Kosmografie/Evolutie van de waarnemingen

Waarnemingen zonder visuele hulpmiddelen

De mens heeft altijd al oog gehad voor de sterrenhemel en de beweging van de planeten.

De pyramiden van Gizeh in Egypte (Cheops, Chefren en Mycerinus) weerspiegelen het sterrenbeeld Orion.
De befaamde Menhir-ring van Stonehenge staat in verband met de beweging van zon en maan. Volgens sommigen is dit het oudste observatorium.

De Grieken waren de eersten die hun waarnemingen ook wiskundig onderbouwden. Thales van Milete, de eerste grote Griekse filosoof, neemt aan dat de aarde rond is. Hij zou ook de zonsverduistering van 585 v. Chr voorspeld hebben. Pythagoras en zijn volgelingen ontwikkelen een kosmologie waarin de aarde en andere hemellichamen rond een centraal vuur cirkelen.
Ptolemaeus (1e eeuw n.Chr.) ontwikkelt echter het geocentrisch wereldbeeld, waarin alle hemellichamen rond de aarde draaien. Hij maakt daarmee een synthese van de klassieke opvattingen over het heelal. Dit wereldbeeld wordt overgenomen door de Katholieke Kerk en beheerst het middeleeuwse denken.
Naast de waarnemingen en theorieën van de Grieken zijn er ook andere volkeren die hun astronomische waarnemingen verfijnen en noteren: de Chinezen, de Maya’s en de Arabieren. Zo hadden de Maya’s bijvoorbeeld rond het jaar duizend al een juiste kijk op de beweging van de planeet Venus.

De optische telescoop

De telescoop is aan het begin van de 17de eeuw in Nederland uitgevonden, hoewel niet bekend is door wie. Genoemd worden Hans Lippershey en Zacharias Janssen, brillenmakers te Middelburg, en Jacob Metius uit Alkmaar. Galilei verbeterde dit instrument, door gebruik te maken van twee bolle lenzen i.p.v. één bolle lens en één holle. Met dit instrument ontdekte Galilei onder andere de vier grote manen van Jupiter.

Replica van de spiegeltelescoop, zoals die door Newton gebouwd werd in 1672

Op grond van zijn waarnemingen en de theorie van Copernicus kwam Galilei tot de conclusie dat de zon in het midden van ons zonnestelsel staat. De Rooms-Katholieke Kerk bleef echter in haar leerstellingen het geocentrisch wereldbeeld van Ptolomaeus aanhangen. Bijgevolg kwam Galilei in conflict met de Kerk, alhoewel hij zelf volhield dat zijn werk slechts een zuiver theoretische beschrijving inhield, en niet in conflict met de godsdienst, die hijzelf ook aanhing. Toch werd Galilei gedwongen afstand te nemen van zijn ontdekkingen. In een kerkelijk proces werd hij veroordeeld tot levenslang huisarrest, van 1633 tot 1642. Of hij na het vernemen van het vonnis inderdaad "Eppure si muove" (en toch beweegt zij - namelijk de aarde om de zon) heeft gepreveld is onzeker, maar dit is wel een bekende anekdote.

Newton verving de bolle lenzen van de telescoop door holle spiegels. Dit is een verbetering op het gebied van de lichtsterkte. Lenzentelescopen noemt men ook refractortelescopen of kort refractors (refractie = breking) en spiegeltelescopen reflectortelescopen of reflectors (reflectie = weerkaatsing). Bij moderne spiegeltelescopen zal men de beelden registreren met behulp van een digitaal fototoestel. Ook een groot aantal amateurs gebruikt tegenwoordig digitale camera's voor het vastleggen van hun beelden.

Tegenwoordig worden er op gunstige plaatsen op aarde reuzentelescopen gebouwd.

De Very Large Telescope (VLT) is gebouwd door 10 Europese landen, op een berg in de Atacamawoestijn van Chili. Deze reuzentelescoop bestaat uit vier(deel-) telescopen met ieder een hoofdspiegel van 8.2m diameter.

De belangrijkste Amerikaanse telescopen staan in de W.M.Keck-observatorium op Hawaï. Hier worden spiegels gebruikt met een diameter van 10 m.
De belangrijkste telescopen staan opgesteld op afgelegen plaatsen (bergen, eilanden, woestijnen) waar men weinig last heeft van lichtvervuiling en waar men ook vrij is van veel bewolking, zodat men bijna elke nacht kan observeren.

Spectraalanalyse en radiotelescopen

In de lessen fysica leren jullie het elektromagnetisch spectrum kennen. Sterren sturen niet alleen zichtbaar licht uit, maar ook andere energiegolven die niet zichtbaar zijn met het blote oog.
Licht en andere e.m.-golven ontstaan doordat elektronen terugvallen van een hogere orbitaal op een lagere; zie ook fysica, atoommodel van Bohr. Door gebruik te maken van prisma’s kunnen deze golven in banden van verschillende golflengte gescheiden worden. Elk chemisch element krijgt op die manier zijn eigen spectrum. Het onderzoek naar de uitgezonden elektromagnetische stralingen noemt men spectraalanalyse. Via deze wetenschap was het mogelijk meer te weten komen over de samenstelling van het heelal.

Zo onderzocht Edwin Hubble in 1929 systematisch de roodverschuiving (Dopplereffect) van een groot aantal melkwegstelsels. Hij ontdekte hierbij dat alle melkwegstelsels zich van ons verwijderen en dat de snelheid waarmee dit gebeurt recht evenredig is met de afstand tot ons melkwegstelsel. Het heelal wordt dus groter.

Ook radiogolven behoren tot het e.m.spectrum en worden door sterren uitgezonden. Zoals vele andere golven worden deze grotendeels tegengehouden door de atmosfeer, maar radiogolven met een golflengte tussen 1 en 20 meter kunnen opgevangen worden door radiotelescopen.
In 1965 ontdekten twee radio-astronomen, Arno Penzias en Robert Wilson, dat de hemel in alle richtingen microgolfstraling (radiostraling) uitstraalt. Deze microgolfstraling wordt de kosmische achtergrondstraling genoemd en vormt een bijkomend bewijs van de bigbangtheorie.

Ruimtevaart

De dampkring rond de aarde vormt een hindernis voor de waarnemingen, want een groot deel van de stralingsenergie wordt tegengehouden. Niet alle golven kunnen onderzocht worden op aarde.

IR-telescopen onderzoeken het infrarode licht uit de ruimte.
IUE-telescopen onderzoeken het ultraviolette deel van het spectrum.
De Hubble-telescoop is een sterke optische telescoop die al heel wat ontdekkingen gedaan heeft. Deze telescoop heeft geen last van de dampkring, bewolking, lichtvervuiling en afwisseling van dag en nacht.
COBE (COsmic Background Explorer) en WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) onderzoeken de kosmische achtergrondstraling. Zij bevestigen de Big bang-theorie en het is mogelijk op die manier een kaart te maken van het heelal, toen het amper 300 000 jaar oud was.

Het ruimteonderzoek levert niet alleen kennis op in verband met het heelal. Technieken die in dit kader ontwikkeld worden zijn ook zeer bruikbaar voor het onderzoek van de aarde zelf.

Uit het voorgaande zal duidelijk worden dat de moderne astronoom heel wat kennis nodig heeft van fysica en wiskunde. Het onderzoek van het onmetelijke heelal is in een stroomversnelling gekomen dankzij het onderzoek naar het zeer kleine, de atomen en de elementaire deeltjes.

Inhoudsopgave - Evolutie van de waarnemingen - Structuur en evolutie van het heelal