1 Rymden Rymden (eller ibland yttre rymden) är en benämning på de relativt tomma områdena i universum som finns utanför himlakropparnas atmosfärer. Det finns ingen klar gräns mellan jordens atmosfär och rymden eftersom atmosfärens densitet minskar gradvis ju längre man kommer från jorden. Emellertid har Fédération Aéronautique Internationale tagit fram den så kallade Karmanlinjen, som ligger på en altitud av 100 kilometer över havsytan, som en arbetsdefinition för att skilja mellan rymd- och luftfart. Denna definition används eftersom på altituder över cirka 100 kilometer, beräknade Theodore von Kármán, måste en farkost färdas snabbare än jordens omloppshastighet för att kunna få tillräcklig lyftkraft från atmosfären. I USA har man bestämt att personer som färdas på en altitud över 80 kilometer betraktas som astronauter. Vid återinträde i atmosfären brukar 120 kilometer vara den gräns då man börjar märka av luftmotståndet, detta beror dock mycket på farkostens ballistiska koefficient. I motsats till vad många tror är rymden inte helt tom (det vill säga inte ett perfekt vakuum), utan innehåller nästan överallt en tunn gas, huvudsakligen i plasmatillstånd, såväl som elektromagnetisk strålning. Förhållandena i rymdplasmat benämnes ofta rymdväder. Hypotetiskt innehåller rymden även mörk materia och mörk energi. Var börjar rymden? Jordens atmosfär blir gradvis tunnare utan någon tydlig gräns, så hållpunkterna mellan jorden och rymden är något godtyckliga. 7 000 m ö.h.: Dödszonen - människor som vistas över denna höjd riskerar att dö av syrebrist.[källa behövs] 8 848 m ö.h.: Mount Everest, jordytans högsta punkt. 10-18 km: Tropopausen - troposfären övergår gradvis i stratosfären kring denna höjd. 80,5 km (50 miles): NASA:s gräns för rymden. 100 km: Karmanlinjen, rymdens gräns enligt Fédération Aéronautique Internationale. Turbopausen. 110 km: Norrskenets undre gräns 360 km: Medelhöjd för Internationella rymdstationen 35 786 km: Geostationära banan. Här finns väder- och kommunikationssatelliter. 320 000 km: En av Lagrangepunkterna, där jordens och månens gravitation tar ut varandra.
2 Solsystemet Solsystemet är det vardagliga namnet på vårt solsystem där bland annat solen, jorden och månen ingår. Det består av solen och de himlakroppar som den binder till sig genom sin gravitation. Solsystemet har sitt ursprung i en gravitationell kollaps av ett gigantiskt gas- och stoftmoln för 4,5 miljarder år sedan. Planeterna Runt solen kretsar en rad objekt i en nästan platt skiva i ekliptikan. Undantaget solen hittar man det mesta av solsystemets massa i de åtta planeterna, vars omloppsbanor är nästan cirkulära. De fyra inre mindre planeterna är Merkurius, Venus, jorden och Mars, vilka kallas stenplaneterna och som mest består av sten och metall. De fyra yttre planeterna är Jupiter, Saturnus, Uranus och Neptunus som kallas gasjättarna och som mest består av väte och helium och är mycket tyngre och större än stenplaneterna. Mindre kroppar och Oortmolnet Det finns två områden med mindre kroppar: asteroidbältet, som ligger mellan Mars och Jupiter, består av mindre kroppar som har vissa likheter med stenplaneterna då de till största delen består av sten och metall; Kuiperbältet, som ligger bortom Neptunus omloppsbana, består huvudsakligen av fruset vatten, ammoniak och metan. Inom dessa bälten finns det fem speciella objekt: Ceres, Pluto, Haumea, Makemake och Eris som betecknas dvärgplaneter, då de anses vara tillräckligt stora för ha blivit runda som en konsekvens av sin egen gravitation. På ett avstånd av 0,8 1,6 ljusår från solen antar man att det finns vad man kallar Oorts kometmoln som tros vara ursprunget till de långperiodiska kometerna. Övriga kroppar I solsystemet finns det grupper av mindre kroppar såsom kometer, centaurer och damokloider, interplanetärt stoft som färdas mellan dessa områden, medan solvinden, ett flöde av plasma från solen, skapar en bubbla i det interplanetära mediet som också kallas heliosfären. Detta sträcker sig ut till mitten av det område som kallas scattered disc, ett område i anslutning till Kuiperbältet. Sex av planeterna och tre av dvärgplaneterna har naturliga satelliter eller månar i omloppsbana. Var och en av de fyra yttre planeterna har en planetarisk ring av damm och andra partiklar runt sig. Upptäckt och forskning Under en stor del av mänsklighetens historia kände man inte, med ett fåtal undantag, till solsystemets existens som vi känner den idag. En vanlig uppfattning var att jorden låg stationär i universums mitt och var något helt annat än de förmodade gudomliga eller andliga objekten som rörde sig över himlen. Till exempel den indiska astronomen Aryabhata och den grekiska filosofen Aristarchos spekulerade dock i en heliocentrisk världsbild, det vill säga att solen var i centrum och att jorden rörde sig runt denna. Men det var 1500-talsastronomen Nicolaus Copernicus som först kunde utveckla en matematisk modell som förutsade de olika himlakropparnas rörelser i solsystemet. Under 1600-talet kunde de berömda astronomerna Galileo Galilei, Johannes Kepler och Isaac Newton fortsätta bygga på Copernicus modell vilket efterhand ledde till en allmän acceptans att jorden rör sig runt solen och att de andra planeterna styrs av samma fysiska lagar som styr jorden.
3 Utrustning Förbättringar av de första primitiva teleskopen ledde till en accelererande takt av upptäckter av både större och mindre himlakroppar i solsystemet, däribland de båda planeterna Uranus och Neptunus samt otaliga asteroider. På senare tid har bättre utrustning givit allt mer detaljerade studier av solsystemets himlakroppar, såsom berg, dalar och kratrar samt väderfenomen som molnbildning och sandstormar.
4 Struktur Den dominerande kroppen i solsystemet är solen, en huvudseriestjärna av spektralklass G2, som innehåller 99,86% av solsystemets totala kända massa och dominerar det gravitationellt.[1] Jupiter och Saturnus, de två största kropparna i en bana runt solen, står tillsammans för över 90% av solsystemets återstående massa. De flesta större objekten i en bana runt solen ligger nära ekliptikan, det vill säga planet för jordens omloppsbana. Planeterna ligger mycket nära ekliptikan, medan kometer och objekt i Kuiperbältet ofta har avsevärda vinklar mot den.[2][3] Samtliga planeter och de flesta övriga objekten i solsystemet har en bana runt solen åt samma håll som solens rotation (moturs, sett från ovanför solens nordpol). Det finns undantag, till exempel Halleys komet. Keplers lagar beskriver olika objekts omloppsbanor runt solen. Enligt dessa färdas varje objekt längs en ellips med solen i en brännpunkt. Objekt nära solen (med kortare halv storaxel) har kortare år än objekt längre bort. På en elliptisk omloppsbana varierar avståndet från solen över objektets år. Den närmaste punkten från solen kallas för perihelium medan punkten längst bort kallas aphelium. Varje objekt rör sig som snabbast vid dess perihelium och som långsammast vid dess aphelium. Planeternas omloppsbanor är nästan runda som cirklar, men många kometer, asteroider och Kuiperbältobjekt följer mycket elliptiska banor. Avstånd För att kunna illustrera solsystemet i samma bild visas ofta planeternas banor med lika avstånd från varandra. I verkligheten ökar generellt sett avstånden ju längre ut i solsystemet man rör sig. Till exempel befinner sig Venus cirka 0,33 AU från Merkurius, medan Saturnus befinner sig 4,3 AU längre ut än Jupiter och Neptunus 10,5 AU från Uranus. Försök har gjorts att bestämma ett samband mellan dessa avstånd (se Titius-Bodes lag), men ingen sådan modell har accepterats. Satelliter De flesta planeterna i solsystemet har egna system med månar, för jätteplaneterna kan det påminna om solsystem i miniatyr. Vissa av månarna är nästan lika stora eller till och med större än den minsta planeten Merkurius. De flesta befinner sig i en så kallad synkron rotation, där ena sidan av månen hela tiden är vänd mot planeten. Vår egen måne är ett exempel på detta. De fyra största planeterna har även planetariska ringar som i huvudsak består av små finkorniga partiklar som rör sig runt planeten.
5 Solen Solen är stjärnan i solsystemet och det är runt den som de övriga delarna i solsystemet kretsar. Dess stora massa på 332 830 jordmassor ger den i dess innandöme en densitet som är hög nog för att upprätthålla fusion. Fusionen avger enorma mängder energi till rymden genom elektromagnetisk strålning, såsom synligt ljus. Solen klassificeras som en måttligt stor gul dvärg.[12] Den är dock relativt stor och ljusstark, och solen är dock större än 85 procent av stjärnorna i Vintergatan.[13] Genom klassificering i det så kallade Hertzsprung-Russell-diagramet, en graf som prickar ut ljusstyrkan hos stjärnor gentemot deras yttemperatur, framgår det att solen ligger precis i mitten av den så kallade huvudserien. Stjärnor som är varmare och ljusstarkare är ovanliga medan kyligare och ljussvagare är vanliga.[14] På grund av att solen befinner sig i mitten av den så kallade huvudserien tros den befinna sig i sin krafts dagar för en stjärna då den ännu inte har gjort slut på sitt förråd av väte som används vid fusionen. Solen lyser starkare och tidigare i dess historia lyste den med 70 procent av den styrka den har i dag.[15] Solen är en population I-stjärna och bildades under de senare delarna av universums tillväxt. Den innehåller därför fler beståndsdelar som är tyngre än väte och helium ("metaller" i astronomiskt språkbruk) än äldre population II stjärnor.[16] De beståndsdelar som är tyngre än väte och helium bildades i kärnorna i uråldriga exploderade stjärnor, så den första generationen av stjärnor var tvungna att dö innan universum kunde berikas med dessa atomer. De äldsta stjärnorna innehåller få metaller, medan nyare stjärnor har mer. Denna höga metallicitet tros ha varit avgörande för att Solen utvecklat ett planetsystem, då planeter formas genom ackretion av metaller.
6 Interplanetära mediet Tillsammans med ljus strålar det även ut en kontinuerlig ström av laddade partiklar (plasma) som kallas solvinden. Denna ström av partiklar sprids ut från solen i en hastighet av cirka 1,5 miljoner kilometer per timme,[18] vilket skapar en tunn atmosfär (heliosfären) vilken tränger igenom solsystemet ut till åtminstone 100 AU (se heliopause).[19] Detta är känt som det interplanetära mediet. Geomagnetiska stormar på solens yta, till exempel solfacklor och koronamassutkastningar, stör heliosfären och skapar rymdväder. Den största strukturen inom heliosfären är det interplanetära strömskiktet, en spiralform som bildas när solens roterande magnetfält interagerar med det interplanetära mediet.[20][21] Norrsken sett från rymden.jordens magnetfält förhindrar dess atmosfär från att försvinna på grund av solvinden. Venus och Mars har inget magnetfält och solvinden får deras atmosfär att successivt försvinna ut i rymden.[22] Då de laddade partiklarna, som skickats ut från solen (den så kallade solvinden), fångas in av jordens magnetfält accelererar de. Då partiklarna i solvinden kolliderar med partiklar i jordens atmosfär bildas det polarsken. Eftersom sådan acceleration endast sker i vissa områden i magnetosfären uppträder polarskenet huvudsakligen i ringformade områden runt jordens två magnetiska poler. Kosmisk strålning har sitt ursprung utanför solsystemet. Heliosfären skyddar delvis solsystemet, och planeternas magnetfält (för de som har dem) ger även de ett visst skydd. Mängden kosmisk strålning och styrkan på solens magnetfält varierar på mycket långa tidsskalor varför även mängden kosmisk strålning inom solsystemet varierar, men med hur mycket är okänt.[23] I det interplanetära mediet finns åtminstone två skiv-formade områden med kosmiskt stoft. Den första, det interplanetära stoftmolnet, ligger i den inre delen av solsystemet och orsakar zodiakalljus på stjärnhimlen på grund av att solens strålar reflekteras av stoftet. Stoftmolnet bildades troligtvis genom kollisioner i asteroidbältet sedan deras banor störst av de närliggande planeterna.[24] Det andra området med stoft sträcker sig från omkring 10 AU ut till omkring 40 AU och bildades sannolikt av liknande kollisioner inom Kuiperbältet.
7 Det inre solsystemet De inre planeterna, från vänster, Merkurius, Venus, jorden, Mars. Planeterna är i skala till varandra.det inre solsystemet är den traditionella benämningen för den region som består av stenplaneterna och asteroiderna. Objekten i det inre solsystemet ligger mycket nära solen och består främst av silikater och metaller. Radien av hela regionen är mindre än avståndet mellan Jupiter och Saturnus. De inre planeterna De fyra inre planeterna, även kallade stenplaneterna, har hög densitet med en sammansättning som domineras av stenartade material, få eller inga månar, och inga ringsystem. De består till största delen av mineraler med en hög smältpunkt, till exempel silikater som dominerar i planeternas skorpor och mantlar, och metaller som järn och nickel, vilka främst ansamlas i deras kärnor. Tre av fyra inre planeter har en betydande atmosfär och samtliga har en rik och varierande geologi med flera framträdande företeelser som nedslagskratrar och vulkaner. Merkurius Merkurius (0,4 AU) är den planet som ligger närmast solen och är den minsta planeten (0,055 jordmassor). Merkurius har inga naturliga satelliter och dess enda kända geologiska strukturer förutom nedslagskratrar är kullar, klippor och dalar som troligen bildades under dess tidigaste historia.[27] Merkurius nästan obetydliga atmosfär består av atomer som blåsts dit från solen av solvinden.[28] Den relativt stora järnkärna och tunna mantel har inte kunna förklarats, men den främsta hypotesen är att de yttre lagren försvann från planeten efter en enorm kollision med ett annat planetariskt objekt.[29][30] Venus Venus (0,7 AU) har nästan samma storlek som jorden (0,815 jordmassor). Venus är även på många andra sätt lik jorden då den har en tjock silikatmantel runt en järnkärna, en betydande atmosfär och sannolikt geologisk aktivitet. Men det finns även stora skillnader; Venus är mycket torrare än jorden och dess atmosfär är nästan 90 gånger tätare. Venus har inga naturliga satelliter och är den varmaste planeten i solsystemet med en yttemperatur på över 400 C. Den höga temperaturen beror till största delen på grund av mängden växthusgaser, främst koldioxid, i atmosfären.[31] Det finns inga definitiva bevis på att Venus fortfarande är geologiskt aktiv än idag, men den har inget magnetfält som skulle förhindra att atmosfären skulle försvinna ut i rymden. Detta skulle kunna betyda att atmosfären regelbundet fylls på av vulkanutbrott.[32] Jorden Jorden (1 AU) är den största och mest kompakta av de inre planeterna. Jorden är den enda av planeterna som konstaterats har geologisk aktivitet och är även den enda planeten som säkert härbärgerar liv. Dess flytande hydrosfär är unik bland stenplaneterna och jorden är också den enda planeten hos vilken plattektonik har observerats. Jordens atmosfär skiljer sig markant från de andra planeterna sedan närvaron av levande organismer har förändrat atmosfären till att innehålla 21 procent med fritt syre.[33] Månen Månen är jordens enda naturliga satellit och den enda större månen hos stenplaneterna i solsystemet. Månen har en diameter som är ungefär en tredjedel av jordens. Månen är den enda himlakroppen som människor har färdats till och landat på, vilket skedde under det amerikanska Apollo-programmet.
8 Mars Mars (1,5 AU) är mindre än jorden och Venus (0,107 jordmassor). Den har en tunn atmosfär till största delen bestående av koldioxid. Dess yta, som är täckt av vulkaner (till exempel Olympus Mons) och förkastningssänkor (som exempelvis Valles Marineris), visar på en geologisk aktivitet som kan ha pågått fram till alldeles nyligen. En stor del av ytan täcks av ett djupt lager finfördelat stoft som bland annat innehåller mycket järn(iii)oxid vilket ger Mars dess rödaktiga färg.[34] Mars har två små naturliga satelliter (Deimos och Phobos) vilka tros vara asteroider som fångats upp av gravitationen.[35] Asteroidbältet Medlemmarna av asteroidbältet ligger i omloppsbanor mellan Mars och Jupiter, från 2,3 till 3,3 AU från solen. Dessa tros vara rester från den tid när solsystemet bildades. Påverkan från Jupiters gravitation har gjort att materialet i bältet aldrig har kunnat samlas för att växa till en vanlig planet.[37] Asteroider kan vara från hundratals kilometer i diameter till att ha mikroskopisk storlek. Alla asteroider är klassificerade som småplaneter, men bara Ceres har samtidigt status som dvärgplanet. Vesta och Hygieia kan dock bli klassificerade som dvärgplaneter om man kan visa att de har uppnått hydrostatisk jämvikt, det vill säga att deras form (nästan sfärisk) är ett resultat av småplanetens egen gravitation.[38] Asteroidbältet innehåller troligen miljontals objekt med en storlek på över en kilometer i diameter.[39] Trots det så är den totala massan sannolikt bara en bråkdel av jordens.[40] Bältet är trots det stora antalet objekt ganska glest. Rymdsonder passerar genom det rutinmässigt utan att några incidenter har skett. Kroppar med en storlek på mellan 10-4 till 10 meter brukar betecknas som Meteoroider.[41] Ceres Ceres Ceres (2,77 AU) är den största kroppen i asteroidbältet. Den har en diameter på strax under 1 000 km, vilket anses vara tillräckligt stort för att dess egen gravitation ska kunna ge den en sfärisk form vilket gör den till en dvärgplanet. När Ceres upptäcktes på 1800-talet betraktades den först som en vanlig planet. Den omklassificerades dock till asteroid på 1850-talet sedan ett antal ytterligare asteroider hade upptäckts.[42] 2006 blev den klassificerad som dvärgplanet. Grupper och familjer av asteroider Asteroider brukar delas in efter sina banelement eller efter sitt ursprung. De jordnära asteroiderna brukar man dela in i fyra grupper: Apohele-asteroiderna som har hela sin omloppsbana innanför jordens. Aten-asteroiderna och Apollo-asteroider som korsar jordens omloppsbana. De förstnämnda har sitt medelavstånd innanför jordens omloppsbana medan de senare har sitt medelavstånd utanför. Amor-asteroiderna har hela sin omloppsbana utanför jordens, men deras perihelium finns strax utanför. Objekt vars omloppsbana tar dem närmare jorden än 0,05 AU brukar betecknas potentiellt farliga objekt (PHA). I asteroidbältet brukar man ofta dela in asteroiderna i asteroidfamiljer. Medlemmarna i dessa familjer antas ha ett gemensamt ursprung i en kollision längre tillbaka i asteroidbältets historia, varför man ofta finner att de har vissa likheter i sin kemiska/geologiska sammansättning.[43] Även i asteroidbältet delar man dock upp vissa grupper av kroppar efter deras banelement. Ett typexempel på en sådan grupp är Hilda-asteroiderna som befinner sig i en 2:3 banresonans med Jupiter. Det betyder att de gör tre varv runt solen på samma tid som Jupiter gör två. Det finns flera sådana grupper. Medan Hilda-gruppen har stabila omloppsbanor som en konsekvens av banresonansen så störs till exempel Griqua-asteroiderna så att de riskerar att kastas ur sina omloppsbanor.[44][45] I asteroidbältet finns även de nyupptäckta asteroidbältskometerna som
9 har befunnit sig på ungefär samma plats i runt 4 miljarder år men som ändå visar upp en för kometer typisk koma och svans. Det finns misstankar om att dessa kometer är ursprunget till det vatten som idag finns på jorden.[46] De trojanska asteroiderna befinner sig i planeternas lagrangepunkter, 60 före och efter planeterna i samma omloppsbana. De första trojanerna hittade man i Jupiters omloppsbana men man har även hittat fyra trojanska asteroider i två av Mars lagrangepunkter[47] och sex stycken i en av Neptunus.[48] Man beräknar att Neptunus kanske har tusentals trojanska asteroider som ännu inte är upptäckta. Teoretiskt kan det finnas trojanska asteroider till alla planeter, men man beräknar att en trojansk asteroid till Uranus och Saturnus inte skulle kunna upprätthålla en stabil omloppsbana över längre tidsperioder.