# Paragraaf 2 - Reis naar Mars (Natuurkunde)

DEEL 1: DE BEWEGING VAN DE PLANETEN

Leerdoelen:

- Je kan uitleggen welke beweging de planeten maken t.o.v. elkaar en t.o.v. de zon.

- Je kent de begrippen Aphelion en Perihelion.

- Je kan uitrekenen wat de kleinst- en de grootst-mogelijke afstand is tussen de Aarde en Mars.

- Je kan uitleggen wat de meest optimale route is voor een reis van Aarde naar Mars.

OPGAVE 1

Planeten zoals de Aarde en Mars staan niet stil. In ons model van het zonnestelsel staat de zon in het midden en draaien de planeten in ellipsvormige banen om de zon heen. Dit noemen we een heliocentrisch wereldbeeld. Helio betekend ‘zon’ en centrisch betekend ‘in het midden’. Niet alle planeten hebben dezelfde baansnelheid. Bekijk de video.

a. Zoek op internet de omlooptijd van de 4 binnenste planeten, neem de tabel over en vul deze in.

Planeet | Omlooptijd
Mercurius |
Venus |
Aarde |
Mars |

b. Wat valt je op als je naar deze gegevens kijkt?

OPGAVE 2

Doordat de planeten niet dezelfde omlooptijd hebben is de afstand tussen de Aarde en Mars niet constant. Lees Artikel 1 en Artikel 2 en bekijk het filmpje. Daarna kun je de onderstaande vragen beantwoorden.

a. Hoe ziet de omloopbaan van een planeet eruit?

b. Geef in je eigen woorden aan wat er bedoeld wordt met de termen; Aphelion en Perihelion.

c. Leg uit wat de groots mogelijk afstand is tussen de Aarde en Mars.

-Leg uit wat de kleinst mogelijk afstand is tussen de Aarde en Mars.

-Maak een situatieschets en maak in je uitleg gebruik van de woorden Perihelion en Aphelion.

d. De planeet Mars staat in zijn Perihelion op een afstand van 206,7 miljoen km van de zon en in zijn Aphelion op een afstand van 249,2 miljoen km. Gebruik de gegevens uit Artikel 1 over de Aarde om uit te rekenen wat de grootst mogelijke afstand is tussen de Aarde en Mars én wat de kleinst mogelijke afstand is tussen Aarde en Mars. Laat je berekeningen duidelijk zien.

ARTIKEL 1 - Het aphelium en perihelium van een planeet

Het perihelium is het punt dat het dichtst bij de zon gelegen is in debaanvan eenplaneetof ander object dat zich in een baan om dezonbevindt. Objecten met eenelliptischebaan hebben behalve een perihelium ook eenaphelium, het punt waar de baan de grootste afstand tot de zon bereikt.

DeAardeheeft een elliptische baan en heeft dus een perihelium en een aphelium. Voor de Aarde valt het perihelium meestal tussen 2 en 5 januari. Hierdoor zijn de winters op hetnoordelijk halfrondrelatief iets warmer en de zomers iets koeler dan op hetzuidelijk halfrond, wanneer men overige factoren buiten beschouwing laat.

- Zoek op wat de afstand is tot de zon in het Aphelium.

- Zoek op wat de afstand is tot de zon in het Perihelium.

ARTIKEL 2

Mars komt voor het eerst sinds 15 jaar het dichtst mogelijk bij de Aarde te staan (en dat is deze keer extra de moeite!)

18/06/2018 om 16:19 door mrra | Bron: EIGEN BERICHTGEVING

Mars zal voor het eerst in vijftien jaar het dichtst mogelijk bij de aarde staan. Dat spektakel hoef je niet te missen, want dankzij een maansverduistering in dezelfde nacht zal de rode planeet ook met het blote oog goed zichtbaar zijn vanuit Nederland. Dat bevestigt Francis Meeus van volkssterrenwacht Mira aan Het Nieuwsblad Online.

De Aarde draait rond de zon en Mars doet dat natuurlijk ook. De rode planeet reist op haar eigen baan, en die is heel wat langer dan die van de Aarde, aangezien Mars verder weg staat van de zon. Onze planeet maakt ongeveer twee tripjes rond de zon, terwijl Mars er maar één kan ondernemen.

Maar op 27 juli dit jaar gebeurt er iets speciaals. Francis Meeus van de volksterrenwacht Mira legt het uit: “Op dat moment bevindt Mars zich het dichtst mogelijk bij de Aarde. Korter kan de afstand tussen de twee planeten niet zijn. Dan zijn we ‘maar’ 54,52 miljoen kilometer van elkaar verwijderd. Een speciaal moment, want het is al van 2003 geleden dat de planeten nog in die verhouding tot elkaar stonden.”

OPGAVE 3

In de vorige opdrachten hebben we gezien dat Aarde en Mars niet altijd dezelfde positie hebben ten opzichte van elkaar. Een reis naar Mars zal vanuit de ene positie een stuk makkelijker zijn dan vanuit de andere positie. We noemen het ideale moment om te vertrekken het lanceervenster.

Een lanceervenster wil zeggen dat er een specifiek tijdsbestek is waarin de lancering moet plaatsvinden. De periodes waarin Mars met zo min mogelijk energie te bereiken is, komen met intervallen van 2,135 jaar. Dat zijn ongeveer 26 maanden of 780 dagen. Dit is een gevolg van de baan en de omlooptijd van Mars in verhouding tot die van de Aarde. De duur van het lanceervenster is meestal ongeveer een maand.

Bij deze zo min mogelijk energie kostende banen, is de verhouding tussen de twee planeten zodanig, dat het traject half rond de Zon gaat.

Klik hier om een simulatie van de meest ideale baan te zien.

a. Bekijk de simulatie goed, neem de tekening zoals hieronder te zien is over en geef de volgende dingen in de tekening aan:

- Startpositie van de Aarde bij vertrek.

- Startpositie van Mars bij vertrek.

- Positie van Aarde bij aankomst.

- Positie van Mars bij aankomst.

- Meest optimale route van Aarde naar Mars

b. Hoe lang duurt de reis naar Mars via deze route? (bekijk de simulatie nogmaals)

c. Deze route is niet de kortste route. Waarom is dit wel de route die de minste energie kost?

d. Denk je dat de reis terug van Mars naar de Aarde net zoveel energie kost als de heenreis? Leg uit waarom wel/niet.

DEEL 2: COMMUNICATIE TUSSEN AARDE EN MARS

Leerdoelen:

- Je kent de snelheid van radiosignalen (lichtsnelheid)

- Je kan m.b.v. de lichtsnelheid uitrekenen hoe lang een radiosignaal er over doet om vanuit Mars de Aarde te bereiken.

- Je weet wat er bedoelt wordt met een Mars-Zon-conjunctie en kan uitleggen welke gevolgen dit heeft voor de communicatie tussen Aarde en Mars.

OPGAVE 4

De snelste en makkelijkste manier om te communiceren tussen Aarde en Mars is aan de hand van radiogolven. Radiogolven zijn elektromagnetische golven die reizen met de snelheid van het licht. Een grotere snelheid dan de lichtsnelheid bestaat er niet.

Lees Artikel 3 en bekijk de video

ARTIKEL 3 - Voortplanting van elektromagnetische golven

Onderwerp: Elektrisch veld en magnetisch veld

Aan het eind van de 19e eeuw deed Maxwell een van de belangrijkste ontdekkingen in de geschiedenis van de natuurkunde. Door te rekenen aan de elektrische en magnetische velden, kwam hij erachter dat er een specifieke golfsnelheid nodig is om een elektromagnetische golf in stand te houden. Een snelheid van maar liefst 300.000 km/s.

Klinkt dat bekend? Juist! Dit is precies de snelheid van het licht die men al jarenlang kende. Na de ontdekking van Maxwell kon men dan ook niet anders dan concluderen dat zichtbaar licht uit elektromagnetische golven bestaat-- en deel uitmaakt van de grote familie die we nu kennen als het elektromagnetisch spectrum.

a. Hoe groot is de snelheid waarmee een radiogolf zich voortplant? (de lichtsnelheid)

b. Kijk terug naar je antwoorden van opgave 2.
- Hoe lang doet een radiosignaal er minimaal over om van Aarde naar Mars te gaan?
- Hoe lang doet een radiosignaal er maximaal over om van Aarde naar Mars te gaan?
Laat duidelijk je berekening zien.

OPGAVE 5

Soms is communicatie tussen Aarde en Mars helemaal niet mogelijk.
Lees Artikel 4 en bekijk de video.

ARTIKEL 4

Communicatie met Mars wordt binnenkort wekenlang verstoord

21 MAART 2013 DOOROLAF VAN KOOTEN REAGEER

In april zal Mars een paar weken achter de zon staan. Credit: NASA/JPL-Caltech

Volgende maand zal het radioverkeer tussen de aarde en Mars voor enkele weken verstoord zijn. Mars bevindt zich dan, vanaf de aarde gezien, exact achter de zon. Om problemen te voorkomen zal het radioverkeer tussen de twee planeten wekenlang vrijwel stilgelegd worden. Een dergelijke planetaire uitlijning, dat een Mars-Zon-conjunctie genoemd wordt, komt iedere 26 maanden voor.

Toch maakt het Amerikaanse ruimte-agentschap NASA zich weinig zorgen. Ze hebben inmiddels behoorlijk wat ervaring opgebouwd met dergelijke conjuncties. Voor Mars Odyssey, die sinds 2001 in omloop is rond de Rode Planeet, is het alweer de zesde. Het grootste verschil met de vorige conjunctie is de aanwezigheid van de Marsrover Curiosity. Odyssey en de Mars Reconnaissance Orbiter vormen het doorgeefluik voor de signalen die afkomstig zijn van (en bestemd zijn voor) Curiosity en die andere Marsrover, Opportunity.

In april zal het radioverkeer dus een paar weken op een laag pitje komen te staan. Wat gebeurt er dan met de gegevens die verzameld worden door de armada aan Mars-rovers en – satellieten? Die worden opgeslagen in het geheugen van de MRO: deze kan in totaal 52 Gb aan gegevens tijdelijk opslaan.

a. Leg uit wat er bedoeld wordt met een Mars-Zon-conjunctie. Maak hierbij ook een situatieschets.

b. Wat heeft een Mars-Zon-conjunctie voor invloed op de communicatie tussen Aarde en Mars?

c. Hoe vaak komt een Mars-Zon-conjunctie voor?

Einde Les 2 (Natuurkunde)