Venus wees de weg naar de zon

Astronomie

Sinds 1761 staan bij elke Venusovergang de astronomen paraat. Op 6 juni is de laatste kans van deze eeuw.

Het einde van de Venusovergang van 2004. Foto Dutch open telescope

Rechtstreeks geconfronteerd worden met het feit dat we in een gigantisch zonnestelsel leven waarin piepkleine planeetjes als stofvlokjes rond een majestueuze zon draaien? Dat kan op de vroege ochtend van woensdag 6 juni. Een van die ‘stofvlokjes’, de planeet Venus, schuift dan tijdens een zeldzaam natuurverschijnsel als een gitzwart schijfje precies voor de zon langs. Een paar uur lang zullen dan ook de grootste astronomische ogen, waaronder die van de Hubble-ruimtetelescoop, zich op onze zusterplaneet richten. Uiteraard, want het hemelse spektakel is uiterst zeldzaam.

Een Venusovergang doet zich alleen voor wanneer de planeet tussen de aarde en de zon door beweegt en daarmee precies de ecliptica, het baanvlak van de aarde snijdt. Dat gebeurt met lange tussenpozen steeds twee keer kort na elkaar. De laatste overgang vond plaats in 2004. Die was ook de eerste die met moderne telescopen waargenomen kon worden. Na aanstaande woensdag zal onze zusterplaneet pas in december 2117 weer, vanaf de aarde bezien, voor de zon langs schuiven.

Het fenomeen is in heden en verleden van bijzonder wetenschappelijk nut gebleken. In 1716 beschreef de Britse astronoom Edmond Halley een vernieuwende methode in de zoektocht naar wat toen bekend stond als de heilige graal van de astronomie: het bepalen van de afstand van de aarde tot de zon. Deze (gemiddelde) afstand is tegenwoordig een van de standaardeenheden voor afstanden in het heelal en staat bekend als de Astronomische Eenheid (AE).

In principe kun je zo’n afstand bepalen door de ‘parallax’ te meten: de mate waarin de positie van de zon ten opzichte van een referentiepunt – bijvoorbeeld een verre ster – lijkt te verschuiven als die wordt waargenomen door verschillende, ver van elkaar verwijderde waarnemers. Die verschuiving (gemeten als een hoekverschil) is samen met de exacte afstand tussen de waarnemers in theorie voldoende om de afstand tot de zon te bepalen. Maar de moeilijkheden liggen voor de hand: overdag overstraalt de zon alle sterren die als referentiepunt kunnen dienen.

Koningsnummer

Een indirecte methode moest dus uitkomst bieden. Dankzij de derde wet van Kepler, die een relatie legt tussen de omlooptijd van een planeet en haar gemiddelde afstand tot de zon, hadden astronomen een goed beeld van de relatieve afstanden tussen de hemellichamen. Halley besefte dat hij slechts de afstand tot één planeet nauwkeurig hoefde te bepalen om vervolgens alle andere afstanden eenvoudig te kunnen afleiden inclusief het koningsnummer, de afstand aarde-zon (150 miljoen kilometer, weten we nu).

In een nog altijd zeer leesbaar artikel beschrijft Halley hoe een zeldzaam fenomeen als een Venusovergang gebruikt kon worden om de Venus-parallax te meten, in plaats van die van de zon. Omdat Venus veel dichter bij de aarde staat, zouden verschillende waarnemers, gestationeerd zo ver mogelijk ten noorden en ten zuiden van de evenaar, het Venusschijfje via een net iets ander pad langs de zonneschijf zien trekken. Halley realiseerde zich dat het hoeksverschil tussen de noordelijke en zuidelijke waarneming uiterst klein en moeilijk meetbaar zou zijn. Hij stelde daarom voor om de duur van de overgang te meten met een nauwkeurige slingerklok (de Nederlander Christiaan Huygens had in 1657 een meesterwerk op dit gebied verricht). De rand van de zon is immers gekromd, waardoor een planeetovergang die iets noordelijker begint ook iets langer zal duren.

De Venusovergang van 1761 vormde zo het decor van de eerste grootschalige internationale wetenschappelijke samenwerking. Geïnspireerd door de ideeën van Halley – de astronoom zelf was in 1742 overleden – stuurden verschillende regeringen waarnemers naar tientallen onherbergzame streken, van Siberië tot eilanden in de Stille Oceaan. De imperiale spanningen werden even opzij gezet en bij hoge uitzondering verleenden Engeland en Frankrijk elkaars astronomen een laissez passer om ongehinderd door hun wereldrijken te kunnen reizen.

De astronomen maten er de duur van de overgang tussen het ‘tweede contact’ (het moment dat de planeet zich volledig binnen de zonneschijf bevindt) en het ‘derde contact’ (wanneer de planeet voor het eerst weer contact maakt met de rand van de zonneschijf). Maar een onverwacht neveneffect verstoorde de timing volledig. Door de telescopen leek Venus als een zwarte ‘traan’ aan de buitenrand van de zon te blijven plakken. Pas in 1999, toen NASA een overgang van het binnenplaneetje Mercurius onderzocht kwam er een verklaring voor dit ‘zwartedruppeleffect’. Een stralend hemellichaam als de zon lijkt aan de randen altijd donkerder dan in het centrum. Deze randverduistering, in combinatie met minimale optische afwijkingen die elke telescoop heeft, zorgde voor het plakken.

Druppeleffect

Door het druppeleffect kon ‘het elegantste astronomische probleem’, zoals de meting van de Astronomische Eenheid ook wel genoemd werd, tijdens de Venusovergangen van 1761 en 1769 niet definitief opgelost worden. Ook bij de herkansingen in 1874 en 1882 bleef de zwarte druppel astronomen parten spelen. Maar in 1885 combineerde de Amerikaanse astronoom Simon Newcomb de data van de vier Venusovergangen en maakte hij een berekening die toch dicht bij moderne metingen van de AE kwam. Inmiddels is de AE tot op enkele meters nauwkeurig bepaald – het is ongeveer 149,6 miljoen kilometer.

De aanstaande Venusovergang zal een wetenschappelijk doel dienen waar achttiende-eeuwse astronomen niet van hadden durven dromen. “De overgang biedt een uitgelezen mogelijkheid om dichtbij de methoden te testen die we inzetten bij de zoektocht naar verre exoplaneten”, zegt de Leidse astronoom Ignas Snellen.

Doorgaans zoeken astronomen naar minimale periodieke dipjes in de helderheid van sterren. Zo’n tijdelijke afname van de helderheid van een ster kan een aanwijzing zijn dat er een planeet rond die ster draait. “Grote, Jupiter-achtige gasreuzen kunnen we zo al aardig opsporen”, vervolgt Snellen. “Voor kleinere, aardachtige planeten is dat vele malen moeilijker. Door nauwkeurig te kijken naar veranderingen de intensiteit van het licht van de zon wanneer een aardachtige planeet als Venus passeert, weten we ook voor verre waarnemingen beter waar we op moeten letten.

“Helaas is woensdagochtend in Nederland alleen een staartje van de overgang te zien,” zegt Snellen. “In Nederland worden er dus dit jaar bij mijn weten geen wetenschappelijke waarnemingen gedaan.”

    • Maarten Muns