Zonnestelsel en heelal 1.1 - Mondriaan

Zonnestelsel en heelal 1.1 - Mondriaan

Het zonnestelsel

We zien hier de jonge ster in het midden, de schijf met gas eromheen en een planeet die al het gas rond zich heeft opgeslorpt.
We zien hier de jonge ster in het midden, de schijf met gas eromheen en een planeet die al het gas rond zich heeft opgeslorpt.

Hoe is ons zonnestelsel opgebouwd, en welke eigenschappen hebben de zon en de planeten?

Ons zonnestelsel is 4,5 miljard jaar geleden ontstaan. Het begon met een grote gaswolk. Die gaswolk werd door de zwaartekracht in het midden samengedrukt. Dat duurde ongeveer 100.000 jaar. In het midden van die gaswolk vormde zich het begin van een ster. Een deel van het gas viel op de jonge ster; de rest van het gas kwam in een zogeheten 'massaschijf' rond de ster. Deze schijf koelde langzaam af. De stofdeeltjes in de schijf botsten met elkaar en bleven aan elkaar vastzitten. Ze groeiden steeds verder aan. De steeds groter wordende brokstukken kregen zo genoeg aantrekkingskracht om alle kleine deeltjes in hun omgeving naar zich toe te trekken. Het werden jonge planeten. Als de jonge planeet groot genoeg was, kon zij het gas in de buurt opnemen en werd ze een reuzen gasplaneet. De kleinere jonge planeten bleven een stenen- of ijslichaam.

De geboorte

Ongeveer 1 miljoen jaar na de vorming van het systeem, maakte de ster een sterke zonnewind. Door die zonnewind werd al het overgebleven gas weggeduwd. Na honderd miljoen jaar vormden er zich een tiental planeten in vaste omloopbanen. Ons zonnestelsel was geboren!

In het filmpje hiernaast zie je hoe dat ongeveer in z'n werk is gegaan.

Gravitatiekracht

We kennen op aarde allemaal de zwaartekracht: de aarde heeft aantrekkingskracht. Daardoor kom je vanzelf weer op aarde terecht als je springt. Hemellichamen zoals planeten trekken elkaar ook aan. en zelfs hele kleine deeltjes zoals stofjes en moleculen hebben aantrekkingskracht. We noemen dat ook wel gravitatiekracht.

 

 

 

 

Tijdzones en datum

We zeggen dat de zon opkomt in het oosten en weggaat in het westen, maar dat is natuurlijk niet echt zo! De zon gaat niet echt weg, dat lijkt alleen maar zo. Door de draaiing van de aarde (linksom als je op de Noordpool staat!), is het net of de zon verschijnt en weer weggaat. Dat betekent ook dat het op plaatsen ten oosten van ons later is dan bij ons. Bijvoorbeeld: in Sydney (Australië) is het tien uur later dan bij ons. Als het bij ons 12 uur is (midden op de dag), is het in Sydney 22 uur (dus laat in de avond). Vroeger had iedere plaats zijn eigen tijd: het is 12 uur ’s middags als de zon in het hoogste punt aan de hemel staat. Iedereen had zijn eigen lokale tijd.

Geen probleem natuurlijk als je dicht bij elkaar woont en geen contact hebt met mensen die verder weg wonen. Maar dat is wel onhandig als je wilt afspreken met mensen die op een andere plaats wonen. Daarom heeft men tijdzones afgesproken: stroken op aarde die dezelfde tijd hanteren. Vaak zijn de zones niet helemaal logisch ingedeeld omdat ook rekening gehouden wordt met landsgrenzen. Je snapt wel waarom!

Hoe werken tijdzones?

Vaak wordt in plaatjes met tijdzones uitgegaan van de nulmeridiaan die door Greenwich (Engeland) loopt. Een meridiaan is een denkbeeldige grote cirkel die door de Noord- en Zuidpool loopt. Alles ten oosten van deze nulmeridiaan noemen we oosterlengte.

Amsterdam ligt op 5 graden oosterlengte, Sydney op 150 graden oosterlengte. In Nederland gebruiken we de Midden Europese Tijd (MET), in Greenwich (in Groot Brittannië) de UTC (Coordinated Universal Time). In het  plaatje zie je dat dat 1 uur scheelt: Amsterdam ligt in de zone waar +1 bij staat. In Sydney staat +11. Het tijdverschil tussen Amsterdam en Sydney is dus 10 uur. [Klik op het plaatje voor een interactieve kaart]

De zon

Primitieve zonnewijzer. De driehoek BAO ligt op het aardoppervlak.
Primitieve zonnewijzer. De driehoek BAO ligt op het aardoppervlak.

De zon komt ’s morgens in het oosten op, klimt schuin omhoog tot hij in het zuiden de hoogste stand bereikt, daalt daarna en gaat in het westen onder. Dit komt doordat de aarde in 24 uur om zijn as draait. We spreken dan ook van de schijnbare beweging van de zon. Schijnbaar dus, want de zon is zorgt niet zelf voor de beweging die wij zien. Dit lijkt alleen maar zo.
Het oudste instrument dat wij kennen om de hoogte van de zon te bepalen is de zonnewijzer. De simpelste zonnewijzer is een stok die rechtop staat, zoals je hiernaast kunt zien.
Als de zon klimt, wordt de schaduw korter en vanaf het ogenblik dat hij zijn hoogste punt is gepasseerd, wordt de schaduw weer langer.
Hoe hoog de zon staat, drukken we uit in de zonshoogte (de hoek h in de figuur). De zon staat in het zuiden als de zonshoogte maximaal is. De maximale zonshoogte verandert in de loop van het jaar. Dat komt doordat de aardas een beetje schuin staat, ten opzichten van het vlak waarin de aarde om de zon draait. In de zomer staat de zon hierdoor ’s middags hoog aan de hemel en in de winter erg laag. In ons land varieert de maximale zonshoogte van 14,5° op 21 december tot 61,5° op 21 juni.

 

Beweging

In deze animatie zie je hoe voor iemand op het noordelijk halfrond de zon hoger aan de hemel staat, als de zon zich links in het venster bevindt. Het is dan bij ons zomer. Een half jaar later staat de zon onder een kleinere hoek boven de horizon.

Dit geldt niet overal op aarde: ga je in de richting van de noordpool, dan worden deze waarden kleiner. Boven de noordelijke poolcirkel gaat de zon op 21 juni niet onder: de minimale zonshoogte ligt daar boven de horizon.

 

Op de foto zie je de midzomernacht in Loppa, Noorwegen. Vanaf 21 juni 19.00 uur is er elk heel uur een foto van de zon gemaakt. Er zijn 20 foto’s aan elkaar geplakt. Je ziet dat de zon in Loppa die dag niet onder gaat. Klik op de foto voor een videofragment (gemaakt in Alta)

    

 

 

De maan

De maan is de satelliet van de aarde. Het woord ' satelliet'  betekent in de sterrenkunde een voorwerp dat om een planeet draait. De maan moet al heel vroeg na het ontstaan van de aarde gevormd zijn. Aan de oppervlakte van de maan kun je goed zien dat er de afgelopen 4,5 miljard jaar nogal wat gebeurd is. Net als met onze aarde trouwens. Als je een idee wilt krijgen van de klappen die de aarde de afgelopen 4,5 miljard jaar heeft moeten verduren, kun je het beste even een blik op de maan werpen.

Zelfs met het blote oog kun je twee soorten terrein ontdekken: het hoogland dat er het lichtst uitziet en de donkere vlaktes. Vanaf het midden van de zeventiende eeuw hebben astronomen het oppervlak  in kaart gebracht met steeds betere telescopen. Kijk maar eens naar het videofragment.

Het maanoppervlak bestaat bijna geheel uit kraters, die elkaar hier en daar overlappen. De maan staat op een afstand van ongeveer 384.000 km van de aarde en heeft een middellijn van 3.400 km. Doordat de maan er even lang over doet om rondom de aarde te draaien als om haar eigen as te wentelen (namelijk 27 dagen, 7 uur en 43 minuten), zien we vanaf de aarde altijd dezelfde kant van de maan.

Waarom zien we maar 1 kant van de maan?

http://www.amara.org/nl/videos/32cDrLAvk4sv/info/the-rotating-moon-60-second-adventures-in-astronomy-512/
Klik hier voor versie met Nederlandse ondertitels

Voet op de maan

In 1969 lukte het de mens eindelijk voet op de maan te zetten. Daarmee is de maan  nog steeds het enige hemellichaam (behalve de aarde) dat door de mens bezocht is.

Voor ons lijkt het of de maan iedere nacht een bepaalde beweging uitvoert, op dezelfde manier als de zon dat overdag doet. Maar net als bij de zon is dat een schijnbare beweging. Voor ons lijkt het alsof de maan beweegt, maar dat komt doordat de aarde om haar as draait.

 

   

 

Schijngestalten

Niet alleen lijkt de maan voor ons iedere nacht te bewegen, hij ziet er ook nog eens steeds anders uit. De ene keer is het een dun sikkeltje en de andere keer een grote bol. En soms zie je helemaal geen maan.

De maan verandert natuurlijk niet echt van vorm, maar voor ons lijkt dat zo. Je noemt dat schijngestalten of maanfasen.

Het was al in de oudheid bekend dat de maan in een baan om de aarde draait. Deze draaiing is verantwoordelijk voor het optreden van de zogenaamde schijngestalten van de maan of maanfasen.

Tekst van de video

 

 

De sterrenhemel

 


 

 

 

    
In deze animatie zie je hoe sterren schijnbaar om de Poolster draaien. Ook zie je dat sommige sterren boven de horizon blijven.
 



In het midden van de foto staat een ster die stilstaat. Dat is de Poolster. Deze ster staat stil, precies in het verlengde van de rotatie-as van de aarde.

 

     
         

 

Helderheid

De nacht wordt beheerst door het licht van maan en sterren. Ook overdag staan er sterren aan de hemel; we kunnen ze alleen niet zien. Dit komt doordat het licht van de zon zoveel sterker is dan dat van de andere sterren. Onze zon is ook een ster en niet eens een hele grote. De zon is een zogeheten gele dwerg. Dit is een middelgrote ster met een levensduur van ongeveer 10 miljard jaar. Onze zon lijkt voor ons zo helder, doordat zij zo dichtbij staat en dus niet doordat zij een zoveel grotere lichtkracht bezit in vergelijking met de andere sterren aan de hemel.

Sterrenbeelden

De mens heeft in de loop der eeuwen orde proberen te brengen in de miljoenen sterren die zich aan de hemel bevinden. Als je naar de sterrenhemel kijkt, dan lijkt het net alsof de sterren in groepjes in een koepel boven de aarde zitten. Al in de oudheid meende men in deze groepjes allerlei vormen en figuren te herkennen. We noemen dit sterrenbeelden. Het hangt van de tijd in het jaar af welke sterrenbeelden zichtbaar zijn. Dat zie je in  deze animatie. De sterrenbeelden aan de 'donkere kant' zijn zichtbaar.

 

 

   

 
     

 

Poolster

De Poolster kun je als volgt vinden. Zoek het sterrenbeeld de Grote Beer op en verleng het uiteinde vijf keer. Je komt dan bij de Poolster,

aan het puntje van de staart van het sterrenbeeld de Kleine Beer.

Bekendste sterrenbeelden

Klik op de afbeelding voor een animatie waarin je kunt zien welke sterrenbeelden op een bepaald moment in het jaar zicht baar zijn.

Eigenbewegingen en afstanden van sterren

Van de 7 heldere sterren in de Grote Beer, bewegen er 5n dezelfde richting, terwijl de resterende twee, Alkaid en Dubhe, in een andere richting bewegen.
Van de 7 heldere sterren in de Grote Beer, bewegen er 5n dezelfde richting, terwijl de resterende twee, Alkaid en Dubhe, in een andere richting bewegen.

De sterrenbeelden vertonen van jaar tot jaar geen waarneembare verandering: de hedendaagse sterrenbeelden zijn gelijk aan die van bijvoorbeeld tweeduizend jaar geleden. Toch nemen sterren geen vaste plaats in de ruimte in, maar bewegen zij met grote snelheden. Die beweging noemen we de eigenbeweging. De eigenbeweging van  een ster wordt veroorzaakt doordat de ster en de zon ten opzichte van elkaar bewegen. De eigenbewegingen van de sterren zijn te traag om met het oog waar te nemen. Maar als je de posities met tussenpozen van vele duizenden jaren vergelijkt, dan zie je het effect wel. Dit werd voor het eerst aangetoond in de zeventiende eeuw door Edmond Halley, die de posities van drie heldere sterren (Sirius, Procyon en Arcturus) vergeleek met de gegevens uit de oude sterrencatalogi. Hij concludeerde hieruit dat hun onderlinge stand een verandering had ondergaan. In de drie tekeningen van het sterrenbeeld Grote Beer in de figuur zijn de gevolgen van eigenbewegingen over langere termijn in beeld gebracht. De bovenste tekening geeft het sterrenbeeld van 100 duizend jaar geleden. In de middelste tekening zie je het huidige patroon. In de onderste tekening zie je hoe het er over 100 duizend jaar zal uitzien.

Aangetoond

Dat sterren bewegen werd voor het eerst aangetoond in de 17e eeuw door Edmond Halley, die de posities van drie heldere sterren (Sirius, Procyon en Arcturus) vergeleek met de gegevens uit oude sterrencatalogi. Hij concludeerde hieruit dat hun onderlinge stand een verandering had ondergaan.

Afstandsmeting

Eerst moeten we iets weten over de wetenschappelijke notatie van getallen. Het kan erg lastig zijn om te werken met grote getallen.

Zo is het vermoeiend rekenen met bijvoorbeeld '231 000 000 000 meter'.

Nu moet je eerst iets weten over machten.

100=10x10. Dit kun je schrijven als 102 (twee tienen die je met elkaar vermenigvuldigt) 10000=10x10x10x10 Dit schrijf je als 104

Bij het noteren van een groot getal is het dus handiger om gebruik te maken van de wetenschappelijke notatie. Dat betekent dat je niet alle nullen opschrijft, maar dat je noteert: ... × 10.... In woorden: ... maal tien tot de macht ...

Zoals je weet verandert een getal als je het vermenigvuldigt met 10. Er komt een nul achter. Of de komma verschuift één plaats naar rechts.

   

 

 

Voorbeeld

Als we het bovenstaande voorbeeld dus omschrijven naar de wetenschappelijke notatie, ziet dit er zo uit:

231 000 000 000 = 2,31 × 1011 = 2,31 maal 10 tot de macht 11.

Met andere woorden: 231 000 000 000 is gelijk aan 2,31 dat je 11 keer vermenigvuldigt

met 10.

 

Als je dit simpel bekijkt, dan kun je zeggen: om op 2,31 te komen vanaf 231 000 000 000, dan moet je de komma 11 plaatsen opschuiven.

 

Voorbeelden

 

3500 = 3,5 × 103

489 000 = 4,89 × 105

12 = 1,2 × 10

Klein getal

Dit werkt ook als je een heel klein getal hebt, zoals bijvoorbeeld 0,000 000 42. Alleen in een dergelijk geval moet je niet vermenigvuldigen met 10, maar delen door 10. In plaats van wat je misschien zou denken; dat we dan ... ÷ 10... krijgen, noteren we het als volgt:


... × 10–.... De exponent is negatief. Het getal dat je dan achter het min-teken zet, dat is het aantal plaatsen dat de komma opschuift naar links.

Dus: 0,000 000 42 = 4,2 × 10–7.

Voorbeelden

0,35 = 3,5 × 10–1

0,000489 = 4,89 × 10–4

0,012 = 1,2 × 10–2

  
 

BELANGRIJK

Tot slot is het belangrijk dat je weet dat je in de wetenschappelijke notatie nooit een getal opschrijft vóór het × 10...-gedeelte dat kleiner dan 1 of groter dan 10 is.

Dus 3200 = 3,2 × 103 en géén 32 × 102 of 0,32 × 104.

En 0,00041 = 4,1 × 10–4 en géén 41 × 10–5 of 0,41 × 10–3

Lichtjaar

In de astronomie worden afstanden vaak uitgedrukt in lichtjaar (Engels: light year, afgekort als ly). Een lichtjaar is geen eenheid van tijd. Een lichtjaar is een lengtemaat die we gebruiken om de afstand tot sterren, sterrenstelsels en andere objecten in het heelal aan te geven. Het is de afstand die licht aflegt in één jaar: ongeveer 9,46·1015m (9,46 biljard m). Daarnaast hebben we de astronomische eenheid (afgekort: AE). Dit is de afstand van het middelpunt van de zon tot die van de aarde. Deze bedraagt gemiddeld 1,50·1011 m (150 miljard m). We noemen dat 1 AE.

  

 

Hoewel binnen de natuurkunde afgesproken is om afstanden uit te drukken in meter, heeft men in de sterrenkunde een uitzondering gemaakt omdat daar de afstanden zo groot zijn. Je zult daarom onder andere de AE en de lichtjaar tegenkomen in de verdere tekst en opgaven. Zie het kader ‘Binas’. Om je een idee te geven over de inmense afstanden in het heelal kun je het filmpje 'powers of 10'bekijken. In dit filmpje zoom je elke 10 seconden een macht van 10 uit.

 

 

 

Rekenvoorbeeld

Waren wij op de maan?

Wat neem je mee?

Stel je voor, de meneer uit het filmpje heeft toch geen gelijk en we zijn wel degelijk op de maan geland. Sterker nog: het is 150 jaar in de toekomst.

Tegen die tijd zullen maanreizen niet meer zo ongebruikelijk zijn. Sterker nog: jij gaat erheen. Helaas crash je met je ruimteschip op de maan. Gelukkig stort je neer op de lichte kant en is er al wel een maanbasis, maar die ligt op 320 km. afstand. Welke spullen neem jij mee uit het ruimteschip om te kunnen overleven en welke laat je achter? Leg uit waarom je juist die spullen meeneemt en waarom je andere dingen laat liggen.

  • doosje lucifers 
  • draagbare verwarming
  • 2 cilinders zuurstof van 50 kg per stuk (aards gewicht)
  • magnetisch kompas
  • astronautenvoedsel. Het smaakt smerig, maar het is wel licht van gewicht.
  • 2 9 mm automatische wapens
  • een zelf ontbrandende fakkel die onderwater en in een vacuum kan werken
  • een radio-ontvanger op zonnecellen
  • 20 meter nylon touw
  • 25 liter water
  • kaart met de sterrenbeelden gezien vanaf de maan
  • eerste hulpkit met speciale naalden die door speciale openingen van een ruimtepak gaan.
  • zelf opblaasbare rubberboot die opgeblazen wordt door middel van kooldioxide
  • een pak melkpoeder
  • een parachute

 

Proefje maankraters

Waardoor ontstaat een krater? (van binnenuit, vulkaan, of van buitenaf: inslag) Hoe is dat bij de maan gebeurd? Grote en kleine knikkers, bakken met fijn zand. (ongeveer 8 cm dik per bak). Meetlinten of lineaal.

Wat gebeurt er als je een knikker in de bak met zand laat vallen?

Maakt het uit of je een grote of een kleine knikker laat vallen?

Maakt het uit van hoe hoog je ze laat vakken?

Zijn er nog meer dingen die uitmaken voor het resultaat? (schuin of recht, de structuur van de ondergrond, vorm van het ding dat valt…)

Herhaal je proef eens 5x. Krijg je 5x hetzelfde resultaat?

 

Maak een verslag van je proef.

  • Het arrangement Zonnestelsel en heelal 1.1 - Mondriaan is gemaakt met Wikiwijs van Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt, maakt en deelt.

    Auteur
    Linda GrandMondriaan
    Laatst gewijzigd
    19-11-2015 10:41:11
    Licentie

    Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding-GelijkDelen 3.0 Nederland licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding en publicatie onder dezelfde licentie vrij bent om:

    • het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat
    • het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken
    • voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.

    Meer informatie over de CC Naamsvermelding-GelijkDelen 3.0 Nederland licentie.

    Dit arrangement is gebaseerd op onderdeel 1.1 van de e-klas 'Zonnestelsel en heelal' http://maken.wikiwijs.nl/55224/E_klas_Zonnestelsel_en_heelal_#!page-991553

    Aanvullende informatie over dit lesmateriaal

    Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:

    Toelichting
    Gebaseerd op onderdeel 1.1 van de e-klas Zonnestelsel en heelal
    Leerniveau
    VWO 2; HAVO 1; VWO 1; HAVO 2;
    Leerinhoud en doelen
    Ruimte; Natuurkunde;
    Eindgebruiker
    leerling/student
    Moeilijkheidsgraad
    moeilijk
    Studiebelasting
    15 uur 0 minuten
    Trefwoorden
    eklassen, gedeeld_door_mondriaan, itsacademy

    Bronnen

    Bron Type
    http://www.amara.org/nl/videos/32cDrLAvk4sv/info/the-rotating-moon-60-second-adventures-in-astronomy-512/
    http://www.amara.org/nl/videos/32cDrLAvk4sv/info/the-rotating-moon-60-second-adventures-in-astronomy-512/     		Link
    https://youtu.be/FMkokpaAh78?rel=0
    https://youtu.be/FMkokpaAh78?rel=0     		Video

    Gebruikte Wikiwijs Arrangementen

    LleG, Kennisnet. (z.d.).

    Zonnestelsel en heelal 1,1 - Mondriaan

    https://maken.wikiwijs.nl/50335/Zonnestelsel_en_heelal_1_1___Mondriaan

    Mondriaan science. (z.d.).

    De maan

    https://maken.wikiwijs.nl/51575/De_maan

  • Downloaden

    Het volledige arrangement is in de onderstaande formaten te downloaden.

    Metadata

    LTI

    Leeromgevingen die gebruik maken van LTI kunnen Wikiwijs arrangementen en toetsen afspelen en resultaten terugkoppelen. Hiervoor moet de leeromgeving wel bij Wikiwijs aangemeld zijn. Wil je gebruik maken van de LTI koppeling? Meld je aan via info@wikiwijs.nl met het verzoek om een LTI koppeling aan te gaan.

    Maak je al gebruik van LTI? Gebruik dan de onderstaande Launch URL’s.

    Arrangement

    IMSCC package

    Wil je de Launch URL’s niet los kopiëren, maar in één keer downloaden? Download dan de IMSCC package.

    Voor developers

    Wikiwijs lesmateriaal kan worden gebruikt in een externe leeromgeving. Er kunnen koppelingen worden gemaakt en het lesmateriaal kan op verschillende manieren worden geëxporteerd. Meer informatie hierover kun je vinden op onze Developers Wiki.

  • Wikiwijs is een dienst van