Venus in het voorbijgaan

Sinds 1882 niet meer vertoond: de planeet Venus die voor de zon langs trekt. Vroeger hoopte men er de afstand tot de zon uit af te leiden, nu kijkt vooral de liefhebber.

DINSDAG 8 JUNI aanstaande vindt een Venusovergang plaats. Venus trekt dan voor de zon langs in een soort mini-eclips. Het gaat om een zeldzame gebeurtenis: de laatste Venusovergang dateert van 1882 en sinds de uitvinding van de telescoop zijn er zes geweest. Alle hebben ze geschiedenis geschreven. In Nederland is de Venusovergang, die ruim zes uur duurt, van begin tot eind zichtbaar.

Venus doet over haar baan rond de zon bijna 225 dagen, de aarde ruim 365. Iedere (bijna) 584 dagen is er daarmee een moment dat aarde, venus en zon vrijwel in elkaars verlengde staan, de synodische periode. Dat `vrijwel' is niet voldoende voor een overgang. Het vlak waarin Venus rond de zon draait maakt een hoek van ruim 3,5 graden met het vlak van de aardbaan. Rond 10 juni en 10 december snijden deze twee vlakken elkaar. Als dan bovendien aan de eerste voorwaarde voldaan wordt, vindt er een Venusovergang plaats.

Dat we sinds 1882 hebben moeten wachten komt omdat het na een juni-overgang 8 jaar duurt tot de volgende en daarna ruim 105 jaar eer een december-overgang plaatsvindt. Ook die wordt 8 jaar later door nog een december-overgang gevolgd waarna de wachttijd voor de volgende juni-overgang ruim 121 jaar is. De totale cyclus duurt daarmee 243 jaar: 8 + 105 + 8 + 121.

Venusovergangen zijn in de geschiedenis ingezet om de afstand aarde-zon te bepalen. Kepler, de man van de perkenwet (de oppervlakte die de voerstraal van een planeet in zijn ellipsbaan om de zon per tijdseenheid beschrijft is constant) voorspelde dat in 1631 zowel Mercurius als Venus vanaf de aarde gezien voor de zon langs zouden trekken. Een `overgang', heet dat in vaktaal. Kepler stierf in 1630, maar Pierre Gassendi lukte het de Mercurius-overgang waar te nemen, op 7 november 1631. Zijn waarneming – door projectie van het telescoopbeeld op een muur – was incompleet, niettemin wist hij de diameter van deze binnenplaneet te bepalen. De Venusovergang zag hij niet – die viel in Europa 's nachts.

Dat was sneu: volgens de berekeningen van Kepler zou de mensheid meer dan een eeuw op de volgende Venusovergang moeten wachten. De jonge, briljante Jeremiah Horrocks rekende de zaak op basis van tabellen van onze landgenoot Filip van Lansberge nog eens door, om te ontdekken dat de volgende Venusovergang niet in 1761 was (zoals Kepler beweerde) maar in 1639. Horrocks had geluk: een maand later was het zo ver. Op zondag 4 december zou Venus voor de zon langstrekken. Horrocks had een baantje als klerk in de plaatselijke kerk en na de eredienst rende hij naar Carr House, waar hij woonde en richtte zijn kijker op de zon. Venus was toen net de zonneschijf `binnengedrongen' en eer het kleine zwarte schijfje deze verliet was de zon onder. De afstand viel dus niet te berekenen, wel de schijnbare grootte van de planeet. Horrocks schreef een prachtig verslag van de Venusovergang onder de titel Venus in sole visa, waarin hij ook interessante meteorologische conclusies trok. Hij was toen net 21, nog geen twee jaar later stierf hij.

De wereld moest dus tot 1761 wachten voor de volgende overgang zich aandiende. Intussen had Halley een belangrijke ontdekking gedaan. Als de Venusovergang vanaf een serie plaatsen op aarde, zover mogelijk uit elkaar gelegen, werd waargenomen, zou je met enige meetkunde de afstand tot de zon kunnen bepalen. Dat was niet alleen wetenschappelijk interessant. Wie die afstand nauwkeurig berekende, kon zich onder geleerden `eigenaar' van het zonnestelsel noemen en daarmee de facto van het heelal. Het werd een wedstrijd tussen Britten en Fransen. Op 70 locaties, over de hele wereld verspreid, werd er waargenomen: India, Siberië, Isle Rodrigue, St. Helena, Sumatra, St. John, etc. In Nederland, waar de overgang slechts gedeeltelijk zichtbaar was, zag Nicolaas Ypey de overgang in Franeker en Jan de Munck, die een eigen sterrenwacht had, kreeg hem in Middelburg in beeld.

Goede metingen stonden of vielen bij precieze tijdstippen voor de vier stadia van de overgang (zie figuur) en een nauwkeurige positiebepaling. Aan land kon de geografische breedte bepaald worden aan de hand van de hoogste stand van de zon en de lengte met behulp van het precieze tijdstip van het verdwijnen van maantjes van Jupiter achter de planeet, alles gerelateerd aan Greenwich-tijd. Op zee was het bepalen van de lengte allerminst eenvoudig. Dat lukte alleen door een zeer nauwkeurige klok mee te nemen en die te ijken aan de klok in Greenwich. Iedere minuut ernaast gaf een fout in de positie van meer dan 20 km.

Het verwachte succes bleef in 1761 uit. Het bleek dat zowel het moment van het `loskomen' van Venus van de rand van de zon als het begin van het `uittreden' niet goed te bepalen waren door wat het druppeleffect is gaan heten. Een flink aantal seconden (volgens sommige waarnemers ruim een minuut) is tussen Venus en de zonnerand een zwarte druppel te zien, waardoor de planeet niet meteen goed los van de rand komt. De oorzaak is dat licht in de aardse atmosfeer (of die van Venus) niet helemaal een rechte lijn volgt (het effect is op te roepen door twee vingers vlakbij elkaar te houden: ook tussen de vingers wordt een druppel zichtbaar). De waarnemingsresultaten in 1761 liepen sterk uiteen en een nauwkeurige afstand Venus-zon (en via de wetten van Kepler: aarde-zon) was er niet uit te destilleren.

Acht jaar later bestond de mogelijkheid tot revanche. Intussen waren kijkers sterk verbeterd en omdat de oorzaak van het druppeleffect in de kijker (van het oude type) gezocht werd, werden er opnieuw vele waarnemers op uitgestuurd – onder wie kapitein Cook naar Tahiti. Op Mauritius was de Franse astronoom Le Gentil na de Venusovergang van 1761 op zijn post gebleven. Liever was hij naar Manila verkast, maar dat mocht niet van de Académie. Dat was jammer: op 3 juni trok tijdens de cruciale uitrede op Mauritius een wolk voor de zon, op Manila was het kraakhelder weer. Ook in breder verband vielen de resultaten tegen, en dat met meer expedities dan acht jaar daarvoor. De afstand van de aarde tot de zon kwam na zeer tijdrovende berekeningen uit op 152,6 miljoen kilometer - maar de onzekerheidsmarge in dit getal was onbevredigend groot, door het druppeleffect. nu weten we dat het getal bijna twee procent te hoog.

Het duurde meer dan een eeuw eer op 9 december 1874 de volgende Venusovergang zich aandiende. Intussen was heliostaat was uitgevonden: een telescoop waarmee de zon veel beter gevolgd kon worden. Ook had de fotografie zijn intrede gedaan. De hoop was dat met een fotoheliostaat het druppeleffect, waarvan de oorzaak onbekend was, zou verdwijnen. En met meridiaankijkers vielen posities veel beter te bepalen. Opnieuw gingen tientallen wetenschappelijke expedities op pad. Nederland stuurde een zes man sterke expeditie naar Réunion, onder leiding van Volkert Simon Maarten van der Willigen – Museum Sterrenwacht Sonnenborgh in Utrecht heeft er een interessante tentoonstelling aan gewijd.

Opnieuw was het belangrijk metingen te doen op plaatsen die zo ver mogelijk uiteen lagen. Maar liefst vijf expedities van Franse, Britse en Amerikaanse origine trokken naar Kerguelen, een eiland in de zuidelijke Indische Oceaan. Maar de druppel bleef en weer schoten de metingen tekort. De Nederlandse expeditie draaide zelfs uit op een fiasco: de foto's mislukten. Voor de overgang van 1882 kwam dan ook nauwelijks nog geld beschikbaar, al deed Brocx 6 december dat jaar waarnemingen op Curaçao. De hoop om met behulp van een Venusovergang eindelijk de precieze afstand van de aarde tot de zon te bepalen, was opgegeven.

Wetenschappelijke betekenis heeft de Venusovergang van 8 juni aanstaande niet meer: de afstand aarde-zon is langs andere weg zeer nauwkeurig bepaald. Tussen 7.19 en 13.23 uur zal Venus als een zwart schijfje over de zonneschijf trekken. Met een eclipsbrilletje is het allemaal goed te volgen. Mits het weer meewerkt.