We leren het allemaal als kind: de zon komt op in het oosten en gaat onder in het westen. Is dat eigenlijk altijd zo geweest, vroeg een lezer zich af. Komt de zon nog steeds op dezelfde plek op als duizenden of miljoenen jaren geleden?
Allereerst: de zon komt niet precies in het oosten op. Tenminste, niet altijd. De exacte plek van opkomst hangt af van het seizoen en je plek op aarde. Op het noordelijk halfrond komt de zon in de zomer in het oostnoordoosten op en in de winter in het oostzuidoosten.
Dat komt door de stand van de aardas: de draaias van de aarde die tussen de noord- en zuidpool loopt. Deze as staat een beetje schuin ten opzichte van het vlak waarin de aarde rond de zon draait. Daardoor is de noordelijke helft in juni naar de zon toe gericht en in december ervanaf. Door die schuine stand ontvangt het noordelijk halfrond in de zomer meer zonlicht dan het zuidelijk halfrond. In de winter is dat precies andersom. Dat verklaart de verschillende seizoenen die we hebben.
De oriëntatie van de aardas ten opzichte van de zon aan het begin van de vier seizoenen.
Tau'olunga, via Wikimedia Commons, CC0 1.0Schuine stand
De precieze plek van de zonsopkomst hangt dus af van de stand van de aardas. Is die stand altijd hetzelfde gebleven?
De schuine stand van de aardas staat onder wetenschappers bekend als de obliquiteit. Momenteel bedraagt die 23,4 graden. De aarde is dus 23,4 graden gekanteld ten opzichte van het vlak waarin ze rond de zon draait.
Dat getal is op lange termijn niet altijd hetzelfde. De obliquiteit kent een periodieke verandering van zo’n 41.000 jaar. Per cyclus beweegt ze heen en weer tussen 22,1 en 24,5 graden. Momenteel komt de aarde steeds meer ‘rechtop’ te staan: pakweg 10.000 jaar geleden zat ze aan het maximum van 24,5 graden, over 10.000 jaar bereikt ze het minimum van 22,1 graden.
Dat betekent dat de zon in de zomer 10.000 jaar geleden nog een graadje verder naar het noorden opkwam dan nu. Zo’n verschil zou je niet direct opmerken, maar het is wel meetbaar.
Deze verandering komt voort uit de beweging van andere planeten en de maan. Wanneer die in de buurt van de aarde komen, kunnen ze de beweging van onze planeet een klein beetje verstoren, zodat die dus wat schuiner of minder schuin komt te staan.
Hoe weten we dit eigenlijk? Ten eerste kunnen sterrenkundigen met computermodellen simuleren wat voor effect de andere planeten en de maan in het verleden op de aarde hebben gehad. Dat wordt alleen steeds lastiger als je heel ver terug in de tijd gaat. Gelukkig is er een tweede methode. Daarvoor kijk je niet naar boven, naar de maan en de planeten, maar juist naar beneden. In de grond vind je namelijk ook sporen van hoe de aardas vroeger stond.
Klimaatveranderingen
De obliquiteitsverandering is onderdeel van drie cycli die zo’n honderd jaar geleden zijn beschreven door de Servische wiskundige Milutin Milanković. Hij ontwikkelde de theorie dat deze drie langetermijnveranderingen in de baan van de aarde en de stand van de aardas tot klimaatverandering leiden. Wanneer de aarde bijvoorbeeld op zijn schuinst staat, is het verschil tussen zomer en winter het grootst. Dat heeft zijn weerslag op het mondiale klimaat.
In de grond of in de diepzee kun je sporen vinden van vroegere klimaatveranderingen. Je kunt bijvoorbeeld in een oude grondlaag fossielen vinden van beestjes die alleen bij koud weer leven. Als je die beestjes in een iets minder oude grondlaag niet terugvindt, moet het gebied in de tussentijd zijn opgewarmd. Als de datering van zo’n klimaatverandering overeenkomt met een verandering in de stand van de aardas die uit astronomische modellen volgt, vergroot dat de kans dat die modellen kloppen. Op die manier zijn de ijstijden van de afgelopen twee miljoen jaar bijvoorbeeld gelinkt aan veranderingen in de hoeveelheid zonlicht die op aarde terechtkwam.
“Lagen bekijken is eigenlijk een soort indirect astronomisch observatorium”, vertelt Margriet Lantink, geoloog aan de University of Wisconsin-Madison in de VS. “Met telescopen kunnen we hooguit enkele uren terugkijken in de geschiedenis van het zonnestelsel. Om iets te leren over de langetermijneffecten van sterrenkundige verschijnselen, moeten we kijken naar de geologie.”