IN DIT NUMMER: -Tijddilatatie -Navigeren in het verleden -Fotograferen met een blikje -Kometenjager Rosetta -Precessie nader bekeken
Gratis voor donateurs
No: 2010-3
(advertenties)
2
Observator Jaargang: 29 Nummer: 3 Oplage: 800 September 2010 Lay-out en eindredactie: Marijn de Pagter en Rijk-Jan Koppejan. De OBSERVATOR is een uitgave van Stichting Volkssterrenwacht “Philippus Lansbergen”. Mocht u zich willen abonneren op dit blad, dan kan dat door donateur te worden van de volkssterrenwacht. De minimale donatie bedraagt 15,00 euro per jaar. U steunt dan meteen de sterrenwacht. Bij voorbaat hartelijk dank! Colofon: Volkssterrenwacht Philippus Lansbergen, Herengracht 52, 4331 PX Middelburg. Telefoon: 0118-640315 Rabobank nr. 38. 53.80.453 t.n.v. S.V.P.L., Middelburg Geopend voor bezoekers: Iedere vrijdagavond van 19:30 uur tot 22:00 uur. Internet: Homepage: www.lansbergen.net en ook: www.inventionofthetelescope.eu E-mail:
[email protected] Redactie Observator:
[email protected] Bij de voorplaat: De Zeeuwse Zonnige Zomeravonden waren weer een groot succes. Het was bijna elke vrijdagavond helder genoeg om met de telescopen naar de zon te kijken. Het WK-voetbal ging ook de sterrenwacht niet helemaal ongemerkt voorbij, getuige de Hollandse Leeuw op de zonnetelescoop. Foto: Rijk-Jan Koppejan. Inhoud: Adressen
3
Van de voorzitter door Rijk-Jan Koppejan
4
Tijddilatatie door Jan Minderhout
7
Navigeren in het verleden door Jan Hellema
11
Fotograferen met een blikje door Jan Koeman
18
Kometenjager Rosetta door Tjerk Westerterp
22
Precessie nader bekeken door Peter Jelier
25
Onze medewerkers actief
28
3
Van de voorzitter Door Rijk-Jan Koppejan De zomer is weer voorbij en voor de waarnemers onder ons breken er weer mooie tijden aan. Zeker als straks de klok weer terug gaat naar die heerlijke wintertijd kunnen we weer volop gaan genieten van echt donkere nachten. We zijn er dan ook klaar voor; we hebben twee nieuwe telescopen aangeschaft voor in de tuin van de sterrenwacht. Van daaruit kan nu werkelijk iedereen leren werken met telescopen. De kijkers die we aangeschaft hebben zijn namelijk Dobsontelescopen. Dat zijn eenvoudige, maar zeer lichtsterke spiegeltelescopen op een eveneens eenvoudige montering. Niet Twee nieuwe telescopen: 30cm Newton f5. Foto: Jan Koeman geschikt voor de astrofotografie, maar juist voor visuele waarnemingen. Op eenvoudige wijze kan de kijker elke gewenste richting gemanoeuvreerd worden. Met behulp van een sterrenkaart en een red dot zoeker zijn de hemelobjecten in beeld te brengen. Kom het zelf maar eens proberen. Onze waarneemtuin krijgt met deze aanschaf steeds meer gestalte. Binnen niet al te lange tijd komen de nieuwe kijkers in een behuizing te staan. Bezoekers in de tuin van de sterrenwacht. Foto: Jan Koeman
Erwin Meerman Het heeft niet direct met sterrenkunde te maken, maar toch wil ik niet onvermeld laten dat we trots zijn op onze medewerker Erwin Meerman. Hij is namelijk ontzettend goed in het maken van (schaal)modellen van dinosauriërs. Zó goed dat twee van zijn modellen tentoongesteld werden in Londen ter gelegenheid van het 350-jarig bestaan van The Royal Society (een bevoorrechte club wetenschappers in Engeland waar o.a. Sir Isaac Newton lid van was). Op de volgende pagina een foto van één van zijn modellen.
4
Het betreft een Pterosaurus (een vliegende dino). De tentoonstelling komt dit najaar naar Rotterdam, dus zeker gaan kijken! De tentoonstelling ‘Ptero’s boven Rotterdam vliegende reptielen uit de oertijd’ duurt van 22 september 2010 t/m 6 maart 2011. Activiteiten We organiseerden weer tal van activiteiten afgelopen maanden. De Zeeuwse Zonnige Zomeravonden waren weer een groot succes en dat geldt ook voor de meteorenkijkavond bij theeschenkerij ‘De Blauwe Reiger’ in Veere. Daar kwamen ruim zestig bezoekers op af. Het was niet de hele avond helder, waardoor verreweg de meesten laat in de avond, na de lezingen, afdropen. Diegenen die wel bleven werden tussen 02:00 en 04:00 uur beloond met een heldere hemel en een 70-tal meteoren. Het was een geweldige nacht. Ook waren we actief bij camping de Zonnehoeve in Zonnemaire. Deze landschapscamping organiseert vaker sterrenkijkavonden i.s.m. met de sterrenwacht. Het is daar lekker donker en hopelijk blijft dat daar ook zo. Donkere plekken worden immers steeds schaarser.
Pterosaurus. Foto: Erwin Meerman
Meteorenkijken bij de Zonnehoeve in Zonnemaire. Foto: Hanneke van der Bijl
Tot slot We hebben voor de komende tijd weer heel wat voor u in petto. Op 24 september is er een lezing over navigeren en sterrenkunde door Jan Hellema op de sterrenwacht en de laatste zaterdag van oktober doen we weer mee met de Nacht van de Nacht. Een andere belangrijke datum is 6 november. We organiseren dan een symposium in de Zeeuwse Bibliotheek met het thema: ‘Bouwstenen van het leven’. Sprekers zijn prof. Waelkens van de universiteit van Leuven en dr. Flameling van de Roosevelt Academy. Wij beloven u een boeiende middag in de bibliotheek! Via onze website, mailinglist, maar ook via twitter en facebook houden wij u op de hoogte. Komt allen!
5
Tijddilatatie Door Jan Minderhout Tijddilatatie veroorzaakt door snelheid (dilatatie = uitrekking) is het verschijnsel dat voor een waarnemer de tijd voor een object dat ten opzichte van de waarnemer beweegt trager verloopt. Tijddilatatie is een gevolg van de onveranderlijke snelheid van het licht. Deze snelheid is 300.000 km/sec. Die geldt voor elke waarnemer. Het maakt niet uit of hij zich met de richting van het licht mee beweegt of er tegen ingaat. Door deze onveranderlijke snelheid, een constante, zal de tijd zich ondergeschikt moeten maken aan de snelheid van het licht. Dat moet dan inhouden dat de tijd geen constante is, maar dat tijd trager kan verlopen, afhankelijk van het referentiekader, het kamertje waarin we ons bevinden. Dit kunnen we aantonen met het volgende voorbeeld (zie illustratie 1): Stel dat een man in een trein, die rijdt met een snelheid van 30 km/h ,een balletje van één meter hoogte op de vloer van de wagon laat stuiteren zodanig dat het na één seconde weer terug in zijn vertrekpunt is. De snelheid van het balletje is dan twee meter per seconde. De trein Illustratie 1 heeft echter voor een waarnemer langs het spoor tien meter afgelegd voordat het balletje in de beginstand teruggekeerd is. De afstand die het balletje doorlopen heeft is voor de buitenstaander langer, maar duurt ook één seconde. De conclusie is dat de snelheid van het balletje voor de waarnemer langs het spoor (in zijn kamertje) groter is dan die voor de waarnemer in de trein (ook in zijn kamertje) . Als we nu het balletje vervangen door een “pakketje” licht dat vertrekt uit een lampje en weerspiegeld wordt door een spiegeltje op de vloer van de wagon, dan komt het gereflecteerde licht na een bepaalde minimale tijdspanne weer bij zijn vertrekpunt, het lampje, terug met de snelheid van het licht, namelijk 300.000 km/sec. Voor de
6
waarnemer buiten de wagon zal dit licht (zij het minimaal), net zoals het balletje, een langere weg doorlopen hebben, maar sneller dan 300.000 km/s kan het licht niet gaan. Hoe kan het licht nu een langere afstand doorlopen met een snelheid die niet groter kan worden? Alleen maar omdat de klok voor de waarnemer langzamer verloopt dan de klok voor de lichtstraal in de wagon, zodat de snelheden per tijdseenheid gelijk blijven.
Na terugkeer naar de aarde is de tweelingbroer van de ruimtereiziger ouder geworden t.o.v. de astronaut.
Uit het bovenstaande volgt het fantasievolle verhaal van de tweelingen, ook wel de tweeling paradox* genoemd. Stel dat de helft van een tweeling vanaf de aarde vertrekt op een bepaald tijdstip met een snelle raket, die de snelheid van het licht benadert, om een rondje in de ruimte te maken. Als de reizende tweelinghelft terug op aarde komt dan zal de klok van de reiziger trager gelopen hebben dan de klok van de thuisblijver. Wat betekent dit? De reiziger zal jonger zijn dan de thuisblijver op het moment dat hij bij het vertrekpunt aan komt. Hoeveel jonger? Als de reiziger zich met een snelheid, in dit voorbeeld 99,9% van de lichtsnelheid, zijn baan afgelegd heeft en na een jaar, gemeten in zijn ruimtecapsule, weer op aarde komt dan zal deze zuster of broer die achterbleef 70,71 jaar ouder zijn. De klok in de capsule heeft langzamer gelopen. Als iemand met de snelheid van het licht naar Pluto, op 5 lichtuur afstand van de aarde, vliegt dan zal hij onderweg het beeld van de aarde blijven opvangen in overeenstemming met het moment dat het licht (beeld) de aarde verlaten heeft, alleen in een andere frequentie. De volgende illustratie toont dat. Het beeld achterhaald hem
7
niet met een snelheid van 600.000 km/sec maar 300.000km/sec. Als een waarnemer op aarde naar Pluto kijkt en die persoon vanaf de aarde, na aankomst, zou kunnen zien dan is de reiziger op Pluto inmiddels vijf uur ouder geworden. Tijd is geen absoluut begrip. Tijd kan wel absoluut ervaren worden zoals de mensheid één tijd ervaart omdat wij allen ons door het heelal bewegen in dat ene referentiekader (kamertje), de aardbol. Dit verschijnsel valt ook waar te nemen. Er zijn elementaire deeltjes, muonen**.Deeltjes die een verval (verdwijn) tijd hebben die korter is dan de reistijd van de bovenlagen van de atmosfeer naar het aardoppervlak. Door de snelheid van deze muonen ervaren we hun tijd anders. Ze leven in ons referentiestelsel langer zodat ze op het aardoppervlak toch detecteerbaar zijn. Hun tijd verloopt trager voor ons, waarnemers die stil staan. Het verschijnsel van dilatatie van beweging heeft men op vele gebieden kunnen waarnemen, zoals in deeltjesversnellers waarbij de snelheid van elementaire deeltjes dichtbij de lichtsnelheid gebracht wordt. Tijddilatatie gevormd door gravitatie***: Het verschijnsel dat klokken langzamer doet lopen naargelang ze zich dichter bij een zwaartekrachtpunt, bijvoorbeeld het middelpunt van de aarde, bevinden. Een klok geplaatst op de Lange Jan loopt sneller dan eentje in de kloostergang van de Abdij, dichter bij de aarde.
Je ziet een illustratie van wat er gebeurt. Een proton uit de ruimte dringt de atmosfeer binnen. Het proton valt uiteen in een sproeier van kleinere deeljes. Een aantal van deze deeltjes vervalt tot muonen..
8
Tot besluit van dit zeer eenvoudig gehouden verhaaltje nog iets over dilatatie en onze tomtommetjes. Toen men de beschikking kreeg over atoomklokken**** heeft men deze uiterst nauwkeurige klokken aan boord van militaire vliegtuigen geplaatst die in de lucht bij konden tanken. Na een baan om de aarde bleken deze klokken iets sneller gelopen te hebben dan de klokken op het vliegveld van vertrek. De invloed van het verschijnsel “dilatatie” is belangrijk geworden sinds de invoering van het GPS-systeem. Een klok in een vliegtuig dat om de aarde vliegt loopt anders dan een klok op het aardoppervlak. De tijdsverschillen zijn haast onmeetbaar klein vanwege de relatief lage snelheden van vliegtuigen. De satellieten van het GPSsysteem hebben een veel hogere snelheid waardoor de invloed van de dilatatie merkbaar wordt in relatie tot de nauwkeurigheid van het systeem. GPS-satellieten rond de aarde
De tomtoms werken op satellietzendertjes die om de aarde cirkelen. Ze maken gebruik van het GPS- systeem (Global Positioning System). In dit systeem wijken de gemeten tijden aan boord van de satellieten af van de gemeten tijden voor de tomtoms. De oorzaak is de dilatatie door snelheid en dilatatie door gravitatie (de ondervonden zwaartekracht is niet constant). Om precies te weten waar we zijn moet er een correctie uitgevoerd worden tussen “hun” tijd en de tijd hier op aarde. Deze correctie zorgt er voor dat wij onze positie op aarde tot op één meter nauwkeurig kunnen bepalen. Paradox: ogenschijnlijk tegenstrijdige situatie die ingaat tegen onze intuïtie. Muon: een zwaar soort elektron, met een kleine halfwaardetijd. Dit deeltje ontstaat als gevolg van de botsing van de kosmische straling met deeltjes van de atmosfeer. -*** Gravitatie;aantrekkingskracht die twee massa op elkaar uitoefenen. -**** Atoomklok. Een klok die gebruik maakt van de trillingen van bepaalde atomen. Deze trillingen vormen de basis van de tijdmeting. -* -**
Bronnen: internet, J. de Plaa, S. Hawking.
9
Navigeren met behulp van hemellichamen (2) Door Jan Hellema In de vorige editie van de Observator verscheen het eerste artikel van een serie over navigeren met behulp van hemellichamen. Onderwerp in dat artikel was het principe en de praktijk van plaatsbepaling op zee. In dit artikel kijken we naar de manier van navigeren in het verleden. Allereerst kijken we hoe de Verenigde Oost-Indische Compagnie (VOC ) zo’n 500 jaar geleden navigeerde bij reizen over zee. Het spreekt voor zich dat voor een scheepvaartonderneming als de VOC de navigatie op zee van vitaal belang was. Zeker ook als je de route ziet die men voer. Die werd voor een belangrijk deel bepaald door de heersende winden. De route voerde van de WestAfrikaanse via de Zuid-Amerikaanse kust naar Kaap de Goede Hoop. Vanaf de Kaap de Goede Hoop ging de Portugese route, en in eerst instantie ook die van de VOC, noordwaarts. Hendrik Brouwer verkende in 1613 een route die vanaf de Kaap iets zuidwaarts aanhield om dan langs de 38e breedtegraad in oostelijke richting tot vlak voor de kust van West-Australië te varen. Pas daar ging men noordwaarts. Hierdoor kon men profiteren van de westenwinden die op deze route heersen. In 1617 werd besloten dat voortaan alle schepen deze route moesten volgen. Hierdoor werd de reistijd ingekort van één jaar tot vijf of zes maanden. Welke navigatiehulpmiddelen had men ter beschikking? Zelfs vergeleken met die van de zeeman uit 1960 maar weinig. De schepen werden uitgerust met verschillende soorten kaarten en tabellen. Daarnaast een aantal hulpmiddelen en een aard- en hemelglobe. Ook andere waarnemingen, zoals kleurveranderingen in het water, waarnemingen van land en waarnemingen van bepaalde soorten vogels en vissen, droegen bij tot de positiebepaling. Navigatiehulpmiddelen Op leeskaarten werden kustlijnen, schetsen en allerlei andere afbeeldingen weergegeven. Een leeskaart is een beschrijving van kusten, havens en stromingen met getijdetabellen, dieptepeilingen, bodemkenmerken, bakens en opvallende herkenningspunten. Bepaling van de waterdiepte werd gedaan met het dieptelood. De lijn van het dieptelood was op regelmatige afstanden voorzien van merktekens. De eenheid die hiervoor gebruikt werd, was de vadem ofwel vaam, ongeveer 1,83 meter. Aan de onderkant van het lood was een uitholling waarin vet werd gesmeerd. Hierdoor bleef er
10
bodemmateriaal aan het dieptelood kleven en kon men aan de hand van de waterdiepte en de bodemgesteldheid mede bepalen waar men zich bevond en of de plaats geschikt was om te ankeren. De snelheid van het schip door het water werd met behulp van een log vastgesteld. De log (zie illustratie 1) bestond uit een plankje aan een loglijn met op vaste afstand merktekens (knopen). Door het aantal merktekens te tellen dat in 14 of 28 seconden uitliep, kon de snelheid van het schip berekend worden. Ook nu nog wordt de snelheid op zee uitgedrukt in knopen.
Illustratie 1. Handlog met zandloper
De tijd werd berekend met zandlopers, die aan boord meestal een half uur liepen en dan moesten worden omgedraaid. Op dat moment werd een slag met de bel gegeven. De hoogste zonnestand werd aangegeven met acht slagen. Een wacht duurde acht glazen (vier uur). Om de wacht te bekorten keerden de zeelui soms de glazen te vroeg om, het zogenaamde "zandeten". Op den duur ontstonden hierdoor grote tijdsverschillen. Het kompas was niet erg nauwkeurig. Probleem is bovendien dat een zeilschip afdrijft. De mate van afdrijven werd berekend door een boei aan een lijn te laten drijven. Daarmee kon de hoek van het afdrijven worden bepaald.
Illustratie 2. Kompas
Navigatie-instrumenten uit de tijd van de VOC Om de positie op zee te bepalen, moeten lengte- en breedtegraad worden gemeten. Door het meten van de hoogte van de poolster kon men op het noordelijk halfrond ‘s
11
nachts de breedtegraad bepalen. Overdag werd de breedtegraad bepaald door de hoogte van de zon te meten als zij op haar hoogste punt stond. Dit kan zowel op het noordelijke als zuidelijke halfrond. Op het zuidelijk halfrond is de poolster nooit te zien en kon de eerste methode dus niet gebruikt worden. Door het ontbreken van een nauwkeurige tijdmeter was het bepalen van de lengtegraad tot ver in de 18e eeuw een groot probleem. Pas toen John Harrison in 1762 een nauwkeurige chronometer wist te ontwikkelen, werd nauwkeuriger lengtegraadbepaling en dus positiebepaling mogelijk. (Illustratie 3) In de VOC-tijd gebruikte men verschillende benaderingsmethoden voor de lengtegraadbepaling. Eén methode was de kompasvariatie. Het verschil tussen het magnetische noorden en het geografische noorden op verschillende lengtegraadposities als kompasvariatie waargenomen. De Vlaamse astronoom, cartograaf, geograaf Illustratie 3. Chronometer en predikant Petrus Plancius had daarvoor tabellen gemaakt, die men gebruikte voor de benadering van de lengtegraad, waar men zich bevond. Navigeren in de tijd van de VOC gebeurde dus met instrumenten waarvan de nauwkeurigheid veel te wensen over liet. Geen Een andere manier om de wonder dat veel schepen strandden. Anderzijds: een lengtegraad te bepalen was het wonder dat het merendeel van de schepen veilig op tijdstip van zonsopkomst. de bestemming aankwam. Uitgangspunt daarbij is dat de zon in 24 uur een complete cirkel beschrijft. In één uur is dat 150. Men had de beschikking over tabellen die het tijdstip van zonsopkomst ten opzichte van de Amsterdamse tijd aangaven. Hiervoor was echter wel een nauwkeurig uurwerk nodig dat gedurende de hele reis goed bleef functioneren. Een dergelijk instrument ontbrak echter. De methode was door het gebruik van de zandloper weinig nauwkeurig.
Hoe navigeerden 1000 jaar geleden de Vikingen? Uit allerlei documenten weten we dat de Noormannen of Vikingen langs alle West-Europese kusten tot in de Middellandse Zee strooptochten uitvoerden. Bekend is bijvoorbeeld. dat ze in 800 n.C. het Nederlandse Dorestad (Wijk bij Duurstede) plunderden. Tijdensj die tochten navigeerden ze dicht langs de kusten. Bij de zeereizen van de Vikingen over de NoordAtlantische oceaan moet je bedenken dat ze, in verband met de weersomstandigheden, plaatsvonden in de zomer. Gezien de breedtegraad
12
van boven de 600 N waarop ze voeren, was het bijna 24 uur per dag licht. Navigeren tijdens een oversteek moesten de Vikingen dus vooral met de zon doen. Belangrijk uitgangspunt bij de navigatie waren: Zeilaanwijzingen Bij een oversteek een koers aanhouden over de 62° breedtegraad. Goed navigeren betekende dus richting en breedtegraad weten. Zij deden dat door zich vooral op de zon te oriënteren. Voor de bepaling van de richting gebruikten ze: • Veldspaatkristallen als polarisatiefilter voor zonlicht, waarbij de richting 90 graden van de zon af bepaald wordt (fout tot 300 mogelijk) … • Het zonnekompas • De poolster als het donker was. • •
Illustratie 4. Op deze kaart is te zien dat de Vikingen niet alleen de W+ZEuropeese kusten bezochten. Volgens IJslandse sagen maakten ze ook reizen naar IJsland, Groenland en zelfs naar Noord-Amerika. De Viking Leif Erikson kwam daar in 1001 na Christus aan. Dus Columbus was niet de eerste Europeaan die de Nieuwe Wereld in 1492 ontdekte. Hij bereikte de Nieuwe Wereld pas 500 jaar na Erikson.
Voor de breedtegraadbepaling gebruikten ze vooral de zonschaduwschijf (zie ill. 5) . De Vikingen hadden geen middelen om de lengtegraad van hun positie te bepalen. Evenmin hadden ze een hoekmeetinstrument. Waar wel gebruik van werd gemaakt is het gedrag van vogels en walvissen, kleur en geur van water en richting van wind en golven. Bekend is dat ze een raaf loslieten. Raven vliegen naar de kust; Vikingen volgden de vogel.
Illustratie 5. Zonschaduwschijf
13
Hoe navigeerden 3000 jaar geleden de Phoeniciërs? De Phoeniciërs waren de zeevaarders van de oude wereld. In de Middellandse zee hadden ze al commerciële lijnen. Daarnaast waren er lijndiensten naar Engeland en West-Afrika. Zo’n 3000 jaar geleden was de Phoenicische zeiler, Farao Neco, één van de eerste zeelieden die op zijn reis navigatiemethoden gebruikte. Door zijn observaties van de zon kunnen wij concluderen dat hij om Afrika heen is gevaren. Die observaties zijn opgeschreven door de Griek Herodotus. Tijdens die drie jaar lange reis was de zon gedurende een paar maanden in het noorden, waaruit wordt geconcludeerd dat hij op het zuidelijk halfrond heeft gevaren. Oók een manier om je positie te bepalen.
Illustratie 6. Arabische kamal; een plank met een vierkant gat waaraan een snoer met knopen op vaste afstand hing. De bedoeling was de zon aan de bovenkant en de horizon aan de onderkant van het gat in het plankje te krijgen waarop het aantal knopen de hoogte aangaf.
Tijdens hun reizen was het veelal kustnavigatie; men bleef dus zicht houden op de kust. Dat was ook nodig om eten en drinken aan te vullen. Daarnaast bepaalden ze op zee hun breedtegraad met behulp van de poolster en de zon. Voor de hoekmetingen gebruikte ze de zogenaamde kamal (zie illustratie 6). Verder is er niet zo veel bekend over de navigatiemethoden van de Phoeniciërs. Wat we er van weten is opgeschreven door Griekse en Romeinse schrijvers.
Hoe navigeerde men 5000 jaar of nog langer geleden? Om te laten zien hoe in de oudheid zeereizen verliepen gaan we terug naar de Polynesiërs en kijken hoe ze in staat waren om grote delen van de Stille Oceaan te koloniseren. De Polynesiërs zouden zo’n 6000 jaar geleden Illustratie 7. Dubbelrompkano afkomstig geweest zijn uit ZO Azië en zouden zich in 5000 jaar verspreid hebben over Oceanië. Ze deden dat met relatief eenvoudige schepen: dubbelrompkano’s (illustratie 7). Er werden grote kano’s van zo’n 35 meter lang gebruikt voor korte tochten (ter vergelijking: de Endeavour van
14
ontdekkingsreiziger Cook was 33 meter). Europese ontdekkingsreizigers hebben dergelijke kano’s gezien met 250 mensen aan boord. Voor langere reizen werden kano’s van zo’n 20m gebruikt waarmee 150 - 250km per dag kon worden gevaren. De grootste vaardigheid van de oude navigators was hun kunde om de nachtelijke hemel te “lezen”. Dat betekende dat: • De punten van opkomst en ondergang van de helderste sterren en planeten werden vastgelegd; • kano’s naar een ster op de horizon werden gestuurd; • er op een andere ster werd gestuurd als een ster te hoog of te laag kwam te staan; • er voor één nacht zeven tot twaalf sterren nodig waren; • de positie van de kan ten opzichte van de ondergaande zon werd vastgesteld; • het kanokompas ook gebruikt werd voor het karteren van de wind. Naast het lezen van de sterrenhemel waren ook de richting van de heersende passaatwinden of verandering daarin zeilaanwijzingen. Hetzelfde geldt voor de golfrichting of de verandering daarvan, het in lijn houden van een paar landmerken, de richting die grote groepen vogels vliegen. Deze aanwijzingen werden gebruikt als het bewolkt was. En dan waren er nog de song lines. Specifieke kenmerken die men op zee tegen kon komen waren vastgelegd in de vorm van gedichten op rijm. Die waren gemakkelijker te onthouden. Het moest wel op die manier want lezen en schrijven kende men niet. Replica navigatiekaart Op de Marshall-eilanden gebruikten de navigators een navigatiekaart (zie illustratie 8) die uit samengebonden stokken bestond. Schelpen geven hierop de relatieve positie van eilanden aan. De stokken toonden de richting van golfen deiningpatronen. Deze kaarten werden niet aan boord gebruikt maar moesten in het geheugen worden opgeslagen. Omdat de navigator alles wat er te weten viel zelf moest onthouden, moest hij ook voortdurend blijven
llustratie 8. Replica van een navigatiekaart
15
opletten. Voortdurend moest hij blijven uitkijken naar allerlei veranderingen. Op langere reizen werd de navigator aan boord dan ook altijd herkend aan zijn bloeddoorlopen ogen. Begin 70’ er jaren van de vorige eeuw hebben leden van de Polynesian Voyaging Society in Hawaii gezocht naar Polynesiërs die de traditionele navigatietechnieken nog beheersten. Zij vonden op een eiland in Micronesië een man die zonder instrumenten kon navigeren op de oceaan. Zij maakten een reis van Hawaï naar Tahiti en terug door gebruik te maken vanmet gebruikmaking van het sterrenkompas. De reis werd in 1980 nog eens met succes herhaald. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Eigen werk van Piet Neels
Prachtige opname van de Adelaarnevel (M16) in sterrenbeeld Boogschutter. Piet maakte deze opname met behulp van een h-alphafilter. De donkere structuren in deze nevel worden de “Pillars of creation” genoemd. Het zijn stervormingsgebieden waar ook nieuwe planeten worden gevormd.
16
Fotograferen met een blikje Door Jan Koeman en Anneke van Waarden-Koets In de tuin van het Van de Perrehuis in Midelburg, een achttiende-eeuws stadspaleis waarin het Zeeuws Archief is gehuisvest, wordt van 15 juli tot 23 december 2010 een fotografisch experiment uitgevoerd. De Middelburgse sterrenwacht gaat in ruim vijf maanden de baan van de zon vastleggen via een pinhole- of gaatjescamera. Ook in de tuin van de sterrenwacht aan de Herengracht wordt dit experiment uitgevoerd. De auteurs, Anneke van Waarden-Koets (educatie & exposities Zeeuws Archief te Middelburg) en onze medewerker Jan Koeman leggen in dit artikel uit hoe het experiment werkt. Solargraphy Experiment Op donderdag 15 juli j.l. bevestigde Jan Koeman, medewerker van Volkssterrenwacht Philippus Lansbergen, een leeg blikje aan het balkon van het terras achter het Van de Perrehuis. In het blikje maakte hij een gaatje waardoor het blikje werkt als een camera obscura. Achter het gaatje is fotopapier op A5 formaat bevestigd, rondgedraaid in het blik. Op dit fotopapier wordt van juli tot en met december de baan van de zon geprojecteerd. Zo ontstaat een foto met een belichtingstijd van ruim vijf maanden. Het blikje is gericht op het zuiden, met de abdijtoren 'Lange Jan' op de achtergrond en de tuin van het Van de Perrehuis en de achterliggende bebouwing op de voorgrond, waardoor een divers beeld ontstaat. Op donderdag 23 december 2010, na de kortste dag, zal de opname worden onthuld.
Jan Koeman wijst de zonnecamera aan
Camera obscura De camera obscura, gaatjescamera of pinhole camera, is een lichtdichte 'doos' waar in een van De camera Foto: Jan Koeman de zijden een heel klein gaatje (< 1 mm diameter) wordt gemaakt. Dit kleine gaatje werkt precies zoals een optische lens van glas: het omgevingsbeeld wordt omgekeerd geprojecteerd in de binnenkant van de camera obscura (op de zijde tegenover het gaatje). Plaats je een stukje fotopapier tegenover het gaatje, dan werkt de camera obscura als een echt fototoestel. De belichtingstijd moet je
17
proefondervindelijk vaststellen, maar al na een paar dagen belichten is er een beeld van de omgeving ontstaan op het fotopapier. Fotograferen met een blikje Je kunt heel gemakkelijk zelf een camera obscura maken van een leeg bier- of limonadeblikje. Breng in een donkere kamer fotografisch materiaal (bijvoorbeeld een velletje vergrotingspapier, vast nog wel aanwezig bij een familielid die voor het digitale tijdperk zelf foto's afdrukte) in het blikje en tape het blikje lichtdicht af. Prik met een speld een gaatje recht tegenover het fotografisch materiaal. Plaats het blikje op een plek met een interessante voorgrond. Met een belichtingstijd van enkele dagen tot een half jaar, zal de langdurige blootstelling aan zonlicht zorgen voor het vanzelf ontstaan van een negatief beeld van de omgeving. Het licht zet namelijk de zilverkristallen in het fotografisch papier om in grijstinten of zwart. Heel spannend om op deze wijze zon, ruimte en tijd te vangen in één opname met een camera die niets kost!
Deze opname maakte Jan Koeman vanuit zijn tuin, tussen februari en juni 2010. Duidelijk is de baan van de zon te zien aan de hemel. In de winter laag, in de zomer hoog. Ook aardig om te zien: sommige dagen was het de hele dag helder, andere dagen was het bewolkt. Een bijzonder experiment om ook thuis eens uit te voeren.
Solargraphy Het experiment in de tuin van het Zeeuws Archief is bedoeld om de baan van de zon vast te leggen. Dat heet Solargraphy. Solar = zon ; graphy = schrijven. Schrijven met de zon. In de zomer beschrijft de zon een hoge baan boven de horizon en in de winter een lage baan. Dat komt door de schuine stand van de aardas ten opzichte van de zon. Iedere dag vanaf 21 juni (langste dag) wordt de zonnebaan iets lager. Door nu in deze periode een foto te maken met een belichtingstijd van ongeveer zes maanden zie je die baan van de zon steeds verder naar beneden verschuiven en korter worden. Het experiment is dus eigenlijk circa drie weken te laat begonnen, maar op een belichtingstijd van bijna een half jaar zal dat niet veel uitmaken. Op dagen dat het
18
geheel bewolkt is, wordt er niets van de zonnebaan vastgelegd; wanneer er af en toe wolken voor de zon zijn, wordt het zonnespoor onderbroken. Dit is goed te zien op de voorbeeldfoto die in de tuin van Jan Koeman is genomen. De foto is ook te zien op het informatiebordje bij het blikje op het terras van het Zeeuws Archief en in de tuin van de sterrenwacht. Resultaat Het uiteindelijke resultaat (zie vorige bladzijde) kun je direct met een flatbedscanner omzetten in een digitaal fotobestand en eventueel verder bewerken met photoshop voor een hoger contrast of omzetten van het negatieve naar een positief beeld. Leg dus nooit het papier uit een gaatjescamera dat heel lang wordt belicht in foto-ontwikkelaar, want dan is het beeld in één tel helemaal zwart! Elke opname met een gaatjescamera is uniek en eenmalig en het resultaat is nooit helemaal te voorspellen. Best spannend dus wat er op 23 december a.s. uit het blikje tevoorschijn komt!
Jupiter en manen in het Orery (= showplanetarium) van Van de Perre. Foto: Jan Koeman
Van de Perre en natuurkundige experimenten De tuin van het Van de Perrehuis is niet zomaar gekozen. Behalve een mooie ligging Het Van de Perrehuis, Foto: Rijk-Jan Koppejan is deze plaats door de sterrenwacht ook gekozen vanwege de historische context. Johan Adriaen van de Perre (1738-1790), die het stadspaleis had laten bouwen, was zeer geïnteresseerd in wetenschap. Hij was lid van het Natuurkundig Gezelschap en financierde vele wetenschappelijke onderzoeksinstituten. Van de Perre deed jarenlang nauwkeurige meteorologische waarnemingen en beschikte over een kabinet van natuur- en sterrenkundige werktuigen en een schitterend planetarium. Hij creëerde een wetenschapscentrum dat hij 'Musaeum Medioburgense' noemde, dat werd gehuisvest in een groot herenhuis in de Latijnse Schoolstraat. De tuin van zijn huis was ook met enige regelmaat het toneel van wetenschappelijke experimenten. Zo liet Van de Perre als eerste in Zeeland in 1784 een onbemande heteluchtballon op. Vanuit zijn tuin steeg de ballon, gevuld met 'Inflammabele Lucht', op en dreef richting zee. De halve stad liep er voor uit om getuige
19
te zijn van dit experiment. De ballon heeft 35 minuten gevlogen en is op 5 kwartier gaans van Middelburg neergestort in een koolzaadveld. Ruimtevaart uit Middelburg dus, al in 1784! En nu, 220 jaar na zijn overlijden, is de tuin van het Van de Perrehuis alweer het toneel van een natuurkundig experiment: Solargraphy. Hoewel iets minder omvangrijk, goedkoper en zeker minder gevaarlijk dan zijn eigen luchtballonexperiment, zou het Van de Perre ongetwijfeld deugd hebben gedaan dat zijn tuin weer gebruikt wordt voor een natuurwetenschappelijk experiment!
Bronvermelding: Dekker, Jeanine (red.) [et al]. Een bijzonder huis op een bijzondere plek – Het Van de Perrehuis in Middelburg en zijn omgeving (Zeeuws Archief 2000). NB. Deze tekst is een bewerking van de blogpost Solargraphy in de tuin van het Van de Perrehuis op het weblog van het Zeeuws Archief, 16 juli 2010.
20
Kometenjager Rosetta Door Tjerk Westerterp Bij de ESA is, in het wetenschappelijk en technisch centrum ESTEC in Noordwijk, de satelliet Rosetta ontwikkeld die indertijd naar de komeet ChuryumovGerasimenko op weg is gegaan om daar in 2014 aan te komen en er allerhande onderzoek te gaan verrichten. Rosetta werd op 2 maart 2004 gelanceerd met een Ariane 5 raket vanaf Kourou in FransGuyana, die de satelliet in een excentrische baan van 200 x 4000 km moest brengen om daarna de laatste raketmotor te ontsteken om hem verder voort te stuwen en om zich van de aardse zwaartekracht te ontdoen. De sonde waar 14 Europese landen en de Verenigde Staten aan bijgedragen hebben weegt totaal 3000 kg, heeft zonnepanelen van 32 meter lengte en 165 kg aan geavanceerde apparatuur. Voor het eerst is dit een sonde die verder dan Mars reist en via zonnepanelen zijn energie vergaart.
Rosetta op weg Illustratie: ESA
Planetoïde Lutetia. Foto gemaakt door Rosetta (ESA)
Eerst vloog Rosetta enkele malen rond de zon om vervolgens “een kijkje” te nemen bij de planeet Mars in augustus 2005 om daarna een “por” te krijgen van de “gravity assist” of slingerworptechniek, die ook twee maal via de aarde is toegepast in november 2005 en 2007. Daarna ontmoette de kometenjager op 10 juli j.l. de asteroïde Lutetia op 3162 km waarop duidelijk te zien is dat deze “kei” een flinke portie inslagen te verwerken heeft gekregen in zijn bijna vijf miljard jaren van zijn bestaan. De Lutetia met een lengte van 130 km werd genaderd met een snelheid van 54.000 km/h. Ondanks deze snelheid moest er binnen een minuut een serie foto’s worden gemaakt, die wetenschappers nauwgezet gaan onderzoeken en grondig zullen analyseren.
21
De foto’s en andere informatie die de kometenjager gemaakt heeft, moeten inzicht geven in de herkomst en samenstelling van deze asteroïde en ons zonnestelsel. Na de scheervluchten heeft Rosetta voldoende snelheid ontwikkeld om het einddoel ruimschoots te halen. Na de gigantische reis van ongeveer 10 jaar zal Rosetta de komeet Churyumov-Gerasimenko in een baan naderen, 25 km van de kern. De komeet werd in 1969 ontdekt, is op dit moment ongeveer een miljard km van de aarde verwijderd, heeft een diameter van ongeveer vier km en draait in 6,6 jaar zijn rondjes rond onze zon. Daar de komeet Churyumov-Gerasimenko richting onze zon gaat zal Rosetta deze volgen en de verandering daarvan meten en doorgeven. Een komeet die uit ijs, gruis en gassen bestaat zal richting de zon enigszins gaan smelten. Eerst ontstaat er een coma van nevel rond de kern, daarna een langgerekte staart van gruis, damp, gassen en plasma. Rosetta is de eerste sonde die in een baan om een komeet zijn rondjes gaat draaien. In de sonde bevindt zich, naast een scala aan gevoelige apparatuur, ook een kleine lander. Aangekomen bij de komeet zal Rosetta eerst uitgebreid het oppervlak onderzoeken om een goede plaats voor de 100 kg wegende lander Philae te vinden die op een hoogte van 1 km zal worden gedropt. De lander zal minimaal een week op de komeet verblijven en men verwacht hoogwaardige foto’s en veel informatie over de toplaag van de kern te ontvangen. Omdat de aantrekkingskracht zeer gering is zal die landing uiterst langzaam gaan en zal Philae zichzelf met harpoenen moeten ketenen om terugkaatsing te voorkomen.
De lander Philae aan het werk. Illustratie ESA
De samenstelling van de komeet, afgaande op eerdere waarnemingen, bestaat waarschijnlijk uit een “soep” van waterijs, bevroren koolmonoxide, kooldioxide, gruis en steentjes. Als de komeet dichter bij de zon komt, zullen de bevroren gassen en ijs spontaan uit allerlei geisers en spleten uit de bodem naar buiten spuiten. Eerdere onderzoeken met de satelliet Giotto bij de komeet Halley hebben dat bevestigd.
22
De naam Rosetta die voor deze kometenonderzoeker is gekozen komt van de meer dan 200 jaar geleden gevonden steen in Egypte die de sleutel werd voor de ontcijfering van de hiëroglyfen indertijd. De lander Philae is vernoemd naar een eilandje in de Nijl met een obelisk waarop een tweetalige inscriptie met de namen Cleopatra en Ptolemaeus in Egyptische hiëroglyfen. Zowel Rosetta als Philae, die sleutels leverden voor de oude beschaving, moet door deze missie de oudste bouwblokken van ons zonnestelsel ontmaskeren, de ijzige kometen. Een vergaand onderzoek naar de kern van deze komeet kan ook de sleutel worden voor het mysterie rond de planeetvorming rond andere sterren, de zogenaamde exoplaneten.
Tijdschema van de kometenjager Rosetta:
Komeet C2009R1 4 juni 2010 door Klaas Jobse, vanuit Oostkapelle. Door de langere belichtingstijd van de komeet worden de sterren streepjes. Direct is dus ook te zien dat kometen snel aan de hemel bewegen.
2 maart 2004 de lancering 4 maart 2005 eerste passage aarde 25 februari 2007 passage Mars 13 november 2007 tweede passage aarde 5 september 2008 ontmoeting planetoïde Steins 13 november 2009 derde passage Aarde 10 juli 2010 ontmoeting planetoïde Lutetia juli 2011 aanvang “winterslaap” januari 2014 einde ‘winterslaap” januari tot mei 2014 nadering komeet Churyumov-Gerisimenko augustus 2014 de komeet wordt bestudeerd en in kaart gebracht november 2014 Philae landt op de komeet november 2014 tot december 2015, Rosetta begeleidt de komeet in een baan om de Zon december 2015- einde missie Informatie van ESA, Wikipedia, Kennislink
23
Precessie nader bekeken Door Peter Jelier Zoals iedereen weet, hangt de aarde niet stil in het heelal. De rotatie om de eigen as bepaalt de cyclus van dag en nacht en daarop is onze tijd gebaseerd. De aarde draait ook om de zon in iets meer dan 365 dagen en daaraan zijn de seizoenen gerelateerd. Tijdens deze twee rotaties zien we ook de maan om de aarde heen draaien en omdat het één het ander beïnvloedt is het toch niet zo simpel als het lijkt. Er zijn nog meer bewegingen waar we mee te maken hebben. De precessie is zo’n beweging. Het ontstaan van deze beweging heeft een aantal oorzaken. Ten eerste is de aarde geen perfecte bol, omdat door de aardrotatie enorme centrifugale krachten worden opgewekt. Daardoor dijt de aarde namelijk bij de evenaar uit en lijkt de aarde meer op een afgeplatte bol. Ook staat de aardas 23,5° scheef ten opzichte van de ecliptica (de baan van de aarde rond de zon). De maan, die zelf een hoek van ruim 5° met de ecliptica maakt, en de zon oefenen met hun zwaartekracht een koppel* uit op de aarde en willen het gedeelte met de meeste massa, “de evenaar”, naar het eclipticavlak kantelen. Doordat de aarde behoorlijk snel om zijn as draait (1670 km per uur op de evenaar) gaat dat niet zomaar. De mechanica leert ons dat een koppel uitgeoefend op een roterend systeem ervoor zorgt dat de rotatieas gaat draaien. Omdat de rotatieas de denkbeeldige as van de zuidpool naar de noordpool is, beschrijft deze een kegel in de ruimte. Dat noemen we de precessie en een rondje duurt 25.920 jaar.
De tolbeweging die onze aardbol maakt.
Een betere voorstelling kunt u krijgen van een draaiende tol. Zolang de tol niet precies rechtop staat tijdens het draaien, zal de zwaartekracht van de aarde de tol willen laten omvallen. Dat gebeurt niet; in plaats daarvan gaat de rotatieas ronddraaien rond de verticaal. Dat is dezelfde soort beweging als de aardas maakt. De gevolgen van de precessie zijn, omdat het langzaam gaat, in een mensenleven niet goed te zien, maar het gevolg is bijvoorbeeld dat de sterrenbeelden verschuiven. Er zijn twaalf sterrenbeelden
24
in de dierenriem en omdat een cirkel 360 graden heeft, wordt duidelijk dat er voor ieder sterrenbeeld uit de dierenriem 360 : 12 = 30 ° beschikbaar is. Er is 72 jaar nodig om één graad op te schuiven, dus duurt het 72 x 30 = 2160 jaar voor een sterrenbeeld volledig opgeschoven is. Momenteel staat de zon in de lente in sterrenbeeld Vissen en dat verschuift langzaam maar zeker op naar het sterrenbeeld Waterman. Sorry voor diegenen die in astrologie geloven, maar de data van de bestaande sterrenbeelden verschuiven. Dat geldt dus ook voor de ster Polaris (de poolster). Momenteel is de hemelpool minder dan 1° van de poolster verwijderd, maar in 4145 zal de ster Alrai (Gamma Cephei ) zijn plaats als poolster overnemen.
De precessiecirkel is eerder een golflijn R=rotatie van de aarde P=precessiebeweging N=nutatie
James Bradley 1693-1762
De cirkel die de precessie aan de hemel maakt is niet mooi rond, maar eerder een golflijn; deze golflijn (zie illustratie hiernaast) wordt veroorzaakt doordat de maan niet precies in het eclipticavlak rond de aarde draait. Het is algemeen bekend dat de maan een cyclus kent van 18,6 jaar. Die cyclus heeft een bijzondere verhouding met het precessiejaar (het Platonisch jaar: 25.920 jaar, de periode van een omwenteling), die in 1747 ontdekt werd door James Bradley. Dankzij gecompliceerd rekenwerk toonde hij aan dat de aarde zeer subtiel mee beweegt met het pendelen van de maan. Dat wordt nutatie genoemd, wat knikken of wankelen betekent. Dat heeft tot gevolg dat de precessiecirkel iedere 18,6 jaar een knikje vertoond en in 25.920 jaar zijn dat 1.392 knikjes.
Leonhard Euler 1707-1783
We hebben nu gezien dat rotatie, precessie en nutatie de beweging van de aarde beïnvloeden, maar het is toch nog iets ingewikkelder. Leonard Euler voorspelde in 1755 dat er nog een rotatie is van 305 dagen (de zogenaamde poolbeweging). Dit omdat de rotatieas van de aarde niet samenvalt met de symmetrieas.
25
De afstand tussen deze twee assen bedraagt op de polen slechts 15 meter en de rotatie wordt de Eulerperiode genoemd. Euler was er vanuit gegaan dat de aarde star was, maar zoals u hierboven heeft kunnen lezen wordt de aarde door de centrifugaalkrachten vervormd en is dus niet star, mede ook door de vloeibare kern. Door de enigszins vervormbare aarde duurt de werkelijke periode wat langer, 437 dagen, en dat wordt de Chandlerperiode genoemd. Je zou er draaierig van worden. *Een koppel bestaat uit twee even grote tegen- gestelde krachten die niet in elkaars verlengde liggen. Een koppel wil een object, in dit geval de aarde, laten draaien. Bronnen: Wikipedia, www.kennislink.nl
Getallen: 12 - het aantal sterrenbeelden in de dierenriem. 30 - het aantal graden op de ecliptica voor elk teken van de dierenriem. 72 - het aantal jaren dat nodig is voor de Zon om een graad over de ecliptica te verschuiven. 360 - het aantal graden in de ecliptica. 108.000 – het aantal kilometers per uur waarmee de aarde om de zon draait. -23.5 – het aantal graden dat de aardas afwijkt van het eclipticavlak.
----------------------------------------------------------------------------------------------------
Eigen werk van Jan Koeman
Eindelijk verschenen er zonnevlekken op de zon. Jan maakte deze opname op 5 augustus 2010. De zon begint eindelijk weer aan een nieuwe cyclus.
26
(Advertenties)
Zeeuws Vlegelbrood, het lekkerste brood op aarde
www.zeeuwsevlegel.nl
27
Onze medewerkers actief
Jupiter door Piet Neels op 10-08-2010
Sluiernevel door Rijk-Jan Koppejan op 09-08-2010
Andromedanevel door Rijk-Jan Koppejan op 09-08-2010
Jupiter met Io. Rijk-Jan Koppejan op 01-09-2010
Zwaannevel door Piet Neels 14-06-2010
Cocoon Nebula door Rijk-Jan Koppejan op 01-09-2010
Kijk op www.lansbergen.net voor (veel) meer prachtige opnames! 28
