De hemelbol


Ruimtetelescopen, radioschotels en planeetverkenners bieden de hedendaagse sterrenkundigen beelden van het heelal die twintig of dertig jaar geleden ondenkbaar waren. Exploderende sterren, botsende sterrenstelsels, ijsfonteinen op een Saturnusmaantje en energierijke uitbarstingen op de zon – het zijn allemaal verschijnselen die met het blote oog niet zichtbaar zijn. Geen wonder dat onze voorouders het idee hadden dat de kosmos een plaats van rust en regelmaat was!

celestial_sphereWie de sterrenhemel zonder optische hulpmiddelen bekijkt, kan zich maar moeilijk aan het idee onttrekken dat de aarde het onbeweeglijke middelpunt van het heelal vormt. Alle hemellichamen – zon, maan, planeten en sterren – lijken zich op een kolossale koepel te bevinden die zich over de aarde heen welft. En aan de horizon lijken die twee werelden – het ondermaanse en het bovenmaanse – elkaar te raken.

De hemelkoepel bestaat niet echt. Het is een illusie, want in werkelijkheid staan de hemellichamen op uiteenlopende afstanden. Maar het koepelidee vormt wel een handig hulpmiddel voor de oriëntatie aan de sterrenhemel. Zo handig dat de kunstmatige sterrenhemel van een planetarium ook altijd op een koepelvormig dak wordt geprojecteerd.

Als we ons voorstellen dat alle hemellichamen zich daadwerkelijk op een reusachtige koepel bevinden, met de waarnemer in het middelpunt, dan vormt de horizon de basis van die koepel. Het ‘topje’ van de koepel (het punt recht boven ons hoofd) wordt het zenit genoemd. Het punt aan de horizon dat exact in de richting van het noorden ligt, heet het noordpunt, en zo kennen we ook een oostpunt, een zuidpunt en een westpunt.

De denkbeeldige hemelkoepel houdt natuurlijk niet op bij de horizon. Ook onder de horizon bevinden zich sterren en andere hemellichamen (die zijn zichtbaar wanneer we naar de andere kant van de aarde reizen), en in feite moeten we ons voorstellen dat de aarde aan alle kanten omgeven wordt door een hemel-bol. Het (onzichtbare) punt op die hemelbol dat zich onder onze voeten bevindt, tegenover het zenit, wordt het nadir genoemd.

Voor een goede oriëntatie aan de sterrenhemel is het van belang te weten waar zich de zes kardinale punten bevinden – het zenit, het nadir, en het noordpunt, oostpunt, zuidpunt en westpunt. Over de ligging van zenit en nadir kan geen misverstand bestaan; dat zijn gewoon de punten recht boven en recht onder de waarnemer. Maar hoe vind je de ligging van de vier horizonpunten?

De makkelijkste manier is natuurlijk het raadplegen van een gedetailleerde kaart. Maar ook aan de stand van de hemellichamen kunnen de kompasrichtingen worden afgelezen. Zo bereikt de zon elke dag precies in het zuiden zijn grootste hoogte boven de horizon (althans op het noordelijk halfrond). In Nederland gebeurt dat gemiddeld om 12.40 uur wintertijd of 13.40 uur zomertijd. Als de zon zijn hoogste punt bereikt, zijn de schaduwen het kortst. Met behulp van een verticale stok in de grond en een liniaal of rolmaat kan dus eenvoudig bepaald worden waar zich het zuiden bevindt. De andere kompasrichtingen liggen daarmee ook direct vast.

Wanneer we ons op die manier georiënteerd hebben aan de hemel (oriënteren betekent letterlijk ‘het oosten zoeken’), kunnen we de positie van een hemellichaam beschrijven met slechts twee gegevens: de kompasrichting en de hoogte boven de horizon. Zo kan de zon bijvoorbeeld hoog in het zuidzuidwesten staan, of zien we een ster laag boven de noordoostelijke horizon.

Sterrenkundigen hanteren een preciezere beschrijving: ze verdelen de horizon in 360 graden azimut (noord = 0º, oost = 90º, zuid = 180º en west = 270º) en ook de hoogte van een hemellichaam boven de horizon wordt in graden uitgedrukt (de horizon heeft per definitie een hoogte van 0º; het zenit een hoogte van 90º). Nu kunnen de  zogeheten horizoncoördinaten van een ster of een planeet desgewenst tot op een minieme fractie van een graad nauwkeurig worden vastgelegd. Zo kan een ster bijvoorbeeld een azimut van 43,6º en een hoogte van 12,2º hebben – dat is heel wat preciezer dan ‘laag in het noordoosten’!

Het probleem met azimut en hoogte is dat deze coördinaten afhankelijk zijn van plaats en tijdstip. Gezien vanaf een andere plaats op aarde staat de ster in het bovengenoemde voorbeeld op een totaal andere positie ten opzichte van de horizon, en als gevolg van de draaiing van de aarde veranderen de coördinaten voortdurend. Om die reden werken astronomen bij voorkeur met een ander coördinatenstelsel (rechte klimming en declinatie), waarin de sterren altijd dezelfde coördinaten behouden. Rechte klimming en declinatie op de hemelbol zijn vergelijkbaar met geografische lengte en breedte op het aardoppervlak.

Leave a Reply