MEEM'64, Evolutie, Ideeën, Taal en Creativiteit

Gerard van de Schootbrugge (alias Gerard Espunt)

0110

Praatje, 22 september 2018

Mens en Nevelvlek

Vroeg in de jaren vijftig raakte ik in de greep van de bovenwereld. Twee boeken en enkele radioprogramma’s openden vergezichten, maar dan ook echt ver. Het heelal, de wereldruimte, het universum, het waren woorden die me ontzag inboezemden. Mijn bewondering voor de wetenschappers die zich niet lieten afschrikken door de onbereikbaarheid van hun studieobjecten en stapje voor stapje tipjes van de onmetelijke sluier wisten op te lichten, was navenant. De Sterrenwereld in een Notedop van de HBS-docent J.C. Alders was in die periode mijn bijbel. Enige tijd daarna werd ik verblijd met een boek van een echte, befaamde Engelse astronoom: Sir James Jeans: Het Heelal. Zijn bouw en zijn vraagstukken, waarvan de Engelse versie al in 1930 was verschenen. Dat was de tijd dat de eerste grote discussies over het ontstaan en de evolutie van het heelal min of meer waren beslecht. De tijd ook dat de zogenaamde nevelvlekken van Messier tot leven begonnen te komen. Later meer daarover. Sleutelfiguren in de vroege beschouwingen over het ontstaan en de evolutie van het heelal waren onder meer Einstein, Friedmann, Lemaȋtre en Hubble. Jeans kwam tweedehands bij De Boekenwurm aan de Groest in Hilversum vandaan.



Verenigde Staten nemen voorsprong met grote telescopen

1930 was in een aantal opzichten voor de astronomie een bijzonder jaar. Zeker voor de Amerikaanse astronomie. In 1930 hadden de VS de leiding genomen in de astronomie. De apotheose van een ontwikkeling die in de tweede helft van de 19 de eeuw was begonnen. Een ontwikkeling waarin onder meer de beschikbaarheid van superieure hulpmiddelen (met name enorme telescopen) een sleutelrol speelde. De financiering daarvan kwam overigens van vermogende industriëlen die hun (morele) reputatie wilden veiligstellen. Het grote succes van de astronomie gaf de Amerikanen het zelfvertrouwen dat hen na de Tweede Wereldoorlog uiteindelijk op vrijwel alle onderdelen van de natuurwetenschappen aan de wereldtop bracht. Europa had het nakijken, maar, het moet gezegd, vooral de laatste decennia is Europa in de astronomie terug op het hoogste niveau. 

De rol van het grootkapitaal is interessant (en soms ook vermakelijk). James Lick was een succesvolle  piano- en orgelbouwer. De grote lenzentelescoop van Lick Observatory op Mount Hamilton bij San Francisco werd in 1888 in gebruik genomen. Met zijn objectief van 36 inches (ruim 91 cm) diameter is de Lick telescoop de op een na grootste lenzenkijker ooit. De vervaardiging van het ojectief was een regelrecht drama. De beroemde bouwer van grote telescopen, Alvan Clark, gaf de Franse firma Charles Feil in Parijs opdracht om de enorme objectieflens, een tweedelige achromaat, te gieten. De vervaardiging van de lens liep jaren vertraging op. Bij het transport brak een van de twee glasschijven met nieuwe vertraging tot gevolg. Na 18 mislukte pogingen kon de lens uiteindelijk worden afgeleverd en op 31 december 1887 worden gemonteerd. Maar het drama was nog niet afgelopen. Er was een fout gemaakt bij de berekening van het brandpunt van het objectief. Daardoor was de kijkerbuis te lang om een scherp beeld te kunnen maken. Nadat ook deze hobbel was overwonnen kon de Lick telescoop gaan doen waarvoor hij was bedoeld: onze kennis van het heelal vergroten (en de VS opstoten in de astronomische vaart der volken).

1921, de 40 inches Yerkes telescoop met eregast Albert Einstein.  Dit is de grootste lenzenkijker ooit. De telescoophistorie ging verder met spiegeltelescopen.


Charles Tyson Yerkes had fortuin gemaakt met zijn trammaatschappij. In 1892 ontving de universiteit van Chicago van hem de middelen voor de bouw van een sterrenwacht met de grootste lenzenkijker ooit. Het objectief had een doorsnede van 102 cm, woog 225 kg en had een brandpuntafstand van 19,2 meter. De grens van de lenzenoptiek was bereikt. Het record staat nog steeds. Bij deze afmetingen gingen spiegels het winnen van lenzen. De kwaliteit van een spiegel wordt vooral door zijn oppervlak bepaald (en de kwaliteit van de reflecterende coating). Een lens moet in zijn totaliteit ‘deugen’; het licht moet er immers doorheen. Een grote spiegel laat zich ook beter ondersteunen dan een lens. Er waren aanwijzingen dat het Yerkes-objectief onder zijn eigen gewicht iets vervormde. Het Yerkes Observatory ligt nabij Chicago in Williams Bay, Wisconsin. De realisatie ervan was het werk van de astronoom George Ellery Hale. Het observatorium kwam in 1897 in gebruik. Het draagt als erenaam: de geboorteplaats van de moderne astrofysica. Bekende astronomen die op het observatorium gewerkt hebben, zijn Edwin Hubble (Hij deed er zijn promotieonderzoek. Toen bij Pasadena een nieuwe en nog krachtiger telescoop beschikbaar kwam, ging Hubble daar aan de slag. De Hubble Space Telescope is naar hem vernoemd.), Subramanyan Chandrasekhar (naar wie de Chandra Space Telescope is genoemd), de Russisch-Amerikaanse astronoom Otto Struve, de Deense astronoom Bengt Strömgren, en de bekende astronoom Carl Sagan. Ook de Nederlandse en Belgische astronomen Adriaan Blaauw, George Van Biesbroeck, Cornelis Johannes van Houten, Hendrik C. van de Hulst, Gerard Kuiper, Adriaan van Maanen en Pol Swings hebben er gewerkt.

Na de realisatie van het Yerkes Observatory pakte Hale een nieuw project op dat uiteindelijk in 1908 het Mount Wilson Observatory bij Pasadena opleverde. Het geld kwam van staalmagnaat Andrew Carnegie. Er kwam een 60 inches spiegeltelescoop en met steun van zakenman John D. Hooker volgde ook nog een 100 inches spiegeltelescoop, die uiteraard de Hooker Telescoop ging heten.


Transport van de spiegel van de Hooker-telescoop op de Mount Wilson. Het bergpad moest speciaal voor dit doek worden uitgehakt. Een van degenen die met ezels spullen omhoog bracht was de jeugdige Milton Humason. Een paar jaar later kreeg hij een baantje aan de sterrenwacht en nog weer wat later raakte hij direct betrokken bij de  waarnemings-programma's. Hij bleek een uitzonderlijk talent te hebben voor astronomische waarnemingen en werd de grote man die Hubble aan zijn befaamde data hielp.






De grote 100 inches Hooker-telescoop van Mount Wilson Observatory













Hubble (achter) en zijn assistent en meesterwaarnemer Humason aan het werk met de 100 inches Hooker spiegeltelescoop van Mount Wilson Observatory, waarmee Edwin Hubble de waarnemingen deed die duidelijk maakte dat het heelal uitdijt.









Hale’s laatste grote project was Palomar Observatory ten noorden van San Diego. Rockefeller zorgde voor het geld. Het project startte in 1928 en werd in 1948 afgerond. Het bevestigde de positie van Hale als de belangrijkste astronoom in de eerste helft van 20 ste eeuw. Lange tijd was de Hale telescoop van Palomar met zijn spiegel van 5,1 meter doorsnede (200 inches) de nummer 1 in de wereld.


Europa neemt koppositie over

De Very Large Telescope van de Europese astronomen in Chili die wonderbaarlijk mooie plaatjes van de kosmos produceert.

De laatste decennia zijn er niet alleen op het land maar ook in de ruimte nieuwe, zeer geavanceerde waarnemingssystemen beschikbaar gekomen. Op het land voert nu de Europese VLT (Very Large Telescope) op de berg Cerro Paranal in de Atacamawoestijn in Chili op 2635 meter hoogte de ranglijst aan. De VLT is een project van de ESO (Europese Organisatie voor Astronomisch Onderzoek in het Zuidelijk Halfrond). De Very Large Telescope is het aardse vlaggenschip van de Europese sterrenkunde. Het is het meest geavanceerde optische instrument ter wereld. Niet langer één superspiegel maar acht ‘kleinere’ spiegels. Vier afzonderlijke telescopen ('Unit Telescopes') met hoofdspiegels van 8,2 meter en vier verplaatsbare 1,8-meter hulptelescopen ('Auxiliary Telescopes'). Deze telescopen kunnen samenwerken, in groepjes van twee of drie, en zo een reusachtige interferometer vormen: de Very Large Telescope Interferometer (VLTI). Daarmee kunnen astronomen details waarnemen die 25 keer zo klein zijn als de kleinste details die de afzonderlijke telescopen laten zien. Gekoppeld hebben de telescopen een waarnemend vermogen dat vergelijkbaar is met een spiegeltelescoop van 20 meter doorsnee. Telescopen in de ruimte hebben geen last van atmosferische turbulentie, maar ze zijn extreem duur, kunnen daardoor ook niet te groot zijn en hebben een beperkte levensduur. In het ESO Observatorium in Chili is men er in geslaagd het beste van beide ‘werelden’ te combineren. Het is gelukt de storende invloed van de atmosfeer te elimineren door toepassing van wat heet adaptieve optiek. De vorm van de (lichtgewicht) spiegels van de hulptelescopen kan heel snel worden aangepast aan de fluctuaties in de atmosfeer. Het resultaat is een beeldkwaliteit die die van de Hubble-telescoop, een instrument in de ruimte, overtreft.  


Hoe is het zonnestelsel ontstaan?

ESO opname van een protoplanetaire nevel rond de ster HL Tauri. Een zonnestelsel in de maak. Met de moderne waarnemingsmiddelen hoeven we niet langer te speculeren over de ontstaansgeschiedenis van planetenstelsels.


We hebben ons, vol overtuiging en volkomen terecht, wat mee laten sleuren door het spectaculaire verhaal van de grote en nog grotere telescopen die met name de VS tot de leider in de astronomische wereld maakten. We keren nu terug naar het boek van Sir James Jeans waar ik zo trots op was (uit 1930) en naar de eerste helft van de 20 ste eeuw, en toch ook weer een beetje naar mijn jeugd.


De inhoud van het boek van Sir James Jeans ging mijn pet in hoge mate te boven, maar prikkelde des te meer. Eén van de dingen die ik me herinner, is de visie van Jeans op de vorming van ons zonnestelsel. Al veel eerder had Laplace (en enkele andere grote geesten waaronder Kant) geopperd dat zon en planeten waren ontstaan uit een nevel, een gaswolk. Op grond van zijn kennis van roterende lichamen was Jeans tot de conclusie gekomen dat het model van Laplace niet kon werken. Er was iets met de verdeling van de hoeveelheid draaibeweging over de verschillende onderdelen van ons zonnestelsel. In jargon: Het draaimomentprobleem, dat overigens tot aan de dag van vandaag de onderzoekers van het ontstaan van ons zonnestelsel bezighoudt. In het kort komt het hierop neer. Onder invloed van de zwaartekracht (en naar men tegenwoordig aanneemt van de invloeden van naburige sterren die óntploffen, zogenoemde nova’s) kan een reusachtige wolk materie (ook een nevelobject) zich gaan samenballen in een zwaartepunt. In zo’n wolk zullen niet alle draaibewegingen ten opzichte van dat zwaartepunt elkaar opheffen. Wat dan gebeurt is vergelijkbaar met het steeds sneller draaien van een ijsdanseres die zich ‘steeds kleiner’ maakt. Zij gaat sneller tollen. De nevel balt samen en de ‘bal’, lees (proto)zon gaat steeds sneller draaien. De nevel zelf plat af tot een schijf. Als vrijwel alle materie uiteindelijk in de zo ontstane zon is geconcentreerd, zou je verwachten dat ook de draaihoeveelheid daar terecht zal zijn gekomen. Maar als je gaat rekenen aan de verschillende onderdelen van ons huidige zonnestelsel die een bijdrage leveren aan de totale hoeveelheid draaiing (het impulsmoment), blijkt dat vrijwel de volledige hoeveelheid draaiing in de draaibeweging van de vier grote planeten zit (de draaiing om de eigen as en de draaiing die samenhangt met hun baan om de zon). En die draaibeweging zit dus niet in de zon zelf!. Hier klopte duidelijk iets niet. En dus kwam Jeans met een alternatieve hypothese.

Een ster die toevallig dicht langs de zon scheerde, had volgens hem zonnematerie uit de zon losgetrokken. Een catastrofe als verklaring (zoals het uitsterven van de dinosauriërs als gevolg van een meteorietinslag). Een sigaarvormige sliert, die in de loop van de tijd verdichtte en uiteenviel in een serie planeten. We weten nu dat het idee van Laplace dichterbij de waarheid lag dan dat van Jeans, dat overigens in mijn jaren vijftig nog redelijk populair was. Het door Jeans voorgestelde proces zou sowieso extreem zeldzaam zijn geweest met als consequentie dat ook de vorming van zonnestels elders in onze melkweg, en in het verlengde daarvan de kans op buitenaards leven, zeer onwaarschijnlijk moest zijn. Je kunt daar wat aan rekenen. Onze zon beweegt met een snelheid van 22 km/s door de ruimte ten opzichte van de meest nabije buursterren. Het dichtst bij staat de ster Proxima Centauri op een afstand van 4,2 lichtjaar (1 lichtjaar is de afstand die het licht in een jaar aflegt: 9,5 biljoen kilometer). Als de zon recht op Proxima Centauri zou afstevenen, zou het 100.000 jaar kosten om de afstand te overbruggen. De zon bestaat circa 5 miljard jaar. In al die tijd was er een kans van een op de tien miljard dat de zon een andere ster zo dicht naderde dat er iets als door Jeans voorgesteld zou kunnen gebeuren. Als er op deze wijze al andere zonnestelsels zouden zijn ontstaan dan zou hun aantal niet meer dan enkele tientallen kunnen bedragen. Het idee van Jeans heeft enige tijd invloed gehad op de discussies over dit thema en over de zin om naar buitenaards leven te gaan zoeken.

De laatste jaren is het aantal nieuw ontdekte planetenstelsels rond sterren in onze directe omgeving snel toegenomen. Met name de speciaal voor dit doel ontworpen ruimtetelescoop Kepler, die op 7 maart 2009 werd gelanceerd, heeft een wereld vol exoplaneten aangeboord. De teller staat nu op een kleine 4000. Het beste bewijs dat Sir James Jeans het bij het verkeerde eind had. We weten nu dat er meer planeten dan sterren zijn! De gasnevel van Laplace is terug maar over de verdeling van de draaibeweging binnen ons zonnestelsel is het laatste woord nog niet gezegd. De evolutie van ons zonnestelsel is een dankbaar onderwerp voor computersimulaties en die leveren nogal complexe uitkomsten op.


Een eigen kijker(tje)

Op een jarenvijftigwinteravond, peddelend op een jarenvijftigfiets op weg naar huis, reed ik in Hilversum met mijn hoofd in de wolken over de Simon Stevinweg. Dat wil zeggen, het was wolkenloos, vrieshelder en boven mij manifesteerde zich een imposant uitspansel. Met een vol bewondering omhoog gerichte blik knalde ik op een auto, die, zoals toen nog gebruikelijk was, gewoon op de weg geparkeerd stond. Dat dat gevaar opleverde voor jochies die werden afgeleid door de grote geheimen van de natuur, was nog niet tot het openbaar bestuur doorgedrongen. Het leverde mij niet alleen een lelijke kwetsuur maar ook een stevige reprimande van mijn vader op.

Charles Messier (1730 - 1870) was een kometenjager die last had van nevelvlekjes die niet bij verre kometen hoorden. Hij maakte er een lijst van. Later bleek een deel van zijn lijst te gaan over andere melkwegstelsels.


Maar het zou zo maar kunnen dat het voorval mijn vader toch ook aan het denken heeft gezet, want niet lang daarna kwam hij op mijn verjaardag aan met een echte sterrenkijker. Mijn opwinding was groot evenals mijn verwachtingen van belangrijke waarnemingen. Mijn vader had de kijker gekocht van een amateur in Bussum die hem zelf had gefabriceerd. In mijn beleving toen was het een wonderlijk instrument. Een lenzenkijker. Kort en gedrongen. En ondanks zijn beperkte afmetingen bijna niet te tillen vanwege de centimetersdikke messing koker. Waarom zo zwaar? Volgens mijn vader had de kijker dienst gedaan als kometenzoeker. Lichtsterk en met een groot gezichtsveld. Volgens de amateur ook geschikt voor het bekijken van nevelvormige objecten. Pas veel later besefte ik dat ik toen zomaar ineens in de voetsporen van de befaamde kometenzoeker (en ontdekker) Charles Messier stond die leefde van 1730 tot 1817. Ook hij gebruikte een heel compacte kijker. Op zoek naar kometen stuitte hij regelmatig op nevelige objecten die hij voor een komeet aanzag. Als het een komeet was, moest zo'n vlekje een tijd later op een andere plek tussen de sterren staan. Gebeurde dat niet dan was het vlekje iets anders, maar in ieder geval geen komeet. Deze “vaste hemelvlekjes” waren in sterrenatlassen nog niet aangegeven en Messier had er last van. Daarom besloot hij zelf een lijst op te stellen die hij in 1794 publiceerde. Er stonden 103 “nevels” op. De beroemdste was ongetwijfeld M31 (met de M van Messier), een nietig pluisje in het sterrenbeeld Andromeda. Veel later werd duidelijk dat het hier de reusachtige buurman van ons melkwegstelsel betreft, de Andromeda spiraalvel.   

1957. De komeet Arend-Roland hangt in volle pracht boven de nachtelijke hei tussen Hilversum en Bussum.


Mijn verjaardagscadeau was, gewichtig, indrukwekkend maar zeker niet compleet. Er zat geen statief bij en ook voor een oculair moesten we nog op pad. Het laatste lukte in Amsterdam waar we een Huijgensoculair wisten te bemachtigen. Het statief was van een andere orde. We zouden het zelf moeten fabriceren en dat lag duidelijk boven onze macht. Het is er dan ook nooit gekomen. Voor het oculair zat een prisma waarmee de stralengang “de hoek om” werd gestuurd. Ik kon dan ook zittend de kijker op mijn bovenbeen leggen en zo “van bovenaf turend” de hemel afspeuren. Veel kijkplezier, laat staan ontdekkingen, leverde het niet op, ook al omdat ik met deze waarnemingsstrategie niet ver boven de horizon uitkwam. In de periode waarin dit alles speelde heb ik overigens wel een echte komeet gezien, maar dan met het blote oog. Boven de hei pronkte in 1957 (ik was twaalf jaar) de majestueuze komeet Arend-Roland.  

Het skelet van mijn 'kometenzoeker'. Zonder lenzen. Een lege huls.















Waar een jochie door wordt meegesleept

In de jaren vijftig zond de KRO in drie delen het hoorspel Sprong in het Heelal uit. Het was gebaseerd op de boeken van Charles Chilton. Leon Povel maakte naam als regisseur.


Zoals gezegd waren er naast de boeken ook radioprogramma’s die mij fascineerden. Zondagmiddag half zes op de VARA het hoorspel Monus de Man van de Maan (vanaf 1952, geschreven door A.D. Hildebrand). Wat later en meer volwassen, op zaterdagavond half elf, KRO, Sprong in het Heelal, schrijver Charles Chilton, regie Léon Povel. De eerste serie Operatie Luna in seizoen 1955/1956, de tweede Het Marsmysterie in 1956/1957 en de derde Mars slaat toe in 1957/1958. De regie van deze Nederlandse series had Léon Povel. De vierde serie De terugkeer van Mars, door de BBC al in 1981 uitgezonden, is pas enkele jaren geleden vertaald door Guy Sweens, waarbij Léon Povel zelf hem nog de nodige adviezen heeft gegeven. In het voorjaar van 2013, na Povels overlijden, heeft zijn jongste zoon Winfried Povel de regie op zich genomen en alsnog het spel gerealiseerd, als eerbetoon aan zijn vader, en daaraan hebben vele bekende beroepshoorspelacteurs alsmede astronaut André Kuipers, die een groot fan van Léon Povel en De Sprong was, belangeloos meegewerkt. Ook deze serie is door de KRO uitgezonden, te weten op 5, 12, 19 en 26 januari 2014 via zowel Radio 5 Nostalgia als Radio 1. Zie ook mijn Praatje n.a.v. het overlijden van Leon Povel.

Behalve hoorspelen waren er in de jaren vijftig op de radio ook zogenaamde causerieën, zeg maar inhoudelijke praatjes. Zo verzorgde dr. C. van Rijssinge een serie voordrachten onder de titel Tussen Mens en Nevelvlek (later in boekvorm gebundeld). Onder meer op 11 februari 1958, op Hilversum 1 (VARA, van 22.25 – 22.40 uur). Niet te verwarren met een in dezelfde tijd vrij bekend boek getiteld Van nevelvlek tot mensch, van dr. L.Reinhardt.


Het verhaal van de nevelvlekken

Het verhaal achter de nevelvlekken begint bij de Amerikaanse astronoom Vesto Slipher die in 1914 opvallende roodverschuivingen in hun spectra vond.


We zijn intussen een aantal keren het woord nevelvlek tegengekomen. Een woord dat stamt uit de tijd dat astronomen nog niet over de instrumenten beschikten om de ware aard van deze objecten te achterhalen. In 1914 kwam de Amerikaanse astronoom Vesto Slipher met metingen aan van de roodverschuiving in de spectra van bepaalde nevelvlekken, zogenaamde spiraalnevels. Die roodverschuiving wees erop dat deze objecten zich van ons verwijderden en wel met een snelheid die veel hoger dan mogelijk was voor objecten binnen de Melkweg. Zodanige snelheden dat ze niet door de Melkweg ‘vastgehouden’ konden worden. De eerste harde aanwijzing dat niet alles wat we aan de hemel zien deel uitmaakt van ons melkwegstelsel, zoals lang werd gedacht. In de jaren vijftig was het begrip nevelvlek dus niet erg actueel meer. Maar als titel voor een radiopraatje bekte het natuurlijk nog steeds goed.


Met de grote Hooker telescoop van Mount Wilson verzamelde Edwin Parcifal Hubble de data die hem uiteindelijk onsterfelijk maakten; het lineaire verband tussen de afstand van een spiraalnevel en de snelheid waarmee deze van ons af beweegt. De Wet van Hubble. De directe aanwijzing voor het uitdijende heelal en indirect voor de Big Bang.


Vesto Slipher legde met zijn observaties de basis voor de monumentale ontdekkingen van een tijdgenoot, de Amerikaanse astronoom Edwin Hubble. Met behulp van de principes van het relativistisch dopplereffect (roodverschuiving) en de supersterke  Hooker-spiegeltelescoop van Mount Wilson Observatory,  stelde deze vast dat de sterrenstelsels zich schijnbaar steeds sneller van ons verwijderden naarmate ze verder weg stonden, geformuleerd in de Wet van Hubble. Dit bevestigde de hypothese van de Belgische priester en astronoom Georges Lemaître dat het hierbij ging om een reële expansie van het heelal.

In een van de praatjes van dr. Van Rijssinge dook het fenomeen oeratoom op. Daaruit zou het heelal met alles erop en eraan zijn voortgekomen. Dit idee prikkelde mijn ontvankelijke jongensbrein in hoge mate. Het woord atoom had voor mij sowieso al een explosieve lading, laat staan een oeratoom. Een ei waaruit wij allemaal geboren zouden zijn. Ik heb het nu over de tweede helft van de jaren vijftig. Een tijd waarin het atoom vanuit de oorlogslaboratoria zijn weg had gevonden onder het grote publiek. De atoombom had de Japanners op de knieën gekregen en uraniumatomen gingen voor eens en altijd ons energieprobleem oplossen. Het atoom was magie en ik wilde er alles over weten, net als over het universum. Eenmaal op de middelbare school (RK Lyceum voor ’t Gooi in Hilversum, op een steenworp afstand van de KRO-studio waar Léon Povel zijn hoorspelen regisseerde), werden atomen al snel gemeen goed. Tijdens de scheikundeles werd je ermee doodgegooid. Met het heelal lag dat wat anders. Op de HBS-B kreeg je in die tijd nog les in het vak Kosmografie (auteurs: Kobus en Raimond). Maar ik zat op het Gymnasium. Daar ging het soms ook over de Kosmos maar dan meer in relatie tot de mythologie van de Grieken en de Romeinen. Wij maakten kennis met Mercurius, Venus, Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus, Neptunus en Pluto. Maar dan in hun oorspronkelijke setting als Romeinse goden. Tot op de dag van vandaag wordt het verdwijnen van die goeie, ouwe HBS (waar ook nog zoveel jongensboeken aan zijn opgehangen) betreurd door het langzaam uitstervende ras van de HBS-er. Als gymnasiast voel ik met ze mee.


The Einstein World 

Einstein en Lemaitre. De eerste legde in 1917  de basis voor de moderne Kosmologie, de tweede introduceerde het oeratoom als begin van het heelal.


In 1917 kwam Albert Einstein met een publicatie waarin hij naging of zijn Algemene Relativiteitstheorie ook toepasbaar was op het universum als geheel. Een universum dat op dat moment algemeen werd opgevat als statisch (aanwijzingen voor zoiets als uitdijïng bestonden er niet) en beperkt in de zin dat men aannam dat alle hemellichamen deel uitmaakten van ‘onze’ Melkweg. Cosmological Considerations of the General Theory of Relativity wordt algemeen beschouwd als het vertrekpunt van de moderne kosmologie (de studie van de aard en evolutie van het heelal). Om tot een statisch model te komen (de materie, zeg maar de sterren, moest niet kunnen instorten of wegvliegen) moest Einstein aan de veldvergelijkingen uit zijn Algemene Relativiteitstheorie een extra term toevoegen (die later de naam Kosmologische Constante kreeg), die de gemiddelde massadichtheid en de straal van het heelal bepaalde. Een term die er op neerkwam dat op extreem grote afstanden de zwaartekracht verzwakte. Vaak wordt gesteld dat Einstein met deze aanpassing de kans miste om al in 1917 met een heelalmodel te komen waarin uitdijïng voorkwam. Maar er was op dat moment geen enkele aanleiding voor hem om deze optie überhaupt te overwegen. Een aantal jaren later, toen nieuwe waarnemingsfeiten beschikbaar kwamen, bleek het heelal inderdaad niet statisch te zijn. Het bracht Einstein tot de uitspraak dat de introductie van bovengenoemde nieuwe term in de vergelijkingen van zijn Algemene Relativiteitstheorie de grootste blunder uit zijn wetenschappelijke carrière was.

Twijfels bleven en twijfels groeiden. Toen Einstein zelf de op dat moment bekende gemiddelde massadichtheid van het heelal in zijn vergelijkingen stopte, kwam hij uit op een straal van het heelal van 10 miljoen lichtjaar. Veel te groot voor de afmetingen van de ruimte waarin zich de sterren van de Melkweg ophielden. We weten nu natuurlijk dat die straal meer dan een miljoen keer te klein is! Een ander interessante observatie is dat Einsteins model gebaseerd is op een uniforme verdeling van de massa. Maar dat is dan de gemiddelde massa. Lokaal kan de dichtheid fluctueren. Een te grote dichtheid en het evenwicht is weg, een te lage dichtheid en de massa vliegt uiteen. Einsteins model is dan ook allesbehalve statisch. Een belangrijke overweging om een paar jaar later afscheid te nemen van The Einstein World.

In 1922 liet de Rus Alexander Friedmann zien dat het heelal van Einstein in zijn meest elementaire variant niet stabiel was. Het dijde uit of kromp in. Een paar jaar later (1927) kwam de Belgische priester Georges Lemaȋtre met vergelijkbare resultaten. In dezelfde periode was sprake van een levendige discussie over het idee dat sommige nevelvlekken wel eens ver verwijderde melkwegstelsels zouden kunnen zijn in plaats van nabije objecten in onze eigen Melkweg (The Great Debate, 1917 to 1922). De grote strijdvraag kreeg een ondubbelzinnig antwoord toen Edwin Hubble met behulp van de grote Hooker-telescoop van het Mount Wilson Observatory in 1923 en 1924 Cepheïden ontdekte in de Andromeda spiraalnevel.


Knippersterren als kosmische bakens

Opname van de Hubble ruimtetelescoop. Hoe ver we ook kijken overal zien we nevelvlekken (melkwegstelsels) opduiken. Vaak in clusters.


Cepheïden zijn een speciaal type sterren (superreuzen) die zich uitstekend lenen voor het bepalen van astronomische afstanden. De Amerikaanse astronome Henrietta Swan Leavitt (1868 – 1921) stond aan de basis van deze ontdekking waarvan het belang moeilijk overschat kan worden. In 1895 ging ze als vrijwilliger aan de slag op de sterrenwacht van de Harvard-universiteit. Ze kwam bij een team vrouwen dat van duizenden fotografische opnamen van elk lichtpuntje de helderheid, de kleur en de locatie moest bepalen. Harde wetenschap door hard werken. Saai soms maar als er dan op het eind een prachtige beloning volgt, is de euforie des te groter. Henrietta kreeg opdracht om vooral op zoek te gaan naar veranderlijke sterren en de wisselingen in helderheid vastleggen. Zeven jaar later kreeg ze een vaste aanstelling tegen een uurloon van 30 dollarcent.

Cepheïden zijn zeer lichtsterke, pulserende, veranderlijke sterren. Leavitt kreeg haar beloning! Zij liet (rond 1912) zien dat er een exacte relatie bestaat tussen de periode (frequentie) van de intensiteitsverandering en de absolute helderheid (de periode-lichtkrachtrelatie) van de Cepheïden. Hoe lager de frequentie, hoe helderder de ster. Twee Cepheïden met het zelfde veranderingstempo van hun helderheid maar met een verschillende (schijnbare) lichtsterkte staan dus op verschillende afstanden van ons vandaan. Door hun grote lichtkracht kon Hubble (in de jaren 1923 en 1924) ook in de Andromeda spiraalnevel het cepheïdenbaken nog benutten en daarmee aantonen dat deze nevelvlek inderdaad geen deel uitmaakt van onze Melkweg, maar een apart ‘eiland-universum’ vormt zoals het in die jaren twintig werd genoemd. Om op deze wijze ook absolute afstanden te kunnen meten moest op zijn minst van één Cepheïde de afstand op een andere manier worden bepaald. De Amerikaan Harlow Shapley (lang aanhanger van het idee dat onze kosmos bestond uit onze melkweg) en de Deen Ejnar Hertzsprung lukte dat, waardoor de weg voor Edwin Hubble open lag voor zijn baanbrekende waarnemingen die de theoretische optie van een uitdijend heelal een sterke basis gaven. In 1929 kwam hij met zijn beroemde relatie tussen afstand en verwijderingssnelheid van de intussen nieuw geïdentificeerde spiraalnevels. Kort: twee keer zover weg, twee keer grotere verwijderingssnelheid. De start van een hausse aan nieuwe heelalmodellen, maar nu dynamisch. Uitdijend. In 1931 sloot Einstein zich aan bij deze nieuwe visie (Einstein in 1931: “The redshift of the distant nebulae have smashed my old construction like a hammer blow”.)

Einstein deed afstand van zijn Kosmische Constante. Die was niet meer nodig. Maar interessant genoeg is er tegenwoordig weer interesse in de statische Einstein World. Die zou dan bestaan kunnen hebben in de tijd vóór de Big Bang, of het Oeratoom. Een toevallige fluctuatie zou tot een Big Crunch hebben kunnen leiden met vervolgens een ‘nieuw begin’.

Op 1 december 2014 verzamelden de astronomen zich in Ferrara om de wereld mede te delen dat op basis van de waarnemingen met de Planck-satelliet (een Europees project) kon worden vastgesteld dat ons universum 13,8 miljard jaar geleden is ontstaan en dat het bestaat uit4,9 procent gewone materie, 26,6 procent donkere materie waarvan de aard onbekend is en 68,5 procent donkere energie waarvoor hetzelfde geldt. Kortom, er is nog veel werk aan de winkel. 380.000 jaar na de geboorte van dit universum ‘floepte het licht aan’ (Fiat Lux). 


Het oeratoom van priester-astronoom Georges Lemaitre

We keren weer even terug naar mijn eigen kleine wereldje. We spraken over de praatjes van dr. Van Rijssinge in de jaren vijftig waarin het fenomeen oeratoom opdook. Veel later leerde ik dat het oeratoom aan het brein van de Belgische priester-astronoom Georges Lemaȋtre was ontsproten. In 1930 kwam de Amerikaanse astronoom Edwin Hubble met de resultaten van een uitgebreid onderzoek aan de spectra van ver verwijderde spiraalnevels. Die spectra waren allemaal verschoven naar het rood wat betekende dat ze zich van ons verwijderden en wel des te sneller naarmate ze verder weg stonden. Het nieuws sloeg is als een bom. Het paste naadloos bij het verhaal van Lemaȋtre. Het heelal dijde uit en als je de film terugdraaide kwam je, tussen de tien en twintig miljard jaar eerder (een uitstekende schatting zoals later zou blijken) uit bij zijn oeratoom. In 1931 kreeg dat oeratoom, waarin alle materie was samengebald, erkenning. En niet enkel de materie en de ruimte, maar ook de tijd startte op deze “dag zonder gisteren”. Want het was niet zo dat de materie zich na de oeratoomexplosie verspreidde over een onmetelijk grote en lege ruimte, nee de ruimte zelf zette uit en nam de materie met zich mee. Een oliebol vol krenten die blijft rijzen. En eigenlijk moeten we het nog anders formuleren: de maatvoering van de ruimte verandert. De afstanden tussen ver verwijderde objecten worden voortdurend groter (op kleine, mensenschaal blijft alles nog wel bij elkaar).

Paus Pius XII gaf in 1951 zijn zegen aan deze ideeën. Deze kosmologische visie was volgens hem een wetenschappelijke bevestiging van het Joods-Christelijke scheppingsverhaal. En God sprak: Fiat lux (En er zij licht). Georges Lemaȋtre haastte zich naar Rome om de Paus ervan te weerhouden een wetenschappelijke hypothese als laatste waarheid te bestempelen.

Niet iedereen legde zich neer bij het beeld van een uitdijend heelal. Aanvankelijk ook Einstein niet. Maar hij verzette zich niet tegen de feiten. Maar er waren ook tegenstanders, zoals de kleurrijke Engelse astronoom Fred Hoyle, die het idee van het ontstaan van de kosmos ‘uit het niets’ spottend betitelde als de Big Bang, een allitererende benaming die onbedoeld veel heeft bijgedragen tot de populariteit van deze theorie. Uiteindelijk moest het serieuze oeratoom van Lemaȋtre in de volksmond plaatsmaken voor de Big Bang. Hoyle bepleitte een statisch heelal op basis van de permanente creatie van nieuwe materie, een idee dat overigens nooit veel aanhangers heeft gekend. Zijn Big Bang maakte meer indruk. Echt naar de prullenbak verdween het ‘steady state’ model van Hoyle pas in 1963 na de ontdekking van de kosmische achtergrondstraling afkomstig van het jonge heelal (380.000 jaar) en een zeer sterk bewijs voor de Big Bang hypothese.

Als de Paus in 1951 zijn zegen geeft aan het uitdijende heelal, ben ik zes jaar oud en deze hele historie gaat uiteraard volledig aan mij voorbij. Evenals de curieuze reactie van Stalin c.s. We zitten middenin de Koude Oorlog. En ook Stalin is tegen de Big Bang. Niet om wetenschappelijke maar om ideologische redenen. De Big Bang riekte volgens hem te veel naar astronomisch idealisme dat clericalisme en Christelijke dogmatiek in de kaart speelde. Eerder al waren twee belangrijke Sovjet-kosmologen in Stalins kerkers aan hun eind gekomen. Het gevolg was dat de Sovjet-wetenschappers in de loop van de jaren vijftig maar liever stopten met het bestuderen van het universum als geheel. Een historie die sterk doet denken aan het treurige lot van de genetici in de Sovjetunie toen Lysenko (met de zegen van Stalin) het voor het zeggen kreeg. Darwinistische ideeën pasten ook al niet in het ideaal van de maakbaarheid van de samenleving en de natuur. Het kwam de communisten beter uit als de verworvenheden van de ene generatie langs genetische weg werd doorgegeven aan de volgende generatie. Daarmee kon je de vooruitgang sturen. Lamarck in plaats van Darwin. Maar op het eind van de dag winnen toch de feiten, zoals zelfs Einstein moest erkennen. Op het gebied van de genetica liep de Sovjetunie een dramatische achterstand op.


Leven buiten de aarde

In dezelfde jaren vijftig nam hoorspelregisseur Leon Povel ons mee naar de maan en naar Mars. Nederland zat massaal aan de radio gekluisterd. Wie waren de wezens die onze aardse ruimtevaarders dwarszaten? Sprong in het Heelal heette het hoorspel dat in drie delen werd uitgezonden. Magisch. Waren we dan niet alleen in het universum? Het was een tijd waarin we op dit punt open stonden voor nieuwe inzichten. Want ook op aarde werden vreemde objecten waargenomen die in ambtenarentaal als Unidentified Flying Objects, afgekort tot UFO’s, werden genoteerd (m.a.w. we hebben geen idee wat het zijn). Maar ook hier won een meer pakkende benaming: Vliegende Schotels. Veel waarnemers spraken van schotelvormige machines in alle maten en soorten die vaak de meest wonderlijke capriolen uithaalden. Ze leken er een bijna kinderachtig, of moet ik zeggen satanisch, genoegen in te scheppen om onze brave straaljagerpiloten voor gek te zetten. Hoe het ook zij, de meldingen, ook van diezelfde straaljagerpiloten, zijn nooit meer gestopt. Officiële instanties hielden zich stil totdat de publieke druk weer eens te groot werd. Dan kwamen er massagecommissies die steevast constateerden dat voor vrijwel alle meldingen een redelijke verklaring was. Op een paar na. Die werden dan als een soort ruis terzijde geschoven. Anomalieën. Thomas Kuhn heeft laten zien hoe de wetenschap omgaat met anomalieën, feiten die niet passen in het dominante paradigma. Ze worden in eerste instantie genegeerd, dan weggeborgen in een la, en uiteindelijk, als niemand er meer omheen kan, vormen ze brandstof voor een ideeënstrijd die eindigt in de acceptatie van een nieuw paradigma. Op zich een ontwikkelingsgang die zijn waarde heeft bewezen. Je kunt nu eenmaal niet alles overhoop gooien als er eens wat afwijkends wordt gevonden. Maar ook frustrerend voor iedereen die ervan overtuigd is dat het tijd wordt dat nieuwe modellen een kans krijgen.

In 1974 werd m.b.v. de grote Arecibo radiotelescoop een boodschap de ruimte in gestuurd richting de nevelvlek M13. Een praktisch probleem met ruimtecommunicatie is dat een antwoord niet eerder dan over 50.000 jaar verwacht kan worden. De informatie behelst enkele elementaire zaken. Van l.n.r. de getallen van 0 tot 9, het waterstof- en koolstofatoom, DNA, een menselijk figuur, de essentie van ons zonnestelsel en de essentie van de zendende telescoop. Een meer symbolische actie.


De mogelijkheid dat wij niet alleen zijn in het universum en dat buitenaardse intelligenties ETI (Extra-Terrestrial Intelligence) zich op een of andere manier manifesteren, is natuurlijk in alle opzichten zo extreem dat publiekelijk ontkennen of negeren voor de officiële instanties voor de hand ligt en ook begrijpelijk is. Erkennen dat er iets aan de hand is, heeft nogal wat consequenties. We maken het in zekere zin nu mee met de klimaatproblematiek. Als je toegeeft dat er iets aan de hand is moet je ook wat gaan doen. Bij het klimaat is dat nog redelijk tastbaar, maar als er sprake is van een aanwezigheid, of een contact, met wezens die in alle opzichten van ons kunnen verschillen (maar misschien ook niet) dan wordt het lastig voor een taskforce of een verkenningscomsmissie. Onze communicatie met meer bekende intelligenties als kraaien, dolfijnen en inktvissen verloopt ook nog niet echt soepel. En ook de optie dat we achter een soort fata morgana aanjagen, kan niet worden uitgesloten. We hebben intussen een dik boek met ervaringen, verslagen en observaties. En dat boek wil niet dicht. Maar het UFO-dossier is ook zo bizar en grillig dat we het de instanties en de wetenschap niet te zwaar mogen aanrekenen dat ze hun vingers niet willen branden aan deze wonderlijke zaak. Maar als we te lang op het dikke boek blijven zitten, hoeft het allemaal niet meer. Of moet ik zeggen: dan zal ETI open kaart moeten spelen. Want het zou zo maar kunnen dat nu in korte tijd een in essentie belangwekkend onderwerp weggevaagd wordt door een tsunami van nepmeldingen en –observaties. De moderne technologie biedt daar immers alle mogelijkheden voor. Virtual reality en augmented reality, fotoshop en beeldmanipulatie, internet wordt ermee overspoeld. Sinds de eerste berichten over UFO’s en buitenaardse intelligenties zijn er voortdurend notoire grappenmakers en oplichters geweest die om allerlei redenen nepmeldingen de wereld in stuurden. Maar dan ging het vaak om foto’s waarmee was geknoeid of die in scène waren gezet. Relatief makkelijk te ontmaskeren. In onze digitale sferen wordt het allemaal een stuk lastiger om echt van namaak te onderscheiden. Good old Sir James Jeans had rond 1930 nog een verhaal over planeetvorming waarmee de kans op het ontstaan van planeten, laat staan leven, laat staan intelligent leven, praktisch nul was. Maar we weten nu, na de ruimtetelescopen Hubble en Keppler dat ons melkwegstelsel (en al andere melkwegstelsels) vele miljarden planeten herbergen. We moeten serieus rekening houden met ET en ETI. Een van de grote raadsels is nu een antwoord op de vraag die de fysicus Fermi rond 1950 stelde. 


Als ze bestaan, waar zijn ze dan?

Enrico Fermi redeneerde als volgt: onze Melkweg heeft een doorsnede van circa 100.000 lichtjaar. Een geavanceerde beschaving zou, als het de middelen had om zich met eenduizendste van de lichtsnelheid te verplaatsen, in 100 miljoen jaar de hele Melkweg kunnen koloniseren (of in ieder geval bereiken). Een tijd die kort is vergeleken bij de leeftijd van 10 miljard jaar van de Melkweg. Dus als ET bestaat, waar is hij dan? Waarom hebben we hem/haar nog nooit gezien? Deze simpele vraag heeft allerlei knappe koppen verleid tot antwoorden, variërend van: als ze ver genoeg ontwikkeld zijn wordt de kans dat ze zichzelf uitroeien heel groot; of: als ze oud en wijs zijn, hebben ze helemaal geen behoefte meer aan koloniserende activiteiten. De astrofysicus James Annis (van het Fermilab, jawel) heeft onlangs weer een nieuwe verklaring aan de lijst toegevoegd: de effecten van een zogenoemde GRB, de zwaarst bekende explosie in het heelal. De afkorting staat Gamma Ray Burst, een uitbarsting van gammastraling die ontstaat bij een botsing van de restanten van dode sterren zoals neutronensterren en zwarte gaten. Als in het centrum van onze Melkweg zo’n GRB zou optreden, zou bij ons al het leven op het land weggevaagd worden. En wij zitten bijna 70.000 lichtjaar uit het centrum! Volgens Annis traden deze catastrofale gebeurtenissen in het verleden vaker op dan nu. Per melkweg eens in de paar miljoen jaar. Te veel van het goede voor het ontstaan van ET. De frequentie ligt intussen veel lager (eens per 100 miljoen jaar) en dat biedt meer mogelijkheden. Moraal van dit verhaal: ze komen er aan maar we moeten waarschijnlijk nog even wachten. Misschien is de Sprong in het Heelal nog maar net begonnen.

Ik ging in 1963 in Utrecht sterrenkunde studeren. Als bijvak. Een van mijn practicumdocenten was Chriet Titulaer. Ik herinner me nog hoe we, net als Henrietta Swan Leavitt, fotografische opnamen van bolvormige sterrenhopen moesten doormeten. Sterretjes tellen en dichtheden opmeten. Net als alle andere wetenschappen is ook sterrenkunde een kwestie van veel transpiratie en soms een scheut inspiratie. Die combinatie heeft ons wel een flink stuk op weg geholpen. We hebben sinds de tijd dat ik me ging interesseren voor het majestueuze uitspansel veel geleerd van de sterrenwereld, maar er zijn ook nieuwe vraagstukken voor teruggekomen. De VS was lange tijd leidend, maar Europa, en zeker ook Nederland, hebben zich weer bovenin het klassement genesteld.



Los Angeles. Het Griffith Observatory. Wetenschapsmuseum.

Wie geïnteresserd is geraakt in de hierboven beschreven historie kan een bezoek overwegen aan het Griffith-observatorium. Het is een sterrenwacht, of beter een wetenschapsmuseum op de berg Hollywood in Griffith Park in de Amerikaanse stad Los Angeles.

Op 16 december 1896 doneerde kolonel Griffith J. Griffith 12,2 km² land aan de stad Los Angeles. Via zijn testament schonk hij een fonds om een observatorium, tentoonstellingsruimte en planetarium te bouwen op het grondgebied. De kolonel had waarachtig een vooruitziende blik want de grote triomfen van de Amerikaanse astronomen waren nog niet inzicht. Er moesten eerst nog heel grote waarnemingsinstrumenten worden gebouwd. Maar de realisatie van het project verliep niet echt flitsend. Toen het gebouw voor het eerst opengesteld aan het publiek op 14 mei 1935, was er genoeg te vertellen en te vertonen. Het werd op de eerste 5 dagen bezocht door 13.000 mensen. Op 3 november 2006 werd het observatorium heropend na een renovatie en uitbreiding van 4 jaar. Anno 2012 is dr. Ed Krupp directeur van het observatorium.

De toegang tot het observatorium en de tentoonstellingen is gratis, geheel volgens de laatste wil van kolonel Griffith.

Voor meer informatie over deze bijzondere plek, klik hier.


Espunt, 22 september 2018