokkeld hebben. Hier leggen we uit waarom dat niet zo is.
TE
SNELLE ROTATIE
=
GEEN ATMOSFEER
Mijn eerste theorie was dat de maan te snel rond draait om de moleculen vast te houden. Dit werkt als volgt: HYPOTHESE Een ronddraaiend hemellichaam heeft een Fmpz, , als deze de Fzw overstijgt dan zullen de moleculen in de atmosfeer een dusdanig hoge snelheid bereiken dat zij aan de maan ontsnappen BEREKENING Ik heb uiteindelijk een berekening verzonnen waarmee ik deze theorie zou kunnen bewijzen. Matoom=1,7E-23 g Vmaan=3,43E7 km/28 dagen=1,41E4 m/s Amaan=3,7 m/s2 Straalmaan=1,738E6 m Fmpz>Fzw => (mv2)/r>ma => (1,7E-27*1,41E42)/1,738E6>1,7E-23*3,7 =>1,94E-25>6,29E-23 CONCLUSIE Dit klopt dus klaarblijkelijk niet, Wims verklaring hiervoor was dat atomen op de maan in de lucht hangen en dus niet beïnvloed worden door de middelpuntzoekende kracht.
ONTSTAAN =
GEEN ATMOSFEER
De maan heeft geen atmosfeer sinds en vanwege haar ontstaan. VOOR Hoewel er meerdere theorieën zijn over het ontstaan van de maan, is de
23
meest geaccepteerde dat de maan is ontstaan uit puin veroorzaakt door een botsing van de proto-aarde met een hemellichaam, waarvan verondersteld wordt dat het de grootte had van Mars. Doordat dit puin geen atmosfeer had, kreeg de maan deze ook niet. TEGEN Mogelijkerwijs had de maan een atmosfeer kunnen verkrijgen van een nabij gelegen hemellichaam, zoals de aarde, maar de zwaartekracht van de maan was daarvoor niet overheersend genoeg. CONCLUSIE Hier is uit te concluderen dat de maan nooit een atmosfeer heeft gehad, en dus ook niet verloren. Er is dus nog wel een tweede theorie nodig om hier bewijs voor te leveren.
TE
WEINIG ZWAARTEKRACHT
=
GEEN ATMOSFEER
HYPOTHESE De maan kan geen atmosfeer verkrijgen door een tekort aan zwaartekracht. VOOR De maan heeft niet genoeg zwaartekracht om een atmosfeer te ‘stelen’ van een ander hemellichaam. TEGEN Een theoretische mogelijkheid is dat er ooit een object mét een atmosfeer tegen de maan is gebotst, en zo de maan een atmosfeer ‘gegeven’. Er zijn echter geen sporen van een dergelijke botsing, dus dit argument is verwerpelijk. CONCLUSIE Dit is de meest plausibele verklaringen die we gevonden hebben, de maan kan zijn atmosfeer simpelweg niet vasthouden.
24
7
Afstand aarde – maan Thom, Ken, Meric
INHOUD − De afstand en methoden van meten. Het lijkt ver weg maar het is bijna realtieit. Tom Murphy van de universiteit van Washington gaat de maan bestoken met laserstralen om de precieze afstand tot de maan milimeter nauwkeurig te bepalen. De gemiddelde afstand van de middelpunt van de aarde tot de middlepunt van de maan is 384*10^3km. De maan is excentrisch en verandert voortdurend een beetje van vorm. De afstand schommelt van 356.000 en 407.000 kilometer. Het idee is simpel: schiet een krachtige laserstraal richting de maan en meet hoe lang het duurt tot je de reflectie opvangt, ruwweg tussen de 2,3 en 2,7 seconden. Vermenigvuldig de tijd met de lichtsnelheid en je hebt de afstand. (2,7+2,3)/2=2,5 seconden * 299 792 458 m/s=7.5e8 7.5e8/1000=7.5e5 km 7.5e5/2(want de laser gaat heen en terug) =3,7*10^5 km Murphy wil die precisie vertwintigvoudigen door extreem korte laserpulsen van een tienmiljardste seconde op de maan af te vuren. De laserpulsen worden gericht op spiegels die dertig jaar geleden onder anderen door de Apollo 11-astronauten op de maan zijn achtergelaten. Van elke afgevuurde laserpuls hoopt Murphy een paar seconden later tien gereflecteerde fotonen op te vangen met een gevoelige detector. Het laserproject, dat wordt gefinancierd door NASA en moet over een jaar van start gaan. Murphy en zijn collega's maken gebruik van de telescoop op Apache Point in New Mexico. −
We kunnen de afstand ook zelf berekenen met de 3e wet van kepler.
Fmpz = Fgrav => (mv^2)/r = G.(m.M)/r^2 => v^2 = G.M/r => (2PIr^2/ T)^2 = G.M/r => (4PI^2r^2)/T^2 = G.M/r
** Expression is faulty **
− De beweging van de maan heeft invloed op de afstand.
25
De maan voert gelijktijdig twee bewegingen uit: • een aswenteling in tegenwijzerzin in 291/2 dagen. • een omwenteling om de aarde, ook in tegenwijzerzin en in 27 1/3 dagen. De maanbaan maakt een hoek van 5°09' met het eclipticavlak van de aarde rond de zon. Deze omwentelingsbeweging volgt de wetten van Kepler. De baan is ellipsvormig met de aarde in een van de brandpunten, zodat de afstand aarde maan schommelt tussen 407 000 km in het apogeum en 356 000 km in het perigeum.
Als de maan in het Apogeum staat, staat hij in zijn cyclus op dit punt het verst van de aarde (apo = ver, geo = aarde). Hij staat in zijn cyclus ook het verst weg van de aarde in het perigeum, maar deze afstand is relatief het kleinst. Als de maan in het perigeum staat, zijnde getijden het sterkst. - Hoe de afstand verandert in de loop der tijd, De afstand aarde maan neemt toe met gemiddeld 8,3 cm per jaar De reden voor deze toename is dat de Maan impulsmoment wint uit de rotatie van de Aarde. Onder het begrip impulsmoment moeten we aan ''de hoeveelheid draaing '' denken. Een impulsmoment kan worden overgedragen maar kan netzoals energie niet verloren gaan. De impulsmoment hangt af van een aantal zaken o.a: • Hoe snel een voorwerp draait. • Hoe zwaar een voorwerp is. • Hoe groot de draairadius is. Een bekend voorbeeld van impulsmomentbehoud is de ijsdanser die al draaiende zijn armen intrekt; de draairadius wordt kleiner en dus moet de draaisnelheid groter worden. Als de draaisnelheid niet groter zou worden, zou er impulsmoment verloren zijn gegaan. Als de ijsdanser spontaan sneller zou gaan draaien, zou er impulsmoment worden geproduceerd.
26
In het aarde-maan-systeem wordt er impulsmoment door de rotatie van de Aarde overgedragen aan de baanbeweging van de Maan. Hierdoor roteert de Aarde langzamer (minder impulsmoment) en de baan van de maan wordt groter (meer impulsmoment). Maar hoe wordt deze impulsmoment nou overgedragen? Het antwoord is: de getijdenwerking tussen de Aarde en Maan. De getijdenwerking is de veroorzaker van eb en vloed. De getijden zorgen voor vloedbergen, eentje aan de kant van de Aarde die naar de maan is toegekeerd en de andere aan de omgekeerde kant. Deze twee vloedbergen liggen niet exact op de lijn die de Aarde en Maan verbindt, maar ietsje ervanaf. Doordat de twee getijdenbergen van de Aarde iets verschoven zijn ten opzichte van de lijn die de Aarde met de Maan verbindt, 'voelt' de Maan een extra zwaartekrachtcomponent die in de richting van die dichtstbijgelegen getijdenberg wijst (zie Figuur). Er is ook een component die naar de andere getijdenbult wijst. Deze is niet getekend in de figuur en is iets zwakker door de grotere afstand van deze berg tot de Maan. Deze tweede component zal het effect van de eerste component voor een groot gedeelte afzwakken, maar dus niet helemaal opheffen. Voor de eenvoud gaan we ervan uit dat de tweede component niet bestaat en de eerste component heel zwak is om hiervoor te compenseren.
De grote groene pijl in Figuur1 geeft (overdreven) aan hoe de zwaartekracht van de Aarde op de Maan gericht is. Deze is door de twee getijdenbergen dus niet gericht naar het centrum van de Aarde, maar iets meer in de richting waarin de Aarde om haar as roteert. Doordat de Maan in dezelfde richting om de Aarde draait als de Aarde om haar as, is deze verplaatsing dus ook in de richting waarin de Maan beweegt. De grote,
27
diagonale groene pijl kan worden ontbonden in de richting van de Aarde en in de richting waarin de Maan beweegt (de twee kleinere pijlen in Figuur1). De kracht die in de richting van de Aarde wijst wordt weer opgeheven door de centrifugaalkracht die wordt veroorzaakt door de baanbeweging van de Maan, zodat de Maan noch naar de Aarde valt, noch de ruimte in schiet. De voorwaartse kracht, de kleinste groene pijl, wordt echter niet gecompenseerd! Deze kracht zorgt dus voor een versnelling van de Maan in de richting waarin hij al beweegt. De versnelling vergroot het impulsmoment in de baan van de Maan zodat dat de maanbaan in de loop van de tijd groter wordt.
28
8
Massa maan Maxime, Irene, Roos
Nieuwsgierigheid Waarom willen we de massa van de maan weten? Afgezien van het feit dat het menselijk ras altijd al gefascineerd is geweest door het onbekende. De maan hebben we altijd al als onbekend beschouwd aangezien hij zo ver weg staat dat we er niet zelf aan konden meten. Zo is ook de mythe van de ´dark side of the moon´ in het leven geroepen. Toen we eenmaal op zo’n grote schaal gefascineerd geraakt waren door de maan, wilden we deze fascinatie ook niet loslaten totdat we alles wisten wat er maar over een bepaald onderwerp te weten valt. De mens is nieuwsgierig, zo zitten we nu eenmaal in elkaar, daar komt nog bij dat we het een beangstigende gedachte vinden om dingen niet onder controle te hebben, of in ieder geval te begrijpen hoe iets werkt. Hierbij is het heelal dus een enorme stoorfactor op ons gevoel van ´veiligheid´, dus hoe meer licht we op dit onderwerp kunnen werpen, hoe beter. Ook al heeft Newton de gravitatiewet opgesteld, hij kon de gravitatieconstante niet bepalen vanwege het feit dat hij de massa’s van de hemellichamen niet kende. Dit was waarschijnlijk een van de grootste redenen, naast onze ‘natuurlijke curiositeit’, om de massa’s van verschillende hemellichamen te weten te willen komen. Henry Cavendish was uiteindelijk degene die in 1798 deze gravitatieconstante voor het eerst mat. Dit deed hij met behulp van een torsiebalans. Toen deze gravitatieconstante eenmaal bekend was, was de massa van de aarde relatief makkelijk uit te vinden, waarna we de baansnelheid van de maan moesten berekenen om zo gebruik te kunnen maken van de gravitatiewet van Newton om de massa van de maan uit te rekenen. En aangezien we dan nu de massa van de maan weten, kunnen we deze massa weer gebruiken voor het berekenen van andere dingen waar we ons gefascineerde oog op hebben laten vallen. Het is als het ware een schakel in een oneindige keten van vragen.
29
Berekening van de massa - methode 1 De massa van de maan is 7.35 x 10²² kilogram. De massa van de maan is te berekenen door middel van de derde wet van Kepler.
T a G M m
Omlooptijd Afstand voorwerp tot de maan Gravitatieconstante Massa voorwerp 1 Massa voorwerp 2
Dit kun je op twee manieren doen: 1. Als je weet met welke omlooptijd en afstand er een voorwerp om de maan heen draait, kun je de massa van de maan (M) berekenen. Hierbij moet je m verwaarlozen, omdat de massa van de maan zo groot is dat de massa van een voorwerp dat er omheen draait te verwaarlozen is. 2. Je kunt de massa van de maan ook berekenen door de derde wet van Kepler op een andere manier te gebruiken. De omlooptijd van de maan om de aarde en de afstand van de aarde tot de maan zijn bekend. Ook de massa van de aarde is bekend. Als je al die gegevens invult in de derde wet van Kepler kun je de massa van de maan, m, berekenen. Het probleem bij manier 1 is dat er geen (natuurlijk) voorwerp is dat om de maan draait, wat wij kennen. Nou kan men wel de T en de a berekenen, door middel van satellieten die om de maan hebben gedraaid. Het probleem bij manier 2 is dat je de massa benadert. Als je voor a de afstand van de aarde tot de maan gebruikt, ga je er van uit dat de maan in een cirkelbeweging om de aarde draait. Dit is echter niet zo. De maan draait in een elliptische baan om de aarde. De constante verhouding van de afstand van het brandpunt tot een willekeurige rechte richtlijn in een ellips heet excentriciteit. Hoe dichter de excentriciteit, ookwel als ε afgekort, bij de nul komt, hoe meer de ellips op een cirkel lijkt. De excentriciteit van de ellips van de maan om de aarde komt erg dicht bij de nul, waardoor deze elliptische baan bijna een cirkel is. De excentriciteit van de maan is 0.0549. De uitkomst van je berekening is niet exact, maar het is wel een goede benadering.
30
Omlooptijd van de maan om de aarde is 27 dagen, 7 uur en 43 minuten. Omgerekend is dit 2360580 seconde. Gravitieconstante van Newton is 0.00067 * 10¹¹ Nm² kg². Massa van de aarde is 5976 * 10²¹. Afstand van de aarde tot de maan is (kern tot kern) 384.450 kilometer. Omgerekend is dit 384450000 meter
Alles invullen: (2360580)² =
* 384450000³ 4Π² 0.00067*10¹¹(5976*10²¹ + m)
Na alles te hebben uitgerekend kom je op een massa van 6.007916477 * E27 kilogram. Dit is een benadering, met deze formule kun je niet precies de massa uitrekenen.
31
Berekening van de massa - methode 2
Onbekend: ρ = dichtheid V = volume Dichtheid Uit onderzoek hebben wij de dichtheid van de aarde kunnen berekenen. Deze is namelijk 2800 kg/m3. Ook weten wij dat de maan in een ver verleden deel van onze aarde heeft uitgemaakt, maar toen door een inslag een hemellichaam is losgebroken van de aarde en in een baan rond de aarde is gekomen. Daarom zou je kunnen aannemen dat de dichtheid van de maan gelijk is aan de dichtheid van de aarde. In deze formule is de ρ dus 2800 kg/m3. Volume Als tweede hebben wij het volume nodig. Het volume is vrij gemakkelijk te berekenen met de straal van de maan. De straal van de maan is namelijk 1.737.950 m. Vervolgens kun je het volume berekenen door middel van de formule
Bij het invullen van de straal in deze formule krijg je het volume
V = 4/3 * π * r 3 V = 4/3 * π * 5,249E18 = 2,199E19 Massa Nu hebben we beide onbrekende waardes gevonden, en hoeven we alleen de formule nog om te vormen, om deze vervolgens te kunnen invullen en de massa te berekenen.
Wordt
m=V*ρ m = 2,199E19 * 2800 = 6,157E22 kg Als we dit vergelijken met de werkelijke massa van de maan, blijkt dat deze zo goed als hetzelfde is. De werkelijke massa is namelijk 7,35E22 kg.
32
