Sterrenkunde koeterwaals

Sterrenkunde koeterwaals – Hydrostatisch equilibrium

Een hydrostatisch equilibrium (= evenwicht) is een toestand van evenwicht tussen zwaartekracht, die de dingen samen wil trekken, en druk, die alles uit elkaar wil blazen. Het komt veel voor in de astrofysica, van de eigen atmosfeer van de Aarde tot gigantische clusters van sterrenstelsels.

Hydrostatisch equilibrium
Hydrostatisch equilibrium. Credit: natuurkunde.nl

Het word “hydro” komt in de term voor omdat het concept voor het eerst werd bestudeerd in de context van vloeistoffen, maar het kan ook van toepassing zijn op concepten zoals de samenstelling van rotsachtige planeten. Het woord “statisch” houdt in dat als deze toestand eenmaal is bereikt, het zo lang zal blijven duren.

De atmosfeer van de Aarde bevindt zich in een staat van hydrostatisch evenwicht. De zwaartekracht van de Aarde trekt constant de atmosfeer vaan beneden. Als niets het zou kunnen weerstaan zou alle lucht rond de Aarde samen worden gedrukt tot een dunne schil. Aan de andere kant is de atmosfeer warm en die warmte zorgt voor een bijbehorende druk. Met alleen de druk zou onze atmosfeer worden weggeblazen de ruimte in.

De binnenwaartse aantrekkingskracht van de zwaartekracht balanceert met de buitenwaartse druk, en die twee zijn vergrendeld. Uiteindelijk blijft onze atmosfeer lekker dik… en precies op de plaats waar hij is.

Hetzelfde gebeurt met wolken van interstellair gas en stof. Deze nevels kunnen miljoenen jaren hydrostatisch in evenwicht blijven maar als ze verstoord raken of te veel massa krijgen kan de zwaartekracht winnen en beginnen ze in te storten, waarbij ze sterren maken.

Op de allergrootste schalen handhaven hele clusters van sterrenstelsels een hydrostatisch evenwicht. Het plasma dat de ruimte tussen de sterrenstelsels vult, het intraclustermedium genoemd, is ongelooflijk heet. Het zou allemaal naar het midden van de cluster ineenstorten als het niet in staat zou zijn om zichzelf te ondersteunen door zijn eigen druk.

Het concept van het hydrostatische evenwicht speelt een hele belangrijke rol in de definitie van een planeet. Objecten die te klein zijn hebben niet genoeg zwaartekracht om zichzelf in een bolvorm te trekken. Grotere objecten, zoals de Aarde, kunnen dit echter wel bereiken.

Tenslotte zijn sterren ook in een hydrostatisch equilibrium waardoor ze miljarden jaren of langer kunnen schijnen. De uitwaartse druk die wordt gegenereerd door de energie van de fusiereacties balanceert met de aantrekkingskracht van de zwaartekracht. Als de ster te veel waterstof zou gaan fuseren zou de extra energie de ster uitblazen, de hoeveelheid brandstof verminderen en de fusiesnelheid verlagen leidt dan weer tot een nieuw evenwicht.

Dit artikel maakt deel uit van de serie Sterrenkunde – koeterwaals. Het zijn vertaalde en eventueel bewerkte berichten van de rubriek Astronomy 101 van de website UniverseToday