Het heelal vanuit menselijk perspectief

Share Button

In onze leefomgeving op planeet Aarde zijn we gewend aan afstanden van meters of kilometers, materie met dichtheden variërend tussen die van lucht en metalen, en temperaturen die niet verder dan enkele tientallen graden afwijken van het vriespunt van water. Als mensen denken we in tijdschalen tot ongeveer een eeuw, maar meestal veel korter. Het contrast met het heelal als geheel is enorm. Vanuit kosmisch perspectief is de Aarde in vele opzichten een bijzondere plaats, sterk afwijkend van de norm.

Vanaf de Aarde zien we maximaal enkele duizenden sterren met het blote oog, plus een handvol planeten, en natuurlijk de Zon en de Maan. Als we het zonnestelsel verlaten blijven alleen de sterren over. Deze sterren zijn onze naaste buren in ons sterrenstelsel, de Melkweg. Echter, vanaf vrijwel elke plaats in het heelal is er helemaal niks te zien: niet één ster, laat staan meer heldere hemellichamen. Zelfs andere sterrenstelsels, waarvan je er (als je geluk hebt) enkele kunt zien op Aarde als zwakke nevels, zijn bijna overal afwezig.

Natuurlijk is het geen toeval dat wij in een van de zeldzame locaties (ongeveer een miljoenste van het heelal) leven waar wél sterren te zien zijn. Leven zoals dat op Aarde kan niet ontstaan in de praktisch lege ruimte waaruit bijna het hele heelal bestaat. Na de Oerknal was materie gelijkmatig verdeeld, maar sindsdien heeft het zich onder invloed van zwaartekracht sterk samengeklonterd tot hoge lokale dichtheden in de vorm van groepen sterrenstelsels, en wij leven in een van deze relatief kleine gebiedjes. Daartussen bevinden zich gigantische gebieden van vrijwel lege ruimte.

Een representatieve foto van het heelal.

Een representatieve foto van het heelal.

Het heelal is niet alleen volledig donker op veruit de meeste plaatsen, maar ook ijskoud. In de afwezigheid van sterren, en dus warmtebronnen, ligt de temperatuur slechts 3 graden boven het absolute nulpunt (dus zo’n -270 graden Celsius). Dit is namelijk de temperatuur van de `achtergrondstraling’, straling die kort na de Oerknal ontstond en overal aanwezig is.

Het heelal is dus koud, donker, leeg… maar vooral groot.

Ga maar na: de gemiddelde dichtheid van het heelal komt overeen met enkele waterstofatomen per kubieke meter. Dit is niet wegens een gebrek aan massa; het zichtbare heelal[1] herbergt naar schatting zo’n 100 miljard sterrenstelsels, die op hun beurt rond de 100 miljard sterren bevatten. Een gemiddelde ster weegt 100.000 keer zoveel als de Aarde. Daarnaast is er nog een grotere hoeveelheid massa in de vorm van geheimzinnige donkere materie en donkere energie. Niettemin is de gemiddelde dichtheid van het heelal extreem laag: ruimte is nog veel overvloediger dan massa.

Als we de leeftijd van het heelal vergelijken met haar afmeting, ontdekken we dat het heelal eerder groot dan oud is. Het volume van het zichtbare heelal is gelijk aan 1082 (een 1 met 82 nullen) keer het volume van een mens. De leeftijd van het heelal, daarentegen, is slechts 100 miljoen (108) keer de typische leeftijd van een mens. Een ander voorbeeld: de leeftijd van de Aarde beslaat maar liefst een derde van de leeftijd van het heelal, maar het volume van de Aarde is volledig verwaarloosbaar in het heelal. Dit verschil is wel heel extreem, en heeft twee redenen: de naar menselijke maatstaven hoge lichtsnelheid (zo’n 300.000 kilometer per seconde) en het aantal ruimtelijke dimensies van het heelal (drie). De lichtsnelheid is nauw gerelateerd aan de snelheid waarmee het heelal uitzet, en het aantal dimensies van de ruimte zorgt ervoor dat een grote verhouding tussen afstanden leidt tot een nog veel grotere verhouding tussen volumes.

Sterrenstelsels zijn oases van massa en licht in een verder koud en leeg heelal. Bron: Wikimedia Commons

Sterrenstelsels zijn oases van massa en licht in een verder koud en leeg heelal. Bron: Wikimedia Commons

Chemische samenstelling

Ten slotte is er nog een groot verschil tussen de chemische elementen die we op Aarde tegenkomen en degene die het meest voorkomen buiten de Aarde. Een mens bestaat voor ongeveer twee derde uit zuurstof (per massa-eenheid). Dit komt doordat we vooral uit water bestaan. De rest is vooral koolstof en waterstof, en in mindere mate stikstof, calcium en fosfor. Zuurstof is met zo’n 50% ook het meestvoorkomende element in de aardkorst, gevolgd door silicium, aluminium en ijzer (gesteente bestaat voor een groot gedeelte uit silicium dioxide).

Nu naar het heelal: hier komen we juist vooral de lichtste elementen waterstof (74%) en helium[2] (24%) tegen, die al kort na de Oerknal zijn gevormd. Zwaardere elementen als koolstof, zuurstof en ijzer zijn gevormd bij kernfusie in sterren, en tijdens explosies van zware sterren (supernova’s). Zij vormen twee procent van alle elementen in het heelal. De reden dat de Aarde juist hoge concentraties van deze elementen bevat maar (relatief) weinig waterstof en helium is dat deze lichte elementen zijn weggeblazen door de zonnewind kort na de vorming van de Aarde. In de zware planeten verder weg van de Zon, zoals Jupiter, komen deze wel volop voor.

Noten
[1] Het zichtbare heelal is het gedeelte van het heelal van waaruit informatie ons heeft kunnen bereiken sinds de Oerknal. Hoe groot het heelal als geheel is, en of haar volume überhaupt eindig is, is onbekend.
[2] Helium is nota bene voor het eerst ontdekt in het spectrum van de Zon (vandaar de naam). In 1868 vond men tijdens een zonsverduistering een lijn op een specifieke golflengte in dit spectrum die duidde op de aanwezigheid van een toen onbekend element.

Share Button

Lennart van Haaften

Van jongs af aan ben ik geïnteresseerd in ons heelal, en dit leidde tot de opleiding natuur- en sterrenkunde en klimaatfysica. Door de jaren ben ik me naast deze zuiver wetenschappelijk kant ook steeds meer gaan bezighouden met de invloed van technologie op onze samenleving. De vooruitgang in levenskwaliteit is grotendeels te danken aan nieuwe natuurwetenschappelijke en technische inzichten, zoals elektriciteit, communicatiemiddelen en geneeskunde. Aangezien deze ontwikkelingen in hoog tempo doorgaan, kunnen we verwachten dat onze leefwereld er over enkele decennia heel anders uitziet dan nu. Op Visionair.nl schrijf ik over deze belangrijke ontwikkelingen, en over de ethische aspecten en risico's ervan.

Dit vind je misschien ook interessant:

44 reacties

  1. Elrandy schreef:

    Niets van waar,  bovendien, er is geen bewijs voor…..
    CHECK UW BRONNEN NA !
    De verzonnen nep oerknal liep gelukkig af met een sisser !

  2. Julie schreef:

    Lennart, hartelijk dank voor deze informatie, die leest als een spannend verhaal. Ik kreeg bovendien ook antwoord op mijn nooit uitgesproken vraag waarom de aarde wel zuurstof heeft en water en andere planeten niet.
    Verder schrijf je: ruimte is nog veel overvloediger dan massa. Eigenlijk: ruimte/tijd toch?

    • Lennart schreef:

      Hoi Julie, in dit artikel heb ik ruimte en tijd bewust gescheiden. Maar voor de ruimte-tijd geldt die uitspraak ook. Maar tijd is veel schaarser dan massa in het heelal, als je het vergelijkt met getallen waar wij op Aarde aan gewend zijn. De massa/leeftijd ratio van het zichtbare heelal is ongeveer een miljoen zonsmassa’s per seconde, veel meer dan bv de stroomsnelheid van een rivier. ;)

    • Lennart schreef:

      Moleculair zuurstof (O2) in de lucht wordt geproduceerd via fotosynthese. Dit gas komt niet of nauwelijks voor in de atmosferen van Venus en Mars. Die planeten hebben wel zuurstofatomen in hun gesteenten, net als de Aarde. De gasplaneten zoals Jupiter hebben een beetje zuurstof in hun atmosfeer maar dat valt in het niet bij hun grote voorraad waterstof en helium.

      • Julie schreef:

        Dat klopt: diep in de aarde vormden zich nieuwe gassen onder hoge druk: methaan, bestaande uit stikstof en waterstof, koolzuurgas een verbinding van koolstof met zuurstof, en water in de vorm van oververhitte waterdamp. De elementen waaruit ze bestaan zijn cruciaal voor het begin van leven. Deze elementen kwamen vrij uit duizenden vulkanen en vormden een atmosfeer. In plaats van opgesloten te zijn in gesteenten en kristallen, kunnen ze zich in de vorm van moleculen van een gas vrij gaan bewegen en met elkaar reageren, zodra de aarde voldoende is afgekoeld en de waterdamp tot water is gecondenseerd. In de oerzee konden vervolgens de eerste plantencellen ontstaan.

        • Paul.R schreef:

          Julie, ik heb een iets andere informatie, hoe denk je hier over? bij voorbaat mijn dank.
          Zuurstof is een tamelijk reactieve stof die zich langzaam verbindt met gesteenten. Daardoor kan zuurstof niet langdurig in de atmosfeer van een planeet voorkomen, tenzij er plantengroei is die zuurstof produceert. De aardatmosfeer of dampkring is de atmosfeer of lucht om de aarde.
          De atmosfeer is door de zwaartekracht aan de aarde gebonden en neemt ook deel aan de aardrotatie. De atmosfeer is van essentieel belang voor het leven op aarde; zonder atmosfeer zou het leven op aarde niet mogelijk zijn. De atmosfeer tempert het zonlicht en beschermt tegen schadelijke straling zoals ultraviolette straling. In de atmosfeer speelt zich ook het weer af dat met de zeestromen de energiebalans van de aarde in stand houdt. aardatmosfeer bestaat uit een mengsel van verschillende gassen. De volumeverhoudingen van die gassen in de onderste tot ongeveer 90 km van de atmosfeer is, op waterdamp na, vrijwel constant. Toen de aarde nog maar net bestond was het aandeel koolstofdioxide in de atmosfeer veel hoger dan nu. Dit kwam onder andere door de uitstoot van dit gas uit vulkanen. Na het verschijnen van fotosynthetiserende organismen werd het aandeel koolstofdioxide veel lager, en het aandeel van zuurstof veel hoger. Dit maakte meercellig leven mogelijk, omdat voor veel meercelligen zuurstof een essentiele voorwaarde is om te kunnen ademen. Vandaag de dag wordt het zuurstofgehalte in stand gehouden door groene planten en algen in de oceanen. Beide hebben daarin een ongeveer even groot aandeel. Tot zover in grote lijnen vastgesteld. De Endosymbionten- theorie beschrijft de herkomst van mitochondria en chloroplasten in eukaryote cellen en wordt tegenwoordig algemeen geaccepteerd. Volgens deze theorie stammen deze organellen bij eukaryoten (zoals planten, schimmels en dieren) af van deze cellen opgenomen prokaryoten als endosymbionten. Lees verder: endosymbionten
          Als we dan teruggaan naar het eerste levendmechanisme zoals dat nu bekend is nl de Cyanobaterien die de stromatolieten gevormd hebben, afzettingsgesteente dat vaak sterk gelaagd is en veel kalk bevat. Ze behoren tot de oudste fossielen en aangetroffen va ca 3,5 miljard jaar geleden. Deze cyanobacteria (blauwalgen) waren dus eigenlijk de eerste die gebruik maakte van fotosynthese om zuurstof te creeren, om zo de weg vrij te maken voor al het levendmechanisme wat daarna is ontstaan. Mvg, Paul.

        • Julie schreef:

          Ik ga even weg :).

        • Lennart schreef:

          Klinkt goed Paul, is dat van jouw website?

        • antares schreef:

          Wow Paul, je kunt wel zien dat jij hier ook thuishoort. :)

        • Paul.R schreef:

          Lennart, idd dat is van mijn website, hier ben ik nog druk mee bezig om het verder uit te werken, kost veel tijd maar wel zeer leerzaam. Wikipedia is hierin mijn leerboek. Mvg, Paul.

        • Anno schreef:

          Paul,
          Op je voorpagina is links onderin een stukje javascript zichtbaar (van google analytics).

          Verder als je problemen tegenkomt bij het ontwikkelen van je website kan ik wel helpen, ook als je advies wilt over SEO (hoger in de zoekmachines komen) wilt, of (gratis) hosting nodig hebt.

          mvg 

        • Paul.R schreef:

          Anno, mijn hartelijke dank voor het aanbod, ik zal het binnenkort veranderen en als ik je nodig heb, weet ik je te vinden. Nogmaals mijn dank. Mvg, Paul.

        • Julie schreef:

          Die cyanobacteria leefden in de diepzee, dat wil zeggen in water. Dus eerst vormde zich water op de manier zoals ik beschreef, daarna werd zuurstof geproduceerd volgens jouw beschrijving, waarbij de cyanobacteria de eerste cel is die fotosynthese toepast zoals jij stelt.

  3. Stef schreef:

    Elrandy,

    verzonnen nep oerknal :) je wilt het wel kracht bij zetten door het zelfde dubbel te benadrukken. Er is nergens kijhard bewijs voor als het gaat om wetenschap m.b.t. het heelal (verder dan ons zonnestelsel). Meestal puur op aannemens gebaseerd en daaruitvoortvloeiend ontzettend lastige berekeningen waaruit wetenschappers / geleerde hun conclusies trekken. Als je dit al de grond in wilt branden wat doe je dan op deze site? 

  4. Paul.R schreef:

    Ja, dit onderwerp is een gevoelige snaar, de wetenschap buiteld nog steeds over elkaar heen. Men heeft het wel een wetmatigheid gegeven en zolang er geen andere gegevens boven water komen, zal die wetmatigheid blijven bestaan. De basis is hierin het element waterstof. Eigenlijk onvoorstelbaar gegeven, dat hieruit alles zou moeten ontstaan zijn. Mvg, Paul. ;)

  5. Lennart schreef:

    Inderdaad Stef en Paul. De Oerknal is simpelweg verreweg de beste theorie die we hebben voor het ontstaan van het heelal. Het verklaart een hoop totaal verschillende waarnemingen, zoals de achtergrondstraling (gevormd zo’n 400.000 jaar na de Oerknal toen protonen en electronen samen waterstofatomen vormden) en de verhouding tussen de elementen waterstof en helium, die gevoelig afhangt van het temperatuursverloop in de eerste minuten na de Oerknal. Verder de duidelijk waargenomen expansie van het heelal, en de manier waarop materie samenklondert tot sterrenstelsels. We hebben ook nog nooit een ster of ander object ontdekt dat ouder is dan de 13.75 miljard jaar die het heelal oud is volgens de beste modellen van dit moment.

    Of de daadwerkelijk een singulariteit was is overigens niet duidelijk (de bekende natuurwetten gelden niet bij enorme energieen en dichtheden), maar dat doet niks af aan alles wat daarna gebeurt is.

    • Paul.R schreef:

      Lennart, net je verhaal en onderzoek over de X ray binary gelezen bij Linkdln, is het misschien een goed idee om dit verhaal en wat uitgebreider hier op visionair te plaatsen? en misschien heb je dat al eens gedaan bij visionair, dan graag even de link hier naar toe. Bij voorbaat mijn dank. Mvg, Paul.

  6. Zebbie schreef:

    Deze slimme knaap is anderzijds goed bezig met de oerknal naar de prullenbak te verwijzen.

     http://www.scientias.nl/12-jarige-hard-op-weg-om-oerknal-te-weerleggen/28484

    Of hij gelijk zal hebben zal de tijd uitwijzen. 

  7. Paul.R schreef:

    Beste Gerard, je stuk net zitten lezen, ik denk dat je het wel aardig op een rijtje heb staan, ik zeg denk, daar het een hypothese is van jouw kant. De wetenschap zeg niet voor niets, “uit het niets, ontstaat iets” , dit zeggen ze niet zonder redenen nl er moet altijd iets gewezen zijn, maar tot op heden niet aantoonbaar vast gelegd. Dan schrijf je:
    — Dit ontstaan van deeltjes gebeurt niet op 1 punt maar ‘overal’, tot in het oneindige.
    Dit heeft een wetmatigheid.
    Er is dus geen Big bang vanuit 1 oneindig klein punt, ontstaan van materie vind ‘overal’ in het vacuüm plaats, tot in het oneindige. Dit heeft absoluut nog geen wetmatigheid. de Big Bang is een eenmalige gebeurtenis geweest, die ging verder met het uitdijen zoals je in de eerste regel weergeeft. Maar welke hypothese je er op los wilt laten, het kan niet anders zijn, dat er eenmalig begin was, dat is de logica. mvg, Paul.

    • Gerard schreef:

      Dank voor je reactie Paul, natuurlijk is ook mijn theorie maar een theorie, alleen volgens mijn gedachte theorie dijt het heelal niet uit en is deze extreem veel ouder dan de 13,7 miljard jaar, en oneindig groot.
       

  8. Paul.R schreef:

    Beste Gerard, wederom ben ik het niet met je gedachtengang eens. Het is een redelijke wetmatigheid dat het heelal in de konstante aan het uitdijen is. Hoe snel enof langzaam dit gaat weet ik niet, ook het doel niet. Laat staan dat we hier een logica in kunnen vinden.  ;)
    http://nl.wikipedia.org/wiki/Heelal
    Dit is ook wel een hypothese, maar wel interressant om te lezen, het gaat een stukje verder dan jouw gedachtengoed. Mvg, Paul. :D
    http://www.natuurwetenschappen.nl/modules.php?name=News&file=article&sid=726

  9. haushofer schreef:

    Paul, je hoeft geen extra dimensies in te voeren om golven te beschrijven. Golven zijn bepaalde bewegingen in een bepaalde ruimte beschreven door zgn golfvergelijkingen, en de golflengte is een karakteristiek voor deze beweging. Het aantal ruimtelijke dimensies vertelt je iets over het aantal vrijheidsgraden wat b.v. een deeltje of golf heeft in die ruimte. Dat zijn twee verschillende dingen.
     
     

  10. Paul.R schreef:

    Beste hausofer, Bedankt voor de uitleg, weer wat geleerd. Mvg Paul.  :-D

  11. haushofer schreef:

    Beste Paul, ik heb je website es bekeken, en ik kan me herinneren dat ik ooit es iemand heb ontmoet die soortgelijke ideeën had. Dat was zo’n vijf jaar geleden met een groepje studenten uit Groningen tijdens een boottochtje naar Franeker om o.a. naar het planetarium te gaan. Kan het zijn dat op jouw boot was? Zou wel grappig zijn :D

    • Paul.R schreef:

      Beste haushofer, binnenvaart heeft me nooit aangetrokken. De grote plas is mijn favoriet. De ruimte, met de zee als horizon. De stilte, ondanks de motoren. Hier vond ik altijd de rust en evenwicht en tussen door werken. Nog rijd ik soms midden in de nacht naar de afsluitdijk en dan even uitwaaien en weer frisse mind laden.
      Doorgaans worden dan ook vele vraagstukken beantwoord. Mvg Paul. ;-)

  12. Haushofer schreef:

    Hi Paul, je spreekt tegen zoonvanzeemansoren die ook wel es mee is geweest om wat zeemanservaring op te doen, dus ik kan het me goed voorstellen ;) 
     
    Heb ooit nog es een week op zee gestudeerd voor wiskundetentamens, daar werden ook een boel vraagstukken beantwoord :P

Geef een reactie

Advertisment ad adsense adlogger