Solsystemet. Av Mats Kristoffersen

Transkript

1 Solsystemet Av Mats Kristoffersen Temaet jeg har valgt er et tema som mange har en del tanker om, nemlig vårt solsystem. Det jeg har tenkt å fokusere på er planetene i solsystemet samt solen og jordens måne. Jeg kunne navna på planetene, men utover det hadde jeg liten kunnskap om de. Derfor valgte jeg dette temaet for å lære mer om dette. Verdensrommet i sin helhet er interessant. Solsystemet blir til Astronomene har en stund vært klar over hvordan Solsystemet ble til. Teorien er at planetene og Solen kondenserte fra en gigantisk, virvlende sky av gass og støv som kalles Den solare tåken. Ideen ble unnfanget så tidlig som på 1700-tallet. Den tyske filosofen Immanuel Kant var den første som fremsatte teorien, men den fikk ingen oppmerksomhet før et halvt århundre senere, da franskmannen Pierre-Simon Marquis de Laplace, reintroduserte den. Etter vår nåværende kunnskap var første trinn i dannelsen av Solsystemet at en annen stjerne avgikk ved døden. Kraftige sjokkbølger fra en supernovaeksplosjon (en stjerne som eksploderer) som avsluttet denne stjernens liv, fikk en sky av gass og støv i nærheten til å kollapse under sin egen tyngdekraft. Etter en til to millioner år hadde den sammenklappede skyen (Den solare tåken) blitt en flat skive på grunn av sin rotasjon, og en primitiv protosol var i ferd med å dannes i sentrum av skiven. I løpet av den neste millionen år klumpet småbiter av karbon, stein, is og andre materialer seg sammen i en prosess som kalles akkresjon (oppsamling av støv og gass i store legemer som måner, planeter og stjerner). Etter hvert som flere av dem klebet seg sammen, tok planetene gradvis form. Planetene fikk sin ferdige form i løpet av mellom 10 og 100 millioner år. Planetene Bortsett fra Solen er de ni planetene hovedelementene i vårt solsystem. Det har vært spekulert på om det finnes en tiende planet, men dette er fortsatt tvilsomt. Alt materialet som finnes i planetene, tilsvarer til sammen omkring 447 jordkloder, noe som bare er omtrent 0,13% av Solens masse. Av planetene er Jupiter den klart tyngste, med større masse enn alle de andre planetene til sammen. Foruten Merkur og Venus har alle planetene måner. Med unntak av Pluto faller de i to kategorier. Fire av dem: Merkur, Venus, Jorden og Mars er steinete og kalles de terrestriske planetene (en terrestrisk planet er hovedsaklig bygd opp av silikatbergarter). De fire største planetene: Jupiter, Saturn, Uranus og Neptun kalles gasskjemper og består mest av hydrogen og helium, en sammensetning som ligner Solens. Alle gasskjempene har ringer, men ringsystemet rundt Saturn er mest kjent. Alle planetene går i elliptiske baner (en form som ligner en sammentrykket sirkel). Med unntak av Merkur, Mars og Pluto er banene imidlertid nesten sirkelformede. Månen Er det naturlige himmellegemet som er nærmest oss, og nest etter solen, hvis lys den reflekterer, er den det sterkeste strålende. Med sitt fascinerende og forandelige utseende løper den raskt over hele himmelen på omtrent 28 dager, og lar seg beundre både dag og natt, iblant blir den også borte en dag eller to. Den viser oss alltid det samme «ansiktet», fordi den går rundt Jorden i løpet av samme tidsrom som den roterer rundt seg selv. Overflatens utseende, som vi kan se også med det blotte

2 øye, forteller om en voldsom fortid, preget av sammenstøt med andre himmellegemer som svære meteoritter eller til og med asteroider, som har laget dype kratere. Mangelen på en atmosfære som kan «bremse» disse legemene, eller i det minste dempe støtene, slik som det skjer på Jorden, har ikke gjort situasjonen bedre. Månen har faktisk en altfor liten masse, 73,5 milliarder tonn, til at den kan utøve en tilstrekkelig gravitasjonskraft på atomer og molekyler som utgjør en atmosfære. Gassmolekylene i Månens atmosfære har i tidens løp fjernet seg fra himmellegemet nettopp på grunn av den lave tyngdekraften på Månen, ca. 6 ganger mindre enn Jordens. Mangelen på en atmosfære som kunne være i stand til å beholde den varmen som akkumuleres (oppsamling) når måneoverflaten utsettes for sollyset, er også avgjørende for de betydelige temperaturskiftningene på bakken, fra ca grader om dagen til -150 grader om natten. Månen har en diameter på 3476 km, ca en fjerdedel av Jordens, men den har en lavere gjennomsnittlig tetthet enn Jorden. Den lave seismiske (en geofysisk måte å undersøke undergrunnen på) virksomhet som er registrert på Månens overflate, får en til å tenke seg en geologisk aktivitet, beskjeden, men fremdeles til stede etter over 4,5 milliarder år. Alderen er funnet etter målinger som er foretatt på steiner som er hentet på forskjellige romferder. Merkur Ved første øyekast ligner Merkur på Månen. Et endeløst hav av kratre, dominert av det store nedslagsarret som kalles Coloris. Merkur befinner seg nærmere Solen enn noen av de andre planetene og blir stekt av solstrålingen. Planeten er den nest minste i Solsystemet etter Pluto, den har ingen atmosfære og er en kule av jern dekket av en tykk skorpe av stein. Det store jerninnholdet tyder på at den en gang hadde en mye tykkere kappe (mantel) av stein som ble sprengt bort i en kollisjon med en annen protoplanet under Solsystemets tilblivelse. Merkur har ingen måner og vi vet relativt lite om planeten Merkur. Bare en romsonde som het Mariner 10 var der i 1974 og Den kartla rundt halvparten av planetens overflate, som er medtatt, oppsprukket og urgammel. Resten av landskapet vet vi ingenting om. Bare planeten Pluto er mer mystisk. Merkurs bane er nest etter Pluto den mest avlange. Merkur farer raskt rundt Solen, og et omløp tar omtrent tre jordiske måneder. Når den er lengst unna Solen, er den halvannen gang lenger ute enn når den er nærmest. Når vi ser fra overflaten av Merkur vil Solens størrelse variere en del på himmelen, fra to og opp til tre ganger den diameteren den har når vi ser den fra Jorden. Merkur har de største temperaturforskjellene av alle planetene. Med Solen stekende høyt på himmelen stiger temperaturen på overflaten til hele 430 grader, nesten like hett som som på Venus. På nattsiden av Merkur er temperaturen mer enn 600 grader lavere.

3 Venus Venus har blitt kalt Jordens tvilling, fordi den i størrelse og masse er veldig lik Jorden. Men forholdene på vår nærmeste planetnabo ligner slett ikke de jordiske. Overflaten er alltid skjult bak en atmosfære av karbondioksid og med kvelende skyer av svovelsyre. Denne giftige atmosfæren tynger bakken ned med et trykk tilsvarende det som finnes på 900 meters havdyp på Jorden. Atmosfæren er også en varmefelle. Venus er varmere enn Merkur, selv om den er lenger fra Solen. På Venus ville både bly og tinn ha smeltet. Før 1989 visste astronomene lite om hva som skjuler seg under Venus` tykke atmosfære. Da kartla NASAs Magellan sonde overflaten ved hjelp av radar som kunne trenge gjennom skyene. Det er små høydevariasjoner, bare 20% av overflaten har lokale høydeforskjeller på mer enn 2 km. Resten består av svære lavlandssletter. Den største overraskelsen for astronomene var imidlertid at Venus er geologisk ung, de eldste trekkene er bare 500 millioner år gamle. Årsaken er at Venus nylig var, og kanskje fortsatt er, vulkansk aktiv. Bilder gir avgjørende bevis for at vulkanske strukturer dominerer landskapet. En type vulkanske trekk på Venus er de såkalte pannekakekuplene. De ligner på blemmer og ble dannet da geleaktig lava rant ut på overflaten, hvor den kjølnet, spredte seg utover og sprakk opp. Jorden Den tredje planeten fra Solen og den største av de såkalte terrestriske eller jordlignende planetene. Jorden er den eneste planeten i Solsystemet hvor flytende vann forekommer på overflaten. Hele 70% av overflaten er dekket av vann, noen steder mange kilometer dypt. Atmosfæren består hovedsaklig av nitrogen og oksygen, og klimaet har blant annet bidratt til at livsformer har spredt seg over planeten. I likhet med flere andre objekter i Solsytemet er Jorden fortsatt vulkansk aktiv. Jordens atmosfære er middels tett, 100 ganger tettere enn atmosfæren til Mars, men 100 ganger tynnere enn atmosfæren til Venus. I motsetning til disse to planetenes atmosfærer, som er fylt med karbondioksid, inneholder Jordens atmosfære svært lite av denne giftige gassen. I stedet er mye av vår planets karbondioksid oppløst i havene og holdt unna steder der den kan gjøre skade. Hovedbestanddelen av vår atmosfære er nitrogen, som utgjør 78 volumprosent. Oksygen utgjør 21%, argon 0.9% og andre stoffer, inkludert vanndamp, fyller opp resten av blandingen. Vanndampen er lett synlig når den kondenserer og danner skyer. Til enhver tid kan disse dekke så mye som en firedel av overflaten, for øvrig er atmosfæren gjennomsiktig. Saturns måne Titan har en enda tettere nitrogenatmosfære. Jorden er en unik planet, ikke bare fordi den er den eneste kloden som understøtter liv. Ingen andre planeter i Solsystemet har en geologi eller et klima som Jordens. Skorpen skiller Jorden fra de andre planetene. Den er oppdelt i flere forskjellige plater som hele tiden flytter seg på overflaten og danner fjell underveis. Alle de andre terrestriske verdenene består av en plate. To tredeler av Jordens overflate er dekket av vann og til sammen gjør disse faktorene at planetens overflate endrer seg hele tiden. Meteoritter faller ned en gang iblant, men kratrene de lager blir raskt, i astronomisk målestokk, jevnet ut. Dette er svært forskjellig til for eksempel Månens overflate, som ikke har endret seg noe særlig på milliarder av år.

4 Mars Er den nest minste av de jordlignende planetene og den fjerde i rekkefølgen fra Solen. Planeten er omtrent halvparten så stor som Jorden, har en tynn atmosfære av karbondioksid, polkapper som hovedsaklig består av tørris, og et aktivt værsystem. Selv om Mars nå antas å være vulkansk død så er det mange gamle vulkaner på planeten, deriblant den største i hele Solsytemet, Olympus Mons. Nedslagskratre er også vanlige. Mye tyder på at planeten en gang hadde hav, eller i alle fall store sjøer av flytende vann. Siden antikken har Mars vært kjent som Den røde planet, og med god grunn. Overflaten er overstrødd med store steiner og et fint, rødt støv. Rødfargen kommer fra partikler av oksidert (en kjemisk reaksjon hvor et stoff avgir elektroner) jern, vi kan si at Mars er en rusten planet. Terrenget er delt inn i to temmelig forskjellige områder. Sydlige områder er fullt av kratre, mens i nord er det vulkaner (nå trolig utdødde) som dominerer. Geologisk sett er dette området yngst, siden lava fra vulkanene har glattet ut kratrene under før den størknet. Et annet karakteristisk trekk ved Mars er dalene som mange mener ble gravd ut for lenge siden av elver med vann. Faktisk ser noen såkalte regnkløfter ut til å være gravd ut av flytende vann svært nylig. De amerikanske Mars-kjøretøyene Spirit og Opportunity fant i 2004 klare bevis for at det i hvert fall en gang for lenge siden har rent vann på overflaten av Mars. Jupiter Dette er den desidert største planeten i Solsystemet og er mer enn stor nok til å romme alle de andre planetene. Den er den innerste av gasskjempene, planeter som hovedsaklig består av gasser og væsker i stedet for stein og metall, men som muligens har kjerner av stein og is. Jupiter har tydelige skybånd, men er kanskje mest berømt for den store røde flekken, en gigantisk orkanlignende storm som er tre ganger større enn hele jordkloden og som har eksistert i flere hundre år. Planeten har flere titalls måner og stadig oppdages det nye. Fire av dem er blant de største som er kjent. Jupiter er ikke bare den største planeten i Solsystemet, men også utvilsomt en av de mest spennende. Denne planeten har ingen fast overflate, siden den nesten utelukkende består av gasser og væsker. Bildene vi ser, er i stedet fra de ytterste delene av den turbulente atmosfæren, en tykk sky av hydrogen og helium. Det mest iøynefallende trekket er båndene, som er synlige fra Jorden med en kikkert. De mørke områdene kalles belter, og de lysere områdene, som ligger høyere og derfor fanger mer sollys, kalles soner. Begge strekker seg rundt planeten av dens hurtige rotasjon. Jupiter har på samme måte som Saturn et ringsystem. Men ringene er svært mørke og gjennomsiktige og er bare synlige fra skyggen av Jupiter, når sollyset ikke blender.

5 Saturn Den nest største planeten, man kan si den er en blek variant av Jupiter, men med lignende sammensetning. I likhet med de andre gassplanetene har har Saturn et ringsystem, men Saturns ringer er utvilsomt de flotteste i Solsytemet og kan lett sees fra Jorden selv med et lite teleskop. Ringene består av utrolig mange isklumper som svever rundt planeten, hver med sin egen bane. Enkelte isklumper kan være store som hus. Fasongen er et annet interessant trekk ved Saturn. På grunn av den raske rotasjonen så tar en omdreining 10 timer, 13 minutter og 59 sekunder, er den merkbart flattrykt ved polene. Alle kjempeplanetene har ringer, men det berømte ringsystemet til Saturn er i en klasse for seg. Som ringene rundt de andre planetene består også Saturns ringer av talløse steiner av ulik størrelse. Hver av dem er som en minimåne med sin egen, uavhengige bane. Men Saturns ringer er spesielt iøynefallende fordi ringpartiklene er lyse. Hver av dem er dekket av, eller består av, sterkt reflekterende is. Saturns ringer er også ekstremt flate. Selv om de er mer enn km i diameter, godt over halvparten av avstanden mellom Jorden og Månen, er de fleste ringene bare fra et par meter til et par hundre meter tykke. Undersøkelser viser at ringene ikke skal kunne eksistere i mer enn rundt 100 millioner år. Ringene må derfor enten være dannet relativt nylig, fra en komet som gikk i oppløsning da den kom for nær Saturn, eller så må slike hendelser stadig fornye planetens ringer. Uranus Uranus er den tredje største planeten. Den er bare litt større enn Neptun, men den er fire ganger større enn Jorden. Planeten er en karakterløs, blågrønn ball. Fargen skyldes det høye metaninnholdet i atmosfæren. Vi finner ingen av de klare båndene eller stormene som er karakteristiske for Jupiter og Saturn. Ringene er mørke og smale, selv om de er lett synlige på nærbilder. Merkelig nok er Uranus vippet nesten 100 grader rundt. Kanskje ble den truffet på siden av en annen tung protoplanet tidlig i planetens historie. På grunn av sin merkelige aksehelning (planeten er vippet over og ligger nesten på siden i forhold til baneplanet) forårsaker Uranus`84 år lange omløp rundt Solen en del fascinerende årstidsvariasjoner. Hver av polene peker mot Solen i mer enn 20 år, under sommer og vintersolvervene (når jorda er i det punktet av sin bane rundt sola hvor den nordlige halvkule heller lengst bort fra sola). Da ligger den halvkulen som vender vekk fra Solen, i dypt mørke i to tiår, mens den andre halvkulen bades i et uavbrutt solskinn, skjønt sollysets styrke er under 1% av styrken her på Jorden. Mellom solvervene (betegnelsen for de to tidspunktene på året når solen har størst deklinasjon betegner innen astronomi breddegrad i himmelkoordinater) er dag og nattmønsteret mer normalt og styres av planetens rotasjon.

6 Neptun Neptun er svært lik Uranus i masse og utseende, men den har litt flere synlige detaljer i atmosfæren. Det er mulig å se noen atmosfæriske bånd, noen dotter av cirrusskyer (består av fallende iskrystaller, pistrete tråder som ofte er vevd sammen som i et slør) bestående av metankrystaller, og til og med et og annet stormsystem. Den mest kjente stormen ble oppdaget i 1989 og døpt Den store mørke flekken, men den har siden forsvunnet. I likhet med de andre kjempeplanetene har Neptun et ringsystem (skjønt de ofte ser mer ut som ringbuer) og en liten skare av måner. Astronomene ble ikke overrasket da sonden Voyager 2 i 1989 bekreftet at Neptun har ringer. I alt er fem ringer kjent. De mest veldefinerte har fått navnene Adams og Le Verrier. De ble oppkalt etter de to forskerne som på midten av 1800 tallet, før oppdagelsen av Neptun, uavhengig av hverandre beregnet hvor denne planeten burde være på himmelen, ut fra posisjonen til Uranus. Med en utstrekning på bare 50 km og 110 km i radiell retning er disse ringene svært smale. Den innerste ringen heter Galle. Den er oppkalt etter den tyske astronomen som i 1846, ved hjelp av beregningene til Adams og Le Verrier, faktisk fant Neptun nær den beregnede posisjonen. Den bredeste ringen som heter Lassell, strekker seg 4000 kilometer utover. Alle Neptuns ringer er ekstremt mørke. De består trolig av kampesteinstore biter av is dekket med mørke organiske stoffer, blandet med støvstore partikler. Pluto Den ytterste planeten i Solsystemet er lille Pluto, som er mye mindre enn selv vår egen måne. Den består hovedsakelig av stein, men overflaten er dekket av et betydelig teppe med is, trolig vann-is, med innslag av metan, nitrogen og noe is av karbonmonoksid (en fargeløs, tilnærmet luktfri, brennbar og svært giftig gass). Pluto går i bane i et område som kalles Kuiperbeltet (en region i Solsystemet), som også er hjem for isete, asteroidelignende objekter som er rester etter Solsystemets tilblivelse. Dersom Pluto hadde blitt oppdaget nå, ville astronomene ha kalt den et stort Kuiperbelte-objekt, og slett ikke en planet.

7 Solen Solen er en gigantisk kule av hydrogen og helium som inneholder 99,9% av Solsystemets masse. Denne middels store, middelaldrende stjernen får sin energi fra kjernefysiske reaksjoner inne i kjernen, der hydrogenatomer smeltes sammen til tyngre heliumatomer. Fusjonsprosessen (der flere atomkjerner smelter sammen og danner en tyngre atomkjerne) frigjør enorme energimengder som langsomt beveger seg utover mot overflaten. Der unnslipper energien til rommet som varme og lys, som blant annet gjør det mulig for liv å eksistere på Jorden. Da astronomene begynte å fotografere Solen, forstod de at den synlige overflaten (fotosfæren) har mørke flekker. De hadde oppdaget det vi kaller solflekker (et område på solens overflate med lavere temperatur enn solflekkens omgivelser, og med intens magnetisk aktivitet). I dag vet vi at solflekkene, og mange andre fenomener på Solen, drives av solrotasjonen. På samme måte som en planet roterer Solen om sin egen akse. Men tiden det tar den å snurre en gang, avhenger av breddegraden (en tenkt linje i jordens koordinatsystem som går parallelt med ekvator). Rotasjonen er raskest ved ekvator. Denne differensielle rotasjonen medfører at Solens usynlige magnetfeltlinjer, som strekker seg mellom de magnetiske polene, med tiden blir tvunnet og spent. Der tvinningen er størst, blir feltet lokalt forsterket. Dermed hindres strømmen av hete gasser nedenfra, overflaten kjølner og virker mørkere, en solflekk er dannet. Fra tid til annen skjer det eksplosive utbrudd nær solflekkene, som slynger enorme skyer av stoff ut av fotosfæren med hastigheter som begynner å nærme seg lysets. Denne magnetiske aktiviteten varierer over en 11-årsperiode, og solflekker og aktive områder øker i antall etter hvert som syklusen nærmer seg slutten. Solen er en typisk gul stjerne som har brukt opp 35-45% av sitt drivstoff. Første trinn i dannelsen kan gjærne ha vært en annen stjernes død. Sjokkbølgene fra en supernova forårsaket at en sky av støv og gass i nærheten kollapset under sin egen tyngdekraft, omtrent som et kosmisk skred. Kollapsen førte til dannelsen av en skive av gass og støv med en tett klump i midten, kalt en protostjerne (et forstadium i en stjernes utvikling), eller i dette tilfellet protosolen. En million år senere har denne krympet og blitt hetere, og den har utviklet en sterk vind av ladede partikler. Disse stormer vekk fra stjernens overflate og danner to gasstråler, kalt jetstråler, som er karakteristiske for såkalt bipolar utstrømning. Solen blir ikke en ekte stjerne før det har gått millioner år. Solen er fortsatt på dette stadiet i dag, 4,6 milliarder år senere. Slike stjerner kalles hovedseriestjerner (et begrep i astronomien som betegner stjerner som fusjonerer hydrogen til helium). Omkring 6 milliarder år inn i fremtiden vil Solen gå tom for hydrogen. Den vil da ese og bli en kjøligere, men mer lyssterk stjerne, en såkalt subkjempe. En milliard år senere vil Solen ese voldsomt og bli en rød kjempe med mer enn 160 ganger dagens radius. Deretter vil Solen miste de oppblåste ytre lagene ut i rommet, der de vil danne en glødende planetarisk tåke (et astronomisk objekt som oppstår i siste fase av levetiden til middels tunge stjerner). Til slutt vil bare en hvit dverg være igjen, dømt til langsomt å slukne.

8 Kilder Damms store Atlas over Universet av Leopoldo Benacchio, oversatt av Kristian Østberg. Verdensrommet, en visuell guide til astronomi av Mark A. Garlick, oversatt av Knut Jørgen Røed Ødegaard. Bildene er hentet i fra: