Ik en het licht van de Melkweg
- Gegevens
-
Gemaakt op donderdag 15 januari 2026 16:44
-
Laatst bijgewerkt op maandag 27 juli 2026 23:20
-
Gepubliceerd op donderdag 15 januari 2026 16:44
-
Hits: 928
Ik en het licht van de Melkweg
Hoe ben ik ontstaan? Inmiddels 75, heb ik een idee wie ik ben. Ik hoef niet in psychoanalyse. Echter wat en hoe heeft mij voortgebracht? Voor een antwoord, ga ik te rade gaan bij het licht van de
Melkweg..
De
Melkweg..
die schitterende gordel van licht, die wij op een heldere nacht, het liefst zonder lichtvervuiling, aan de hemel kunnen waarnemen. Die band van licht wordt gevormd door miljarden sterren.
Wanneer ik het heb over vragen stellen aan het licht van de Melkweg, heb ik het over dat ik te rade ga bij het licht van de zon, een van de sterren van de Melkweg. Goede raad hoeft niet duur te zijn.
Iemand vertelde mij een keer over een adres waar een pot bijenhoning te koop was voor slechts een dubbeltje. Er was één maar. Dat adres beschikte slechts over één bij.
Dat er inmiddels een ongelofelijk grote bouwwerk van kennis over het licht van de zon is, komt doordat er in vele jaren door vele wetenschappers samen aan gewerkt is.
Samenwerking door wetenschappers en onderzoekers over het licht, was er al voordat de naam Melkweg bestond. Wij hebben het dan over door mensen gebouwde constructies zoals Newgrange en Stonehenge waaruit blijkt dat mensen al duizenden jaren voor onze jaartelling beschikten over excacte kennis over de zonnencyclus en dat met velen tot uitdrukking te brengen door reusachtige bouwwerken te creëren.
Wanneer wij het hebben over het onderzoek van de oudheid tot in de twintigste eeuw werkten onderzoekers van het licht samen, door elkaar op de hoogte te houden via van brieven, het publiceren van boeken en artikelen en het elkaar opzoeken om hun bevindingen te bespreken in een gemeenschappelijke taal, zoals wiskunde, het Grieks het Latijn en tegenwoordig Engels.
Waar ben ik in de keten van gebeurtenissen?
De keuze om mijn vraag te richten aan de kennis van het licht van de Melkweg, komt voort uit de wetenschap dat de Melkweg er al was voordat de aarde en daarna het leven op aarde, ontstond. De zon en daarna de aarde, is voortgekomen uit de
stervorming
die in de Melkweg plaatsvond. Uiteindelijk ben ik op de aarde geboren. Dat was pas nadat de aarde al vijf miljard jaar bestond.
De wetenschap neemt aan dat het leven op aarde 3,5 tot 4 miljard jaar geleden ontstond. De eerste levensvorm was waarschijnlijk één
cel
.
De gebeurtenissen die aan deze cel voorafgingen kent men nog niet en berusten op aannames.
Na hun ontstaan zijn cellen ooit begonnen via erfelijk (een soort geheugen het DNA of bouwpakket van zichzelf) materiaal kopieën te maken en zichzelf te delen in twee dochtercellen, enzovoort. Daarna is meercellig leven ontstaan. Uiteindelijk is dat alles geworden tot wat wij tegenwoordig noemen de levende natuur waarin planten en dieren zich ontwikkelden inclusief de mens.
De eerste sporen van mensen op aarde dateren van ongeveer 2 miljoen jaren geleden. In dat licht is mijn 75 jarig bestaan een flits in de tijd. Ook ik besta uit cellen zo’n 37 biljoen cellen om precies te zijn.
Deze 37 biljoen cellen zijn onder te verdelen in 200 verschillende typen cellen, waaronder, rode bloedcellen, witte bloedcellen, vetcellen, levercellen, huidcellen, botcellen en spiercellen. Ondanks dat er miljarden jaren ontwikkeling verstreken zijn is dit zeer indrukwekkend, aangenomen dat al het leven begon bij één cel.
Ondanks al mijn cellen past mij als mens uiterste bescheidenheid, aangenomen dat de mens er pas 2 miljoen jaar is. Dat is haast niets vergeleken met de geschiedenis van het leven, die bijna vier miljard jaar telt.
Bijzonder is dat het menselijk DNA dat de informatie bevat over over de toekomstige mens voor een groot deel overeenkomt met het DNA van andere levensvormen op de aarde.
Het licht van de Melkweg en ik
In het licht van de zon, de afgeleidevan de Melkweg, neem ik mijn omgeving helder en vol kleur waar. In de weerspiegeling van dat licht in het water zie ik mijn gezicht. Het zonlicht onthult een deel van mijn bestaan en dus ook een deel van het leven. Dankzij het voor de ogen zichtbare licht kunnen wij enorm veel waarnemen. Wij nemen vele variaties kleuren waar, vormen, diepte, groottes van kleiner dan stofkorrels tot bergen, afstanden, bewegingen en snelheden.
Het licht van de zon onthult niet alleen het leven en de dingen op de aarde maar geeft ook energie, en verwarmt daarmee het leven op aarde.
Zonlicht doet dus iets met het leven, met ons, onze omgeving, met de aarde. Verder redenerend doet het zonlicht iets met ons zonnestelsel en extrapolerend, doet het licht van de talloze grotere, kleinere, oudere, jongere en overeenkomstige zonnen in de Melkweg, iets met de Melkweg zelf. Wetende dat er honderden miljarden sterrenstelsels zoals de Melkweg zijn doet zonlicht ook iets met het universum.
In het licht van mijn vraag: "Wat heeft mij voortgebracht?" Of "Hoe heeft dat zonlicht invloed op het bestaan van leven?", verdient het zonlicht een nader onderzoek.
Onderzoek naar het zonlicht
De zonnecyclus en het belang voor de voedselvoorziening
Al meer dan 5000 jaar geleden, hadden mensen door systematische observaties, kennis van de zonnecyclus. Wij kennen de motivatie hierachter niet maar wij kunnen met grote waarschijnlijkheid aannemen dat samenlevingen die voor hun levensonderhoud afhankelijk waren van
veeteelt en landbouw
, beseften dat zij moesten weten wanneer de seizoenen begonnen, zodat zij op het juiste moment konden zaaien, oogsten, hun dieren verzorgen en wanneer zij zuinig aan moesten doen.
Voor de noordelijke volkeren waren de aankondiging van de winter een belangrijk moment om rekening mee te houden. Midden in een tijd van schaarste moest men het doen met aangelegde voorraden granen en ander voedsel. Stro voor de dieren reikte niet uit voor de hele winter. Het was daarom tijd om dieren te slachten en het vlees te zouten, te drogen en te roken zodat het zo lang mogelijk bewaard en gegeten kon worden.
Ook het begin van het voorjaar, wanneer gezaaid moest worden, en het einde van de zomer, wanneer de oogst plaatsvond, waren belangrijke momenten in het jaar.
Toen er nog geen kalender bestond, was er wel al kennis over de relatie stand van de zon en de tijd van het jaar ofwel kennis van de zonnecyclus
Deze kennis van de zonnecyclus blijkt uit bouwwerken zoals Newgrange in Ierland en Stonehenge in Engeland. Newgrange is zo aangelegd dat

in de ochtend van de winterzonnewende, de opkomende zon, via een speciaal aangelegde opening boven de gang na de ingang gedurende zeventien minuten tot diep in de centrale kruisvormige kamer kruipt en deze kamer even verlicht.
De nauwkeurigheid waarmee de gang van Newgrange naar het eerste zonlicht van de winterzonnewende was gericht, betekent dat de bouwers precies hadden uitgezocht waar en wanneer de de Zon op de kortste dag opkomt.

De winterzonnewende viel midden in de moeilijkste periode van het jaar, maar markeerde tegelijkertijd het keerpunt waarop de dagen weer langer werden. Dat gaf hoop op de terugkeer van de lente.
Door archeologische vondsten van resten van dieren wordt vermoed dat op het moment van de winterzonnewende, feest werd gevierd. Eten vormde een belangrijk onderdeel van dat feest.
Hoewel vermoedt wordt dat de belangrijkste functie van Newgrange het midden houdt tussen een tempel en grafkamer, wordt niet getwijfeld aan de kennis van de bouwers van de zonnecyclus.
De Egyptenaren kenden al 3000 jaar v. Chr. een kalender van 365 dagen die gekoppeld was aan de zonnecylus, het moment van verschijnen van
Sirius
, de jaarlijkse overstroming van de Nijl, zaai- en oogstmomenten, terugkerende feesten en momenten van terugkerende belastingheffingen.
Het zonlicht en de waarneming
Wanneer je naar je omgeving kijkt, is het logisch dat je je op een bepaald moment afvraagt: Hoe komt het dat ik mijn omgeving zie?
Niet altijd hebben onderzoekers aangenomen dat het licht van de zon het enige licht is dat kijken mogelijk maakt. Griekse wiskundigen en filosofen zoals Pythagoras (ca. 570–495 v.Chr.), Plato (427–347 v.Chr.) Euclides (ca. 300 v.Chr.) en Claudius Ptolemaeus (ca. 100–170 n.Chr.) veronderstelden dat het het oog een "vuur" of stralen uitzendt waarmee de omgeving waargenomen wordt.
Ondanks dat Aristoteles (384–322 v.Chr.) deze veronderstelling, dat het oog licht uitzendt verwierp en stelde dat een doorzichtig medium, zoals lucht, door een lichtbron wordt verlicht en dat het verlichte voorwerp vervolgens het oog beïnvloedt werd tot in de middeleeuwen door velen vastgehouden aan de veronderstelling dat het oog zelf stralen uitzendt dat waarneming mogelijk maakt.

Europese onderzoekers, namen rond 1200, kennis van het in het Latijn vertaalde "Boek van de Optica" van de Irakese onderzoeker Ibn al-Haytham (ca. 965–1040), bekend als Alhazen. Alhazen toonde aan, dat zien mogelijk is doordat het licht van door objecten weerkaatst zonlicht het oog bij de pupil binnenkomt. Het weerkaatste zonlicht verandert in het oog van richting(wordt gebroken). Licht van de linkerkant van het voorwerp komt aan de rechterkant van het beeld terecht; licht van de rechterkant komt aan de linkerkant. Hierdoor ontstaat op het netvlies een omgekeerd beeld. De hersenen combineren de beelden van beide ogen tot één scherp beeld. Het weerkaatste licht door de omgeving is dus verantwoordelijk voor wat via ogen waargenomen kan worden.
Al ruim voor de eerste cellen op aarde ontstonden werd de aarde door de zon via het licht van energie voorzien. Op de een of andere manier heeft het zonlicht samen met de aarde omstandigheden gecreeërd waaruit cellen en daarna meercelligen en uiteindelijk flora en fauna zijn ontstaan. Levende wezens die via allerlei organen hun omgeving kunnen waarnemen en op het waargenomene kunnen reageren.
Een van die vormen van waarnemen is het zien van het weerkaatste en geabsorbeerde licht dat hun ogen binnenstroomt en geïnterpreteerd wordt door hun hersenen.
Het door middel van lenzen, prisma's en telescopen, beter begrip krijgen van het zonlicht en het belang voor het leven.
Niet alleen onze ogen ook lenzen, prisma’s, telescopen hebben een grote rol gespeeld in het onderzoek en begrijpen van het zonlicht en de breking van zonlicht..
Het is niet bekend vanaf wanneer mensen glazen leeslenzen gingen maken. Wel weten wij dat al vóór het jaar 1000, door monniken, stukken bergkristal werden gebruikt om tekst te vergroten: "leesstenen". Over het slijpen van deze stenen zijn geen duidelijke beschrijvingen gevonden uit die tijd. Voor zover bekend was er toen nog geen kennis over de breking van licht. Het succesvol slijpen van lenzen was waarschijnlijk een kwestie van trial en error en ontwikkeld vakmanschap.
Men vermoedt dat nadat Het Boek van de Optica van Alhazen in het Latijn vertaald was er een samenwerking ontstaan is tussen Europese wetenschappers en glasmakers in Venetië. Dat leidde iets voor 1200 tot de eerste brillenglazen.
Hierna ontstond er een periode waarin verbetering in de geproduceerde lenzen werden aangebracht. Dat gebeurde zeer geleidelijk omdat er aanvankelijk nog weinig kennis was over de breking van licht door glas en door het oog. De verfijning gebeurde door vaklieden.

In 1608 werd in Nederland door een brillenmaker een verrekijker uitgevonden
Het basisidee was eenvoudig: een bolle lens (objectief) vangt licht op;
een holle lens (oculair) vergroot het beeld voor het oog.
Dit was aanvankelijk vooral een militair en praktisch hulpmiddel om verre schepen of vijanden te zien.
Toen de Italiaanse astronoom Galileo Galilei(1564–1642[ in 1609 van de Nederlandse verrekijker hoorde, bouwde hij een telescoop. waarmee hij onder andere ontdekte dat jupiter manen had en dat de Melkweg uit vele sterren bestond.
Johannes Kepler(1571–1630) beschreef het oog als een systeem dat licht ontvangt en bundelt, als een kleine camera. Het gevormde beeld valt op zijn kop op het netvlies.
In 1621 ontdekte Willebrord Snellius (1580-1626), die Kepler en zijn werk kende, dat, wanneer licht van het ene doorzichtige materiaal naar het andere gaat, de verhouding tussen de sinus van de invalshoek en de sinus van de brekingshoek steeds constant is. Deze relatie staat bekend als de wet van Snellius.
Tegenwoordig beschrijven we deze eigenschap met de brekingsindex (n): een getal dat aangeeft hoe sterk een materiaal een lichtstraal afbuigt. Hoe groter de brekingsindex, hoe sterker het licht van richting verandert wanneer het een ander materiaal binnengaat.
De wet van Snellius maakte het mogelijk om nauwkeurig te berekenen hoe licht zich gedraagt in glazen lenzen. Daarmee werd een belangrijke natuurkundige basis gelegd voor het ontwerpen, verbeteren en slijpen van brillen, vergrootglazen, microscopen en telescopen.
Dankzij deze kennis konden, konden instrumenten worden ontwikkeld waarmee zowel de uiterst kleine als de zeer verre wereld zichtbaar werd.
René Descartes(1596–1650) berekende dat de ooglens
asferisch
is en probeerde lenzen asferisch te slijpen.
Descartes deed rond 1637 onderzoek naar de regenboog en gebruikte glasbollen en prisma-achtige situaties om breking en kleurvorming te verklaren.
Bij astronomen, raakte teeds meer bekend dat: Wie door een vroege
refractor telescoop
keek, niet alleen sterren,zag maar ook gekleurde randen. Heldere objecten kregen een blauwige of roodachtige zoom. Deze vervorming van kleuren heeft een simpele oorzaak met lastige gevolgen: glas buigt niet alle kleuren even sterk. Rood en violet nemen net andere routes, waardoor ze niet in één gezamenlijk brandpunt samenkomen.
Betere slijptechnieken hielpen niet tegen deze kleurvervorming Oplossingen met
diafragma’s
en langere brandpunten hielpen, maar maakten instrumenten groter en donkerder. Het werd steeds duidelijker dat kleur in het licht zelf meespeelt.
Isaac Newton
die van deze kleurvervorming via lenzen had gehoord, deed hiermee experimenten, door via een klein rond gat in een luik voor het raam, zonlicht door een prisma te laten vallen. Tot zijn verbazing zag hij aan dat het licht uiteen viel in verschillende kleuren.
Newton testte of het prisma kleuren “maakt” of alleen “sorteert” door een stukje van het spectrum, bijvoorbeeld rood, te isoleren en door een tweede prisma te sturen. De bundel werd opnieuw afgebogen, maar bleef rood, zonder tweede uitwaaiering. Daarmee kreeg elke kleur een eigen “breekbaarheid”, als eigenschap van het licht zelf. Het prisma breekt het licht in erschillende kleuren.
Met lenzen en prisma’s liet hij de gescheiden kleuren weer overlappen, totdat het resultaat opnieuw wit werd. Scheiden en combineren vormden één sluitend argument: je kunt de proef omkeren en weer bij wit uitkomen.
Belangrijke onderzoekers die bijgedragen hebben aan de tegenwoordige kennis over het zonlicht zijn:
Christiaan Huygens (1629–1695),
Isaac Newton (1643–1727),
William Herschel (1738–1822),
Thomas Young (1773–1829,
Johann Wilhelm Ritter (1776–1810),
Joseph von Fraunhofer (1787–1826),
Christian Doppler(1803–1853)
Gustav Kirchhoff (1824–1887), Robert Bunsen (1811–1899),
James Clerk Maxwell (1831–1879),
Heinrich Hertz(1857–1894),
Josef Stefan (1835–1893), Ludwig Boltzmann (1844–1906),
Wilhelm Conrad Röntgen (1845–1923),
Wilhelm Wien (1864–1928),
Max Planck (1858–1947),
Albert Einstein (1879–1955),
Niels Bohr (1885–1962),
Erwin Schrödinger (1887–1961),
Meghnad Saha (1893–1956),
Cecilia Helena Payne-Gaposchkin (1900 –1979),
Werner Heisenberg (1901–1976),
Arthur Eddington (1882–1944),
Hans Bethe (1906–2005),
Verplaatst licht zich door middel van deeltjes of door middel van golven?
Isaac Newton heeft zich niet alleen bezig gehouden met het onderzoeken van wit zonlicht. Een van de geleerden waarmee hij regelmatig correspondeerde en die hij ook ontmoette was Christiaan Huygens.Met hem had hij een dispuut over de manier waarop zonlicht zich verplaatst volgenns Newton bestonden lichtstralen uit miniscule deeltjes die hij corpuscular noemde. Huygens had berekend dat licht zich als een golf door een flexibel medium beweegt, de zogenaamde ether.
Hiermee grepen beiden terug op een discussie die in de oudheid werd gevoerd. De breuklijn tussen deeltjes en continuïteit (golven) werd toen al getrokken:Het deeltjeskamp: Democritus en Leucippus (5e eeuw v.Chr.) bedachten het atomisme. Zij stelden dat alles in het universum bestaat uit onbreekbare, harde deeltjes (atomen) die door een leegte bewegen. Ook Pythagoras dacht dat licht uit deeltjes bestond die onze ogen raakten.Het continuïteitskamp (golfconcept): Aristoteles wees het vacuüm en de atomen af. Hij geloofde dat materie continu was en dat licht een soort verstoring of beweging was in een medium (de ether), vergelijkbaar met rimpelingen in water.
De huidige stand van wetenschap stelt dat afhankelijk van hoe dat je zonlicht meet zowel deeltjes als golven kunt meten.
Wat doet zonlicht behalve verlichten?
Een deel van het zonlicht verwarmt
Doordat wij met onze huid de warmte van de zonnestralen voelen, weten wij dat zonlicht meer is en meer doet dan alleen de wereld om ons heen zichtbaar maken.
Wij kunnen de warmte stralen niet met onze ogen waarnemen.
De ontdekking dat een deel van de warmte van zonnestraling afkomstig is van wat wij nu infrarood licht noemen, werd gedaan door de astronoom en natuurkundige William Herschel(1738–1822), in 1800.
Na de ontdekking van de infrarood straling door Herschel, werden andere onderzoekers gïnspireerd te zoeken naar andere stralen buiten het door Newton beschreven zichtbare kleurenspectrum van de zon. Johann Wilhelm Ritter(1776 –1810) vond al een jaar later in 1801 de ultraviolette straling. straling die niet met het oog waargenomen kan worden.
Tegenwoordig weten we dat een deel van het ultraviolet licht bijdraagt aan de vorming van vitamine D, de opname van calcium en fosfaat, goed is voor botten, tanden, het immuunsysteem en de spierfunctie.
Ultraviolet licht beïnvloedt planten en ecosystemen en heeft waarschijnlijk een rol gespeeld bij het ontstaan van de eerste organische moleculen op aarde.
Een ander deel van UV licht is zo energierijk dat het het DNA kan beschadigen.. Dat wordt grotendeels voorkomen doordat de ozonlaag een grote hoeveelheid Uv-straling absorbeert.
Dit evenwicht is een van de voorwaarden geweest voor het ontstaan en voortbestaan van complex leven op aarde.
De Duitse natuurkundige Joseph von Fraunhofer (1787–1826) ontdekte in 1814 dat het zonnespectrum wordt doorsneden door honderden scherpe donkere lijnen, die later Fraunhoferlijnen werden genoemd. Hij bracht deze lijnen nauwkeurig in kaart en gebruikte ze als vaste referentiepunten voor optische metingen, maar kende hun oorzaak nog niet.
In 1859–1860 toonden Gustav Kirchof (1824–1887)en Robert Bunsen(1811–1899) aan dat deze donkere lijnen ontstaan doordat atomen in de relatief koelere buitenlagen van de zon, bepaalde golflengten van het door de hete zonnekern uitgezonden licht absorberen. Daarnaast wordt een kleiner aantal absorptielijnen veroorzaakt door gassen in de aardatmosfeer.
Nu weten wij dat gassen in de aardatmosfeer, zoals ozon, zuurstof, waterdamp en andere gassen, veel schadelijke energierijke straling van de zon, zoals gammastraling uv straling, röntgenstraling absorberen en op deze manier het leven op aarde beschermen.
Met name dat inzicht in het specifieke absorptievermogen van zonnestraling door specifieke gassen in de atmosfeer leidde tot de sleutel tot het bepalen van de samenstelling van sterren en uiteindelijk ook tot de ontdekking van Cecilia Payne-Gaposchkin dat sterren grotendeels uit
waterstof
bestaan.
Thomas Young (1773–1829) toonde in 1805 met zijn beroemde dubbelspleet-experiment aan dat licht zich als een golf gedraagt door interferentiepatronen zichtbaar te maken. Augustin-Jean Fresnel & François Arago: bewezen mathematisch en experimenteel de golfeigenschappen van licht. (specifiek dat lichtgolven dwars:transversaal trillen)
Ondanks dat wij ook geen UV licht, geen röntgenstralen geen radio golven, microgolven en geen gammastralen kunnen waarnemen, weten wij door het werk van bovengenoemde onderzoekers dat al deze stralen of golven in de stralen van de zon verpakt zitten.
Dankzij het werk van
James Clerk Maxwell (1831–1879)
weten wij dat zonlicht bestaat uit
elektromagnetische straling, die met ongeveer 300.000 kilometer per seconde door de ruimte naar de aarde reist. Maxwell liet zien dat licht bestaat uit een trillend elektrisch veld en een trillend magnetisch veld. Deze velden staan loodrecht op elkaar en wekken elkaar voortdurend op, waardoor de elektromagnetische golf zich door de ruimte kan voortplanten.
Volgens
Max Planck (1858–1947)
en
Albert Einstein (1879–1955)
kan elektromagnetische straling niet alleen als een golf worden gezien, maar ook als een stroom energiedeeltjes: de zogenoemde fotonen. Een foton kan door een atoom van materie worden geabsorbeerd of juist door een atoom van materie worden uitgezonden.
Elektromagnetische straling vormt een breed
spectrum
dat loopt van radiogolven en infraroodstraling via zichtbaar licht tot ultraviolet, röntgenstraling en gammastraling.

Uit dit onderzoek ontstond de spectroscopie, een van de belangrijkste onderzoeksmethoden binnen de moderne sterrenkunde. Door het spectrum van sterren, planeten en nevels te analyseren kunnen astronomen hun chemische samenstelling, temperatuur, beweging en vele andere eigenschappen bepalen.
Slechts een klein deel van het elektromagnetische spectrum is zichtbaar voor het menselijk oog. Deze kleuren ontstaan doordat het zonlicht via kleine waterdruppeltjes in de atmosfeer wordt gebroken, en door onze omgeving worden gereflecteerd en geabsorbeerd.
Niet alleen de aard van de straling maar ook kennen wij de brandstof waarmee deze stralen opgewekt worden namelijk waterstof.
Deze waterstof fuseert door de immense druk en temperatuur in het binnenste van de zon tot helium. Berekend is dat 4 atomen waterstof fuseren tot 1 atoom helium. Een klein beetje massa wordt hierbij omgezet in energie. 1 gram waterstof bijvoorbeeld levert een immense energie op namelijk genoeg om een gemiddelde woning 20 jaar van stroom te voorzien.
De zon is ongeveer een miljoen aardes van omvang en bestaat voor 74% uit waterstof heeft
Cecilia Helena Payne-Gaposchkin (1900 –1979)
berekend. Dus voorlopig zal de zon de aarde en alle levende organismen van energie blijven voorzien.
Het zonlicht, het water en het leven.
Wat hebben het zonlicht, water en het leven met elkaar te maken?
Water is belangrijk voor het ontstaan en het voortbestaan van leven. Zonder water zullen organismen niet kunnen ontstaan en ook niet blijven bestaan.
Hoe is dat water op de aarde beland?
Water op Aarde is grotendeels afkomstig uit de bouwmaterialen van de planeet zelf.
Wat zijn de bouwmaterialen van de aarde
De aarde, maar niet alleen de aarde ons hele zonnestelsel is ontstaan
uit een een zogenaamde protoplanetaire schijf. Dat is een enorme wolk van gas, stof, gruis, ruimtepuin met Koolstofhoudende chondrieten die kant-en-klaar bevroren ijs en gehydrateerde mineralen bevatten en
enstatiet
chondrieten ofwel enorme brokken steen.
Vijf miljard jaar geleden begon die schijf door de
zwaartekracht
, samen te klonteren tot de zon en de planeten.
Uit recent onderzoek van Laurette Piani(2020) van het Centre de Recherches Petrographiques et Geochimiques (CRPG) in Nancy, Frankrijk, komt naar voren dat het water op de aarde voor een belangrijk deel ontstaan is uit de enstatiet chondrieten die de aarde voor voor een groot deel gevormd hebben.
Deze enstatiet chondrieten bestaan uit een gesteente vormend mineraal waarin o.a. relatief veel waterstof, stikstof, zwavel en zuurstof opgesloten zit.
De waterstof (H) in deze chondrieten, kenmerkt zich door een lage verhouding deuterium/waterstof (D/H=1/6400).
Deze verhouding is waarschijnijk tot stand gekomen doordat de enstatiet
chondrieten
, voordat zij samenklonterden tot de aarde, dicht bij de zeer hete net onstane zon draaiden.
De jonge Zon heeft door haar hitte de Deuterium/waterstof-ratio in de binnenzijde van ons zonnestelsel 'afgesteld' op een stabiele, lage waarde van 1 deuteriumatoom op elke 6.400 waterstofatomen ofwel 150ppm.
Toen de aarde in het vroege begin gevormd was uit dit chondrietenpuin stof en gruis, ontstond er door een combinatie van massa, inslagenergie van asteroiden, de energie van de radioactiviteit van samenklonterende materialen en immense druk van zwaartekracht zo'n hitte, dat dat alles smolt en veranderde in een gloeiend bol magma.
De gassen waterstof, stikstof en zuurstof, en ook de zwavel opgesloten in het silicaathoudend gesteente van de chondrieten, stegen naar de oppervlakte van de aarde en en vormden een dikke atmosfeer vastgehouden door de zwaartekracht van de jonge planeet. De zwaarste elementen in dit magma zoals ijzer, goud,platina, lood etc. zakten naar de kern van de aarde.
Daarna ontstond een lange periode van afkoeling van de aarde en het lichtere silicaatgesteente vormde van een korst aan de buitenkant
Daar de ruimte van het zonnestelsel nog gevuld was met puin en gruis werden
de ontstane afkoelende planeten, waaronder de aarde door hun zwaartekracht gebombardeerd met dit puin. In het Engels wordt deze periode van miljoenen jaren de "Late Veneer"genoemd: letterlijk: het late vormen van een fineerlaag boven op de korst. Een fineerlaag met steen en vele soorten ertsen die door de ontstane korst niet naar binnenste mantel van de aarde konden zakken.
De dikke dampkring met o.a. waterstof, stikstof en zuurstof begon door de afkoelende aarde te kondenseren wat resulteerde in een periode van miljoenen jaren van regen en het vormen van oceanen.
Het water in deze oceanen, afkomstig van de enstatiet chondrieten, was en is zeer deuterium arm en geschikt voor de vorming van leven. Zoals wij weten is dit te danken aan de hitte van de zon.
Het belang van deuterium arm water voor leven
Dankzij de hitte van de zon heeft het water op aarde dus een voor het leven vriendelijke verhouding deuterium/waterstof ofwel 150ppm.
Water met een naar verhouding 10 keer groter aandeel van het isotoop deuterium ten opzichte van waterstof zou voor geavanceerde organismen (zoals planten, dieren en mensen) toxisch zijn.
De celdeling (mitose) raakt dan ernstig verstoord. Cellen hebben een tijdelijke, microscopische stijging in deuterium nodig als biologisch signaal om te delen. Als de omgeving echter permanent 1.500 ppm of hoger is, 'overstromen' de enzymen en stagneert de celcyclus.
Vanaf ~3.000 ppm deuterium en hoger: Op dit niveau treedt er acute mitochondriële toxiciteit op. De microscopische ATP-synthase-motoren die energie opwekken, lopen mechanisch vast door de massatraagheid van de zware deuterium-ionen. De energieproductie (ATP) stort in, de cel begint schadelijke vrije radicalen te lekken, het DNA raakt beschadigd en de cel sterft uiteindelijk af.
De exacte grens waarbij een cel doodgaat, verschilt sterk per type organisme: Eenvoudige cellen (Bacteriën en schimmels): Sommige micro-organismen zijn extreem taai en kunnen in laboratoria overleven in een omgeving van wel 15.000 tot 50.000 ppm deuterium, mits ze de tijd krijgen om zich genetisch aan te passen.
Planten- en dierencellen zijn veel gevoeliger. Hun ingewikkelde enzymatische netwerken tolereren geen grote afwijkingen van de natuurlijke 150 ppm.
Hulpmiddelen om het licht van de Melkweg teonderzoeken
Sinds mensen naar de sterren aan het kijken zijn, zijn veel ontdekkingen gedaan om steeds scherper en uitgebreider over zon- en sterrenlicht te gaan waarnemen. Deze ontwikkeling is samen te vatten in het woord telescoop.
Door de telescoop weten wij nu dat die schiterende gordel van licht aan de nachtelijke hemel, die Melkweg, bestaat uit sterren en dat ook ons zonnenstelsel hier deel van uitmaakt. Dat is toch iets anders dan de melk van Hera of kamvuren aan de rivier.
De telescoop
Astronomen bestuderen de Melkweg met optische-, radio-, röntgen-, infrarood- gamma- en microgolf- telescopen. Deze telescopen bevinden zich verspreid op zeeniveau, in het hooggbergte, in de ruimte in een baan rond de aarde en op Lagrangepunten, waar de zwaartekracht van de zon en aarde elkaar bijna opheffen. Het licht van de sterren wordt versterkt en daarna door middel van spectroscopie geanalyseerd en in enorme databases verzameld. Hierna worden deze gegevens met behulp van allerlei statistische methodes verder bestudeerd.
Hoe vindt het onderzoek door optische telescopen plaats?
Optische telescopen versterken net als verrekijkers het voor het menselijke oog, zichtbare licht van de sterren en planeten. Verrekijkers maken gebruik van geslepen glazen lenzen. Galileo deed in 1609 als eerste astronoom waarnemingen met behulp van een telescoop die uitsluitend uit glazen lenzen bestond.
Moderne optische telescopen maken geen gebruik meer van glazen lenzen maar van meerdere gebogen spiegels. De buiging van die spiegels verandert honderden keren per seconde al naar gelang het waarnemingsdoel. De eerste spiegel vangt het licht van de sterren op, dat vervolgens gecorrigeerd en gefocust wordt door een tweede spiegel. Andere spiegels sturen deze lichtsignalen vervolgens naar instrumenten zoals camera's en spectografen.
De observaties van dergelijke telescopen is bovendien geautomatiseerd zij maken elk etmaal vele duizenden beelden van de helderheid, licht en kleursamenstelling van sterren. Uit het spectrum: de licht en kleursamenstelling van sterren worden gegevens opgeslagen over de temperatuur, chemische samenstelling en rotatiesnelheid van sterren.
Via geautomatiseerde berekeningen van de hoekverschuiving, de zogenaamde paralax en dopler-verschuiving, worden inschattingen van afstanden en of deze afstanden groter of kleiner worden en met welke snelheid.
Voorbeelden van belangrijke optische telescopen zijn de ESA telesopen in de Atacama woestijn van Chili en de Hubble Space Telescope.
Voorbeelden van Beelden die door de ESA Telescoop gemaakt zijn beelden van de Helix nevel en beelden van het Centrum van de Melkweg.
De Helixnevel
De Helixnevel(spiraalvormige nevel) is een planetaire nevel die wijst op een ster die aan het einde is van zijn bestaan. Planetair betekent niet dat het gaat om planeten. De naamgever Herschel (18e eeuw) vond dat wanneer je dit verschijnsel door een destijds nog niet zo’n sterke telescoop waarnam, dat het leek op een planeet.
De veelkleurige nevel die we op de afbeelding zien is ontstaan doordat de ster in de eindfase zijn buitenste laag gloeiend en sterk stralend gas uitstoot. Vervolgens koelt het gas geleidelijk in lagen af. Dit verklaart de verschillende kleuren.
Door al deze observaties en berekeningen weten wij dat de spriraalvormige schif van de Melkweg jonger en metaalrijker is en de halo om de melkweg ouder en metaalarm is.
Een andere interesante ontdekking is dat de gemeten rotatiesnelheid van sterren niet volledig verklaard kan worden door de zwaartekracht van de waargenomen massa of materie. Er moet dus iets zijn als materie die wij niet kunnen waarnemen: de zogenaamde donkere materie.
Wat levert statistisch onderzoek van databases op?
Omdat de datebases inmiddels zo enorm zijn, is het onmogelijk om hier als mens patronen in te herkennen. Echter door met computers en statistische methoden te gebruiken zoals clusteranalyse, bayesiaanse statistiek, machine learning en principal component analysis, kunnen patronen herkend worden in: sterbewegingen, chemische signaturen en populaties.
Hierdoor hebben wij kennis of er wel of geen metalen in sterren aanwezig zijn. Inmiddels is bekend dat sterren met metalen een veel langere geschiedenis hebben dan sterren zonder metalen. Beginnende of jonge sterren bestaan voornamelijk uit waterstof en hebben geen metalen. Onder ander hierdoor is het mogelijk een reconstructie te maken van het ontstaan van de Melkweg.
Niet alleen het licht van de sterren van de Melkweg ook ook hun vorm, grootte, samenstelling en ouderdom wordt berekend. Door bol driehoeksmeting, kunnen wij tegenwoordig een inschatting maken van de positie van ons zonnestelsel in de Melkweg.
Hierdoor weten wij dat het melkwegstelsel spiraalvormig is Het heeft een diameter van 100.000 lichtjaar.
Bovenstaande impressie van de Melkweg laat de positie van ons zonnestelsel zien. Onze zon, gemarkeerd door de pijl, ligt tussen twee spiraalarmen. De Perseusarm, die verder buiten onze locatie ligt en de kleinere Sagitarius arm. De opening tussen deze twee armen wordt overspand door een meer diagonale structuur, , die wordt aangeduid als de Orion-arm Onze zon ligt binnen de binnenrand van die diagonale structuur.
Onze afstand tot het centrum van het sterrenstelsel is niet met precies bekend. De afstand ligt tussen 25.800 lichtjaar en 27.200 lichtjaar.
De snelheid van de zon in haar baan rond het sterrenstelsel ligt tussen 30,2 en 30,6 km/s. Dat komt neer op één omloop per 200 miljoen jaar. Dit wordt een galactisch jaar genoemd.
Hoe meten astronomen?
De ruimte van de Melkweg is onvoorstelbaar groot. Om niet te spreken van het universum.
Niet alleen bestaat de Melkweg uit een ontzaglijke, ruimte, met enorme massa's zoals sterren, planeten, stof gruis brokstukken steen, en gas maar al deze massa's zijn ook nog eens allemaal opgebouwd uit onvoorstelbaar kleine structuren atomen die weer opgebouwd zijn uit elektronen, neutronen, protonen, die weer opgebouwd zijn uit quarks. In de Melkweg en het universum staat niets stil. Sterren en planeten bewegen zich met ongelooflijke snelheden om en uit elkaar en om zwarte gaten. snelheid wordt meestal uitgedrukt in km/Sec. Daarnaast is met de processen en het ontstaan van dit alles tijd en temperatuur gemoeid. Tijd die varieert van fracties van seconden tot miljarden jaren. Temperatuur wordt uitgedrukt in Kelvin.
Om het universum enigszins te beschrijven zijn daarom speciale meeteenheden nodig.
Om iets heel kleins te omschrijven wordt bijvoorbeeld Angstrom gebruikt. en om een enorme afstand te beschrijven maken de astronomen gebruik van parsec. Iets heel zwaars wordt uitgedrukt Zonnemassa's.
Het SI Système Internationale van maateenheden: meter-kilometer, gram seconden geniet de voorkeur onder astronomen. Zie de tabel hieronder.
Lengte – astronomische afstandsmaten
| Grootheid |
Symbool |
Waarde |
Toepassing |
| Ångström | Å | 1 × 10−10 m | Atoomfysica, spectroscopie |
| Nanometer | nm | 1 × 10−9 m | Microscopie |
| Micrometer | μm | 1 × 10−6 m | Interstellair stof |
| Meter | m | Basiseenheid | Algemeen |
| Kilometer | km | 1.000 m | Planetaire afstanden |
| Aardstraal | R⊕ | 6.378 km | Planetaire astronomie |
| Zonstraal | R☉ | 6,96 × 108 m | Sterrenkunde |
| Astronomische eenheid | AE | 1,496 × 1011 m | Zonnestelsel |
| Lichtjaar | lj | 9,46 × 1015 m | Stellaire afstanden |
| Parsec | pc | 3,09 × 1016 m | Galactische schaal |
| Kiloparsec | kpc | 1.000 pc | Melkwegstructuur |
| Megaparsec | Mpc | 1.000 kpc | Kosmologie |
Astronomische meeteenheden – van atoom tot kosmos
Temperatuur
| Object / proces |
Temperatuur (K) |
Temperatuur (°C) |
Voorbeeld / context |
| Bijna absoluut nul | 0 K | −273 °C | Kwantumexperimenten |
| Kosmische achtergrondstraling | 2,7 K | −270 °C | Overblijfsel oerknal |
| Interstellair gas | 10–50 K | −260 tot −220 °C | Stervormingsgebieden |
| Aardoppervlak | 288 K | +15 °C | Leefomgeving |
| Oppervlak Zon | 5.780 K | ≈ 5.500 °C | Fotosfeer |
| Kern van de Zon | 1,5 × 107 K | — | Kernfusie |
| Supernova | 109–1010 K | — | Zware-elementenvorming |
Massa – van deeltjes tot kosmos
| Object |
Massa |
Illustratie / schaal |
| Elektron | 9,11 × 10−31 kg | Elementair deeltje |
| Waterstofatoom | 1,67 × 10−27 kg | Kleinste atoom |
| Mens | ~70 kg | Alledaagse schaal |
| Aarde | 5,98 × 1024 kg | Planeet |
| Zon (M☉) | 1,99 × 1030 kg | Standaard ster |
| Rode superreus | 10–40 M☉ | Extreem zware ster |
| Melkweg | ~1012 M☉ | 100+ miljard sterren |
Tijd – astronomische schalen
| Eenheid |
Symbool |
Duur |
Gebruik |
| Seconde | s | Basiseenheid | Algemeen |
| Uur | h | 3.600 s | Dagelijkse processen |
| Dag | d | 86.400 s | Planetaire schaal |
| Jaar | jr | 3,16 × 107 s | Stellaire evolutie |
De duur van het leven en het universum
Astronomen hebben vastgesteld dat onze zon al zo'n vijf miljard jaar, zijn licht op de aarde laat schijnen. De invloed van dat licht, hoe klein of hoe groot ook, heeft miljarden jaren tijd gehad om invloed uit te oefenen op het ontstaan van leven.
De Melkweg is veel ouder. Die is ongeveer 13,5 miljard jaar geleden ontstaan.
De Melkweg heeft dus al miljarden jaren voordat de zon ontstond voorwaarden geschapen voor het ontstaan van de zon en indirect voorwaarden voor het ontstaan van leven
Als astronomen het goed berekend hebben kan onze zon maximaal 10 miljard jaar bestaan. Maar dan houdt de zon toch ook op te bestaan. Het leven hier op aarde zal echter al veel eerder verdwijnen dan het licht van de zon. Dat komt omdat de zon op weg naar zijn einde, zal opzwellen. De hitte van de zon zal hierdoor zo verzengend worden dat leven op aarde uitgewist zal worden.
Ondertussen zijn in de Melkweg al veel nieuwe zonnen ontstaan en vergaan. Dus ook in de Melkweg vindt een cyclus van ontstaan, bestaan en vergaan plaats.
De Melkweg zelf zal over 4,5 miljard tot 5 miljard jaar misschien fuseren met het sterrenstelsel andromeda en zal dan op die manier veranderen van vorm en inhoud.
De theorieën over het ophouden van het universum, dus ook van de Melkweg en alle andere sterrenstelsels, lopen uiteen. Een theorie zegt dat het universum uiteindelijk een evolutie zal doormaken die omgekeerd is aan de uitdijing. Dus weer zal imploderen tot uiteindelijk "niets". Dat wordt door de huidige metingen gelogenstraft. Blijft het alternatief dat het universum oneindig zal bestaan.
In het licht van de onstaansprocessen en het van sterren en sterrenstelsels in het universum, is het bestaan van het leven, ook al strekt zich dat over miljarden jaren uit, slechts een fragment.
Ervan uitgaande dat er nog honderden miljarden zonnen in de Melkweg zijn, er nog ontelbare zonnen in de Melkweg zullen ontstaan en er naast de Melkweg, nog honderden miljarden sterrenstelsels in het universum zijn, kan niet uitgesloten worden dat er elders in de Melkweg en universum, nog overeenkomstige fragmenten van leven zijn ontstaan, bestaan of zullen ontstaan.
Zeker is dat ik op deze aarde, in deze Melkweg ben ontstaan en met mij vele andere levende wezens.
Literatuur:
-
Alexander, Conel M. O'D., Robert Bowden, Marilyn L. Fogel, George D. Cody, Conel M. Herd, and Larry R. Nittler. "The Provenance of Asteroidal Clays and the Source of Earth's Water." Science 337, no. 6095 (August 2012): 721–723.
-
Barrett, Tom J., and James Bryson. "Intrinsic Hydrogen Signatures in Enstatite Chondrites and the Earth's Deep Reservoir." Earth and Planetary Science Letters 653 (April 2025): 119-132.
-
Boros, László G., Gábor Somlyai, and I. J. G. D'Agostino. "Submolecular Regulation of Cell Proliferation and Mitochondrial ATP Synthase Function by Deuterium." Medical Hypotheses 87 (February 2016): 67–74.
-
Burbidge, E. Margaret, Geoffrey R. Burbidge, William A. Fowler, and Fred Hoyle. "Synthesis of the Elements in Stars." Reviews of Modern Physics 29, no. 4 (October 1957): 547–650.
-
Chaisson, Eric, en Steve McMillan. Astronomy Today. 5th ed. Upper Saddle River, NJ: Pearson Prentice Hall, 2005.
-
Hensey, Robert (2015). First Light: The Origins of Newgrange. Oxbow Books
-
Drouart, Jean-Marc, François Dubrulle, Daniel Gautier, and François Robert. "Structure and Isotopic Evolution of the Protoplanetary Nebula: The Case of Hydrogen." Icarus 140, no. 1 (July 1999): 129–155.
-
Lane, Nick, and William F. Martin. "The Energetics of Genome Complexity." Nature 467, no. 7318 (October 2010): 929–934.
-
Lauretta, Dante S., S. S. Balman, O. S. Barnouin, et al. "The OSIRIS-REx Spacecraft Mission to Asteroid (101955) Bennu." Space Science Reviews 212, no. 1 (August 2017): 925–984.
-
Nakamura, Tomoki, Michibayashi Katsuyoshi, and Hayabusa2 Sample Analysis Team. "Formation and Evolution of Carbonaceous Asteroid Ryugu: Insights from Returned Samples." Science 377, no. 6612 (September 2022): 1280–1285.
-
NASA. "OSIRIS-APEX: Apophis Explorer Mission Overview." NASA Solar System Exploration. Laatst aangepast oktober 2023. nasa.gov.
-
Piani, Laurette, Yves Marrocchi, Thomas Rigaudier, Lionel G. Vacher, Dorian Asaduzzaman, and Bernard Marty. "Earth's Water May Have Been Inherited from Material Similar to Enstatite Chondrite Meteorites." Science 369, no. 6507 (August 2020): 1110–1113.
-
Robert, François. "The D/H Ratio in Chondrites and the Oort Cloud Comets: Implications for the Origin of Water in the Solar System." Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences 359, no. 1787 (October 2001): 2051–2061.
-
Russell, Michael J., and William F. Martin. "The Rocky Roots of the Acetyl-CoA Pathway." Trends in Biochemical Sciences 29, no. 7 (July 2004): 358–363.
-
Schneider, Peter. Extragalactic Astronomy and Cosmology: An Introduction. Berlin: Springer, 2015.
-
Somlyai, Gábor, G. Jancsó, G. Jákli, K. Vass, B. Barna, V. Lakos, and T. Gaál. "Naturally Occurring Deuterium is Essential for the Regulation of Cell Cycle and Tumor Growth." FEBS Letters 317, no. 1-2 (February 1993): 1–4.
-
The Royal Society. "D/H Ratios of the Inner Solar System and the Protosolar Nebula." Philosophical Transactions of the Royal Society A 375, no. 2094 (May 2017): 20150390.
-
Thielemann, Friedrich-Karl, K. Nomoto, and M. Hashimoto. "Core Collapse Supernovae and Their Explosive Nucleosynthese Output." The Astrophysical Journal 460 (March 1996): 408–436.
-
TU Delft. "TU Delft Gravity Modeling Code Unveils Lunar Magma Layer and Structure." TU Delft Faculty of Aerospace Engineering. Laatst aangepast januari 2025. tudelft.nl.
-
-
websites:
Zal de Melkweg in botsing komen met het Andromedastelsel? Dit zeggen astronomen
Organismal Biology
Fungi and Bacteria
Nationaal Farmaceutisch Museum: Schimmel versus bacterie
Het microfossielen van bacterie in hematiet
Cosmic Microwave Background: Remnant of the Big Bang
Kosmische achtergrondstraling
De röntgenfoto
Faszination Universum mit Harald Lesch: Der Urknall – Das Rätsel des Anfangs
Faszination Universum: Eine Frage der Zeit Mit Harald Lesch
de komeet van Haley
Omlooptijd
De Rosetta missie
comets contain ingredients of life
Ontstaan_en_evolutie_van_het_zonnestelsel
hoe is ons zonnestelselontstaan
Molecular cloud
Ammonites
Ammonites became extinct in the Cretaceous–Paleogene extinction event
Why are ammonite fossils found in the himalayn mountains myoorganizing?
History and cultural aftermath of the great collision
Je herkent leven als je het ziet maar wat is het?
Bouwstenen van-het leven kunnen ontstaan in de ruimte
Hoe kunnen astronomen meten hoe ver een ster verwijderd is?
Hoe oud is het universum?
Anne Catherine Burns. Helium in distant galaxies may help explain why the universe exists. July 28, 2023, Scientific American
Optica als exacte wetenschap in de zeventiende eeuw
Lentz Microscopy and Technology Collection,
Peabody Museum of Natural History at Yale University,
©Thomas L. Lentz, M.D. 03/03/2022, Yale University School of Medicine
DNA from ancient Irish tomb reveals incest and an elite class that ruled early farmers
Neolithische revolutie Landbouwrevolutie 20 november 2024
Cosmos a personal Voyage: episode 9: Life of the stars TV serie van Carl Sagan uit 1980.Dit deel is Nederlands ondertiteld.
Ons zonnenstelsel met daarin onze Aarde maakt deel uit van de Melkweg een sterrenstelsel van miljarden sterren als onze zon. Deze sterren vormen net als ons zonnenstelsel, zonnenstelsels van een of meerdere sterren(zonnen), planeten en manen.
Ons zonnenstelsel is zo groot dat het allersnelste ruimtevaarttuig vele jaren nodig heeft om het te doorkruisen. Wanneer wij echter spreken over de Melkweg dan kost het duizenden jaren om de eerstvolgende ster te bereiken. Zelfs het licht dat toch een snelheid heeft van 300.000 km per sconde doet er jaren over om de dichtsbijzijnde ster te bereiken. Zou je met de lichtsnelheid de Melkweg kunnen doorkruisen dan moet je toch ongeveer 200.000 jaar uittrekken.
De Melkweg is spiraalvormig. en draait rond een zwart gat dat door zijn enorme zwaartekracht de sterren en hun planeten van de Melkweg bij elkaar houdt. Je kunt het vergelijken met de zon die ongeveer de omvang heeft van 1 miljoen aardes die door haar zwaartekracht de planeten van het zonnenstelsel in ellipsvormige banen doet ronddraaien en gevangen houdt.
De diameter van de spiraal van de Melkweg is maximaal 200.000 lichtjaar. Wanneer wij naar het licht van een ster kijken die ongeveer op 100.000 lichtjaar staat moeten wij ons realiseren dat het 100.000 jaar geleden is dat dit licht uitgezonden is en dat er een kans aanwezig is dat deze ster niet meer bestaat. De dikte van de spiraal is maxinaal 10.000 lichtjaar.
De Melkweg zelf maakt deel uit van het universum dat op zijn beurt weer miljarden sterrenstelsels kent zoals de Melkweg.

Melkweg: Wat doet de naam er toe?
Mensen hebben vele namen en mythes gewijd aan de Melkweg.
De naam Melkweg die astronomen gebruiken, komt uit het oud Griekse woord gala dat melk betekent. Een mythe vertelt dat de Melkweg werd gecreëerd toen Hera de echtgenote van de Grieks oppergod Zeus tijdens de borstvoeding van de halfgod Herakles, deze wegduwde en daarbij haar melk morste: "Galaxias".
Dit is slechts een van de namen die mensen gegeven hebben aan die band van licht aan de nachtelijke hemel.
De Armeniërs noemden het "Shvil Tivna"(Weg van Stro).
De Aboriginals hadden het over "Wodliparri": kampvuren aan de rivier.
In China had men het het over "yínhé": ziveren rivier.
In de Egyptische mythologie werd de Melkweg gezien als een “hemelse rivier” die de aarde met de hemel verbond. De Melkweg werd geassocieerd met Nut, de godin van de hemel. Nut werd soms gezien als de belichaming van de Melkweg zelf, of als een goddelijke figuur die de sterrenhemel overspant.
Stervorming is het proces waarmee een interstellaire gaswolk van gas ergens in het universum, bijvoorbeeld de Melkweg, onder invloed van zijn zwaartekracht ineenstort tot het voorstadium van een ster als de zon. Dit voorstadium wordt protoster genoemd. Wanneer er een protoster gevormd is kan het nog zo‘n 40 miljoen jaar voor een ster gevormd is.
Het stervormingsproces is afgerond wanneer er een evenwicht is ontstaan tussen de uitstraling die door de waterstofkernfusie in het binnenste van de ster wordt opgewekt en de zwaartekracht die de massa van de ster uitoefent.
Een ster zoals de zon heeft een geschatte bestaansduur van 10 miljard jaar.
De eerste levensvormen(organismen) op aarde waren vermoedelijk eencellige levensvormen zonder celkern. Deze organismen, die tegenwoordig nog steeds voorkomen, kunnen overleven onder extreme omstandigheden, zoals in heetwaterbronnen, zoutmeren en zelfs kerncentrales. Zij worden prokaryoten genoemd en omvatten de domeinen bacteriën en archaea.
Archaea ontstonden ongeveer drie tot vier miljard jaar geleden op aarde. Volgens een veelgeaccepteerde hypothese zijn op een bepaald moment in de evolutie twee archaeacellen met elkaar versmolten. Uit deze symbiotische samenwerking zouden de eerste eukaryoten zijn ontstaan: eencellige organismen met een echte celkern.
Prokaryotische cellen
Prokaryotische cellen worden gekenmerkt door hun eenvoudige bouw. Zij beschikken niet over een celkern en missen andere membraangebonden organellen. Toch zijn zij in staat alle noodzakelijke levensprocessen uit te voeren, waaronder groei, stofwisseling en celdeling.
Het DNA van een prokaryotische cel bestaat meestal uit één enkel circulair chromosoom dat zich vrij in het cytoplasma bevindt. Het gebied waarin dit DNA ligt, wordt het nucleoïde genoemd.
Prokaryoten hebben doorgaans een diameter van ongeveer 0,5 tot 2,0 micrometer (µm).
De cel wordt omgeven door een plasmamembraan. Bij veel soorten bevindt zich daarbuiten een stevige celwand. Sommige bacteriën bezitten bovendien een extra beschermende laag, de capsule of slijmlaag geheten.
Het plasmamembraan geeft de cel vorm en stevigheid, scheidt de celinhoud van de omgeving en regelt welke stoffen de cel kunnen binnenkomen of verlaten.
Het cytoplasma bevat naast het erfelijk materiaal ook ribosomen en verschillende insluitsels waarin voedingsstoffen of reservestoffen kunnen worden opgeslagen.
Veel prokaryoten bezitten daarnaast kleine, extra DNA-ringen die plasmiden worden genoemd. Deze bevatten vaak genen die voordelen bieden, zoals resistentie tegen antibiotica.
Aan de buitenzijde van de cel kunnen zich flagellen en pili bevinden. Flagellen dienen voor de voortbeweging van de cel, terwijl pili een rol spelen bij de hechting aan oppervlakken en bij de uitwisseling van genetisch materiaal tussen cellen.
De eerste mensen die in Ierland die 4000 v.Chr. overgingen tot landbouw en veeteeld op blijvende percelen, waren afstammelingen van boeren afkomstig uit het huidige Turkije en de vruchtbare Halve Maan in het midden Oosten. Daar was 10.000 v.Cr.landbouw ontstaan. Van daaruit heeft de landbouw zich in enkele duizenden jaren geleidelijk verspreid naar Griekenland en Europa.
De eerste boeren in Ierland bouwden in een voor die periode opmerkelijk rap tempo permanente rechthoekige woningen in plaats van tijdelijke kampen.
Er ontstonden agrarische gemeenschappen die leidden tot grootschalige gemeenschappelijke bouwprojecten, zoals Newgrange, gebouwd rond 3200 v.Chr.

Sirius (alpha Canis Majoris) is de helderste ster van de nachtelijke sterrenhemel. Omdat Sirius de helderste ster is van het sterrenbeeld Grote Hond (Canis Major) staat hij ook bekend als de Hondsster. Andere namen zijn Canicula en Aschere. Met een afstand van 8,6 lichtjaar is Sirius na de Zon het op zes na dichtstbijzijnde stersysteem. Sirius heeft ongeveer 2,4 keer de diameter van de zon.
Een asferische lens of spiegel) is een lens waarvan de kromming niet overal gelijk is. In tegenstelling tot traditionele sferische (bolvormige) lenzen, buigen asferische lenzen lichtstralen, gelijkmatig af om zo optische fouten (aberraties) te voorkomen en beeldscherpte te garanderen.
Doordat de kromming geleidelijk afvlakt naar de randen toe, kunnen asferische brillenglazen veel dunner en platter worden geslepen. Dit voorkomt het ongewenste "jampotjes-effect" bij hoge sterktes en geeft een natuurlijker beeld.
Een refractor telescoop, is een instrument dat wordt gebruikt voor het observeren van objecten in het universum. Deze telescoop maakt gebruik van geslepen glazen lenzen om licht te buigen en zo verre objecten dichterbij te halen voor een gedetailleerde observatie. Een refractor telescoop bestaat uit objectief, oculair, tubus en montering. De werking van een refractor telescoop berust op de manier waarop lenzen licht breken en focussen. Wanneer licht door het objectief valt, buigt de lens het licht, zodat het focusseert op een specifiek punt binnen de telescoop. Het oculair vergroot dit gefocuste beeld, waardoor je een vergrote en heldere waarneming krijgt van verre objecten zoals planeten, sterren en nevels.

Het diafragma bepaalt de hoeveelheid licht die binnenkomt in een telescoop. De grootte van diameter van de hoofdspiegel of de lens, bepaald hoeveel licht binnenkomt in de telesoop.
Een grotere diameter (een groter diafragma) vangt meer licht op. Hierdoor kun je zwakkere objecten, zoals sterrenstelsels en nevels, gedtailleerder zien.
De natuur en wiskundige Isaac Newton 1643 – 1727ontwikkelde een theorie over kleuren. Door experimenten met een prisma, toonde hij aan dat wit zonlicht door de breking in het prisma, kleuren bevat, zoals te zien in een regenboog.
Isaac Newton betoogde in 1704, in zijn boek Opticks dat licht uit kleine deeltjes (corpuscula) bestond.
In 1690 publiceerde de Nederlandse natuurkundige Christiaan Huygens(1629–1695) zijn Traité de la Lumière waarin hij stelde dat licht zich als een golf verplaatst door door een alles doordringend medium, de ether (een onzichtbare, uiterst elastische substantie), waarvan men destijds dacht dat die de gehele ruimte vulde.
Huygens was na gaan denken over de aard waarmee licht zich voortplant doordat hij veel met lenzen werkte en deze voor astronomische waarnemingen gebruikte. Tijdens zijn onderzoek stuitte hij op een bijzonder verschijnsel in IJslands kristal (calciet): een invallende lichtstraal splitste zich in twee afzonderlijke stralen, een verschijnsel dat bekendstaat als dubbele breking (dubbele refractie). De bestaande theorieën konden dit niet verklaren.
Met behulp van een meetkundige beschrijving van zich voortplantende bolvormige golffronten liet Huygens zien hoe gewone lichtbreking kon worden verklaard en ontwikkelde hij bovendien een eerste theorie voor de dubbele breking in IJslands kristal.
Lichtbronnen brengen de ether in bolvormige beweging. Deze golven of trillingen, zijn vergelijkbaar met geluid door de lucht of de rimpels in een vijver. Daarbij is elk etherdeeltje dat door een lichtgolf wordt geraakt, een bron en gaat zélf werken als een nieuwe, minuscule bron van cirkelvormige hulpgolfjes (elementaire golven).Al deze kleine hulpgolfjes smelten samen. De buitenste 'raaklijn' van al die minigolfjes vormt het nieuwe, grote golffront.
Met zijn golftheorie kon Huygens twee basiseigenschappen van licht bewijzen:
• Hoek van inval = hoek van terugkaatsing : Als het golffront een spiegel raakt, kaatsen de opeenvolgende hulpgolfjes onder exact dezelfde hoek terug als waarin ze binnenkwamen.
• Breking (Refractie): Wanneer licht van lucht naar glas of water gaat, vertraagt de golf. Omdat de ene kant van het golffront het nieuwe materiaal eerder raakt dan de andere kant, buigt de hele lichtstraal om.
In zijn golftheorie was Huygens een van de eersten die de berekeningen van de Deense astronoom Ole Rømer steunde licht een onvoorstelbaar hoge, maar meetbare snelheid heeft.
Isaac Newton(1643-1727) betoogde in 1704 in zijn boek Opticks dat licht uit kleine deeltjes (corpuscula) bestond.
In 1801 gaf de de Engelse wetenschapper Thomas Young met een dubbelspleet-experiment steun voor de golftheorie van Huygens.
De de theorie van de kwantum mechanica stelt dat afhankelijk van de meting licht zich kan gedragen als een golf of als een deeltje.
Literatuur
Dijksterhuis, Fokko Jan, en Klaas Landsman. "Christiaan Huygens: Traité de la Lumière (Leiden, Pieter van der Aa, 1690)." In Boekenwijsheid: drie eeuwen kennis en cultuur in 30 bijzondere boeken, geredigeerd door Jan Bos en Erik Geleijns, 177–185. Zutphen: Walburg Pers, 2009
Huygens, Christiaan. 1897. Oeuvres complètes de Christiaan Huygens. Tome VII: Correspondance 1670-1675. Uitgegeven door de Hollandsche Maatschappij der Wetenschappen. Den Haag: Martinus Nijhoff. dbnl.org.
Huygens, Christiaan. Traité de la Lumière Chez Pierre vander Aa, marchand libraire, A Leide, 1690.
Newton, Isaac. (1673) 2026. "Newton's Reply to Huygens's Objections, 3 July 1673." In The Newton Project, geredigeerd door Rob Iliffe en Scott Mandelbrote. Oxford / Cambridge: University of Oxford. ox.ac.uk.
Newton, Isaac. 1672. "A Letter of Mr. Isaac Newton... Containing His New Theory about Light and Colors." Philosophical Transactions of the Royal Society of London 7, nr. 80: 3075–3087. cam.ac.uk.
De natuur en wiskundige Isaac Newton 1643 – 1727ontwikkelde een theorie over kleuren. Door experimenten met een prisma, toonde hij aan dat wit zonlicht door de breking in het prisma, kleuren bevat, zoals te zien in een regenboog.
Isaac Newton betoogde in 1704, in zijn boek Opticks dat licht uit kleine deeltjes (corpuscula) bestond.
Doordat wij met onze huid de warmte van de zonnestralen voelen, weten wij dat zonlicht meer is en meer doet dan alleen de wereld om ons heen zichtbaar maken.
De ontdekking dat een deel van de warmte van zonnestraling afkomstig is van wat wij nu infrarood licht noemen, werd gedaan door William Herschel een Duits-Britse componist, organist, muziekleraar en astronoom in 1800.
Herschel kwam tot zijn ontdekking door met een thermometer de temperatuur te meten van het lichtspectrum dat door een prisma viel. Hij stelde vast, dat de temperatuur in het rode deel van het spectrum hoger lag dan in het blauwe deel. Hij besloot ook de temperatuur te meten van het gebied dat nnet buiten het spectum viel voorbij het rode deel viel waar hij geen kleur kon waarnemen. tot zijn verrassing mat hij een nog hogere hogere temperatuur en hij concludeerde "Stralingswarmte bestaat, althans gedeeltelijk en misschien zelfs hoofdzakelijk, uit onzichtbaar licht."

dubbelspleet experiment
Thomas Young stelde dat licht een golf is en onderworpen is aan het superpositieprincipe.
Zijn grote experimentele prestatie was het aantonen van de constructieve en destructieve interferentie van licht (ca. 1801).
In een moderne versie van Youngs experiment, verlicht een laser gelijkmatig twee parallelle spleten in een verder ondoorzichtig oppervlak. Het licht dat door de twee spleten stroomt, wordt waargenomen op een ver scherm. Wanneer de breedtes van de spleten aanzienlijk groter zijn dan de golflengte van het licht, gelden de regels van geometrische optica—het licht werpt twee schaduwen en er zijn twee verlichte gebieden op het scherm. Echter, naarmate de spleten smaller worden, vervormt het licht zich in de geometrische schaduw en overlappen de lichtgolven op het scherm. (Diffractie(buiging van licht) wordt zelf veroorzaakt door de golfnatuur van licht, wat een ander voorbeeld is van een interferentie-effect.


Johann Wilhelm Ritter een Duits scheikundige en filosoof, ontdekte In 1801, de ultraviolette stralen. Overigens zonder de latere benaming UV licht te kennen. Hij wist wel dat hij een bepaald soord zonnestraling had ontdekt.
Hij deed zijn ontdekking nadat hij had gehoord over de ontdekking van "warmtestralen" (infraroodstraling) door William Herschel (in 1800), .
Ritter besloot te zoeken naar een tegenovergestelde (koelende) straling aan het andere uiteinde van het zichtbare zonnespectrum. Hij vond niet precies wat hij verwachtte, maar na een reeks pogingen merkte hij op dat zilverchloride sneller van wit naar zwart veranderde wanneer het in het donkere deel van het zonnespectrum werd geplaatst, dicht bij het violette uiteinde. De door hem ontdekte en door hem betiteld als "chemische stralen" ,werden later ultraviolette straling genoemd.
Literatuur
Annalen der Physik], 1801, VII, 149, note). More to come soon. Ritter. (Ritter, 1801a, p. 527)
Joseph von Fraunhofer (1787–1826) en de ontdekking van de donkere lijnen
Begin 19e eeuw ontdekte Joseph von Fraunhofer donkere lijnen in het zonnespectrum.
Deze lijnen worden tegenwoordig de Fraunhoferlijnen genoemd.
Zijn ontdekking vormde een belangrijke stap in de ontwikkeling van de spectroscopie:
het onderzoek van licht om de samenstelling van stoffen te bepalen.
Onderzoek met prisma’s en lenzen
Fraunhofer werkte in München als opticien en instrumentmaker. Hij maakte zeer nauwkeurige:
- prisma’s
- lenzen
- telescopen
Tijdens het testen van deze instrumenten onderzocht hij zonlicht dat door een prisma viel.
Daardoor ontstond een spectrum van kleuren, vergelijkbaar met een regenboog.
De ontdekking van de donkere lijnen
Fraunhofer liet zonlicht eerst door een smalle spleet vallen en vervolgens door een prisma.
Met behulp van een telescoop bekeek hij het spectrum zeer nauwkeurig.
Tot zijn verrassing zag hij dat het kleurenspectrum niet volledig doorlopend was.
Op vaste plaatsen verschenen honderden fijne donkere lijnen.
Deze lijnen bevonden zich altijd op exact dezelfde posities in het spectrum.
Fraunhofer bracht de belangrijkste lijnen zorgvuldig in kaart en gaf ze letters,
zoals A, B, C en D.
Wat betekenden deze lijnen?
Pas later ontdekten natuurkundigen dat bepaalde atomen specifieke golflengten van licht absorberen.
Daardoor ontbreken deze golflengten in het spectrum en ontstaan donkere lijnen. Een groot deel van deze absorptie vindt plaats in de buitenlagen van de zon.
Belang van de ontdekking
De ontdekking van de Fraunhoferlijnen leidde tot de ontwikkeling van de spectroscopie.
Dankzij deze techniek konden wetenschappers later bepalen:
- uit welke elementen sterren bestaan
- hoe heet sterren zijn
- hoe sterren bewegen
- en hoe het heelal is opgebouwd
Christiaan Doppler formuleerde het Dopplereffect. Het dopplereffect is het algemene natuurkundige verschijnsel waarbij de golflengte of frequentie van een golf verandert doordat bron en waarnemer ten opzichte van elkaar bewegen.
Voor licht betekent dit:
- • Beweegt een ster naar ons toe, dan worden de lichtgolven als het ware in elkaar gedrukt. De golflengte wordt korter en het spectrum verschuift naar het blauwe deel van het licht. Dit noemen we blauwverschuiving.
- • Beweegt een ster van ons af, dan worden de lichtgolven uitgerekt. De golflengte wordt langer en het spectrum verschuift naar het rode deel van het licht. Dit noemen we roodverschuiving.
De rood- of blauwverschuiving is dus het zichtbare gevolg van het dopplereffect bij licht.
Hoe wordt de snelheid berekend?
Astronomen weten uit laboratoriummetingen precies bij welke golflengte een spectraallijn van bijvoorbeeld waterstof, natrium of calcium hoort te liggen.
Vinden zij dezelfde lijn iets verder naar het rood, dan berekenen zij hoeveel de lijn is verschoven. Bij snelheden die veel kleiner zijn dan de lichtsnelheid geldt:
radiaalsnelheid = (verschuiving van de golflengte / oorspronkelijke golflengte) × lichtsnelheid
Of in formulevorm:
v = (Δλ / λ) × c
waarbij:
- • v = radiaalsnelheid
- • Δλ = gemeten verschuiving van de spectraallijn
- • λ = oorspronkelijke golflengte
- • c = de lichtsnelheid (299.792 km/s)
<
/ul>
Hiermee kunnen snelheden worden gemeten met een nauwkeurigheid van soms minder dan één meter per seconde.
Roodverschuiving heeft niet altijd dezelfde oorzaak
Het is belangrijk om te weten dat een roodverschuiving niet altijd door het dopplereffect wordt veroorzaakt.
Er bestaan drie belangrijke oorzaken:
- • Doppler-roodverschuiving: een ster of sterrenstelsel beweegt van ons af.
- • Kosmologische roodverschuiving: het heelal zelf zet uit. Daardoor worden de lichtgolven onderweg uitgerekt. Dit is de roodverschuiving die astronomen waarnemen bij verre sterrenstelsels.
- • Zwaartekrachtsroodverschuiving: volgens de algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein verliest licht dat uit een sterk zwaartekrachtsveld ontsnapt een beetje energie. Daardoor wordt de golflengte iets langer.
Bij sterren in onze Melkweg is de gemeten rood- of blauwverschuiving meestal vrijwel geheel het gevolg van het dopplereffect. Bij zeer verre sterrenstelsels is juist de uitdijing van het heelal de belangrijkste oorzaak van de roodverschuiving.
Gustav Kirchhoff en Robert Bunsen stelden 1860 vast dat wij verschillende kleuren waarnemen doordat chemische elementen bepaalde delen van licht anders absorberen en anders uitzenden(emissie) of reflecteren.
Zij bewezen dat elk chemisch element unieke specifieke golflengten (kleuren) van licht absorbeert en uitzendt(emissie). Hun ontdekking verklaarde waarom materialen specifieke kleuren hebben en stelde wetenschappers in staat om de chemische samenstelling van de zon en sterren te bepalen.
Robert Bunsen (chemicus) en Gustav Kirchhoff (natuurkundige) combineerden twee instrumenten:
- De bunsenbrander die een vrijwel kleurloze, zeer hete vlam,leverde waardoor de kleuren van brandende stoffen niet werden verstoord.
- De spectroscoop met een prisma dat uitgestraald licht splitste in afzonderlijke kleurlijnen (een spectrum).
Bunsen en Kirchhoff zagen dat het metaal natrium altijd twee specifieke felgele lijnen. in de vlam van de Bunsenbrander uitzendt.
Kirchhoff en Bunsen ontdekten ook dat als wit licht door natriumgas schijnt, dit gas exact dezelfde gele golflengten absorbeert die het bij verhitting uitzendt. Hierdoor ontstonden er donkere lijnen op die exacte posities in het volledige kleurenspectrum.
Kleurwaarneming door subtractie:
Het licht dat wij van niet-lichtgevende materialen (zoals kleding of bladeren) zien, is het resultaat van selectieve absorptie en reflectie. Een rode trui absorbeert de blauwe en groene delen van het witte licht en reflecteert alleen het rode licht naar onze ogen.
Dankzij deze ontdekking konden de donkere lijnen in zonlicht (de Fraunhofer-lijnen) verklaard worden. Ze bewezen dat er natrium, ijzer en magnesium in de zonne-atmosfeer aanwezig waren, omdat die gassen specifiek zonlicht absorbeerden voordat het de aarde bereikte.
James Clerk Maxwell (1831–1879) was een Schotse natuurkundige en wiskundige die verantwoordelijk was voor de klassieke theorie van elektromagnetische straling, de eerste theorie die elektriciteit, magnetisme en licht als verschillende manifestaties van hetzelfde fenomeen beschreef.
Zijn publicatie van "A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field" in 1865 toonde aan dat elektrische en magnetische velden door de ruimte reizen als golven die met de lichtsnelheid bewegen, en stelde dat licht een golving is in hetzelfde medium dat de oorzaak is van elektrische en magnetische fenomenen. Zijn vereniging van licht en elektrische fenomenen leidde tot zijn voorspelling van het bestaan van radiogolven.
James Clerk Maxwell (1831–1879) toonde aan dat licht een vorm van elektromagnetische straling is. Een veranderend elektrisch veld wekt een magnetisch veld op, en een veranderend magnetisch veld wekt een elektrisch veld op. Samen vormen zij een elektromagnetische golf die zich met de lichtsnelheid door de ruimte voortplant.
Heinrich Hertz (1857–1894), was een Duits natuurkundige die als eerste het fysieke bewijs leverde van de door James Clerk Maxwell in 1864 in voorspelde elektromagnetische golven.
Tussen 1885 en 1889, terwijl hij hoogleraar natuurkunde was aan de Polytechnische Universiteit van Karlsruhe, produceerde hij elektromagnetische golven in het laboratorium en mat hij hun lengte en snelheid. Hij toonde aan dat de aard van hun trillingen en hun gevoeligheid voor reflectie, breking en interferentie hetzelfde waren als die van licht- en hittegolven. Als gevolg daarvan stelde hij zonder enige twijfel vast dat licht en warmte elektromagnetische straling zijn. De elektromagnetische golven werden Hertzische en later radiogolven genoemd.
Tijdens experimenten met een paar Riess-spiralen (inductiespoelen), merkte hij op dat het ontladen van een Leyden-jar (een vroeg type condensator) in één spoel een vonk produceerde in een tweede spoel in de buurt. Deze observatie wekte Hertz' interesse in het ontwikkelen van een apparaat om Maxwells voorspellingen te testen.
Hertz bouwde een apparaat dat een dipoolantenne bevatte — een paar draden van één meter met een vonkspleet tussen de binnenste uiteinden. Hij gebruikte een Ruhmkorff-spoel om hoogspanningspulsen (ongeveer 30 kilovolt) over de antenne te genereren, wat elektromagnetische golven veroorzaakte. Om deze golven te detecteren gebruikte Hertz een resonante lusantenne met een micrometer-vonkgap. Zijn apparaat stelde hem in staat elektromagnetische golven te genereren, uit te zenden en te detecteren, waarmee hij het eerste empirische bewijs leverde voor Maxwells theorie. Overigens zonder te beseffen dat hij radiogolven had geproduceerd in het zeer hoge frequentiebereik.
Zoals wij nu weten behoren radiogolven tot het lichtspectrum.
De wet van Stefan-Boltzmann zegt:
Hoe warmer iets wordt, hoe véél meer energie het uitstraalt. Niet een beetje meer, maar enorm veel meer. De uitgestraalde energie neemt toe met de vierde macht van de temperatuur.
Stel de temperatuur van een kachel verdubbelt dan zal de uitstraling 16 keer zo groot worden.
Dat verklaart waarom zeer hete voorwerpen, zoals sterren, zoveel licht en warmte afgeven.
Met deze wet kunnen astronomen berekenen hoeveel energie een ster uitzendt en hoe warm haar oppervlak is.
De aarde ontvangt energie van de zon en straalt zelf warmte uit naar de ruimte. De Stefan-Boltzmann-wet helpt te begrijpen hoe warm de aarde gemiddeld wordt.
In de 19e eeuw was Röntgen een van de fyscici die veel experimenteerde met glazen buizen waar bijna alle lucht uit was gepompt (zogenaamde Crookes-buizen). Bekend was wanneer je daar hoge elektrische spanning op zette dat er :
• vanaf de negatieve elektrode(kathode) kathodestralen ontstonden
• die tegengehouden werden door het glas
Men zag ook lichtverschijnselen en fluorescerende plekken op het glas waarvoor geen verklaring was.
Wilhelm Conrad Röntgen, ontdekte bij deze experimenten dat er ook stralen ontstonden die niet tegengehouden werden door het glas. Omdat hij niet wist wat voor stralen dit waren, noemde hij deze stralen "x stralen".
Na die eerste observaties ging hij systematisch testen:
• kan de straling door papier? Ja
• door hout? Ja
• aluminium? Nee
• door vlees? Ja
• door bot? gedeeltelijk
Hij ontdekte stap voor stap dat verschillende materialen verschillende mate van doorlaatbaarheid hebben.
Toen hij zag dat botten minder doorlaten dan weefsel, vroeg hij zich af of het mogelijk was een schaduwbeeld van het skelet te maken.
Hij teste dit 1895, sucesvol door de x straling op de hand van zijn vrouw te laten vallen en onder de hand een glasplaat met een fotoemulsie. Hij slaagde er zo in een beeld te maken van het skelet van de hand van zijn vrouw.
Zoals wij nu weten hoort röntegenstraling tot het elektromagnetisch spectrum van de zon. Deze straling is zeer energierijk en daarom schadelijk voor organismen.
Röntgen realiseerde zich niet dat de door hem ontdekte stralen elektromagnetisch van aard waren.
Max von Laue bewijst pas in 1912 dat röntgenstralen elektromagnetische golven zijn.
Wilhelm Wien speelde een cruciale rol in het begrijpen van de kleur en temperatuur van gloeiende voorwerpen, waaronder de zon.
Hij formuleerde in 1893 de wet van Wien, die zegt:
Volgens de wet van Wien verschuift het maximum van de warmtestraling naar kortere golflengten naarmate een voorwerp warmer wordt. Koele voorwerpen stralen vooral infrarood uit.Bijvoorbeeld een kachel. Rond 800 K (ongeveer 530 °C) wordt een voorwerp roodgloeiend. Bij enkele duizenden graden wordt het geel-wit, zoals een gloeilampdraad. De zon, met een oppervlaktetemperatuur van ongeveer 5.800 K, straalt het sterkst in het groen-gele deel van het spectrum, maar zendt voldoende licht van alle zichtbare kleuren uit om voor ons vrijwel wit te lijken.
Max Planck verrichtte onderzoek naar de wetten van de uitstraling van energie door zwarte lichamen (black body radiation) en zocht naar de oplossing voor de formule die het continue spectrum beschrijft van een energie-uitstralend lichaam; een vraag die reeds in 1859 door Kirchhoff werd geformuleerd. Het was al bekend dat de golflengte van elektromagnetische straling korter wordt naarmate de temperatuur van het lichaam stijgt. Wilhelm Wien vond in 1893 een formule voor de energiedistributie van straling vanuit zwarte lichamen, die gold voor het violette eind van het spectrum en John Rayleigh en James Jeans produceerden een formule voor het rode gebied, maar niemand kon een formule vinden die gold voor het hele spectrum.
Max Planck ontdekte in 1900 dat straling niet continu wordt uitgezonden, maar in kleine pakketjes energie (quanta), waarvan de grootte wordt bepaald door de constante van Planck.
Plancks theorie komt erop neer dat energie wordt uitgestraald in kleine 'pakketjes' of eenheden, die hij kwanta noemde, meervoud van het Latijnse quantum, dat "hoeveelheid" betekent. Zijn idee was daarbij dat de hoeveelheid kwantumenergie en de hoeveelheid fotonen afhing van de golflengte van die straling: hoe korter de golflengte van de straling, hoe groter de energie per kwantum.
De relatie tussen de frequentie van een elektromagnetische golf en de energie van een foton wordt beschreven door de constante van Planck (h), een van de belangrijkste natuurconstanten uit de kwantumfysica.
Formule voor de energie van een foton:
E = h · ν
Waarbij:
E = energie van het foton (joule, J)
h = constante van Planck
ν = frequentie van de elektromagnetische golf (hertz, Hz)
Waarde van de constante van Planck:
h = 6,62607015 × 10−34 J·s
Deze formule laat zien dat de energie van een foton recht evenredig is met zijn frequentie. Hoe hoger de frequentie van het licht, hoe groter de energie van het foton. Daarom hebben gammastralen veel energierijkere fotonen dan zichtbaar licht of radiogolven.
Met Plancks theorie kon ook worden vastgesteld dat een kwantum van violet licht tweemaal zoveel energie bevatte als een kwantum van rood licht en dat het dus meer energie zou kosten om violette kwanta te produceren dan rode kwanta. Met de kwantumtheorie lukte het om één nette, het hele spectrum omvattende formule te vinden voor uitstraling van energie door zwarte lichamen.
Het foto-elektrisch effect
Wanneer licht op een metaal valt, kunnen elektronen uit het metaal worden losgemaakt.
Dit effect werd verklaard door Einstein en is een belangrijk bewijs dat licht uit deeltjes (fotonen) bestaat.
De formule
hf = Θ + Ek
Betekenis van de symbolen
- h = constante van Planck
- f = frequentie van het licht
- hf = energie van één foton
- Θ = uittree-arbeid (energie nodig om elektron los te maken uit het metaal)
- Ek = kinetische energie van het vrijgekomen elektron
Wat gebeurt er?
Een foton komt in botsing met een elektron in het metaal:
Stap 1: Het foton levert energie hf
Stap 2: Een deel wordt gebruikt om het elektron los te maken (Θ)
Stap 3: De rest wordt kinetische energie (Ek)
Drempelfrequentie
Als hf kleiner is dan Θ, dan komen er geen elektronen vrij.
Er bestaat dus een minimale frequentie:
f0 = Θ / h
Schematische weergave
Licht (foton)
↓
hf energie
↓
[ METAAL ]
| |
| └── Eₖ (bewegende elektron)
|
└──────── Θ (uittree-arbeid)
Betekenis in de natuurkunde
Dit verschijnsel behoort tot het domein van de
kwantummechanica en werd één van de belangrijkste bewijzen dat licht niet alleen een golf is,
maar ook uit deeltjes bestaat.
Zie ook:
foto-elektrisch effect
Niels Bohr heeft de studie van licht en materie veranderd. In 1913
introduceerde hij het atoommodel van Bohr, waarmee hij aantoonde dat licht (elektromagnetische straling) wordt uitgezonden of geabsorbeerd wanneer elektronen in een atoom van baan verspringen.
Bohr verklaarde dit door te stellen dat elektronen zich in vaste banen bevinden die een vast energie niveau hebben. Wanneer een elektron van een hoge energiestand naar een lagere springt, komt er precies één specifiek lichtdeeltje (foton) vrij. De energie van dit foton is gelijk aan het energieverschil tussen de twee banen.
Bohrs grootste inzicht was dat elektronenbanen alleen bepaalde, vaste hoeveelheden energie kunnen hebben.
Dit legde de absolute basis voor spectroscopie Doordat elk chemisch element een unieke opbouw van elektronenbanen heeft, zendt elk element ook een uniek kleurenspectrum uit.
Dankzij het model van Bohr werd het mogelijk om de samenstelling van sterren en verre planeten te analyseren door simpelweg het licht dat ze uitzenden te bestuderen.
De Oostenrijkse natuurkundige Erwin Schrödinger introduceerd in 1926 de golffunctie en de Schrödinger-vergelijking.
Met zijn golffunctie en Schrödingervergelijking beschreef Erwin Schrödinger het golfkarakter van elektronen en andere materiedeeltjes. Zijn theorie verklaarde de energietoestanden van atomen en daarmee hoe atomen licht absorberen en uitzenden. Samen met het werk van Einstein, Planck, Bohr en Dirac vormde zij de basis van ons moderne begrip van de golf-deeltjesdualiteit van materie en licht.
Waar komen fotonen en elektronen samen?
Wanneer een atoom licht absorbeert:
- Een foton komt bij een atoom aan.
- Een elektron neemt de energie van het foton op.
- Het elektron springt naar een hogere energietoestand.
Wanneer het elektron terugvalt naar een lagere energietoestand:
- Het verliest energie.
- Die energie wordt uitgezonden als een nieuw foton.
De energie van een foton wordt gegeven door:
E = h · f
waarbij:
- E = energie van het foton;
- h = constante van Planck;
- f = frequentie van het licht.
Schrödinger heeft licht gedeeltelijk verklaard?
De Schrödingervergelijking verklaart uitstekend:
- de energieniveaus van elektronen;
- waarom atomen specifieke kleuren absorberen;
- waarom atomen specifieke kleuren uitzenden.
Maar de Schrödingervergelijking beschrijft niet volledig het foton zelf.
Fotonen zijn massaloze quanta van het elektromagnetische veld en worden
niet door de gewone Schrödingervergelijking beschreven.
De theorie van Schrödinger verklaart vooral hoe elektronen in atomen zich
gedragen en hoe zij met licht interageren. Daardoor kon men begrijpen
waarom atomen alleen licht met bepaalde frequenties absorberen of uitzenden.
Voor een volledige beschrijving van fotonen en hun interactie met elektronen
was later de ontwikkeling van de kwantumelektrodynamica (QED) noodzakelijk.
In plaats van elektronen te zien als vaste deeltjes in banen, beschreef hij ze als driedimensionale golven. Dit model verklaarde exact hoe atomen licht (fotonen) absorberen en uitzenden.Golf-deeltjesdualiteit: Waar Albert Einstein in 1905 aantoonde dat licht zich als zowel een golf als een deeltje gedraagt, bewees Schrödinger met zijn golfmechanica dat ditzelfde duale principe fundamenteel is voor álle materie (zoals elektronen).
Zijn wiskundige taal, gebaseerd op waarschijnlijkheidsgolven, vormt tot op de dag van vandaag de kern van de kwantumfysica, atoomfysica en moderne kwantumoptica.
Meghnad Saha stelde 1920 de ionisatievergelijking op om de absorptielijnen (Fraunhoferlijnen) in het zonnespectrum beter te analyseren:de Saha-ionisatievergelijking.
Rond 1920 wisten sterrenkundigen wel dat de absorptielijnen verwezen naar bepaald elementen in de zon, maar ze begrepen niet waarom sommige streepjes sterk waren en andere bijna verdwenen.
Dit leide tot de misvatting dat de verhouding elementen in de zon gelijk was aan de elementen op aarde, zij het dat de elementen door de hoge temperatuur in de zon gasvormig waren.
Saha besefte dat de dikte of sterkte van de absorptielijnen niet rechtstreeks te relateren was aan de onderlinge verhouding van elementen op de zon.
Om tot een juiste inschatting te komen van welke elementen in welke verhouding op de zon aanwezig zijn. Moeten volgens Saha de temperatuur gemeten worden, de graad van ionisatie van de atomen en exitatiedruk van de elektronen.
De Saha-ionisatievergelijking zegt: hoe heter een ster is, hoe meer atomen hun elektronen verliezen, en daardoor worden de donkere lijnen in het spectrum zwakker. Een zwakkere donkere absorptielijn zegt dus niets over het aantal atomen van een element. Het zegt ook niets over de onderlinge verhouding tussen de verschillende waargenomen elementen.
wel kun je uit het spectrum en het licht van de zon afleiden welke elementen zich aan de opppervlakte van de zon bevinden en uit het licht zelf is de temperatuur van de zon af te leiden.
Zijn ionisatievergelijking liet zien dat de sterkte van een spectraallijn niet alleen afhangt van hoeveel van een element aanwezig is, maar ook van de temperatuur en de mate van ionisatie.
De spectraallijnen van waterstof zijn zeer zwak vergeleken met spectraallijnen van ijzer, natrium en calcium. die per atoom veel meer elektronen hebben. Dat ligt niet aan de hoeveelheid waterstof atomen in de zon Een waterstof atoom heeft slechts een elektron. wanneer dit door een hoge temperatuur geioniseerd is kan het niet in exitatieniveau 1of 2 komen en is het niet zichtbaar in het spectrum Dit omdat zij bij de opervlaktetemperatuur van de zon voor een groot deel geïoniseerd zijn. Ondanks het grote aantal waterstofatomen in de zon is dat daardoor niet waar te nemen aan de absorpietlijnen.
Door in zijn resultaten te verwerken uit laboratoria over ionisatietemperaturen van elementen, de exitatiedruk van elektronen en de temperatuur van de zon en deze te relateren aan de spectraalllijnen was het mogelijk exactere gegevens te krijgen over de samenstelling van elementen in de zon.
Saha was overigens niet degene die uiteindelijk die met zijn ionisatievergelijking de exactere samenstelling van elementen op de zon bewerkstelligde maar Cecilia Payne Kaposchkin(1925>
1925 berekende Cecilia Payne-Gaposchkin, gebruik makend van de theorie van de Indiase natuurkundige Meghnad Saha,laboratorium metingen en de spectra van sterren, dat de zon grotendeels uit waterstof bestaat namelijk:
• 74% waterstof
• 24% helium
• 2% alle overige elementen samen
Tot dat moment, gingen astronomen op grond van de sterkte van de spectraallijnen van de zon, ervan uit dat de zon en de aarde in vergelijkbare verhoudingen uit dezelfde elementen waren opgebouwd.
Saha had berekend, dat bij de interpretatie van absorbtielijnen, van het zonnespectrum rekening gehouden moet worden met:
• de temperatuur
• de druk
• de mate waarin de atomen geïoniseerd zijn
Hiermee werd in de tijd vóór Payne-Gaposchkin nog nauwelijks rekening gehouden.
Haar conclusie dat de zon grotendeels uit waterstof bestaat was revolutionair.
Werner Heisenberg (1901–1976) leverde een belangrijke bijdrage aan ons begrip van licht door de ontwikkeling van de kwantummechanica. In 1925 introduceerde hij de zogenaamde matrixmechanica, de eerste volledig werkende vorm van de kwantummechanica.
Heisenberg ging uit van een opvallend idee: de natuurkunde moet zich beperken tot grootheden die daadwerkelijk meetbaar zijn, zoals de frequenties en intensiteiten van het licht dat atomen uitzenden of absorberen.
Waarom zenden atomen slechts bepaalde kleuren licht uit?
Al vóór Heisenberg was bekend dat atomen alleen licht met specifieke golflengten uitzenden of absorberen. Deze kleuren verschijnen als lijnen in een spectrum. De oorzaak hiervan was echter lange tijd onduidelijk.
Met de kwantummechanica van Heisenberg werd duidelijk dat:
- elektronen slechts bepaalde energietoestanden kunnen bezetten;
- overgangen tussen deze toestanden leiden tot vaste energieverschillen;
- deze energieverschillen worden uitgezonden of geabsorbeerd als fotonen;
- daardoor kunnen atomen alleen licht van specifieke frequenties uitzenden of opnemen.
De energie van een foton wordt gegeven door:
E = h · f
waarbij:
- E = energie van het foton;
- h = de constante van Planck;
- f = de frequentie van het licht.
Het onzekerheidsprincipe
In 1927 formuleerde Heisenberg zijn beroemde onzekerheidsprincipe:
Δx · Δp ≥ h / 4π
Dit betekent dat de plaats en de impuls van een deeltje nooit tegelijkertijd volledig nauwkeurig kunnen worden bepaald. Hoe nauwkeuriger de ene grootheid wordt gemeten, hoe onzekerder de andere wordt.
Dit principe geldt niet alleen voor elektronen, maar voor alle objecten op kwantumschaal, inclusief fotonen.
Betekenis voor ons begrip van licht
Dankzij het werk van Heisenberg werd duidelijk dat:
- - Licht wordt uitgezonden en geabsorbeerd in pakketjes energie, de fotonen;
- - De interactie tussen licht en materie een kwantumverschijnsel is;
- - Atomaire processen alleen met waarschijnlijkheden kunnen worden beschreven;
- - De spectraallijnen van atomen voortkomen uit overgangen tussen discrete energieniveaus.
Samenvatting
Werner Heisenberg ontwikkelde in 1925 de eerste volledige kwantummechanica. Zijn theorie maakte het mogelijk om nauwkeurig te berekenen hoe atomen licht absorberen en uitzenden. Met zijn onzekerheidsprincipe liet hij bovendien zien dat licht en materie op fundamenteel niveau niet volledig voorspelbaar zijn, maar worden beschreven door kansen en waarschijnlijkheden.
Arthur Eddington (1882–1944) speelde een belangrijke rol in het onderzoek naar de oorsprong van het zonlicht. Hij was een van de eersten die inzag dat de energie van de zon afkomstig moest zijn uit de omzetting van massa in energie, zoals beschreven door Einsteins formule E = mc². Daarmee legde hij de basis voor het latere begrip van kernfusie als energiebron van de zon.
Daarnaast gebruikte hij het licht van sterren om hun temperatuur, massa en samenstelling te bepalen.
In 1919 bevestigde Eddington een veronderstelling uit Einsteins relativiteitstheorie.
Een veronderstelling van de algemene relativiteitstheorie is dat alles, inclusief het licht beïnvloed wordt door de zwaartekracht.Dit vanwege de kromming van de ruimtetijd. Kort nadat hij zijn theorie publceerde, merkte Einstein op dat wanneer het licht van een ster de zon passeert dat dit licht meetbaar met 1,75 boogseconde afgebogen wordt. 1,75 boogseconde is slechts 1/2057 van een graad.
Tijdens de totale zonsverduistering van 29 mei 1919 fotografeerde Arthur Eddington de sterren die zich schijnbaar vlak naast de verduisterde zon bevonden. Door deze foto's te vergelijken met foto's van dezelfde sterrenhemel die later zonder de zon waren gemaakt, kon hij vaststellen dat het sterlicht ongeveer 1,75 boogseconde was afgebogen. Daarmee leverde hij de eerste experimentele bevestiging van Einsteins voorspelling dat zwaartekracht de baan van licht kan veranderen.

Hans Bethe (1906–2005) verklaarde in 1938–1939 hoe de zon haar energie produceert. Hij toonde aan dat in de kern van de zon waterstofkernen samensmelten tot helium in een proces dat kernfusie wordt genoemd. Daarbij wordt een klein deel van de massa omgezet in energie volgens Einsteins formule
E = mc².
Bethe beschreef twee belangrijke fusieprocessen:
- de proton-protonketen, die de belangrijkste energiebron van de zon is;
- de CNO-cyclus, die vooral voorkomt in zwaardere en hetere sterren.
In de zon levert de proton-protonketen vrijwel alle energie.
Het nettoresultaat van deze keten is:
- vier waterstofkernen (protonen) smelten samen tot één heliumkern;
- een klein deel van de massa verdwijnt;
- de verdwenen massa wordt omgezet in energie volgens E = mc².
Deze energie ontstaat aanvankelijk als gammastraling en bereikt na miljoenen jaren het oppervlak van de zon, waar zij wordt uitgezonden als zichtbaar licht, infrarode en ultraviolette straling. Bethe legde daarmee de natuurkundige basis voor ons moderne begrip van de oorsprong van het zonlicht en de energieproductie van sterren.
Waterstof of het isotoop protium is een chemisch element met symbool H (Latijn: Hydrogenium) en atoomnummer 1. Waterstof heeft éen proton, géén neutron en éé elektron.
Waterstof is het lichtste element.
Waterstof, in deze vorm, komt op de aarde niet voor.
In het universum is waterstof verreweg het meest voorkomende element.
Er bestaan ook zwaardere vormen of isotopen van waterstof met neutronen, zoals deuterium (één neutron) en tritium (twee neutronen).
Waterstof komt als het molecuul diwaterstof in in zeer lage concentratie, in de aardatmosfeer voor als waterstofgas.
Diwaterstof of Waterstofgas bestaat uit twee-atomige moleculen.
Aggregatietoestand: Om auto's voort te bewegen wordt waterstofgas in de praktijk meestal onder heel hoge druk (als gas) opgeslagen, of in vloeibare vorm bij extreem lage temperaturen (-253 °C). In een brandstofcel reageert dit vervolgens met zuurstof om elektriciteit te maken.
James Clerk Maxwell (1831–1879) was een Schotse natuurkundige en wiskundige die verantwoordelijk was voor de klassieke theorie van elektromagnetische straling, de eerste theorie die elektriciteit, magnetisme en licht als verschillende manifestaties van hetzelfde fenomeen beschreef.
Zijn publicatie van "A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field" in 1865 toonde aan dat elektrische en magnetische velden door de ruimte reizen als golven die met de lichtsnelheid bewegen, en stelde dat licht een golving is in hetzelfde medium dat de oorzaak is van elektrische en magnetische fenomenen. Zijn vereniging van licht en elektrische fenomenen leidde tot zijn voorspelling van het bestaan van radiogolven.
James Clerk Maxwell (1831–1879) toonde aan dat licht een vorm van elektromagnetische straling is. Een veranderend elektrisch veld wekt een magnetisch veld op, en een veranderend magnetisch veld wekt een elektrisch veld op. Samen vormen zij een elektromagnetische golf die zich met de lichtsnelheid door de ruimte voortplant.
Elektromagnetische straling is energie die zich vanaf sterren zoals onze zon, door de ruimte voortplant in de vorm van gekoppelde elektrische en magnetische velden.
Alle licht dat wij kennen — Van gloeilampen tot gammastraling — behoort tot de elektromagnetische straling.
tijdens elektromagnetische straling wekken een elektrisch veld en een magnetisch veld elkaar voortdurend op:
Een veranderend elektrisch veld wekt een magnetisch veld op.
Een veranderend magnetisch veld wekt een elektrisch veld op.
Daardoor ontstaat een zichzelf voortplantende golf die zelfs door het vacuüm van de ruimte met een snelheid van 300.000 kilometer per secondekan reizen.
Het magnetische veld trilt haaks daarop.
De golf beweegt loodrecht op beide velden.
De quantummechanica laat zien dat dezelfde straling ook bestaat uit fotonen:
Max Planck verrichtte onderzoek naar de wetten van de uitstraling van energie door zwarte lichamen (black body radiation) en zocht naar de oplossing voor de formule die het continue spectrum beschrijft van een energie-uitstralend lichaam; een vraag die reeds in 1859 door Kirchhoff werd geformuleerd. Het was al bekend dat de golflengte van elektromagnetische straling korter wordt naarmate de temperatuur van het lichaam stijgt. Wilhelm Wien vond in 1893 een formule voor de energiedistributie van straling vanuit zwarte lichamen, die gold voor het violette eind van het spectrum en John Rayleigh en James Jeans produceerden een formule voor het rode gebied, maar niemand kon een formule vinden die gold voor het hele spectrum.
Max Planck ontdekte in 1900 dat straling niet continu wordt uitgezonden, maar in kleine pakketjes energie (quanta), waarvan de grootte wordt bepaald door de constante van Planck.
Plancks theorie komt erop neer dat energie wordt uitgestraald in kleine 'pakketjes' of eenheden, die hij kwanta noemde, meervoud van het Latijnse quantum, dat "hoeveelheid" betekent. Zijn idee was daarbij dat de hoeveelheid kwantumenergie en de hoeveelheid fotonen afhing van de golflengte van die straling: hoe korter de golflengte van de straling, hoe groter de energie per kwantum.
De relatie tussen de frequentie van een elektromagnetische golf en de energie van een foton wordt beschreven door de constante van Planck (h), een van de belangrijkste natuurconstanten uit de kwantumfysica.
Formule voor de energie van een foton:
E = h · ν
Waarbij:
E = energie van het foton (joule, J)
h = constante van Planck
ν = frequentie van de elektromagnetische golf (hertz, Hz)
Waarde van de constante van Planck:
h = 6,62607015 × 10−34 J·s
Deze formule laat zien dat de energie van een foton recht evenredig is met zijn frequentie. Hoe hoger de frequentie van het licht, hoe groter de energie van het foton. Daarom hebben gammastralen veel energierijkere fotonen dan zichtbaar licht of radiogolven.
Met Plancks theorie kon ook worden vastgesteld dat een kwantum van violet licht tweemaal zoveel energie bevatte als een kwantum van rood licht en dat het dus meer energie zou kosten om violette kwanta te produceren dan rode kwanta. Met de kwantumtheorie lukte het om één nette, het hele spectrum omvattende formule te vinden voor uitstraling van energie door zwarte lichamen.
Het foto-elektrisch effect
Wanneer licht op een metaal valt, kunnen elektronen uit het metaal worden losgemaakt.
Dit effect werd verklaard door Einstein en is een belangrijk bewijs dat licht uit deeltjes (fotonen) bestaat.
De formule
hf = Θ + Ek
Betekenis van de symbolen
- h = constante van Planck
- f = frequentie van het licht
- hf = energie van één foton
- Θ = uittree-arbeid (energie nodig om elektron los te maken uit het metaal)
- Ek = kinetische energie van het vrijgekomen elektron
Wat gebeurt er?
Een foton komt in botsing met een elektron in het metaal:
Stap 1: Het foton levert energie hf
Stap 2: Een deel wordt gebruikt om het elektron los te maken (Θ)
Stap 3: De rest wordt kinetische energie (Ek)
Drempelfrequentie
Als hf kleiner is dan Θ, dan komen er geen elektronen vrij.
Er bestaat dus een minimale frequentie:
f0 = Θ / h
Schematische weergave
Licht (foton)
↓
hf energie
↓
[ METAAL ]
| |
| └── Eₖ (bewegende elektron)
|
└──────── Θ (uittree-arbeid)
Betekenis in de natuurkunde
Dit verschijnsel behoort tot het domein van de
kwantummechanica en werd één van de belangrijkste bewijzen dat licht niet alleen een golf is,
maar ook uit deeltjes bestaat.
Zie ook:
foto-elektrisch effect
Een spectrum wordt in de natuurkunde en astronomie beschreven als alle verschillende frequenties en golflentes waarin men een elektromagnetische golf van de zon kan ontleden.
Het spectrum van zichtbaar zonlicht licht, zoals door de diffractie van zonlicht aan regendruppels in een regenboog gedemonstreerd, loopt van violet over blauw, groen, geel, oranje tot rood. Violet heeft de kortste golflengte en hoogste frequentie, rood de langste golflengte en laagste frequentie.
Het verschil tussen frequentie en golflengte zit in wat ze precies meten. De golflengte is de fysieke afstand van de ene golfpiek tot de volgende, terwijl de frequentie aangeeft hoeveel van zulke golven er per seconde voorbij komen.
Het totale spectrum van de elektromagnetische golf van de zon reikt van de hoogtste frequentie en tegelijkertijd kortste golflengte tot de laagste frequentie en langste golflengte.
Dus van gammastraling; hoogste frequentie en kortste golflengte naar röntgenstraling, ultraviolette straling, zichtbaar licht, infraroodstraling, microgolven tot radiogolven met de laagste frequentie en de langste golflengte.
1925 berekende Cecilia Payne-Gaposchkin, gebruik makend van de theorie van de Indiase natuurkundige Meghnad Saha,laboratorium metingen en de spectra van sterren, dat de zon grotendeels uit waterstof bestaat namelijk:
• 74% waterstof
• 24% helium
• 2% alle overige elementen samen
Tot dat moment, gingen astronomen op grond van de sterkte van de spectraallijnen van de zon, ervan uit dat de zon en de aarde in vergelijkbare verhoudingen uit dezelfde elementen waren opgebouwd.
Saha had berekend, dat bij de interpretatie van absorbtielijnen, van het zonnespectrum rekening gehouden moet worden met:
• de temperatuur
• de druk
• de mate waarin de atomen geïoniseerd zijn
Hiermee werd in de tijd vóór Payne-Gaposchkin nog nauwelijks rekening gehouden.
Haar conclusie dat de zon grotendeels uit waterstof bestaat was revolutionair.

Enstatiet(weerstand bestendig) is een gesteentevormend mineraal dat zeer hittebestendig is. De molecuulformule MgSiO3. Enstatiet ontstaat onder bij extreem hoge temperaturen die heersen in gaswolken rond jonge zonnen en druk. Enstatiet is waterstofrijk en komt veel voor in stollings- en metamorfe gesteenten, en ook in meteorieten of chondrieten die de met name de aardkern en mantel hebben gevormd
Op Aarde vind je het diep in de aardmantel en in vulkanische gesteenten. Omdat het een van de allereerste vaste stoffen was die condenseerde uit de gloeiende gaswolk rond de jonge Zon. Hieruit ontstonden de enstatiet chondrieten: de oer-planetoïden waaruit de Aarde is opgebouwd.
Enstatiet is wit, grijs, groenig of bruin. De brons-bruine variëteit van enstatiet wordt bronziet genoemd. De hardheid is 5,5 en de massadichtheid is 3,2 kg/l.
Terwijl het mineraal enstatiet begon af te koelen en te condenseren uit deze gaswolk tot vaste kiezels, trad er een directe chemische interactie op tussen het vloeibare gesteente en het omringende waterstofgas.
De waterstofatomen uit de nevel werden letterlijk ingevangen en opgeslokt door het poreuze, kristalliserende materiaal. De waterstof nestelde zich diep in de microscopische, niet-kristallijne delen (de glasachtige matrix of mesostasis) van de steen. daarnaast ontstond er een binding tussen et waterstof gas en het in enstatiet aanwezige zwavel. Deze chemische binding werkte als een kluis: het hield de waterstofatomen muurvast gevangen in het gesteente, waardoor ze de intense straling en hitte van de vroege Zon konden trotseren.
Het waterstof dat opgesloten werd in het enstatiet was extreem deuterium arm doordat de hitte van de jonge zon en de overvloedig aanwezige deuteriumarme waterstofatomen, de deuteriumrijke waterstoftomen drastisch deed verdunnen .van deuterium.

Meteorieten of chondrieten zijn meteoren die daadwerkelijk op het aardoppervlak terecht komt.
Meteoren zijn stukken rotsachtig ruimtepuin die met grote snelheid rond de zon bewegen. Soms botsen zij met verschillende hoeken en snelheden met de dampkring van de aarde.
Wanneer een meteoor met 108.000 km per uur en hoger onder verschillende hoeken, met de dampkring botst,. wordt lucht met zo'n hoge kracht samengedrukt dat de luchtlaag begint te gloeien. De buitenste laag van de meteoor kan dan tot 3000 graden verhit worden. Afhankelijk van de samen de samenstelling en grootte van de meteoor kan deze volledig verdampen.
Meteoren ter grootte van een knikker kunnen het aardoppervlak bereiken ter grote van een piepklein kiezelsteentje
Het aantal meteorieten dat in Nederland terecht is gekomen is op een hand te tellen. Een meteoriet die op 27 oktober 1873 neerkwam nabij het Overijsselse Diepenveen, mat 68 gram.
Meteorieten zijn te herkennen aan een smeltkorst, een glazige gladde buitenkant.Hun kleur is meestal zwart of donkerbruin. Vaak zijn meteorieten zwak magnetisch.