9789152360286 by Smakprov Media AB

Iann Lundegård Karolina Broman Thomas Krigsman

Sanoma Utbildning

Sanoma Utbildning Postadress: Box 38013, 100 64 Stockholm Besöksadress: Rosenlundsgatan 54, 4 tr, Stockholm Hemsida: www.sanomautbildning.se E-post: info@sanomautbildning.se Order/Läromedelsinformation Telefon 08-587 642 10 Redaktörer: Lena Bjessmo, Anna Gustrin och Anders Pålsson Bildredaktörer: Lena Bjessmo och Anna Gustrin Grafisk form: Andreas Lilius/Typoform Layout: Anna Lundstedt och Andreas Lilius/Typoform Omslag: Andreas Lilius/Typoform Illustrationer: Shutterstock: s. 41:1, 85:2, 99, 162, 184, samt Typoform övriga illustrationer Naturkunskap 2 ISBN 978-91-523-6028-6 © 2021 Iann Lundegård, Karolina Broman, Thomas Krigsman, Gunilla Viklund, Per Backlund och Sanoma Utbildning AB Andra upplagan Första tryckningen Kopieringsförbud! Detta verk är skyddat av lagen om upphovsrätt. Kopiering utöver lärares rätt att kopiera för undervisningsbruk enligt Bonus Copyright Access, är förbjuden. Sådant avtal tecknas mellan upphovsrättsorganisationer och huvudman för utbildningsanordnare, t.ex. kommuner/universitet. För information om avtalet hänvisas till utbildningsanordnares huvudman eller Bonus Copyright Access. Den som bryter mot lagen om upphovsrätt kan åtalas av allmän åklagare och dömas till böter eller fängelse i upp till två år samt bli skyldig att erlägga ersättning till upphovsman/rättsinnehavare. Tryck: Livonia Print, Lettland 2021

u Till läsaren I NATURKUNSKAP 2 MÖTER du aktuella och relevanta frågeställningar utifrån ett naturvetenskapligt perspektiv. Med hjälp av innehållet i boken kan du utveckla kunskaper som behövs för att kritiskt granska och värdera information och ta ställning i vår tids avgörande samhällsfrågor kopplade till miljö, hälsa och hållbar utveckling.

Kapitel 1 Naturvetenskap, individ och samhälle presenterar det naturvetenskapliga förhållningsättet och visar hur naturvetenskapen kan granskas kritiskt och användas för kritisk granskning av den information som når oss i samhälle och media. Kapitel 2 Vårt hem i universum beskriver några viktiga teorier om hur universum är uppbyggt och har utvecklats, samt hur det påverkat förutsättningarna på vår egen planet, jorden. Kapitel 3 Energi och materia handlar om hur energi och materia samspelar i såväl större som mindre sammanhang, men också hur egenskaper hos olika kemiska ämnen kan förklaras med hjälp av vad som sker i de minsta beståndsdelar de består av. Kapitel 4 Materia ger ämnen och material lyfter fram några kunskaper om organiska och oorganiska ämnen, hur de framställs, vilka egenskaper de har, hur de används i samhället och påverkar vår miljö. Kapitel 5 Livets uppkomst och utveckling redogör för naturvetenskapliga teorier om livets uppkomst och utveckling. Kapitlet ger även en naturvetenskaplig förklaring till djurs utseenden och beteenden samt diskuterar kritiskt synen på människans roll i evolutionen. Kapitel 6 Människokroppen beskriver människans organ och organsystem, dess uppbyggnad, funktioner och evolutionära utveckling. Med utgångspunkt i de kunskaper vi har om människokroppen förs även en diskussion om livsstil och hälsa. Bokens sista kapitel, kapitel 7, Naturvetenskap – ett sätt att undersöka

och betrakta världen pekar på naturvetenskapens roll i formandet av

vår gemensamma syn på tillvaron samt visar på vilka möjligheter och begränsningar en sådan världsbild kan medföra.

Lycka till med dina studier! Författarna

Innehåll

1 Naturvetenskap, individ och samhälle.. . . . . . . .

Vetenskapliga upptäckter påverkar vår världsbild. . . . . . . . 8 Naturvetenskap i användning.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Ta reda på, diskutera och ta ställning. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2 Vårt hem i universum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 En resa i rymden är en resa i tiden. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Jorden, en planet i förändring. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 Ta reda på, diskutera och ta ställning. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

3 Energi och materia.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 Energin flödar – materian cirkulerar.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kemi – vetenskapen om materian. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sortering av ämnen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Atomer och kemiska föreningar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ta reda på, diskutera och ta ställning. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

54 60 66 70 82

4 Materia ger ämnen och material. . . . . . . . . . . . . . 84 Materia och material. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 Oorganiska föreningar.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 Organiska föreningar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 Kompositer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 Ta reda på, diskutera och ta ställning. . . . . . . . . . . . . . . . . 126

5 Livets uppkomst och utveckling. . . . . . . . . . . . .

128

En teori som skakade världen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Liv i förändring. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Evolutionsteorin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Den själviska genen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sexuella strategier. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Evolutionsteorin – en grund för kritik. . . . . . . . . . . . . . . . . . Ta reda på, diskutera och ta ställning. . . . . . . . . . . . . . . . .

130 131 144 150 155 164 168

6 Människokroppen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

170

Kroppen i växelverkan, förändring och balans. . . . . . . . . Matspjälkningen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Blodet och andningen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kroppens försvar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Skelettet och musklerna. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Utsöndringen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Kroppens signalsystem – nerver och hormoner.. . . . . . . Vår unika hjärna.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ta reda på, diskutera och ta ställning. . . . . . . . . . . . . . . . .

172 176 180 188 198 204 206 217 226

7 Naturvetenskap – ett sätt att

undersöka och beskriva världen. . . . . . . . . . . . . 228

Arvet från antiken. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230 Nya bitar till vetenskapens pussel.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 Ta reda på, diskutera och ta ställning. . . . . . . . . . . . . . . . . 250

Faktafrågor.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 Register. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262 Bildförteckning.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264

Naturvetenskap, individ och samhälle

Centralt innehåll Kapitlet tar främst upp följande centrala innehåll: ● Naturvetenskapligt förhållningssätt, hur man ställer frågor som går att pröva naturvetenskapligt och hur man går till väga för att ställa företeelser i omvärlden under prövning. ● Hur naturvetenskap kan granskas kritiskt samt hur ett naturvetenskapligt förhållningssätt kan användas för att kritisk pröva ovetenskapligt grundade påståenden.

Syfte

Kunskapsmål

Med hjälp av kapitlet har du möjlighet att utveckla:

Efter arbetet med kapitlet ska du kunna:

● Kunskaper om hur naturvetenskap organiseras samt hur den kan granskas kritiskt och användas för kritisk granskning.

● Beskriva på vilket sätt naturvetenskapen kan vara till hjälp för att kritiskt granska fenomen och påståenden i naturen och samhället.

● Kunskaper om naturvetenskapens roll i aktuella samhällsfrågor.

● Använda naturvetenskapliga argument för att kritiskt granska olika argument i samhällsdebatten.

u Vi

lever i en tid där vetenskapens landvinningar trängt in i våra

tankar och praktiska liv på ett omvälvande sätt. Inte minst i mötet med den tilltagande klimatförändringens problematik är de vetenskapligt framtagna resultaten något vi behöver förhålla oss till. Utifrån naturvetenskapliga metoder gör forskarna prognoser och skapar scenarier som kan hjälpa oss på vägen. Forskningens framsteg medför

också att vi ställs inför nya frågeställningar som vi behöver diskutera tillsammans, ta ställning till och forska vidare på.

u Vetenskapliga upptäckter

påverkar vår världsbild

TVÅ OMRÅDEN DÄR det ganska nyligen gjorts vetenskapliga upptäckter som på olika sätt fått inflytande över vår världsbild, är de om biologiska gensaxar och universums svarta hål. Såväl upptäckten av gensaxen CRISPR/Cas 9 och den om de svarta hålen har på ett omvälvande sätt förändrat våra möjligheter att påverka livet, vårt sätt att se på vår plats i tillvaron och möjligheter att påverka den. År 2020 belönades dessa två upptäckter med nobelpris i kemi och fysik.

Gensaxar

Modell av gensaxen CRISPR/Cas9, en av de mest kända gensaxarna i dag. Gensaxen består av två beståndsdelar, ett protein, Cas 9, som kan klippa i dna-kedjor och CRISPR som visar saxen vägen att klippa ut rätt gensekvens.

Hela det komplicerade nätverk av bakterier, svampar, växter och djur som väller fram över planetens yta har en sak gemensamt – en genetisk kod som i grunden bestämmer hur vi på olika sätt ska se ut, utvecklas och fungera. Om vi skulle kunna påverka den koden då skulle vi också kunna styra över livets fortsatta utveckling. Tidigare har det varit svårt och tidsödande för forskarna att gå in och ändra i organismernas arvs anlag. Men genom vetenskapliga metoder har man nu framställt så kallade gensaxar. Med dem går det relativt enkelt att klippa och klistra i generna. Bildligt kan det jämföras med att klippa ut och ändra ordningen i en text på datorn. Det är en upptäckt som med all sannolikhet kommer att förändra en del av livet på jorden, men som förstås också ställer till en del problem av etisk karaktär.

NATURVETENSKAP INDIVID OCH SAMHÄLLE

År 2019 sattes den första bilden av ett svart hål samman av information från teleskop över hela jorden. Det befinner sig på 55 miljoner ljusår härifrån och har en massa som är 6,5 miljarder gånger större än vår sol. Bilden visar en ring av gas med ett svart hål i mitten.

Svarta hål Ett fenomen som länge gäckat naturvetenskapen är universums så kallade svarta hål. Tidigare var vår kunskap om dem bara framställd utifrån teorier baserade på matematiska beräkningar. Men nu har man kunnat visa att de faktiskt finns. Med hjälp av avancerad teknik, som kan tränga igenom de moln av gas och stoffpartiklar som finns i vår egen galax, har astronomerna kunnat observera dem långt bort mot universums gränser. Där slukar de svarta hålen allt i sin närhet. Eftersom ett svart hål inte ens släpper ut ljus kan det i sig själv inte observeras. Därför studerar astronomerna främst rörelser hos stjärnor i dess närhet. På så sätt kan de avslöja var hålen befinner sig. Nu upptäcks allt fler svarta hål av olika storlek. Vissa av dem har kanske 10–15 gånger större massa än vår sol, medan andra har en massa som är flera miljarder gånger solens. Vetenskapliga upptäckter påverkar vår världsbild

u Naturvetenskap

i användning

GENOM NATURVETENSKAPEN HAR vi byggt upp ett enormt kunnande om

världen som på många sätt är viktigt för oss. Inte minst i våra vanliga liv och som samhällsmedborgare. Tekniken i vardagen har på många sätt gjort livet bekvämt. Jorden ger oss resurser och tar hand om avfall som blir kvar när vi förbrukat dem. I förlängningen finns det därför också ett värde i att fundera över på vilka sätt vi faktiskt är beroende av naturen som omger oss och hur vi påverkar den med vårt sätt att leva. Natur vetenskapen kan hjälpa till med en större förståelse för just de samman hangen. Hur vår konsumtion och det vi omger oss med i samhället hänger samman med de system som verkar bortom det vi stöter på i vardagen. Många samhällsyrken omfattar kunskaper som befinner sig i gränslandet mellan naturvetenskapen och andra vetenskaper, som exempelvis psykologi, historia och samhällsvetenskap.

g n i n l å r st ancer Så l i b o M kar c farlig är a LCHF-dieten ors R:

ARMA

NA L RSKAR

FO R S K A R E :

FO Är alla vetenskapliga undersökningar lika trovärdiga? Kunskaper i naturvetenskap hjälper oss att vara kritiska mot ovetenskapliga påståenden.

T: R SLÅR FAS

NYA STUDIE

För mycket der porrtittande le till impotens

NATURVETENSKAP INDIVID OCH SAMHÄLLE

Intern

atio

DEN nell expert om N SOM YA KRÄM G BRÖS ÖR DINA EN T FAS TARE

Det är här skolämnet naturkunskap kan fungera som en brygga mellan de olika vetenskapstraditionerna. En sjuksköterska, dietist eller fysio terapeut behöver förstås ha kunskaper om människokroppen. Arbetar man som arkitekt eller landskapsarkitekt behöver man ha kunskaper om till exempel materiallära och planering av grönområden. För den som utbildar sig inom lantbruk, skogsbruk eller som trädgårdsmästare är kunskaper i växtodling och ekologi nödvändiga. Men först och främst är kunskaper om naturen en rättighet för oss alla. Om vi inte vill lita blint på att experter talar om för oss hur vårt samhälle ska se ut och vilka beslut vi ska ta kring till exempel vår hälsa och miljö, behöver vi alla veta en del om vad naturvetenskapen har att säga. Självklart behöver vi veta något om vad den kommit fram till, men också hur naturvetaren arbetar och hur den här speciella vetenskapen kan användas för att kritiskt granska påståenden vi kommer i kontakt med i vår vardag. All vetenskap har mål och syfte.

Samhällsplanerare, arkitekt och arborist är några yrken där man behöver kunskaper i naturvetenskap, för att skapa en hälsosam och trivsam livsmiljö.

Naturvetenskap i användning

Naturvetenskap, etik och kritik Vi vet förstås mycket om oss själva och vår omvärld. Tillsammans har vi utvecklat kunskaper och det mesta behöver vi inte ifrågasätta för att vardagen ska fungera. Men ibland kan vi bli tveksamma. Då behöver vi pröva vissa saker mer noggrant för att utveckla nya och mer hållbara kunskaper. Vetenskapligt framtagen kunskap är ofta en annan än den vi omger oss med i det dagliga livet. Men ibland är den väldigt viktig för att vi ska kunna förhålla oss kritiskt till en del av de påståenden som vi möter och kanske tar för givna. Här följer några saker som brukar omnämnas när man beskriver vad som karakteriserar ett naturveten skapligt förhållningssätt. Att kunskap är framtagen på ett vetenskapligt sätt betyder till exempel att den genomgått systematiska prövningar. Men vad innebär egentligen det? Ett kriterium är att om ett påstående ska kunna sägas vara veten skapligt, behöver det vara baserat på en undersökning som visar att det kunde varit antingen sant eller falskt. Om någon exempelvis vill hävda att en förkylning lindras av C-vitamin, behöver undersökningsmetoden också kunna visa motsatsen om så är fallet. Det finns många påståenden som inte kan undersökas på det här sättet. Om någon exempelvis påstår att det finns spöken är det väldigt svårt att pröva det vetenskapligt. Framförallt därför att vi inte har någon precis definition av vad ett spöke är.

Vi är inte vetenskapligt bevisade, men finns vi ändå?

Tro på spöken är bara ett av många exempel på sådant som inte faller inom ramen för vad som betraktas som vetenskap.

NATURVETENSKAP INDIVID OCH SAMHÄLLE

I dag har vi utvecklat avancerade metoder för att göra systematiska undersökningar från det allra minsta till det allra största i universum. Bilden till vänster visar en del av laboratoriet CERN. Där söker man svaren på frågorna om materiens minsta byggstenar. Bilden till höger visar ISS, den internationella rymdforskningsstationen.

Naturvetenskapen är empirisk

För att något ska kunna sägas vara vetenskapligt måste undersökningen också kunna återupprepas och då kunna visa på samma resultat som tidigare. Möjligheten att påvisa att ett påstående är sant eller falskt och att studien går att återupprepa är två kriterier som man brukar hänvisa till när man talar om något som (natur-)vetenskapligt. En del vetenskaper ägnar sig uteslutande åt att komma fram till slut satser utifrån logiskt tänkande. Andra undersöker vad och hur vi männ iskor tänker, har tänkt, gör, har gjort, lever och har levt. Naturveten skapen undersöker i stället fenomen i den naturliga fysiska omvärlden. Den är vad man kallar empirisk och grundar sig ofta i sinnliga erfaren heter, även om dessa nuförtiden ofta observeras med hjälp av teknisk utrustning. Ibland kan man höra att den naturvetenskapliga forskningen vilar på en speciell typ av undersökande arbetssätt. Men det är inte så enkelt att beskriva den naturvetenskapliga verksamheten på ett och samma sätt. Det är inte så att alla naturvetare först observerar, därefter ställer hypoteser och sedan gör experiment. En forskare i fysik använder andra metoder än en forskare i biologi eller kemi. Vid studier av ekosys tem krävs förstås andra redskap och metoder än de som behövs för att beskriva skeenden i kosmos eller funktioner inuti cellen. Däremot finns det ett antal centrala steg som observation, mätning, sortering, klassificering, förut Att vara en kritisk naturvetare innebär att sägelse, hypotesprövning och tolkning, som ofta kunna använda sig av naturvetenskapens återkommer i beskrivningen av hur en systematisk systematiska arbetssätt för att undersöka naturvetenskaplig undersökning bedrivs. Naturveten företeelser i naturen, men även för att skapen har alltså utvecklat systematiska metoder granska trovärdigheten i all den information vi möter i samhället. för empiriska studier, som kan vara användbara i ﬂera olika sammanhang. Naturvetenskap i användning

Att vara en kritisk naturvetare innebär att kunna skilja på vad som är en naturvetenskaplig lag och vad som kan vara en mer eller mindre hållbar teori.

Naturvetenskapen innehåller lagar och teorier

Det är centralt att förstå skillnaden mellan det man kallar en naturvetenskaplig lag och en teori. Ibland tänker man sig att lagar skulle var något som står över teorierna hierarkiskt; överst kommer en lag och sedan en teori. Men egentligen avser de två olika saker. En naturveten skaplig lag återger hur saker hänger ihop, eller hur förlopp utvecklas. Ett exempel är tröghetslagen inom fysiken som slår fast att alla rörelser förblir konstanta om de inte påverkas av någon yttre kraft. Ett annat exempel är energiprincipen, det vill säga lagen om att energi inte kan skapas eller förbrukas, bara omvandlas. En teori däremot, kan ses som en något förenklad berättelse av ett sammanhang eller förlopp. Den beskriver det på ett generellt plan och kan vara ett stöd för oss i att tänka och göra förutsägelser om hur saker ska komma att utspela sig framöver. Två exempel på teorier som uppfyller det här kriteriet är evolutionsteorin och den moderna atom teorin. Teorin används sedan för att göra nya studier på ett område. Men under det arbetet justeras ofta, eller till och med förkastas, själva teorin. Bigbangteorin som en förklaring till universums uppkomst har hittills överlevt alla försök till förkastande, men den justeras ständigt i och med att det görs nya astronomiska observationer och beräkningar. Den gamla teorin om att vårt jordklot skulle vara ihåligt, har man däremot sedan lång tid tillbaka kunnat förkasta genom att den prövats med hjälp av geologiska undersökningar och experiment.

NATURVETENSKAP INDIVID OCH SAMHÄLLE

Ibland använder vi liknelser och metaforer för att beskriva funktioner i människokroppen, till exempel att hjärtat är en pump, hjärnan en hårddisk, njurarna och levern kroppens reningsverk och magen själens spegel. Dessa liknelser är ibland haltande och leder till felaktiga associationer.

Naturvetenskapen är skapad av människor De naturvetenskapliga förklaringarna är sällan direkta speglingar av omvärlden. Teorierna presenteras ofta som något förenklade bilder eller berättelser. För att framställa dem tar forskarna hjälp av språk, meta forer och bilder. Dessa kan exempelvis vara en mate matisk formel över sambandet mellan massan och accelerationen hos fysikaliska kroppar, planeter och rymdfarkoster. Det kan också vara en graf som beskri ver hur temperaturen på jorden stiger till följd av den ökade koldioxidhalten i atmosfären, eller en bildlik framställning över hur olika djurarter beter sig för att överleva kampen för tillvaron. De sätt som forskare använder för att presentera sina resultat har förstås betydelse för hur de upp fattas av oss som tar del av dem. Formen på en graf kan se olika ut beroende på vilka värden de som skapar den valt att sätta på axlarna. De liknelser vi använder för att beskriva funktioner i människo kroppen leder oss till vissa tankar och ibland felaktiga associationer. När till exempel den mänskliga hjärnan liknas vid en hårddisk så leder det kanske till en föreställning där människan liknas vid en robot. Den vanliga bilden av att våra egenskaper styrs av enskilda gener som sitter uppradade efter varandra som pärlor på ett snöre är också problematisk, efter som de sällan är ensamma om att styra den utveck lingen. Även om vi talar om djurs eller växters över levnad som strategier är det oftast inget som styrs direkt av deras vilja. Men vi behöver ändå alla de här liknelserna, metaforerna och språket för att förstå och kunna diskutera fenomenen. Ibland är det dock viktigt att vi påminner oss om att teorierna delvis är skapade av oss människor för att bringa ordning i och dra nytta av en mängd mätresultat som annars bara skulle vara ett sammelsurium av intryck.

Att vara en kritisk naturvetare innebär att se vilken betydelse sättet att presentera ett forskningsresultat har för hur det kommer att tas emot och uppfattas av andra.

Naturvetenskap i användning

Vilka energikällor det satsas forskningsmedel på avgör vilken energi som kommer att utnyttjas i framtiden. Det får förstås betydelse för miljön.

Vetenskap bedrivs i ett syfte Naturvetenskapen bedrivs, liksom allt annat som människor företar sig, utifrån olika syften. De som arbetar med vetenskap vill något med det de gör, och på det sättet skiljer det sig inte från det vi vanligtvis sysslar med i vardagen. Ofta, men inte alltid, finns det en nyttoaspekt bakom forskningen som bedrivs. Vetenskapliga undersökningar görs ofta för att några i samhället bryr sig om, eller vill värna om något. Men ibland är det vetenskapliga syftet helt enkelt att försöka förstå mer om hur saker fungerar. Även om det inte alltid är uttalat, är alla de naturvetenskapliga framsteg som görs i dag också inbäddade i ett större sammanhang. Forskning bedrivs alltid inom ramen för ett samhälle med vissa uttalade eller outtalade prioriteringar. Därför behöver den granskas både etiskt och politiskt. Ofta tas resultaten fram i en viss forskningskultur, som ibland sätter gränser för hur man kan tänka och vad man kan göra. Inte sällan styrs de också av en viss forskningspolitik som ger pengar till utvalda projekt. Ingen forskning är politiskt neutral. Här följer några exempel. Det vi vill åstadkomma med genforskningen ska ställas i rela tion till en etisk diskussion om hur vi anser att man får använda och påverka påverka djurs och växters egenskaper och hur långt vi vill nå med att manipulera med människans gener. Hur vi prioriterar rymd forskning om liv på andra planeter, planetfärder och svarta hål ska kanske ställas i relation till vad vi vill satsa ekonomiskt på andra utveck lingsområden, som exempelvis fattigdom och svält. Forskningsresultat kring kärnenergi är kanske väl så viktiga, men kan utnyttjas både i krig

NATURVETENSKAP INDIVID OCH SAMHÄLLE

t fo rs k

dju

Har vi rät

t at

på

och i fred. Medicinsk och annan forskning som innebär djurförsök måste vägas mot vad vi tycker människan är värd i förhållande till andra djur arter. Vilken forskning som bedrivs kring vår livsstil, hälsa och sexualitet tar avstamp i samhällets syn på vad som är ett sunt liv. Resultaten av den forskningen får förstås följdverkningar för vilka rekommenda tioner som kommer att ges kring hur vi till exempel ska äta, träna och hur våra sexuella relationer ska se ut.

Att vara en kritisk naturvetare betyder bland annat att man alltid är på sin vakt över vilka normer och värderingar forskningen tar sin utgångspunkt i, vilka saker som tas för givet i den vetenskapliga kulturen och vilka konsekvenser forskningsresultaten kan få för människa och miljö.

All vetenskap förändras, så även naturvetenskapen “Nothing in life is to be feared, it is only to be understood. Now is the time to understand more, so that we may fear less.” Marie Curie, nobelpristagare i fysik 1903 och i kemi 1911.

Vår kunskap om världen har förändrats genom historien och gör det fort farande. Det gäller även för naturvetenskapen. Naturvetenskapen ger ingen evig och absolut sanning om varför saker är som de är. De kunskaper som har tagits och tas fram genom naturvetenskapliga undersökningar är mer eller mindre tillfälliga. Vissa grundläggande teorier brukar visserligen betraktas som mer fastlagda, medan andra växer fram som nya grenar ur dessa. En forskare eller forskargrupp startar sällan med teorilösa observationer utan lägger oftast nya pusselbitar till vad andra redan tagit reda på. I varje steg är naturvetaren tvungen att ta hänsyn till de tidigare resultaten och låta dem stå som utgångspunkt för de fortsatta undersök ningarna. Naturvetenskapens styrka är att den sällan gör anspråk på att beskriva hur naturen verkligen är, utan i stället visar hur vi bäst kan förstå den utifrån de redskap, resultat och teorier som för tillfället finns till hands.

Vad naturvetenskapen kan göra är att så bra som möjligt berätta om hur förlopp i naturen har utvecklats och bidra med prognoser om vad som kommer att hända framöver. Och där är den oslagbar.

Naturvetenskap i användning

Ta reda på, diskutera & ta ställning Arbeta med begreppen Här ser du några viktiga begrepp kopplade till kapitlet. Arbeta med begreppen genom att till exempel förhöra

att förstå sammanhangen, och när de kan bli ett hinder för oss att uppfatta sakerna rätt.

4. Ta reda på vilka ståndpunkter som ﬁnns kring djur-

en kompis, göra en begreppskarta eller skriva ner

försök i forskning. Diskutera när du tycker att det kan

förklaringar.

vara berättigat med djurförsök i forskning och när är

Empirisk

Systematiska undersökningar

det inte det.

Hypotesprövning Teori Lag Metafor Forskning

Undersökande arbetssätt

1. Vi möts dagligen av annonser om produkter som påstås vara bra för vårt välmående och vår hälsa. Leta i tidningar och i media och välj någon produkt eller behandling kring t.ex. träning, kost eller skönhet. Försök ta reda på vad de som står bakom annonsen har för vetenskapliga argument för sin produkt. Diskutera hur man skulle gå tillväga för att pröva trovärdigheten kring produkten systematiskt och kritiskt.

2. Försök hitta ﬂer exempel på naturvetenskapliga teorier än dem som boken anger. Diskutera vilka empi riska undersökningar som ligger till grund för dem?

3. Forskare använder ofta liknelser eller metaforer för

5. I texten beskrivs kanske framförallt sådan forskningskultur som utvecklats vi vid universitet och

att förklara saker och skeenden i naturen och i män-

högskolor. Men en hel del forskning sker inom indu-

niskokroppen. Försök att hitta ﬂer exempel på

strin och också i militära sammanhang. Diskutera

sådana metaforer än dem som boken anger.

på vilket sätt forskningskulturen skiljer sig i de olika

Diskutera på vilket sätt metaforerna kan hjälpa oss

sammanhangen.

NATURVETENSKAP INDIVID OCH SAMHÄLLE

Torrt, livlöst hår

Stroke, hjärninfarkt

Dålig andedräkt

Struma

7. Våra rökvanor har förändrats. 1946 rökte 50 % av alla Sveriges män och 9 % av kvinnorna. I dag ser

Magsår

Hjärt- och kärlsjukdomar Astma, kronisk bronkit, lungcancer, emfysem Risk för missfall, tidigt klimakterium, svårt att bli med barn, menstruations besvär, livmoderhalscancer

Dålig kondition, benskörhet

förhållandet annorlunda ut (se diagram). ◆ Varför tror du förhållandena har förändrats så

mycket? ◆ Finns det några andra skillnader än kön som

påverkar våra rökvanor och som skulle vara intressanta att jämföra? Vad tror du de skulle visa? ◆ Diskutera: Varför leder inte forskningsresultaten till

att vi förändrar vår livsstil? ◆ Hitta ﬂer exempel där forskningen säger en sak

men vi gör en annan. procent

Män

Kvinnor

50 40 Dålig blodcirkulation, kalla fötter

6. Varför påverkas vi inte av forskningsresultaten? Bilden ovan, visar på några saker som man vet drabbar kvinnor som röker. ◆ Vad tror du det beror på att unga tjejer börjar röka

30 20 10 0

1946 1963 1977 1983 1993 1998 2006 2020

i alla fall? ◆ Vad skulle man kunna göra för att förhindra det?

Faktafrågor till kapitlet hittar du längre bak i boken!

Ta reda på, diskutera & ta ställning

Vårt hem i universum

Centralt innehåll Kapitlet tar främst upp följande centrala innehåll: ● Universums utveckling som förklaring till materians uppkomst och jordens sammansättning. ● Naturvetenskapens betydelse för mänsklighetens kultur och världsbild.

Syfte Med hjälp av kapitlet har du möjlighet att utveckla: ● Kunskaper om de naturvetenskapliga teoriernas betydelse för samhällens framväxt och för människans världsbild.

Kunskapsmål Efter arbetet med kapitlet ska du kunna: ● Beskriva teorier om universums uppkomst, uppbyggnad och utveckling ● Ge exempel på olika naturvetenskapliga metoder som har använts för att utforska universum. ● Beskriva hur grundämnen bildas i stjärnor. ● Redogöra för planeten jordens uppbyggnad och hur jordskorpan förändras. ● Beskriva förutsättningarna för liv på planeten jorden.

u I alla

tider har människan fascinerats av rymden. Att se sig själv

i detta ofattbart stora kosmos kan vara både intressant och skrämmande. Hur startade allt, varifrån kommer vi, vart är vi på väg och finns det liv på andra planeter i universum? Hur kan vi över huvudtaget veta något om sådant som är så hissnande, stort och avlägset? Att ställa frågor om det vi inte kan nå direkt med våra sinnen eller har svårt att förstå är en del av att vara människa. Under de senaste 100 åren har det pågått en intensiv forskning för att försöka förstå hur universum en gång bildades och hur det kommer att se ut i framtiden. Universums uppkomst, uppbyggnad och utveckling studeras inom kosmologin, en del av astronomin. Genom den

forskningen har vi lärt oss att universum är oerhört mycket större och märkligare än någon tidigare trott och att vi människor har en mycket undanskymd plats på ytan av ett obetydligt stenklot nära en stjärna i utkanten av en galax, en bland oräkneliga andra galaxer i universum.

u En resa i rymden

är en resa i tiden

VÅRT SOLSYSTEM FINNS i galaxen Vintergatan. Tellus som vår jord heter

Ju längre bort en himlakropp ligger desto svagare blir dess ljusstyrka. Genom att jämföra ljusstyrkan hos likadana himlakroppar, kan man beräkna hur långt bort de ligger.

VÅRT HEM I UNIVERSUM

på latin, är solsystemets tredje planet från solen räknat. Jorden är hittills den enda planeten i universum som vi vet att det finns liv på. Tillsammans med de andra sju planeterna bildar jorden och solen vårt solsystem. Om man räknar med att jordens avstånd till solen i medeltal är 150 miljoner kilometer och att ljusets hastighet är 300 000 km/s, innebär det att det tar ungefär åtta minuter för solljuset att nå jorden. Avståndet till månen och solen kan mätas i kilometer, men tittar man längre ut i rymden blir det så stora avstånd att kilometer blir väldigt opraktiskt att använda. I stället använder man sig av ljusets hastighet för att beskriva avstånd. Eftersom det tar åtta minuter för solljuset att nå jorden, är avståndet åtta ljusminuter. För ännu längre avstånd används enheten ljusår, dvs. den sträcka det tar för ljuset att färdas ett år. Men hur vet man att det är 150 miljoner kilometer till solen? Kortare avstånd i rymden, som till vår måne eller de närmaste planeterna, kan mätas med hjälp av radar eller laserljus. Genom att mäta den tid det tar för en ljuspuls att färdas från jorden till månen och reflekteras tillbaka igen, kan man beräkna avståndet till månen. För att mäta längre avstånd används andra metoder. Genom att till exempel jämföra hur starkt det ljus är som når oss från samma typ av stjärnor som finns på olika avstånd, kan man beräkna hur långt bort från jorden de befinner sig.

Universums oändlighet

Det ljusa bandet som syns på natt himmeln är ljuset från miljarder stjärnor i en av Vintergatans spiral armar. Vintergatan, är en spiralgalax med en diameter på 100 000 ljusår. Fotot visar en spiralgalax, liknande vår egen Vintergata.

Om du tittar upp mot himlavalvet en mörk vinternatt, ser du ett ljust band som sträcker sig över stjärnhimlen. Det är miljarder stjärnor som ligger längre bort i vår galax Vintergatan, som tillsammans skapar denna ”gata av ljus”. Ordet galax kommer från det grekiska ordet galaxis som betyder ”spilld mjölk”, och på engelska heter också Vintergatan ”the Milky Way”. Solen med sina planeter befinner sig i Vintergatans utkant. Avståndet från solsystemet till Vintergatans centrum är 26 000 ljusår, medan vår närmaste stjärngranne, Alfa Centauri, ligger bara fyra ljusår bort. Det är alltså den sträcka som ljuset har färdats i fyra år innan det träffar våra ögon. En sträcka som motsvarar mer än 900 miljoner varv runt jorden. Fram till början av 1900-talet trodde astronomerna att Vintergatan utgjorde hela universum, men år 1924 visade astronomen Edwin Hubble att vår galax inte alls är ensam. De många molnformade ljusfläckar han studerade på stjärnhimlen visade sig vara avlägsna galaxer. Hubbles upptäckter byggde delvis på forskning som gjorts av andra, bland annat på studier den amerikanska astronomen Henrietta Swan Leavitt gjorde i början av 1910-talet. Deras beskrivning av universum var revolutionerande. Tillsammans med Andromedagalaxen bildar Vintergatan och ett trettiotal andra galaxer den så kallade ”lokala galaxgruppen”. I dag uppskattar astronomer att det finns omkring 100 000 000 000 galaxer i universum, var och en innehållande miljarder stjärnor och ett oräkneligt antal planeter.

en resa i rymden är en resa i tiden

Universum expanderar

För att förstå hur Hubble tänkte kan vi likna universum vid en deg med russin. Precis som russinen avlägsnar sig från varandra när degen jäser, avlägsnar sig galaxerna från varandra när universum expanderar. Men galaxerna själva expanderar inte eftersom de hålls samman av sin egen gravitation.

Efter att ha jämfört spektra från olika galaxer på olika avstånd, kunde Hubble dra slutsatsen att universum hela tiden ökar i storlek, det expanderar. Genom att studera den så kallade rödförskjutningen i galaxers spektra kunde han se att mer avlägsna galaxer rör sig bort från oss med större hastighet än de som befinner sig på närmare avstånd. Rödförskjutning innebär att när en stjärna eller galax som sänder ut ljus rör sig bort från oss, då får ljuset som når fram till oss längre våglängder än det egentligen har. Ljusvågorna dras så att säga ut på grund av att föremålet rör sig bort från oss och förskjuts mot rött. Fenomenet kan liknas vid det som inträffar med ljudvågorna när en ambulans med påslagna sirener passerar oss. När den närmar sig upplever vi att ljudet från sirenerna har en hög ton, för att sedan bli lägre när ambulansen försvinner bort. På samma sätt förändras ljusets våglängd från stjärnor och galaxer som är på väg bort från oss. Redan innan Hubbles gjort sina observationer hade Albert Einstein förutsagt att ett oföränderligt universum inte borde existera. Det mest troliga är att det antingen utvidgar sig, eller drar ihop sig. I dag vet man att universums expansion är accelererande. Upptäckten att universum utvidgas måste betyda att det någon gång haft sin början. Vilket i sin tur måste innebära att det måste ha en viss ålder. Hur gammalt är då universum?

Big bang När astronomer observerar fenomen belägna allt längre bort så tittar man också allt längre tillbaka i tiden. Eftersom man vet att galaxerna avlägsnar sig från varandra med en viss hastighet, kan man beräkna universums ålder genom att räkna baklänges. På så sätt har man kommit fram till att all materia borde funnits samlad på ett enda ställe för ungefär 13,8 miljarder år sedan. Ur denna sammanpressade materia, som troligen befann sig i ett mycket upphettat tillstånd, är teorin att universum bildades genom en jättelik expansion – big bang, eller som det kanske borde heta – big expansion. Vårt universum har alltså utvidgats från ett hett och tätt sammanpressat tillstånd till det universum vi känner till i dag, fyllt av stjärnor, galaxer och planeter.

VÅRT HEM I UNIVERSUM

tidiga galaxer

bildandet av solsystemet (4,6 miljarder år)

första stjärnorna kosmisk bakgrundsstrålning big bang

tid 0 380 000 år 300 miljoner år

nutid (13,8 miljarder år)

Vi ser förbi ett ungt dramatiskt universum där stjärnor föds, dör och där galaxer krockar. Vi blickar ännu längre bakåt till den soppa av partiklar ur vilka stjärnor kunde b ildas. Slutligen kommer vi fram till början av tiden och rummet: big bang.

Stöd för big bang Bigbangteorin kan precis som andra naturvetenskapliga teorier inte bevisas på samma sätt som man bevisar påståenden inom matematiken, men det finns ett stort antal olika observationer som ger tydligt stöd för teorin. Edwin Hubbles observationer som visar att universum fortfarande expanderar är en viktig grund för bigbangteorin. Men det är inte bara det faktum att universum expanderar som ligger till grund för teorin om big bang. Med hjälp av jättelika radioteleskop upptäckte man på 1960-talet strålning från universums allra tidigaste ålder. Den strålningen kallas den kosmiska bakgrundsstrålningen och kommer från en tid i universum då det ännu inte fanns några stjärnor. Den kosmiska bakgrundsstrålningen är en svag elektromagnetisk strålning som uppfyller hela rymden. Ytterligare stöd för teorin har man fått när man studerat halten av lätta grundämnen i universum. Vid riktigt höga temperaturer kan atomkärnor av väte slås ihop och bilda atomkärnor av helium. Redan ett par minuter efter big bang hade temperaturen i universum sjunkit till en nivå där denna process inte längre var möjlig. Med hjälp av beräkningar har astronomer kunnat fastställa att om teorin kring big bang stämmer, då borde materien i universum till ungefär 77 % utgöras av väte och att resterande del borde i huvudsak vara helium. Detta är också något som väl stämmer överens med forskarnas observationer. en resa i rymden är en resa i tiden

gammastrålning

röntgenstrålning

Astronomer använder olika typer av teleskop för att fånga upp olika delar av det elektromagnetiska spektrumet.

ultraviolett ljus

VÅRT HEM I UNIVERSUM

infrarött ljus

mikrovågor

radiovågor

Strålningen i rymden ger ledtrådar om universum Även om ingen människa varit längre ut i rymden än till vår egen måne, har vi lärt oss det mesta vi kan om rymden genom att använda och tolka den strålning som kommer hit. På samma sätt som vattendroppar kan bryta solens ljus i en regnbåge kan ljuset från olika himlakroppar delas upp och analyseras med olika metoder. Grundämnet helium upptäcktes för 150 år sedan för första gången genom en analys av vår egen sols spektrum. Det dittills okända grundämnet fick namn efter det grekiska namnet för sol, Helios. Genom att på samma sätt analysera spektrum från Venus kan man visa att atmosfären runt planeten till stor del består av koldioxid. I dag kan astronomer och astrofysiker uttala sig om vilka grundämnen som finns i olika stjärnor och vilka temperaturer de har. Stjärnor lyser med olika färg beroende på temperaturen på stjärnans yta. En röd jätte är svalare än vår sol och har därför en rödare färg än den gula solen.

het gas Det går att se vilka ämnen en stjärna innehåller eftersom olika ämnen ger upphov till specifika linjer i ett spektrum, som ett sorts fingeravtryck.

synligt ljus

linjespektrum

En stjärna lyser för att fusionen av atomkärnor i dess inre frigör enorma mängder energi, som så småningom färdas genom stjärnan och strålas ut i rymden. Stjärnor lyser med olika färg beroende på temperaturen på stjärnans yta. Hetare stjärnor har ett blåare ljus, medan kallare stjärnor har ett rödare ljus.

Stjärnor är grundämnesfabriker En galax består inte bara av stjärnor och planeter. Mellan stjärnorna finns gaser och stoftpartiklar. Dessa är inte jämnt fördelade i universum. På en del ställen bildar de tätare moln som kallas nebulosor. En stjärna är en stor självlysande himlakropp, som uppstår i ett nebulosamoln när gaser och stoftpartiklar dras samman av gravitationen. När molnet drar sig samman ökar temperaturen, och när den når ungefär 10 miljoner grader börjar vätekärnor slås ihop till heliumkärnor. Denna reaktion kallas fusion och frigör stora mängder strålningsenergi i form av bland annat ljus. Vätekärnorna i reaktionen väger mer än heliumkärnorna som bildas. Skillnaden i deras massa omvandlas till energi, enligt Einsteins ekvation E = m · c 2, där E är energi, m massa och c ljusets hastighet.

Gaser och stoftpartiklar i galaxerna kan samlas i nebulosor, en plats där nya stjärnor föds. Här syns centrum av Triﬁdnebulosan. en resa i rymden är en resa i tiden

nebulosamoln

ung stjärna (storlek som solen)

ung stjärna (10 ggr större än solen)

röd jätte

röd superjätte

supernova vit dvärg

neutronstjärna

Det har visat sig att alla stjärnor är uppbyggda på liknande sätt. Från början består stjärnor nästan enbart av väte och helium. I den första fasen i en stjärnas liv slås vätekärnor ihop till heliumkärnor. Denna fas utgör ungefär 90 procent av en stjärnas livstid. Vår sol har genomgått detta i 5 miljarder år och kommer att fortsätta på samma sätt ungefär lika länge till. När vätet tar slut i en stjärnas mitt går den över till ett nytt levnadsstadium, där heliumkärnor slås ihop till kol. Stjärnor av solens storlek sväller upp och de yttre delarna svalnar av. Stjärnan skiftar då färg, eftersom svalare stjärnor ger ett rödare ljus, och bildar en så kallad röd jättestjärna. När vår sol når det här stadiet kommer den att bli så stor att den slukar både Merkurius och Venus, och kanske når ända ut till jordens bana. Till slut kastar den av sig mer än hälften av sin massa, och kvar blir en liten och kompakt vit dvärg. I riktigt stora stjärnor sker ytterligare fusionssteg där energi frigörs ända upp till bildandet av grundämnet järn. Men de ämnen som är tyngre än järn bildas inte alls under stjärnornas livstid, utan skapas under mer explosiva förhållanden. Det kan ske när dessa röda superjättestjärnor i slutet av ”sitt liv” exploderar i så kallade supernovor. Då är temperaturen så hög att grundämnena guld, platina och många av de sällsynta metaller som bland annat finns i våra mobiltelefoner kan bildas. En del supernovor bildar sedan massiva neutronstjärnor, medan de som har ännu större massa bildar svarta hål. Ju mer materia en stjärna innehåller, desto hetare blir den och desto snabbare förbrukar den sitt förråd av väte. Medan stjärnor som vår sol har en livstid som mäts i miljarder år, ”brinner” de mycket större stjärnorna ut på några miljoner år.

svart hål

En stjärnas utvecklig beror av dess massa. Bilden visar dels hur en stjärna av solens massa utvecklas till en vit dvärg, dels hur en större stjärna kan utvecklas till en neutronstjärna eller om den har riktigt hög massa till ett svart hål.

VÅRT HEM I UNIVERSUM

Din kropp är byggd av stjärnstoff Alla atomer är uppbyggda av tre byggstenar. Bara tre

andra eller tredje generationens stjärna. Järnet i ditt

ingredienser alltså, oavsett vilket ämne de bildar. I

blod, kalciumet i ditt skelett och fosforn i ditt DNA, har

atomens kärna finns protoner och neutroner. Omkring

bildats i stjärnor miljarder år tillbaka i tiden. Din kropp

atomkärnan rör sig elektroner. Protoner är positivt

är alltså byggd av stjärnstoff!

laddade och elektroner är negativt laddade, medan neutroner inte har någon laddning alls. Antalet protoner som finns i atomkärnan avgör vilket grundämne det är. Där kan finnas alltifrån 1 till 118 pro toner. Finns det en proton i atomkärnan så är det väte, med två protoner är det helium och är det 79 protoner i kärnan så är det guld. I en atom är elektronerna alltid lika många som protonerna. Därför har atomen totalt sett ingen laddning – den är neutral. Antalet neutroner i ett grundämne kan däremot variera. Att alla grundämnen är uppbyggda av bara tre sorters byggstenar, är förklaringen till att stjärnor kan fungera som grundämnesfabriker. Direkt efter big bang fanns bara de allra lättaste grundämnena: väte, helium och spår av litium och beryllium. Alla de andra grundämnena uppstod senare i stjärnornas inre eller i supernovor. När sedan en stjärna dör sprids grundämnen ut i rymden. En del av dem bildar nya stjärnor och planeter. Alla tyngre grundämnen som finns i vårt solsystem är alltså skapade i stjärnor som fanns i vår galax innan vår egen sol bildades. Man brukar säga att solen är en

Neutronstjärnor saknar tomrum Nästan hela atomens massa finns i atomkärnan som är oerhört liten. Om atomens diameter vore lika stor som längden av en fotbollsplan, skulle atomkärnan inte vara större än ett knappnålshuvud och elektronerna skulle röra sig i utkanten av fotbollsplanen. Atomen består alltså till största delen av tomrum, vakuum, alltså ingenting. I en neutronstjärna har detta tomrum försvunnit. Det är förklaringen till att en kubikcentimeter av en neutronstjärna kan ha en massa på omkring 1 miljard ton, vilket kan jämföras med en lika stor massa som Mount Everest krympt till en sockerbits storlek. Neutronstjärnor uppstår när en stor stjärna får slut på bränsle och kollapsar under sin egen tyngd. Gravitationen är så stark att materien trycks samman på ett så extremt sätt att atomer inte längre kan existera. I stället består en neutronstjärna av sammanpressade kärnpartiklar. Tomrummet som finns i en atom är borta. Den extremt kompakta neutronstjärnan kan liknas vid en stor atomkärna bestående av neutroner och en mindre mängd protoner. en resa i rymden är en resa i tiden

Datasimulering av en stjärna och ett svart hål som kretsar i en gemensam omlopps bana. Medan svansen av gas från stjärnan försvinner ut i rymden dras resten in mot det svarta hålet, vilket gör det synligt. Gasen hettas upp och samlas i en roterande och starkt lysande skiva innan den antingen sugs in i hålet eller slungas i väg i två smala strålar hundratusentals ljusår ut i rymden.

Svarta hål

Den allra första bilden av ett svart hål publicerades år 2019. Det svarta hålet finns på 55 miljoner ljusårs avstånd från jorden och har en massa som är 6,5 miljarder gånger större än solens. Bilden är ett resultat av att man har länkat samman åtta radioteleskop runt hela jorden för att skapa ett gigantiskt virtuellt teleskop, lika stort som vår jord.

VÅRT HEM I UNIVERSUM

Ett svart hål är en himlakropp med en så stark gravitation att varken ljus, annan strålning eller materia kan lämna den. Det svarta hålet är ”svart” på grund av att ljus inte kan lämna det, och ett ”hål” därför att föremål som kommer tillräckligt nära faller ner i det. Svarta hål omges av en så kallad händelsehorisont, ett tänkt område runt himlakroppen som utgör gränsen för när ljus och materia inte längre kan undkomma dragningskraften. Materien fångas i en långsam dödlig dans runt hålet – innan det till slut ramlar över gränsen. Efter det finns det ingen väg tillbaka. Det är som att paddla kanot vid ett vattenfall. Ovanför vattenfallet har du en chans att klara dig, bara du är så stark att du orkar paddla motströms. Men så fort du kommer över kanten finns det ingen återvändo. Eftersom man inte kan se ett svart hål, så får astronomerna dra slutsatser om dem genom att observera hur deras gravitation påverkar objekt i deras närhet. Svarta hål finns i olika storlekar och formas när en stjärna med mycket stor massa kollapsar i slutet av sin livstid. Det finns många mindre svarta hål i vår galax Vintergatan. Men i mitten av galaxen finns det ett supermassivt svart hål som långsamt slukar allt som kommer i dess närhet. Massan motsvarar 4 miljoner solar och det finns inom ett område som är mindre än vårt solsystem. Svarta hål är dramatiska fenomen som fortsätter att fascinera.

Gravitationsvågs-observatorium i Louisiana, USA. I de två 4 km långa rören innehållande laserstrålar kunde man för första gången upptäcka gravitationsvågor.

Gravitationsvågor Framsteg i utforskande av universum är ofta sammankopplade med ny teknik. Ett exempel är upptäckten av gravitationsvågor som är ett sätt att få en ny bild av universum. Instrumenten kompletterar de olika typer av teleskop som används, och kan kanske betraktas som ytterligare ett sinne för att få en mer komplett bild av universum. De första gravitationsvågor man kunde påvisa kom från två svarta hål som för en miljard år sedan kom i närheten av varandra, och sögs in i varandra. Det gav upphov till en puls av gravitationsvågor som efter att ha färdats en miljard år nådde oss här på jorden år 2015. Svarta hål har en så stark gravitation att de inte släpper ifrån sig vare sig ljus eller någon annan elektromagnetisk strålning. Det enda spåret av en sådan kollision är just gravitationsvågor.

Gravitationsvågorna skapades när två svarta hål var på väg att sugas in i varandra. 1 miljard år senare upptäcktes vågorna i gravitations vågs-observatorier på jorden. En resa i rymden är en resa i tiden

Kollisionen som skapar guld Den 17 augusti 2017 registrerade observatorier i USA och Italien gravita tionsvågor från två kolliderande neutronstjärnor. Inom några timmar hade astronomer med hjälp av olika teleskop runt om i världen hittat källan till utbrottet i en galax 130 miljoner ljusår bort. Neutronstjärnor har inte lika stark gravitation som svarta hål. Deras kollisioner kan därför observeras med teleskop som tar upp våglängder från det elektromag netiska spektrumet. Den upptäckten knyter inte bara samman studier av gravitationsvågor och elektromagnetisk strålning. Den gav också insikt i att en stor del av de tunga grundämnen som finns i universum – guld, platina, uran och bly, troligen bildats i kollisioner mellan neutronstjärnor. I de beräkningar som gjordes kunde man visa att i kollisionen mellan de två neutronstjärnorna bildades mer guld än hela jordens massa. Tidigare trodde man att det enda sättet för guld och andra tunga grundämnen att bildas var i exploderande stjärnor, supernovor.

Mörk materia och mörk energi När astronomer på 1930-talet undersökte hur snabbt

så kallad mörk energi, som är starkare än gravitatio

vår galax Vintergatan roterade så snurrade den

nen och som får universum att expandera.

mycket fortare än den borde. Utifrån beräkningar av hur många stjärnor som finns och vilken massa de har, roterade Vintergatan 5–6 gånger snabbare än den borde. På samma sätt kunde de konstatera att även andra galaxers ytterdelar roterade mycket fortare än vad de borde göra. Problemet är att det inte ﬁnns tillräcklig mycket vanlig materia i galaxerna som kan förklara dessa rörelser. Därför har begreppet mörk materia föreslagits som en möjlig förklaring till den snabba rörelsen. Forskarna tänker sig att mörk

Mörk materia och mörk energi är ett mysterium och en utmaning för den moderna fysiken. Bara 5 procent av universums innehåll är sådan materia som vi kan iaktta. Ungefär 25 procent är mörk materia, som med sin gravitation bidrar till att materien samlar sig i galaxer och galaxhopar. Resterande 70 procent är mörk energi som drar isär universum och gör att universums expansion accelererar. Ingen vet dock vad mörk materia och mörk energi egentligen är.

materia är en annan form av materia än den vi känner till. Precis som vanlig materia har den en massa, men den sänder inte ut eller reﬂekterar någon form av elektromagnetisk strålning som gör att vi kan se eller upptäcka den med våra teleskop och

25 %

mätinstrument. Mörk materia är alltså inte mörk i ordets vanliga betydelse, den är osynlig helt enkelt. Men eftersom mörk materia ändå har en massa,

påverkar den gravitationen och galaxernas rörelser.

70 %

En annan utmaning som forskarna arbetar med är att universum egentligen borde dras ihop av gravitatio nen. Men i stället expanderar universum och expansi onen går snabbare och snabbare för varje dag. Det verkar alltså finnas en okänd frånstötande energi, en

VÅRT HEM I UNIVERSUM

mörk energi mörk materia

vanlig materia

Exoplaneter – planeter i andra solsystem

ljusstyrka

Konsten att ”se” det osynliga. Stjärnans ljusstyrka minskar när planeten rör sig framför den och skymmer en del av dess ljus. Ju större planet desto mer minskar stjärnans ljusstyrka.

Björndjur är millimeterstora djur som kan överleva i extrema miljöer. Under en rymdfärd 2008 visade en svensktysk forskargrupp att de till och med kan överleva extrem uttorkning och strålning i rymdens vakuum.

Eftersom planeter är ljussvaga och bara reflekterar ljus från sin stjärna, behöver astronomer göra indirekta iakttagelser av dem. Det dröjde till år 1994 innan den första exoplaneten kunde observeras. Den upptäcktes genom att dess dragningskraft fick en stjärna att “gunga” fram och tillbaka för varje varv planeten snurrade runt stjärnan. När stjärnan gungar bort blir det en rödförskjutning av ljuset och när den rör sig mot oss så blir det en liten blåförskjutning. Ett annat sätt att upptäcka exoplaneter är att tid observera ljuset när de rör sig framför stjärnan. Varje gång planeten passerar framför stjärnan minskar dess ljusstyrka. I dag känner vi till tusentals exoplaneter som cirkulerar runt sina solar (stjärnor). Innan det fanns något att jämföra med trodde de flesta forskare att andra planetsystem skulle likna vårt: steniga planeter närmast stjärnan, några av dem kanske med atmosfärer som jorden och Venus. Längre ut gasjättar som mest består av väte, i stil med Jupiter. Och utanför dem isjättar som Neptunus – stora gasplaneter som även innehåller is av vatten, metan och ammoniak. Men det blev en stor överraskning när det visade sig att alla planetsystem som hittills upptäckts är väldigt olika vårt. Där finns andra typer av planeter som helt saknas i solsystemet och planeter i banor som ingen hade förväntat sig. Sökandet efter exoplaneter kan kanske ge oss kunskap om hur planeter bildas och ledtrådar om det finns liv någonstans därute?

Liv i universum Många frågar sig om det finns liv på andra planeter i universum, både i vårt eget solsystem eller på exoplaneterna. Forskning kring förutsättningar för utomjordiskt liv kallas för exobiologi eller astrobiologi. Fastän forskare ännu inte hittat levande organismer på andra ställen än jorden, innebär det inte att man säkert vet. Fram till i dag har man upptäckt tusentals exoplaneter i andra solsystem, varav några där det möjligen skulle kunna finnas förutsättningar för liv. För att kunna förstå var utomjordiskt liv kan återfinnas och hur det kan tänkas se ut, måste man fråga sig varför liv finns just på planeten jorden. Än i dag hittas nya livsformer här på jorden, sådana som vi inte kände till och som kan leva i andra miljöer än där vi vanligen finner liv. Att många organismer klarar sig utan syre är väl känt, men fortfarande anses flytande vatten vara en grundförutsättning för liv. Vatten är också den vanligaste treatomiga molekylen i universum. Det talar för att liv skulle kunna finnas på andra platser än jorden. En resa i rymden är en resa i tiden

u Jorden – en planet

i förändring

Forskare tror att månen bildats efter en enorm kollision mellan jorden och en planet av ungefär Mars storlek under solsystemets tidigaste historia.

VÅRT HEM I UNIVERSUM

JORDEN OCH DE övriga planeterna i vårt solsystem bildades för omkring 4,5 miljarder år sedan, som ett resultat av solens födelse. På den tiden var jorden en het planet av flytande magma som bombaderades av olika himlakroppar som asteroider, meteoriter och kometer. Vissa forskare tror att delar av det vatten som nu finns på jorden härstammar från detta bombardemang. När den kraftiga aktiviteten avtog svalnade jordskorpan, landmassor och kontinenter skapades, och ur vattenångan från de många vulkanutbrotten bildades hav. En av de viktigaste händelserna för vår planet var uppkomsten av vår måne. Exakt hur det gick till vet man inte. Men sannolikt bildades den genom en kollision mellan den unga jorden och en annan planet, troligen av Mars storlek. Jorden träffades med en enorm hastighet. Delar av jordskorpan slets loss men fångades åter upp av gravitationen i en bana runt jorden, där de så småningom smälte samman till vår i dag ensamma måne. Den kraftiga kollisionen fick också jordaxeln att ändra sitt läge. Jorden tippade och fick en lutning på 23,5°. Jordens rotation kring sin egen axel bromsades även upp. Från att tidigare roterat ett varv på 6 timmar saktades den ner till de 24 timmar vi har i dag. Men hur vet man då det? Att jorddygnet varierat går bland annat att se på årsringar i fossila koralldjur. Vid sådana studier har man kunnat se att för 370 miljoner år sedan gick det nära 400 dygn på ett år.

Vårt klots byggnad Ett enormt moln av gas och partiklar tätnar mer och mer under inverkan av gravitationen.

Molnet ändrar form, börjar rotera och blir skivformat.

I mitten av molnet börjar solen ta form.

Planeter börjar bildas runt solen.

Det mesta av gasmolnet har drivits iväg av solvinden.

Solsystemet med planeter. 6 000 5 000 4 000 3 000 2 000 1 000 0

kärna

mantel

Vår planet har en omkrets på ungefär 4 000 mil. Den är i stort sett klotformad men något tillplattad vid polerna. Ytan som numera är fast är till stora delar täckt av vatten. Det är förstås mycket svårare att utforska klotets inre. Det djupaste borrhål som människan har gjort är omkring 12 km och finns på Kolahalvön i Rysssland. Trots att det kan uppfattas som enormt djupt, motsvarar det inte mer än knappt 0,2 % av jordklotets radie. För att försöka ta reda på vad de inre delarna av jordklotet består av och hur jordklotet är uppbyggt, undersöker forskarna meteoriter och material som kommer upp ur jordskorpan vid vulkanutbrott och hur jordbävnings vågor fortplantar sig genom jordens inre. På så sätt har man skapat sig en bild av hur jordklotet är uppbyggt. I mitten av vårt klot finns en inre kärna av fast järn med en temperatur på över 4 000 °C. Att järn på det här sättet existerar i fast form beror på det enorma tryck som råder därinne. En första orsak till jordens varma inre menar man beror på är att den unga jorden tidigt bombarderades av olika himlakroppar som asteroider, meteoriter och kometer. Det ledde till att temperaturen ökade och jordytan smälte. På grund av gravitationen sjönk främst järn och andra tunga grundämnen in mot klotets centrum där de avgav energi. Den höga temperaturen i jordens inre bibehålls även på grund av den energiutveckling som sker där atmosfären vid radioaktiva sönderfall. Runt den innersta fasta jordytan kärnan finns ett lager av flytande metall, främst jordskorpan bestående av järn och nickel, den så kallade yttre kärnan. I nästa lager finns manteln. Den är i det närmaste fast, men samtidigt formbar och rörlig. De delar av manteln som befinner sig närmast jordskorpan består delvis av smält material vilket kan ge upphov till vulkanism på jordytan. Manteln är tjock och omfattar 2/3 av jordens totala massa. Den allra yttersta jordskorpan är bara mellan 5–70 km tjock, tunnare under haven och tjockare på land. Jorden – en planet i förändring

En atmosfär i förändring UV-ljus

syrgasmolekyl

syreatom

+ syreatom, O

syrgasmolekyl, O2

ozon, O3

Ultraviolett strålning klyver en syrgas molekyl och bildar två syreatomer. En syreatom kan sedan reagera med en syrgasmolekyl och bilda en ozonmolekyl.

Den allra första jordatmosfären dominerades av de två lätta gaserna väte och helium. Troligtvis ”blåstes” merparten av dessa tidigt bort av den så kallade solvinden (laddade partiklar från solen), då jordens gravitation var för svag för att hålla de lätta gaserna kvar. För cirka 4 miljarder år sedan hade dock en ny typ av atmosfär bildats av ämnen från jordens inre. Genom att studera de gaser som kommer ur dagens vulkaner kan man få en bild av hur atmosfären kan ha varit sammansatt vid den här tiden. Främst bestod den troligen av vattenånga, koldioxid och vätesulfid, med mindre mängder av kväve, kolmonoxid, metan och ammoniak. När temperaturen på jorden så småningom sjönk ombildades den stora vattenmängden som då fanns som gas i atmosfären till flytande oceaner. Fortfarande fanns det nästan inget syre i atmosfären. För drygt 3,5 miljarder år sedan utvecklades cyanobakterier med fotosyntes, och syrgas började bildas. Merparten av syret som först bildades reagerade med det järn som då fanns löst i haven. Resultatet blev fasta järnoxider som lagrades på bottnarna. Dessa återfinns i dag som mäktiga lager i berggrunden, bland annat som svartmalm i norra Sverige. Efter någon dryg miljard år hade det mesta av järnet i haven reagerat med syre. Då började i stället så sakteliga syrehalten i atmosfären att öka och ett ozonlager byggdes upp. Ozon tar upp en del av solens UV-strålning och kom att fungera som ett skydd för de levande organismer som nu tog sig upp på land. För cirka 350 miljoner år sedan nådde syrehalten dagens nivå. Livets utveckling på jorden har alltså varit en förutsättning för att skapa den atmosfär vi har i dag. Men i dag sker en snabb förändring av sammansättning av jordens atmosfär. Bland annat leder användningen av fossila bränslen till allt högre halt av koldioxid, vilket leder till ett varmare klimat.

Norrsken – aurora borealis Norrsken är ett ljusfenomen som uppkommer på himlen vid norra halvklotet. När laddade partiklar från solen färdas mot jorden skyddas vi av jordens magnet fält. Men när en del partiklar tar sig förbi och krockar med atomer i atmosfären ger det upphov till norrsken. Kollisionerna sker på 100–300 km höjd. Färgen hos norrskenet beror på vilka ämnen i atmosfären partik larna krockar med. Kvävet ger norrskenet rödviolett färg och syret färgar atmosfären röd och grön. Det latinska namnet för norrsken, aurora borealis, härstammar från namnet Aurora som var morgonrod nadens gudinna i den romerska mytologin och från det latinska ordet borealis som betyder nordlig.

VÅRT HEM I UNIVERSUM

jord

n lvi so

magnetfält ens

soleruption

Vår planet omges av ett magnetiskt kraftfält som består av kraftlinjer som går från magnetisk nordpol till magnetisk sydpol, nära de geogra fiska polerna. Magnetosfären, den droppformade skyddande bubblan, är jordens ”solskydd” mot det omfattande flödet av partiklar från solen.

När nordpolen blir sydpol Jorden kan liknas vid en stor magnet som ger upphov till ett starkt magnetfält. Det uppkommer till följd av elektriska strömmar i den flytande yttre kärnan. De magnetiska nord- och sydpolerna sammanfaller inte exakt med de geografiska polerna vilket orsakar missvisning hos våra kompasser. Den magnetiska nordpolen som ligger i nordöstra Kanada förflyttar sig några mil om året i riktning mot Sibirien. Men jordens magnetfält är inte stabilt. Då och då försvagas det och de magnetiska polerna byter plats, nord blir syd och syd blir nord. På det här sättet har magnetfältet kastats om ett flertal gånger i jordens historia. När järnhaltig lava från vulkaner stelnar, riktar den in sig i ett förhållande till det rådande magnetfältets riktning. På så sätt har forsk arna kunnat koppla de här magnet-pol-omkastningarna till vissa specifika tidsperioder. Enligt beräkningar hände det senast för 780 000 år sedan. Vad som är orsaken till att polerna byter plats på det här sättet är dock okänt. Jordens magnetfält sträcker sig tiotusentals kilometer ut i rymden och bildar där den så kallade magnetosfären. Den skyddar oss och atmosfären från det flöde av laddade partiklar som ständigt srömmar mot jorden från solen. Själva polomkastningen är en långsam process som kan ta flera tusen år. Eftersom jorden då är mer exponerad för laddade partiklar från utbrott på solen, är det tänkbart att organismer här på jorden kan ta skada. Jorden – en planet i förändring

Jordskorpan förändras Jordskorpan är uppdelad i 7 större och ett antal mindre så kallade kontinentalplattor. Den temperaturskillnad som finns mellan mantelns undre och övre delar leder till magmaströmmar i jordens inre. Dessa strömmar är långsamma, men får plattorna att röra sig några centimeter per år. På så sätt sker även en långsam förändring av hela jordytan. hela jordytan. Hela förloppet kallas plattektonik eller kontinentaldrift. Beroende på hur plattorna rör sig så sker det också olika saker på själva jordskorpan. När två plattor rör sig i riktning mot varandra bildas det långsamt berg eller djuphavsgravar. Ibland resulterar det i snabba förlopp som exempelvis jordbävningar eller vulkanutbrott. Himalaya bildades exempelvis för 50 miljoner år sedan som följd av att två plattor rör sig i riktning mot varandra. Den kollisionen fortgår än i dag och bergskedjan där växer med cirka 5 millimeter varje år. Om en av de kolliderande plattorna i stället pressas ner under den andra, bildas det djuphavsgravar (1). Det sker oftast där jordskorpan är tunnare, på oceanbottnarna. Djupast i dag är Marianergraven i västra Stilla Havet, den är över 11 000 meter djup. När två plattor däremot rör sig från varandra, uppkommer en spricka mellan dem där smält magma kan tränga upp och orsaka vulkanutbrott. Den Nordamerikanska plattan och den Eurasiska plattan är exempel på plattor som långsamt rör sig från varandra (2). Som ett resultat av de vulkanutbrott den rörelsen orsakat har Island bildats, som blir ett par centimeter större varje år.

vulkanism

Magmaströmmar i jordens inre orsakar rörelse i jordskorpan.

djuphavsgrav jordskorpan

magmaströmmar 2

kollisionszon

VÅRT HEM I UNIVERSUM

spridningszon

Eurasiska plattan

Nordamerikanska plattan

Stillahavsplattan

1 Afrikanska plattan Stillahavsplattan Nazcaplattan

Sydamerikanska plattan Indoaustraliska plattan

Antarktiska plattan

Om plattorna i stället rör sig längs med varandra men åt motsatta håll, kan de ibland haka fast i varandra. Då byggs det upp en spänning som så småningom, när spänningen släpper, kan resultera i en jordbävning. Kalifornien ligger på gränsen mellan Stillahavsplattan och den Nord amerikanska plattan. De två plattorna skaver mot varandra, fastnar ibland, för att sedan plötsligt släppa. Resultatet blir en jordbävning (3). År 1906 drabbades San Francisco av ett mycket kraftigt skalv som ödelade större delen av staden och krävde 3 000 människoliv. Därefter har ytterligare jordbävningar av olika omfattning inträffat där. Men forskarna räknar med att en riktigt stor jordbävning, The Big One, kommer att drabba Los Angeles eller San Francisco. Frågan är inte om, utan när det sker.

Sveriges plats på jordklotet har för ändrats under årmiljonerna. Ibland har vi funnits under vatten, och ibland ovanför vattenytan. Vi har faktiskt funnits vid ekvatorn för 400 miljoner år sedan när korallrevet Gotland bildades. Figuren visar utvecklingen de senaste 250 miljoner åren efter att den senaste superkontinenten Pangea splittrades och bildade den värld vi lever i idag. Jorden – en planet i förändring

Jordbävning och tsunami Ibland blir vi påminda om att jordskorpan inte är fullt så fast som vi föreställer oss. Flera större jordbävningar har skett på olika håll i världen och omkring tre miljarder människor lever i områden som är hotade av jordbävningar. De flesta jordbävningarna inträffar där jordens kontinentalplattor möts. En jordbävning under havet kan utlösa en tsunami. År 2004 inträffade en stor tsunami i Indiska oceanen då omkring 230 000 personer omkom. Värst drabbades Indonesien, Thailand, Sri Lanka och Indien. En tsunami är en stor havs- eller flodvåg som orsakas av kraftiga rörelser i den del av jordskorpan som finns under havsytan. En jordbävning under havsytan skapar tryckvågor i vattnet och hundra meter långa, låga vågor kan då bildas till havs. När vågorna når grundare vatten närmare land saktar de ner och byggs upp i höjd. När de slutligen når land kan de vara 20–30 meter höga, vilket förstås kan ge katastrofala följder för de som befinner sig i området där de slår in. Den 11 mars 2011 inträffade en annan jordbävning med efterföljande tsunami som ledde till en allvarlig kärnkraftsolycka i Fukushima, Japan. 16 000 människor dog och radioaktiva ämnen spreds i omgivningen. Ännu i dag är det förbjudet att vistas i ett område med radien 20 km runt kärnkrafts anläggningen. En tsunami kan få katastrofala följder. Bilden är från Fukushima i Japan, där en kraftig jordbävning ledde till en tsunami mars 2011.

flodvåg

jordbävning

VÅRT HEM I UNIVERSUM

Richterskalan Styrkan eller magnituden av en jordbävning mäts med richterskalan. Richterskalan är en logaritmisk

1,0–1,9

skala. Det innebär att ett skalv med magnituden 5 ger upphov till vibrationer där amplituden är tio gånger större än ett skalv med magnituden 4. Ett skalv med

2,0–2,9

magnituden 6 är 100 gånger större än ett skalv med magnituden 4. Samtidigt innebär ett steg på skalan att den energi som frigörs vid skalvet ökar mer än tret

3,0–3,9

tiofalt. För att man över huvud taget ska lägga märke till ett jordskalv måste det ha en magnitud runt 3,5. Men det går däremot att registrera skalv tidigare med speciell mätutrustning, så kallad seismograf. Med

4,0–4,9

seismografer registreras årligen omkring en halv miljon jordbävningar runtom i världen. I Sverige inträffar ungefär vart tionde år ett skalv som når magnituden 4,0. Det kraftigaste jordskalvet som uppmätts hade

5,0–5,9

magnituden 9,5 och inträffade i Chile år 1960. Jordbävningens epicentrum är den plats på jordytan som ligger rakt ovanför den plats i jorden där jordbäv ningen ägde rum. 6,0–6,9

epicentrum

7,0–7,9

8,0–8,9

9,0 eller högre

Jorden – en planet i förändring

Utan vulkaner och plattornas rörelse – en platt jordyta

Vid ett vulkanutbrott strömmar smält magma ut från jordens mantel och bildar rinnande lava strömmar.

Det som står emot erosion och vittring bäst, bildar vårt landskap. Rauken blir kvar när andra bergarter eroderat. Bilden till höger är från Lummelundagrottan på Gotland.

VÅRT HEM I UNIVERSUM

När magman från jordens inre tränger upp genom jordytan och stelnar bildas det så småningom fast berg. Beroende på vilka ämnen som finns i smältan, bildas det olika bergarter. De bergarter som bildats på detta sätt kallas magmatiska eller eruptiva bergarter. Diabas är exempel på en magmatisk bergart som stelnat i sprickor, medan granit bildats på stora djup. Största delen av Sveriges berggrund består av mycket gamla magmatiska bergarter, som kallas urberg. När en bergart befinner sig vid jordytan utsätts den för olika nedbrytande och bortforslande processer, som vittring och erosion. Vittringen kan ske på olika sätt. När exempelvis vatten som trängt ner i bergets sprickor fryser till is och utvidgas, då spricker berget i en så kallad frostsprängning. När hastiga temperaturväxlingar leder till att själva berget utvidgas och spricker, kallas det för solsprängning. Vittringen kan också ske genom kemisk inverkan av vatten och andra ämnen, så kallad kemisk vittring. Lummelundagrottan på Gotland är ett exempel på en grottformation som bildats genom kemisk vittring när kolsyrehaltigt vatten löst upp kalkstenen. Vid erosion utsätts berget för nötning av till exempel havsvågor, strömmande vatten, glaciärers rörelse eller partiklar i vinden. Då skavs delar av berget bort och förs till andra platser med hjälp av vind och vatten.

Trilobiter är vanliga fossil i 500–250 miljoner år gamla sedimentära bergarter.

När transporten avstannar sjunker och lagras partiklarna, de sedimenterar. Detta sker ofta först när de har nått ut i havet. De sediment som bildas på havsbottnen byggs sedan på med nya partiklar. Ju fler partiklar som sedimenterar, desto högre blir trycket i sedimentpacken. När tyngden ökar, sjunker packen ihop. Genom det ökade tryck som då uppstår kommer också temperaturen att öka vilket leder till att hela packen så småningom omvandlas till fast berg. Det har bildats en sedimentär bergart. Sand bildar sandsten, lera bildar lerskiffer, medan koraller och musslor bildar kalksten. Ofta innehåller sedimentära bergarter fossil, som är förstenade lämningar av växter och djur. Genom att studera fossil kan man få information om vilken ålder bergarten har. Trilobiter är vanliga fossil i sedimentära bergarter som är 500–250 miljoner år gamla. När en sedimentär eller magmatisk bergart utsätts för högt tryck och hög temperatur, till exempel genom rörelser i jordskorpan, kan de omvandlas. En omvandlad bergart kallas metamorf. När kalksten utsatts för högt tryck och hög temperatur har marmor bildats, medan granit bildat gnejs.

Magmatiska bergarter t.ex. granit

vittring och erosion avkylning

hav sedimentation Magma Sedimentära bergarter t.ex.sandsten och kalksten. tryck

fullständig nedsmältning Bergarterna genomgår ett cykliskt förlopp med omväxlande erosion, sedimentation, bergartsbildning, omvandling, nedsmältning och stelning på nytt.

Metamorfa bergarter t.ex. gnejs, marmor

värme Jorden – en planet i förändring

Från grundämnen till bergarter

Guld är ett av de få grundämnen som går att hitta i ren form i naturen.

Jorden och resten av solsystemet är till största delen uppbyggda av grundämnen som ursprungligen bildats i massiva stjärnor, eller genom att neutronstjärnor kolliderat. Bara ett fåtal av de grundämnen som finns i jordskorpan förekommer som enskilda atomer. Guld, platina och silver är några exempel på sådana. En atom har lika många positivt laddade protoner i atomkärnan som det finns negativt laddade elektroner som rör sig runt kärnan. En enskild atom är med andra ord alltid neutral. Men de allra flesta grundämnen i jordskorpan förekommer inte som atomer, utan som laddade joner. En jon bildas när en atom avger eller tar upp en eller flera negativt laddade elektroner. Atomer som kan avge elektroner och bilda positiva joner tillhör gruppen metaller, medan atomer som kan ta upp elektroner och bilda negativa joner tillhör gruppen icke-metaller. Positiva och negativa joner kan hitta varandra och bilda, neutrala jonföreningar. När dessa påträffas i jordskorpan kallas de mineral. I dag känner man till omkring 4 000 olika mineral i jordskorpan. Syre är det vanligaste grundämnet i jordskorpan. Framförallt återfinns syre i olika kemiska föreningar, så kallade oxider. Tillsammans med grundämnet kisel bygger syrejonerna exempelvis upp mineralet kvarts, kiseldioxid. I en kemisk förening med järnjoner återfinns syrejonerna i järnmalm, som järnoxid. I sällsynta fall kan vissa mineral vara uppbyggda av bara ett grundämne och därmed bestå av bara en sorts atomer, exempelvis grafit och diamant som enbart består av grund ämnet kol.

8,1 %

3,6 % 2,8 %

27,8 %

syre (O) kisel (Si)

2,6 %

aluminium (Al)

järn (Fe) kalcium (Ca) natrium (Na)

46,6 %

kalium (K) magnesium (Mg)

De vanligaste grundämnena i jordskorpan.

VÅRT HEM I UNIVERSUM

Kirunagruvan i berget Kiirunavaara är väldens största och modernaste underjordsgruva för järnmalm.

De mineral som innehåller för oss värdefulla metaller kallas malm mineral. Malmmineral med sådana halter av metaller att de är lönsamma att utvinna kallas malm. För att exempelvis få räknas som en guldmalm måste halten guld ligga kring 1–2 gram per ton berg. Sverige är en av Europas största metallproducenter, framför allt när det gäller järn och zink. Dessa metaller kommer främst från de stora järnmalmsgruvorna i Norrbotten, och gruvor i Västerbotten och Bergslagen. Mineraler bygger i sin tur upp olika bergarter. I regel är en bergart en blandning av flera olika mineral. Eftersom de har olika färg och utseende kan man ofta urskilja de olika mineralkornen med blotta ögat. Mineralen kvarts, glimmer och fältspat bildar bergarterna granit och gnejs, som är vanliga i Sveriges äldre berggrund, det så kallade urberget.

Bergarten granit är uppbyggt av mineralerna kvarts, glimmer och fältspat.

granit

kvarts

glimmer

fältspat

Jorden – en planet i förändring

Jordskorpan – en resurs

Den varma jordskorpan på Island gör att man har utnyttjat geotermisk energi sedan urminnes tider.

VÅRT HEM I UNIVERSUM

De översta tio kilometrarna av jordskorpan är en viktig källa av naturtillgångar för samhället. Härifrån hämtas bland annat mineral till metallframställning samt kol, olja och naturgas. För att utvinna dessa resurser är det av stor vikt att känna till jordskorpans struktur, dels för att veta var resurserna finns och dels för att avgöra hur de bäst kan utvinnas. Planeten jorden är även en energikälla som kan ge oss geotermisk energi. I Sverige finns inga vulkaner och vår jordskorpa är gammal och kall. Här ökar temperaturen på de flesta håll endast med cirka 20 °C per kilometer nedåt i jordskorpan. Trots det är Sverige ett av de länder i världen som i störst utsträckning utnyttjar geotermisk energi. I många hus har vi värmepumpar som utvinner berg- eller jordvärme. På Island och i andra vulkaniska områden har man utnyttjat varma källor sedan urminnes tider. På Island används numera geotermisk energi till att värma de flesta hus. I jordskorpan där ökar temperaturen med 50–200 °C per kilometer nedåt. Över 95 procent av islänningarna får sin värme och elektricitet från förnybar energi i form av geotermisk energi och vattenkraft.

Till vänster en drönarbild av tulpan fält i Nederländerna och till höger ett flygfoto av Dubais kustlinje med den konstgorda ön Palm.

Antropocen – människans tidsålder I dag påverkar människan jorden mer än någon annan geologisk kraft. Satelliter har gett oss en helt ny bild av vår planet och hur den förändas av människan. Vi flyttar mer jord, grus och sand på planeten än alla floder och vindar tillsammans. Byggnader, vägar, jordbruksmark, skogsavverkning och städer har gett jordskorpan ett helt nytt utseende. Även atmosfären förändras genom våra utsläpp av olika gaser. Ökade utsläpp av koldioxid, driver på uppvärmningen av vår planet och hotar balansen i de ekosystem som vi och andra levande organismer är beroende av för vår överlevnad. Den tidsålder vi lever i nu kallas antropocen. Ordet antropocen kommer från grekiskans anthropos som betyder människa och kainos som betyder ny, och betyder ungefär människans tidsålder. Vi påverkar alltså vår jord på många olika sätt. Men samtidigt har vi aldrig haft så mycket kunskap om vår planet som i dag. För vår egen, men också för andra arters fortlevnad, kan det förhoppningsvis leda till att vi avstår att göra en del av det vi har förmåga till.

Jorden – en planet i förändring

Kan vi flytta till en annan planet? Jorden är den enda platsen i universum där vi med säkerhet vet att det finns liv. När man funderar över om det även finns liv på andra planeter kan det vara en idé att fundera över vilka förutsättningar planeten jorden har för att det liv som finns här kunde utvecklas. ● Vi färdas runt en lagom stor och tillräckligt gammal stjärna, vilket har

gjort att livet har haft en mycket lång tid på sig att utvecklas.

● Jorden befinner sig i det som astronomerna kallar solsystemets

eboeliga zon. Om vi befann oss närmare solen skulle det vara för b varmt, och om vi skulle ligga för långt ifrån vore det alldeles för kallt.

● Vår planet roterar runt sin egen axel på ett dygn. Om jorden hade

snurrat långsammare skulle skillnaderna i temperatur mellan den solbelysta delen och skuggsidan bli stora.

● Rörelser i jordens kärna har skapat förutsättningar för bildandet

av ett magnetfält. Det skyddar atmosfären och livet på jorden mot laddade partiklar från solen som ständigt bombarderar jorden.

● Jordens massa är lagom stor för att ge upphov till en gravitationskraft

som håller oss kvar på marken och som gör att vi inte svävar runt i atmosfären. Det är också gravitationen som drar till sig och håller kvar vår atmosfär.

● Vår atmosfär innehåller syre och ozon. Syret spelar en avgörande roll

för de levande organismernas förbränning. Ozon är det som skyddar livet på land mot solens cancerframkallande UV-strålar.

● Atmosfären gör även att vi får en utjämnad temperatur. Utan koldi

oxiden i atmosfären skulle jordens medeltemperatur vara –18 °C i stället för som nu runt +15 °C.

● Den temperatur som råder på jorden gör att vattnet här finns i

flytande form, vilket är en förutsättning för det liv vi känner till.

VÅRT HEM I UNIVERSUM

Livet på jorden uppkom förvånande tidigt efter det att den unga jorden svalnat. Kanske är det så att liv kan uppkomma så snart det råder en gynnsam miljö. Här på jorden finns det mikroorganismer som överlever de mest extrema förhållanden, till exempel bakterier som inte behöver syre och solljus. Andra mikroorganismer klarar extremt tryck, extrema temperaturer och giftiga miljöer. Kanske finns det helt andra former av liv som inte alls ser ut som det vi är vana vid på vår planet. I dag upptäcker forskarna allt fler exoplaneter. Och med tanke på det enorma antalet stjärnor som finns i vår galax och det enorma antalet galaxer som finns i universum, menar man att det är rimligt att tro att det finns liv och kanske till och med civilisationer på planeter eller månar vid andra stjärnor än vår sol. Men även om det finns liv någon annanstans därute, så är de enorma avstånden i universum den stora utmaningen för att vi någonsin kommer att kunna kommunicera med andra civilisationer.

I april 2021 genomförde NASA en flygning på Mars med Ingenuity, den första drönaren som flugit över en annan planet. Den flögs dit av den obemannade landfarkosten Perserverence, som är placerad på Mars för att leta efter spår av tidigare liv. Jorden – en planet i förändring

Ta reda på, diskutera & ta ställning Arbeta med begreppen

4. Rödförskjutning är en viktig metod att mäta stora

Här ser du några viktiga begrepp kopplade till kapitlet. Arbeta med begreppen genom att till exempel för höra en kompis, göra en begreppskarta eller skriva ner förklaringar Universum

Exoplanet

Plattektonik Galax Big bang

Tsunami

Svart hål

Bergart

Neutronstjärna Mineral Teleskop Antropocen

avstånd i rymden. Ta reda på mer om denna metod och fundera över hur man kan åskådliggöra, kanske med hjälp av liknelser, hur långt det är till närmaste planet, stjärna, galax osv.

5. Bildandet av grundämnen sker med hjälp av fusion. Fusion diskuteras också som möjlig framtida lösning på jordens energibehov. Ta reda på mer om fusionsreaktioner och hur de kan användas till energiförsörjningen på jorden.

6. Stjärnor kan ha många namn beroende på i vilket stadium de befinner sig, t.ex. röd jätte, vit dvärg, svart dvärg, supernova, neutronstjärna. Sök exempelvis

1. Den naturvetenskapliga modellen för universums

a star”, som kan vara till hjälp för att beskriva en

bang. Räcker naturvetenskapliga modeller till för att

stjärnas livscykel.

stilla människans nyfikenhet?

2. Det finns ett uttryck ”Du består av stjärnstoft”, vad betyder det? Uppstår människor ur stjärnor?

3. Inom naturvetenskapen har kritik ofta framförts att så få vetenskapskvinnor nämns. Ett exempel inom

7. Våra stjärnbilder har ofta fått sitt namn från mytologiska berättelser. Studera en stjärnbildskarta och se vilka stjärnbilder du känner igen. Ta reda på varifrån namnen på några stjärnbilder kommer.

8. Skulle du vilja åka till månen eller Mars? Diskutera

astronomin är Henrietta Swan Leavitt som är långt

med klasskamrater om möjligheter och risker. Tycker

ifrån lika känd som Edwin Hubble. Trots att Cecilia

du att det är rätt att satsa pengar på rymdturism?

Helena Payne var den första att påstå att solen till största delen består av väte, är hennes namn okänt för de flesta. Ta reda på mer om stora vetenskaps kvinnor inom naturvetenskapen.

på YouTube filmer om stjärnors livscykel, ”life cycle of

uppkomst kan inte förklara vad som hände före big

VÅRT HEM I UNIVERSUM

9. Forskningen om exoplaneter utvecklas snabbt. Ta reda på vad forskarna vet i dag om möjligheter till liv på exoplaneter.

10. Ta reda på vilka olika typer av teleskop som används av astronomer. Hur fungerar de och vilken

14. Ta reda på mer om norrsken. Hur uppkommer detta vackra ljusfenomen?

information om universum kan de ge?

11. Greken Eratosthenes lyckades redan före Kristi födelse beräkna jordens omkrets. Hur gjorde han?

12. Varför är planeten jorden så speciell. Varför finns liv just här? Vad mer än flytande vatten spelar in?

15. Kan djur känna jordskalv, kanske till och med innan de uppkommit? Under tsunamikatastrofen år 2004 rapporterades i media om oroliga elefanter som tog sig upp i bergen och därmed överlevde flodvågen. Vilken sanning kan ligga i detta? Försök använda olika typer av källor och öva på källkritik.

13. Sök i media uppgifter om jordbävningar och

16. Studera en karta över Sveriges berggrund och ta

vulkanutbrott. Undersök vilken information du hittar

reda på vilken typ av bergarter som finns i din

om tsunamin i Indiska oceanen 26 december 2004,

hemtrakt. Ta också reda på hur gamla dessa berg

eller den utanför Japans kust 11 mars 2011. Jämför

arter är.

läget på den plats som drabbats med en karta över kontinentalplattor. Kommentera ditt resultat.

Faktafrågor till kapitlet hittar du längre bak i boken!

Ta reda på, diskutera & ta ställning

2 Naturkunskap 2 behandlar aktuella och relevanta frågeställningar med ett naturvetenskapligt innehåll och perspektiv. I sju kapitel presenteras kunskaper som behövs för att kunna kritiskt granska och värdera information och ta ställning i vår tids avgörande miljö-, hälso- och samhällsfrågor. Naturvetenskap, individ och samhälle presenterar naturvetenskapen som ett förhållningsätt för kritisk granskning av såväl vetenskapliga rön som information i samhälle och media. Vårt hem i universum beskriver några viktiga teorier om hur universum är uppbyggt och har utvecklats, samt hur det påverkat förutsättningarna på vår egen planet, jorden. Energi och materia och Materia ger ämnen och material handlar om hur energi och materia samspelar och hur materians egenskaper kan förklaras av det som sker i dess minsta beståndsdelar. Här behandlas också kunskaper om olika material, hur de framställs, används och påverkar vår miljö. Livets uppkomst och utveckling redogör för naturvetenskapliga teorier om livets uppkomst och utveckling. Människokroppen beskriver människans organ och organsystem, dess uppbyggnad, funktioner och evolutionära utveckling. Naturvetenskap – ett sätt att undersöka och betrakta världen visar på naturvetenskapens roll i formandet av vår gemensamma syn på tillvaron och vilka möjligheter och begränsningar en sådan världsbild kan medföra. Till varje kapitel finns Ta reda på, diskutera och ta ställning med uppgifter som är tänkta att locka till diskussion och fördjupning. Sist i boken finns även faktafrågor.

ISBN 978-91-523-6028-6