Hoe ik Pluto vermoordde: Mike Brown Understand article

Vertaald door Dave Lommen. De wereld veranderen zou al verbazingwekkend genoeg zijn. Mike Brown veranderde het zonnestelsel. Eleanor Hayes legt uit.

Pluto
© Calvin J Hamilton
(www.solarviews.com)

Tot 2006 dachten de meeste niet-astronomen waarschijnlijk dat het zonnestelsel stabiel en onveranderlijk was. In elk geval, totdat besloten werd dat Pluto niet langer een planeet was. Maak kennis met Mike Brown, die zonder het te willen het lot van Pluto bezegelde en de aanzet maakte tot onze nieuwe beleving van wat – en wat niet – een planeet is.

Het verhaal begint aan het einde van de negentiende eeuw toen gezocht werd naar planeet X, de negende planeet in het zonnestelsel. In 1846 hadden astronomen ontdekt dat de baan van Uranus rond de zon verstoord werd door iets; dit ‘iets’ bleek de massieve gas-planeet Neptunus. Toen het leek (naar later bleek onjuist) dat de baan van Neptunus ook verstoord werd, bedachten astronomen dat er nog een zware planeet moest zijn, nog verder van de zon: planeet X.

Voor zo een grote planeet bleek planeet X erg lastig te vinden. Toen Clyde Tombaugh hem in 1930 eindelijk vond, werd duidelijk waarom. De nieuw gevonden planeet, die naar de suggestie van een elfjarig schoolmeisje Pluto genoemd werd, was namelijk erg klein, met een diameter slechts drie kwart zo groot als de diameter van onze maan. Zoals Mike Brown, professor in de planetaire astronomie aan het California Institute of Technology (Caltech)w1, zegt: “De meeste mensen denken dat Pluto een van de grotere lichamen in ons zonnestelsel is – hij wordt vaak ongeveer even groot weergegeven als Mercurius. Maar dat is zo fout!”

Het zonnestelsel, voor 2006, ongeveer op schaal. Van links naar rechts: de zon, Mercurius, Venus, Aarde, Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus, Neptunus en Pluto. Klik op de afbeelding om te vergroten
© Calvin J Hamilton (www.solarviews.com)

Alhoewel men in 1930 dacht dat Pluto wat groter en zwaarder was dan hij daadwerkelijk is, hadden astronomen toch wel in de gaten dat er iets niet klopte aan zijn baan. De andere banen draaien in cirkelvormige banen rond de zon, in een platte schijf. Pluto’s baan is echter langgerekt en maakt een hoek van zo’n 20o met de schijf van de banen van de andere planeten. Vanaf zijn ontdekking “werd Pluto gezien als die vreemde planeet aan de rand van het zonnestelsel”, aldus Mike.

Neptune
© Calvin J Hamilton
(www.solarviews.com)

Zo’n 60 jaar later echter “begon Pluto ineens logisch te worden, omdat astronomen, dankzij digitale camera’s en grotere telescopen, beter werden in het vinden van objecten aan de rand van het zonnestelsel, voorbij Neptunus.” De eerste van zulke objecten werd in 1992 gevonden en tien jaar later waren er 500 – allemaal ontdekt op dezelfde manier als Clyde Tombaugh had gebruikt om Pluto te vinden, door het nemen van meerdere foto’s en het zoeken naar beweging. Deze band van objecten voorbij Neptunus wordt nu de Kuipergordel genoemd. Ze hebben allemaal banen zoals die van Pluto – langgerekt en onder een hoek – en alhoewel in 2002 nog steeds veel groter was dan de andere, “was het duidelijk dat Pluto onderdeel was van de Kuiperbelt en niet van het planetaire systeem, maar mensen bleven hem wanhopig een planeet noemen.”

Pluto had wel altijd een planeet kunnen blijven, ware er niet die frustrerend bewolkte nacht in december 1999. De telescoop kon niet gebruikt worden en Mike verklaarde tegen een college: “Ik denk dat er daar nog ergens een planeet is, voorbij Pluto.” Hij legde uit dat de kleine objecten in de Kuipergordel ontdekt werden met hele kleine, doelgerichte zoekacties. Als astronomen nou eens de hele hemel tegelijk zouden kunnen waarnemen, dan zouden ze vast iets vinden wat groter was dan Pluto.

“Ik wedde met haar dat binnen vijf jaar iemand een planeet voorbij Neptunus zou vinden. Ik was ervan overtuigd dat iemand hem zou vinden, maar bovenal was ik ervan overtuigd dat ik die iemand zou zijn!”

Vastbesloten zijn weddenschap te winnen ging Mike op zoek naar de beste combinatie van telescoop en camera om de hele hemel in de gaten te houden. “Astronomen waren er in de voorgaande 50-60 jaar eigenlijk steeds slechter in geworden om grote delen van de hemel in de gaten te houden. Clyde Tombaugh had fotografische platen gebruikt, maar in de late jaren ’90 van de twintigste eeuw gebruikten astronomen digitale camera’s. Die waren veel gevoeliger, maar niet zo goed in het zien van grote stukken hemel.”

Een digitale camera ziet misschien niet heel veel van de hemel, maar 112 camera’s aan elkaar geplakt gaven Mike de grootste digitale camera van die tijd. Hij bevestigde hem aan de groothoek-telescoop van Caltechs Palomar Sterrewaht in Californië en – via een microgolf-verbinding – bediende hem vanaf zijn computer. Die kabel is een van Mikes favoriete stukken gereedschap. “In de tien jaar dat ik bijna elke nacht op deze telescoop werkte, hoefde ik geen enkele keer naar Palomar – drie uur rijden van mijn huis – te rijden. In plaats daarvan kon ik doen wat normale mensen ook doen, zoals trouwen en een kind krijgen.”

Nacht na nacht richtten Mike en zijn collega’s Chad Trujillo en David Rabinowitz de telescoop op een klein stuk van de hemel en namen ze drie foto’s over een periode van drie uur. Een groep computers zou dan de beelden vergelijken, om te kijken of er iets bewoog. “De computer is niet slecht, maar je oog is beter in het wegfilteren van ruis – kleine foutjes van de camera. Elke ochtend gaf de computer me een lijst van honderd of tweehonderd mogelijk bewegende dingen en ik bladerde dan door de beelden, op zoek naar iets wat echt bewoog.”

“Je kunt veel over een object leren van deze beelden. Alles in het zonnestelsel beweegt – dus je kunt zien dat iets in het zonnestelsel is doordat het beweegt, maar je kunt ook zien hoe ver weg het is door te kijken hoe snel het beweegt. Hoe dichterbij iets is, hoe sneller het beweegt. Je kunt ook afleiden hoe groot iets is van hoe helder het is. Deze objecten geven zelf geen licht; ze reflecteren alleen het zonlicht, dus als ze meer licht reflecteren, moeten ze groter zijn.”

“Het is opwindend om elke ochtend aan het werk te gaan met het idee: ‘Vanmorgen zie je iets langs de hemel bewegen en je bent de allereerste mens die dit ziet.’ Het maakte mijn kantoor binnenlopen, gaan zitten en door die honderd beelden bladeren het beste deel van mijn dag.”

De beelden die ertoe leidden
dat Mike Brown een
potentiële nieuwe planeet
vond. Klik om een bewegende
versie van het beeld te
openen

Figuur met dank aan Mike
Brown

“Dus je begrijpt mijn reactie toen ik op 5 januari 2005 door de beelden bladerde en deze tegenkwam.” Anders dan de zo’n 60 objecten die Mike en zijn collega’s eerder hadden gevonden, bewoog deze heel langzaam, wat betekende dat het erg ver weg was. “Het was een flink eind voorbij de Kuipergordel, verder weg dan alles wat we ooit eerder gezien hadden en het was het helderste ding dat we ooit ontdekt hadden. Deze combinatie vertelde ons meteen dat dit ding heel, heel groot moest zijn.”

“We wisten dat het zeker zo groot als Pluto moest zijn en, als je je de weddenschap van december 1999 herinnert, dan was dat ons criterium voor een planeet. Dus ik had de weddenschap gewonnen, behalve dan dat het op 5 januari 2005 was en de weddenschap op 31 december 2004 verlopen was. Gelukkig gaf mijn vriendin me vijf dagen verlenging.”

En de baan? Had dit object een cirkelvormige baan, zoals de massieve planeten? Of had het een langgerekte baan onder een hoek net als Pluto en de andere Kuipergordel-objecten? Gelukkig hadden astronomen over de voorgaande jaren veel foto’s van de hemel gemaakt. Mike Brown en zijn collega’s konden de baan bepalen door door gegevens vanaf 1950 te bladeren: de baan was nog langgerekter dan die van Pluto, onder een hoek van 45° met de banen van de acht zwaardere planeten in het zonnestelsel.

Toen keerden ze weer terug naar het vraagstuk van de grootte. Het feit dat het helder was – veel zonlicht weerkaatste – suggereerde dat het groot was. “Maar je kunt op twee heel verschillende manier veel zonlicht weerkaatsen: of je bent heel groot en zit onder het stof, of je bent kleiner en overdekt met sneeuw en ijs en dan weerkaats je evenveel zonlicht.” Om te bepalen welk van de twee het geval was, gebruikten Mike en zijn collega’s de Hubble Space Telescope. De resultaten waren een grote verrassing: hun nieuw ontdekte object was ongeveer even groot als Pluto. Hoe kon het dan zo helder zijn?

Een artistieke impressive van Eris, de nieuwe dwergplaneet, met de zon links
Figuur met dank aan NASA / JPL-Caltech

Ze realiseerden zich dat het waarschijnlijk om de atmosfeer ging. “Pluto heeft een atmosfeer als hij dicht bij de zon is; dat zou waarschijnlijk ook voor ons object gelden, maar het is op dit moment zo ver van de zon dat de atmosfeer aan het oppervlak vastgevroren zit. We dachten dat de atmosfeer waarschijnlijk uit stikstof bestond, net als de atmosfeer van Pluto en die van ons, en dat het als een klein laagje vastgevroren was, wat het object een heel goede reflector maakte. Hetzelfde zou met de aarde gebeuren, als je haar zo ver van de zon zou verwijderen – alleen zouden wij een laag stikstof-ijs van 10 meter hebben, in plaats van slechts 0,5 millimeter.

En wat was nu het belang van de ontdekking van dit ‘nieuwe’ object? Op een bepaalde manier, aldus Mike, niks. “Het is nog steeds exact hetzelfde zonnestelsel, alleen met een beetje ruis aan de rand.” Maar het dreef wel het debat over Pluto op de spits: als het nieuw ontdekte object als planeet geklassificeerd werd, waar moest je dan de grens leggen?

Na langdurige en hevige discussies besloot de Internationale Astronomische Unie (IAU) op 24 augustus 2006 om het aantal planeten terug te brengen tot acht: Mercurius, Venus, Aarde, Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus. Pluto, Ceres (voorheen bekend als asteroïde) en het nieuw ontdekte object werden geherklassificieerd als dwergplaneet (zie kader).

De drie hemellichamen die in 2006 als dwergplaneet geklassificeerd werden: Pluto, Ceres en Mike Browns nieuwe object, oorspronkelijk bekend als 2003 UB313..
Het plaatje van Pluto is gecreëerd uit een serie Hubble opnamen. Het plaatje van 2003 UB313 is een artistieke impressie en het plaatje van Ceres komt van de Hubble Space Telescope

© Calvin J Hamilton (www.solarviews.com)
Een artistieke impressive van
Eris, de nieuwe dwergplaneet

Figuur met dank aan ESO / L
Calçada

Mike denkt dat het de juiste beslissing was – en hij is er niet al te rouwig om dat hij zijn planeet verloor. “Mijn oorspronkelijke doel in 1999 was om de tiende planeet te vinden, maar ik denk dat het eigenlijk nog beter is dat de wereld nu een beter idee van het zonnestelsel heeft. Het zonnestelsel is een mooie en speciale plek en is rijker door het idee dat er acht planeten zijn die een basis vormen waar voortdurend ontelbare kleinere lichamen doorheen bewegen.”

Een andere consequentie van de uiteindelijke klassificatie is dat Mike en zijn collega’s eindelijk een naam mochten geven aan het object dat ze hadden gevonden. Heel toepasselijk “noemden we haar Eris, naar de Griekse godin van de twist en tweedracht.”

 

Wordt vervolgd…

Het verhaal is ook nu nog steeds niet afgerond. Tot begin 2011, aldus Mike, “zou ik gezegd hebben dat de samenstelling van Eris ongeveer dezelfde is als die van Pluto, met een kern van steen en een dikke mantel van ijs aan de buitenkant. Een beetje zoals de aarde, die een ijzeren kern en een stenen mantel heeft.” Recent onderzoekw2 (Sicardy et al., 2011) heeft sterrenkundigen echter weer aan het denken gezet. Ze weten al dat Eris ondanks haar kleine formaat – ongeveer even groot als Pluto – 27% zwaarder is. Hoe verklaren ze dit? “Pluto en Eris verschillen veel meer van elkaar dan ik dacht. Eris bestaat bijna helemaal uit steen, met slechts een dun laagje water-ijs eromheen. En helemaal aan de buitenkant, net als het water op aarde, heeft het bevroren gassen – methaan en waarschijnlijk stikstof en kooldioxide.”


 

Herklassificering van het zonnestelsel

Op 24 augustus 2006 besloot de algemene vergadering van de IAU in Praag, Tsjechië, dat planeten en andere lichamen in het zonnestelsel, afgezien van satellieten, in drie gescheiden categoriëen ondergebracht zouden worden.

  1. Een planeet is een hemellichaam dat (a) zich in een baan rond de zon bevindt, (b) voldoende massa voor zelf-gravitatie heeft zodat het hydrostatisch evenwicht aanneemt (bijna rond is) en (c) de omgeving rond zijn baan heeft schoongeveegd.
  2. Een dwergplaneet is een hemellichaam dat (a) zich in een baan rond de zon bevindt, (b) voldoende massa voor zelf-gravitatie heeft zodat het hydrostatisch evenwicht aanneemt (bijna rond is), (c) niet de omgeving rond zijn baan heeft schoongeveegd en (d) niet een satelliet is.
  3. Alle overige objecten, satellieten uitgezonderd, die zich in een baan rond de zon bevinden worden gezamenlijk aangeduid als klein zonnestelsellichaam.

Bron: www.iau.org/public_press/news/detail/iau0603

 


 

Met dank aan

Dit artikel is gebaseerd op een lezing gegeven door Professor Brown, als onderdeel van de Silicon Valley sterrenkunde-lezingenw3, met toestemming van Professor Brown en de Astronomical Society of the Pacific.

Download

Download this article as a PDF

References

Web References

Resources

  • Het volledige verhaal van Mike Browns betrokkenheid bij de afgang van Pluto kun je lezen in zijn boek:
    • Brown M (2010) How I Killed Pluto and Why it Had it Coming. New York, NY, USA: Spiegel & Grau. ISBN: 978-0385531085

  • Je zult niet gemakkelijk zelf een planeet vinden, maar om te leren hoe je binnen je klaslokaal asteroïden kunt ontdekken, zie:

Author(s)

Dr. Eleanor Hayes is de editor-in-chief van Science in School. Zij studeerde zoölogie an de Universiteit van Oxford, Verenigd Koninkrijk, en promoveerde op de ecologie van insecten. Daarna werkte ze een tijd in de universitaire administratie alvorens naar Duitsland te verhuizen en werkzaam te worden in de wetenschaps-publicatie, allereerst voor een bio-informatica-bedrijf en later voor een genootschap. In 2005 verhuisde ze naar het Europees Moleculair Biologie Laboratorium om Science in School te starten.


Review

Dit verhaal beschrijft het werk van Professor Mike Brown en zijn jacht naar de tiende planeet in ons zonnestelsel – en het onverwachte resultaat. Het is gebaseerd op een lezing van Professor Brown en heeft een aangename stijl, zoals een spannende avonturenroman.

Het artikel kan nuttig zijn in natuurkunde-, sterrenkunde- of aardrijkskundelessen, maar ook in taal-, biologie- of zelfs geschiedenislessen. Iedere docent kan een manier vinden om met dit artikel de interesse in de natuurwetenschappen aan te wakkeren – zelfs docenten zonder veel kennis van natuurkunde.


Gerd Vogt, Hogere Middelbare School voor Milieu en Economie, Yspertal, Oostenrijk




License

CC-BY-NC-ND