En lille bog om universet - læseprøve

er ca. 9,5 billioner km, og afstanden til de fjerne kvasauniverset, handler det om svimlende tidshorisonter og

afstande; men astrofysikeren Anja C. Andersen formår at gøre det uoverskuelige begribeligt.

I EN LILLE BOG OM UNIVERSET giver hun i kort

form et overblik over himmelrummet fra Solsystemet

og ud til de fjerneste galakser og over universets udvik-

ling fra Big Bang frem til i dag og videre ud i fremtiden.

Undervejs forklarer hun en række fænomener fra meteoritter til mørk energi og tyngdebølger.

Anja fortæller også, hvordan hendes egen interesse

for astrofysik blev vakt, om betagelsen af Saturns ringe, og om hvordan hun kom til at forske i stjernestøv.

lindhardtogringhof.dk

EN LILLE BOG OM UNIVERSET

rer er 12 milliarder lysår. Når man beskæftiger sig med

ANJA C. ANDERSEN

Universet blev skabt for 13,7 milliarder år siden. Et lysår

ANJA C. ANDERSEN EN LILLE BOG OM

UNIVERSET

Lindhardt og Ringhof

Til mine forældre, Birgit og Svend-Erik, der

altid har insisteret på at sigte efter stjernerne – også hvis det var overskyet.

Anja C. Andersen

EN LILLE BOG OM UNIVERSET Fra meteoritter til tyngdebølger

Lindhardt og Ringhof

INDHOLDSFORTEGNELSE

Forord ............................................................................. 6 Solsystemet .................................................................. 10 Merkur .......................................................................... 19 Venus ............................................................................. 28 Månen og Jorden ......................................................... 36 Mars .............................................................................. 44 Asteroider ..................................................................... 50 Meteoritter .................................................................... 62 Jupiter ........................................................................... 71 Saturn ............................................................................ 77 Uranus og Neptun ...................................................... 83 Pluto .............................................................................. 91 Kometer ...................................................................... 101 Exo-planeter ............................................................... 110 Stjerner ........................................................................ 124 Kosmisk støv .............................................................. 137 Supernovaer ............................................................... 148 Dobbeltstjerner .......................................................... 156 4

Afstande ..................................................................... 163 Mælkevejen ................................................................ 170 Mørkt stof................................................................... 179 Sorte huller ................................................................. 187 Galakser ...................................................................... 194 Galaksehobe ............................................................... 203 Big Bang ...................................................................... 211 Mørk energi ................................................................ 221 Tyngdebølger ............................................................. 229 Ordliste ....................................................................... 240 Om forfatteren ........................................................... 254

FORORD

M

ed denne bog er det min intention at give et

indblik i, hvorfor jeg – siden jeg var 13 år – har

fundet, at det var fascinerende at betragte universet.

Det hele startede da jeg gik i 7. klasse, og der var en

fysik-astronomi-studerende, der kom ud på min skole

og fortalte om planeterne i solsystemet, og om hvorfor

stjerner lyser. Jeg syntes bare, at det lød som noget af det

mest spændende, og gik hjem og sagde til mine forældre, at jeg gerne ville være astronom.

Senere samme år fik min far job i Saudi-Arabien, og

vi skulle bo to år i Riyadh. Det syntes jeg ikke var den

bedste ide, mine forældre havde fået, for jeg ville hellere være i Danmark hos mine venner. Som et plaster på

såret forærede mine forældre mig en 6-cm linsekikkert

i fødselsdagsgave, og den blev flittigt brugt de to år, vi

var der. For der var meget, man ikke kunne foretage sig som ung kvinde i Saudi-Arabien, men det var muligt at

sidde uden for huset, hvor vi boede, de mørke skyfri aftener og kikke stjerner. Det var stort set altid skyfrit, og 6

FORORD

vi boede godt 20 km uden for Riyadh, så lysforurening var der ikke meget af.

Det eneste, der var virkelig generende, var de evin-

delige sandstorme. Sandet var visse steder ret nemt

at hvirvle op, så når det blæste, var der små rødlige

sandkorn, der lagde sig som en tynd film overalt. Det

drev min mor til vanvid, at alting i huset hele tiden var

dækket i et fint lag af støv. Alt det støv gjorde, at det ofte

var svært at observere nær horisonten, så selvom der var ret fladt, der hvor vi boede, og der ikke var nogen træer

til at skygge for horisonten, var udsynet ofte dårligt pga.

støv i luften. Men ud over det og risikoen for at træde på en skorpion så var forholdene ret optimale.

I dagtimerne, hvor jeg ikke kunne observere, var der

god tid til at passe min skole og i min fritid dyrke sport og læse bøger om astronomi. Ved at få mulighed for at gå på en international skole, blev jeg god til engelsk, fik en ene-

stående kulturel forståelse ved at være i skole med over 50 nationaliteter og befandt mig i et miljø, hvor det at læse, lave lektier og have en drøm om at blive astronom ikke blev italesat som mærkeligt. Så jeg trivedes i de år.

Efter to år i Saudi-Arabien fik min far job i Stockholm,

hvor vi boede et år, og jeg begyndte i gymnasiet. Jeg

valgte at tage fysik og matematik på højt niveau, for jeg havde fundet ud af, at det var nødvendigt for at blive

astronom. Da vi kom tilbage til Danmark, havde jeg så to år yderligere i gymnasiet, hvor jeg måtte erkende, at jeg var blevet god til engelsk, men at mit danske ordforråd 7

EN LILLE BOG OM UNIVERSET

og dansk retskrivning ikke var helt på niveau, så det var ikke så nemt at komme tilbage til det danske skolesystem, som jeg havde forventet, det ville være.

Jeg startede på universitetet lige efter gymnasiet og

påbegyndte min fysik-astronomi-uddannelse ved Niels

Bohr Institutet. Jeg fandt, at mange af fagene var svære, og jeg måtte i løbet af mit studie også sande, at der er

forskel på at have læst en bog og at have forstået en bog.

Det sidste kræver indimellem, at man læser bogen flere

gange. Men selvom studiet til tider var meget krævende, så var jeg aldrig i tvivl om, at jeg gerne ville være astro-

nom, selv når jeg tvivlede på, om jeg havde evnerne til at blive det. Min fascination og begejstring forblev intakt.

Studiet var en hel del anderledes, end jeg havde forestillet mig som 13-årig, men heldigvis finder jeg stadigvæk den dag i dag, at det hele er langt mere fantastisk, end

jeg i min vildeste fantasi havde forestillet mig som ung.

Det er mit håb med denne bog at kunne fange og give

et indblik i, hvad det er, vi som forskere arbejder med,

hvordan vi arbejder, hvad vi mener, at vi ved, samt hvad vi mener, at vi endnu ikke ved med særlig stor sikker-

hed. For astronomer forsøger at fravriste universet svar.

Men det er for det meste sådan, at hver gang vi finder nye svar, giver det anledning til flere nye spørgsmål.

FORORD

I sving som aktiv 15-ĂĽrig mĂĽlmand under en fodboldkamp i Saudi-Arabien.

9

EN LILLE BOG OM UNIVERSET

SOLSYSTEMET

Min egen fascination af universet begyndte med Solsy-

stemet. Jeg var betaget af, at jeg med min lille 6-cm linsekikkert, der i styrke svarer til en god fuglekikkert, kunne se så mange detaljer på nogle af de andre planeter. Jeg

var mest betaget af Saturns ringe, der står så majestætisk

rundt om planeten. Mens Jupiter altid overraskede, fordi jeg var spændt på, hvor mange af månerne jeg mon ville

kunne se, og hvorvidt den store røde plet var på den side af planeten, som jeg kunne observere. I dag er noget af

den spænding fortaget, fordi jeg har en app på min tele-

fon (StarWalk), som gør, at jeg nemt kan tjekke, hvordan Jupiters måner står, og om den røde plet er synlig. Men selvom jeg nu ved, hvad jeg kan forvente at se, når jeg

sætter øjet til kikkerten, så er suget i maven intakt, når

jeg ser planeten hænge der med sine små måner, der blot kan ses som lysprikker. Iskalotterne på Mars og de svage antydninger af bjerge er også betagende, for slet ikke at

tale om vores egen måne, hvor det er muligt at se mange detaljer, fordi den er så forholdsvis tæt på, selvom den 10

SOLSYSTEMET

alligevel er så utrolig langt væk. Jeg bliver til stadighed

helt åndeløs, når jeg betragter alt dette, selvom jeg nu har set det rigtig mange gange.

Ud over Solen og de otte såkaldte klassiske planeter,

som kredser omkring den, består solsystemet af tusindvis af måner, dværgplaneter, asteroider og kometer.

Solsystemet blev dannet for 4,56 milliarder år siden

ud af en kæmpemæssig gas- og støvsky. Solen blev

dannet i midten som en ny stjerne med en skive af gas og støv omkring sig. Det var ud af materialet i denne

skive, at alle de objekter, vi i dag ser kredse om Solen,

blev dannet. Idet alle objekterne i Solsystemet er dannet i denne skive, er der en foretrukken retning for, hvilken

vej de forskellige objekter bevæger som rundt om Solen.

Der er også en foretrukken retning i forhold til, hvordan planeterne roterer omkring deres egen akse.

Planeterne i Solsystemet opdeles i de indre Jord-lig-

nende planeter: Merkur, Venus, Jorden og Mars, og de

ydre gasplaneter: Jupiter, Saturn, Uranus og Neptun. De

indre Jord-lignende planeter består af klippe og har en fast overflade ligesom Jorden, så man i princippet kan lande

på dem og gå rundt på deres overflader. De ydre gaspla-

neter består, som navnet antyder, af forskellige gasarter og udmærker sig ved ikke at have nogen fast overflade.

Mellem de indre og de ydre planeter ligger asteroi-

Side 12-13: Kometen McNaught set med de store 8-meter teleskoper på Paranal i Chile i forgrunden. (S. Deiries/ESO)

11

EN LILLE BOG OM UNIVERSET

EN LILLE BOG OM UNIVERSET

debæltet, som er et bælte af små planeter, asteroider, der kredser om Solen. Asteroiderne er som oftest kartoffelformede klippestykker, men de største af dem er helt

runde som følge af, at de har været helt smeltet ligesom de indre planeter og dermed er blevet formet runde af

tyngdekraften. Asteroider kan have alle mulige størrelser fra helt små sten og op til dværgplanetstørrelse. Der findes et lignende bælte af småplaneter uden for planeten Neptuns bane, det kaldes Kuiperbæltet.

Rundt om Solsystemet findes en sværm af kometer,

der ligger endnu længere borte fra Solen end Kuiperbæltet, det kaldes Oortskyen. Kometer er klumper af støv

og is, vi ofte betegner som snavsede snebolde, med en

typisk diameter på 10-50 km. De består af materiale, der

blev tilovers, da planeterne blev dannet. Indimellem bliver en komet skubbet ud af sin bane og får en ny bane,

der fører den ind i det indre solsystem. Er banen sådan,

at kometen kommer tæt på Solen, begynder isen at smelte. Den smeltede is danner en halo omkring kometen, og ud af den gas opstår den hale, der giver kometer deres

karakteristiske udsende. Det er ikke muligt at observere kometerne i Oortskyen direkte, da de er for lyssvage,

så vores vurdering af, at Oortskyen består af milliarder af kometer, er udelukkende baseret på, at vi observe-

rer omkring 5 kometer om året, der bevæger sig ind i

det indre Solsystem. Når der kommer en håndfuld per år, og vi må forvente, at det er noget, der er sket i hele

Solsystemets levetid, så konkluderer vi, at der må være 14

SOLSYSTEMET

Banerne af de seks fjerneste kendte objekter i Solsystemet er vist med lilla. Som det ses, er deres baner ikke symmetriske omkring Solen. Banerne kan forklares, hvis der findes et større objekt, planet 9, der bevæger sig i den orange bane. (Mike Brown, California Institute of Technology.)

et reservoir af rigtig mange kometer i Oortskyen, også

selvom at vores kikkerter p.t. ikke er skarpe nok til at se kometerne direkte.

Hvor mange planeter, der egentlig er i Solsystemet,

er p.t. lidt uklart. For nye computerberegninger, baseret på, hvordan de små planeter, der befinder sig i Kuiper-

bæltet, bevæger sig rundt om Solen, tyder på, at der

befinder sig en planet med omkring 10 gange Jordens

masse i en afstand svarende til 7 gange Plutos afstand fra Solen. I den afstand vil det tage planeten mellem 10.000 15

EN LILLE BOG OM UNIVERSET

og 20.000 år at komme en gang rundt om Solen. Det er på baggrund af, hvordan nogle af de yderste, mindre

objekter i Solsystemets baner ligger omkring Solen, at

forskere er kommet med en teoretisk forudsigelse om, at

der må være en niende planet, der fastholder dem i deres aflange og lidt usædvanlige baner. Det er her, hvor jeg

synes, at matematik og fysik bliver virkelig fascinerende.

At det er muligt ud fra en forståelse af, hvordan planeter bevæger sig, at regne sig frem til, at de noget usædvanli-

ge banebevægelser, vi ser for seks af de yderste objekter i

Solsystemet, giver mening, hvis der er en planet uden for Plutos bane, som påvirker dem. Sagen er den, at de seks objekter har atypiske, meget langstrakte baner, der min-

der om hinanden – de klumper sig nærmest sammen, og det kan bedst forklares ved, at en meget større og hidtil uset planet holder dem i skak.

Denne mulige planet er vi i fuld gang med at beregne

banen for, så vi kan gå ud og observere, om den nu også virkelig er der. På baggrund af sandsynlighedsregning er vi kommet frem til, at der kun er en sandsynlighed

på 0,007 % for, at man kan opnå den fordeling af baner,

uden at der må være en niende planet involveret. Så rent statistisk er det mest sandsynligt, at der virkelig er en

niende planet uden for Plutos bane, men det er også mu-

ligt, at banerne bare er lidt mærkelige, uden at det skyldes tilstedeværelsen af en niende planet.

Det er ikke så nemt at se en planet i så stor en afstand

fra Solen, selv med de største kikkerter, for der når kun 16

SOLSYSTEMET

meget lidt sollys så langt ud i Solsystemet. Når planeten kun bliver meget sparsomt belyst, er den meget svær at observere – også med de største og bedste teleskoper.

De matematiske modeller og computersimuleringer kan

beregne planetens bane, men kun give et lidt mere uklart

bud på, hvor i denne bane planet 9 p.t. befinder sig. Derfor er det et stort område af himlen, der skal afsøges, inden

man kan fastslå med sikkerhed, hvorvidt der virkelig befinder sig en stor planet i Solsystemets alleryderste dele.

Hvis planet 9 virkelig findes, så er den et bud på,

hvad vi kunne beskrive som Solsystemets yderste grænse. Men man kan også vælge at definere Solsystemets

grænse som værende udkanten af Oortskyen. Oortskyens diameter anslås at være cirka 100.000 gange afstan-

den mellem Jorden og Solen. Det vil i så fald give Solsystemet en udstrækning på lidt over et lysår.

Hidtil har vi ment, at det gav mening at definere Sol-

systemets størrelse ud fra Solens heliosfære, som er det

område, hvor solvinden fra Solen dominerer. Solvinden er en strøm af elektrisk ladede partikler, der konstant udgår fra Solen. Langt uden for Neptuns bane bliver solvinden efterhånden for svag til at modstå presset

fra det interstellare magnetfelt og den uhyre tynde gas

mellem stjernerne. Når det sker, opstår det såkaldte af-

slutningschok, hvor solvinden bremses og afbøjes. Uden for afslutningschokket er det således ikke solvinden,

men gasserne og magnetfeltet, der dominerer. Men dette afslutningschok ligger ikke fast, idet Solen indimellem 17

EN LILLE BOG OM UNIVERSET

har nogle soludbrud, der gør, at solvinden pludselig og

kortvarigt bliver kraftigere. Så afslutningschokket bølger frem og tilbage. I august 2007 målte Voyager 2, der blev opsendt fra Jorden i 1977 og til dato er den rumsonde,

der befinder sig længst væk fra Solen, afslutningschokket til at befinde sig godt 85 gange længere væk end Jor-

dens afstand til Solen. Det svarer til tre gange Neptuns

afstand. Så hvis man vælger at bruge den definition på,

hvor langt ud Solsystemet strækker sig, så vil den potentielle planet 9 befinde sig udenfor. Hvilket har fået nogle

forskere til at spekulere på, om planet 9 kan være en ind-

fanget planet fra et helt andet stjernesystem. Så det bliver spændende at se, om der virkelig er en planet længere ude, end vi hidtil har ment, at solsystemet strakte sig,

og – hvis den er der – om denne planet minder om nogle

af de andre planeter i solsystemet eller måske har en helt anden beskaffenhed.

䠀䄀刀 䐀唀 䰀夀匀吀 吀䤀 䰀 䄀吀 䰀였匀䔀 嘀䤀 䐀䔀刀䔀㼀 䬀�䈀 䈀伀䜀䔀一 䠀䔀刀

er ca. 9,5 billioner km, og afstanden til de fjerne kvasauniverset, handler det om svimlende tidshorisonter og

afstande; men astrofysikeren Anja C. Andersen formår at gøre det uoverskuelige begribeligt.

I EN LILLE BOG OM UNIVERSET giver hun i kort

form et overblik over himmelrummet fra Solsystemet

og ud til de fjerneste galakser og over universets udvik-

ling fra Big Bang frem til i dag og videre ud i fremtiden.

Undervejs forklarer hun en række fænomener fra meteoritter til mørk energi og tyngdebølger.

Anja fortæller også, hvordan hendes egen interesse

for astrofysik blev vakt, om betagelsen af Saturns ringe, og om hvordan hun kom til at forske i stjernestøv.

lindhardtogringhof.dk

EN LILLE BOG OM UNIVERSET

rer er 12 milliarder lysår. Når man beskæftiger sig med

ANJA C. ANDERSEN

Universet blev skabt for 13,7 milliarder år siden. Et lysår

ANJA C. ANDERSEN EN LILLE BOG OM

UNIVERSET

Lindhardt og Ringhof