Eén van de meest gekoesterde ideeën in de fysica dezer dagen is kwantumchromodynamica, een theorie die de wisselwerking tussen elementaire deeltjes als quarks en gluonen beschrijft. Het is het universum in zijn meest fundamentele vorm, en daarom is het een interessant streven om die wisselwerking te simuleren op een computer en te zien wat voor complexiteit daaruit ontstaat. Hoewel fysici op dit moment zelfs op ’s werelds krachtigste computers slechts minieme stukjes van de kosmos na kunnen bootsen, is het belangrijkste dat een dergelijke simulatie, voor zover wij het begrijpen, niet te onderscheiden is van de realiteit.

Door de huidige technologische vooruitgang is het niet ondenkbaar dat onderzoekers over een niet al te lange tijd aanzienlijke ‘grotere’ delen van de ruimte kunnen simuleren. Op een gebied van slechts enkele micrometers zou de gehele werking van een menselijke cel kunnen worden nagebootst. Het is dit soort denken dat fysici ertoe zet om de mogelijkheid in aanmerking te nemen dat het universum in feite op een enorm krachtige computer zou kunnen draaien. Is er alleen een manier om daar achter te komen?

Volgens Silas Beane, onderzoeker aan de Universiteit van Bonn in Duitsland, en zijn collega’s is er een manier waarop bewijs verkregen kan worden voor een universum als computersimulatie, althans in bepaalde gevallen. Het probleem met alle simulaties is dat de natuurwetten moeten worden gesuperponeerd op een driedimensionaal raster dat in de loop van de tijd verandert. De vraag die het team stelde is of er daaruit enige vorm van beperkingen op de natuurwetten die in het heelal voortvloeien. Daarbij keken de onderzoekers in het bijzonder naar processen waarbij veel energie vrijkomt.

Wat blijkt is dat er een fundamenteel limiet is op de hoeveelheid energie die een deeltje kan bevatten. Mocht onze kosmos dus slechts een simulatie zijn, dan moet het spectrum van energierijke deeltjes ‘afgesneden’ worden. Dit is precies het geval is bij de deeltjes die we kunnen vinden in de kosmische straling die aanwezig is in ons universum. Deze bovengrens staat ook wel bekend als het zogeheten ‘GZK-limiet’, dat in 1966 werd opgesteld door drie fysici.

Uit berekeningen blijkt verder dat de kosmische straling zich in een simulatie voornamelijk langs de assen van het raster zou bewegen, waardoor we het niet in alle richtingen in dezelfde mate kunnen zien. Een dergelijke meting zouden we met de huidige technologie kunnen doen in het ‘echte’ universum. Daarmee zou men kunnen ‘zien’ wat de oriëntering van het raster is waarop de simulatie waarin wij leven wordt gedraaid.

Hierbij moeten echter wel enkele kanttekeningen worden geplaatst. Dit computerraster kan namelijk op een heel andere manier kan zijn geconstrueerd dan die door de onderzoekers is gebruikt. Een ander probleem is dat dit effect alleen meetbaar is wanneer de begrenzing op het raster exact hetzelfde is als het eerdergenoemde GZK-limiet.

Desalniettemin zijn de bevindingen van Beane en collega’s zeer interessant te noemen. Of we de vraag of we in een matrix-achtige schijnwereld leven ooit zullen kunnen beantwoorden? De tijd zal het leren.

Afbeelding: Warner Bros

Een warp-drive zou volgens Alcubierre bestaan uit een voetbalvormig ruimtevaartuig dat bevestigd is aan een grote ring die het omcirkelt. Deze ring, gemaakt van exotische materie zoals metamaterialen, creëert een gebied van samengetrokken en geëxpandeerde ruimte aan respectievelijk de voorkant en achterkant van het ruimteschip door de ruimtetijd ‘krom te trekken’. Het vaartuig zelf bevindt zich op dat moment in een bubbel van vlakke ruimtetijd die niet wordt beïnvloed.

Op deze manier zou men met een effectieve snelheid die ongeveer tien keer hoger is als de snelheid van het licht kunnen reizen. Men stuitte hierbij echter op één probleem: berekeningen lieten zien dat een warp-drive een minimale hoeveelheid energie nodig zou hebben die ongeveer gelijk is aan de massa van planeet Jupiter.

Op een symposium dat in het teken stond van interstellaire ruimtevluchten liet Harold White, onderzoeker aan NASA’s Johnson Space Center, afgelopen vrijdag echter zien wat er zou gebeuren als de vorm van de ring die het vaartuig omcirkelt niet plat was, maar meer de vorm van een donut had. In dat geval zou de warp-drive aangedreven kunnen door een massa met de grootte van bijvoorbeeld de in 1977 gelanceerde ruimtesonde Voyager 1. De benodigde energie zelfs nog verder zou kunnen worden teruggebracht wanneer de intensiteit van de ruimtekromming verspreid kan worden over een bepaalde tijdsperiode.

White en zijn collega’s zijn inmiddels begonnen met het experimenteren met een mini-versie van de warp-drive in hun laboratorium. Daar worden met een laser-interferometer zeer kleine krommingen in de ruimtetijd gecreëerd. Hij noemde het project een “bescheiden experiment” in vergelijking met wat nodig zou zijn voor een echte warp-drive, maar zei dat het een veelbelovende eerste stap is.

Afbeelding: Harold White

Op het moment dat Curiosity, die nu ongeveer anderhalve week op Mars verblijft, de dampkring van de rode planeet betrad, liep de temperatuur op tot ruim 2100 graden Celsius. Met hetzelfde materiaal als dat gebruikt werd bij de ontwikkeling van het hitteschild voor de in 2006 teruggekeerde Stardust-capsule wist de rover deze zinderende hitte te weerstaan. Een parachute en kleine raketten wisten er daarna voor te zorgen dat het voertuig met een niet al te hoge snelheid het Martiaanse oppervlak kon naderen. Enkele seconden voor de landing kwam de zeswielige rover aan enkele touwen te hangen die bevestigd waren aan een vaartuig dat na de ‘touchdown’ wegvloog en elders neerkwam. De rest is geschiedenis.

Beelden: NASA · Muziek: Kevin Macleod

Op 20 juli 1969 zette de in Ohio geboren Amerikaan de eerste stappen op het stoffige maanoppervlak, terwijl hij de inmiddels alom bekende woorden “That’s one small step for a man, one giant leap for mankind” sprak. Ongeveer een kwartier later volgde oud-astronaut Buzz Aldrin hem. De Apollo 11-missie, die het tweetal samen met collega-astronaut Michael Collins naar de maan voer, was tevens de laatste maanvlucht die Armstrong zou uitvoeren.

Armstrong verliet in 1970 ruimtevaartorganisatie NASA en werd daarna hoogleraar luchtvaart- en ruimtevaarttechniek aan de Universiteit van Cincinnati. Eerder werd naar hem al een asteroïde vernoemd, de 6469 Armstrong, en een krater op de maan, genaamd Armstrong, die zich op een kleine vijftig kilometer ten noordoosten van de landingsplek van Apollo 11 bevindt.

Ter gelegenheid van de veertigste ‘verjaardag’ van de maanlanding bracht NASA drie jaar geleden digitaal bewerkte beelden uit van de eerste stappen die gezet werden op onze naaste buur, welke te zien zijn in de onderstaande video:

Beelden: NASA

De ontdekking werd gedaan tijdens de analyse van een reeks observaties aan de ster BD+48 740, een rode reuzenster, met de Hobby Eberly-telescoop in de Amerikaanse staat Texas.  Stijgende temperaturen in de kern van dergelijke objecten hebben tot gevolg dat de op leeftijd zijnde sterren in een rap tempo in omvang groeien, een proces waarvan nabije planeten het slachtoffer kunnen worden. In ons eigen zonnestelsel staan Mercurius, Venus en de aarde eenzelfde lot te wachten. Naar alle waarschijnlijkheid zal onze zon over circa vijf miljard jaar, wanneer haar ‘brandstof’ op begint te raken, ook tot een rode reus uitgroeien.

Dankzij een spectroscopische analyse kwam aan het licht dat de ster in kwestie een abnormaal hoge hoeveelheid lithium bezat, een zeldzaam voorkomend element dat voornamelijk tijdens de oerknal, zo’n veertien miljard jaar geleden, ontstond. Normaal gesproken breken sterren lithium snel af, dus het was verrassend te noemen dat een oude ster als BD+48 740 zoveel van dit element in zijn bezit had. De lithiumproductie zou geactiveerd kunnen zijn toen een planeet in botsing kwam met de ster en werd verslonden.

Het tweede bewijsstuk voor de gebeurtenis is volgens het team de vondst een andere planeet, die in een zeer elliptische baan, de meest elliptische die men tot op heden heeft gevonden, om dezelfde rode reuzenster draait. De pas ontdekte wereld is minstens 1,6 zo massief als Jupiter. Volgens de onderzoekers komen banen als deze niet vaak voor in planetaire systemen rond geëvolueerde sterren. Omdat gravitationele wisselwerkingen in veel gevallen verantwoordelijk zijn voor dit soort eigenaardige banen, denkt men dat de botsing tussen het tweetal de overgebleven planeet een enorme lading energie heeft gegeven, wat ervoor zorgde dat het object in zijn merkwaardige positie terechtkwam.

Het dagblad meldt dat het via een anonieme bron te weten is gekomen dat er op dit moment proeven worden gedaan in Rusland om te bepalen of dit inderdaad de oorzaak is geweest van de mislukte reis van Phobos-Grunt. Radarstralen zouden ervoor gezorgd kunnen hebben dat het energiesysteem van de sonde niet goed functioneerde, waardoor de motoren niet ontbrandden.

De ‘schuldige’ zou een Amerikaanse militaire radarbasis zijn, gevestigd op het atol Kwajalein, één van de Marshalleilanden in de Stille Oceaan. In de meest cruciale fase van de lancering van Phobos-Grunt zouden radarstralen gebruikt zijn om asteroïden in beeld te brengen en de afstand tussen hen en onze planeet te bepalen. Toen deze de sonde passeerden, zou het systeem van het vaartuig per ongeluk beschadigd zijn geraakt.

Boris Smeds, voormalig radio-ingenieur bij de Europese ruimtevaartorganisatie ESA, acht dat echter zeer onwaarschijnlijk. Er zou namelijk van een andere frequentie gebruik zijn gemaakt en daarnaast is het zeer de vraag hoe radarstralen een compleet energiesysteem zouden kunnen hebben beschadigen. Ook de VS ontkennen verantwoordelijk te zijn voor het mislukken van de missie.

Op 26 januari aanstaande verschijnen de resultaten van een onderzoek, geleid door Yuri Koptev, voormalig hoofd van de Russische ruimtevaartorganisatie Roskosmos, dat uitsluitsel moet geven over de oorzaak van het falen van Phobos-Grunt.

Afbeelding: Roskosmos

Het gravitatieveld rond een zwart gat is zo immens dat het werkelijk alles in zijn bereik ‘opslokt’; zelfs licht kan niet ontsnappen aan zijn greep. Om die reden zenden zwarte gaten geen licht uit. Hoe wil men dan iets dat per definitie onmogelijk te zien is in beeld brengen?

Voordat het stof en gas dat om een zwart gat wervelt naar binnen wordt ‘getrokken’, ontstaat een soort van kosmische file. Door de gloed van deze materie in beeld te brengen voordat het de point of no return passeert en verdwijnt in de afgrond van ruimte en tijd kunnen onderzoekers slechts de omlijning van het zwarte gat zien, ook wel de schaduw of de waarnemingshorizon genoemd.

Tot dusver is er slechts indirect bewijs dat er een zwart gat te vinden is in de kern van ons melkwegstelsel. De onderzoekers hopen dit om te zetten in direct bewijs door de schaduw van het object in beeld brengen. Hoewel het zwarte gat zeer massief is met een massa die ruim vier miljoen keer zo groot is als de van de zon, is het erg klein. Met een doorsnede die kleiner is dan die van de baan van Mercurius rond onze ster en een afstand van bijna 26.000 lichtjaar tot de aarde, is het vanaf het aardoppervlak gezien ongeveer even groot als een grapefruit op de maan.

Om het zwarte gat, ook wel bekend als Sagittarius A*, te zien is dus een enorme telescoop nodig. Om die reden worden voor het project ruim vijftig verschillende radiotelescopen ingezet, onder meer in Europa, die in essentie een virtuele telescoop met een spiegel die zo groot is als onze planeet moeten vormen.

De waarnemingen moeten ook licht schijnen over de vorm van de omlijning van zwarte gaten. Volgens de algemene relativiteitstheorie moet deze namelijk een perfecte cirkelvorm hebben en mocht dit niet het geval zijn, dan betekent dit dat de theorie gebrekkig is. Maar zelfs mocht er geen afwijking gevonden worden, dan zullen al deze processen de fundamentele aspecten van de theorie ons nog veel beter laten begrijpen.

Afbeelding: Fish & Doeleman

De meteorenzwerm die we komend weekend kunnen zien heeft de naam Draconiden, vanwege het radiant dat in het sterrenbeeld Draco (Draak) ligt. De oorsprong van deze metoerenzwerm is de komeet 21P/Giacobini-Zinner die elk 6 jaar een rondje om de zon maakt en een spoor van stof achterlaat. Komend weekend passeert de aarde frontaal een uitloper van dit stof wat mogelijk resulteerd in een uitbarsting waarbij 750 meteoren per uur zichtbaar zullen zijn voor waarnemers uit het Midden-Oosten, Noord Afrika en delen van Europa.

Wetenschappers van NASA verwachten dat de aarde komend weekend door drie of meer stofrestanten van de komeet passeert. De aarde zal deze stofrestanten op 8 oktober vanaf 18 uur Nederlandse tijd passeren, waarbij de meeste vallende sterren worden verwacht tussen 21 en 23 uur Nederlandse tijd.

Helaas zijn wetenschappers er nog niet gezamenlijk uit hoe groot deze meteorenregen zal zijn, dit komt vooral omdat komeet  21P/Giacobini-Zinner in 1880 vlak langs Jupiter is gepasseerd, waarbij de zwaartekracht van Jupiter de baan van de komeet zodanig heeft veranderd waardoor men niet precies durft te zeggen waar de stofrestanten van de komeet liggen. Ook computermodellen plaatsen deze restanten niet allemaal op dezelfde locatie waardoor de hoeveelheid meteoren dat per uur kan worden gezien kan verschillen van tientallen tot honderden per uur.

Meteoren van de komeet 21P/Giacobini-Zinner komen uit het sterrenbeeld Draak. Draconiden zijn relatief erg langzame meteoren, ze raken de atmosfeer met slechts 20 km/s. Doordat de stofdeeltjes niet zo’n hoge snelheid hebben vormen ze niet zo’n groot gevaar voor beschadiging aan satellieten en ruimtevaarttuigen.

Helaas zullen we komend weekend alleen de heldere meteoren kunnen zien, want op 12 oktober is het Volle maan. De hoeveelheid maanlicht verminderd het aantal meteoren dat zichtbaar is met 2 tot 10x, dus we kunnen zo’n 70 tot 400 meteoren per uur verwachten. Tot slot nog het weer voor komend weekend: we zullen volgens de huidige voorspellingen geen geluk hebben, het wordt namelijk half bewolkt en in het ergste geval (lichte) regen.

Het team, bestaande uit onderzoekers van de ruimtevaartorganisatie NASA en enkele internationale wetenschappers, nam oude gegevens over de planeet onder de loep en stuitte op enkele vreemde dingen die zich afspelen in de koude, heldere lucht in de mesosfeer en thermosfeer, ruim 110 kilometer boven het oppervlak.

Hoewel de lucht boven de poolgebieden in deze bovenste lagen van de atmosfeer volgens de meeste metingen kouder was dan de lucht boven de evenaar, bleken bepaalde delen in sommige gevallen juist warmer te zijn. In de aardse dampkring treedt dit verschijnsel op soortgelijke wijze op, waarbij de relatief warme lucht boven de evenaar naar de polen stroomt, waar het afkoelt en naar beneden daalt. Omdat de atmosfeer naarmate deze zich dichter bij het oppervlak bevindt dichter is, wordt de lucht blootgesteld aan een hoge druk en verwarmt het zo de atmosfeer boven de polen.

Op Venus gebeurt echter het tegenovergestelde, zo blijkt nu. Hoewel de oppervlaktetemperatuur min of meer gelijk blijft, werden binnen enkele dagen substantiële veranderingen in de temperatuur van tot 12 graden Celsius gemeten in de Venusiaanse mesosfeer en thermosfeer. De polen leken ietwat stabieler te zijn, maar ook daar zag men relatief grote veranderingen optreden.

Er zijn verschillende mogelijke verklaringen voor dit verschijnsel te noemen. Zo zouden de grote temperatuurschommelingen in de bovenste lagen van de atmosfeer veroorzaakt kunnen worden door turbulentie en veranderingen in druk, door luchtstromen in de dampkring of de reusachtige ‘supercyclonen’ die boven de polen van Venus te vinden zijn (zie afbeelding hierboven). Ook zou de variabiliteit het gevolg kunnen zijn van een tijdelijke verandering in de intensiteit van het zonlicht dat in contact komt met de bovenste laag van de atmosfeer van onze zusterplaneet.

Afbeelding: NASA/ESA

Afgelopen jaar claimde een team van onderzoekers dan eindelijk een oplossing voor het probleem gevonden te hebben. Volgens hen kan gezien de samenstelling van het onderzochte gesteente de mogelijkheid dat de dampkring rijk was aan een broeikasgas zoals methaan of koolstofdioxide en de aarde daarom warm genoeg was voor vloeibaar water uitgesloten worden. In plaats daarvan had onze planeet een lager albedo of weerkaatsingsvermogen en zou daardoor meer warmte geabsorbeerd hebben dan op dit moment het geval is. Het lagere albedo zou het resultaat geweest zijn van de aanwezigheid van een kleiner aantal biologische deeltjes in de atmosfeer.

Volgens onderzoekers Colin Goldlatt en Kevin Zahnle van NASA’s Ames Research Center biedt een lager albedo echter geen soelaas. Het effect van een lager albedo door een kleiner aantal wolken zou de aarde niet warm genoeg hebben kunnen maken om de aanwezigheid van vloeibaar water mogelijk te maken.

Wolken hebben twee effecten: over het algemeen vangen hooggelegen wolken warmte op, terwijl laaggelegen wolken de warmte die afkomstig is van onze moederster weerkaatsen. Volgens het tweetal zouden alle laaggelegen wolken moeten verdwijnen om een zo laag mogelijk albedo te krijgen en dus een zo hoog mogelijke temperatuur op het aardoppervlak tot stand te krijgen. Uit een computermodel waarin het klimaat op de jonge aarde wordt nagebootst, blijkt nu dat de temperatuur op onze planeet dan nog lang niet hoog genoeg is voor vloeibaar water.

Zowel een broeikaseffect als een lager albedo vormt dus geen oplossing. Wat dan wel? Dat is vooralsnog een raadsel.

Afbeelding: NASA