Project ExoEarth: een computermodel van de aarde

Hoe te beginnen bij gebrek aan een lab? Nou gewoon.. met wetenschappers in Amerika

Afgelopen september ben ik begonnen met mijn onderzoek. Door COVID-19 zijn de bekendste observatoria over de hele wereld geheel gesloten. Hier in Leiden is universiteit met de laboratoria deels gesloten waardoor ik thuis aan het werk ben. Helaas heb ik nog niet al mijn collega's ontmoet, maar gelukkig zijn er als sterrenkundigen genoeg dingen om me mee bezig te houden en verder te onderzoeken. Zo ben ik een project gestart samen met mijn supervisor en wetenschappers uit Amerika. We maken een computermodel van de aarde, waarbij we net doen alsof het een exoplaneet is.

Laten we beginnen met de vraag: "Hoe kan het dat we planeten kunnen zien?". Het zijn geen sterren die licht geven, zoals de Zon. Toch waren op 21 december 2020 waren Jupiter en Saturnus tijdens hun 'kosmische kus' duidelijk te zien. Dit komt doordat het oppervlakte van de planeet het zonlicht weerkaatst. Dit weerkaatste licht kunnen we dan vanaf de aarde zien en meten. Denk nu eens aan de Maan. De maan heeft kraters, bergen en zeeën die we met het blote oog als vlekken kunnen zien. Hoe veel licht een oppervlakte kan weerkaatsen, wordt ook wel het albedo, letterlijk 'witheid' genoemd. Een volledig witte maan of planeet zou een albedo van 1.0 hebben en een zwarte een waarde van 0.0.

Wat ik me nu afvraag, en dus onderzoek, is hoe licht afkomstig van de Zon, door de atmosfeer reist en op het aardoppervlak weerkaatst wordt. Om dit te onderzoeken kijk ik naar alle delen van het zonlicht. Wat bedoel ik daarmee? Nou, ik breek het licht als een soort prisma op in het zichtbare licht, ultra-violet en infra-rood. Hierdoor kijk ik als het ware naar een soort regenboog. Wil je meer weten over deze verschillende soorten licht? Lees hieronder verder!

Werken met het lichtspectrum • Als ik in de Van Dale, het bekendste en super dikke Nederlandse woordenboek, het woord spectrum opzoek, vind ik de beschrijving: "kleurenreeks die ontstaat bij ontleding van licht, bijvoorbeeld door een prisma". Licht bestaat uit veel kleine elektromagnetische golven die we met het oog kunnen zien. De lengte van piek tot een volgende piek in zo'n elektromagnetische golf noemen we een golflengte. Deze lengte beschrijven we niet in meters of centimeters (cm), maar in nanometers (nm). Één cm is precies 10.000.000 nm. Licht met een golflengte van 420 nm zien we als violet licht. Licht met een golflengte van 780 nm zien we als rood licht. Alle golflengtes tussen 420 en 780 nm noemen we dan ook het zichtbaar licht.

In het heelal is meer te zien dan alleen maar zichtbaar licht. Zodra we elektromagnetische golven niet meer als licht kunnen zien, noemen we dit straling. Golven met een golflengte groter dan 780 nm (rood licht) noemen we infrarood straling en golven met een golflengte kleiner dan 420 nm (violet licht) noemen we ultraviolet straling. Als de golven nog kleiner worden noemen we de straling röntgen straling. Waar komen deze verschillende soorten straling dan vandaan? Relatief koude sterren (met een temperatuur van 4000°C) en planeten stralen infrarode straling uit. Zichtbaar licht is afkomstig van sterren zo groot en warm als onze Zon. Hete sterren (met een temperatuur van 10.000°C) kunnen we 'zien' door te kijken ultraviolet straling en tenslotte produceert heet gas (met een temperatuur van 10.000.000°C) röntgen straling.

Dit zijn nog maar een paar voorbeelden van de vele bronnen in het heelal die verschillende soorten stralingen produceren. Toch hoop ik je een idee te hebben gegeven van waar straling en licht vandaan komt.