Hoe komt het dat de aarde niet uit zijn baan vliegt of juist naar de zon wordt toegetrokken?

Antwoord

Beste Wout,

De aarde die rond de zon draait is (net zoals de maan die rond de aarde draait) een voorbeeld van een systeem in evenwicht. Het gaat erom dat de aarde, die volgens de eerste wet van Newton bij afwezigheid van externe krachten altijd maar rechtdoor wil gaan, juist voldoende afgebogen wordt door de zwaartekracht van de zon om hier een gesloten baan rond te beschrijven. Veronderstel dat je van op het aardoppervlak een bal horizontaal weggooit. Als je niet te hard gooit valt de bal wat verder op het aardoppervlak neer, hoe harder je gooit hoe verder. Als je de bal met een bepaalde voldoende hoge snelheid weggooit, zal ze zodanig ver vliegen dat ze achter de (ronde) aarde doorvalt, en hier een baan rond begint te beschrijven. Als je nog harder gooit, dan vliegt de bal gewoon van de aarde weg: dit is de zogenaamde ontsnappingssnelheid. De link hiernaast mag dan wel voor kinderen bedoeld zijn, maar ze bevat een zeer leerrijke programmaatje om dit alles te illustreren. De kans dat een object dat eenmalig voorbij een ander object passeert juist voldoende wordt aangetrokken om een baan er rond te blijven beschrijven is inderdaad erg klein. Zon en aarde zijn echter ontstaan uit eenzelfde roterende inkrimpende gaswolk, wat het evenwicht verklaart.

Wat het afnemen van de massa van de zon betreft, zolang de zon zich in haar normale volwassen leven bevindt, is er geen probleem. Het is inderdaad zo dat de zon haar energie produceert door het omzetten van massa volgens E=mc², maar dit massaverlies is verwaarloosbaar ten opzichte van de totale massa van de zon, zelfs 10 miljard jaar lang. Laat ons dit even aantonen. Als je weet dat de zon ongeveer 4*10^26 (een vier met 26 nullen) Joule aan energie per seconde uitstraalt, kun je met bovenstaande formule uitrekenen dat de zon ongeveer vier miljard kilogram per seconde lichter wordt. Dit lijkt enorm, maar als je weet dat de zon momenteel een massa heeft van 2*10^30 (een 2 met 30 nullen) kg, kun je uitrekenen dat tijdens de volwassen levensduur van de zon minder dan 0,07% van haar massa verloren gaat. De baan van de aarde verandert dus niet merkbaar. Dit blijft echter niet duren. Een ster (zoals de zon) is namelijk niets anders dan een nucleaire centrale, die haar energie haalt uit de kernfusie van waterstof. Dit proces kan enkel plaats vinden bij de zeer hoge temperaturen nabij het centrum van de ster. De brandstof raakt daar ooit op, en dan is het met de ster gedaan. Onze zon zal binnen ongeveer vijf miljard jaar zonder brandstof vallen. Het resultaat is dat de kern inkrimpt, en de buitenkant (als gevolg van de wet van actie en reactie) uitzet. Een dergelijk object heet een rode reus. Tenslotte worden de buitenste lagen helemaal weggeblazen, en blijft in het centrum een dood, afkoelend object achter: een witte dwerg. Tijdens en na de rode reuzenfase stoot een ster enorm veel materiaal uit en wordt dus merkelijk lichter. Het gevolg hiervan is dat de baan van alle planeten verder van de zon zal komen te liggen. Voor de (dan wel al lang verschroeide) aarde betekent dit trouwens de redding: moest ze in haar huidige baan blijven, zou ze door de groeiende zon opgeslokt worden.