Astronomi
 – några reflexioner

av Sven Skåraeus

 

Arbetsförhållandena för en astronom är säregna – alla hans objekt befinner sig långt borta därute oåtkomliga i rymden. En fysiker har det däremot enklare – han kan göra sina experiment i ett laboratorium. Arbetsverktyget för en astronom är att observera – ljuset från stjärnorna bär den information han kan analysera och registrera. Tidigare användes kikare och teleskop för analys av det synliga ljuset. Detta är ju en del av det elektromagnetiska spektrum som sträcker sig från radio – långvåg, mellanvåg, kortvåg, TV, mobiltelefoni över till UV (ultraviolett) till synligt ljus över till IR (infrarött) och vidare till röntgen och gammastrålning. Instrument har nu utvecklats som kan verka inom hela det elektromagnetiska spektrat.

 

Verktyg

Radiospaning har blivit en viktig del av astronomens verktyg. Ute i rymden finns det jättelika gasmoln av väte. Väte består av en atomkärna med en proton och en elektron som kretsar runt kärnan.

  Enligt läran om materiens minsta beståndsdelar – kvantmekanik – har elektronen ett spinn – den snurrar kring sin axel men kan endast ha två ”snurrlägen” (kvanta). Skifte av läge motsvarar en energiändring som yttrar sig som en radiosignal med våglängden 21,1 cm. Som uppsnappas av jättelika antenner – diameter från 30 meter upp till 300 meter (Puerto Rico). Med denna metod kan astronomen kartlägga stora områden av universum. (En motsvarande teknik används inom sjukvården. Här utnyttjas motsvarande spinn hos vätets atomkärna i en magnetkamera för datortomografi för bland annat undersökning av hjärnan.)

  Observationer av den elektromagnetiska strålningen innebär dock problem. Jorden är omgiven av en atmosfär som kraftigt dämpar strålningen. Samtidigt utgör ljus från all bebyggelse ett störande moment. Man tvingas ut i rymden. Tidigare ballonger och flygplan; nu satelliter (Hubble Space Telescope är det mest kända).

 

Förr och nu

Förr satt astronomen nattetid vid sin kikare – det har sagts mig att han för att dämpa kylan hade groggen inom bekvämt räckhåll. Idag sänder man ett meddelande till Chile där det finns ett antal observatorier i en utmärkt miljö utan störande faktorer. I meddelandet anger han sina önskemål. Där nere finns det astronomer som utför uppdraget och rapporterar resultatet via satellit till en central i München som för budskapet vidare till astronomen. Han sitter sedan i godan ro i värmen och studerar resultatet i sin dator. Hela denna situation har medfört att observatoriet i Saltsjö-baden – en gång toppmodernt – har spelat ut sin roll. Planer finns att flytta verksamheten till Roslagstull/Frescati där man med fysikum skall bilda ämnesområdet astrofysik.

 

Det är långt härifrån och dit, sa´ gumman när hon titta´ på månen.

Avstånden till stjärnorna är oerhört stora – ofattbara för människan. För att bekvämt kunna hantera de ofantligt stora talen använder sig astronomen av ljuset som avståndsmätare. Helt enkelt den tid det tar för ljuset att gå en viss sträcka. Ljuset har hastigheten 300 000 km/sek. På en sekund går ljuset 7 varv runt jorden och på ett år 200 millioner varv. Den närmast belägna stjärnan – Proxima Centauri – ligger 4,3 ljusår bort eller 4 x 1013 km. Med dagens rymdfarkoster skulle det ta hundratusentals år att åka dit, och så kanske man vill tillbaka också.

  För att göra de väldiga avstånden begripliga har turistorgani-sationen Stockholm Information Service byggt upp en modell av vårt solsystem – Sweden Solar System. Man har skalat ner solsystemet 20 millioner gånger. Solen blir då stor som Globen. Planeterna har sedan placerats ut följdriktigt. Venus kommer vid KTH, Valhallavägen och är ett klot med diametern 62 cm. Jorden som ett klot om 65 cm kommer vid Cosmonova/Riksmuseet. Vår största planet – Jupiter – återfinns vid Arlanda och är ett klot om 7 meter. Sedan följer övriga planeter med Pluto längst bort vid Delsbo. Pluto är endast 12 cm stort. Men vår närmaste stjärna – Proxima Centauri – var hamnar den? Ja inte någonstans på vårt jordklot. Den hamnar trots nedskalningen på det ofattbara avståndet 2,5 miljoner km från Globen! Jämför med det oskalade avståndet till månen som är 384 000 km.

 

Finns liv?

Efter dessa allmänna synpunkter på fenomenet astronomi skall vi studera två problemområden som alltid är fängslande – finns det liv ute i universum? Och vad händer med vårt solsystem i det långa tidperspektivet?

  Otaliga är idéerna, historierna om utomjordiskt liv – gröna män, UFO, varelser med ett öga i pannan etc. Men alla har mänskliga drag – vi har ingen aning om hur de eventuellt ser ut och ej fantasi att frigöra oss från människan.

  Först kan vi sätta upp villkor för liv:

Följande förutsättningar har formulerats:

¤ Tillgång till vatten i flytande form.

Jorden har haft tur. Befinner sig på lagom avstånd från solen. 10-15 % närmare solen ligger Venus, där marktemperaturen är upp till +500o C med en atmosfär av koldioxid med inslag av svavelsyra. 10-15 % längre bort ligger Mars, där temperaturen är –100o C för att stundtals komma upp till +/- 0o C och ingen atmosfär.

¤ Energi. Från solen.

¤ Viktiga ämnen såsom kol, syre, kväve, etc som bygger upp vår organism.

  Man har diskuterat andra lösningar exempelvis metan i stället för vatten, kisel i stället för kol men det torde ej innebära några större skillnader.

  Medeltemperaturen på jorden är cirka +18o C som en följd av en naturlig växthuseffekt. Utan den skulle temperaturen vara –18o C d v s radikalt andra levnadsbetingelser. Nu håller människan på med en ökning av växthuseffekten som kan få ödesdigra följder.

  Ett säreget experiment har gjorts. Vattenånga har blandats i ett kärl, där det fanns koldioxid, väte och kväve. Elektriska kretsar gav gnistbildning. Resultatet blev att efter en viss tid erhölls en organisk soppa lika med förutsättningar för bildande av levande organismer. Man anser att detta fenomen kan äga rum var som helst – ej enbart på jorden – där elektriska urladdningar sker (blixtar).

 

Nåväl, finns det något liv därute?

Man skall således leta efter stjärnor som omges av en eller flera planeter där liv antas finnas (d v s något som liknar vårt solsystem).

  Man kan inte se något genom att titta genom kikare på en stjärna. Dess ljus är alldeles för starkt – eventuella planeter syns inte. (En brittisk astronom har nyligen rapporterat att han sett en skugga (förmodligen en planet) passera över en stjärna. Stjärnljuset skulle således temporärt minska under passagen. Det är nog riktigt – han hade stor tur.)

  Nej, man måste tillgripa andra metoder. Man har två: radiolyssning och observation av en stjärnas rörelse.

  I USA driver man projektet Phoenix där speciella radiomottagare inom frekvensområdet 1000-3000 MHz avsöker ett tusental stjärnor. Frekvensområdet är valt därför att jordens atmosfär här ej har så stor dämpande effekt (det s k vattenhålet). Bandbredden är endast 1 Hz d v s mängder med kanaler. Man söker över frekvensområdet med rasande hastighet. Detta har pågått i flera år – inte ett pip har hörts!

  Samtidigt kan vi konstatera att vi sprider radiosignaler ohämmat ut i rymden. Det har ju pågått en 50-60 år – allt går ut: TV, mobiltelefon, radio etc. På stjärnan Proxima kan det sitta någon och titta på rederiet – men han får nöja sig med 1995 års program – det tar mer än fyra år för TV-signalen att nå fram.

  Nästa metod i vårt letande efter utomjordiskt liv är att studera stjärnornas rörelser. Stjärnor ligger inte stilla, alla är under förflyttning om än så långsamt att vi ej kan direkt observera det. Stjärnbilderna i Djurkretsen har idag visst utseende. I en forntid uppvisade de helt andra former och kommer om 100 000-tals år att ha helt avvikande utseende. Men om en stjärna omges av en planet som roterar runt stjärnan kommer stjärnans framåtriktade rörelse ej att vara rak – resultatet blir en vaggande rörelse. Genom att observera stjärnor under flera år har men hittat sådana som vaggar fram. Genom mätningar och lagar från Kepler/Newton kan man räkna ut data för stjärnornas planet. Hittills har man hittat inemot ett fyrtiotal stjärnor omgivna av en eller flera planeter. Finns det liv på dessa? – Man vet intet. Vissa planeter ligger för nära sin stjärna – hett och strålningsfarligt. Andra för långt borta – alldeles för kallt.

  Men jakten går vidare. Om några år skall ett helt koppel satelliter skickas upp (projekt Darwin) för en mer intensiv spaning.

  Ännu har man inte hittat det minsta spår för liv ute i universum. Frågar man en astronom som sysslar med denna spaning om liv därute blir svaret: - Ja, om liv definieras som något från en encellig organism och stegvis uppåt mot mer avancerade former.

 

Astronomisk framtid

Till slut något om det vidare ödet för vårt solsystem.

  Om man tittar upp mot himlen en klar mörk natt ser man ett ljusare band längs himlen. Det är galaxen Vintergatan (Galax är samlingsordet för en ansamling av stjärnor. Vintergatan anses inrymma mer än 400 milliarder stjärnor.) Vår sol är en liten obetydlig stjärna i Vintergatan. Den ligger cirka 25 000 ljusår från Vintergatans centrum. Hela Vintergatan roterar och solen med alla planeterna (jorden o s v) följer med i rotationen. Det går undan – 250 km/s, men ändå tar det 250 miljoner år att fullborda ett varv. Hittills har vi snurrat cirka 20 varv.

  Solen har varit i funktion cirka 5 milliarder år och halva dess liv har passerat. I solens centrum sker en kärnreaktion. Väte förbrinner till helium vid en temperatur om 15 miljoner grader. Men det är ingen vanlig brasa. Det går åt 600 000 000 000 kg väte per sekund!!! Det helium som bildas väger något mindre och skillnaden blir energi enligt Einsteins formel E = mc2  - energi som kommer oss tillgodo som solsken. Men vätet kommer att ta slut om cirka 3 milliarder år. I solens kärna finns då enbart helium. Förbränningen sker då längre ut från kärnan och är inledningen till en serie dramatiska händelser. Solen sväller upp – blir en jättestjärna så stor att jorden förintas och kan komma att slukas av solen. Det hela slutar med en våldsam explosion – en planetarisk nebulosa har bildats med resterna av solen i mitten nu i form av en så kallad vit dvärg. Den vita dvärgen – före detta vår sol – är en klump ej större än vår jord och oerhört hoppressad. Det beräknas att en volym svarande mot en sockerbits storlek kommer att väga tusentals ton. Dvärgens yttemperatur kan uppgå till 100 000o C. Men ingenting underhåller värmen – ingen kärnreaktion i dvärgens inre. Efter kanske flera hundra milliarder år har dvärgen svalnat till en iskall klump. Som man tror idag kommer vårt universum att gå mot en total död – svarta (tidigare vitare) dvärgar, supernovor, svarta hål. En engelsk forskare, Stephen Hawking, har framkastat teorin att vissa små svarta hål är som maskhål. Man kan krypa in i dem och komma ut på andra sidan till ett helt nytt universum. Bättre än vårt?!

Sven Skåraeus(1999)
(rev 2000-05-03)

Kommentar om Pluto mm från Björn Sölving:
- Sven skriver att Pluto ( i Sweden Solar System) ligger i Delsbo.
- Här kan du läsa mer om Sweden Solar System.
- Titta in hos NASA:  www.stsci.edu