Tag Archief: ruimte

1 000 000 000 000 km op de teller

Deze column is in licht gewijzigde vorm verschenen in het juninummer van Eos.

Voor de uitnodiging voor zijn zesendertigste verjaardag rekende mijn vriend uit dat hij 315 576 uren geleden geboren was. Dat zijn 13 149 dagen. Nee, dat is niet deelbaar door 365, aangezien hij ook rekening hield met de extra schrikkeldagen (inclusief 2000, wat een schrikkeleeuw was).

Toen ik in mei dezelfde leeftijd bereikte, leek het me leuk om eens te schatten hoeveel afstand ik tijdens mijn leven al heb afgelegd. Laten we beginnen met de gewandelde kilometers. De aangeraden 10 000 stappen zouden gemiddeld overeenkomen met zo’n 12 tot 15 duizend km – het hangt er natuurlijk vanaf hoe groot je stappen zijn. Maar zelf heb ik nooit meegedaan met deze actie, dus laat me eens uitgaan van een gemiddelde van 2 km stappen per dag, dan komen we op mijn leeftijd aan meer dan 26 000 km. Door te leren fietsen wordt onze actieradius groter, maar ik heb zelf nooit fanatiek gefietst. Sportievelingen die willen meerekenen hebben vast een fietscomputer of -gps waar ze hun afgelegde kilometers op kunnen nakijken.

Ik ben opgegroeid in Limburg en we woonden te ver om te voet naar school of naar de winkel te gaan en ook het openbaar vervoer was (en is) er niet in de buurt. Op de teller van mijn eigen auto (nog steeds de eerste) blijkt dat het bakje ongeveer een afstand van 80 000 km heeft afgelegd: dat is twee keer de omtrek van de aarde. Maar voor verre verplaatsingen neem ik meestal de trein en ik heb tijdens mijn twintigerjaren geregeld gevlogen om op congres te gaan, waarvan twee keer naar de VS en één keer naar China. Ik schat mijn totale afstand afgelegd over de aarde in de orde van zo’n 300 duizend kilometer.

Afstand afgelegd met mijn autootje: 88888 km.

Gisteren was de afstand afgelegd met mijn autootje precies 88888 km. De acht is mijn lievelingscijfer, dus ging ik even aan de kant staan om deze foto te maken. ;-)

De aarde zelf staat natuurlijk niet stil: om te beginnen draait de aarde elk etmaal om haar as, wat correspondeert met zo’n 40 000 km per 24 uur. Althans op de evenaar. Elders moeten we rekening houden met de breedtegraad: dat is ongeveer 51° in Vlaanderen. Hierdoor leggen we in Vlaanderen meer dan 25 000 km af per etmaal (40 000 km × cos(51°) ), wat mij 330 miljoen afgelegde kilometers oplevert.

Zelfs voor echte globetrotters valt hun actieve reisafstand dus in het niets bij deze afstand, die we al slapend kunnen afleggen. Enkel mensen die nabij één van de aardpolen zouden wonen kunnen hun ruimtemijlen sterk beperken. Althans wat deze rotatie betreft, want aan de volgende term in de berekening kunnen ook zij niet ontsnappen. De aarde beschrijft namelijk jaarlijks een baan om de zon. De gemiddelde afstand tussen aarde en zon is ongeveer 150 miljoen km. De afstand die we daarbij afleggen is 940 miljoen km per jaar. In totaal zit ik met deze term alleen al aan bijna 34 miljard km. Opnieuw vallen alle vorige afstanden hierbij in het niets.

Maar ook het zonnestelsel als geheel beweegt ten opzichte van het centrum van het Melkwegstelsel en dit met een duizelingwekkende snelheid van 230 km/s. Dat betekent dat het zonnestelsel tijdens mijn leven al meer dan 260 miljard km heeft afgelegd. (Daarmee is het nog lang niet rond: een galactisch jaar duurt ongeveer 250 miljoen aardjaren.)

We zien andere sterrenstelsels van het onze wegbewegen, gemiddeld aan hogere snelheid naarmate ze verder van ons staan. Dit komt door de uitdijing van het heelal en wordt uitgedrukt met de Hubbleconstante, maar dit tel ik niet mee als afgelegde weg: het is immers afstand die erbij komt tussen sterrenstelsels. (Deze factor is wél van groot belang als we willen uitrekenen hoe lang we over een intergalactische reis zouden doen.)

Daarnaast beweegt de Melkweg met 630 km/s rond de Grote Attractor: een gebied in de ruimte met een extreem hoge zwaartekracht. Hierdoor zou ik tijdens mijn leven naar schatting nog eens meer dan 700 miljard km extra hebben afgelegd. In totaal dus ongeveer een biljoen kilometer! (Dat is een één met twaalf nullen erachter, zoals in de titel.) Hoe honkvast u ook dacht te zijn, ook u hebt niet stilgezeten.

Het is heel aannemelijk dat we deze schattingen de komende jaren nog zullen moeten bijstellen: hoe groter de afstanden, hoe groter de onzekerheid erop. Bovendien weten we niet of de Grote Attractor beweegt ten opzichte van een nog grotere structuur, die we (nog) niet kunnen waarnemen. Zo blijft mogelijk de grootste term in deze berekening een volstrekt onbekende.

[important]Las je deze blogpost in 5 minuten?
Dan ben je intussen een kwart miljoen km verder (ten opzichte van de Grote Attractor).[/important]

Foto van komeet Lovejoy?

Vanavond heb ik in de tuin rond 23u20 een foto gemaakt van de sterrenhemel – met een compactcamera en uit de losse hand. (Tot voor kort wist ik zelfs niet dat dat mogelijk was, maar met een goede camera blijkbaar wel!)

Op de foto zie je een deel van ‘mijn’ sterrenbeeld Stier en rechts bovenaan de Pleiaden. Maar het aangeduide, wazige vlekje: is dat nu komeet Lovejoy (C/2014 Q2)? Als ik me hierop en hierop baseer, moet het ongeveer kloppen.

Wie het weet mag het zeggen! :-)

Sneeuw.

Een stukje van de sterrenhemel vanavond. Deze foto is een beetje bewerkt voor beter contrast. Link naar onbewerkte foto.

Update [iets na middernacht]:
Twitter is handig! Stijn de Vos verwees me naar deze reddit en via daar vond ik dit plaatje. Het lijkt dus inderdaad zo te zijn dat komeet Lovejoy hier op de foto staat. Fijn! :-)

Als het morgen weer helder is, maak ik nog een foto om te checken of het ‘vlekje’ zich in de goede richting beweegt.

Nationale WetenschapsQuiz 2014

Binnenkort wordt de NWQ 2014 uitgezonden: namelijk op zondagavond 28 december om 22u35 op NPO 2. De vragen vind je hier. De deadline om mee te doen is inmiddels verstreken, maar je kan ook live meespelen op de avond zelf.

Wij hebben gisteravond thuis eens ons hoofd gebroken over de opgaven. En nu zijn we vooral benieuwd naar het officiële antwoord op de volgende vier vragen.

 

Vraag 4

De ruimtesonde New Horizons beweegt met een snelheid van 15 kilometer per seconde naar de rand van ons zonnestelsel. Stel dat hij in de richting van de Sombrero-nevel gaat, die zich op 50 miljoen lichtjaar afstand van de aarde bevindt, wanneer komt hij daar dan aan?

  • A. Over ongeveer 1000 miljard jaar
  • B. Over ongeveer 50 miljoen jaar
  • C. Nooit

Als je de opgave domweg invult, enkel rekening houdend met de gegevens in de opgave en de lichtsnelheid, dan bekom je antwoord A.

Maar wat als je rekening houdt met de expansie van het universum? De Hubble-constante geeft de snelheid waarmee verafgelegen gebieden zich van de aarde afbewegen. Deze constante bedraagt ongeveer 68 km/s per Megaparsec (Mpc). Volgens de opgave bevindt de Sombrero-nevel zich op 50 miljoen lichtjaar afstand van de aarde, dit is op ongeveer 15 MPc (want 1 Mpc is ongeveer 3,26 miljoen lichtjaar). Gebruik makend van de Hubble-constante beweegt de nevel zich dus met ongeveer 100 km/s van de aarde. Kortom, met een snelheid van 15 km/s zal de sonde de nevel nooit bereiken.

Daarom kiezen wij voor antwoord C.

 

Vraag 15

In een grote bak water van 4°C leg je een blok ijs. Wat gebeurt er met het waterniveau terwijl het ijs smelt?

  • A. Het stijgt
  • B. Het blijft gelijk
  • C. Het daalt

Trouwe kijkers van de Nationale WetenschapsQuiz herkennen hierin de obligate Archimedesvraag.

Het antwoord bij dit type vraag is – als mijn geheugen me niet bedriegt – in voorgaande edities bijna altijd geweest dat het gelijk blijft. Ook deze keer lijkt dit zo: het gewicht van het (drijvende) ijs is precies gelijk aan het gewicht van het verplaatste water. Als het ijs smelt kan het dus precies het volume innemen van het ijs dat aanvankelijk onder water zat. Het waterniveau blijft dan gelijk.

Maar dan kwam Danny met de opmerking dat water van 4°C de grootste dichtheid heeft. Als het ijs smelt, zal het water geen water van 4°C zijn, maar iets kouder. Dit water heeft dan een lagere dichtheid en dus een groter volume: het waterniveau stijgt.

Ons antwoord is dus A.

Tenzij we ons moeten voorstellen dat het water continu op 4°C wordt gehouden door een extern warmtebad, maar dan lijkt er geen reden te zijn om specifiek te vermelden dat het om water van 4°C gaat. Toch?

 

Vraag 11

Een stel heeft twee kinderen. Moeder vindt spruitjes niet bitter, vader wel. Het proeven van bitter is een dominante eigenschap van één gen. De werkzame en de niet-werkzame versie van dit gen komen even vaak voor. Wat is de kans dat beide kinderen de spruitjes niet bitter vinden smaken?

  • A. Een vierde
  • B. Een zesde
  • C. Een negende

Voor deze vraag over kansrekening denk ik dat het antwoord B is. Korte uitleg: in 2/3 van de gevallen heeft de vader precies één recessief gen, waarbij er telkens 1/2 kans is om het niet door te geven: 2/3 * 1/2 * 1/2 = 1/6.

Het enige dat me wat ongerust maakt is dat ik in dit geval de andere opties niet kan verklaren via voor de hand liggende fouten. Via een opzettelijk foute redenering kwam ik bij 1/8 uit, maar die optie staat er niet tussen. Daardoor twijfel ik nu of ik toch zelf niets over het hoofd zie. Spannend!

 

Vraag 7

Als je een oneindig grote vloer aaneengesloten zou betegelen met deze strikjes- en bootjestegels, wat is dan de verhouding tussen strikjes en bootjes?

  • A. 1 strikjestegel op 2 bootjestegels
  • B. Minder dan 1 strikjestegel op 2 bootjestegels
  • C. Meer dan 1 strikjestegel op 2 bootjestegels

De strikjes en tegels zie je links in de figuur hieronder. Op een zijde met uitstulping (driehoekjes in het origineel; cirkels bij mij) moet een zijde zonder uitstulping aansluiten.

Strikjes en bootjes.

Strikjes en bootjes.

Hierbij zijn we niet tot een antwoord gekomen. We berekenden wat hoeken, maar het probleem waren vooral de uitstulpingen, waardoor niet alle zijden op elkaar passen. Enig tekenwerk op papier leverde al snel op dat eenvoudige periodieke patronen niet kloppend te maken zijn. Om een beetje te kunnen puzzelen maakte ik bovenstaande oefening in Powerpoint. Daar liep ik vast.

Zou het hier om werkelijk om niet-periodieke (Penrose-) betegeling kunnen gaan? (En is dat misschien de reden voor de eerder vage opties B en C?)

Ha, Arnout Jaspers van KennisLink denkt alvast van wel!

 

Aanvulling:

De vragen die aansluiten bij ruimtevaart (vragen 4 en 8) worden hier bediscussieerd en wat vraag 4 betreft lijken ze hier ook tot optie C te besluiten. :-)

Er is ook een Reddit met discussie over alle vragen. Daar twijfelen ze ook nog over vraag 15, om precies dezelfde redenen als wij. En voor de kansrekeningvraag bekomt er iemand 1/4 en iemand anders 1/9, waardoor ik er iets geruster in ben dat mijn redenering toch juist is. :-P

Interstellar

Gisteren ben ik met Danny naar Interstellar gaan kijken, de nieuwe sciencefictionfilm van regisseur Christopher Nolan (die ook Inception regiseerde). In deze film wordt er – en daarmee verklap ik nauwelijks iets – gereisd door een wormgat. De visuele voorstelling van het wormgat werd mede ontwikkeld door theoretisch natuurkundige Kip Thorne en volgens Wikipedia zal de computergrafiek voor de film zo aanleiding geven tot twee wetenschappelijke publicaties.

Mijn mini-recensie (met spoilers! en een mening!) vind je hieronder (te lezen door op Show te klikken).

Spoiler Inside SelectShow
Interstellar.

Illustratie over Interstellar. (Bron afbeelding: Robin Davey.)

Aanvulling (27 november 2014)

Muggenzifters, ahoi! :-) Een aantal analyses van Interstellar door wetenschappers die de film hebben gezien:

  • Neil DeGrasse Tyson heeft lof voor de film (met name voor de relativistische effecten zoals tijddilatatie) en ook begrip voor het fictie-aspect.
  • Phil Plait van Bad Astronomy vond enkele fouten in de film, maar zette later enkele van zijn eigen misvattingen hierover recht. Ik vrees echter dat ik het eens ben met zijn uitspraak in het eerste stuk (die eigenlijk losstaat van eventuele wetenschappelijke accuratesse):

    I’d say that the real, basic problem with Interstellar is that it’s a movie that desperately wants to be profound, but simply isn’t.”

  • Nolan zegt over dit type analyses:

    My films are always held to a weirdly high standard for those issues that isn’t applied to everybody else’s films—which I’m fine with.

    en ook nog:

    There have been a bunch of knee-jerk tweets by people who’ve only seen the film once, but to really take on the science of the film, you’re going to need to sit down with the film for a bit and probably also read Kip’s book.

  • En een infographic kan natuurlijk niet ontbreken.

Maan en Jupiter samen op de foto

Onze maan vanavond.In dit bericht kom je te weten dat reuzenplaneet Jupiter ook aan photobombing doet. (Photobombing volgens Van Dale EN-NL: “het bederven van een foto door in beeld te springen op het moment dat deze genomen wordt”.)

Gisteren was het volle maan. Vanavond maakte ik een foto van de nog bijna volle maanschijf. Op het kleine plaatje hiernaast zie je het resultaat: het is dus mogelijk om met een compactcamera en zonder statief ongeveer de resolutie te halen zoals je de maan ook met het blote oog ziet. :-)

Op mijn tweede foto hieronder zie je links van de maan nog een helder stipje: dat is Jupiter.

Foto van Jupiter en onze maan.

Foto van Jupiter en onze maan.

Zowel Jupiter als de maan worden helder verlicht door de zon, die vanuit ons standpunt achter de horizon zit. Maar Jupiter is een reuzenplaneet, de grootste planeet van ons zonnestelsel, en dus veel groter dan onze maan. Doordat Jupiter zich echter zoveel verder van ons af bevindt, zien we de planeet maar als een klein stipje. Jupiters rode oog zien we niet (de reusachtige storm in zijn atmosfeer), terwijl we van de maan wel nog haar gezicht ontwaren (kraters op het maanoppervlak).

(meer…)

Bling bling in space

Eens om de zoveel tijd komt er een bericht in het nieuws over een vorm van diamant in de ruimte: in sterren, planeten, meteorieten, of satellieten. Eerder deze maand nog berichtte Eos erover dat het op Jupiter en Saturnus diamant zou regenen. Hierbij een overzicht in vijf stappen: van microscopisch kleine diamantkorrels naar kolossale klompen diamant en van kortbij naar verder weg.

Een grote diamant in de ruimte.

Een grote diamant in de ruimte. (Bron afbeelding.)

(1) Diamanten in meteorieten. We beginnen met stukjes uit de ruimte die op aarde te vinden zijn: sommige meteorieten bevatten diamant. Dit betekent niet automatisch dat het diamant afkomstig is uit de ruimte, want het zou ook kunnen ontstaan op het moment dat de meteoriet met een harde klap op de aarde neerstort. Voor beide vormingsprocessen zijn er aanwijzingen; het hangt van de specifieke meteoriet af.

Het oudste gekende voorbeeld stamt uit 1886: er viel toen een meteoriet in Mordovië (Rusland), waarvan twee jaar later werd vastgesteld dat die diamantkorrels bevatte. Er wordt nog steeds onderzoek verricht op deze meteoriet, in de hoop aan de weet te komen waar de meteoriet vandaan komt en hoe het diamant erin is ontstaan.

Fragment van de Canyon Diablo meteoriet.De bekendste inslagkrater van een meteoriet op aarde bevindt zich in een woestijn in Arizona: de Barringerkrater (vernoemd naar de Amerikaanse geoloog en mijnbouwingenieur Daniel Barringer). In de Cañon Diablo meteoriet, die deze krater veroorzaakte, werden in 1891 al harde korrels gevonden. In de jaren 1930 werd de meteoriet verder onderzocht en toen bleken de harde korrels kleine stukjes diamant te zijn. Nog later werd ontdekt dat deze diamantkorrels niet allemaal dezelfde structuur hebben als aards diamant: in aards diamant vormt het koolstof een kubische structuur, maar ongeveer een derde van het diamant in de Cañon Diablo meteoriet heeft een hexagonale structuur. Deze alternatieve vorm van diamant wordt lonsdaliet genoemd (ter ere van de Ierse kristallografe Kathleen Londsdale).

In 1971 viel er een meteoriet in Finland: de Haverö-meteoriet. In 2010 kwam deze meteoriet opnieuw in de belangstelling: het diamant hierin lijkt harder te zijn dan ander diamant dat op aarde gevonden wordt, omdat het zich nog moeilijker laat polijsten. Het is waarschijnlijk ontstaan tijdens de impact, doordat er een schokgolf door de laagjes grafiet ging.

Zo ziet de satelliet Proba-2 eruit (artist impression).

Zo ziet de satelliet Proba-2 eruit (artist impression door de Franse illustrator Pierre Carril). (Bron afbeelding: ESA.)

(2) Zonneblinde UV-sensoren. We wenden onze blik van de aarde af, naar omhoog. Er draait diamant in een baan om de aarde: de Europese satelliet Proba-2 die in 2009 is gelanceerd, heeft vier instrumenten aan boord. Eén daarvan is de Large Yield Radiometer (LYRA): deze detector doet metingen van de straling van de zon. Hierin zitten een aantal stukjes synthetisch diamant (gemaakt op het Instituut voor MateriaalOnderzoek in Diepenbeek), die dienst doen als UV-sensoren. Diamant is gevoelig voor UV doordat het een brede bandkloof heeft. (Anders gezegd: het energieverschil tussen valentie- en conductieband komt overeen met de energe van een foton in het UV-gebied.) Omdat diamant bovendien transparant is voor zichtbaar licht, is het heel geschikt om als UV-sensor te dienen. (Andere materialen die gebruikt worden in UV-sensoren moeten met filters afgeschermd worden van het zichtbare deel van de straling die de zon uitzendt.)

Volgens deze website is het LYRA-project het eerste waarin diamanten UV-sensoren in ruimteonderzoek gebruikt worden. De meest recente spectra van LYRA staan op deze webpagina van de Koninklijke Sterrenwacht van België (klik op de figuur rechts bovenaan). Een archief met links naar alle resultaten vind je hier.

Diamond Rain.(3) Als het diamanten regent… We dwalen door het zonnestelsel en wenden onze blik naar de zevende en achtste planeet in ons zonnestelsel: Neptunus en Uranus. In oktober 1999 werd er geopperd dat het op deze gasreuzen diamanten zou kunnen regenen. Er is methaan aanwezig (bron van koolstof) en de druk en temperatuur zouden er hoog genoeg zijn om diamantvorming mogelijk te maken. Als er zich eenmaal een diamantkristal heeft gevormd, heeft dit een hogere dichtheid dan het omringende gas van de planeet en zou het naar het centrum van de planeet toe beginnen vallen. Vandaar het beeld van “diamanten regen”, dat uiteraard tot de verbeelding spreekt.

Theoretisch werk uit 2007 toonde aan dat diamantvorming in gasplaneten mogelijk is, maar toch erg onwaarschijnlijk blijft. Computersimulaties van Amsterdamse onderzoekers hebben toen aangetoond dat de vorming van grafiet statistisch gezien de overhand heeft.

In oktober 2013 kwam opnieuw in het nieuws dat er op twee planeten in ons zonnestelsel veel diamant te vinden zou zijn (onder andere bij Eos, via Eddy Echternach van Astronieuws). Het gaat deze keer over de vijfde en zesde planeet, Jupiter en Saturnus, dus niet over Neptunus en Uranus. Toch verbaasde me dat, gezien het vorige resultaat. Zijn er dan nieuwe feiten? Echternach gebruikte deze bron: daarin wordt er inderdaad verwezen naar recenter onderzoek, waaruit blijkt dat diamant zich kan vormen in bepaalde zones in deze planeten, maar dat druk en temperatuur in diepere zones zo hoog zijn, dat diamant er smelt.

Er is hierbij ook sprake van “diamantregen”, maar in het geval van Jupiter en Uranus moet je niet denken aan stenen die naar het midden zinken, maar aan diamant dat smelt.

Een diamantplaneet.

Een diamantplaneet. (Bron afbeelding.)

(4) Exit de diamant exoplaneet. We laten ons zonnestelsel achter en reizen naar 55 Cancri, een dubbelster op meer dan 40 lichtjaar afstand. In 2010 werd vastgesteld dat de gele dwergster 55 Cancri A meer koolstof dan zuurstof bevat. Er draaien vijf planeten rond deze ster, waaronder een superaarde: 55 Cancri e. In oktober 2012 namen onderzoekers van de universiteit van Yale aan dat de planeet 55 Cancri e ook meer koolstof dan zuurstof bevatte (net als de ster waar de planeet rond draait). Mede op grond van deze informatie kwamen ze op de hypothese dat deze exoplaneet mogelijk een kern had die voornamelijk uit diamant bestond. (Dit was toen onder andere te lezen bij Eos, via Echternach van Astronieuws.)

Een jaar later, in oktober 2013, wordt dit eerdere bericht ontkracht (zie ook het persbericht en Astronieuws): nieuwe spectroscopische analyses van de ster tonen aan deze toch niet meer koolstof dan zuurstof bevat. Er is dus ook geen reden om aan te nemen dat dit wel zou gelden voor de bijbehorende planeet. Kortom, de superaarde 55 Cancri e bestaat waarschijnlijk niet voornamelijk uit diamant.

In 2011 kwam er een andere mogelijke diamantplaneet in het nieuws (zie ook bij Eos en op Astroblogs): het gaat om een exoplaneet die rond een pulsar (PSR J1719-1438) draait en waarvan de hoge dichtheid doet vermoeden dat de planeet hoofdzakelijk uit diamant bestaat. De pulsar wordt bestudeerd met radiotelescopen. De dichtheid van de bijbehorende planeet wordt in dit geval niet bepaald aan de hand van spectroscopische gegevens. Onze informatie over het bestaan en de dichtheid van deze planeet berust op indirecte gegevens: hoe de aanwezigheid van deze – tot op heden niet rechtstreeks waarneembare – planeet de pulsar beïnvloedt.

De conclusie dat we nu honderd procent zeker zijn dat er ergens in de ruimte een diamantplaneet bestaat, lijkt dus voorbarig.

Veel diamantjes in het oude computerspel 'Boulder Dash'.

Er vielen ook veel diamantjes te rapen in het oude computerspel ‘Boulder Dash‘. (Bron afbeelding.)

(5) Fonkel fonkel, diamanten ster. Wat met planeten niet lukt, lukt misschien wel met sterren?

Om te beginnen is de diamant-‘planeet’ die rond pulsar PSR J1719-1438 draait naar alle waarschijnlijkheid een ster, meer bepaald een witte dwerg: een afkoelende, zwak stralende ster die aan het einde van haar leven komt.

De beste aanwijzingen die we momenteel hebben voor een grote diamant in de ruimte is afkomstig van een andere witte dwerg: BPM 37093. De ster werd geobserveerd in 2004 en berekening uit 2007 tonen aan dat deze witte dwerg best wel eens uit diamant kan bestaan. Deze witte dwerg wordt daarom ook wel “Lucy” genoemd, naar het liedje van The Beatles: “Lucy in the sky with diamonds“. (Persbericht hier en stukje op Astroblogs hier. De berekeningen staan in hetzelfde artikel dat de hypothese over de vorming van diamant in gasplaneten ontkrachtte.)

Professor Kees De Jager maakte een Nederlandstalige presentatie over deze diamantster (bron; via). Die kun je hieronder bekijken.

Aanvulling (25 juni 2014):

Volgens National Geographic zou er weer een diamanten ster (witte dwerg die rond pulsar PSR J2222-0137 draait) “ontdekt” zijn. Voor zo ver ik kan zien vermeldt de preprint van Kaplan et al. deze hypothese niet expliciet, maar blijkbaar heeft de eerste auteur het wel zo toegelicht aan de journalisten.

Sleutelen aan de kosmos

Saturnus.De laatste weken heb ik veel tijd in de trein doorgebracht (voor de lessen in Groningen, voor een congres in Leusden en vorige week nog voor een symposium in Düsseldorf). Meestal probeer ik onderweg te werken, maar ’s avonds kijk ik soms ook naar een kortfilm.

The adjustable cosmos” is een prachtige animatiefilm, gebaseerd op een kortverhaal van Adam Browne en geregiseerd door Adam Duncan. Dit originele verhaal speelt zich af in de vijftiende eeuw en hoewel het fictie is, zijn de hoofdpersonages wel gebaseerd op historische figuren. De film zelf is trouwens al enkele jaren oud (het eindscherm vermeldt copyright 2009 en op IMDB staat dat de film uit 2010 is), maar de regiseur heeft hem twee weken geleden op Vimeo geplaatst en sindsdien heb ik er al op verschillende plaatsen lovende op reacties gezien (o.a. hier).

Ik wil niet te veel verklappen, maar ik wil toch alvast één beeld uit de film met jullie delen: een volstrekt originele verbeelding van de ringen van Saturnus (mét fractale structuren).

Ringen van Saturnus.

Feeëriek beeld van de ringen van Saturnus uit de animatiefilm “The adjustable cosmos“.

Kijk dit pareltje zeker op volledig scherm! (De film is Engelstalig en er zijn helaas geen Nederlandse ondertitels voor.) Zelf heb ik er intussen al twee keer naar gekeken en dat wil iets zeggen, want dat doe ik – wegens chronisch tijdgebrek – normaal nooit.

Als je de film intussen al gezien hebt, dan is dit een leuk historisch weetje (overgenomen van deze bron):

Spoiler Inside SelectShow

Racen naar Saturnus

Dromen van Saturnus op de Afsluitdijk.Wetenschap staat soms veraf van onze dagelijkse ervaring. Zo behandelt de fysica het hete plasma in de zon en de koude interstellaire ruimte, de kleinste bouwstenen van de materie en de gigantische structuur van onze Melkweg. Ons lichaam heeft een welbepaalde grootte en wij kunnen slechts overleven in een relatief klein bereik van omgevingsparameters: bij een druk van ongeveer één aardse atmosfeer, in een temperatuur tussen het vriespunt en het kookpunt van water, met voldoende zuurstof, en zo verder.

Met behulp van wetenschap kunnen wij ook parameters buiten ons van nature beperkte bereik beschrijven en begrijpen. Met behulp van techniek kunnen we hulpmiddelen maken waarmee we ons bereik wat kunnen oprekken: we nemen zuurstofflessen mee om de diepte in te duiken en als het moet filteren we onze urine terug tot water om in het internationele ruimtestation ISS niet te verdorsten. Maar enkel in onze dromen kunnen wij ervaren hoe het is om de zonnewind op onze huid te voelen (in plaats van haar enkel te zien in de vorm van het Noorderlicht) of om het gruis in de ringen van Saturnus aan te kunnen raken vanop de Afsluitdijk.

In een recent blogbericht schreef PJ Swinkels hoe hij zich als kind voorstelde dat je over de ringen van Saturnus zou kunnen lopen. Verder zei hij:

“De ontdekking dat de ringen bestaan uit deeltjes die zijn samengesteld uit ijs, rotsblokjes, stof en gruisdeeltjes, absoluut ongeschikt als wandelpad (je zakt daar dwars doorheen!), deed aan die voorstelling niets af.”

In een e-mail schreef ik hem het volgende:

Natuurkundig gezien lijkt het me best mogelijk om over de ringen van Saturnus te lopen. De vloeren waar we gewoonlijk op lopen zijn ook meer niets dan iets; het is enkel omdat onze voeten zo groot zijn in vergelijking met de intermoleculaire afstand dat we er niet door zakken. Dus voor zo’n ringwandeling komt erop aan om schoenen te vinden met zeer grote zolen en gemaakt van een licht materiaal. (Het enige probleem is dan nog dat de zwaartekracht de verkeerde kant op trekt, daar moet ik nog eens over nadenken.)

Met “meer niets dan iets” bedoelde ik dat de atoomkern, die nagenoeg alle massa van een atoom bevat, zeer klein is ten opzichte van het hele atoom (kern plus elektronen). Het was Ernest Rutherford die de atoomkern ontdekte in 1911. Hij vergeleek de kern in het atoom met een vlieg in de kathedraal. Een prachtig beeld, al kan een metafoor ook ongewenste associaties oproepen: voor mij is dit een atoombeeld dat galmt en naar wierook ruikt.

Hoewel wij op de middelbare school al te horen krijgen dat alles om ons heen meer niets dan iets is, kunnen we het ons toch moeilijk voorstellen, omdat we het zo niet ervaren. Ons lichaam en onze zintuigen werken op een mesoscopische schaal, waarmee wij de microscopische wereld van subatomaire deeltjes niet rechtstreeks kunnen exploreren. De astrofysica vereist een minstens even grote inspanning van ons voorstellingsvermogen, want op grotere schalen lijkt het net zo te gaan: de Zon, die bijna alle massa bevat van het zonnestelsel (namelijk 99,86%), is zeer klein ten opzichte van het hele zonnestelsel. Op de meeste tekeningen (en ook op deze voorstelling met elastiekjes) worden de diameters van Zon en planeten veel te groot afgebeeld ten opzichte van hun onderlinge afstanden. In tegenstelling tot een atoomkern kunnen we de Zon uiteraard wel zien, maar echt beseffen hoe groot ze is ten opzichte van de aarde en tegelijk zo klein ten opzichte van pakweg de Kuipergordel? Nee.

Saturnus.De zesde planeet vanaf onze Zon is Saturnus. Het is een gasreus, net als Jupiter. Als kind boezemde dit duo me angst in: het zijn twee gigantische planeten, maar je zakt erin weg zodra je er voet aan land probeert te krijgen. Voor mij waren het moerasplaneten. Ik had dan ook geen zorgeloze dromen van een lentewandeling over de grote ring rond Saturnus, maar wel nachtmerries waarin mijn ruimtetuig bij Jupiter begon te sputteren en ik in paniek raakte omdat ik nergens in de buurt kon landen. Het is nooit in me opgekomen om de ringen van Saturnus als landingsstrook te gebruiken, maar één van de maantjes had toch moeten lukken… Tja, ook mijn dromen trekken zich weinig aan van fysica. En ik hoor het al op de boordradio: “Er staat file op de grote ring rond Saturnus.”

Overigens wordt er in Rejsen til Saturn, een Deense animatiefilm uit 2008, wel gewoon geland op het oppervlak van de gasreus, waar er aliens wonen – Saturnusmannetjes dus. De titel betekent “Reis naar Saturnus”, maar ik las het eerst als “racen tot Saturnus”.

De echte race naar Saturnus is al lang beslecht en werd gewonnen door Pioneer 11 van de NASA: deze ruimtesonde werd gelanceerd in 1973 en voerde een zogenaamde flyby uit  van Saturnus in 1979: daarbij naderde de sonde het wolkenoppervlak tot op 21 000 km, waarna het zich weer van de planeet verwijderde. Pioneer 11 stuurde foto’s door van de planeet, haar ringen en haar manen. Ook Voyager 1 en 2 vlogen dicht langs Saturnus, respectievelijk in 1980 en 1981. Ook deze sondes stuurden foto’s door (Voyager 1 en Voyager 2). Met Pioneer 11 is er sinds eind 1995 geen communicatie meer mogelijk, maar beide Voyagers sturen nog steeds gegevens naar de aarde. Sinds 1998 is Voyager 1 het verst van ons verwijderde door mensen gemaakte object. Het laatste nieuws over de Voyager 1 is dat hij een nieuwe regio van de heliosfeer heeft bereikt, die wordt omschreven als een “magnetische snelweg”. Ook voorbij Saturnus valt er dus nog heel wat te racen, zeker als je een geladen deeltje bent. :-)

Terug naar Saturnus dan. De eerste (en voorlopig enige) menselijke satelliet van Saturnus is de Cassini-Huygens. Deze ruimtesonde van NASA, ESA en ASI werd gelanceerd in 1997. Cassini draait sinds 2004 in een baan om Saturnus, terwijl Huygens werd losgekoppeld en in 2005 op Titan landde – dit is de grootste maan van Saturnus. In 2006 stuurde Cassini 165 foto’s door van Saturnus die het in de loop van 12 uur maakte van de schaduwzijde van de planeet (dus met de zon achter de planeet). Hiermee werd een collage gemaakt waar de ringen zeer duidelijk op te zien zijn. Bovendien was in dit samengestelde beeld ook de Aarde te zien als een blauw stipje. Dit jaar werd er weer zo’n collage gemaakt van foto’s die Cassini maakte van de schaduwkant. Deze keer bevond het ruimtetuig zich dichter bij Saturnus (namelijk op een afstand van 800 000 km): hierdoor gaat de Aarde deze keer schuil achter de planeet, maar zijn er wel nog meer details van de ringen zichtbaar. De resolutie van het origineel wordt geschat op 50 km per pixel.

Samengesteld beeld uit opnames van Saturnus door Cassini.

Samengesteld beeld van Saturnus uit opnames door Cassini. (Bron afbeelding.)

In 2006 heeft men ernaar gestreefd om de Cassini-compositie in “natuurlijke kleuren” weer te geven, terwijl er bij de nieuwe foto duidelijk een ander palet gebruikt is: zoals we van de oude foto’s van Pioneer 11, Voyager 1 en Voyager 2 weten, is Saturnus niet groen. Toch gaat het in beide gevallen om valse kleuren, want beide beelden zijn samengesteld uit opnames van in het infrarood tot in het ultraviolet. Net als onze dromen blijken ook de meeste astronomische foto’s (een beetje) bedrog te zijn.

Filosofische vragen over Data uit Star Trek

We herbekijken alle afleveringen van Star Trek: TNG.Aangezien ik op dit blog eerder heb bekend een Trekkie te zijn, kan deze biecht er ook nog wel bij: vorig jaar zijn we thuis begonnen met het volledig herbekijken van Star Trek: The Next Generation, dat wil zeggen alle afleveringen van alle zeven seizoenen. Hoe ik mij Star Trek herinner is als volgt: het is vrijdagavond en je komt terug van een vermoeiende naschoolse turnles. Al je spieren doen pijn, maar op een goede manier – precies de goede manier namelijk om zonder enig schuldgevoel in de lengterichting in de zetel weg te zinken en kritiekloos in een televisieserie op te gaan. En niets past beter bij die toestand van totale ontspanning dan de meeslepende sterrentocht van de USS Enterprise. Ik heb er op die leeftijd nooit een seconde aan getwijfeld dat de toekomst precies zo zou zijn: we zouden de ruimte in gaan met zo’n schip en kapitein Picard zou ons veilig tussen alle rotsplaneten, wormgaten en ethische dilemma’s door loodsen.

Ons plan om alles van Star Trek: TNG te (her-)bekijken was dus geboren uit het verlangen te zwelgen in nostalgie. Ik droomde vooraf van marathonsessies van vier afleveringen op een avond, of een half seizoen op een weekend. Behalve dat we daar de tijd niet voor hebben, dook er nog een onverwacht probleempje op: dat eerste seizoen viel me zwaar tegen! Die totaal gedateerde decors zijn wel grappig voor even (en die uit de originele serie evoceren stille wanhoop), maar verder zitten ze alleen maar lelijk in de weg van enige mogelijkheid tot suspension of disbelief. Er waren ook nog niet zoveel personages, dus er gaat naar mijn smaak gewoon te veel tijd naar die irritante commandant Riker.

Heb ik me dan zo vergist, destijds? Laat ik er tot mijn verdediging bij zeggen dat ik dat eerste seizoen nooit op televisie gezien heb en gaandeweg wordt de serie wel degelijk beter. Je ziet dat de makers in de volgende seizoenen meer budget hadden, wat het onder andere mogelijk maakte meer scènes te draaien die zich buiten het schip afspelen, met shuttles enzo. In het tweede seizoen zitten deze memorabele afleveringen:

  • In aflevering 9 (The measure of a man) wordt er een rechtzitting gehouden waarin de rechten van Data, de androïde luitenant van de Enterprise, worden vastgesteld: is hij het bezit van de Federatie of is hij een persoon met zelfbeschikkingsrecht? Kapitein Picard houdt een prachtig betoog vóór de rechten van Data als persoon, dat sterk aan Asimovs robotverhalen refereert. De rechter die uiteindelijk moet oordelen heeft het over “vragen die beter worden overgelaten aan heiligen en filosofen”.
  • Aflevering 12 (The Royale) is vooral memorabel omdat de situatie daarin zo bizar is: Riker, Data en Worf raken opgesloten in een soort intergalactisch casino. Data aan het dobbelspel of de pokertafel (zie ook het filmpje hieronder) is altijd leuk. Als Riker slim denkt op te merken “Maar de kans om een zes te gooien is niet groter dan een zeven” (met twee dobbelstenen uiteraard), merkt Data droogjes op: “Er is een zeker graad van willekeurig geluk mee gemoeid. Ik geloof dat het daarom is dat ze het ‘gokken’ noemen.”

Data pokert als een echte: met een pokerpet.Een ander pluspunt aan het tweede seizoen is dat daarin één van mijn favoriete personages, Guinan (gespeeld door Whoopi Goldberg), haar intrede doet. Met haar komt ook de ontmoetingsplek in beeld waar de bemanningsleden rondhangen als ze niet van dienst zijn. In het eerste seizoen waren er maar drie mogelijkheden om de bemanning te tonen tijdens hun vrije tijd: in hun privévertrekken, op het holodek, of aan de pokertafel.

De pokertafel blijft trouwens een populaire optie in alle seizoenen en gezien mijn fascinatie voor kansrekening biedt dat weer een mooi excuus om over Star Trek te schrijven. Voor de echte fans – van Data, kansrekening en/of Lady Gaga – heb ik nog dit filmpje gevonden op YouTube: fragmenten van aan de pokertafel uit Star Trek: TNG met daaronder het liedje Pokerface van Lady Gaga. De combinatie blijkt wonderwel te werken:

Thuis zijn we intussen voorbij de helft van het derde seizoen geraakt. In aflevering 16 (The offspring) ontwikkelt Data bij wijze van hobbyproject een verbeterde versie van zichzelf: een vrouwelijke androïde, Lal, die beter uitgerust is om menselijke emoties te leren ervaren. Dit roept opnieuw vragen op in de lijn van “The measure of a man“: is Lal een onderzoeksproject en moet Data haar dus overdragen aan de Federatie, of moeten we Lal als zijn dochter beschouwen? Over de filosofische vragen rond Data is er een heel boek geschreven: “Is Data Human? The Metaphysics Of Star Trek” van Rick Hanley uit 1998. Ik heb het boek niet gelezen en ga dat – gezien de lauwe recencies – waarschijnlijk ook niet doen, maar ik word al goedgezind gewoon van de gedachte dat er zo’n boek bestaat.

De laatste aflevering die we bekeken voor ik naar Oxford afreisde was aflevering 20 uit seizoen 3, getiteld “Tin Man“. De blikken man uit de titel refereert natuurlijk aan het personage zonder hart uit de Tovenaar van Oz. Hoewel dit ook naar Data zou kunnen verwijzen (iets dat in een andere aflevering ook gebeurt, als ik het me goed herinner), is ‘Tin man‘ in deze aflevering de naam voor een buitenaards wezen dat veel lijkt op een ruimteschip en dat zich eenzaam voelt na het overlijden van zijn bemanning. Toch draait het stukje van deze aflevering dat ik hier wil bespreken wel weer om Data: om telepatisch met het buitenaardse wezen te communiceren, wordt de Betazoïde Tam Elbrun aan boord gehaald. (Terwijl commandant Deanna Troi enkel van moederszijde Betazoïde is, is Tam Elbrun een volbloed Betazoïde en daarmee sterker telepatisch begaafd.) Wanneer Tam kennis maakt met Data, merkt Tam op dat hij Data’s gedachten niet kan lezen. “Misschien is er niets om te lezen,” suggereert Data dan.

Zou een telepaat de gedachten kunnen lezen van een androïde?Terwijl ik hier in de wekelijkse lezing van “philosophy of mind” (filosofie van de geest) zat, heb ik al meermaals aan die scène teruggedacht. Enerzijds kunnen we ons gemakkelijk voorstellen dat er geest (of bewustzijn, of hoe je het ook noemen wil) zou kunnen zijn in een wereld waar er geen materie is; anderzijds kunnen we ons moeilijk voorstellen dat we tegen de 24ste eeuw (de tijd waarin Star Trek zich afspeelt) een machine kunnen bouwen die zelfbewust zou kunnen zijn. Onze fantasie is dus wel zeer rekbaar, maar op een asymmetrische manier: meer aan de fantasie- dan aan de sciencefiction-kant van de zaak.

Ook bij ethiek blijkt sciencefiction een populair thema. Vorige week gaf Jacob Ross in Oxford een seminarie “Any way you slice it“, waarin hij vijf scenario’s besprak. Het woord ‘sciencefiction’ is daarbij geen enkele keer gevallen, maar de scenario’s gingen wel allemaal over het openknippen en weer aan elkaar plakken van een zekere Clive, waarvan de onderdelen vervolgens tien jaar gefolterd zouden worden… De presentatie was geheel academisch van aard, dus alles werd tot in detail geanalyseerd en dit gebeurde uiteraard met een uitgestreken gezicht. Zo specifieerde de spreker dat de foltering zou gebeuren op een manier waarbij het beter zou zijn dood te zijn dan zoiets te moeten ondergaan – en ja, die aanname was cruciaal voor de rest van zijn analyse. Hij schotelde ons dilemma’s voor tussen situaties waarbij er ofwel één weggeknipte helft wordt vernietigd, terwijl de andere helft met een moleculaire kopie van de ontbrekende helft wordt opgelapt, dan wel waarbij beide helften in leven gehouden worden en er aan beide een nieuwe, complementaire helft wordt gekoppeld.

Dit soort seminaries heeft hetzelfde effect op de verbeelding, als de turnles heeft op de spieren: onze fantasie wordt erdoor gerokken, net zoals goede sciencefiction dat doet. Geen wonder dus dat ik de volgende ochtend pijn had aan mijn verbeelding en niet eens meer kon verzinnen wat ik aan zou moeten trekken. ;-)

Natuurlijk zijn al deze scenario’s puur fictie en enkel bedoeld als slijpsteen voor onze morele intuïties of als een lakmoesproef voor onze ethische theorieën, maar toch dit advies: als je Clive heet, blijf dan uit de buurt van ethici, zeker als ze een zaag in de hand hebben! Het zal maar net de dag zijn dat de vakgroep ethiek heeft besloten dat ze hun theorieën ook experimenteel moeten testen… Rennen, Clive!