Na - H13 - Zonnestelsel en
heelal
13.1 INTRODUCTIE
- Zonnestelsel: zon met de daaromheen draaiende planeten en hun manen.
- Melkwegstelsel: grote verzameling sterren, waaronder de zon.
- Sterrenstelsel: miljarden afzonderlijke sterren bij elkaar.
- Heelal: miljarden sterrenstelsels bij elkaar.
- Exoplaneten: plateten die rond andere sterren dan zon draaien.
- Astrofysica: verklaren van objecten in heelal met natuurkunde.
- Uit door objecten uitgezonden elektromagnetische straling zijn eigenschappen als
oppervlaktetemperatuur, afstand, snelheid en samenstelling te bepalen.
- Ook wordt gekeken naar uitgezonden straling en naar achtergrondstraling van heelal; straling die in
oertijd van heelal is uitgezonden en sindsdien naar hele lange golflengtes is verschoven.
- Elektromagnetische straling:
- Elektromagnetisch spectrum bestaat in volgorde van toenemende golflengte λ uit
gammastraling, röntgenstraling, UV-straling, infraroodstraling, microgolven en radiogolven.
- Voor verband tussen golflengte λ en frequentie f van elektromagnetische straling geldt: λ ∙ f =c .
- Met c de lichtsnelheid.
- Elektromagnetische straling: energie die als fotonen (golfdeeltjes) met lichtsnelheid worden
overgebracht. Fotonenergie Ef hangt af van frequentie en straling: E f =h∙ f .
- Met h constante van Planck.
- Om aan te geven om wat voor soort elektromagnetische straling het gaat, gebruiken astronomen
soms Ef, maar meestal de golflengte van straling.
13.2 OPPERVLAKTETEMPERATUUR VAN STERREN
Straling van de zon (Binas 19A, 31,32)
- Buitenste laag van zon zendt straling uit: fotosfeer.
- Helft van straling; zichtbaar licht. Andere helft; vooral IR-/warmtestraling en UV-straling.
- Atmosfeer van aarde adsorbeert deel van zonnestraling.
- Voor in beeld brengen van hoeveelheid straling, wordt zonlicht dat is opgevangen door optische
telescoop eerst door prisma of tralie uiteengerafeld tot emissiespectrum. Dit is een continu-
spectrum, waarin verschillende kleuren licht vloeiend in elkaar overlopen.
- Vervolgens is per golflengte-interval de stralingsintensiteit gemeten, energie die per sec per m 2
een loodrecht oppervlak treft.
- Uit spectrum van ster is oppervlaktetemperatuur te bepalen: hoe kleiner de golflengte waarbij de
stralingsintensiteit in het spectrum maximaal is, des te hoger de oppervlaktetemperatuur.
- Oppervlaktetemperatuur: temperatuur van buitenste laag van ster
Infraroodstraling en radiogolven
- Atmosfeer van aarde laat vooral zichtbaar licht en radiogolven met golflengtes tussen 10 cm en 10
m door. Andere soorten straling worden grotendeels geabsorbeerd.
- Voor metingen aan IR-straling is daarom infraroodtelescoop op grote hoogte of een
ruimtetelescoop in een satelliet nodig.
Radiobronnen in de ruimte
- Pulsar: eindstadium met massa 10x groter dan massa van zon. Explodeert aan eind van zijn leven:
supernova. Na explosie blijft neutronenster over: ster die alleen uit neutronen bestaat.
, - Metingen aan radiogolven worden gedaan met radiotelescopen.
- Voor nauwkeurige metingen van positie van radiobronnen in heelal, moet radiotelescoop grote
diameter hebben. Vaak wordt gebruik gemaakt van rij van radiotelescopen.
Melkwegstelsel
- Veel onzichtbaar materiaal; materiaal dat licht absorbeert, maar IR-straling en radiogolven wel
doorlaat. Groot deel blijft voor optische telescopen verborgen, maar niet voor telescopen met IR-
straling en radiogolven.
Supernova
- Als ‘brandstof’ (waterstof en helium) voor kernfusie in zware ster is opgeraakt, stort hij door
gravitatie in elkaar, hierbij komt zoveel energie vrij dat ster explodeert.
- Restanten van explosie zichtbaar als Krabnevel, met in midden een pulsar (of neutronenster) als
overblijfsel van oorspronkelijke ster.
- Temperatuur in supernovarest en Krabnevel is heel laag.
- Leveranciers van alle elementen in heelal zwaarder dan H 2 en He. Bij hoge temperatuur in ster kort
vóór explosie ontstaan door kernfusieprocessenelementen tot aan ijzer.
- Nog zwaardere elementen worden gevormd door neutronenvangst en daaropvolgend bètaverval.
Bij explosie worden deze elementen het heelal in geblazen.
Ultraviolet-, röntgen- en gammastraling
- Zeer hete sterren en gaswolken zenen ook UV-straling en röntgenstraling uit.
- Gammastraling komt alleen vrij bij krachtige explosies (supernova)
- Deze soorten straling worden geabsorbeerd door de atmosfeer van de aarde en kunnen dus alleen
met satellieten worden waargenomen.
Gammaflitsen
- Gammaflits: korte heftige uitbarsting van hoogenergetische gammastraling. Meer energie vrij dan
zon in hele leven uitzendt.
- Uitgezonden bij samensmelting van twee neutronensterren, bij samensmelting van neuronenster
en zwart gat en bij ineenstorting van zeer zware ster. In alle gevallen ontstaat nar gammaflits een
zwart gat: object met een massa zo groot en straal zo klein, dat ontsnappingssnelheid groter is dan
lichtsnelheid, zodat zelfs fotonen niet meer kunnen ontsnappen.
Temperatuur en straling (Binas 22)
- Bij hogere temperatuur zendt voorwerp meer stralingsenergie uit -> kleur verandert.
- Voorwerpen op aarde die niet heet zijn, zenden door lagere temperatuur IR-straling uit. Bij
temperatuurstijging gaat voorwerp gloeien en wordt rood licht uitgezonden.
- Naarmate temperatuurstijging komt er oranje, geel, groen en blauw licht bij.
- Oppervlaktetemperatuur van ster is te bepalen uit opgevangen straling.
- Er wordt een spectrum gemaakt van straling van ster: Bij reeks golflengtes wordt intensiteit van
opgevangen straling gemeten in kleine aansluitende golflengtegebieden.
- Grafiek van stralingsintensiteit per golflengte-interval in spectrum: stralingskromme
- Vorm van stralingskromme wordt vergeleken met vormen van theoretische stralingskromme, een
planckkromme, bij verschillende waarden van temperatuur en stralingsbron.
- Des te hoger temperatuur, des te hoger de stralingskromme.
- Hele oppervlakte onder stralingskromme is stralingsintensiteit als straling niet eerst
uiteengerafeld is tot een spectrum.
- Uit gemeten totale stralingsintensiteit voor alle golflengten en afstand tot de bron, kan totaal
uitgezonden stralingsvermogen (in W) van stralende bron worden bepaald.
heelal
13.1 INTRODUCTIE
- Zonnestelsel: zon met de daaromheen draaiende planeten en hun manen.
- Melkwegstelsel: grote verzameling sterren, waaronder de zon.
- Sterrenstelsel: miljarden afzonderlijke sterren bij elkaar.
- Heelal: miljarden sterrenstelsels bij elkaar.
- Exoplaneten: plateten die rond andere sterren dan zon draaien.
- Astrofysica: verklaren van objecten in heelal met natuurkunde.
- Uit door objecten uitgezonden elektromagnetische straling zijn eigenschappen als
oppervlaktetemperatuur, afstand, snelheid en samenstelling te bepalen.
- Ook wordt gekeken naar uitgezonden straling en naar achtergrondstraling van heelal; straling die in
oertijd van heelal is uitgezonden en sindsdien naar hele lange golflengtes is verschoven.
- Elektromagnetische straling:
- Elektromagnetisch spectrum bestaat in volgorde van toenemende golflengte λ uit
gammastraling, röntgenstraling, UV-straling, infraroodstraling, microgolven en radiogolven.
- Voor verband tussen golflengte λ en frequentie f van elektromagnetische straling geldt: λ ∙ f =c .
- Met c de lichtsnelheid.
- Elektromagnetische straling: energie die als fotonen (golfdeeltjes) met lichtsnelheid worden
overgebracht. Fotonenergie Ef hangt af van frequentie en straling: E f =h∙ f .
- Met h constante van Planck.
- Om aan te geven om wat voor soort elektromagnetische straling het gaat, gebruiken astronomen
soms Ef, maar meestal de golflengte van straling.
13.2 OPPERVLAKTETEMPERATUUR VAN STERREN
Straling van de zon (Binas 19A, 31,32)
- Buitenste laag van zon zendt straling uit: fotosfeer.
- Helft van straling; zichtbaar licht. Andere helft; vooral IR-/warmtestraling en UV-straling.
- Atmosfeer van aarde adsorbeert deel van zonnestraling.
- Voor in beeld brengen van hoeveelheid straling, wordt zonlicht dat is opgevangen door optische
telescoop eerst door prisma of tralie uiteengerafeld tot emissiespectrum. Dit is een continu-
spectrum, waarin verschillende kleuren licht vloeiend in elkaar overlopen.
- Vervolgens is per golflengte-interval de stralingsintensiteit gemeten, energie die per sec per m 2
een loodrecht oppervlak treft.
- Uit spectrum van ster is oppervlaktetemperatuur te bepalen: hoe kleiner de golflengte waarbij de
stralingsintensiteit in het spectrum maximaal is, des te hoger de oppervlaktetemperatuur.
- Oppervlaktetemperatuur: temperatuur van buitenste laag van ster
Infraroodstraling en radiogolven
- Atmosfeer van aarde laat vooral zichtbaar licht en radiogolven met golflengtes tussen 10 cm en 10
m door. Andere soorten straling worden grotendeels geabsorbeerd.
- Voor metingen aan IR-straling is daarom infraroodtelescoop op grote hoogte of een
ruimtetelescoop in een satelliet nodig.
Radiobronnen in de ruimte
- Pulsar: eindstadium met massa 10x groter dan massa van zon. Explodeert aan eind van zijn leven:
supernova. Na explosie blijft neutronenster over: ster die alleen uit neutronen bestaat.
, - Metingen aan radiogolven worden gedaan met radiotelescopen.
- Voor nauwkeurige metingen van positie van radiobronnen in heelal, moet radiotelescoop grote
diameter hebben. Vaak wordt gebruik gemaakt van rij van radiotelescopen.
Melkwegstelsel
- Veel onzichtbaar materiaal; materiaal dat licht absorbeert, maar IR-straling en radiogolven wel
doorlaat. Groot deel blijft voor optische telescopen verborgen, maar niet voor telescopen met IR-
straling en radiogolven.
Supernova
- Als ‘brandstof’ (waterstof en helium) voor kernfusie in zware ster is opgeraakt, stort hij door
gravitatie in elkaar, hierbij komt zoveel energie vrij dat ster explodeert.
- Restanten van explosie zichtbaar als Krabnevel, met in midden een pulsar (of neutronenster) als
overblijfsel van oorspronkelijke ster.
- Temperatuur in supernovarest en Krabnevel is heel laag.
- Leveranciers van alle elementen in heelal zwaarder dan H 2 en He. Bij hoge temperatuur in ster kort
vóór explosie ontstaan door kernfusieprocessenelementen tot aan ijzer.
- Nog zwaardere elementen worden gevormd door neutronenvangst en daaropvolgend bètaverval.
Bij explosie worden deze elementen het heelal in geblazen.
Ultraviolet-, röntgen- en gammastraling
- Zeer hete sterren en gaswolken zenen ook UV-straling en röntgenstraling uit.
- Gammastraling komt alleen vrij bij krachtige explosies (supernova)
- Deze soorten straling worden geabsorbeerd door de atmosfeer van de aarde en kunnen dus alleen
met satellieten worden waargenomen.
Gammaflitsen
- Gammaflits: korte heftige uitbarsting van hoogenergetische gammastraling. Meer energie vrij dan
zon in hele leven uitzendt.
- Uitgezonden bij samensmelting van twee neutronensterren, bij samensmelting van neuronenster
en zwart gat en bij ineenstorting van zeer zware ster. In alle gevallen ontstaat nar gammaflits een
zwart gat: object met een massa zo groot en straal zo klein, dat ontsnappingssnelheid groter is dan
lichtsnelheid, zodat zelfs fotonen niet meer kunnen ontsnappen.
Temperatuur en straling (Binas 22)
- Bij hogere temperatuur zendt voorwerp meer stralingsenergie uit -> kleur verandert.
- Voorwerpen op aarde die niet heet zijn, zenden door lagere temperatuur IR-straling uit. Bij
temperatuurstijging gaat voorwerp gloeien en wordt rood licht uitgezonden.
- Naarmate temperatuurstijging komt er oranje, geel, groen en blauw licht bij.
- Oppervlaktetemperatuur van ster is te bepalen uit opgevangen straling.
- Er wordt een spectrum gemaakt van straling van ster: Bij reeks golflengtes wordt intensiteit van
opgevangen straling gemeten in kleine aansluitende golflengtegebieden.
- Grafiek van stralingsintensiteit per golflengte-interval in spectrum: stralingskromme
- Vorm van stralingskromme wordt vergeleken met vormen van theoretische stralingskromme, een
planckkromme, bij verschillende waarden van temperatuur en stralingsbron.
- Des te hoger temperatuur, des te hoger de stralingskromme.
- Hele oppervlakte onder stralingskromme is stralingsintensiteit als straling niet eerst
uiteengerafeld is tot een spectrum.
- Uit gemeten totale stralingsintensiteit voor alle golflengten en afstand tot de bron, kan totaal
uitgezonden stralingsvermogen (in W) van stralende bron worden bepaald.
