De melkweg, van de heldere ster Sirius in de rechterbovenhoek tot aan Eta Carina, de rode nevel zichtbaar aan de horizon, gezien vanaf de Florida Keys. Bekijk meer foto's van de Melkweg. Tony Hallas/Science Fiction/Getty Images

Een blik op de nachtelijke hemel op elk moment van het jaar zal een zwakke lichtband onthullen die zich over de hemel uitstrekt, hetzij door het midden of nabij de horizon. De oude Grieken zagen deze lichtband en noemden het "sterrenstelsels kuklos, " voor "melkcirkel." De Romeinen noemden het de "Melkweg". Galileo gebruikte de eerste telescopen en stelde vast dat het licht van de Melkweg afkomstig is van miljarden vage sterren die ons omringen.

Eeuwenlang, astronomen stelden veel fundamentele vragen over de Melkweg. Wat is het? Waar is het van gemaakt? Hoe is het gevormd? Deze vragen waren om verschillende redenen moeilijk te beantwoorden.

1. We leven in de Melkweg. Het is alsof je in een gigantische doos leeft en vraagt, hoe heeft de doos de vorm? Waar is het van gemaakt? Hoe weet je dat?
2. Vroege astronomen werden beperkt door technologie. De vroege telescopen waren niet erg groot, had niet veel bereik en kon grote afstanden niet vergroten of oplossen.
3. Vroege telescopen konden alleen zichtbaar licht detecteren. De Melkweg bevat veel stof dat hun zicht belemmerde. In sommige richtingen, kijken naar de Melkweg is als kijken door een stofstorm.

De 20e eeuw bracht grote vooruitgang in de telescooptechnologie. Grote optische, radio, infrarood, en röntgentelescopen (zowel op de grond als in een baan om de aarde) stelden astronomen in staat om door de enorme hoeveelheden stof en ver de ruimte in te kijken. Met deze hulpmiddelen ze konden samenvoegen hoe de Melkweg er in werkelijkheid uitziet.

Wat ze ontdekten was verbazingwekkend:

• De Melkweg is eigenlijk een melkwegstelsel -- een groot systeem van sterren, gas (meestal waterstof), stof en donkere materie die om een ​​gemeenschappelijk centrum draaien en door de zwaartekracht aan elkaar zijn gebonden.
• Ons sterrenstelsel is spiraalvormig.
• In tegenstelling tot wat vaak wordt gedacht, ons zonnestelsel bevindt zich niet in het centrum van de melkweg.
• De Melkweg is slechts een van de miljarden sterrenstelsels in het heelal.

Kom en volg ons op een ontdekkingsreis terwijl we de Melkweg verkennen. We zullen onderzoeken hoe astronomen zijn vorm hebben ontdekt, grootte en structuur. We zullen kijken hoe de sterren erin bewegen en hoe de Melkweg zich verhoudt tot andere sterrenstelsels.

Inhoud

1. Vroege Melkwegtheorieën
2. Bolvormige clusters en spiraalnevels
3. Welke vorm heeft de Melkweg?
4. Melkwegstructuur
5. Hoeveel sterren zijn er in de Melkweg?

Vroege Melkwegtheorieën

Zoals we al zeiden, Galileo ontdekte dat de Melkweg bestaat uit vage sterren, maar hoe zit het met de vorm? Hoe kun je de vorm van iets zien als je erin zit? Aan het eind van de 18e eeuw, astronoom Sir William Herschel beantwoordde deze vraag. Herschel redeneerde dat als de Melkweg een bol was, we zouden talloze sterren in alle richtingen moeten zien. Dus, hij en zijn zus Caroline telden de sterren in meer dan 600 gebieden aan de hemel. Ze ontdekten dat er meer sterren in de richting van de band van de Melkweg waren dan boven en onder. Herschel concludeerde dat de Melkweg een schijfvormige structuur was. En omdat hij ongeveer hetzelfde aantal sterren in alle richtingen langs de schijf vond, hij concludeerde dat de zon zich in de buurt van het midden van de schijf bevond.

Rond 1920, een Nederlandse astronoom genaamd Jacobus Kapetyn heeft de schijnbare afstanden tot nabije en verre sterren gemeten met behulp van de techniek van parallax. Omdat parallax het meten van de bewegingen van sterren inhield, hij vergeleek de bewegingen van verre sterren met nabije. Hij concludeerde dat de Melkweg een schijf van ongeveer 20 kiloparsec was, of 65, 000 lichtjaren, in diameter (één kiloparsec =3, 260 lichtjaar). Kapetyn concludeerde ook dat de zon zich in of nabij het centrum van de Melkweg bevond.

Maar toekomstige astronomen zouden deze ideeën in twijfel trekken, en geavanceerde technologie zou hen helpen de theorieën te betwisten en met nauwkeurigere metingen te komen.

Afstanden tot de sterren meten

Als u uw duim op armlengte uitstrekt en vervolgens afwisselend elk oog opent en sluit terwijl u ernaar kijkt, je zult zien dat je duim schijnbaar beweegt of verschuift tegen de achtergrond. Deze verschuiving heet a parallaxverschuiving . Terwijl u uw duim dichter bij uw neus brengt en het proces herhaalt, je zou moeten opmerken dat de verschuiving groter wordt. Astronomen kunnen dezelfde techniek gebruiken om afstanden tot de sterren te meten. Terwijl de aarde om de zon draait, de positie van een bepaalde ster verandert tegen de achtergrond van andere sterren. Door foto's van de ster met tussenpozen van zes maanden te vergelijken, astronomen kunnen de mate van de verschuiving meten en de parallaxhoek bepalen (de helft van de parallaxverschuiving =theta of Θ). Door de parallaxhoek en de straal van de baan van de aarde (R) te kennen, astronomen kunnen de afstand tot de ster (D) berekenen met behulp van trigonometrie:D =R x cotangens (theta) of D =RCotΘ. Parallax-metingen zijn betrouwbaar voor sterren met afstanden kleiner dan of gelijk aan 50 parsecs. Voor grotere afstanden dan astronomen moeten variabele stermarkeringen vinden en de relaties tussen helderheid en afstand gebruiken.

Bolvormige clusters en spiraalnevels

Rond de tijd dat Kapetyn zijn model van de Melkweg publiceerde, zijn collega Harlow Shapely merkte op dat een type sterrenhoop genaamd a bolvormige sterrenhoop had een unieke verspreiding in de lucht. Hoewel er binnen de Melkwegband weinig bolvormige sterrenhopen zijn gevonden, er waren er veel boven en onder. Shapely besloot de verspreiding van bolvormige sterrenhopen in kaart te brengen en hun afstanden te meten met behulp van variabele stermarkeringen binnen de clusters en de helderheid-afstand relatie (zie zijbalk). Shapely ontdekte dat bolvormige sterrenhopen werden gevonden in een bolvormige verdeling en geconcentreerd nabij het sterrenbeeld Boogschutter. Welgevormde concludeerde dat het centrum van de melkweg in de buurt van Boogschutter was, niet de zon, en dat de Melkweg ongeveer 100 kiloparsec in diameter was.

Shapely was betrokken bij een groot debat over de aard van spiraalnevels (vage lichtvlekken zichtbaar aan de nachtelijke hemel). Hij geloofde dat ze "eilanduniversums waren, " of sterrenstelsels buiten de Melkweg. Een andere astronoom, Heber Curtis, geloofde dat spiraalnevels deel uitmaakten van de Melkweg. Edwin Hubble's observaties van Cepheïden-variabelen beslechtten uiteindelijk het debat -- de nevels bevonden zich inderdaad buiten de Melkweg.

Maar er bleven nog vragen. Welke vorm had de Melkweg, en wat zat er precies in?

Helderheid-afstand relatie

Zowel professionele als amateurastronomen kunnen de helderheid van een ster meten door een fotometer of oplaadgekoppeld apparaat aan het uiteinde van een telescoop. Als ze de helderheid van de ster en de afstand tot de ster kennen, ze kunnen de hoeveelheid energie berekenen die de ster uitstraalt, of zijn helderheid ( helderheid =helderheid x 12,57 x (afstand) ² ). Omgekeerd, als je de helderheid van een ster kent, je kunt de afstand tot de aarde berekenen. Bepaalde sterren - zoals RR Lyrae- en Cepheid-variabelen - kunnen als lichtstandaard dienen. Deze sterren veranderen regelmatig van helderheid en de helderheid is direct gerelateerd aan de periode van hun helderheidscyclus.

Om de lichtsterkte van de bolvormige sterrenhopen te bepalen, Shapely mat de perioden van helderheid van de RR Lyrae-sterren in de clusters. Toen hij eenmaal de helderheid kende, hij kon hun afstanden tot de aarde berekenen. Zie How Galaxies Work voor hoe astronoom Edwin Hubble een vergelijkbare techniek gebruikte met Cepheïde variabele sterren om te bepalen dat spiraalnevels verder waren dan de grenzen van de Melkweg.

Lees verder

Welke vorm heeft de Melkweg?

Afbeelding met dank aan NASA

Edwin Hubble bestudeerde sterrenstelsels en classificeerde ze in verschillende soorten: elliptisch en spiraalstelsels . De spiraalstelsels werden gekenmerkt door schijfvormen met spiraalarmen. Het was logisch dat omdat de Melkweg schijfvormig was en omdat spiraalstelsels schijfvormig waren, de Melkweg was waarschijnlijk een spiraalstelsel.

In de jaren dertig, astronoom R.J. Trumpler realiseerde zich dat de schattingen van de grootte van het Melkwegstelsel door Kapetyn en anderen onjuist waren omdat de metingen waren gebaseerd op waarnemingen in de zichtbare golflengten. Trumpler concludeerde dat de enorme hoeveelheden stof in het vlak van de Melkweg licht absorbeerden in de zichtbare golflengten en ervoor zorgden dat verre sterren en clusters zwakker leken dan ze in werkelijkheid waren. Daarom, om sterren en sterrenhopen binnen de schijf van de Melkweg nauwkeurig in kaart te brengen, astronomen zouden een manier nodig hebben om door het stof te kijken.

In de jaren vijftig, de eerste radio- telescopen waren uitgevonden. Astronomen ontdekten dat waterstofatomen straling uitzenden in de radiogolflengten en dat deze radiogolven het stof in de Melkweg kunnen doordringen. Dus, werd het mogelijk om de spiraalarmen van de Melkweg in kaart te brengen. De sleutel waren markeringssterren zoals die worden gebruikt bij afstandsmetingen. Astronomen ontdekten dat sterren van klasse O en B zouden werken. Deze sterren hadden verschillende kenmerken:

• Helderheid: Ze zijn goed zichtbaar en komen vaak voor in kleine groepen of verenigingen.
• Warmte: Ze zenden meerdere golflengten uit (zichtbaar, infrarood, radio).
• Kort leven: Ze leven ongeveer 100 miljoen jaar, dus, gezien de snelheid waarmee sterren om het centrum van de melkweg draaien, ze verhuizen niet ver van waar ze zijn geboren.

Astronomen zouden radiotelescopen kunnen gebruiken om de posities van deze O- en B-sterren nauwkeurig in kaart te brengen en de Doppler-verschuivingen van het radiospectrum te gebruiken om hun bewegingssnelheden te bepalen. Toen ze dit met veel sterren deden, ze waren in staat om gecombineerde radio- en optische kaarten van de spiraalarmen van de Melkweg te produceren. Elke arm is genoemd naar de sterrenbeelden die erin bestaan.

Astronomen denken dat de beweging van het materiaal rond het galactische centrum begint dichtheidsgolven (gebieden met hoge en lage dichtheid), net zoals je ziet wanneer je cakebeslag roert met een elektrische mixer. Men denkt dat deze dichtheidsgolven de spiraalvormige aard van de melkweg veroorzaken.

Dus, door de lucht op meerdere golflengten te onderzoeken (radio, infrarood, zichtbaar, ultraviolet, X-ray) met verschillende telescopen op de grond en in de ruimte, we kunnen verschillende weergaven van de Melkweg krijgen.

Het Doppler-effect

Net zoals het hoge geluid van de sirene van een brandweerwagen lager wordt naarmate de vrachtwagen wegrijdt, de beweging van sterren beïnvloedt de golflengten van het licht dat we van hen ontvangen. Dit fenomeen wordt het Doppler-effect genoemd. We kunnen het Doppler-effect meten door lijnen in het spectrum van een ster te meten en deze te vergelijken met het spectrum van een standaardlamp. De hoeveelheid Dopplerverschuiving vertelt ons hoe snel de ster ten opzichte van ons beweegt. In aanvulling, de richting van de Dopplerverschuiving kan ons de richting van de beweging van de ster vertellen. Als het spectrum van een ster naar het blauwe uiteinde wordt verschoven, de ster beweegt naar ons toe; als het spectrum naar het rode uiteinde wordt verschoven, de ster beweegt van ons weg.

Melkwegstructuur

2008 Hoe werkt het

Volgens het classificatiesysteem van Edwin Hubble, de Melkweg is een spiraalstelsel, hoewel recenter karteringsbewijs aangeeft dat het mogelijk een balkspiraalstelsel . De Melkweg heeft meer dan 200 miljard sterren. Het is ongeveer 100, 000 lichtjaar in diameter, en de zon staat ongeveer 28, 000 lichtjaar van het centrum. Als we kijken naar de structuur van de Melkweg zoals deze er van buitenaf uitziet, we kunnen de volgende onderdelen zien:

1. Galactische schijf: Dit is waar de meeste sterren van de Melkweg zich bevinden. De schijf is gemaakt van oude en jonge sterren, evenals grote hoeveelheden gas en stof. Sterren in de schijf draaien in ongeveer cirkelvormige banen om het galactische centrum. (Gravitatie-interacties tussen de sterren zorgen ervoor dat de cirkelvormige bewegingen een op-en-neer beweging hebben, als paarden in een draaimolen). De schijf zelf is opgedeeld in deze delen: Kern: Het midden van de schijf bobbel: Dit is het gebied rond de kern, inclusief de directe gebieden boven en onder het vlak van de schijf. Spiraalarmen: Deze gebieden strekken zich vanuit het centrum naar buiten uit. Ons zonnestelsel bevindt zich in een van de spiraalarmen van de Melkweg.
2. Bolvormige sterrenhopen: Een paar honderd hiervan zijn verspreid boven en onder het vlak van de schijf. Bolvormige clusters draaien om het galactische centrum in elliptische banen waarin de richtingen willekeurig verspreid zijn. De sterren in de bolhopen zijn veel oudere sterren dan die in de galactische schijf, en er is weinig of geen gas en stof.
3. Halo: Dit is een grote, zwak, gebied dat de hele melkweg omringt. De halo is gemaakt van heet gas en mogelijk donkere materie.

Al deze componenten draaien om de kern en worden bij elkaar gehouden door de zwaartekracht. Omdat zwaartekracht afhankelijk is van massa, je zou kunnen denken dat het grootste deel van de massa van een melkwegstelsel in de galactische schijf of nabij het centrum van de schijf zou liggen. Echter, door de rotatiecurven van de Melkweg en andere sterrenstelsels te bestuderen, astronomen hebben geconcludeerd dat het grootste deel van de massa zich in de buitenste delen van de melkweg bevindt (zoals de halo), waar weinig licht wordt afgegeven door sterren of gassen.

De zwaartekracht van de Melkweg werkt op twee kleinere satellietstelsels, de Grote en kleine Magelhaense wolken (vernoemd naar Ferdinand Magellan, de Portugese ontdekkingsreiziger). Ze cirkelen onder het vlak van de Melkweg en zijn zichtbaar op het zuidelijk halfrond. De Grote Magelhaense Wolk is ongeveer 70, 000 lichtjaar in diameter en 160, 000 lichtjaar verwijderd van de Melkweg. Astronomen denken dat de Melkweg in feite gas en stof van deze satellietstelsels wegzuigt terwijl ze om hun baan draaien.

Hoeveel sterren zijn er in de Melkweg?

Het is ingewikkeld, maar je kunt Newtons versie van de derde wet van Kepler gebruiken om erachter te komen hoeveel sterren er in de Melkweg zijn. EL Wright (UCLA), Het COBE-project, DIRBE, NASA

We hebben eerder vermeld dat astronomen het aantal sterren in de Melkweg hebben geschat op basis van metingen van de massa van de melkweg. Maar hoe meet je de massa van een sterrenstelsel? Je kunt het natuurlijk niet op een weegschaal zetten. In plaats daarvan, je gebruikt zijn orbitale beweging. Van Newtons versie van Kepler's derde wet van planetaire beweging, de omloopsnelheid van een object in een cirkelvormige baan, en een beetje algebra, je kunt een vergelijking afleiden om de hoeveelheid massa (M _R ) die binnen een cirkelbaan met een straal (r) ligt.

1. Omloopsnelheid van een cirkelvormig object ( v ) v=2Πa/p
2. Omdat het een cirkelvormige baan is, a wordt straal (r) en M wordt de massa binnen die straal (M _R ). m _R rv ² /G

Voor de Melkweg, de zon staat op een afstand van 2,6 x 10 ²⁰ meter (28, 000 lichtjaar) en heeft een omloopsnelheid van 2,2 x 10 ⁵ meter/seconde (220 km/s), we krijgen die 2 x 10 ⁴⁹ kg ligt in de baan van de zon. Aangezien de massa van de zon 2 x 10 . is ³⁰ , dan moet er 10 . zijn ¹¹ , of ongeveer 100 miljard, zonnemassa's (zonneachtige sterren) binnen zijn baan. Als we het gedeelte van de Melkweg toevoegen dat buiten de baan van de zon ligt, we krijgen ongeveer 200 miljard sterren.

Veel meer informatie

HowStuffWorks-artikelen

• Hoe sterrenstelsels werken
• Hoe sterren werken
• Hoe de zon werkt
• Hoe donkere materie werkt
• Hoe zwarte gaten werken
• Hoe licht werkt
• Hoe de Hubble-ruimtetelescoop werkt
• Hoe telescopen werken
• Hoe SETI werkt

Meer geweldige links

• Het heelal begrijpen:Galaxy Tour
• GALEX Galaxy Evolution Explorer
• NASA Stel je het heelal voor

bronnen

• Een kaart van de Melkweg. http://www.atlasoftheuniverse.com/milkyway.html
• Een lerarengids voor het universum. http://www.astro.princeton.edu/~clark/teachersguide.html
• Amerikaans natuurhistorisch museum. "Onze plaats in de ruimte, de Melkweg." http://www.amnh.org/ology/astronomy/milkyway/index.htm
• Arny, TT "Verkenningen en een inleiding tot de astronomie." Mosby, 1994.
• Bennett, J. et al. "The Cosmic Perspective (derde editie)." Peerson, 2004.
• Chaisson, e., McMillan, S. "Astronomie vandaag." Prentice-zaal, 2002.
• Ontdekkend onderwijs. Het heelal begrijpen:Galaxy Tour. http://school.discoveryeducation.com/schooladventures/universe/galaxytour/index.html
• Henry, J.Patrick et al. "De evolutie van Galaxy Clusters." Wetenschappelijke Amerikaan, December 1998. http://atropos.as.arizona.edu/aiz/teaching/a204/darkmat/SciAm98b.pdf
• Kaufmann, WJ "Universe (vierde editie)." WH Freeman &Co., 1994.
• Melkweg met meerdere golflengten. http://mwmw.gsfc.nasa.gov/
• NASA Stel je het heelal voor. Boek "Het verborgen leven van sterrenstelsels". http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/teachers/galaxies/imagine/titlepage.html
• NASA Stel je het heelal voor. "Het verborgen leven van sterrenstelsels" poster. http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/teachers/galaxies/imagine/poster.jpg
• NASA Stel je het heelal voor. "Het Melkwegstelsel." http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/features/objects/milkyway1.html
• NASA/JPL GALEX. http://www.galex.caltech.edu
• zaden, MA "Stars &Galaxies (tweede editie)." Brooks/Cole, 2001.
• Windows naar het universum. "Het Melkwegstelsel - Ons Huis." http://www.windows.ucar.edu/tour/link=/the_universe/Milkyway.html
• WMAP Kosmologie 101:Het Melkwegstelsel. http://map.gsfc.nasa.gov/m_uni/uni_101mw.html