Hoe meten we afstanden in de ruimte? - Yuan-Sen Ting

Voor de volledige les zie http://ed.ted.com/lessons/how-do-we-measure-distances-in-space-yuan-sen-ting

Als we naar de hemel kijken, hebben we een vlak, tweedimensionaal beeld. Hoe meten astronomen de afstand tussen sterren en melkwegstelsels en de aarde? Yuan-Sen Ting laat ons zien hoe trigonometrische parallaxen en standaard kaarsen een hulpmiddel zijn om de afstand te bepalen tot objecten die miljarden lichtjaren van de aarde zijn verwijderd.

Les door Yuan-Sen Ting, animatie door TED-Ed.

Licht is de snelste eenheid
die we kennen.

Het is zo snel
dat we een afstand berekenen

op basis van de tijd die nodig is
om die afstand af te leggen.

In één jaar tijd legt het licht
9,46 biljoen kilometer af.

Die afstand noemen we
een lichtjaar.

Laat ik een voorbeeld geven
hoe ver dat is:

de maan, die de Apollo-astronauten
na vier dagen bereikten,

is slechts één lichtseconde verwijderd
van de aarde.

Proxima Centauri, de ster die het
dichtst bij ons zonnestelsel staat,

is 4,24 lichtjaren van ons verwijderd.

Onze Melkweg is ongeveer
100.000 lichtjaren breed.

Andromeda, het sterrenstelsel
het dichtst bij de Melkweg,

is ongeveer 2,5 miljoen lichtjaren
van ons verwijderd.

Het heelal is onmetelijk groot.

Hoe weten we op welke afstand
sterrenstelsels zich bevinden?

Als we naar de hemel kijken, hebben we
een tweedimensionaal beeld.

Als je naar een ster wijst, weet je niet
hoe ver weg hij is.

Hoe berekenen astrofysici afstanden?

Voor objecten die heel dichtbij zijn,

gebruiken we een concept dat
'trigonometrische parallax' heet.

Het idee is eenvoudig.

Laten we een experiment doen.

Steek je duim omhoog
en sluit je linkeroog.

Open je linkeroog en sluit je rechteroog.

Het lijkt alsof je duim heeft bewogen,

terwijl de objecten in de verte
niet van plaats zijn veranderd.

Hetzelfde concept geldt
als we naar de sterren kijken.

Maar sterren zijn talloze malen
verder weg dan je arm lang is,

en de aarde is niet zo groot.

Zelfs met meerdere telescopen
op de evenaar

kun je niet zien of ze van plaats
zijn veranderd.

Daarom kijken we naar veranderingen
over een periode van zes maanden,

op het punt dat de aarde halverwege
haar baan om de zon is.

Als we de relatieve locatie
van de sterren in de zomer meten,

en opnieuw in de winter, is het
alsof je met je andere oog kijkt.

Sterren dichterbij
lijken te zijn verplaatst

ten opzichte van
de sterren en stelsels verder weg.

Deze methode werkt alleen bij objecten
op een paar duizend lichtjaren afstand.

Voorbij de Melkweg zijn de afstanden
zo groot

dat de parallax te klein is om te meten,
zelfs niet met de gevoeligste telescopen.

Daarvoor passen we
een andere methode toe,

waarbij we gebruikmaken
van 'standaard kaarsen'.

Dat zijn objecten waarvan we
de helderheid of lichtsterkte

heel goed kennen.

Als je weet wat de lichtsterkte
van een gloeilamp is,

en je vraagt een vriend
om met de lamp van je weg te lopen,

dan weet je dat de hoeveelheid licht

zal afnemen met het kwadraat
van de afstand.

Door de hoeveelheid licht
die je ontvangt

te vergelijken met de helderheid
van de lamp

weet je op welke afstand
je vriend zich bevindt.

In de sterrenkunde is de gloeilamp
een speciaal soort ster,

die we 'Cepheïden' noemen.

Cepheïde sterren zijn onstabiel.

Het zijn net ballonnen die constant
uitzetten en krimpen.

Omdat de helderheid door het
uitzetten en krimpen verandert,

kunnen we de lichtsterkte bepalen
door de lengte van de cyclus te meten.

Sterren die helderder zijn,
veranderen langzamer.

Door het licht dat deze sterren
uitstralen

te vergelijken met
hun intrinsieke helderheid

weten we hoe ver ze van ons
zijn verwijderd.

Maar dat is niet het einde
van het verhaal.

We kunnen alleen sterren observeren
tot een afstand van 40 miljoen lichtjaren.

Verder weg wordt het beeld te vaag.

Gelukkig hebben we nog
een andere 'standaard kaars':

de beroemde supernova type 1a.

Supernova's zijn gigantische explosies
waarbij de sterren sterven.

De explosies zijn zo helder

dat ze de sterren om hen heen
in de schaduw zetten.

Ook al kunnen we geen afzonderlijke
sterren in een stelsel zien,

kunnen we supernova's op het moment
van de explosie wel zien.

Supernova's type 1a zijn goed
bruikbaar als 'standaard kaarsen'

omdat sterren die helderder zijn
langzamer uitdoven dan zwakkere.

Door onze kennis over het verband tussen
helderheid en snelheid van uitdoven

kunnen we de afstand tot sterren meten

die op miljarden lichtjaren van ons
zijn verwijderd.

Maar waarom is het belangrijk dat we
zulke verre objecten kunnen zien?

Vergeet niet met welke snelheid
het licht zich verplaatst.

Zonlicht doet er acht minuten over
om de aarde te bereiken.

Dus we zien de zon zoals deze er
acht minuten geleden uitzag.

Als je naar de Grote Beer kijkt,

zie je het sterrenbeeld zoals het
er 80 jaar geleden uitzag.

De wazige sterrenstelsels

zijn miljoenen lichtjaren
van ons verwijderd.

Het duurt miljoenen jaren
voordat hun licht ons bereikt.

In zekere zin is het universum dus
een ingebouwde tijdmachine.

Hoe verder we in het universum
doordringen, hoe jonger het is.

Astronomen proberen de geschiedenis
van het universum te achterhalen

en te begrijpen
waar we vandaan komen.

Het universum stuurt ons voortdurend
informatie in de vorm van licht.

We hoeven het alleen nog maar
te ontcijferen.