Het heelal doet je hoofd tollen

Beeld: Dit beeld van de Orionnevel laat twee enorme spelonken zien die zijn uitgesleten door onzichtbare reuzensterren die tot een miljoen keer meer licht kunnen uitzenden dan onze zon.

De ruimte is groot. We noemen ze dan ook de ruimte.

Maar hoe groot is groot? Dat is relatief. Als een astronoom zegt dat een hemelobject dichtbij is, dan kan dat betekenen dat het een paar miljoen kilometer van ons verwijderd is (zoals een asteroïde), maar evengoed enkele tientallen biljoenen kilometer (een ster) of tientallen triljoenen kilometer (een sterrenstelsel). Dat wordt hoe dan ook een eindje wandelen.

We maken het onszelf een stukje makkelijker door gigantische eenheden te gebruiken om afstanden te meten. Een lichtjaar is de afstand die je in een jaar tijd aflegt aan de snelheid van het licht – en licht is zowat de roadrunner van het heelal. Eén lichtjaar is ongeveer tien biljoen kilometer.

Dat helpt, al blijft een ‘dichtbijzijnde’ exoplaneet of ‘ver’ sterrenstelsel nog steeds vrij abstract. Een manier om enigszins grip te krijgen op de schaal van de dingen is door die kosmische afstanden stap voor stap te benaderen.

De maan is voor ons het dichtstbijzijnde astronomische object in het heelal. Ze bevindt zich gemiddeld op zo’n 380.000 kilometer van de aarde. Dat is al een flink eindje: over die afstand passen bijna dertig aardes naast elkaar. Je kunt het ook zo bedenken: de Apollo-astronauten, die sneller reisden dan eender welke mens voordien, deden er nog steeds drie dagen over om in de buurt te komen van de maan.

En de maan is dan nog het dichtstbijzijnde hemelobject. De zon is zo’n vierhonderd keer verder van ons verwijderd dan de maan: 150 miljoen kilometer. Hoe ver is dat precies? Als je een snelweg zou aanleggen van de aarde naar de zon en er onderweg geen ongevallen zouden zijn, dan zou je er 170 jaar over doen om daar te geraken. Een commercieel straalvliegtuig zou al wat tijd besparen: dan zou je er zeventien jaar over doen.

Voor objecten in ons zonnestelsel is het handig om de afstand tussen de aarde en de zon als een soort kosmische maatstok te gebruiken. We noemen die afstandsmaat de astronomische eenheid, of AE. De International Astronomical Union heeft ze vastgelegd op exact 149.597.870,7 kilometer. Met die maatstok bekeken bevindt Mercurius zich op ongeveer 0,4 AE van de zon en Venus op zo’n 0,7 AE. Hun afstanden tot de aarde hangen af van waar ze zich bevinden in hun baan rond de zon. Venus kan op een gegeven moment 0,3 tot 1,7 AE van de aarde af staan.

Neptunus ligt het verst van de zon weg, op 4,5 miljard kilometer of 30 AE. Pluto staat op ruwweg diezelfde afstand. En daarmee dus ook een heel eind van de aarde. NASA’s New Horizons-ruimtesonde snelde voort aan meer dan 50.000 kilometer per uur, en deed er alsnog meer dan negen jaar over om de dwergplaneet te bereiken.

Zonnestelsel op een touw

Ook met de AE blijven die afstanden moeilijk te vatten. Toen ik vroeger demonstraties gaf in scholen over astronomie, was het ‘zonnestelseltouw’ een van mijn favoriete rekwisieten: een koord van meer dan 15 meter dat de gemiddelde afstand voorstelde tussen de zon en Pluto. De scholieren kregen foto’s van een planeet en moesten met hun planeet op de juiste afstand tot de zon op de koord gaan staan. De leerlingen die Mercurius, Venus, de aarde en Mars hadden, moesten zowat op elkaar kruipen. Wie Uranus of Neptunus had, moest het klaslokaal uit en in de gang gaan staan.

Die demonstraties waren zo populair dat ik een spreadsheet heb gemaakt waarmee iedereen de schaal van het zonnestelsel kan berekenen. De diameter van de zon is de maatstaf, en je kunt berekenen hoe de planeten zich daartoe verhouden – in meters, maar evengoed in druiven. Het geeft je een beeld van de afmetingen in ons zonnestelsel.

Het is nuttig om de afstand tussen hemelobjecten te beschouwen in termen van hun afmetingen. De zon bijvoorbeeld is 1,4 miljoen kilometer breed. Het dichtstbijzijnde stersysteem is Alpha Centauri, op een afstand van 41 biljoen kilometer. Als we die twee getallen delen, dan is Alpha Centauri ongeveer 30 miljoen ‘zonnen’ van ons verwijderd. Dat rekensommetje toont nog maar eens dat sterren zeer klein zijn in vergelijking met de gigantische afstanden die tussen hen in liggen. Wat ook betekent dat je je geen zorgen hoeft te maken dat er ooit eentje tegen onze zon aanbotst.

De enorme schaal van die interstellaire afstanden dwingt ons ook om lichtjaren te gebruiken als meeteenheid. Die maken de boel net iets behapbaarder. Alpha Centauri bevindt zich op een afstand van 4,3 lichtjaar. De Orionnevel is zo’n 1.250 lichtjaar van de zon verwijderd. Het centrum van onze Melkweg ligt 26.000 lichtjaar van ons weg, en het gehele sterrenstelsel (waar ons zonnestelsel deel van uitmaakt), is een min of meer platte schijf met een diameter van ongeveer 120.000 lichtjaar.

Het dichtstbijzijnde grote sterrenstelsel is Andromeda, op 2,5 miljoen lichtjaar van ons. Dat is een interessant getal, want het is ‘slechts’ twintig keer de grootte van het Melkwegstelsel zelf. Anders dan sterren liggen sterrenstelsels dus wel vrij dicht bij elkaar.

Dat betekent dat botsingen niet alleen vrij vaak voorkomen, ze zijn zelfs alomtegenwoordig. De Melkweg heeft haar proporties te danken aan botsingen en samensmeltingen met andere sterrenstelsels. Meer nog: elk uit de kluiten gewassen sterrenstelsel heeft meerdere botsingen achter de rug.

Honderdduizend sterrenstelsels

De Melkweg en het Andromedastelsel zijn de twee grootste sterrenstelsels in een verzameling van ongeveer honderd sterrenstelsels die we de Lokale Groep noemen. Die is zo’n 10 miljoen lichtjaar breed. Grotere en meer sterrenrijke verzamelingen noemen we clusters. De dichtstbijzijnde van enige grootte is de Virgocluster, die meer dan duizend sterrenstelsels omvat. De cluster bevindt zich op 50 miljoen lichtjaar van ons. Er zijn wel enkele kleinere clusters die dichterbij staan.

Clusters van sterrenstelsels worden bijeengehouden door de zwaartekracht van hun leden, en kunnen tientallen miljoenen lichtjaren breed zijn. En daar stopt het niet! Clusters kunnen ook samenklitten om superclusters te vormen. De Virgocluster en de Lokale Groep zijn deel van de Laniakea-supercluster. Die telt mogelijk meer dan honderdduizend sterrenstelsels en is meer dan 500 miljoen lichtjaar breed.

Het universum is 13,8 miljard jaar oud. Je zou dus denken dat de verste objecten die we kunnen zien ongeveer zoveel lichtjaar wegzitten. Maar de kosmos zet uit. In de tijd die het licht afkomstig van verre objecten nodig had om tot bij ons te komen, zijn de grenzen van het heelal nog verder opgerokken. Dat maakt dat het zichtbare heelal niet 13,8 miljard, maar wellicht 90 miljard lichtjaar breed is!

Eigenlijk hebben zelfs wij astronomen geen werkelijk besef van deze schalen. We gebruiken ze, we laten er wiskunde en fysica op los, maar in feite worstelt ons apenbrein nog met zelfs de afstand tot de maan. En het universum is 2 miljoen biljoen keer groter dan dat.

Dus: ja, de ruimte is groot. En wij zijn zeer, zeer klein. De schaal waarover we hier bezig zijn, kan verpletterend zijn. Het klopt dus dat de kosmos te immens is om te vatten. Maar met wiskunde, fysica en onze hersenen kunnen we hem wel een béétje begrijpen. Dat maakt ons ook redelijk groots.