Читать книгу Die groot gedagte - Gideon Joubert - Страница 10

4

Heroute van die heelal

. . . hier . . . staan ek verblind in

U fel brand se lig . . .

– N.P. van Wyk Louw: Die Profeet

Golwe uit die heelal

Soos deinings wat ver in die oseaan ontstaan het en aangerimpel kom om golf op golf op die strand te breek, só kom die elektromagnetiese deinings deur die ruimtes van die heelal, van ver en naby, uit alle rigtings op ons aangespoel.

Party het minute gelede die energiebron verlaat, en ander het miljarde en miljarde jare gelede hul eindelose, lang-lang reis deur die donker dieptes van die heelal begin.

Die meeste van die kosmiese golwe word deur die aarde se atmosfeer gestuit. Dit bereik ons nooit nie. Die minderheid dring daardeur en kom by ons uit.

Al die elektromagnetiese golwe wat so aangespoel kom, is liggolwe, maar ons sien net ’n breukdeeltjie van die golwe as sigbare lig. Vir die oorgrote meerderheid van die golwe is ons stokblind. As dit net van ons sintuie afgehang het, sou ons nie geweet het hulle bestaan nie. Die onsigbare golwe kan met instrumente opgevang word, en ons gee hulle name soos radio-, infrarooi, ultraviolet-, X-straal- en gammagolwe.

Almal is egter liggolwe. Nét die frekwensies en golflengtes verskil. Soos ’n radio ingestel is om golwe van ’n sekere golflengte op te vang, is ons oë ook ingestel om golwe van ’n bepaalde golflengte waar te neem. Die ander gaan by ons verby. Van die meeste weet ons nie eens nie.

Infrarooi golwe voel ons darem as warmte. ’n Klein bietjie van die ultravioletstrale syfer ook deur die atmosfeer en brand ons velle rooi of bruin, en as ons te lank op die strand lê, vernietig hulle die selle van ons vel en laat dit afdop. Hulle bleik ook ons wasgoed.

Op verskillende maniere word van hierdie golwe deur mensgemaakte toestelle opgewek en deur die mens gebruik. Gloeilampe stuur sigbare liggolwe uit, en ’n bietjie infrarooi, want die lampie word warm. Ons maak vuur of gebruik verwarmers om infrarooi golwe na ons uit te straal om ons en ons omgewing te verwarm. Ons gebruik dit ook om water te kook en kos gaar te maak.

Dokters gebruik X-strale. Vliegtuie en skepe gebruik radar. Radiogolwe word gebruik om vir ons die nuus en TV-beelde uit te saai. Met mikrogolwe se energie kook ons kos in spesiale oonde. Daar is ook die minder bekende gammastrale wat op aarde deur radioaktiewe atoomkerne uitgestraal word.

Almal is ligstrale. Al hierdie strale van verskillende golflengtes kom ook uit die buitenste ruimte op ons aangekring, maar sommige word deur die atmosfeer uitgefiltreer of weerkaats. Die enigste verskil tussen sigbare en onsigbare lig is die golflengte en frekwensie van die golwe.

Vir ons hier op die aarde is die sigbare liggolwe natuurlik die belangrikste, want hiersonder sou ons niks kon gesien het nie. Vir sterrekundiges is alle kosmiese strale, sigbaar en onsigbaar, baie belangrik. Hulle het instrumente waarmee hulle onsigbare strale opvang, en dié verskaf waardevolle inligting oor hemelliggame wat nie deur sigbare strale oorgedra kan word nie.

Kosmiese golwe is die boodskapdraers van die hemelruim.

Belangrike boodskappers uit die ruimte

Sonder liggolwe kan ons nie lewe nie en sou ons nie van die bestaan van die son en die sterre geweet het nie.

Kosmiese liggolwe, sigbaar en onsigbaar, word veroorsaak deur ’n versteuring van die gekoppelde elektriese en magnetiese velde in die hemelruim. Soos ’n klippie in ’n dam die watervlak versteur en golwe vorm, só veroorsaak steurings in die hemelruim die elektromagnetiese golwe wat tot in die uithoeke van die heelal uitkring. Sommige van die steurings is die gevolg van ontsettende kragte wat baie ver woed.

Alle elektromagnetiese golwe vibreer. Daar is ’n groot verskil tussen die geweldig vinnige trilling van gammastrale en die stadige deining van radiogolwe.

As jy ’n sentimeter op ’n liniaal in ’n honderdmiljoen deeltjies probeer verdeel, kan jy jou voorstel hoe mikroskopies klein so ’n deeltjie moet wees. Een van hierdie deeltjies word ’n Ångström (Å) genoem, die meeteenheid van elektromagnetiese golflengtes (1 Å = 10-10 m). Die afstand tussen twee kruine van ’n gammastraal is 1 Å, of ’n honderdmiljoenste van ’n sentimeter.

Aan die ander uiterste van die elektromagnetiese spektrum lê die radiogolwe met hul lang golflengtes en lae frekwensies, waarvan die afstand tussen die kruine wissel tussen 10 m en selfs ’n kilometer!

Sigbare lig se golflengtes is ook kort: tussen 4 000 Å en 7 000 Å. Die meeste van die elektromagnetiese golwe wat uit die ruimte op ons aangesnel kom, loop hulle vas teen die atmosfeer, net soos die deinings van die see deur rotse verpletter word.

Eintlik is dit net sigbare liggolwe, sommige radiogolwe, en weinig infrarooi en ultravioletgolwe, wat behoorlik deur die atmosfeer kan dring, en selfs dié word soms erg verwring of gedeeltelik geabsorbeer.

In volgorde van die hoogste (die energiekste) tot die laagste frekwensies het die gammastrale die hoogste frekwensie, gevolg deur X-strale, ultravioletstrale, die skrefie sigbare lig, infrarooi golwe, mikrogolwe en laastens die kort-, medium- en langgolflengteradiogolwe met die laagste frekwensie.

Radargolwe is maar net radiogolwe met hoër frekwensies. Gammastrale, die energiekste golwe met die hoogste frekwensie en kortste golflengte, kan net so min deur die atmosfeer dring soos lig deur ’n muur kan skyn. Dit word deur die boonste lae van die atmosfeer geabsorbeer en weerkaats.

Gammastrale is uitermate energiek en word in die ontsettende ontploffings en energievrystellings diep in die hemelruim opgewek, miljoene ligjare van ons af.

Ná gammastrale is die X-strale die volgende energiekste strale met die hoogste frekwensie. Dié kan ook nie deur die atmosfeer dring nie, en kan gevolglik ook nie met instrumente gemeet word wat op die aarde is nie.

X-straalsterrekunde het maar onlangs begin. In die sestigerjare is dit die eerste keer deur middel van kortafstandvuurpyle waargeneem. Sedert die sewentigerjare word X-straalbronne ernstig bestudeer deur middel van satelliete wat in bane om die aarde wentel. Etlike honderde X-straalbronne is reeds ontdek.

Tussen die X-strale en die sigbare lig (die golfies word steeds minder energiek) is die ultravioletstrale. Die atmosfeer absorbeer ook baie van hierdie strale. Ná die sigbare ligstrale, en nóg minder energiek (met gepaardgaande laer frekwensie), volg die infrarooi strale.

Nóg minder energiek is die radiogolwe. Hiervan kan net die energieke golwe met hul korter golflengtes en hoër frekwensies deur die ionosfeer dring en op aarde opgevang word. Die minder energieke radiogolwe met hul langer golflengtes word deur die ionosfeer in die ruimte teruggekaats.

Van ál die elektromagnetiese golwe wat uit die hemelruim op ons aanspoel, is die strokie golfies wat tussen die ultravioletstrale met hul korter golflengte en die infrarooi golwe met hul langer golflengte lê, vir ons baie belangrik. Dit is die strokie sigbare lig wat ons met die oog kan sien.

In die elektromagnetiese spektrum is die sigbare strook liggolfies net ’n haardun strepie. Die mens het nog altyd deur ’n skrefie na die sterre gekyk.

As twee kolletjies 3 mm van mekaar die breedte van die sigbare ligspektrum sou voorstel, sou die res van die elektromagnetiese spektrum van daardie twee kolletjies af strek tot by ’n ster 32,6 ligjare ver – en één ligjaar is ’n afstand van 9 460 564 614 000 km!

Die elektromagnetiese spektrum. Die skets is nie volgens skaal nie. Die optiese venster in die middel is oneindig smaller as wat hier weergegee word – in werklikheid minder as ’n haarbreedte.

Wat ons van die hemelruim met sigbare lig kan waarneem, selfs met die hulp van kragtige teleskope, is uiters min. As ons werklik die heelal wil bestudeer, moet ons buite die atmosfeer gaan sodat al die golwe van die elektromagnetiese spektrum opgevang kan word.

Met die Hubble-ruimteteleskoop wat die Amerikaners in ’n baan om die aarde ver bokant die atmosfeer geplaas het, is meer van die heelal ontdek as in al die vorige eeue saam.

Tientalle ruimtetuie is in die lugruim bokant die aarde geplaas wat al die strale van die spektrum kan waarneem. Die waarneming van elke golflengte van die elektromagnetiese spektrum het ’n gespesialiseerde sterrekundige studieveld geword.

Die skrefie lig waarmee ons kan sien, is eintlik ’n bundel lig waarin al die sigbare golflengtes saamgebondel is. Dit lyk vir ons wit. Al die golfies van daardie bondel het egter nie dieselfde golflengte nie.

As die lig vir ons wit lyk, is dit omdat ál die sigbare golflengtes saamgevleg is. Met ’n prisma kan dit ontrafel word en ons sien dit dan opgebreek in die kleure van die reënboog.

In volgorde is die kleure van die golfies met ’n kort golflengte (hoë frekwensie) tot dié met ’n lang golflengte (lae frekwensie) soos volg: violet, blou, groen, geel, oranje en rooi. Die verskillende kleure is dus golfies van verskillende golflengtes en frekwensies.

Sommige hemelliggame straal golwe oor so te sê die hele elektromagnetiese spektrum uit. In die sigbare deel kan die spektrum regstreeks waargeneem word. Val dit buite die sigbare deel, word dit met fotografiese of elektroniese toestelle waargeneem. Baie van dié waarnemingsapparate is aan boord van ruimtetuie.

Feitlik alle inligting wat sterrekundiges van die verre dele van die heelal ontvang, word deur middel van elektromagnetiese straling verskaf. Dit is dus lig in verskillende golflengtes: sigbare lig, radio-, infrarooi en mikrogolwe, X-strale en gammastrale. Deur hierdie boodskappers uit die uithoeke van die heelal te bestudeer, kan sterrekundiges ’n beeld van die heelal saamstel.

Alles straal golwe uit

Die koudste koud wat kán bestaan, die absolute nulpunt van temperatuur, die absolute zero-temperatuur, is -273 ºC. Wetenskaplikes gebruik hul eie temperatuurskaal wat hulle die Kelvin-skaal noem. Die absolute nulpunt, naamlik -273 ºC, is ook nul grade K (Kelvin). Daar word egter nie van grade Kelvin geskryf of gepraat nie. Dit is net X Kelvin.

Die Kelvin-skaal is genoem na die Britse fisikus en elektriese ingenieur William Thomson, eerste baron Kelvin van Largs (1824-1907). Hy was ook die leier van die projek waardeur die eerste transatlantiese telegraafkabel gelê is.

Alles wat warmer as die absolute nulpunt is, straal elektromagnetiese golwe uit, bloot omdat dit warmte het. Soos jy nou daar sit, straal alles in die kamer golwe uit: die stoel, die tafel, die mure, die radio, die matte, die horlosie teen die muur, die blaaie van die boek. Jy is waarskynlik die voorwerp wat die meeste golwe uitstraal, omdat jy die warmste voorwerp in die kamer is, tensy jy besig is om ’n koppie tee te drink, of as daar ’n kat êrens opgekrul lê, of as ’n verwarmer aangeskakel is.

Hoe warmer ’n voorwerp, hoe meer golwe word uitgestraal, en hoe meer van die golwe het korter golflengtes. Koelerige voorwerpe in die kamer straal merendeels infrarooi en radiogolwe uit. ’n Vuur in die kaggel straal egter hoofsaaklik infrarooi asook hoër energie uit, en dus ook sigbare lig, waarvan die golflengtes korter as infrarooi is.

Strale met hoë energievlakke is baie skadelik vir lewende weefsel. Ons word ons lewe lank blootgestel aan die bestraling deur violet- en ultravioletstrale, veral as ons sonbrand, maar dié golwe word doeltreffend deur die osoonlaag in die stratosfeer gefiltreer sodat baie min ons tref. As ons aan die bestraling van X-strale blootgestel was, sou ons binne ’n maand gesterf het, maar gelukkig skerm die atmosfeer alle X-strale af.

Die kosmos ontwikkel geweldige hoeveelhede X-strale. Sterrekundiges bestudeer hierdie ontsaglike hoeveelhede energieke X-strale met groot belangstelling. In die afgelope dekades is verstommende ontdekkings oor die X-straalbronne gemaak.

Die helderste bronne in ons eie sterrespiraal is dubbelsterre wat so woes om mekaar slinger dat daar ’n uitruiling van massa is. Verskeie aktiewe galaksies en kwasars is dowwe X-straalbronne.

Veral interessant is die voorwerpe wat in 1975 ontdek is en wat X-straaluitbarsters genoem is. Dié raaiselagtige voorwerpe skiet skerp sarsies

X-strale uit, wat na ’n minuut of wat bedaar. Die vermoede is dat die uitbarstings veroorsaak word deur rukkerige massa-uitruilings tussen dubbelsterre.

Die sigbare gedeelte van die spektrum is vir ons belangrik omdat ons oë dit kan opvang en verwerk sodat ons daarmee kan sien. Met teleskope konsentreer en verskerp ons die bundels lig. Eeue lank was dit die enigste manier om kennis van die hemelruim in te win.

Een van die belangrikste en mees fundamentele ontdekkings omtrent die heelal, dat dit na alle kante toe uitdy, is juis deur middel van die sigbare ligspektrum gemaak.

Hoekom is haar oë blou?

Uit die hemelruim is dit hoofsaaklik “wit” lig, dit wil sê strale van die volle sigbare ligspektrum, wat voorwerpe om ons tref. Dié word na ons weerkaats en ons sien die weerkaatsings en die voorwerpe. As daar geen lig is nie, is daar geen weerkaatsing deur voorwerpe nie, en sê ons dit is donker en stamp ons ons tone teen klippe.

Radar werk presies soos ons oë. In die nag stuur ons liggolwe deur middel van ’n flitslig of ons motorligte uit om teen voorwerpe te bots wat dit terugkaats, sodat ons oë die teruggekaatste golwe kan opvang en die voorwerpe sigbaar word.

Radar stuur ook golwe uit, maar radargolwe het ’n frekwensie wat nie vir ons oë sigbaar is nie. Die golflengte is besonder lank, tussen ’n millimeter en ’n meter. Dit tref ’n voorwerp, veronderstel ’n vyandelike vliegtuig in die lug of ’n skip ter see, of die verre kuslyn, en die golwe word teruggekaats en deur ’n skottelantenne opgevang.

Radar “sien” nie net waar die vliegtuig of skip of die land is nie. Omdat die snelheid van elektromagnetiese golwe bekend is, en die tydsduur vasgestel kan word tussen die uitstuur en die ontvangs van die golf, kan ook vasgestel word presies hoe ver die vliegtuig, skip of kus is.

In die natuur is wit nogal ’n seldsame kleur, want net die wit tekstuur van ’n wit eier, ’n wit wolk, ’n wit blom, ’n witgekalkte muur, wit sand of ’n wit laken weerkaats die volle spektrum van die son (of flitslig of soeklig) se strale.

Groen blare absorbeer al die frekwensies behalwe dié wat vir ons groen lyk. Dit is egter nie suiwer bottelgroen nie. Daar is altyd ander golflengtes by, daarom is daar soveel skakerings van groen.

Bloed absorbeer al die kleurfrekwensies behalwe rooi, sodat net golfies van die rooi deel van die spektrum die oog bereik. ’n Meisie met mooi blou oë het weer die eienskap dat dit net blou strale weerkaats om ons mansmense mee te betower.

Sommige ligfrekwensies meng harmonies en vorm pragtige nuwe kleure soos groen, wat ’n harmonie van die blou en die geel frekwensies is. Pers is ’n harmonie van blou en rooi en oranje van geel en rooi.

’n Reënboog is eintlik die gevolg van sonlig wat met die regte hoek op miljoene klein reëndruppels val. Die wit lig word dan in die baie kleure van die ligspektrum opgebreek.

As materie nie die eienskap gehad het dat dit liggolwe absorbeer nie, sou die aarde grys en dood gewees het. Gelukkig ook dat ons oë die vermoë het om heelwat ligfrekwensies, en gevolglik kleure, waar te neem. Honde is volkome kleurblind, daarom lyk alle landskappe vir honde grys. Honde se ryk geskakeerde “kleurewêreld” word deur hul olfaktoriese organe, hul neuse, opgevang en hulle lewe in ’n wêreld van bonte geure.

Sommige mense is ook heeltemal of gedeeltelik kleurblind. Sodanige mense kan sekere of alle ligfrekwensies nie onderskei nie.

Die heelal se vingermerke

Die ligspektrum openbaar ook ander belangrike eienskappe van kosmiese voorwerpe. As die lig van ’n voorwerp soos die son deur ’n skrefie op ’n prisma skyn, het die opgebreekte kleurebaan swart strepies wat ’n patroon vorm, amper soos die staafstrepies op produkte wat in winkels verkoop word. Laasgenoemde dui egter net besonderhede van die prys aan, terwyl spektrumstafies geweldig baie van die ligbron openbaar.

Die gasspektrum van elke element in die heelal het sy eie kenmerkende strepiespatroon. Dit is sy vingerafdruk, want dit is onfeilbaar en onveranderlik.Yster het sy eie patroon, helium het syne, so ook goud, waterstof, stikstof, koper en argon. Die strepies word die stralingspektrum (emissie-spektrum) genoem.

Gasmolekule wat tussen die bron van die straling en die spektroskoop aanwesig is, kan ook ligenergie van bepaalde golflengtes absorbeer, wat die vingerafdrukke is van elemente in die absorberende gas. Dit veroorsaak absorbsielyne.

So kan beide die emissielyne en die absorbsielyne verklap watter elemente in die liggaam is wat die energie uitstraal, asook van die medium tussen die liggaam en die waarnemer.

Deur hemelliggame se ligspektrums te bestudeer, kan sterrekundiges vasstel watter gasse in Jupiter se kolke warrel, watter elemente in die son brand en van watter stof sterre en ander hemelvoorwerpe gemaak is wat duisende ligjare ver flonker.

Die spektroskoop het dit vir ons moontlik gemaak om die heelal soos ’n boek te lees. Vóór die koms van die spektroskoop was die boek toe, maar die spektroskoop het dit oopgemaak.

Infrarooi strale

Byna twee eeue gelede het sir William Herschel (1738-1822), Duits-Britse sterrekundige, vasgestel dat daar “stralende energie” anderkant die rooi end van die spektrum van sigbare lig is. Hy het ontdek dat die son nie net sigbare lig uitstraal nie, maar ook lig in die lang golflengte, met ander woorde in die infrarooi gedeelte. William Herschel het ook naam gemaak deur in 1781 die planeet Uranus te ontdek.

Hy was die vader van John Herschel (1792-1871), wat as sterrekundige in Observatory in die Kaap gewerk het, waar hy onder meer newelvlekke en sterre van die suiderhemel opgeteken het. Saam met Thomas Maclear (1794-1879) het hulle die komeet Halley se verskyning in November 1835 beskrywe.

Vandag is studies van die infrarooi golwe ’n belangrike vertakking van die sterrekunde. Van die eerste belangrike waarnemings is gemaak deur middel van die satelliet IRAS (Infrarooi Astronomiese Satelliet), wat op 25 Januarie 1983 gelanseer is en kortstondig in ’n baan om die aarde waarnemings gemaak het. Deur middel van die IRAS is ’n volledige kaart van infrarooi straling van die hemelkoepel gemaak.

Anders as sigbare lig kan infrarooi straling deur die dik wolke van kosmiese baarmoeders soos die Orionnewel dring, daar waar sterre gevorm en gebore word. Nuwe soorte sterre is ontdek – jong, massiewe sterre met energieke massa-uitvloeiings in die vorm van sterwind-orkane wat energieke deeltjies uitstrooi.

Op ’n afstand van sowat ’n ligmaand van so ’n ster slaan die deeltjies teen die omliggende gaswolk vas en verhit dit. Dit veroorsaak mikrogolf- en infrarooi straling wat op die aarde opgevang word. Die IRAS se vernaamste taak was om warm kolle in die hemelruim op te spoor, plekke waar sterre vermoedelik aan die ontstaan is.

Gammastrale

Nadat sterrekundiges opwindende ontdekkinge deur middel van X-strale gemaak het, het hulle sterstralings begin ondersoek wat selfs korter golflengtes as X-strale het. Hulle het gammastraal-verklikkers ontwerp en dié in ballonne hoog in die lug gestuur, en later met satelliete wat ver bokant die atmosfeer gestyg het.

Belangrike inligting oor neutronsterre en swartkolke is só ingewin. Ontsaglike energie-ontladings is noodsaaklik om gammastrale voort te bring. Dit gebeur meestal in die nabyheid van neutronsterre en swartkolke.

Gammastrale kom van atoomkerne, of elektron-positron-uitwissing. Ook gammastrale is heroute van die heelal wat belangrike inligting verskaf oor die ingewikkelde fisiese prosesse wat met eksotiese, kompakte voorwerpe in die hemelruim verband hou.

Uit die rigting van die as van ons Melkweg word radio-, gamma- en X-straalgolwe uitgestraal. Gamma- en X-strale is die gevolg van elektron-positron-vernietiging. Hieruit kan afgelei word dat daar in die hart van ons galaksie waarskynlik ’n betreklik “mak” swartkolk is.

Eeue lank kon die mens net die liggolwe van hemelse voorwerpe waarneem wat met die oog sigbaar was. Deur die boodskappe van die volle omvang van alle golwe deur middel van ingewikkelde instrumente waar te neem en te bestudeer, het hy baie meer van die heelal ontdek. Onder meer is ontdek dat dit grootser en gewelddadiger is as wat hy ooit vermoed het.