Als je naar de nachtelijke hemel kijkt, is er een zachte, overweldigende lichtband die je onmogelijk kunt missen. Deze betoverende strook, zichtbaar aan de horizon en gebogen over de uitgestrektheid, is al eeuwenlang een onderwerp van menselijke fascinatie. De oude Grieken noemden het 'galaxies kuklos' of 'melkcirkel', en de Romeinen noemden het de 'Melkweg ."

Het was in het jaar 1610 dat Galileo Galilei, met behulp van een van de eerste telescopen, deze hemelse gloed begon te ontcijferen. Zijn baanbrekende observaties brachten een adembenemend feit aan het licht:de straling van de Melkweg is het resultaat van miljarden zwakke sterren die onze kosmische omgeving omhullen.

Met die cruciale openbaring in gedachten, ga met ons mee op ontdekkingsreis terwijl we ons eigen sterrenstelsel verkennen. We onderzoeken de grootte, vorm en structuur ervan, bespreken de beweging van de sterren en zien hoe deze zich verhouden tot andere sterrenstelsels.

1. De Melkweg verkennen vanuit het binnenste van de Melkweg
2. Vroege Melkwegtheorieën
3. Bolvormige sterrenhopen en spiraalnevels
4. Welke vorm heeft de Melkweg?
5. Ga de radiotelescoop binnen
6. Het Doppler-effect
7. Melkwegstructuur
8. Hoeveel sterren zijn er in de Melkweg?

De Melkweg verkennen vanuit het binnenste van de Melkweg

De Melkweg, ons hemelse thuis, fascineert astronomen al eeuwenlang. Het is een enorm sterrenstelsel, een groot systeem dat sterren, gas (voornamelijk waterstof), stof en donkere materie omvat, allemaal met elkaar verbonden door de zwaartekracht.

Terwijl we door de kosmos navigeren, ontstaat er een intrigerend raadsel:hoe ziet de Melkweg er werkelijk uit? Waaruit bestaat het en wat is de vorm ervan? Deze fundamentele vragen houden astronomen al generaties lang bezig, en het vinden van antwoorden was geen gemakkelijke opgave.

Eén belangrijke uitdaging komt voort uit ons unieke perspectief:we bevinden ons in de Melkweg, wat het moeilijk maakt om de vorm en inhoud ervan te onderscheiden. Vroege astronomen werden geconfronteerd met veel beperkingen vanwege de technologie van hun tijd, waaronder relatief kleine telescopen met een beperkt bereik en beperkte vergrotingsmogelijkheden, die alleen zichtbaar licht konden detecteren.

Bovendien werd hun zicht op de Melkweg belemmerd omdat deze gehuld is in kosmisch stof, vergelijkbaar met turen door een meedogenloze stofstorm. Ooit dachten ze dat het alle sterren aan de hemel bevatte.

Gelukkig luidde de 20e eeuw opmerkelijke vooruitgang in de telescooptechnologie in, waardoor astronomen door deze hemelse nevel heen konden dringen en diep in de ruimte konden kijken. Deze krachtige instrumenten onthulden een verbazingwekkende waarheid:de Melkweg is niet zomaar een verzameling sterren, maar een sterrenstelsel met een sierlijke spiraalvorm. En in tegenstelling tot wat vaak wordt gedacht, staat ons zonnestelsel daar niet in het centrum.

Deze nieuwe kennis benadrukt de enorme uitgestrektheid van het universum, aangezien de Melkweg slechts één van de talloze sterrenstelsels is die de kosmos bevolken. Laten we nu eens kijken naar enkele vroege theorieën over ons bescheiden sterrenstelsel.

Vroege Melkwegtheorieën

Zoals we al zeiden, ontdekte Galileo dat de Melkweg bestaat uit zwakke sterren, die er minder helder uitzien dan andere sterren, omdat ze minder licht afgeven of omdat ze ver van ons verwijderd zijn.

We kennen dus de samenstelling van het sterrenstelsel, maar hoe zit het met de vorm ervan? Hoe kun je de vorm van iets zien als je erin zit? Aan het eind van de 18e eeuw stelde astronoom Sir William Herschel deze vraag.

Herschel redeneerde dat als de Melkweg een bol was, we talloze sterren in alle richtingen zouden zien. Daarom telden hij en zijn zus Caroline alle sterren in meer dan 600 delen van de hemel.

Ze ontdekten dat er meer sterren waren in de richtingen van de band van de Melkweg dan erboven en eronder. Herschel concludeerde dat de Melkweg een schijfvormige structuur was. En omdat hij in alle richtingen langs de schijf ongeveer hetzelfde aantal sterren vond, concludeerde hij dat de zon zich nabij het midden van de schijf bevond.

Rond 1920 mat een Nederlandse astronoom genaamd Jacobus Kapteyn de schijnbare afstanden tot nabije en verre sterren met behulp van de techniek van parallax. Omdat bij parallax de bewegingen van sterren werden gemeten, vergeleek hij de bewegingen van verre sterren met nabije sterren.

Hij concludeerde dat de Melkweg een schijf was met een diameter van ongeveer 20 kiloparsec, oftewel 65.200 lichtjaar (één kiloparsec =ongeveer 3260 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 afwisselend elk oog opent en sluit, zult u merken dat uw duim tegen de achtergrond lijkt te verschuiven. Dit fenomeen wordt een ‘parallaxverschuiving’ genoemd. Astronomen observeren een soortgelijk effect bij sterren als gevolg van de baan van de aarde.

Door de sterposities zes maanden na elkaar te vergelijken, meten ze deze parallaxhoek (Θ). Met behulp van Θ en de baanradius van de aarde (R) berekenen ze de afstand van een ster (D) als:D =RCotΘ . Dit is effectief voor sterren binnen 50 parsecs. Voor verder gelegen sterren worden andere methoden met betrekking tot helderheid gebruikt.

Bolvormige sterrenhopen en spiraalnevels

Rond de tijd dat Kapteyn zijn model van de Melkweg publiceerde, merkte zijn collega Harlow Shapely op dat een type sterrenhoop, een bolvormige sterrenhoop genoemd, een unieke verspreiding aan de hemel had.

Hoewel er binnen de Melkwegband weinig bolvormige sterrenhopen zijn gevonden, bevonden zich 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 relatie tussen helderheid en afstand.

Volgens zijn waarnemingen werden bolvormige sterrenhopen gevonden in een bolvormige verspreiding en geconcentreerd nabij het sterrenbeeld Boogschutter. Shapely concludeerde dat het centrum van het sterrenstelsel zich nabij Boogschutter bevond, en niet de zon, en dat de Melkweg een diameter van ongeveer 100 kiloparsec had.

Shapely was betrokken bij een groot debat over de aard van spiraalnevels (vage lichtvlekken zichtbaar aan de nachtelijke hemel). Hij geloofde dat het ‘eilanduniversums’ waren, oftewel sterrenstelsels buiten de Melkweg. Een andere astronoom, Heber Curtis, geloofde dat spiraalnevels deel uitmaakten van de Melkweg.

Edwin Hubble's observaties van Cepheid-variabelen hebben uiteindelijk het debat beslecht:de nevels bevonden zich inderdaad buiten de Melkweg.

Maar er bleven nog steeds vragen bestaan. Welke vorm had de Melkweg en wat bestond er precies binnenin?

Welke vorm heeft de Melkweg?

Hubble bestudeerde sterrenstelsels en classificeerde ze in verschillende soorten elliptische en spiraalvormige sterrenstelsels. De spiraalstelsels werden gekenmerkt door schijfvormen met spiraalarmen. Het lag voor de hand dat, omdat de Melkweg schijfvormig was en spiraalstelsels schijfvormig, de Melkweg waarschijnlijk een spiraalstelsel was.

In de jaren dertig ontdekte astronoom R.J. Trumpler realiseerde zich dat de schattingen van Kapteyn en anderen over de grootte van het Melkwegstelsel niet klopten, omdat de metingen gebaseerd waren op waarnemingen in de zichtbare golflengten.

Trumpler concludeerde dat de enorme hoeveelheden stof in het vlak van de Melkweg licht in de zichtbare golflengten absorbeerden en ervoor zorgden dat verre sterren en clusters zwakker leken dan ze in werkelijkheid waren. Om sterren en sterrenhopen binnen de schijf van de Melkweg nauwkeurig in kaart te kunnen brengen, hebben astronomen daarom een ​​manier nodig om door het stof te kijken.

Betreed de Radiotelescoop

In de jaren vijftig werden de eerste radiotelescopen uitgevonden. Astronomen ontdekten dat waterstofatomen straling uitzonden in de radiogolflengten en dat deze radiogolven het stof in de Melkweg konden binnendringen.

Zo werd het mogelijk om elke spiraalarm van de Melkweg in kaart te brengen. De sleutel waren markersterren 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 zeer zichtbaar en vaak te vinden in kleine groepen of verenigingen.
• Warmte :Ze zenden meerdere golflengten uit (zichtbaar, infrarood, radio).
• Korte levensduur :Ze leven ongeveer 100 miljoen jaar, dus gezien de snelheid waarmee sterren rond het centrum van de Melkweg draaien, bewegen ze zich 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 kunnen gebruiken om hun bewegingssnelheid te bepalen. Toen ze dit met veel sterren deden, konden ze gecombineerde radio- en optische kaarten van de spiraalarmen van de Melkweg maken. Elke arm is genoemd naar de sterrenbeelden die erin voorkomen.

Astronomen denken dat de beweging van het materiaal rond het galactische centrum dichtheidsgolven veroorzaakt (gebieden met hoge en lage dichtheid), net zoals je ziet wanneer je cakebeslag roert met een elektrische mixer. Er wordt aangenomen dat deze dichtheidsgolven het spiraalvormige karakter van de Melkweg veroorzaken.

Door de hemel op meerdere golflengten (radio, infrarood, zichtbaar, ultraviolet, röntgen) te onderzoeken met verschillende telescopen op de grond en in de ruimte, kunnen we dus verschillende beelden van de Melkweg krijgen.

Het Dopplereffect

Net zoals het hoge geluid van de sirene van een brandweerwagen lager wordt naarmate de vrachtwagen wegrijdt, beïnvloedt de beweging van sterren de golflengten van het licht dat we van hen ontvangen. Dit fenomeen wordt het Dopplereffect 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.

Bovendien kan de richting van de Dopplerverschuiving ons de richting van de beweging van de ster vertellen. Als het spectrum van een ster naar het blauwe uiteinde wordt verschoven, beweegt deze naar ons toe; als het spectrum naar het rode uiteinde wordt verschoven, beweegt de ster van ons af.

Melkwegstructuur

Volgens het classificatiesysteem van Hubble is de Melkweg een spiraalstelsel, hoewel recenter kaartmateriaal aangeeft dat het mogelijk een balkspiraalstelsel is.

De Melkweg heeft meer dan honderden miljarden individuele sterren. Hij heeft een diameter van ongeveer 100.000 lichtjaar en de zon bevindt zich op ongeveer 28.000 lichtjaar van het centrum. Als we naar de structuur van de Melkweg kijken zoals deze er van buitenaf uitziet, kunnen we bepaalde delen zien.

Galactische schijf

De schijf van de Melkweg bestaat uit zowel oude als jonge sterren, met veel gas en stof. Sterren in de schijf draaien in bijna cirkelvormige banen rond het galactische centrum, met een lichte verticale beweging als gevolg van zwaartekrachtinteracties, die lijken op draaimolenpaarden.

De schijf heeft drie gebieden:de kern in het midden, de uitstulping rond de kern die zich iets boven en onder het vlak van de schijf uitstrekt en de spiraalarmen die naar buiten uitstralen. Ons zonnestelsel bevindt zich in een van deze armen, met name de Orion-arm. Andere armen zijn de Perseus-arm, de Boogschutter-arm en de Scutum-Centaurus-arm.

Bolvormige sterrenhopen

Enkele honderden bolvormige sterrenhopen zijn verspreid boven en onder het vlak van de galactische schijf en draaien in elliptische banen met willekeurig verspreide richtingen rond het galactische centrum.

De sterren in deze clusters zijn aanzienlijk ouder vergeleken met die in de galactische schijf, en de clusters bevatten weinig tot geen gas en stof.

Halo

De halo, een groot, schemerig gebied rondom de Melkweg, bestaat uit heet gas, donkere materie en oude sterren. Ondanks de schijnbare massa in de schijf en het centrum van het sterrenstelsel blijkt uit onderzoek naar de rotatiecurve dat de meeste massa zich in de halo bevindt, wat duidt op de aanwezigheid van donkere materie.

De zwaartekracht van de Melkweg beïnvloedt twee satellietstelsels, de Grote en de Kleine Magelhaense Wolken, zichtbaar vanaf het zuidelijk halfrond en die op verschillende posities rond ons hele sterrenstelsel draaien.

De Grote Magelhaense Wolk, met een diameter van ongeveer 14.000 lichtjaar en een afstand van 163.000 lichtjaar, kan als gevolg van zwaartekrachtinteracties gas en stof aan de Melkweg afgeven.

Relatie helderheid-afstand

Astronomen gebruiken apparaten zoals fotometers op telescopen om de helderheid van een ster te meten. Door de helderheid en afstand van een ster te kennen, kunnen ze de helderheid ervan berekenen met behulp van de formule:helderheid =helderheid x 12,57 x (afstand)².

De helderheid kan ook de afstand van een ster tot de aarde aangeven. Sterren als RR Lyrae en Cepheid-variabelen, die de helderheid voorspelbaar veranderen, dienen als benchmarks.

Om de helderheid van de bolvormige sterrenhopen te bepalen, heeft Shapely de perioden van helderheid van de RR Lyrae-sterren in de sterrenhopen gemeten. Toen hij eenmaal de lichtsterkten kende, kon hij hun afstanden tot de aarde berekenen.

Hoeveel sterren zijn er in de Melkweg?

We hebben eerder vermeld dat astronomen het aantal sterren in de Melkweg hebben geschat op basis van metingen van de massa van het sterrenstelsel. Maar hoe meet je de massa van een sterrenstelsel? Je kunt het uiteraard niet op een schaal zetten. In plaats daarvan gebruik je de orbitale beweging.

Uit Newtons versie van Kepler's Derde Wet van Planetaire Beweging, de omloopsnelheid van een object in een cirkelbaan en een beetje algebra, kun je een vergelijking afleiden om de hoeveelheid massa (Mr) te berekenen die binnen een cirkelvormige baan met een straal (r) ligt. ):

1. Baansnelheid 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 (Mr). Meneer rv2/G

Voor de Melkweg ligt de zon op een afstand van 2,6 x 10²⁰ meter (28.000 lichtjaar) en heeft een omloopsnelheid van 2,2 x 10⁵ meter/seconde (220 km/s). We krijgen dat er 2 x 10⁴⁹ kg in zit. de baan van de zon.

Omdat de massa van de zon 2 x 10³⁰ is, moeten er 10¹¹, of ongeveer 100 miljard, zonnemassa's (zonachtige sterren) in zijn baan zijn. Als we het gedeelte van de Melkweg dat buiten de baan van de zon ligt erbij optellen, krijgen we ongeveer 200 miljard sterren.

Dit artikel is bijgewerkt in combinatie met AI-technologie, vervolgens op feiten gecontroleerd en bewerkt door een HowStuffWorks-editor.

Veel beantwoorde vragen

Waar is de aarde in de Melkweg?

De aarde bevindt zich in het Melkwegstelsel. Het is ongeveer tweederde van de afstand vanaf het centrum van de Melkweg.

Veel meer informatie

HowStuffWorks-artikelen

• Hoe donkere materie werkt
• Hoe zwarte gaten werken
• Hoe de Hubble-ruimtetelescoop werkt
• Hoe SETI werkt

Bronnen

• Een kaart van de Melkweg. http://www.atlasoftheuniverse.com/milkyway.html
• Een docentenhandleiding voor het universum. http://www.astro.princeton.edu/~clark/teachersguide.html
• Amerikaans natuurhistorisch museum. "Onze plaats in de ruimte, het Melkwegstelsel." http://www.amnh.org/ology/astronomy/milkyway/index.htm
• Arny, T.T. "Verkenningen en inleiding tot de astronomie." Mosby, 1994.
• Bennett, J. et al. "Het kosmische perspectief (derde editie)." Pearson, 2004.
• Chaisson, E., McMillan, S. "Astronomie vandaag." Leerzaal, 2002.
• Ontdekkingsonderwijs. Het heelal begrijpen:Galaxy Tour. http://school.discoveryeducation.com/schooladventures/universe/galaxytour/index.html
• Henry, J. Patrick et al. "De evolutie van clusters van sterrenstelsels." Scientific American, 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 "De verborgen levens van sterrenstelsels". http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/teachers/galaxies/imagine/titlepage.html
• NASA Stel je het heelal voor. Poster "De verborgen levens van sterrenstelsels". 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
• Seeds, M.A. "Stars &Galaxies (tweede editie)." Brooks/Cole, 2001.
• Vensters naar het heelal. "Het Melkwegstelsel - ons thuis." 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