Wist je dat de neutrino’s je nooit meer met rust zullen laten?

Professor Frank Verbunt laat in zijn lezing voor het Studium Generale-programma Iets nieuws onder de zon – 400 jaar sterrenkunde zien dat de invloed van de twee hemellichamen op het wel en wee van de aarde groot is, en veelvormiger dan gedacht.

Neutrino's
De interessantste wetenschappelijke feiten zijn zo opmerkelijk en simpel dat je ze nooit vergeet en vaak wilt herhalen. De geëigende vorm daarvoor is 'Wist je dat...'; waarna iets volgt wat ondenkbaar lijkt, wat met jezelf te maken heeft en wat ondersteund wordt met keihard, na te rekenen bewijs. Wist je dat elke seconde zestig miljard neutrino's door elke vierkante centimeter op aarde razen? Dus ook door je eigen lichaam heen?

Dat doen ze dag en nacht, zonder ophouden, ook al komen ze van de zon af. Hoe zit dat? De energie van de zon is te berekenen in analogie met de warmte van een gloeilamp. Een lamp van 100 watt geeft op 10 centimeter afstand evenveel warmte als de zon. Die lamp moet steeds sterker worden om op een grotere afstand dezelfde warmte af te geven. Zo valt uit te rekenen hoeveel energie de zon heeft, met haar afstand van 150 miljoen kilometer.

De energie van de zon vindt haar oorsprong in kernfusie. Ook die kernfusie is in modellen en formules te vatten. Maar de formule vertoont een afwijking – uit Verbunts lezing blijkt vaker dat juist de afwijking vruchtbaar is voor het sterrenkundig onderzoek. Natuurwetten mogen onveranderlijk zijn, aarde en ruimte evolueren. Bij de kernfusie verdwijnt namelijk massa. Die wordt omgezet in energie, ofwel licht. Kort gezegd: er gaat meer aan massa in dan eruit komt. Dat betekent echter dat de zon ooit 'op' zal zijn. En dat is dan weer nauwkeurig te berekenen. Tien miljard jaar heeft onze ster. Ze is nu in media vita, met nog zo'n vijf miljard jaar te gaan.

Terug naar de neutrino's. Bij de kernfusie lijkt er minder uit te komen dan erin gaat. Li?jkt, want in werkelijkheid komen twee bijna onmeetbare deeltjes mee, de neutrino's. Die alle kanten op vliegen – ongehinderd door jou en mij. Wist je dat...?

Lange dagen
Nog zo een. Wist je dat de dag steeds langer wordt en de maand ook? Al in de zeventiende hield Edmond Halley (naamgever van de bekende komeet) zich hiermee bezig. Halley deed onderzoek naar zonsverduisteringen. Het is exact te berekenen hoeveel tijd er tussen twee verduisteringen moet zitten. Halley rekende uit dat eerder een verduistering in Alexandrie? moest zijn geweest. Bronnen wezen iets anders uit: niet Alexandrie?, maar Bagdad was getuige geweest. Daar zit een uur verschil tussen! Er was maar e?e?n conclusie mogelijk: de dagen en de maanden worden langer. De gemiddelde verandering is langzamer dan 2,3 milliseconde per eeuw. Toch is dat al gauw een paar seconden sinds het begin van de jaartelling.

Dit verlengen van dag en maand is toe te schrijven aan de invloed van de getijden en de zwaartekracht: met andere woorden, aan hoe de maan en de aarde elkaar aantrekken en in evenwicht houden. Nog langer geleden lagen de continenten op aarde heel anders gerangschikt. Toen liepen de oceaanstromingen ook anders, waardoor ook anders energie werd vrijgemaakt. Dat verklaart wellicht de verandering van de maanbaan en een langzamere aardrotatie – afwijkingen van het eenvoudige model.

Andere metingen tonen aan dat de maan van de aarde af beweegt. De afstand van de maan is nauwkeurig vast te stellen door middel van spiegels en daarin reflecterende lichtdeeltjes. De wrijvingen in de oceanen leiden tot langere maanden. Hier komen sterrenkunde, oceanografie, meteorologie en geologie samen in een fascinerende conclusie.

Elfjarige cyclus en het klimaat
Terug naar de zon. De oude Grieken deden al onderzoek naar vlekken op de zon. Vlammen in die zonnevlekken zenden heet gas naar de aarde. Bij de magneetvelden van de polen is het gas zichtbaar in de atmosfeer: het noorderlicht. Er blijkt in de activiteit van de zon, zoals zulke vlammen, een elfjarige cyclus te ontdekken. Sommigen verbinden hier opvallende conclusies aan. De activiteit van de zon zou invloed hebben op wolkvorming en dus ook op het weer.

Heeft het weer een elfjarige cyclus? Een manier om daarachter te komen is door boomringen te bekijken. De boom groeit veel bij mooi weer en weinig bij slecht weer. Er is echter geen overtuigend bewijs te vinden: er is e?e?n boom die altijd genoemd wordt en zelfs bij die boom is de elfjarige cyclus niet duidelijk.

Het klimaat op aarde is stabiel – het had ook een half jaar volkomen donker kunnen zijn en de andere zes maanden altijd licht, zoals boven de poolgrens. Dat danken we aan de maan. Het verschil tussen zomer en winter hangt af van de hoek van de aardas. De wisselwerking met andere planeten als Mars en Venus kan die behoorlijk bei?nvloeden en de maan verhindert dat.

Dus wie is er nuttiger, de zon of de maan? Zonder de zon geen energie en leven, zonder de maan geen klimaat dat de energie in bedwang houdt en het leven pas echt tot leven wekt. Prutkow zelf wist nog beter het antwoord: 'De maan is de nuttigste, want hij geeft 's nachts licht, dus als het donker is; de zon schijnt echter alleen overdag, als er toch al licht is.'

Stelligheid
De sterrenkunde levert geen direct nut op en slurpt tegelijk geld. Het maatschappelijk belang ervan is volgens Verbunt dan ook vooral gelegen in de vaardigheden die sterrenkundigen opdoen en die noodzakelijk zijn in bijvoorbeeld de meteorologie. Verbunt zelf gaat het natuurlijk niet om vaardigheden, daar zou hij geen professor op zijn geworden. Op de vraag waar zijn motivatie ligt, antwoordt hij met theoretische eenvoud: 'Ik houd van puzzels.' Ook spreekt hij met veel enthousiasme over de interdisciplinariteit die met zijn vak gepaard gaat.

Juist door de enorme dimensies van de sterrenkunde – in ruimte en tijd, in vraagstelling en experimenteerdrift, in geld en onderzoeksprogramma's – roept ze wetenschapsfilosofische vragen op. Hoe bedenk je een theorie over de ruimte? Waar ligt de grens tussen wetenschap en speculatie? Wat is de waarde van wiskundige argumentatie? Verbunt hamert op het onderscheid tussen zekerheden en vermoedens. Vaak genoeg wordt iets een vermoeden genoemd om een jaar later voor zekerheid door te gaan.

Zekerheden bestaan voor Verbunt dus wel, ondanks alle afwijkende berekeningen. 'Er zijn een aantal dingen die je met stelligheid kunt beweren.' Het is een stellige bewering op zichzelf. Hij noemt evolutie als voorbeeld, toevallig het onderwerp van de vorige Studium Generale-reeks op woensdagavond. Een Griekse filosoof beweerde dat niets van wat we zien waar is. Vrienden moesten hem opzij trekken als er een paard-en-wagen langs kwam en hij toch de weg overstak. 'Alle mensen die niet de weg oversteken als er een auto aan komt, die moeten aannemen dat evolutie waar is,' zegt Frank Verbunt. Daarom zijn het feitjes die je vaak mag herhalen: Wist je dat de maan zich van de aarde verwijdert? En wist je dat de neutrino's je nooit meer met rust zullen laten?