Het lichtjaar is een onmisbare meeteenheid voor iedereen die de ruimte probeert te begrijpen. Als je een groep astronomen aan het praten krijgt, hoor je ze ongeveer net zo vaak “lichtjaren” zeggen als voetbalfans “yards”.
Voor niet-wetenschappers kan het lichtjaar echter een raadselachtig begrip zijn. Het is een eenheid van afstand, ook al klinkt het als een eenheid van tijd. In sciencefictionfilms en -televisieshows wordt het begrip regelmatig verprutst.
Zelfs in de oorspronkelijke serie Star Trek zaten de lichtjaren er naast. In een aflevering uit 1968 vertelt de buitenaardse prinses Elaan van Troyius Kapitein Kirk dat ze zich liever “10 lichtjaren” in haar kamer verstopt dan naar buiten te komen en met hem te praten. Oeps.
Hoe ver is een lichtjaar?
Een lichtjaar is de afstand die een lichtstraal in een jaar in vacuüm aflegt. Het is belangrijk een vacuüm te specificeren omdat licht langzamer wordt als het door materie gaat. (In water bijvoorbeeld, gaat het ongeveer 25 procent langzamer.) Het grootste deel van het heelal is een bijna perfect vacuüm, dus astronomen kunnen over het algemeen aannemen dat licht met zijn hoogste snelheid beweegt.
Licht verplaatst zich met een snelheid van 299.792.458 meter per seconde. Vermenigvuldig dat getal met het aantal seconden in een jaar (31.557.600), en je krijgt je antwoord: Een lichtjaar is 9.460.730.473.000 kilometer, of 5.878.625.373.000 mijl.
Dat zijn waarschijnlijk meer cijfers dan je zocht. Rond het af op 6 biljoen mijl, en je bent nog steeds dicht genoeg voor elke nerd met kennis van zaken.
Waarom meten astronomen afstand in lichtjaren?
Bekende eenheden als kilometers en mijlen zijn absurd klein om de uitgestrektheid van de kosmos te beschrijven. Neem het voorbeeld van Proxima Centauri, de dichtstbijzijnde ster achter de zon. Je kunt zeggen dat die ongeveer 24.900.000.000.000 kilometer ver weg is – of je kunt je een hoop adem besparen en de afstand netjes 4,24 lichtjaar noemen.
De meeste sterren die je ’s nachts ziet, liggen binnen een paar honderd lichtjaar van de aarde. Het Melkwegstelsel waar wij in leven is toevallig een mooie, ronde 100.000 lichtjaar in doorsnee. Het Andromedastelsel ligt op 2,54 miljoen lichtjaar afstand – een groot getal, maar toch een stuk hanteerbaarder dan “14 quintillion, 900 quadrillion miles.”
Lichtjaren zijn dus alleen een maat voor afstand, niet voor tijd?
Strikt genomen, ja. Een lichtjaar is een eenheid van afstand, net als voeten en inches. Als u verwarring wilt voorkomen, kunt u hier stoppen.
Maar er zit nog een fascinerende kant aan het lichtjaarverhaal. Omdat licht met een eindige snelheid beweegt, is alles wat je ziet verouderd: Je kijk op de wereld is in feite een beeld van hoe de dingen eruit zagen op het moment dat hun licht naar je toe begon te reizen.
Als je door een kamer tuurt, is de vertraging slechts miljardsten van seconden – volstrekt onmerkbaar. Kijk naar de maan, en je ziet hem zoals hij anderhalve seconde geleden was. Kijk naar een zonsondergang, en je ziet de zon van 8,3 minuten geleden.
Het effect is veel sterker voor de sterren. Ze staan lichtjaren ver weg, dus als je naar ze kijkt, kijk je jaren in het verleden.
Sirius, de helderste ster aan de hemel, staat op 8,6 lichtjaar van de aarde, wat betekent dat het licht dat je ziet, 8,6 jaar geleden is vertrokken. Met andere woorden, we zien Sirius altijd zoals hij 8,6 jaar geleden was. Deneb, een prominente zomerster in het sterrenbeeld Cygnus, staat zo’n 2500 lichtjaar van ons vandaan. Zijn fonkelende gloed was al onderweg naar ons toen Aristoteles nog leefde.
En vergeet niet, andere sterrenstelsels zijn nog verder weg. Krachtige telescopen zoals de Hubble kunnen sterrenstelsels detecteren waarvan het licht al miljarden jaren onze kant op reist. Die etherische Hubble-beelden laten ons dus sterrenstelsels zien zoals ze miljarden jaren geleden waren – in sommige gevallen uit een tijd voordat de aarde bestond.
Kortom, een lichtjaar beschrijft alleen de afstand – maar het licht zelf is een soort tijdmachine, die ons in staat stelt de kosmos te observeren zoals hij lang geleden was.
Hoe kennen we de snelheid van het licht?
Het cruciale inzicht kwam van Ole Rømer, een 17e-eeuwse Deense astronoom. In de jaren 1660 bestudeerde hij een van Jupiters manen, Io, toen hem iets vreemds opviel: als Jupiter en de aarde op hun grootste afstand van elkaar stonden, glipte Io een paar minuten later in Jupiters schaduw dan astronomen hadden voorspeld. Wanneer de twee planeten het dichtst bij elkaar stonden, leek de gebeurtenis een paar minuten eerder plaats te vinden.
Rømer realiseerde zich dat de vertraging niets met Io te maken had. Het was eerder een illusie die werd veroorzaakt door de tijd die het licht nodig heeft om de extra afstand te overbruggen wanneer de Aarde en Jupiter aan weerszijden van de zon staan. Zijn berekeningen toonden aan dat licht 131.000 mijl per seconde aflegt – een opmerkelijk goede schatting, als je bedenkt dat hij dit werk slechts 60 jaar na de uitvinding van de telescoop deed.
Wie bedacht de term lichtjaar?
“Het concept van de lichtsnelheid als afstandsmaat bestond al aan het eind van de 17e eeuw, na de ontdekking van de eindigheid van de lichtsnelheid door Rømer,” zegt Frédéric Arenou, astronoom en wetenschapshistoricus aan het Observatoire de Paris.
Het idee werd zo snel opgepikt dat het onmogelijk is om met zekerheid een persoon te noemen. Arenou wijst echter op één goede kandidaat: de Engelse geleerde Francis Roberts, die in 1694 mijmerde dat “licht meer tijd nodig heeft om van de sterren naar ons te reizen, dan wij om een reis naar West-India te maken.”
In het begin waren deze ideeën noodzakelijkerwijs vaag, omdat wetenschappers slechts een globaal idee hadden van hoe ver de sterren weg staan. De doorbraak kwam in 1838, toen de Duitse astronoom Friedrich Bessel de exacte afstand tot de ster 61 Cygni mat. In zijn beschrijving van het enorme getal dat hij had, schreef Bessel dat “licht 10,3 jaar nodig heeft om deze afstand te overbruggen”. Dat is het dichtst bij een specifiek moment waarop het specifieke concept van het lichtjaar werd geboren.
Binnen een paar decennia was het lichtjaar gemeengoed in populair-wetenschappelijke geschriften. Maar volgens Arenou hebben professionele astronomen zich lang verzet tegen het gebruik van de term – en om een verrassende reden. Zij vonden het lichtjaar onvoldoende wetenschappelijk, omdat het niet rechtstreeks kan worden gemeten.
Hoe meten astronomen afstanden in lichtjaren?
Bessel berekende de afstand tot 61 Cygni door de parallax te observeren, de schijnbare heen-en-weerbeweging aan de hemel die wordt veroorzaakt door de beweging van de aarde om de zon.
Parallax is nog steeds een van de krachtigste instrumenten van astronomen om afstanden te meten. De Europese Ruimtevaartorganisatie heeft 650 miljoen euro (750 miljoen dollar) uitgegeven aan de Gaia-ruimtetelescoop, die momenteel parallax gebruikt om de afstanden tot meer dan een miljard sterren in ons melkwegstelsel te meten.
Buiten de Melkweg, waar parallaxen zelfs voor Gaia te klein zijn om te detecteren, berekenen astronomen afstanden door bepaalde soorten veranderlijke sterren of briljante supernova-explosies te observeren. Omdat hun werk zo diep geworteld is in parallax, gebruiken astronomen gewoonlijk een tweede afstandseenheid, de parsec (“parallax arc-second,” een kleine hoek). Eén parsec is gelijk aan 3,26 lichtjaar. Soms is de parsec wetenschappelijk relevanter, maar onderzoekers wisselen vaak tussen de twee termen om geen duidelijke reden behalve stijl.
Helaas klinkt de “sec” in parsec als een tijdseenheid, wat tot meer verwarring leidt. In de film “Star Wars: A New Hope” uit 1977 schept Han Solo op dat hij “de Kessel Run in minder dan 12 parsecs heeft afgelegd”. Star Wars fans hebben zich in de nesten gewerkt om die overduidelijke blunder te verklaren. Het is beter om het bij het lichtjaar te houden. Dat is alle astronomie die je nodig hebt – en je kunt er ook mee in de tijd reizen.
WIL JE MEER STORIEËN OVER ASTRONOMIE?
- Wat is een dwergplaneet?
- ‘Spookmanen’ ontdekt in baan rond Aarde
- Hoege ‘planeet’ heeft magnetisch veld dat wetenschappers niet kunnen verklaren
VOLG NBC NEWS MACH OP TWITTER, FACEBOOK, EN INSTAGRAM.