Universet starten på alt vi kjenner til

Transkript

1 Kapittel 4 Universet starten på alt vi kjenner til Svar på oppgaver Kan det aller minste bli enda mindre?? LES OG SVAR 4.1 Universets alder er 13,7 milliarder år. 4.2 Big Bang er den mest anerkjente teorien om universets fødsel. 4.3 Ifølge Big Bang-teorien var alt stoff pakket sammen i en prikk ved universets fødsel. Så begynte universet å utvide seg med en enorm fart (Big Bang det store smellet). Noen hundre tusen år etter Big Bang besto universet av enorme skyer av de to gassene hydrogen og helium. Tyngdekraften førte til at skyene trakk seg sammen og ble mer kompakte. Men først etter 400 millioner år ble gasskyene så tettpakkete at de dannet de aller første stjernene. I stjernene ble det dannet nye og tyngre grunnstoffer fra hydrogen og helium i store stjerneeksplosjoner (supernovaer). Etter hvert ble det dannet galakser. Vårt solsystem er omtrent 4,6 milliarder år gammelt. Universet utvider seg fortsatt. 4.4 Observasjoner som støtter Big Bang-teorien: Lyset fra galakser viser at de beveger seg bort fra oss universet utvider seg. Massen i universet består av 75 % hydrogen, 24 % helium og 1 % andre stoffer. Dette samsvarer godt med Big Bang-teorien, som sier at det ble dannet 80 % hydrogen og 20 % helium under det store smellet. Store stjerner har seinere smeltet om noe hydrogen og helium til tyngre stoffer. Universet er fylt med kosmisk bakgrunnsstråling, som er rester av stråling fra den tidlige perioden da universet ble noe avkjølt (til 3000 grader). 4.5 Steady State er en annen teori om universets utvikling. Også ifølge denne teorien eser universet ut, men det har ingen begynnelse og slutt. Og når stjerner og planeter beveger seg fra hverandre, blir nytt stoff dannet for å fylle tomrommene som oppstår. Forutsetningen for denne modellen er at universet i stor skala er likt overalt og til alle tider. 4.6 En galakse er en samling av stjerner, støv og gasser. Nova 8 UNIVERSET STARTEN PÅ ALT VI KJENNER TIL 1

2 4.7 Vår galakse heter Melkeveien. 4.8 Massen i universet består av i dag av 75 % hydrogen, 24 % helium og 1 % andre stoffer million = = milliarder = = De første stjernene ble dannet ved at enorme gasskyer av hydrogen og helium trakk seg sammen og ble mer kompakte. Men først 400 millioner år etter universets fødsel ble gasskyene så tettpakkete at de dannet de aller første stjernene Stjernene ble først bygd av enorme gasskyer som etter hvert ble mer tettpakkete (se oppgave 4.10). Etter hvert kunne nye stjerner bli lagd av stjernestøv, som er rester etter supernovaeksplosjoner store stjerneeksplosjoner Eksempler på at tyngdekraften virker: Den holder meg nede på bakken, og slipper jeg læreboka utfor bordkanten, så faller den ned Det kalles en supernova når en stjerne som er mer enn åtte ganger større en sola, eksploderer. Før eksplosjonen trekker stjernen seg sammen, det blir veldig varmt inni den, og trykket øker voldsomt. Nå blir hydrogen og helium smeltet om til andre, tyngre grunnstoffer. Stjernestøv er restene etter slike eksploderte stjerner. Det blir brukt til å bygge opp nye stjerner, planeter og alt annet i universet Alle grunnstoffene i universet kommer fra stoff som opprinnelig besto av skyer av hydrogen og helium. De dannet etter hvert stjerner, og når stjerner eksploderte (supernovaer), ble det dannet nye grunnstoffer Stjernestøv er restene etter supernovaer, som er eksploderende superstjerner. GJØR OG LÆR 4.16 Elevene skal lage ristet brød ved å lage en solvarmer av aluminiumsfolie. DISKUTER 4.17 Elevene skal sammenlikne ulike religiøse skapelsesberetninger som de kan søke informasjon om på nettet eller i oppslagsverk Elevene skal diskutere hvorfor sola og månen ser omtrent like store ut fra jorda. Kan avstandene til dem ha betydning? Nova 8 UNIVERSET STARTEN PÅ ALT VI KJENNER TIL 2

3 GÅ VIDERE 4.19 Elevene skal søke informasjon om Edwin Hubble, amerikansk astronom og kosmolog Elevene skal finne ut hva menneskene har brukt stjernehimmelen til tidligere, for eksempel til navigasjon etter stjernene, å bruke stjernebilder i astrologisk sammenheng (stjernetyding), å avgjøre hvilken årstid det var, bestemme lengden på året, månedene, m.m Oppdagelser og teorier i astronomien som har skapt sterke reaksjoner: For eksempel: Aristoteles jorda er kuleformet; Aristarkhos og Kopernikus sola var verdens midtpunkt (det heliosentriske verdensbildet), ble støttet av Galileo som ble straffet av Kirken fordi han gikk mot Kirkens syn; Hipparkhos bestemte årets lengde; Ptolemaios det geosentriske verdensbildet; Giordano Bruno hevdet at universet er uendelig, og at stjernene er soler; Johannes Kepler planetenes bevegelser Universets opprinnelse og utvikling: Noen ideer kan være å se på ulike religioners forklaringer, syklisk univers (Big Bang blir til Big Crunch), strengteori blir noen ganger kalt en «teori for alt». Minn elevene på viktigheten av kildehenvisninger og vurdering av kildenes pålitelighet Tyngdekraft er det samme som gravitasjon. Tiltrekningskraft som virker mellom alle legemer, store og små. Jo større legemer den virker mellom, desto sterkere er den. Eksempler på tyngdekraften: Den gjør at en stein du holder i hånden, faller nedover når du slipper den, den gjør at vi ikke letter fra jorda og forsvinner ut i verdensrommet, den gjør at jorda går i bane rundt sola, og at månen går i bane rundt jorda. Det virker tyngdekrefter mellom mennesker også, men de er for svake til at vi merker dem. Én stjerne og åtte planeter? LES OG SVAR 4.24 Sola er omtrent 4,6 milliarder år gammel. Den vil leve i rundt 5 milliarder år til Mot slutten av livet vil sola ese ut og bli til en kjempestor gassky som vil sluke de tre innerste planetene (Merkur, Venus og Tellus (jorda) Inni sola er det 15 millioner grader, og på overflaten er temperaturen «bare» 5500 varmegrader En fusjon er en sammensmelting av to lette atomkjerner til en tyngre under frigjøring av store mengder energi. Et eksempel er hydrogen som smeltes om til helium på sola Det er åtte planeter i vårt solsystem I 2006 bestemte verdens astronomer at Pluto var for liten til å kunne kalles en planet, og Pluto hadde heller ikke en typisk planetbane rundt sola. Pluto ble i stedet kalt en dvergplanet. Nova 8 UNIVERSET STARTEN PÅ ALT VI KJENNER TIL 3

4 4.30 Planetene i solsystemet vårt er (fra nærmest sola og utover): Merkur, Venus, Tellus (jorda), Mars, Jupiter, Saturn, Uranus og Neptun Jorda kalles Tellus Mars kalles den røde planeten Det er fire gassplaneter i solsystemet vårt: Jupiter, Saturn, Uranus og Neptun Uranus kalles en iskjempe Viktige forskjeller mellom jorda og de andre planetene: At det er vann på jorda, at det bor mennesker her, at det ikke er for varmt eller for kaldt for oss her, at det er oksygengass her, at vi har en atmosfære som beskytter oss mot stråling fra verdensrommet og sola, og at lufttrykket ikke er for høyt Solformørkelse: Inntreffer når månen kommer mellom jorda og sola månen skygger for sollyset. Se den øverste figuren i oppgave 4.51 i elevboka. Måneformørkelse: Skjer når jorda kommer mellom månen og sola jorda skygger for sollyset. Se den nederste figuren i oppgave 4.51 i elevboka Asteroide: Er et himmellegeme som består av stein og metall, er mindre enn planetene, men større enn 10 meter i diameter, og går i bane rundt sola. Komet: Himmellegeme som i hovedsak består av is, men inneholder også støv og stein, er mindre enn planetene, men større enn 10 meter i diameter, går oftest i elliptiske baner rundt sola. Meteor: Er en meteoroide som har kommet inn i jordas atmosfære. Meteorer brenner som oftest opp i atmosfæren før de treffer bakken. Meteoroide: Er et sandkorn eller en større stein (men mindre enn 10 meter i diameter) som går i bane rundt sola. Meteoritt: Er en meteor som har falt ned på bakken på jorda «Stjerneskudd» er meteorer som vi kan se brenne i atmosfæren Fram til januar 2014 er det funnet 15 vitenskapelig godkjente meteoritter i Norge Den største meteoritten i Norge ble funnet i Alta i 1902, og den veier nesten 80 kg En planet går i bane rundt sola, mens en satellitt er et himmellegeme som går i bane rundt en planet. Månen er en satellitt som går rundt jorda En kunstig satellitt er et himmellegeme som vi mennesker har skutt opp, for eksempel en satellitt som går i bane rundt jorda og overfører tv-signaler GPS (Global Positioning System) er et satellittbasert navigasjonssystem/posisjonssystem. Nova 8 UNIVERSET STARTEN PÅ ALT VI KJENNER TIL 4

5 GJØR OG LÆR 4.44 Elevene skal bygge en modell av solsystemet Tid = strekning : hastighet Reisetid når månen er nærmest jorda: km : km/t = 8,9 t = 8 t 54 min Reisetid når månen er lengst unna jorda: km : km/t = 10,2 t = 10 t 12 min 4.46 Elevene skal ved hjelp av en rund gjenstand (ball, eple) vise hvordan sola kan stå 42 år på rad over horisonten på nordpolen til Uranus. Aksehelningen er på nær 98 på Uranus, og dermed «ligger» planeten i banen, og vinkelen mellom polene og banen er nesten null. Dette gir årstidsvariasjoner som er helt forskjellige fra det vi finner på andre store planeter. En av polene vender inn mot sola i 42 år, mens den andre vender bort i det samme tidsrommet. Bare en smal stripe ved ekvator har en slags dag og natt. Etter 42 år «bytter» de to polene, slik at hver pol har rundt 42 år med sammenhengende sollys fulgt av 42 år med sammenhengende mørke. DISKUTER 4.47 Elevene skal finne informasjon om kunstige satellitter og diskutere nytten vi har av dem. GÅ VIDERE 4.48 Elevene skal lage en oversikt over planetene våre og lage en presentasjon av én av dem Elevene skal finn informasjon for å lage en historisk oversikt over når og hvordan planetene i solsystemet vårt ble oppdaget Atomer med samme antall protoner i kjernen er samme grunnstoff. Dersom to atomer har samme antall protoner, men forskjellig antall nøytroner i kjernen, er de isotoper. Hydrogen har tre isotoper. De har alle ett proton og henholdsvis ingen, ett og to nøytroner i kjernen. De tre hydrogenisotopene har fått egne navn: Protium («vanlig hydrogen»): 1 proton og ingen nøytroner i kjernen. Utgjør 99,985 % av naturlig hydrogengass. Deuterium: 1 proton og 1 nøytron i kjernen. Utgjør 0,015 % av naturlig hydrogengass. Tritium: 1 proton og 2 nøytroner i kjernen. Er en radioaktiv isotop som ikke fins i naturlig hydrogengass. Helium har to naturlige isotoper. Disse har to protoner og henholdsvis ett og to protoner i kjernen. Nova 8 UNIVERSET STARTEN PÅ ALT VI KJENNER TIL 5

6 4.51 Tegning a) viser en solformørkelse, der månen befinner seg mellom sola og jorda, og skygger for sollyset. Tegning b) viser en måneformørkelse, der jorda kommer mellom sola og månen, og skygger for sollyset Elevene skal søke informasjon om en komet, og skrive en artikkel om den Elevene skal finne data om varigheten av et døgn på Merkur. Merkur snurrer rundt seg selv veldig sakte i forhold til jorda Geostasjonære satellitter går i bane rundt jorda akkurat like fort som jorda snurrer. Det ser derfor ut som om de står helt i ro på himmelen. Disse satellittene kretser i en høyde på nesten kilometer over bakken Navigasjon er læren om å finne veien på havet, i lufta og på land. Tidligere navigerte man etter stjernene. Nå bruker vi helst satellitter og GPS-stasjoner, men også kart og kompass Elevene skal finne ut mer om satellitter som blir brukt til navigasjon i ulike systemer Elevene skal lage en oversikt over hjelpemidler som ble brukt til navigering før en tok i bruk GPS. Hvordan vet vi så mye om universet?? LES OG SVAR 4.58 Forskerne har fått kunnskap om universet ved hjelp av teleskoper, analyse av stråling fra verdensrommet og bruk av romfartøyer (satellitter, romsonder, romteleskop, romferder) Astronomen Nikolaus Kopernikus ( ) regnes som grunnleggeren av det heliosentriske verdensbildet, som setter sola i sentrum, og der jorda beveger seg rundt sola. Astronomen Galileo Galilei ( ) regnes som oppfinneren av teleskopet, og han støttet det heliosentriske verdensbildet til Kopernikus De to forskerne oppdaget den kosmiske bakgrunnsstrålingen Lys er den delen av det elektromagnetiske spekteret som vi kan se med øynene våre. Vi kan beskrive lys som stråler, bølger eller partikler (fotoner) Lyset bruker åtte minutter fra sola til oss på jorda. Fra månen til jorda bruker lyset 1,25 sekunder. Nova 8 UNIVERSET STARTEN PÅ ALT VI KJENNER TIL 6

7 4.63 Et lysår er den avstanden lyset går på ett år. Ett lysår er omtrent km = 9460 milliarder km = 9, km 4.64 Avstanden fra oss og til sentrum av vår galakse, Melkeveien: lysår 4.65 Et stjernebilde er den figuren vi får når vi tegner linjer mellom stjernene i en gruppe Polarstjernen (Nordstjernen, Stella polaris) viser hvor nord er på himmelen Polarstjernen er en del av stjernebildet Lillebjørn Astronomi er vitenskapen om himmellegemene og verdensrommet. Astrologi er læren om den påståtte sammenhengen mellom livet på jorda og bevegelsene til himmellegemene. Astronomi er vitenskap, astrologi er tro Oppskytingen av den sovjetiske satellitten Sputnik i 1957 regnes som starten på den moderne romforskningen Det første bemannete romfartøyet, Vostok 1, ble skutt opp 12. april Om bord var den sovjetiske kosmonauten Jurij Gagarin En romsonde er et ubemannet fartøy med utstyr for å utforske omgivelsene i verdensrommet Romsondene Voyager 1 og 2 har med seg gullplater som inneholder bilder, lyder og musikk fra jorda. Vi har sendt dem ut i verdensrommet med håp om at det fins skapninger der ute som kan finne dem og lære om oss. Det er også en beskrivelse av hvor i universet vi befinner oss Funn av små, runde steiner på Mars kan tyde på at det har vært rennende vann der en gang ISS er den internasjonale romstasjonen som går i bane rundt jorda. Romstasjonen bruker halvannen time per runde. Nova 8 UNIVERSET STARTEN PÅ ALT VI KJENNER TIL 7

8 GJØR OG LÆR 4.75 Et lysår er lengden lyset går på ett år: cirka km = m = 9, m 4.76 a) 300 millioner meter = m = km b) km = km = km c) strekning = fart tid som gir tid = strekning : fart Tiden lyset bruker fra sola til jorda: 150 millioner kilometer : 300 millioner meter sekund = km : km/sekund = 500 sekunder = 8 minutter 20 sekunder d) Antall sekunder i ett år: = 3, Avstanden lyset tilbakelegger på ett år: km/s 3, s = 9, km = 9500 milliarder km 4.77 Ett lysår tilsvarer omtrent 9500 milliarder km. 4,3 lysår tilsvarer 4, milliarder km = km = 4, km = 4, km 4.78 Det fins en rekke gratis apper til smarttelefoner. Her er noen forslag: Google Sky Map Android: ios: Sky View ios: Star Chart Android ios: Planets ios: Night Sky Lite Android: ios: Last ned en av appene og bruk den til å orientere deg på stjernehimmelen en mørk kveld. Horisonten er vanligvis tegnet inn som en horisontal strek. Nova 8 UNIVERSET STARTEN PÅ ALT VI KJENNER TIL 8

9 Oppgaver 1 Forsøk å finne ut hvilke planeter som ligger under horisonten, og hvilke som ligger over. 2 Bruk appen til å finne noen kjente stjernebilder på himmelen. Noter navnene og i hvilken himmelretning de ligger. 3 Hvis det er mulig i appen du har lastet ned, forsøk å finne ut hvordan stjernehimmelen vil se ut om en uke eller en måned, eller på bursdagen din. Alternativt kan disse oppgavene løses ved hjelp av et virtuelt planetarium som kan finnes på internett med hvilken som helst enhet. Søk etter «virtual planetarium». DISKUTER 4.79 Elevene skal diskutere hvordan de best kan designe en romstasjon UFO = uidentifisert flygende gjenstand (engelsk: unidentified flying object) Elevene skal diskutere om en UFO skyldes naturlige årsaker, eller om det er et romskip. Oppgaven gir mulighet til å diskutere både pålitelige kilder og vitenskapelig metode Elevene skal diskutere for og imot astrologi som vitenskap Elevene skal finne og diskutere ulike horoskoper. GÅ VIDERE 4.83 Elevene skal finne ut mer om Kopernikus og Galilei og lage en fortelling med bilder om dem Elevene skal tegne tre stjernebilder og sette navn på dem Elevene skal finne informasjon om de første kunstige satellittene som ble skutt opp Elevene skal lage en oversikt med informasjon om kunstige satellitter som brukes i dag Elevene skal lage en oversikt med bilder av viktige historiske begivenheter i moderne romforskning Tyngdekraften er en kraft som et legeme trekker deg ned med. Jo større legemet er, desto større er tyngdekraften. Tyngdekraften på jorda er seks ganger så stor som tyngdekraften på månen. Vi kan tenke oss at du veier deg på en badevekt på jorda, og den viser 60 kg. Så flytter du deg og badevekta til månen. Månen vil da trekke deg ned mot badevekta med en tyngdekraft som bare er én sjettedel av tyngdekraften på jorda. Vekta vil derfor vise 60 kg ¼ = 10 kg på månen Elevene skal finne informasjon om en romsonde og skrive en kort fortelling. Nova 8 UNIVERSET STARTEN PÅ ALT VI KJENNER TIL 9

10 4.90 Elevene skal søke nyere informasjon om romsonden Curiosity Elevene skal finne data om hvor i Norge det blir drevet romforskning, og hva de forsker på der. Nettstedene romsenter.no, sarepta.org og narom.no har opplysninger om dette Alfa Centauri er et stjernesystem av tre stjerner, og er solas nærmeste nabostjerner i Melkeveien. Stjernen Proxima Centauri er den aller nærmeste av de tre. Vi kan ikke kan se noen av Centauri-stjernene fordi de bare er synlige fra den sørlige halvkule. Hvis vi på den nordlige halvkule peker i retning av disse stjernene, vil vi se at jorda er i veien og gjør det umulig å se dem Elevene skal finne data om andre galakser Elevene skal finne artikler om romforskning og verdensrommet på nettsidene til Nysgjerrigper, og så lage en PowerPoint-presentasjon om temaet Elevene skal skrive en science fiction-fortelling. Begrepet science fiction kommer fra engelsk og betyr «vitenskapsdiktning». Det er fantastiske fortellinger som ofte skildrer en tenkt framtid som bygger på en videreutvikling av tekniske oppfinnelser. Nova 8 UNIVERSET STARTEN PÅ ALT VI KJENNER TIL 10