KAPITEL

Transkript

1 KAPITEL Vad vi ser på stjärnhimlen Med blotta ögat kan man se några tusen stjärnor. Med ett riktmärke, kanske ett träd eller ett fönster, ser man också rätt snart att hela stjärnhimlen ser ut att röra sig kring Polstjärnan. Det är jorden som gör sin dagliga rörelse runt och med sin axel pekar mot en punkt nära stjärnan. Så den som står på Nordpolen har Polstjärnan praktiskt taget rakt över huvudet, i zenit. Den exakta punkten kallas Norra himmelspolen, NHP på bilden nedan. a b c NHP Figur 1.1. a) Stjärnor över författarens hem (foto: förf). Underst jägaren Orion med sin sköld åt höger, riktad mot den framrusande Oxen, vars huvud är den V-formade stjärngruppen, Hyaderna. Den starka stjärnan där är Oxens öga, Aldebaran. Längst upp till höger stjärnhopen Plejaderna, Sjustjärnorna, stor som en fullmåne. Bilden visar ungefär vad man kan se med blotta ögat. b) Långtidsexponering av området kring Norra himmelspolen och Polstjärnan, den senare i det allra innersta spåret. c) Plejaderna. Trots namnet Sjustjärnorna ser man utan hjälpmedel knappast mer än sex stjärnor, men hopen innehåller flera hundra. I en fältkikare är den en praktfull syn. 1

2 En titt mot stjärnhimlen är en tidsresa. Den vackra stjärnhopen Plejaderna ser vi som de var för 460 år sedan eftersom det tagit ljuset den tiden att nå hit. Man säger att avståndet till Plejaderna är 460 ljusår. Stjärnorna själva är ganska unga, omkring 70 miljoner år, medan solen är fyra och en en halv miljard år gammal. Karlavagnen är en stjärngrupp som är lätt att känna igen. Den är en del av stjärnbilden Stora Björn med stjärnan Alkaid som svanstipp. Som i alla stjärnbilder har stjärnorna i Stora Björn inget fysikaliskt samband, utan råkar bara bilda ett karakteristiskt mönster; avstånden ligger mellan 60 och 120 ljusår. Karlavagnen kallas ofta bara Vagnen med Merak och Dubhe ytterst i vagnskorgen. Man kan utgå från dem uppåt på himlen, några gånger avståndet dem emellan, och finner Polstjärnan. Vad namnet Karlavagnen egentligen står för är ovisst, men kanske ska den vara Odens vagn. På amerikanska har den fått det mer prosaiska namnet Big Dipper, (skopan, öskaret), men the Plough (plogen) finns också. Jungfrun Lilla Björn Stora Björn Andromeda Figur 1.2, en stjärnkarta. Liksom Stora Björn har Lilla Björn en särskilt tydlig del, Lilla Karlavagnen, vars svanstipp är Polstjärnan. Särskilt de inre stjärnorna i vagnskorgen är rätt ljussvaga. Polstjärnan är inte heller särskilt ljusstark, men ligger i ett för blotta ögat rätt stjärnfattigt område. Eftersom den är stjärnbildens starkaste stjärna betecknas den α Ursae Minoris enligt konventionen med en liten grekisk bokstav följt av stjärnbildens namn i genitiv på latin. På så vis är den starkaste stjärnan i Tvillingarna α Geminorum och den näst starkaste β Geminorum. 2

3 Gamla stjärnkartor visar ofta stjärnbilderna som ett menageri med björn, oxe, valfisk m.fl. Men på 1600-talet kom en tysk tillverkare av stjärnkartor fram till att förkristna namn på sådant som himmelska ting måste vara olämpligt och gjorde en kristen stjärnhimmel. Så blev Svanen Kristi kors och de tolv stjärnbilderna i djurkretsen, zodiaken, de tolv apostlarna som rätt och rimligt är. Men det blev inget av detta inte ens påven var intresserad så himlen fick förbli hedniskt neutral. Det enda minnet av det försöket är Svanen som ofta får heta Norra Korset, med sin motsvarighet på södra stjärnhimlen, Södra Korset, Crux Australis. Stjärnbildernas namn har vi från antikens Grekland, men säkert har de i hög grad ännu äldre ursprung. Andromeda var dotter till kung Cepheus och drottning Cassiopeja. Hon rövades bort av ett havsvidunder numera stjärnbilden Valfisken men räddades i sista stund av Perseus på sin bevingade häst Pegasus, varefter allt slutade väl. a Figur 1.3. a) Stjärnor kring Cassiopeja och Perseus (foto: förf.) Cassiopeja uppe till höger, Perseus nere till vänster (jämför med stjärnkartan). Mellan den den s.k. Dubbelhopen. b) Dubbelhopen i förstoring. De är 7500 ljusår avlägsna och innehåller tusentals stjärnor. c) Den öppna stjärnhopen Praesepe, Krubban, i Kräftans stjärnbild. Avstånd 600 ljusår. För blotta ögat är den en dimfläck, men redan i en kikare framträder flera stjärnor. b c 3

4 Nyttigheter med stjärnorna I Odysséen, från Grekland sjuhundra år fvt, kan vi läsa hur hjälten Odysseus navigerar på Medelhavet: Full av salighet bredde den gudalike Odysseus ut sina segel och satt där och styrde med åran utan att sova, med blicken vänd mot Plejadernas stjärnbild samt på Oxen och Björnen, som också kallas för Vagnen den som vrider sig kring sig själv och bevakar Orion och som ensam aldrig får del av okeanosbadet. Okeanos var Medelhavet, grekernas ocean, under vars horisont stjärnbilden Björnen aldrig gick. Den var cirkumpolär liksom här, alltid synlig i lämpligt väder. En titt på stjärnorna namn avslöjar ett annat ursprung, den arabiska kulturkretsen. De kunniga araberna gjorde långa färder på Indiska oceanen och navigerade då efter stjärnor. Som Odysseus visste ligger stjärnbilderna visserligen i olika väderstreck vid olika tider på året, men så primitiva metoder fungerade inte på oceaner, utan där var det nödvändigt att mäta enskilda stjärnors lägen noga. Figur 1.4, Nebraskivan. Den 30 centimeter breda skivan, som är av brons med figurerna i guld, är ett unikt bronsålders fynd, 3600 år gammalt. Den hittades vid Nebra i sydöstra Tyskland Det är troligt att stjärngruppen ovanför solen och månen föreställer Plejaderna eftersom den var en viktig årstidsmarkör i tidens bondesamhälle. I början av maj, när det var dags att skörda oliverna, hade Plejaderna varit osynliga en tid uppe samtidigt som solen men sedan gick den upp i öster strax före och syntes en kort stund innan solen dök upp. Stjärnhopen heter Subaru på japanska och har fått ge namn åt ett bilmärke med stjärnhopen som symbol. Figur 1.5 visar hur man kan mäta sin latitud (breddgrad). Polstjärnan ligger nära zenit från Nordpolen sett och i horisonten för den som befinner sig på ekvatorn. Stjärnans höjd över horisonten beror alltså på latituden där man håller till och en närmare titt på geometrin visar att höjden är nära lika med ortens latitud. Så har sjöfarare och andra sedan århundraden mätt sin latitud åtminstone norr om ekvatorn bland de många Kristoffer Columbus och James Cook. I vårt land finner vi latituder från ungefär 55 till 68 grader, det senare allra längst upp i norr. 4

5 a b Mot NHP (Polstjärnan) Figur 1.5. a) Ett astrolabium. Med den vridbara armen kan man mäta föremåls höjd över horisonten. Nordpol b) Jorden med Nordpol och riktningen till Polstjärnan. Ekvator Stjärnan är så avlägsen jämfört med alla jordiska avstånd att de båda pilarna mot den är praktiskt taget parallella Vintergatan Mörka och klara nätter helst utan mycket månsken ser vi bandet av stjärnor som sträcker sig över himlen, Vintergatan. Det syns hela jorden runt och låter oss förstå att vi är som ett bi som sitter på en cykeleker och ser hjulet som ett band runtom: Solen befinner sig i en rätt tunn skiva, diskusformad ungefär. Detta är vår ö i universum, vår hemgalax som vi därför gett namnet Vintergatan, engelskans Milky Way och tyskans die Milchstrasse. ( Galax kommer för resten från det grekiska ordet för mjölk.) Figur 1.6, Vintergatan sedd från VLT, the Very Large Telescope, i chilenska Anderna. Anläggningen med sina fyra åttametersteleskop tillhör ESO, European Southern Observatory (som har sitt huvudkontor i München). Det ligger i Atacamaöknen 2635 meter över havet. Laserstrålen pekar mot Vintergatans centrum. 5

6 o Solens plats Figur 1.7, konstruerad bild av Vintergatan, sedd från sidan. Skivans diameter är ungefär ljusår och solen befinner sig halvvägs ut, ljusår från centrum. Den mest avlägsna stjärna som är synlig för blotta ögat är Deneb i Svanen, vars avstånd numera har bestämts till omkring 1600 ljusår. Avståndet är inte mycket jämfört med Vintergatans utsträckning med diametern ljusår. Området vi ser utan hjälpmedel motsvarar den runda ringen i figur 1.7, inte mycket av Vintergatan. Om vi mäter hur mycket ljus en stjärna lämnar på jorden går det att räkna ut hur ljusstark den egentligen är när vi kan avståndet. På så vis får man fram att Deneb är gånger mer ljusstark än solen, en riktig bjässe snabbt som skulle ha stekt oss på solens plats. Och Deneb är rätt typisk i det avseendet: De stjärnor vi ser är i stort sett ett urval av de allra mest ljusstarkaste; en stjärna som vår sol på Denebs avstånd hade vi inte kunnat se. Vintergatan har fått sin form av att den roterar, inte lika fort på alla avstånd från centrum, men där solen är ett varv på drygt 200 miljoner år. Innanför rör sig stjärnorna i banor som tar dem förbi oss och utanför sackar de efter. Det gör att de faktiskt inte är stilla i förhållande till varandra på himlen, utan stjärnorna har egenrörelser. De är alltså inte fixstjärnor som man alltid har trott, men rörelserna är så långsamma att de inte har kunnat mätas förrän i modern tid. På år är det en annan sak, som figur 1.8 visar för Karlavagnen, med Neandertalmänniskornas version till vänster. För år sedan Nutid Figur 1.8, Karlavagnen. T.v. konstruerad år bakåt i tiden med hjälp av stjärnornas uppmätta egenrörelser på himlen. Solsystemet Solen dominerar solsystemet med sin enorma lyskraft och massa, den senare tiotusen gånger större än massan här i övrigt. Men vi väntar till nästa kapitel med att se närmare på vår dagstjärna. 6

7 Planeterna Avstånd m.m. Planeterna ut till och med Saturnus har varit kända sedan urminnes tider, men efter det att kikaren uppfanns i början av 1600-talet fick man se mer, som att Saturnus är omgiven av en praktfull ring. Dock dröjde det till 1791 innan en ny planet blev upptäckt, då musikern och astronomen William Herschel i England fick se Uranus. Den är visserligen till nöds synlig utan hjälpmedel, men ingen hade dittills lagt märke till planeten. Sedan visade Uranus avvikelser i sin bana, som antogs kunna bero på en planet utanför. Så var det och Neptunus upptäcktes Det var en triumf för Newtons lagar då knappt hundra år gamla som gjorde det möjligt att beräkna var den misstänkta planeten skulle gå att hitta. Sedan upptäcktes Pluto 1930, blev planet nummer nio, men fråntogs äran 2006 då den degraderades till dvärgplanet (till en del ilska på sina håll).. Jupiter Saturnus Uranus 1 ua 1,5 ua 30 km/s 24 km/s 5,2 ua 13 km/s 9,5 ua 9,6 km/s 19 ua 6,8 km/s Neptunus Mars Jorden 30 ua 5,5 km/s Figur 1.9, planeterna från jorden till Neptunus. Alla avstånd i samma skala, liksom planeternas storlek. Innerst ligger Merkurius på 0,39 ua och Venus på 0,73 ua. Planeternas banor är nästan cirkelformade och ligger i stort sett i samma plan. Avstånden på bilden är i astronomiska enheter, där en sådan, 1 ua, är jordens medelavstånd från solen, 150 miljoner kilometer. Beteckningen ua står för units astronomique, men det mer engelskklingande au, astronomical units, syns ofta. (Sedan den franska revolutionen, då man också ville få ordning på enhetssystemen, har enheter inte sällan officiellt franska namn.) Avstånden till månen, solen och planeterna ut till Jupiter mäts numera med kraftfull radar: En signal skickas iväg, reflekteras tillbaka och när den når fram mäts tiden som ger besked om avståndet med hjälp av radarpulsernas hastighet, kilometer per sekund. Längre ut kan man utnyttja radioutrustningen ombord på rymdsonder. Alla planeterna rör sig åt samma håll kring solen, moturs på bilden sett från norr. Farten i banorna ökar inåt på grund av solens tilltagande gravitation, dragningskraft, och går från 5,5 km/s för Neptunus till 48 km/s för Merkurius. Omloppstiden, perioden, för den förra är 164 år och 0,24 år för den senare. Planeternas atmosfärer och ytor värms upp av solstrålningen, mer ju närmare solen de ligger. Men de strålar också ut värme, bl.a. som infraröd strålning, så att det bildas en jämvikt. För Merkurius del blir resultatet upp till 500 C på den solbelysta sidan och -200 C på nattsidan. Neptunus längst ut har medeltemperaturen 7

8 220 C och Uranus nästan detsamma. a b c d e f Figur 1.10, planeter. a) Merkurius med sin krateröversållade yta, där temperaturen kan gå upp till 500 C på solsidan och vara -200 C på nattsidan b) Venus, med få konturer på grund av den täta, ogenomskinliga atmosfären. c) Mars med nordpol och sydpol. Den långsträckta formationen i mitten är Valles Marinieris, döpt efter sonden Mariner 9 som fotograferade från sin bana kring planeten. Både polerna och Valles Marinieris är synliga i små teleskop. d) Jupiter med Röda fläcken, en jättevirvel i atmosfären. Planetets snabba rotation med ett dygn på bara knappt tio timmar ger vindhastigheter upp till 400 km/s. Fläcken kan som mest vara några tiotusental kilometer stor. e) Saturnus med sin ring vid två tillfällen, det sista när vi ser ringen från sidan. (NASA/JPL/ STSci). Ringen är bara en kilometer tjock och består av korn till meterstora bitar av sten, is och snö. f) Neptunus, vars färg beror på metan i atmosfären. Som de andra planeterna reflekterar Neptunus en del av den infallande solstrålningen, men reflekterar mer av det blå ljuset än av det röda som den absorberar bättre och därför får en blåaktig färgton. Solsystemet kom till för 4,6 miljarder år sedan med solnebulosan, ett moln i Vintergatan av gas och stoft (små partiklar, damm ). Det började dra sig samman av sin egen gravitation, troligen efter någon störning utifrån, som stötvågor från en något äldre stjärna i närheten som exploderat. (Mer om det i en senare föreläsning.) 8

9 Figur 1.11, hur solsystemet bildades. 73 % väte 25 % helium 2 % övrigt: järn syre kisel magnesium etc. upp till uran Överallt drogs massa in mot molnets centrum p.g.a. massan innanför. Det röda visar på ökad temperatur. Sammandragningen gjorde dels att molnet blev alltmer sfäriskt format, dels att temperaturen ökade, allra mest i centrum där solen bildades. Lokala masskoncentrationer här och där i molnet drog ihop sig på samma sätt och blev efter hand till planeter i de inre delarna. Också i planeterna ökades temperaturen så att de från början var flytande utom i ett yttre skikt. Att de var flytande innebar att de tyngre ämnena, metaller som järn, sjönk längst in medan lättare, kol, kisel m.m., flöt ovanpå och sedan kunde bli till bergarter. Skiktningen med tyngre ämnen länge in och lättare flytande ovanpå är differentiering. Polstjärnan Karlavagnen Stenbocken, 21/1-16/2 Skytten, 18/12-21/1 Vattumannen Skorpionen, 23/11-18/12 16/2-11/3 Ekliptika Vågen, 31/10-23/11 Solbanans plan Jungfrun Mars Moturs 16/9-31/10 Fiskarna, 11/3-18/4 Jorden Venus, övre Väduren konjunktion 18/4-13/5 Lejonet Oxen 10/8-16/9 13/5-22/6 Tvillingarna Kräftan 22/6-21/7 21/7-10/8 Orion Stora Hunden Figur 1.12,kring ekliptikan. Angivna datum vid stjärnbilderna är de då planeterna befinner sig där. Under trettonhundratalets stora pestepidemi fick magistrarna vid Parisuniversitetet kungligt uppdrag att förklara det skedda. Svaret blev att de tre planeterna Mars, Jupiter och Saturnus låg mycket nära varandra på himlen den 20 mars Detta, tillsammans med andra himmelska störningar, orsakade enligt de lärde försämring av luften genom att osunda vätskor steg upp från jord och 9

10 vatten. Det är förvisso ovanligt med sammanträffanden som det här, men inte så sällsynt som man man kunde tro. Solnebulosan plattades till eftersom den roterade, vilket gjorde att planeterna redan från början rörde sig i nästan samma plan i rymden. Figur 1.12 visar Mars, jorden och Venus i sina banor kring solen. Hur yttrar sig detta, sett från jorden? För solens del har den inte bara sin dagliga rörelse från öster till väster. Bakom den ligger andra stjärnor, fast de inte syns annat än vid totala solförmörkelser. Och eftersom vi rör oss kring solen vandrar den från oss sett runt bland stjärnorna. T.ex. håller den till bland Lejonets stjärnor från mitten av augusti till mitten av september (se bilden), då vi alltså inte ser stjärnbilden, som ju ständigt är uppe samtidigt med solen. Ett halvår senare är det i stället Vattumannens stjärnor som vi inte kan se. Solens årliga bana på stjärnhimlen är ekliptikan och stjärnbilderna längs den bildar zodiaken, djurkretsen. Från jorden sett på bilden ligger Mars åt motsatt håll mot solen, den är i opposition (mot solen), därför som närmast jorden och syns särskilt bra. Venus, å andra sidan, ligger åt samma håll som solen, i konjunktion med den. (En närmare titt visar att Venus kan ha två sorters konjunktionen, en övre och en undre.) I konjunktion syns Venus inte, men en tid före och en tid efter syns den, då som morgonstjärna eller aftonstjärna. (Att Morgonstjärnan och Aftonstjärnan är samma himlakropp har våra förfäder förstått sedan länge.) Det händer också att planeter syns åt samma håll och då är i konjunktion med varandra. Eftersom de alla med bara små avvikelser rör sig längs ekliptikan är planetkonjunktioner inte ovanliga, t.o.m. som trippel- och kvadrupelkonjunktioner! Åter till figur 1.9, som visar att det finns två storleksmässigt olika planettyper: fyra små, Merkurius, Venus, jorden och Mars innerst och lika många mycket större utanför, jätteplaneterna Jupiter, Saturnus, Uranus och Neptunus. De inre brukar kallas jordlika planeter och de yttre också gasplaneter. Men innan vi studerar de första tar vi en titt på vår hemplanet. Jorden Visserligen kan vi bara borra oss ned en bit i jordskorpan, men geologiska fenomen som vulkanutbrott och jordbävningar säger oss ändå en del, inte bara om skorpan, utan också om manteln. Och med seismologiska metoder går det att mäta hur skakningar fortplantar sig genom hela jorden och så ger information om förhållandena där. Som figur 1.13a visar består kärnan mest av järn, men har också andra metaller som bly, koppar, kvicksilver, guld, silver, torium och uran. I manteln hittar man bland mycket annat kiseldioxid huvudinnehållet i havssand och karbonater, föreningar med CO3 som t.ex. kalciumkarbonat, CaCO3. Jordens dagliga rotation kring sin axel gör att materialet i inre manteln och åtminstone i yttre kärnan 10

11 hålls i ständig cirkulation. Bilden visar det som cirkelrörelser, men förhållandena är kaosartade, väl så komplicerade som vädersystem men mer svåråtkomliga, vilket gör gör vår kunskap om rörelserna i jordens inre mycket begränsad. Det är rätt enkelt att räkna ut att jordens inre borde ha svalnat av och stelnat under årmiljarderna. Inga rörelser skulle alltså vara möjliga, men de två sistnämnda metallerna ovan i jordens inre, torium och uran, spelar en avgörande roll. Båda är radioaktiva och sönderfaller till andra grundämnen, varav två välkända är radium och radon. (Det mesta av blyet har kommit till på samma sätt. Vad torium beträffar upptäcktes det grundämnet av den svenske kemisten Jöns Jakob Berzelius som gav grundämnet vår gamle åskguds namn. Själv har han fått en park uppkallad efter sig i huvudstaden.) Vid sönderfallen alstras energi kärnenergi som håller vår planets inre varmt. Temperatur Densitet K g/cm3 b a Jordskorpa Yttre mantel Inre mantel Yttre kärna Silikater, oxider 85 % järn Avstånd från centrum, kilometer Magnetisk axel S Jordaxel NP Inre kärna 12 0 Ström N 10 Figur 1.13, jorden. a) Jordens inre. b) Jordens magnetfält. En stor del av magnetfältet är som om det satt en magnet i centrum, med sin sydpol överst åt norr och nordpol underst. För närvarande lutar magnetfältet 10 grader mot jordaxeln. (En av ellärans högerhandsregler visar, med figurens strömriktning, att strömmen alstrar ett magnetfält med nordpol ned och sydpol upp.) I processer som har varit svåra att reda ut och ännu i mycket är okända bildas elektriska strömmar i jordens inre, som rör sig i metallerna som ju är elektriska ledare. Förenklat rör de sig i cirklar som figur 1.13b visar. Enligt elläran alstrar elektriska strömmar magnetfält, i vårt fall ett med sin sydpol uppåt och nordpol nedåt. (En märklig sak är att strömmen som alstrar magnetfältet självt behöver fältet för att hållas uppe.) Koldioxid är en stabil gas (energikrävande att spjälka i sina beståndsdelar kol och syre) som det fanns mycket av sedan planeterna bildats. Den var också till en början huvudbeståndsdel i atmosfären under den första årmiljarden, tills livet kom. Nu ingår den i ett kretslopp enligt figur Större delen av koldioxiden är bundet som karbonater i berggrunden, men kommer ut från manteln i samband med 11

12 vulkanutbrott för att sedan komma ned igen som figuren visar. Under de senaste fyrahundra tusen åren har processen hållit koldioxidhalten i atmosfären mellan 200 och 300 ppm (miljondelar), något man vet efter att ha mätt halten i gasbubblor i gammal inlandsis. CO2 Direkt upptag Regn, snö Vulkan Ocean CO2 CO2 Berggrund med karbonater Figur 1.14, koldioxidens kretslopp på jorden. Koldioxiden kommer dels ned direkt, löst i regn och snö, dels genom direkt upptag till oceanerna från atmosfären. Figur 1.15, växthuseffekten. Bara några sekunder efter det att den här gammeldags lampan tänts är glaset så hett att den som tar på det bränner sig. Detta trots att det praktiskt taget inte finns något i lampans inre som kan leda ut värmen från glödtråden. I stället är det den infraröda strålningen från glödtråden som direkt värmer upp glaset eftersom den strålningen har en särskild förmåga att alstra värme när den träffar något material. Detta är växthuseffekten. På jorden motsvaras glödtråden av jordytan som värms upp av solens strålning och sedan avger infraröd som till stor del absorberas av atmosfärens växthusgaser, koldioxid, vattenånga och metan. Värmebalanser på jorden mellan mottagen solenergi och den som strålar ut igen är sådan att medeltemperaturen skulle vara 18 C utan växthuseffekt. Effekten har varierat med halten koldioxid under årmiljonerna, men tar i vår tidsålder upp temperaturen till ca 15 C. De jordlika planeterna Gemensamt för dem är den metallrika kärnan, ett yttre lager med lägre densitet och en fast skorpa, men i övrigt är de mycket olika. Merkurius, innerst, har nästan ingen atmosfär och är full av kratrar liksom månen eftersom inga geologiska eller andra aktiviteter suddar bort dem. 12

13 Om man beräknar en medeltemperatur för Venus på samma sätt som för jorden utan växthuseffekt blir resultatet omkring 30 C, vilket gjort att man tidigare tänkte sig vår mer solnära grannplanet som ett rätt behagligt ställe att vara på, kanske med prunkande liv. Men så blev det inte, sonder har visat temperaturer kring 400 C och till det ett atmosfärtryck som är nittio gånger det på jorden. Atmosfären består mest av koldioxid, vilket förklarar saken, en galopperande växthuseffekt. Troligen hade Venus, liksom jorden, oceaner från början och en atmosfär av koldioxid vid mycket lägre tryck än nu. Men den starkare solstrålningen har fått oceanerna att avdunsta efter hand. Det har rubbat koldioxidbalansen, dels eftersom vattenånga är en växthusgas, dels då inget regn längre kunde föra koldioxid tillbaka till planetens inre. Därmed avdunstade mer hav, det blev ännu varmare o.s.v. i en ond spiral, troligen tidigt i planetens historia. Figur 1.16, berget Olympus Mons med sin vulkan. (NASA/JPL/USGS) Det är solsystemets högsta berg, 25 kilometer över omgivande terräng och 600 brett vid basen. Berget är en vulkan med en 3 kilometer djup nedsänkning i mitten. Observationer från en sond i bana runt Mars visar lavaflöden som är två miljoner år gamla. (NASA/JPL/USGS) Mars atmosfär består också huvudsakligen av koldioxid, men med ett tryck som är mindre än en hundradel av jordens atmosfärtryck och medeltemperaturen vid ytan varierar mellan 0 och -120 C. Solstrålningen är hälften så stark som på jorden, vilket passar bra med de uppmätta temperaturerna om det saknas växthuseffekt. Tidigare i planetens historia kan det ha funnits både plattektonik och vulkanism. Men eftersom Mars bara är hälften så stor som jorden och har tio gånger så liten massa har innandömet kylts efter hand så att det nu är helt stelt. Det gör att inget globalt magnetfält kan finnas som på jorden, vilket också observationerna visar. Å andra sidan finns lokala magnetfält som tyder på att Mars tidigare kan ha haft ett jordlikt magnetfält och många ytformationer kommer sig inte bara av nedslag, utan också av geologisk aktivitet. Olympus Mons har haft vulkanutbrott helt nyligen, geologiskt sett. Därför kan man anta en tidigare koldioxidbalans med betydligt mer av gasen i atmosfären och en växthuseffekt som tillåtit mikroorganismer att bildas. Sedan har minskande geologisk aktivitet stoppat vidare tillförsel av koldioxid, som då blivit 13

14 kvar inne i planeten som bergarter, en utveckling motsatt den på Venus. Men vulkanismen tyder på att detta bör ha skett rätt sent, med god tid för liv att hinna sätta igång. Man har upptäckt små mängder metan som kan vara ett tecken på liv men förvisso också ha andra orsaker. Figur 1.17, sluttning i nedslagskratern Garni. De nedåtriktade stråken är hundra meter långa och anses säkert bero på strömmande vatten i nutid. (NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona) Livet på jorden är på många sätt beroende av vatten. På grund av dess speciella egenskaper t.ex. att kunna ta hand om stora värmemängder behöver det inte vara en slump, också för att vatten är en vanlig förening i universum. Därav det stora intresset av att hitta vatten på Mars, förutom som basvara för kommande astronauter på planeten. Mars poler är vita, på den södra p.g.a. frusen koldioxid. Detta finns överst också på nordpolen, men eftersom sommartemperaturen där är högre än på sydpolen avdunstar koldioxiden och frigör en yta av vattenis. Flytande, rent vatten kan inte förekomma i det låga atmosfärtrycket, men en del av isen avdunstar till vattenånga under nordpolens sommar. Eftersom kommande bosättningar på planeten måste ligga i mer tempererade områden måste man ändå hitta vatten också där. Under ytan bör det finnas som is, men nu säkert också på ytan. Figur 1.17 visar en formation med nedåtgående stråk i en gammal nedslagskrater med tydliga tecken på strömmande vatten, dels eftersom de ändrar karaktär periodiskt, dels då ytan har mineraler som påverkats av vatten. Det bör vara så salt att det kan vara i flytande tillstånd trots det låga trycket. Bland de jordlika planeterna finns bara tre månar, vår egen och Mars båda, Phobos och Deimos. De två senare är bara 22 och 12 kilometer i diameter och upptäckes inte förrän mot slutet av 1800-talet. Vår måne är unikt stor som måne med nästan en tredjedel av jordens diameter. Numera antas den ha bildats mycket tidigt i solsystemets historia då fortfarande många föremål - stora och små - flög omkring och kolliderade. Det som träffade jorden bör ha varit nästan av Mars storlek och skulle ha splittrat sitt mål om den varit något större. I stället gjorde 14

15 det väldiga nedslaget att jordytan hettades upp, flög utåt och hamnade i omloppsbanor kring jorden. Fragmenten drogs sedan samman och blev till månen. Hur Phobos och Deimos kommit till är osäkert, men för Phobos del antas den kunna ha ett ursprung liknande månens. De kan också vara infångade asteroider (se nedan).alla tre månarna har bunden rotation, d.v.s. vänder ständigt samma sida mot sina planeter. Stillhetens hav Kratern Tycho Figur 1.18, månen och Phobos (NASA respektive NASA/JPLCaltech/Univ. Of Arizona) Det var i Stillhetens hav som den första bemannade månlandningen skedde Den stora kratern har fått namn efter Tycho Brahe. Gasplaneterna Figur 1.19, som visar tvärsnitt av de fyra planeterna, visar också vad som skiljer dem från de jordlika, förutom storleken: de tjocka höljena av huvudsakligen väte och helium. De var ju också solnebulosans huvudingredienser. Gaserna blåstes tidigt bort från solens närhet av solstrålningen och solvinden, en ström av partiklar som strömmade ut från solen. Så gör de än idag, mest protoner och elektroner, som nu orsakar norrsken och kan ställa till det med radioförbindelser och i elnät. Inte bara väte och helium försvann från solens närhet, utan också mycket av vattnet, så mycket att man undrar varifrån jorden fått allt sitt vatten. I den låga temperaturen och det ökande trycket längre in övergår vätet och heliumet i flytande form och får t.o.m. metalliska egenskaper hos Jupiter och Saturnus så att de kan leda elektrisk ström. Båda planeterna har också magnetfält, betydligt starkare än jordens. Innanför finns ett lager is, väteföreningar med kol, kväve och syre och i centrum en kärna av berg och metall av liknande storlek som jorden, fast vid mycket högre tryck. Att sätta ned rymdsonder på gasplaneterna går inte, de skulle sjunka ned genom gasen. Jupiters färger (se figur 10d) beror på andra gaser i atmosfären, som ammoniak, metan, acetylen och svavelväte. 15

16 Jupiter Figur 1.19, snitt genom gasplaneterna. Måtten är skalenliga med koordinaterna angivna i 1000 kilometer. Metalliskt väte + helium Neptunus Berg, metall Saturnus Uranus Molekylärt väte + helium Is I motsats till de jordlika planeterna har gasplaneterna gott om månar, Jupiter och Saturnus vardera ett sextiotal. Många är små och syns inte från jorden, men Jupiters fyra största, de innersta, kan man se med en bra kikare. De kallas också de galileiska månarna efter Galileo Galilei som upptäckte dem med sin kikare Det var en sensation, inte minst för att Kyrkans doktrin var att allt i universum hade jorden som centrum. Figur 1.20, Jupiters fyra största månar (NASA/JHU-APL/Southwest Research Institute). Från vänster Io, Europa, Ganymedes och Callisto. Io har diametern 3600 kilometer och rundar Jupiter på 1,8 dygn. Man ser alltid månarna i ungefär linje eftersom de nästan ligger i samma plan som planeterna. Underst ett par av Galileis teckningar av de fyra månarna vid olika tidpunkter (ur SIDEREUS NUNCTIUS, den Himmelske Budbäraren, utgiven 1610). 16

17 Io går runt så nära Jupiter att månen har tidvatten. Hav finns inte, men i stället vill innandömet flyta runt, vilket ger friktion och stor värmeutveckling. Det kom fram då sonden Voyager I till stor förvåning upptäckte vulkaner och lavaflöden på månen. Ytan är gulfärgad av svavel och i atmosfären finns svaveldioxid. På Europa, längre ut, är tidvattenverkan mindre. Månen är täckt av vattenis, men troligen gör tidvattnet att det finns flytande vatten undertill. Att testa det blir inte lätt t.ex. är strålningen kring Jupiter intensiv men planer finns och t.o.m. tankar på något slags liv därborta Asteroider och dvärgplaneter Figur 1.9 visar ett förhållandevis stort avstånd mellan Mars och Jupiter, där kanske ännu en planet skulle finnas. Efter mycket letande hittade man också något 1801, men mycket litet. Den fick namnet Ceres och var bara 950 kilometer i diameter, en femtedel av Merkurius. Flera dök upp efter hand, alla mindre än Ceres. I motsats till planeter hade de ingen synlig yta, utan såg stjärnlikt punktformiga ut och fick därför namnet asteroider ( astro för stjärna och resten för att de bara ser ut att vara det; jämför med ordet faktoid ). Småplaneter är också en vanlig beteckning ua ljusår 2,8 ua Figur 1.21, översikt av solsystemet (NASA). Observera att skalan inte är jämn (linjär) utan ökar med faktorn 10 för varje steg. Asteroidbältet ligger kring 2,8 ua. Numera ses Ceres som en dvärgplanet. Det betyder att den visserligen går runt en stjärna och är rund p.g.a. processerna då den bildades, men inte har tillräcklig massa för att kunna påverka andra föremål i sin bana. Den är därför inte någon asteroid, som alla de andra föremålen i asteroidbältet. Några hundra tusen asteroider är nu katalogiserade. Att de inte blev till någon planet berodde på Jupiter som störde med sin starka gravitation och hindrade dem att gå samman. Alla är intressanta eftersom de inte har ändrats mycket sedan solsystemet bildades, vilket är en av anledningarna till att flera sonder sänts ut för att studera dem. 17

18 Figur 1.22, dvärgplaneten Ceres och rymdsonden Dawn ( NASA, delvis konstnärlig framställning). Sonden var aktiv , då den besökte både Ceres och asteroiden Vesta (som nästan lever upp till att vara en dvärgplanet). Bra kunskap om asteroiderna är också bra eftersom en del av dem har fått banor som korsar jordens och är potentiellt farliga, de s.k. NEA, Near Earth Asteroids. Sjutusen är kartlagda, varav tusen kan komma särskilt nära jorden, som närmast på inte mycket större avstånd än månens från jorden. De rör sig i 5-15 km/s och har storlekar från tio meter till ett par hundra. Utanför gasplaneterna fanns inte mycket kvar att göra planeter av. Pluto blev visserligen planet nummer nio efter sin sensationella upptäckt 1930 och fick vara så ett tag till, men så upptäcktes Sedna 2003, då dubbelt så långt från solen som Pluto. Så skulle Sedna bli den tionde planeten och var skulle gränsen sättas om fler dök upp? En delvis stormig debatt resulterade i att Pluto degraderades till dvärgplanet och fick också mycket riktigt snart sällskap av fler. De befolkar ett område ca fyrtio till några hundra astronomiska enheter från solen som fått namnet Kuiperbältet (efter en holländsk astronom, vars namn uttalas kajper ). Figur 1.23, Pluto med tre av sina månar (NASA). Bilden är tagen med Hubbleteleskopet. Pluto har ytterligare två månar, Kerberos och Styx). 18

19 Kometer Figur 1.24, kometen Hale-Bopp (foto: förf.). Den har fått namn efter de båda amerikanska amatörastronomer som upptäckte den 1995, oberoende av varandra. Den syntes för blotta ögat under 18 månader Under våren 1997 syntes över hela världen ett ovanligt himlafenomen, kometen Hale-Bopp. Lika iögonfallande kometer dök upp 1811 och 1910 och man räknar också med att sådant inträffar i genomsnitt en gång per sekel. Nu upptäcks kometer innan de syns för blotta ögat, men under gångna tider dök de upp oväntat och ansågs ofta förebåda viktiga händelser, ofta mer eller mindre katastrofala, men ibland också goda. Populära namn var kvaststjärnor och hårstjärnor. (Latinets koma betyder hår.) Figur 1.25, Halleys komet. T.v. teckning från 1910, t.h. kometens bana. Som man ser väntas den återkomma på 2060-talet. När vi beskrivit planetbanor har det varit som cirklar, men de är egentligen ellipser, som man kan se som tillplattade cirklar. (Hur mycket anges som excentriciteten, som är noll utan tillplattning, alltså för cirkeln.) Planetbanorna är också rätt nära cirklar, men för kometerna är det en annan sak, som banan för komet Halley i 19

20 figur 1.25 visar. Som närmast solen, i perihelium, är kometen en bra bit innanför Jupiters bana och som längst bort, i aphelium, utanför Neptunus. Kometen har omloppstiden 76 år. Andra kometer har mycket större omloppstider, Hale-Bopp ca 4000 år. En välkänd komet är Halley, som fått namn efter den engelske astronomen m.m. Edmond Halley på 1600-talet. Han observerade att en del kometer uppenbarade sig med 76 års mellanrum och föreslog att det rörde sig om samma himlakropp, vilket också besannades. Ett av de mer berömda tillfällena var 1066, samma år som det historiska slaget vid Hastings och illustrerat på den berömda Bayeuxtapeten. Nu står det klart att kometerna i stor utsträckning kommer från Oorts moln (efter den holländske astronomen Jan Oort), ett område långt ut i solsystemet (se figur 1.21). Där ute fanns inte mycket material, mest vatten (is) och stoft, grus, och kometerna brukar också betecknas som smutsiga snöbollar. Molnet är inte koncentrerat till solsystemets plan, utan är sfäriskt, vilket gör att kometerna kan komma in från alla håll. Det finns oerhörda mängder sådana isklumpar, från korn till kilometerstora. Vid kollisioner kan de avvika och ge sig inåt i solsystemet. Där ute är de bara några grader över absoluta nollpunkten, men efter hand som kometerna närmar sig solen värms de upp. Vid upphettningen avger kometen vattenånga från ytan och gasformiga ämnen kan ta sig ut inifrån, som koldioxid och cyanväte. De bildar först ett område kring kometkärnan, koman, som närmare solen blir till en svans. Hos Hale-Bopp var kärnan kilometer i diameter, men svansen som längst ett par hundra miljoner kilometer. Trycket från solens strålning gör att kometsvansarna är riktade bort från solen. Figur 1.26, förstörelse efter Tunguskametoriten Nedslaget skedde vid floden Steniga Tunguska i Sibirien. Ett stort område skövlades och ett par människor dödades av tryckvågen, som märktes av 80 mil från nedslagscentrum. På seismiska stationer fick man utslag, men p.g.a. de oroliga tiderna i landet dröjde första undersökningen till Liksom asteroider kan kometer träffa jorden, men i de enskilda fallen kan det vara svårt att avgöra om ett nedslag beror på en komet eller en asteroid. Det senare är vanligast, men efter Tunguskahändelsen har inga fragment påträffats, vilket kan tyda på att föremålet var en komet. Att döma av förödelsen bör det ha varit kring 20

21 sextio meter stort, kommit i 15 km/s och exploderat högt upp i atmosfären. Den frigjorda energin beräknas till megaton TNT (ett effektivt sprängmedel), motsvarande tusen Hiroshimabomber. Nedslag av den här storleksordningen beräknas inträffa en gång per år. Numera står det klart att jorden träffades av en jättemeteorit för 65 miljoner år sedan, detta efter undersökningar i Mexikanska golfen. Föremålet asteroid eller komet bör ha varit ungefär tio kilometer i diameter och kastat upp stoft i sådan omfattning att solen förmörkats, kanske i århundraden. Det antas nu också allmänt att det var detta som satte punkt för jätteödlornas långa tid på jorden. Sedan vågade sig smådjur upp ur sina gömslen också på dagtid och utvecklades så småningom bland andra också till oss. Det antas gå hundra miljoner år mellan nedslag av denna kaliber. Mellan den 29 juli och 18 augusti varje är kommer meteorskuren Perseiderna, med stjärnfall som ser ut att komma från Perseus stjärnbild. Det är kometen Swift-Tuttle som under sina många solpassager påverkats så mycket av hetta och inre spänningar att den gett från sig ett moln av småfragment. Det är spritt längs ett stycke av kometens bana, som i viss mån korsar jordens. Just denna del passerar under den nämnda tiden och kan ge praktfulla meteorskurar. Figur 1.27, teckning av meteorskuren Leoniderna Det är möjligt att tecknaren överdrivit, men av vittnen att döma var den i alla fall ovanligt påfallande. Den har fått namn efter stjärnbilden den ser ut att komma från, Lejonet. Meteorskuren kommer årligen kring mitten av november och har kometen Tempel-Tuttle som ursprung. Andra meteorskurar finns också. För alla gäller att deras intensitet varierar från år till år, beroende på vilken del av den ursprungliga kometbanan som jorden passerar. Tempel-Tuttle har omloppstiden 33 år, så vart trettiotredje år passerar jorden fragmentens centrum. Åren kring 2000 gav kometen starka meteorskurar, varför vi kan kan vänta oss detsamma i början av 2030-talet. Som vi såg för gasplaneterna var det till deras område utanför solen som vattnet kom p.g.a. solstrålningen, men ändå finns vatten på jorden. En del kan ha kylts av tillräckligt för att bli kvar här, men det är svårt att förklara allt vatten här med detta. Därför antas kometnedslag tidigt i historien ha gett oss åtminstone en del av det vi har. 21