Zon, aarde en maan

Zon, aarde en maan

Al tienduizenden jaren ondervindt de mens de invloed van de werelden buiten de aarde. Zelfs de primitieve mens moet al redelijk vertrouwd zijn geweest met de hemel, met de bewegingen van de maan, planeten, kometen, zon en andere sterren hierlangs. De bewegingen van zon en maan hebben geleid tot belangrijke tijdmaten.

Het door de zon bepaalde ritme van dag en nacht leidde tot het etmaal. De schijngestalte, de vorm van het verlichte deel van de maan, gaf aanleiding tot de maand. De periode die de zon nodig had om op hetzelfde punt terug te keren, werd een zonnejaar. Van de oude Egyptenaren is bekend dat zij de lengte van het jaar vaststelden op 365 dagen. Omdat een jaar in werkelijkheid ongeveer zes uur langer duurt, hebben we vrijwel elke vier jaar een schrikkeljaar (met één extra dag).

De dagelijkse zon

De zon is dan wel een normale ster, maar zijn bewegingen aan de hemel zijn wel anders dan van de andere sterren aan de hemel. Als je een langere tijd de bewegingen van de zon over de rustende hemelbol volgt, kun je drie dingen opmerken:

• De zon beschrijft elke dag een cirkelboog; dit is een dagbaan.
• De punten van zonsopkomst en zonsondergang veranderen van dag tot dag.
• De culminatiehoogte (culmineren is het hoogste punt bereiken) van de zon verandert elke dag

De zon in de loop van het jaar

Als de zon een lange hoge baan aan de hemel beschrijft, is het zomer. De zon culmineert hoog in het zuiden, komt op in het noordoosten en gaat onder in het noordwesten. Als de zon een lage baan aan de hemel beschrijft, is het winter. De zon culmineert laag in het zuiden, komt op in het zuidoosten en gaat onder in het zuidwesten.

In het oosten komt ’s morgens de zon op; het wordt dag. De zon gaat ’s avonds in het westen onder; het wordt nacht. De oorzaak hiervoor is de rotatie van de aarde. Dat de zon niet altijd precies op hetzelfde punt in het oosten opkomt en weer precies op hetzelfde punt in het westen ondergaat en niet elke dag even hoog culmineert, zoals de sterren, komt door de omloop van de aarde om de zon. Door de omloop van de aarde ontstaan de getijden: lente, zomer, herfst en winter. De schuine stand van de aardas van 23½° ten opzichte van haar omloopvlak speelt hier een belangrijke rol bij. Als de zon in de winter laag boven de horizon staat, kennen we de kortste dagen en de langste nachten. In Nederland leunen we dan als het ware van de zon weg, zodat we deze nauwelijks te zien krijgen. Maar in de zomer hebben we het tegengestelde: lange dagen, korte nachten. We staan dan naar de zon toegewend, zodat we lang en hoog aan de hemel kunnen zien.

Jaartelling

Het westerse, christelijke jaar is een zonnejaar. De maancyclus van 29 à 30 dagen is eigenlijk niet meer in de maanden terug te vinden. Toch zijn er nog overblijfselen van het maanjaar terug te vinden. Het oudste christelijke feest is Pasen. Het christelijke Paasfeest valt op de zondag na de eerste volle maan na het begin van de lente (op 21 maart). Carnaval (het begin van 40 dagen van vasten voor Pasen), Hemelvaart (40 dagen na Pasen) en Pinksteren (10 dagen na hemelvaart) hangen van deze Paasdatum af.

Het joodse jaar telt echte maan-maanden van afwisselend 29 en 30 dagen. Dit jaar telt 354 dagen en is derhalve 12 dagen korter dan ons jaar dat gebaseerd is op een zonnejaar. Dit wordt opgelost door om de drie jaar een extra maand in te lassen. Joodse feestdagn uit het maanjaar verspringen weliswaar, maar door deze aanpassing aan het zonnejaar blijft het Paasfeest toch in het voorjaar. In het joodse jaar valt Pasen altijd op dezelfde datum (de 14e van de eerste maand Nisan).

Het islamitische jaar is een puur maanjaar van 12 maan-maanden van afwisselend 29 en 30 dagen. Verder komen er schrikkeljaren voor van 355 dagen. Er is geen aanpassing aan het zonnejaar. Dit houdt in dat de islamitische jaartelling langzaam inloopt op de christelijke. Dit zie je bijvoorbeeld aan het feit dat de ramadan, het Suikerfeest en het Offerfeest ieder jaar anderhalve week vroeger vallen in het zonnejaar.

Getijden

Het getij is een complex verschijnsel. De maan heeft de grootste invloed op het getij. Door de aantrekkingskracht van de maan ontstaat een hoge waterstand aan de kant van de aarde waar de maan staat. Aan de andere kant ontstaat ook een hoge waterstand, maar dit heeft te maken met de beweging van de maan en de aarde om elkaar heen. De maan draait niet simpelweg om de aarde, maar maan en aarde draaien samen om een gemeenschappelijk punt, dat niet in het middelpunt van de aarde ligt. Hierdoor wordt het water aan de van de maan afgekeerde zijde als het ware van de aarde af geslingerd.

Omdat de aarde ondertussen ook zelf ronddraait, verplaatst de verhoogde waterstand zich over de aarde: ‘de aardkorst draait onder de verhoogde waterstand door’. Op een vaste plek langs de kust zou je daarom twee keer per dag hoogwater en twee keer laagwater op een vaste tijd verwachten. Echter door de baan van de maan om de aarde blijft de schijnbare positie van de maan ten opzichte van de zon per dag zo’n 50 minuten achter. Er zijn daardoor twee hoogwaters en twee laagwaters per ‘maan-dag’ van 24 uur en 50 minuten. De gemiddelde duur van een getijcyclus is dus geen 12 uur, maar 12 uur en 25 minuten.

De periode tussen hoogwater en laagwater wordt eb genoemd. Aan het begin van de eb is het dus hoogwater. Vloed is de hele periode tussen laagwater en hoogwater. Aan het begin van de vloed kan je dus nog over de wadplaten lopen.

Naast de maan heeft ook de zon een grote invloed op het getij. Als de zon en de maan op één lijn met de aarde staan, wordt er extra hard aan het water getrokken. Hierdoor ontstaat extra hoog water en extra laagwater. Dit heet springtij. Als de zon en de maan elkaar tegenwerken, doordat de zon haaks op de aarde en maan staat, is het water minder hoog en minder laag. Dit heet doodtij.

Zonsverduistering

Zonsverduisteringen vinden plaats als de aarde, maan en zon precies op een lijn staan. Een zonsverduistering kan slechts op een deel van de aarde worden waargenomen. De schaduw van de maan vormt een cirkel in het brandpunt en een ellips daarbuiten op het aardoppervlak. Een gehele verduistering is te zien waar de slagschaduw, dit wordt ook wel kernschaduw of umbra genoemd, van de maan het aardoppervlak raakt is er sprake van een totaliteitszone. Een gedeeltelijke verduistering is te zien waar de halfschaduw dat ook wel penumbra genoemd wordt, de maan raakt het aardoppervlak gedeeltelijk. Bij deze laatste is er slechts een hap zichtbaar uit de zon. Niet bij elke zonsverduistering raakt de kernschaduw van de maan de aarde; in dat geval is er nergens op aarde een totale verduistering te zien, maar enkel een gedeeltelijke.

Maansverduistering

Een maansverduistering doet zich voor wanneer de zon, de aarde en de maan op één lijn staan (met de aarde in het midden). Normaal weerkaatst de maan het licht van de zon naar de aarde, maar tijdens een maansverduistering staat de aarde in de weg en ontvangt de maan geen zonlicht: de maan bevindt zich in de schaduw van de aarde. Het zonlicht dat door de aardatmosfeer dringt is rood, wat een rode gloed op de verduisterde maan kan veroorzaken. De maximale duur van de maansverduistering bedraagt ongeveer 100 minuten.

Een ‘penumbrale’ maansverduistering doet zich voor wanneer de maan door de bijschaduw van de aarde trekt en niet door de kernschaduw. In dat geval is de volle maan wat minder helder. Een totale maansverduistering doet zich voor wanneer de maan wel door de kernschaduw (umbra) van de aarde trekt; als slechts een gedeelte van de maan door de umbra gaat, is er sprake van een gedeeltelijke maansverduistering.

Maansverduisteringen doen zich alleen voor tijdens volle maan, wanneer de maan tegenover de zon staat. Er doet zich echter niet tijdens elke volle maan een verduistering voor, omdat de baan van de maan ongeveer 5,1° helt ten opzichte van de ecliptica (het vlak waarin de aarde rond de zon draait). Hierdoor kan een maansverduistering alleen optreden als de maan zich in een ‘knoop” bevindt, één van de twee punten waar het baanvlak de ecliptica snijdt. Meestal gaat de baan onder of boven langs de schaduwkegel van de aarde.

In tegenstelling tot zonsverduisteringen, die in een klein gebied van de aarde te zien zijn, zijn maansverduisteringen waarneembaar vanaf elke plek waarvan men de maan kan waarnemen. Dit is op aarde, bij volle maan, dus vrijwel overal waar het nacht is. De verduistering vindt immers plaats op de maan zelf, die geen direct zonlicht ontvangt.

Tijdens een maansverduistering op aarde doet zich op de maan een zonsverduistering voor: de aarde staat voor de zon. De Oude Grieken concludeerden dat de aarde een bol was omdat tijdens maansverduisteringen de rand van de schaduw altijd rond was.

Opdracht

1. Wat is de culminatiehoogte van de zon op de langste dag van het jaar in Nederland (52° NB)?
2. Als de zon precies in het oosten opkomt, waar zal hij dan ondergaan? Op welke data gebeurt dat?
3. Bereikt de zon overal in Nederland tegelijk het hoogste punt? Leg je antwoord uit.

De maan is dus steeds met dezelfde zijde naar ons toegekeerd; dat kan alleen als de massa niet gelijkelijk verdeeld is over de maanbol.

Bronnen
http://www.rijkswaterstaat.nl/water/feiten_en_cijfers/getij/
https://www.walrecht.nl/nl