Page 1

Det levende univers Helle og Henrik Stub

3. udgave

PRAXIS – Nyt Teknisk Forlag


Det levende univers 3. udgave, 1. oplag 2017 © PRAXIS - Nyt Teknisk Forlag 2017 Forlagsredaktør: Karen Agerbæk, ka@praxis.dk Omslag: Stig Bing, Grapida Omslagsfotos: forside: NASA, ESA & Hubble. Bagside: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute Tegninger: Anders Prior Bjerre-Olsen, Stig Bing og Uffe Christiansen Fotos: Se liste side 324 Grafisk tilrettelæggelse og dtp: Stig Bing, Grapida Tryk: PNB print ISBN papirbog: 978-87-571-2885-7 ISBN e-bog: 978-87-571-3388-2 Varenummer: 101067-1 På hjemmesiden webshop.praxis.dk ligger der opgaver m.m. til bogen – søg på 101067, se under billedet Bogen er sat med ITC Legacy Bogen er trykt på 115 g silk Alle rettigheder ifølge gældende lov om ophavsret forbeholdes. Kopiering fra denne bog må kun finde sted på institutioner, der har en aftale om kopiering med Copydan Tekst & Node, og kun inden for aftalens rammer. Se mere på www.copydan.dk Forsidebilledet viser Delfintågen. Dette var engang en almindelig spiralgalakse NGC2936, der kom for tæt på nabogalaksen NGC2937s tyngdekræfter, hvilket afbøjede og forvred den. Billedet er taget af Hubble teleskopet. Bagsidebilledet viser Pluto fotograferet af New Horizons. Plutos overflade er rødlig, sandsynligvis på grund af organiske stoffer. Undtagelsen er den store hvide slette Sputnik Planum, der er en gletsjer, som hovedsageligt består af frossen nitrogen. Den kaldes Plutos hjerte på grund af sin form.

PRAXIS – Nyt Teknisk Forlag Munkehatten 28 5220 Odense SØ info@praxis.dk www.praxis.dk Tlf. +45 63 15 17 00


Forord Denne bog henvender sig til alle, der ønsker en introduktion til astronomi. Den er skrevet som grundbog til faget astronomi i gymnasiet, men vi håber også, at bogen kan anvendes i andre sammenhænge. Her tænker vi både på folkeuniversitetet og den almene læser, som bare gerne vil vide lidt mere. Grundlæggende er bogen meget beskrivende og bruger ikke megen matematik. Men for dem, der ønsker at gå i dybden med et emne, er der en lang række temaer spredt gennem kapitlerne – og her er det matematiske niveau ofte lidt højere. Denne bog er oprindelig udgivet på forlaget TRIP i 2001, men udkom i 2012 på Praxis i en helt ny, stærkt udvidet og ændret udgave. Både udvidelse og ændringer har været nødvendige på grund af den rivende udvikling inden for astronomien. Således opdages der nu næsten dagligt nye exoplaneter, hvor astronomernes store håb er at finde en ”Terra Nova” - en ny Jord, der kredser om en stjerne mange lysår borte. I 2011 blev der uddelt en nobelpris til de forskere, som har vist, at vort univers udvider sig stadig hurtigere. Vi taler nu om det accelererende univers, og det er nok det største gennembrud inden for kosmologien i de sidste mange år. Hvor det vil føre os hen, er der i dag ingen, der ved. Vi har forsøgt at indfange noget fra den utroligt spændende tid inden for astronomien, som vi oplever i disse år. Vi har derfor føjet en række nye opdagelser til og ofte ladet forskerne selv komme til orde med deres egne forklaringer og fortolkninger. I det hele taget er det bemærkelsesværdigt, hvor meget astronomerne har gjort de sidste 10 år for at kunne levere en hurtig og god pressetjeneste. Denne udgave kan næppe anvendes sammen med de tidligere udgaver. Der er naturligvis nogle helt grundlæggende afsnit, som er uændrede, men der er simpelthen sket så meget inden for astronomien, at ingen lærebog kan anvendes uden ændringer i mere end nogle få år. Det betyder dog ikke, at lærebøger ikke stadig har værdi. Der er fortsat behov for at have et sted, hvor man kan læse om de grundlæggende begreber og metoder, inden man går ud på internettet for at finde de nyeste opdagelser. Vort håb er, at ”Det levende Univers” kan hjælpe med at give et overblik over astronomien, så det bliver lettere at læse og forstå de nye opdagelser. Morud marts 2012 I 3. udgaven har vi igen opdateret bogen (frem til september 2017). Antallet af opdateringer viser, hvor hurtigt astronomien udvikler sig. Især tre kapitler er blevet ændret, nemlig kapitel 7 om solsystemet, kapitel 8 om exoplaneter, og kapitel 15 om Liv i universet. Hertil kommer mindre ændringer i andre kapitler. Vi har erstattet betegnelsen ”Livszone” med ”Beboelig zone” og forenklet beskrivelsen af Mælkevejen ved at lade begrebet ”korona” udgå. Der er kommet et nyt tema, mens to andre temaer er udvidet eller omskrevet: Tema 8.2 ”Rejsen til Alfa Centauri”, Tema 14.1 ”Einsteins Univers” om de første målinger af tyngdebølger og Tema 15.1 ”Den beboelige zone”, som er næsten helt omskrevet. Vi kan kun bekræfte, hvad vi skrev i 2012: Ingen lærebog i astronomi kan anvendes uden ændringer i mere end nogle få år – man kommer til at tænke på det kinesiske ordsprog ”May you live in interesting times”. Det gør hver ny udgave til en spændende udfordring. Helle og Henrik Stub Morud, oktober 2017 3


DET LEVENDE UNIVERS · Indhold

Indhold 1. UNIVERSET OPDAGES . . . Vort Univers . . . . . . . . Milepæle i astronomien . . . Tema 1.1: Afstande i rummet .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

7 7 9 14

2. STJERNEHIMLEN . . . . . Himmelkuglen . . . . . . . Himlens koordinater . . . . . Årets gang . . . . . . . . . Solen og årstiderne . . . . . Tema 2.1: Kulminationshøjder

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

17 17 19 21 22 26

3. OM STOF OG STRÅLING Strålingen fra rummet . . Strålingslovene . . . . . Dannelse af spektre . . . Radioområdet . . . . . Tema 3.1: Dopplereffekten

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

29 29 30 32 35 37

4. ASTRONOMERNES VÆRKTØJ Størrelsesklasser . . . . . . Teleskoper i teorien . . . . . Teleskoper i praksis . . . . . Interferometri . . . . . . . . Observationer . . . . . . . Tema 4.1: UBV fotometri . . . Tema 4.2: Størrelsesklasser . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

41 41 43 44 46 50 53 55

5. Solen og månen . . . . . . . Solen som stjerne . . . . . . . Solens opbygning . . . . . . . . Solen og Jorden . . . . . . . . Den store klimadebat . . . . . . Månen . . . . . . . . . . . . Tema 5.1: Solens energiproduktion Tema 5.2: Tidevandskræfter . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

57 57 57 59 60 63 71 73

4

. . . . . .

6. BANER I SOLSYSTEMET . . Solsystemet . . . . . . . Keplers love . . . . . . . Tyngdeloven . . . . . . . Tema 6.1: Hohmann-banen Tema 6.2: Gravity Assist . . Tema 6.3: Lagrangepunkter

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

77 77 78 81 84 86 88

7. PLANETERNE . . . . . . . . . . . . . På turistrejse gennem solsystemet . . . . Cassinis lange rejse slut . . . . . . . . . Rosettas store kometjagt . . . . . . . . . Tema 7.1: Klimaet på Venus, Jorden og Mars Tema 7.2: Planetatmosfærer . . . . . . . Tema 7.3: Planeter og dværgplaneter . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

91 91 112 130 136 139 140

8. EXOPLANETER . . . . . . . . De første exoplaneter . . . . . . Metoderne . . . . . . . . . . . Exoplaneter – en oversigt. . . . . Tema 8.1: Målemetoderne . . . . Tema 8.2: Rejsen til Alpha Centauri

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

143 143 148 152 163 166

9. STJERNERNES UDVIKLING . Stjernernes liv . . . . . . . Supernovae . . . . . . . . Pulsarer . . . . . . . . . . Røntgenkilden Cygnus X-1 . . Tema 9.1: Jordens sidste dage Tema 9.2: Lys og sorte huller .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

169 169 178 179 181 183 186

10. HERTZSPRUNG-RUSSELL DIAGRAMMET Historien . . . . . . . . . . . . . . . Spektralklasser . . . . . . . . . . . . HR-diagrammet . . . . . . . . . . . . Anvendelsen . . . . . . . . . . . . . Tema 10.1: Dobbeltstjerner . . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

189 189 190 192 196 198

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .


11. MÆLKEVEJEN . . . . . . . . . . . . . . . Historien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mælkevejens geografi . . . . . . . . . . . . . Mælkevejens indhold af gas og støv . . . . . . Tema 11.1: Absorption og rødfarvning . . . . . . Tema 11.2: Rumhastighed . . . . . . . . . . . Tema 11.3: Mælkevejens masse og det mørke stof Tema 11.4: Tidevandskræfter i Mælkevejen . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

. . . . . . . .

201 201 202 211 213 214 215 218

12. GALAKSER OG KVASARER . . . Galaksetyper . . . . . . . . . . Galaksehobe . . . . . . . . . . Universets storstruktur . . . . . . Hubbles lov . . . . . . . . . . Aktive galakser og kvasarer . . . Galaksedannelse . . . . . . . . Tunge grundstoffer i unge galakser The never ending story. . . . . . Tema 12.1: Overlyshastighed . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

221 221 224 225 227 228 232 236 239 240

13. AFSTANDSSTIGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . Stigen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tema 13.1: En kosmisk fejltagelse . . . . . . . . . . . .

243 243 250

14. UNIVERSET . . . . . . . . . . . . . . Historien om Big Bang . . . . . . . . . . . Den klassiske Big Bang teori . . . . . . . . Universets historie beskrevet af Big Bang . . Universets udvidelse . . . . . . . . . . . . Det moderne Big Bang. . . . . . . . . . . Det flade univers . . . . . . . . . . . . . Universets fremtid . . . . . . . . . . . . . Andre universer? . . . . . . . . . . . . . Tema 14.1: Einsteins univers . . . . . . . . Tema 14.2: Den kosmologiske rødforskydning Tema 14.3: To modeller for skalafaktoren Q .

253 253 257 262 264 266 272 273 274 275 279 280

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . .

15. LIV I UNIVERSET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Livet på Jorden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Liv i solsystemet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Livets vanskelige vilkår . . . . . . . . . . . . . . . . . Kontakt søges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tidens udfordring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Det levende univers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tema 15.1: Den beboelige zone . . . . . . . . . . . . . Tema 15.2: Derfor er Jorden enestående: Pladetektonik og Månen Tema 15.3: Arecibo budskabet . . . . . . . . . . . . . . Tema 15.4: Drake-ligningen . . . . . . . . . . . . . . .

283 283 285 290 290 294 296 298 304 306 309

16. UNIVERSETS STORE HISTORIE . . . . . . . . . Universets historie. . . . . . . . . . . . . . . Universet og anden hovedsætning. . . . . . . . Hvad er kompleksitet? . . . . . . . . . . . . . Det levende univers . . . . . . . . . . . . . . Tema 16.1: Big History – mennesket og universet . Tema 16.2: Boltzmanns entropiformel . . . . . .

. . . . . . .

311 311 312 313 316 318 320

Internet-adresser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

321

Tabeller . . . . . . . . Astronomiske konstanter Solen . . . . . . . . . Planeterne . . . . . . . Banedata for planeterne . De nærmeste stjerner . . De klareste stjerner . . . Mælkevejen . . . . . . Lysstyrker . . . . . . . Hubblekonstanten . . . .

. . . . . . . . . .

321 321 321 322 322 323 323 323 323 323

Kilder til fotos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

324

Stikord . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

325

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . . . . .

5


DET LEVENDE UNIVERS · 7. PLANETERNE

Rosettas store kometjagt I august 2014 nåede den europæiske rumsonde Rosetta efter 10 års rejse frem til kometen med det meget russiske navn 67P/Churyumov-Gerasimenko, opkaldt efter de to russere, som opdagede kometen i 1969. Den 12. november kulminerede rejsen, da Rosetta landsatte den lille sonde Philae på kometen. Det var ikke nogen let opgave, da den kun 4 km i store komet har en tyngdekraft, som er 100.000 gange mindre end Jordens. Resultatet var da også, at Philae – selv om den landede blidt – hoppede to gange hen over overfladen, før den endeligt faldt til ro. Omtalen af Rosettas store kometjagt falder naturligt i fire dele: • • • •

Målet. Rumsonden. Rejsen. Ankomsten.

Målet Rosettaprojektet blev godkendt af det europæiske rumagentur ESA allerede i 1993, så der kom til at gå over 20 år fra godkendelse, til Rosetta endelig nåede frem – men det er efterhånden normalt for store rummissioner. Man ønskede at besøge en komet, da kometer antages at indeholde det stof, som er mindst omdannet siden solsystemets dannelse for 4,6 milliarder år siden. Der foregår jo ikke meget geologi på de små kun kilometerstore iskloder, især ikke, da de tilbringer det meste af deres tid dybt nedfrosset i Oortskyen meget langt fra Solen. Undertiden forvilder en komet sig ind i det indre solsystem, påvirket af tyngdekraften fra en stjerne eller en større klode. De fleste foretager bare et enkelt sving rundt om Solen, før de igen forsvinder ud i det store mørke, men nogle få bliver periodiske kometer, med baner forholdsvis tæt på Solen. Periodiske kometer får et nummer, efterfulgt af bogstavet P, i dette tilfælde 67P.

Figur 7.59. Den 12. november 2014 landsatte Rosetta Philae på den kun 4 km store komet 67P/Churyumov-Gerasimenko. Indsat er kometens størrelse i forhold til London.

130


Rosettas store kometjagt

En periodisk komet har en kendt bane, og man kan derfor beregne, hvor den befinder sig mange år ud i fremtiden. Netop det gør det muligt at besøge den. Kometen skal ikke bare være periodisk, den skal også komme så tæt på Solen, at isen på den begynder at fordampe, og kometen danner både koma og hale. Endelig må banen ikke hælde for meget mod ekliptika, da det vil kræve alt for meget brændstof at få en rumsonde ind i samme bane som kometen. Valget faldt i første omgang på komet 46P/Wirtanen, men da rumsonden blev forsinket et år, brugte man ”reservekometen”, altså 67P/Churyumov-Gerasimenko. Denne komet har følgende banedata: • • • • •

Aphel: 5,68 AE (lidt uden for Jupiters bane) Perihel: 1,24 AE (mellem Jorden og Mars) Banens hældning mod ekliptika: 7° Omløbstid om Solen: 6,44 år Rotationstid: 12,4 timer

Rumsonden Rosetta er en stor rumsonde, der ved opsendelsen vejede 2.900 kg – heraf var de 1.700 kg dog styrebrændstof. Philae-landeren vejer 100 kg – men kun et gram, når den står på kometen! Meget af vægten går til solpaneler, strømforsyning, antenner og radiosendere mv. Så Rosetta medfører kun 165 kg instrumenter og Philae 21 kg. Til gengæld er instrumenterne godt udvalgt. Kameraer er naturligvis vigtige, men der medføres også to spektroskoper til at undersøge kometens kemiske sammensætning. Mængden og temperaturen af stoffer som vand, ammoniak og CO2 bliver undersøgt med et instrument, der måler i mikrobølgeområdet. Rosetta medførte et massespektrometer, der kan analysere molekyler med masser op til 300 u i gasserne omkring kometen. Philae medførte også massespektrometre, en gaskromatograf med den særlige opgave at lede efter aminosyrer, samt et røntgenspektrometer.

Rejsen I forhold til mange kometer har 67P en ”pæn” bane, når talen er om kometrejse. Men selv Europas største raket

kunne ikke klare at sende Rosetta direkte til kometen. Opsendelsen fandt sted 2. marts 2004, og det var nødvendigt at anvende en meget kompliceret bane, hvor Rosetta fire gange fik et ekstra skub (gravity assist – se tema 6.2) ved at flyve tæt forbi Jorden eller Mars. De fire skub var: Jorden i marts 2005, november 2007 og november 2009. Desuden fløj Rosetta forbi Mars i en afstand på kun 250 km i februar 2007, så vi fik en bonus med nogle gode marsbilleder. Men det vigtigste var, at Rosetta gradvist kom ind i samme bane som 67P. En anden bonus på den 10 år lange rejse var, at Rosetta to gange fløj forbi asteroider, nemlig Steins i september 2008 og den over 100 km store asteroide Lutetia i juli 2010. Så allerede før Rosetta nåede frem til sin komet, havde den leveret et pænt lille billedgalleri til forskerne på Jorden.

Ankomsten Allerede da Rosetta nærmede sig 67P i sommeren 2014, fik man den første overraskelse: Rosetta lignede to kloder, der var sat sammen. En stor, lidt aflang klode med en største diameter på 4 km, og en mindre, mere rund

Figur 7.60. Mærkeligt bjerg på kometen med flad top. Billedet er taget fra en afstand på bare 8 km og dækker et 850 meter stort område. Bemærk, at trods den meget ringe tyngdekraft virker det, som om sten er skredet ned af skråningen øverst.

131


DET LEVENDE UNIVERS · 7. PLANETERNE

Figur 7.61. Disse tre billeder er taget over en periode på 36 minutter den 29. juli 2015 fra en afstand på 186 km. De viser et kortvarigt udbrud, sandsynligvis fra et underjordisk isdepot. Gasserne eller dampene forlader kometen med en fart på 35-40 km i timen. På billedet længst til højre kan man endnu skelne svage spor af udbruddet.

Figur 7.62. 500 meter lang revne i ”halsen”, der forbinder de to kloder. I den tid, den blev observeret, voksede revnen med 30 meter, hvilket tages som et varsel om, at kometen er på vej til at deles i to.

132


Rosettas store kometjagt

klode med en diameter på godt 2,5 km. De to kloder er forbundet gennem en smal bro af et par hundrede meters længde. Sandsynligvis er 67P opstået ved, at to mindre kometer en gang i fortiden er stødt så blidt sammen, at de er blevet hængende sammen, selv om tyngdekraften mellem dem er meget svag. Tyngdekraften er så svag, at det næsten er umuligt at kredse om kometen, medmindre flyvehøjden er mindre end omkring 30 km. Rosettas bane om kometen ser derfor ofte mærkelig ud, fordi Rosetta ofte er nødt til at justere banen med sine styreraketter for ikke bare at forsvinde ud i rummet. Der var meget spænding i kontrolcentret i Darmstadt i Tyskland, da Philae den 12. november 2014 blev sendt ned mod kometen. Den kom ned, nøjagtigt efter planen, men nogle harpuner, som skulle have låst Philae fast til overfladen, blev ikke aktiveret. Resultatet var, at Philae foretog to hop. Det første hop varede næsten to timer, hvor Philae langsomt fløj en kilometer hen over overfladen med den imponerende fart af 38 cm i sekundet. Det andet hop varede kun 7 minutter, og da var farten helt

nede på 3 cm/s. Desværre endte den delvis i skyggen af en klippe, så da batterierne løb tør for strøm efter ca. 65 timer, mistede man kontakten, da batterierne ikke fik sollys nok til at blive genopladet. Men Philae brugte sine få timer godt og fik sendt alle sine målinger tilbage til Rosetta. Den fik boret lidt ned i overfladen, som under et flere cm blødt lag af støv viste sig at være uventet hård is. Men det var kun begyndelsen på de mange nye opdagelser, Rosetta har gjort. Turen var planlagt, så målingerne blev foretaget både før og efter den 13. august 2015, hvor kometen var nærmest Solen, og aktiviteten derfor størst.

Rosettas opdagelser • Kometens massefylde er kun 0,47 gram/cm3, altså under halvdelen af vands massefylde, og temperaturen på overfladen varierer mellem -90 til omkring -40 °C , afhængig af afstanden til Solen. Der er kun observeret lidt is på selve overfladen, så den model, man i dag hælder til, er, at den lave massefylde kan forklares ved, at kometen er meget porøs – muligvis består op til 70 % af kometen af hulrum. Resten er så en blanding af klipper, støv og noget is.

Figur 7.63. En 30 meter stor sten, som her på Jorden ville veje næsten 13.000 ton, er blevet set flytte sig ikke mindre end 140 meter – måske som følge af udbruddene af gas.

133


DET LEVENDE UNIVERS · 7. PLANETERNE

Måske skal kometen beskrives som ”An icy dirtball” i stedet for som ”A dirty snowball”. • Churyumov-Gerasimenko har en albedo på kun 0,06, hvilket er omkring halvdelen af Månens albedo. Dette viser, at hovedparten af overfladen er dækket af mørkt støv og klippe. Sandsynligvis findes langt det meste is lige under overfladen. Når kometen kommer tæt på Solen, og overfladen varmes op, fordamper denne is eksplosivt og danner gejsere af vanddamp. Ud over vanddamp er der også fundet kulilte (CO) og kuldioxid (CO2), ilt, kvælstof, Argon, og endda aminosyren Glycin. Der udsendes betydeligt mere støv end gas fra kometen – og i støvet findes nogle meget store og komplicerede molekyler. Da kometen var mest aktiv i perihel i august 2015, udsendte den 300 kg vanddamp pr. sekund, men 1000 kg støv i sekundet.

• Vanddampen fra kometen har ikke den samme isotopfordeling som vandet her på Jorden, da den indeholder tre gange så meget tungt vand som vandet her på Jorden. Hvis det er typisk for kometer, kan det betyde, at Jorden ikke har fået det meste af sit vand fra kometer som hidtil antaget. Indtil nu er dette såkaldte D/H forhold – forholdet mellem tung brint Deuterium og almindelig brint Hydrogen – målt for 11 kometer, og kun en havde samme D/H forhold som Jordens vand. Måske er Jordens vand kommet fra asteroider og ikke fra kometer – der forskes meget i dette spørgsmål. Og der er da også forskere, der mener, at Jorden har fået en del af sit vand i forbindelse med sin dannelse. • Der er fundet i alt 16 forskellige organiske stoffer – men det betyder dog ikke, at der er liv på kometen. Men målingerne viser, at Jorden kan have fået tilført ”livets byggesten” fra kometer. Fire af de organiske molekyler har man ikke tidligere fundet på kometer.

Figur 7.64. Endelig i september 2016 lykkedes det Rosetta at finde og fotografere den lille Philae-lander på overfladen. Det skete fra en afstand på bare 2,7 km. På det store billede kan man med noget besvær se Philae helt ude til højre, omtrent midt på billedet. Det lille billede er så et stærkt forstørret udsnit. Philae er omkring en meter stor. Den lille røde prik på kometbilledet øverst til højre viser landingsstedet på kometen.

134


Rosettas store kometjagt

• Kometen har ikke noget magnetfelt. • Kometen blev tydeligt påvirket af den tætte passage forbi Solen, hvor gas og støv strømmede ud fra forskellige steder på overfladen. Flere steder faldt klippevægge sammen, fordi de åbenbart var blevet svækket af udstrømningen af gas, men måske vigtigere var, at der er observeret en mere end 500 meter lang revne i den ”hals”, som forbinder de to kloder, og at revnen voksede med ikke mindre end 30 meter i den tid, Rosetta holdt den under observation. Parallelt med denne revne opstod en anden og mindre revne – sandsynligvis et varsel om, at kometen med tiden vil gå i stykker, således, at de to kloder går hver sin vej.

Rosetta har også observeret, at store sten har flyttet sig op til 140 meter, enten fordi undergrunden blev eroderet væk under gasudbruddene, eller fordi selv en stor sten på grund af den meget lave tyngdekraft ret let kan flyttes, hvis den sidder lige oven på et udbrud. Rosettas store kometjagt sluttede den 30. september 2016 med, at rumsonden blev sendt ned mod selve kometen. Man kan ikke tale om en rigtig landing, men

Figur 7.65. Billedet er taget i november 2015, da kometen var tæt på Solen og derfor sendte både gas og støv ud i rummet. Billedet er taget fra en afstand på 141 km og viser, hvor tynde gasserne egentlig er, når man ser dem på tæt hold.

Rosetta ramte overfladen med en fart på kun godt 3 km i timen. Samtidig blev dens radiosender slukket – men det skete efter en mere end 12 år lang rejse, som må betegnes som en af europæisk rumfarts største succeser.

Figur 7.66. Gasudbrud fra kometen. Billedet er taget i en afstand på 162 km fra kometen den 15. april 2015.

135


DET LEVENDE UNIVERS · 15. LIV I UNIVERSET

Tema 15.2 Derfor er Jorden enestående: Pladetektonik og Månen Der er enighed om, at Jorden er en enestående planet – men det skyldes ikke bare Jordens beliggenhed i solsystemet. Der er to andre faktorer, der også har en væsentlig betydning, nemlig pladetektonikken og vor store Måne.

Pladetektonik Vi har allerede i tema 7.1 set betydningen af pladetektonik for klimaet i forbindelse med den såkaldte silikat-carbonat cyklus. For at forstå betydningen af pladetektonik for livet må vi forestille os en Jord uden pladetektonik. Umiddelbart har det to konsekvenser: Den konstante vulkanisme, vi kender, vil ophøre, og der vil ikke længere dannes bjergkæder af foldebjerge. Både vulkanisme og bjergkæder opstår nemlig, hvor kontinentalplader kolliderer med hinanden. Selv et kortvarigt ophør af vulkanisme kan ikke undgå at påvirke Jorden. Klimaet vil ændres, fordi vulkanerne ikke længere kan sende CO2 tilbage til atmosfæren, og desuden sørger vulkanerne for en konstant cirkulation af stof fra Jordens indre og ud til ovefladen. Professor Tilman Spohn siger: ”Pladetektonik sørger for at recirkulere kulstof, der udvaskes af atmosfæren og optages af bakterier på Jorden. Det sker ved at sende materialet ned i Jordens indre, hvorfra det kan vende tilbage gennem vulkansk aktivitet. På en planet uden pladetektonik vil vi ikke have denne recirkulation.” Det betyder, at uden vulkanisme vil mængden af næringsstoffer for mikroorganismer falde, og det kan ændre hele den økologiske balance. Som bekendt er vulkansk jord jo meget frugtbar, hvilket er forklaringen på, at vi gennem årtusinder har valgt at bo tæt på vulkaner, trods den fare det indebærer. Over mange millioner af år uden pladetektonik ville bjergene slides ned af erosion, og vi ville ende med et fladt og ret ensformigt landskab. Det flade og ensartede landskab vil nedsætte diversiteten af liv, da det nu ikke læn-

304

gere skal tilpasse sig mange forskellige forhold. Men det er ikke bare landjordens liv, der vil blive påvirket. Efterhånden som bjergene eroderes væk, ender materialerne fra dem i havet, og det vil få havet til at stige – i sidste ende så meget, at de nu flade kontinenter vil blive oversvømmet, og Jorden derved blive dækket af et lavvandet hav. Ikke bare vil livet på land så forsvinde, men det vil også være noget af en katastrofe for livet i havet. Det er afhængigt af næringsstoffer, som vaskes ud i havet af floder, og hvis der ikke længere er noget land, så er der heller ingen udvaskning – og det vil helt sikkert føre til en betydelig reduktion af livet i havet. Får vi en reduktion i diversitet af livsformer, er det et stort problem. Det er nemlig gennem en meget stor diversitet af livsformer, at livet har sikret sin overlevelse. Næsten ligegyldigt, hvad der sker, vil der nemlig et eller andet sted på Jorden være nogle organismer, som kan klare de nye forhold. Måske er pladetektonikkens vigtigste bidrag til biologien, at den giver et meget varieret landskab, der er under konstant forandring, og det har ført til udviklingen af utroligt mange forskellige arter af dyr og planter. Hverken Venus eller Mars har pladetektonik, og det er i hvert fald sikkert, at det ikke vrimler med liv på de to planeter, selv om nogle enkelte mikroorganismer måske kan have overlevet.

Figur 15.18. En måske afgørende årsag til, at livet for over 400 millioner år siden gik i land, var, at Jorden har kystområder, der regelmæssigt oversvømmes ved højvande. Det bringer havorganismer i forbindelse med det faste land – og nogle enkelte arter har så lært at overleve, når områderne blev tørlagt under lavvande.


Derfor er Jorden enestående: Pladetektonik og Månen

Månens betydning Jorden er enestående ved, at den har så stor en måne. Det er ikke langt fra, at man kunne kalde Jorden og Månen for en dobbeltplanet, og mange forskere mener, at det er her, vi finder den virkelige forklaring på, at Jorden er så enestående. Nogle af de vigtigste faktorer er: • Månen har skabt tidevand på Jorden. Derved er mange kystområder skiftevis blevet oversvømmet ved højvande og tørlagt ved lavvande. Denne effekt har været meget stor, dengang Månen var tættere på Jorden. I hvert fald har tidevandet haft den konsekvens, at havlivet er blevet bragt i forbindelse med landjorden – og over millioner af år er der opstået organismer, som har kunnet overleve, når vandet trak sig tilbage ved lavvande. • Månen har stabiliseret Jordens aksehældning. Ser vi bort fra Månen, er Jorden påvirket af tyngdekraften fra både Solen og især Jupiter. Beregninger viser, at det kan få Jordens aksehældning til at variere voldsomt, hvis der ikke er en stabiliserende faktor – og denne faktor er Månen. Jorden har for tiden en aksehældning på 23,5o, og så vidt vi ved, har den ikke ændret sig mere end et par grader.

Denne stabilitet har været med til at holde Jordens klima og årstidsvariationen i temperatur nogenlunde konstant – hvilket har været en fordel for livet. Dette er helt forskelligt fra Mars, der ikke har nogen stor Måne, og hvor aksehældningen derfor har varieret med måske op til 60o over en astronomisk set kort periode på bare få millioner år. Det har givet enorme klimaudsving på Mars, og i hvert fald gjort det vanskeligt for eventuelle organismer at tilpasse sig.

Nogle forskere mener også, at Månen, dengang den var tættere på Jorden, har påvirket Jorden så kraftigt med tidevandskræfter, at det har kunnet mærkes dybt nede i Jordens indre. Måske har Månen været med til at varme Jordens kerne op, og dermed sætte gang i konvektionen. Det er jo netop bevægelse af flydende metal og smeltet klippe, der har skabt både Jordens magnetfelt og pladetektonikken. Hvis denne teori holder, har Månen været helt afgørende for at gøre Jorden beboelig.

Figur 15.19. På grund af de store udsving af aksehældning har klimaet på Mars undergået meget dramatiske ændringer. Her er foroven til venstre Mars med den nuværende aksehældning. For oven til højre har Mars en meget stor aksehældning, og det betyder, at store områder af is bygges op nær den nuværende ækvator. Den nederste tegning viser, at ved en meget lille aksehældning kan polområderne vokse sig meget store.

305


DET LEVENDE UNIVERS · 15. LIV I UNIVERSET

Tema 15.3 Arecibo budskabet Det budskab, der blev sendt ud til kuglehoben Messier 13 i 1974, er et godt eksempel på, hvordan videnskabsmænd i 1970erne kunne tænke sig at præsentere Jorden for en fremmed civilisation. Budskabet blev sendt ud ved en frekvens på 2,38 GHz, svarende til en bølgelængde på 12,6 cm. Budskabet blev sendt digitalt og bestod af 1.679 tegn. Antallet af tegn blev valgt, fordi 1.679 er produktet af de to primtal 23 og 73. Det giver netop to muligheder for at anbringe tegnene i et skema. Enten skal skemaet have 23 rækker og 73 søjler, eller det skal være omvendt. Hvis man vælger den rigtige mulighed (der er kun to) og markerer alle de felter, hvor der står et 1-tal, får man den tegning, som er vist på figur 15.20. Derefter er det så bare at afkode budskabet. Det vil sikkert volde en fremmed civilisation noget besvær, men figur 15.21 giver løsningen. Vi bemærker, at budskabet er opdelt i flere sektioner med hvert sit budskab. Først præsenteres det binære talsystem, og dernæst fremhæves fem tal, nemlig 1, 6, 7, 8 og 15. Det er atomnumrene for de grundstoffer, livet på Jorden er bygget op af, nemlig hydrogen (brint), kulstof, ilt, nitrogen og fosfor. Næste afsnit søger at beskrive de kemiske stoffer, vi er opbygget af, og så er det naturligt at tage springet til at vise DNA-dobbeltspiralen, der jo er grundlaget for alt liv. Vi får så tegnet en lille mand, der er 14 kvadrater høj. Men med lidt omtanke finder man ud af, at der er en naturlig længdeenhed indbygget, nemlig bølgelængden på 12,6 cm. Vi ganger de to tal sammen, og finder menneskets højde til 176,4 cm. Ude til venstre har vi så befolkningen i 1974, på bare 4,3 milliarder. Verdens befolkning er i 2017 på 7,5 milliarder, selv om det kun er lidt over 40 år siden, signalet blev udsendt … Herefter går budskabet over til at tegne solsystemet, med den 3. planet fremhævet. Det er altså herfra, vi kommer. Til sidst en tegning af Arecibo antennen med tallet 2.430 skrevet binært over to linjer. Det giver størrelsen af antennen, nemlig 2.430 x 12,6 cm eller 306 meter.

306

Figur 15.20. Arecibo-budskabet i farvelagt form.


Arecibo budskabet

Budskabet blev sendt mod kuglehoben Messier 13, der befinder sig 21 000 lysår borte. På de 21.000 år, som signalet er undervejs, flytter hoben sig dog på himlen. Når signalet når frem, er hoben 24 lysår fra, hvor den befinder sig på himlen i dag. Det betyder dog ikke, som påstået, at signalet vil passere forbi Messier 13, da dens diameter er 168 lysår. Det eneste der sker, er at signalet ikke rammer hobens centrale dele. Da Messier 13 består af meget gamle population 2 stjerner, er sandsynligheden for at finde en planet som Jorden ringe. Den høje stjernetæthed gør det også usandsynligt, at der er beboede planeter. I de 12-13 milliarder år, hoben har eksisteret, har der været et stort antal supernovaer, ligesom ethvert solsystem må have været udsat for adskillige tætte passager af nabostjerner. En tæt passage kan meget let rive en planet bort fra sit solsystem. Men budskabet var også snarere udtryk for en symbolsk handling i forbindelse med fejringen af en udbygning af Arecibo teleskopet. Siden dette budskab er der sendt 23 andre budskaber mod stjernerne. De tre nyeste blev sendt i 2009 fra Arecibo observatoriet for at markere 35 året for det første budskab fra 1974. I de senere år har især det 70 meter store russiske radioteleskop Evpatoria på Krim været meget aktivt med at sende budskaber mod stjerner, der ikke er ret langt borte fra Jorden. Således vil et budskab sendt herfra i 2008 nå frem til stjernen Gliese 581 allerede i 2029. Radiobudskabet er en slags digital tidskapsel, der består af ikke mindre end 501 budskaber fra forskellige personer og grupper. Det tog omkring 4½ timer at sende hele budskabet, der bl.a. rummer digitale billeder af berømte personer og udvalgte steder fra Jorden, fx Hillary Clinton og Edinburgh Castle. Langt de fleste af de nye budskaber vil nå frem i løbet af det 21. århundrede, men selv i heldigste tilfælde kan der gå alt fra 50 til 100 år, før vi får svar. Takket være Yuri Milners store donation på 100 mio. dollar til SETI (se side 292) er der efter lang tids stilstand igen kommet gang i at lytte efter signaler fra rummet. Men sandheden er, at der er så mange frekvenser at lytte

Figur 15.21. Arecibo-budskabet afkodet. Tegningen er spejlvendt i forhold til budskabet.

til, og så mange stjerner at rette teleskopet mod, at vi ikke skal regne med en hurtig succes – også selv om der skulle være mange civilisationer i Mælkevejen.

307


Det levende univers En engageret og letforståelig introduktion til universet, skrevet med de fysisk-astronomiske briller på.

Forfatterne Helle og Henrik Stub fortæller om stjerner og planeter; galakser og kvasarer; stjernefødsel og stjernedød; de fysiske love og spekulationerne, også sat ind i et historisk perspektiv. Desuden beskrives astronomernes målemetoder.

Nye opdagelser og teorier om alt fra universets opståen til dets endeligt er beskrevet levende og medrivende. De mere videnskabelige og tungere emner er gjort letforståelige.

Bogen er beregnet til de gymnasiale uddannelser og Folkeuniversitetet, men kan læses af alle, der interesserer sig for emnet.

Helle og Henrik Stub er begge formidlere af astronomi og rumfart og har skrevet en lang række bøger om emnet. De har i mange år skrevet artikler til Illustreret Videnskab, men skriver nu om astronomi og rumfart på Videnskab.dk.

Helle og Henrik Stub modtog i 2008 Tycho Brahe Guldmedaljen og i 2014 European Science Writers Award. ISBN 978-87-571-2885-7

9 788757 128857

praxis.dk

varenr. 101067-1

Det levende univers, 3. udgave, 1. oplag, 2017  

En engageret og letforståelig introduktion til universet, skrevet med de fysisk-astronomiske briller på. Forfatterne Helle og Henrik Stub...