Astronomen meten en wegen het zonnestelsel
Met nieuwe technieken kunnen afstanden, massa’s en snelheden in het zonnestelsel veel nauwkeuriger gemeten worden dan voorheen. Zo gebruiken astronomen flitsen van verre pulsars om piepkleine planetoïden te wegen.
Radiosignalen meten afstand
Aan de hand van de omlooptijd van planeten hebben astronomen hun afstand tot de zon berekend, en via sondes kunnen ze ook de afstand tot kleine objecten in de uithoeken van het zonnestelsel bepalen.
Eerder dit jaar passeerde de sonde New Horizons het tot nu toe verste object in het zonnestelsel, de ijsbol Ultima Thule. Door radiosignalen naar de aarde te sturen wist New Horizons te achterhalen dat deze planetoïde 6,47 miljard kilometer ver is.
Kennis van de posities van hemellichamen is cruciaal
om in de ruimte te kunnen navigeren en bijvoorbeeld naar Mars te reizen.
Sonde meet precies de rand van het zonnestelsel
1. Telescopen versturen signaal
Radiotelescopen in Australië, Spanje en de VS – het zogeheten Deep Space Network – communiceren met de sonde New Horizons kort voordat hij Ultima Thule aan de rand van het zonnestelsel passeert. Om de afstand te meten sturen de telescopen een speciaal gecodeerd radiosignaal naar de sonde.
2. Sonde stuurt een antwoord terug
Circa zes uur later vangt New Horizons het signaal op met zijn 2,1 m brede antenne. Met een vertraging van slechts enkele honderdste nanoseconden stuurt New Horizons een antwoord terug.
3. Reistijd signaal geeft afstand weer
Radiotelescopen op aarde vangen het zwakke signaal op. Omdat de golven reizen met de lichtsnelheid, valt de afstand tot Ultima Thule te berekenen op basis van de tijd die verstrijkt voor het signaal is teruggekeerd.
Pulsarflitsen verraden massa
Normaal moet er een sonde naar een object om zijn massa te meten. Als hij langs een planeet, maan of planetoïde komt, trekt zo’n object heel zacht aan het vaartuig, en door de invloed van de zwaartekracht valt de massa van het object te bepalen.
Maar nu kunnen wetenschappers flitsen van pulsars – kleine draaiende sterren – gebruiken om planetoïden te wegen vanaf de aarde. De komende zeven jaar moeten lichtmetingen van 20 pulsars de massa nauwkeuriger aangeven dan met sondes mogelijk is.
Verre pulsars wegen de kleine objecten
1. Pulsar zendt flitsen uit
Kleine draaiende sterren, pulsars geheten, zenden kegels van radiogolven uit, zoals het licht van een vuurtoren. Die golven schieten door de ruimte als zeer regelmatige flitsen.
2. Planeten beïnvloeden pulsarflitsen
Als een telescoop op aarde een pulsarflits opvangt, berekenen de onderzoekers wanneer er weer een flits komt. Ze houden er rekening mee dat de aankomsttijd beïnvloed wordt door de massa van planeten.
3. Onregelmatigheid wijst op fout in de massa
Als de flits niet aankomt op het berekende tijdstip, is de massa van het object verkeerd geregistreerd – zoals bij Ceres. Astronomen stellen de massa van de objecten bij tot die past bij de aankomsttijd van de flits.
Sterren vertellen hoe snel de zon gaat
Als astronomen willen meten hoe snel het zonnestelsel rond het centrum van de Melkweg draait, hebben ze een probleem. Waar de snelheid van bijvoorbeeld een auto wordt gemeten in relatie tot de omgeving, hebben astronomen geen vast referentiepunt, want alles in de Melkweg beweegt.
De astronomen hebben echter een slimme methode gevonden. De snelheid van de zon kan worden afgeleid van die van de andere sterren in relatie tot de zon. In het voorbeeld van de auto betekent dat dat je je eigen snelheid bepaalt door te meten hoe hard alle andere auto’s rijden in verhouding tot jijzelf.
Daartoe gebruikten de astronomen gegevens van 216.201 sterren, die onder andere afkomstig zijn van de Gaiatelescoop.
Andere sterren laten zien hoe snel de zon beweegt
De snelheid waarmee het zonnestelsel om het galactisch centrum draait, is meetbaar.
Drie metingen laten zien hoe snel de sterren zijn
De snelheid van een ster in het heelal wordt berekend met drie factoren: zijn afstand tot de zon en twee soorten snelheid, de tangentiële (geel) en de radiële snelheid (bauw). Zo valt de snelheid van de ster ten opzichte van de zon – de ruimtesnelheid (rood) – te berekenen.
De radiële snelheid
is de snelheid van de ster weg van de kijkrichting of juist daarnaartoe.
De tangentiële snelheid
is de snelheid van de ster loodrecht op de afstand tot de zon, en wordt berekend op basis van de beweging van de ster langs de hemel eigenbeweging (blauwe pijl).
De ruimtesnelheid
is de werkelijke snelheid van de ster ten opzichte van de zon.
Sterren met bepaalde snelheid ontbreken
Sterren gaan sneller of langzamer dan de zon. Maar op één snelheid zijn er bijna geen sterren te vinden: 240 km/s langzamer dan de zon. Sterren die wel die snelheid hebben, zijn mogelijk niet in beweging. De lege ruimte in de verzameling gegevens geeft een nulpunt aan ten opzichte van de zon, waaruit blijkt dat de snelheid van de zon precies die 240 km/s bedraagt.