3. De structuur van het heelal

minimumdoelen

MD 09.01	De leerlingen lichten het ontstaan en de evolutie van het heelal, het zonnestelsel en van de aarde in een tijd-ruimtekader toe. (LPD 2, 5, 11)
MD 09.02	De leerlingen lichten de gelaagde opbouw en samenstelling van de aarde en de atmosfeer toe. (LPD 1)
MD 09.03	De leerlingen beschrijven kenmerken en verklaren gevolgen van rotatie en revolutie van aarde en maan. (LPD 3, 4)

3.1 Waarnemen aan de hemelbol

Definitie: hemelbol

Denkbeeldige bol met de aarde als middelpunt en op de achtergrond de sterren. Ook de draaibeweging die deze bol maakt is denkbeeldig: het is niet de hemelbol maar de aarde die om haar as draait.

Definitie: sterrenbeeld

Een door de mens gegroepeerd aantal sterren die met lijnen verbonden worden tot een figuur. De sterren van een sterrenbeeld lijken dicht bij elkaar te staan maar dat is niet zo.

Opdracht 1

Open de app SkyView en los daarmee de onderstaande vragen op. Stel datum en tijd in op 20 september 2023 om 23:00.

Gebruik ook de aanwijssterren uit de Grote Beer ('Ursa maior') op de poolster ('Polaris') te vinden. De aanwijssterren zijn Merak en Dubhe.

Hoe wordt de horizon voorgesteld?
Bevindt het ISS (International Space Station) zich boven de horizon?
Welk sterrenbeeld bevindt zich tegen de achtergrond van het ISS?
Tot welk sterrenbeeld hoort de ster Mintaka?

iDiddit: animatie hemelbol

sleep dit model - animatie: Bart Van Bossuyt (interactiveexplainers.com)

3.2 Afstanden in het heelal

Definitie: lichtjaar

Eén lichtjaar is de afstand die het licht aflegt op één jaar tijd. Licht reist met een snelheid van 300 000 km/s, daarom is één lichtjaar gelijk aan 300 000 km x 60 x 60 x 24 x 365 = 9,46 x 10¹² kilometer want er zijn 60 seconden in een minuut, 60 minuten in een uur, 24 uren in een dag en 365 dagen in een jaar. Let op: een lichtjaar is dus een afstand en géén tijdseenheid.

Opdracht 2

Los de vragen op. Gebruik de bronnen net onder opdracht 3.

Welke ster staat het dichtst bij de zon?
Hoelang doet het licht erover om die afstand af te leggen?
Rigel is een heldere ster die in de herfst, winter en lente goed te zien is aan de hemel. In welk sterrenbeeld staat Rigel?
Wat is de afstand van Rigel tot het zonnestelsel?

Opdracht 3

Gebruik de gegevens uit de onderstaande tabel om deze afstanden uit te rekenen. Niet lui zijn en alles proberen te googelen, echt ouderwets rekenmachinewerk graag.

iDiddit: animatie lichtjaar 3D-model: sterren binnen 10 lichtjaar clipphanger: lichtjaar

De afstand van Proxima Centauri tot de zon in km
De afstand van de zon tot Neptunus in lichtjaar
De afstand van het het zonnestelsel tot het Andromedastelsel (2,54 miljoen lichtjaar van ons verwijderd) in km

naam	sterrenbeeld	afstand tot de zon (lichtjaar)	straal (x de zon)	massa (x de zon)
naam	sterrenbeeld	afstand tot de zon (lichtjaar)	straal (x de zon)	massa (x de zon)
Achernar	Eridanus	139	6.78	6.0
Acrux	Crux	320	5.4	17.8
Adhara	Canis major	430	13.9	12.6
Aldebaran	Taurus	65.3	45.1	1.16
Alioth	Ursa major	82.6	4.14	2.91
Alnilam	Orion	1976	42	64.5
Alnitak	Orion	1260	20	33
Antares	Scorpio	550	680	11
Altair	Aquila	16.73	1.57	1.86
Arcturus	Boötes	36.7	25.4	1.08
Barnard's star	Ophiuchus	5.96	0.187	0.161
BC Cygni	Cygnus	1710	1031	19
Bellatrix	Orion	250	764	16.5
Betelgeuse	Orion	548	5.75	7.7
Canopus	Carina	310	71	8.0
Castor	Gemini	51	2.09	2.37
Denebola	Leo	35.9	1.73	1.7
Deneb	Cygnus	35.9	203	19
Dubhe	Ursa major	123	17.03	3.44
Formalhaut	Piscus austrinus	25.13	1.842	1.92
Gliese 667	Scorpio	23.623	0.76	0.73
Groombridge 1618	Ursa major	15.9	0.605	0.67
Hadar	Centaur	390	9	12
Hamal	Aries	66	14.9	1.5
Izar	Boötes	236	33	4.6
Luhman 16	Vela	6.5	0.85	0.032
Meissa	Orion	1300	13.4	27.9
Merak	Ursa major	79.7	3.021	2.7
Mimosa	Crux	280	8.4	16
Mintaka	Orion	1200	16.5	24
Mizar	Ursa major	82.9	2.4	1.71
Mufrid	Boötes	37.2	2.672	2.22
Polaris (= poolster)	Ursa minor	447	37.5	5.4
Procyon	Canis minor	11.46	2.048	1.499
Proxima Centauri	Centaur	4.27	1.542	0.122
Rigel	Orion	863	78.9	21
Saiph	Orion	650	22.2	15.503
Sirius A	Canis major	8.6	1.711	2.063
Spica	Virgo	250	7.47	11.43
Teegarden's star	Canis major	12.5	0.107	0.093
Vega	Lyra	25	2.362	2.135

3.3 De structuur van het heelal

In dit deel van de les zoomen we uit van de zon, een kleine ster tot de grootste structuren in het heelal.

3.3.1 Het planetenstelsel

Definitie: planetenstelsel

Een aantal niet-stellaire hemellichamen die een baan beschrijven rond een ster. Ons planetenstelsel is het zonnestelsel.

Definitie: exoplaneet

Een planeet die in een baan om een andere ster dan de zon. Anders gezegd: een planeet buiten het zonnestelsel.

Definitie: leefbare zone

Een exoplaneet ligt in de leefbare zone om een ster als er vloeibaar water op het oppervlak kan voorkomen.

Opdracht 4

Een exoplaneet reflecteert veel minder licht dan de ster waar ze een baan om beschrijft. Toch zijn er methodes om exoplaneten op te sporen. Gebruik de animatie om te verklaren hoe de massa en de afstand tot de ster bepaald worden.

Exoplaneet 51 Pegasi b, half zo groot als Jupiter

NASA/JPL-Caltech (artistieke impressie, geen foto)

Exoplaneet Kepler 452-b

NASA/JPL (artistieke impressie, geen foto)

video: exoplaneten animatie: exoplaneten opsporen clipphanger: exoplaneten Eyes on Exoplanets

De dichtstbijzijnde exoplaneet in de leefbare zone is Teegarden Star b op een afstand van 12.5 lichtjaar. De straal van deze exoplaneet is net iets groter dan die van de aarde.

3.3.2 Het sterrenstelsel

definities

Definitie: sterrenstelsel (of melkwegstelsel)

Een doorgaans afgeplatte verzameling van miljoenen tot miljarden sterren, stof en gas die door onderlinge zwaartekracht samengehouden worden.

Definitie: dé Melkweg

Het sterrenstelsel waar het zonnestelsel deel van uitmaakt. Het is een balkspiraalstelsel met naar schatting 250 miljard sterren.

Het Cartwheelmelkwegstelsel

NASA, ESA, CSA, STScI

Het Andromedastelsel

NASA/JPL-Caltech/UCLA

NGC4501

ESA/Hubble & NASA, D. Crenshaw and O. Fox

NGC1300

NASA, ESA, and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

Het Sombrerostelsel

STScI/AURA

structuur van de Melkweg

bron animatie: ESA (spacetelescope.org)

interactieve Melkweg

Zowel de Melkweg als het Andromedastelsel horen tot het type balkspiraalstelsel. Dit type omvat ongeveer twee derde van alle sterrenstelsels.

De diameter van de kern bedraagt zo'n 10 000 lichtjaar, elders is de schijf tussen 500 en 10 000 lichtjaar dik. De zon ligt op zo'n 26 000 lichtjaar van het centrum van de Melkweg.

Kern van de Melkweg (infraroodopname)

NASA

Jonge sterren in de kattenpootnevel (Carina-Sagittariusarm)

NASA

deel	kenmerken
kern of centrale verdikking en balk	de centrale verdikking is geelwit van kleur en heeft een diameter van zo'n 10 000 lichtjaar bevat de grootste concentratie aan sterren en dus is dit het meest lichtgevende deel van de Melkweg bevat een superzwaar zwart gat eerder oude sterren omdat er een balk door steekt is de Melkweg een balkspiraalstelsel de balk is ongeveer 27 000 lichtjaar lang
spiraalarmen of schijf	spiraalarmen zijn gasrijker en daarom de plaats waar jongere sterren gevormd worden
halo	omgeven spiraal- en balkspiraalstelsels bevatten oude sterren, bolhopen en donkere materie

Opdracht 5

Maak een doorsnede van de Melkweg en duid daarop aan: de halo, de Orionarm, de kern en een sterrenhoop in de halo en de ligging van de het zonnestelsel. Los daarna de vragen op.

De sleepoefening is vrijblijvend.

In welk van de armen van de Melkweg ligt het zonnestelsel?
De sterren die niet in de schijf en ook niet in de kern of staaf van de Melkweg liggen bevinden zich in de ....
Hoelang doet het licht erover om van de onderzijde van de kern naar de bovenzijde te reizen?

sleep de balkspiraalstelsels hier naartoe

3.3.3 De cluster

Definitie: cluster

Groep van 50 tot 1000 sterrenstelsel die door zwaartekracht samengehouden worden.

Definitie: de Lokale Groep

De cluster waar de Melkweg deel van uitmaakt.

Opdracht 6

Los de vragen op.

sterrenstelsels in de Lokale Groep

Wat is het sterrenstelsel met de grootste diameter in de Lokale groep en hoeveel bedraagt zijn diameter?
Noteer de naam van twee andere 'grote' stelsels uit de Lokale Groep.
Wat is de afstand van het dichtstbijzijnde sterrenstelsel tot (het centrum van) de Melkweg?
Hoeveel sterrenstelsels bevat de Melkweg?

3.3.4 De supercluster

Definitie: supercluster

Verzameling van clusters met daartussen lege gebieden zonder melkwegstelsels: de superholtes. Door kleine verschillen in zwaartekracht wordt materie aangetrokken naar gebieden met iets meer materie waardoor deze leegtes ontstaan (zie video hieronder).

Definitie: Virgosupercluster (of Lokale Supercluster)

De supercluster waar de Lokale Groep deel van uitmaakt.

Definitie: kosmisch filament

Bruggen van donkere materie en sterrenstelsels die clusters met elkaar verbinden.

bron animatie: NASA’s Goddard Space Flight Center/F. Reddy and Z. Zhai, Y. Wang (IPAC) and A. Benson (Carnegie Observatories)

video: kosmische filamenten

synthese

Opdracht 7

Noteer ons komisch adres in de tabel, van klein (bovenaan) naar groot (onderaan).

structuur	naam
	zonnestelsel