himmel - hefrandsen.dk · kapitel 2 · himmel og jord per stjernen til måske en tusindedel af sin...

Himmel KA

PITE

L 2

og jord � FRA UNIVERSET TIL DIG

� VIND OG VEJR

� JORDEN UNDER DIG

� FRA DIG TIL ATOMERNE

� CAFE KOSMOS: SORTE HULLER OG MØRKT STOF

Vores hverdag beskrives med længder fra millimeter til kilometer,med tider fra sekunder til år og med masser fra gram til ton. Menuden for Jorden og inde i dig findes størrelser, der ikke kan målesog forstås ud fra det, vi er vant til i det daglige.Ser vi ind i atomernes verden, finder vi masser, som i kilogram erså små, at der er 30 nuller efter kommaet. Og ser vi ud i Universeter der afstande, som skrevet i meter har 25 cifre. Lyset fra galaksenpå billedet har været mere end 1 000 000 000 000 000 sekunderom at nå ned til os.

Hvad er Big Bang?

Hvorfor er Jordens indre glødende?

Hvor langt er der til Solen?

Hvorfor føles det koldere om vinteren, når det blæser?

Hvad er en gejser?

Hvorfor drejer luften rundt om et sted med lavtryk?

Hvad er kontinentaldrift?

29

KAPITEL 2 · HIMMEL OG JORD

Fra Universet til dig Når man om natten kigger op mod himlen uden at bruge kik-kert, kan man se mere end tusind stjerner. Det er dog kun enmeget lille del af Universets mange stjerner, for der findes mil-liarder af galakser, dvs. store samlinger af stjerner, hver medmilliarder af stjerner. Og omkring mange af disse stjernerkredser planeter, nogle måske som vores Jord.

Det hele begynder Undersøger man lyset fra fjerne galakser, viser det sig, at de allebevæger sig væk fra os. Det kan man se på lyset, der ændrerbølgelængde, dvs. farve, når galaksen bevæger sig. Det kaldesdopplereffekten. Det er den effekt, som får lyden fra en ambu-lance, der kører forbi, til at ændre frekvens, dvs. tone. Men nåralt bevæger sig væk fra os, må det tidligere have ligget tætteresammen.

Astronomerne er i dag enige om, at Universet opstod for13,7 milliarder år siden. Denne skabelse har fået navnet BigBang. Fra et mikroskopisk lille univers er der siden sket en fort-sat udvidelse. Alt det, der i dag er galakser, stjerner og plane-ter, stammer fra den energi, som på en eller anden måde blevudløst ved Big Bang.

Hvor kommer atomerne fra? Få sekunder efter Big Bang, blev de første atomkerner dannet.Og efter bare 10 minutter var dannelsen af atomkerner slut.Der fandtes næsten kun hydrogen- og heliumkerner, der er deto første grundstoffer i det periodiske system.

Der gik nu omkring 400 millioner år, inden de første stjer-ner blev dannet som “klumper” af hydrogen og helium. Nårdisse klumper blev tilstrækkelig store, steg temperaturen imidten så meget, at to atomkerner, der ramte hinanden,kunne smelte sammen og blive til en større kerne. Der blev påden måde dannet kerner af grundstoffer med et højere num-mer i det periodiske system. Gennem mange millioner år blevder nu dannet tungere kerner i stjernernes indre. Ved dennedannelse udvikledes energi, som fik stjernerne til at lyse.

Når en stor stjerne, en sol, bliver gammel og har brugt sinenergi, kan den falde sammen. I løbet af få sekunder skrum-

30

Guldet i øreringene er skabt i de få sekunder

for mange milliarder år siden, da en stjerne

faldt sammen i en supernovaeksplosion.

Big Bang på fjernsynsskærmen Undertiden kan man på tv-skærmen se en

masse tilfældigt blinkende pletter. De kom-

mer, når fjernsynet er indstillet på en kanal,

som ikke sender. Mange af pletterne er

rester af lys fra dengang, Universet kun var

400 000 år gammelt. På det tidspunkt havde

Universet udvidet sig så meget, at der var

plads mellem atomerne til, at lys kunne

bevæge sig. Universet blev gennemsigtigt.

Dette ”gamle lys” har i dag en farve, der

ikke kan ses med øjnene. Lyset har nu

samme bølgelængde som fjernsynssignaler.

Det er ved at se på Universet med instru-

menter, der kan måle disse bølgelængder, at

astronomerne har bestemt den tid, der er

gået siden Big Bang.


per stjernen til måske en tusindedel af sin oprindelige stør-relse. Efter denne sammentrækning følger en voldsom eksplo-sion. På kort tid udsendes samme mængde energi, som stjer-nen har udsendt i hele sit foregående liv på måske en milliardår. Den eksploderende stjerne kaldes en supernova.

Supernovaeksplosioner er sjældne i Mælkevejen, den ga-lakse Jorden befinder sig i. Her har der været kun været fåsupernovaer, som kunne ses uden kikkert. De seneste harværet i 1054, 1181, 1574 og 1604.

Ved en supernovaeksplosion bliver der så varmt i stjernensindre, at mange atomkerner “smelter sammen” til større. Alledet periodiske systems tunge grundstoffer dannes således i løbetaf meget kort tid. De fleste af disse stoffer slynges ud i omgi-velserne som støv, der senere kan blive en del af nye stjerner.

Få minutter efter Big Bang dannedes de lette grundstofferhydrogen og helium. Alle andre grundstoffer kommer frastjernerne. Det er underligt at tænke på, at alle metaller her påJorden er dannet i stjerner, der er forsvundet længe inden,vores stjerne, Solen, blev dannet. Guld og andre tunge grund-stoffer er dannet i det korte øjeblik, hvor der sker en superno-vaeksplosion.

Mange af de stoffer, der blev dannet ved denne eksplosion,var radioaktive. De radioaktive stoffer, man finder på voresJord, blev skabt i en stjerne, der eksploderede, længe inden Sol-systemet opstod.

Astronomiske afstandeI hverdagen kan næsten alle fænomener beskrives med afstan-de mellem millimeter og kilometer. Men disse enheder slårslet ikke til, når man begiver sig ud i Universet. Astronomernebruger to længdeenheder, en astronomisk enhed og et lysår.

En astronomisk enhed er afstanden fra Solen til Jorden.Den længdeenhed benyttes, når afstande i Solsystemet skalbeskrives. Afstanden fra Jorden til Månen er 0,0026 astrono-miske enheder. Afstanden fra Solen til den fjerneste planet,Neptun, er 30 astronomiske enheder.

Et lysår er den afstand, lyset bevæger sig på et år. ISolsystemet er det ikke en fornuftig enhed. Fra Månen tilJorden bruger lyset kun 1,3 sekund, mens sollyset når os pålidt over 8 minutter.

31

Tycho BraheTycho Brahe, dansk astronom (1546-1601).

Brahe beskrev supernovaen fra 1574 og viste,

at den lå langt uden for Solsystemet. Gennem

mange år foretog Brahe målinger af Mars’

position. Målingerne var med til at vise, at

Solen er centrum i Solsystemet.

Den astronomiske enhed og lysåretEn astronomisk enhed er Jordens gennem-

snitlige afstand fra Solen. Afstanden er

150 millioner kilometer eller 150 · 109 m.

Jordens omkreds er 40 000 km. Det er

næsten 4000 gange mindre end afstanden

til Solen.

Et lysår er den længde lyset bevæger

sig på et år. Et lysår er 9,5 · 1015 m. Det er

ca. 60 tusind astronomiske enheder.

Sommer

SolenVinter


Afstanden til stjernerneLukker man skiftevis det ene og det andet øje, ser man lidtforskellige billeder. Man ser på tingene i lidt forskellige ret-ninger. Denne retningsforskel kan bruges, når afstanden tilen stjerne skal findes. Fordi Jorden bevæger sig rundt omSolen, er retningen til en stjerne lidt forskellig, når astrono-mer med et halvt års mellemrum ser mod den.

Forskellen i retningen er ikke stor. Den danske astronomTycho Brahe mente ikke, at Jorden kunne bevæge sig rundtom Solen, fordi hans målinger ikke viste en retningsforskel tilstjernerne. Brahe havde i 1590 ikke nogen kikkert. Det fikman først i 1609. Ingen kunne dengang tro, at stjernerne lå sålangt fra Jorden, at retningen til dem ikke ændrede sig i løbetaf året.

I 1838 blev kikkerterne så gode, at afstanden til de nær-meste stjerner kunne findes ud fra ændringen i sigteretning-en på et halvt år. I dag kan man på denne måde finde afstan-den til de 100 000 nærmeste stjerner i Mælkevejen.

Afstanden til fjerne galakser findes på andre måder. En afmåderne er at bruge dopplereffekten. Denne effekt siger nogetom, hvordan farven af lyset ændrer sig, når stjernen bevægersig. En stjernes fart er større, jo længere den er væk fra os.Dopplereffekten er derfor størst for de fjerneste stjerner.� Kopiark 2.1 og 2.2

32

I denne figur bliver afstanden 10 gange større,

hver gang man går en enhed ud ad aksen.

Den afbildning er fornuftig at bruge for at vise

de meget store afstande i Universet. Den nær-

meste stjerne ligger 4,5 lysår fra Solen. Der er

13 milliarder lysår til de fjerneste galakser.

Den gule stjerne ser ud, som om den har

bevæget sig på det halve år, Jorden har brugt

på turen omkring Solen. Stjernens afstand kan

findes ud fra denne flytning.

10–5 10–4 10–3 10–2 10–1 101 102 103 104 105 106 107 108 109 1010 10111

Afstand tilfjernestegalakse

Afstand tilnærmeste

galakse

Afstand tilMælkevejens

centrum

Afstand tilnærmeste

stjerne

Afstand tilSolen

Afstand tilNeptun

læm

Lysår


33

En lang turInden for naturvidenskaben er det forkert at sige, at nogetaldrig vil kunne foregå. Historien har vist, at fænomener, somman troede var umulige, alligevel lod sig gøre. Men det ertrods alt meget usandsynligt, at fremmede solsystemer nogen-sinde vil få besøg af mennesker fra Jorden. Det er for lang entur.

Det hurtigste rumskib har bevæget sig med 15 km/s. Dethurtigste bemandede rumskib har haft en fart på 11 km/s.Selv om det skulle være muligt at opnå en fart, der er 100gange større, vil en tur til den nærmeste stjerne vare mere end100 år. Så det vil være oldebørn af astronauternes oldebørn,der engang i fremtiden ville komme tilbage til Jorden. Mencomputerstyrede robotter udstyret med forskellige målein-strumenter vil måske kunne klare de lange afstande til frem-mede solsystemer.

Mange af stjernerne i Mælkevejen er dobbelt-

stjerner, dvs. to stjerner, der kredser rundt om

hinanden. Stjernen i knækket på vognstangen i

Karlsvognen er en dobbeltstjerne. Hvis planeten

Jupiter havde været ca. 80 gange tungere, ville

temperaturen i midten have været så stor, at

Jupiter var blevet en lysende stjerne. Vi ville så

have haft en lille og en stor sol på himlen.

To små pærer sættes tæt sammen og tændes.

I forskellige afstande undersøges, om pærerne

ses som en eller to lysende pletter. Prøv igen,

når pærerne rykkes tættere sammen. Prøv også

om pærerne på lang afstand kan ses som to,

når de betragtes gennem en kikkert. Kan man

på lang afstand se, når den ene pære flyttes

om bag den anden?

DobbeltstjernerEK

SPER

IMEN

T

Nyttige oplysningerUniverset blev skabt ved Big Bang for

13,7 milliarder år siden.

Universet har udvidet sig siden Big Bang,

og det vil fortsætte med at udvide sig i lang

tid.

Alle hydrogen- og heliumkerner i Universet

er skabt kort tid efter Big Bang.

Når en stor stjerne har brugt de lette grund-

stoffer som brændstof, kan den falde sam-

men ved en supernovaeksplosion.

Alle grundstoffer på Jorden, bortset fra

hydrogen og helium, er skabt i det indre af

stjerner, der nu er forsvundet.


34

Vind og vejrPå turen fra verdensrummet og ned til os passeres atmosfæ-ren, hvor vejret dannes. Temperatur, tryk og fugtighed i atmo-sfæren styrer vejret.

Vejr og klimaLuften over os er aldrig i ro. På steder, hvor Solen skinner, var-mes luften op. Så bliver luften lettere, fordi den udvider sigved opvarmningen. Den lette luft vil stige til vejrs. Nogle ste-der i luften fordamper vanddråber, andre steder fortættesvanddampen. Når vanddampen bliver til ganske små dråber,dannes skyer. Bliver dråberne store, kan det give regn.

Klimaet - før og nu og i fremtidenDer er ingen tvivl om, at temperaturen på Jorden i disse år erstigende. Mange mener, at stigningen er menneskeskabt. Denstore udledning af CO2 har øget drivhuseffekten, og det kanvære årsagen til den globale opvarmning.

I fortiden, hvor der ikke var nogen menneskeskabt udled-ning af drivhusgasser, har Jordens temperatur ændret sig titog meget. Der har været perioder, hvor isen dækkede klodenhelt til Ækvator. Disse perioder kaldes sneboldjorden. Der harogså været perioder, hvor temperaturen har været meget høje-re end i dag.

Istider, hvor store dele af kloden er isdækket, er tilsynela-dende den mest almindelige situation. Istiderne kommer nor-malt med ca. 120 tusind års mellemrum. Derpå følger en varmperiode, en mellemistid, på normalt 10-12 tusind år. Den for-rige istid sluttede for 11700 år siden, så vi lever antagelig islutningen af en varm mellemistid.

Man kan ud fra kilometerdybe iskerneboringer på Grøn-land og Antarktis sige noget om temperatur, nedbør og vind-retning de sidste 200000 år. I sammenligning med dennelange periode har klimaet været usædvanlig stabilt i 1900-tal-let.

Klimaændringer som de nuværende er normale, når manser på klimaet i en lang periode. Jordaksens hældning, Solensaktivitet og vores position i Mælkevejen er faktorer, der ogsåpåvirker klimaet.

For at vand kan fordampe, skal der tilføres

energi. Den energi frigøres igen, når vanddam-

pen bliver til væske. Når fugtig luft bevæger

sig op, falder temperaturen, og vanddampen

fortættes til regn. Når den tørre luft derefter

bevæger sig ned på den anden side af bjerget,

stiger temperaturen mere, end den faldt på

opturen. Det skyldes, at der nu ikke længere er

så meget vanddamp i luften. På den ”tørre”

side af bjerget kommer en såkaldt varm føn-

vind.

8 °C 15 °C

–10 °CFugtig luft

Tør luft


35

Søbrise og landbrisePå varme sommerdage med klart vejr blæser der ofte en svagvind fra vandområder ind mod land. Det kaldes en søbrise.Den kommer også på dage, der ellers er helt vindstille.

Selv om solen skinner lige meget over land og vand, opvar-mes jorden hurtigst. Det kræver nemlig mere energi at opvar-me vand end at opvarme jord. Derfor stiger jordens tempera-tur hurtigere end vandets. Når landjorden opvarmes, vil luf-ten over jorden også opvarmes og stige til vejrs. Der vil derfortrække en kølig vind fra vandområdet ind mod land. Det haraltså også en fysisk årsag, når det er rart at være ved strandenpå en varm dag.

Søbrisen kommer normalt sidst på dagen, fordi der skalhave været solskin i flere timer, før søbrisen kan dannes. Omnatten er det lige omvendt. Temperaturen på landjorden fal-der hurtigere end i vandet. Derfor går den såkaldte landbriseden modsatte vej, fra land mod vand.

Fronter giver nedbør Når en varm vind bevæger sig mod et område med kold luft,opstår en varmfront. Det er grænsen mellem den varme ogkolde luft. Når en kold vind bevæger sig mod et område medvarm luft, opstår en koldfront. Luften bliver ikke blandet vedfronterne. Den kolde luft er tungest og vil derfor trænge indunder den varme luft, der skubbes op. Herved falder tempera-turen i den varme luft, så den ikke kan rumme så meget vand-damp som før. Dampen fortættes og falder som regn. Når enfront passerer Danmark, kommer der ofte regnvejr.

Højtryk og lavtrykVejret afhænger meget af lufttrykket. Det kan variere mellemca. 97000 Pa og 105000 Pa. Omkring et område med lavttryk, et lavtryk, er der vinde. Luft fra omgivelserne vil søgemod områder med lavtryk, men luften bevæger sig ikke ligemod lavtrykkets centrum. Luften ved overfladen bevæger sigrundt om lavtrykket. Står man med ryggen mod vinden, lig-ger lavtrykket lidt fremad og til venstre. Denne spiralbevæ-gelse skyldes Jordens rotation. På den sydlige halvkugle bevæ-ger vinden sig den modsatte vej rundt om et lavtryk.

Når der er højtryk i Danmark om sommeren, bliver vejret

Land

HavSøbrise

LandbriseLand

Hav

TrykLuftens tryk er normalt 101 325 pascal.

Trykenheden pascal forkortes Pa.

Massen af luften over en kvadratmeter på

jordoverfladen er omkring 10 000 kg eller

10 ton. Lufttrykket svarer til vægten af den

luftsøjle, der findes over netop en kvadrat-

meter på jorden. Et tryk er størrelsen af

kraften pr. areal. Luftens tryk er altså

omkring 101 325 newton pr. kvadratmeter.


36

varmt og solrigt. Om vinteren giver højtryk normalt klart vejrmed frost. � Kopiark 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7 og 2.8

0-0,2

0,3-1,5

1,6-3,3

3,4-5,4

5,5-7,9

8,0-10,7

10,8-13,8

13,9-17,1

17,2-20,7

20,8-24,4

24,5-28,4

28,5-32,6

Over 32,7

Vindens fart/(m/s)

Stille

Næsten stille

Svag vind

Let vind

Jævn vind

Frisk vind

Hård vind

Stiv kuling

Hård kuling

Stormende kuling

Storm

Stærk storm

Orkan

Betegnelse

Det føles koldt, når vinden blæser I vejrudsigten kan man om vinteren fx høre, at temperaturenvil blive –5 °C, men at det vil føles som –16 °C. Det skyldeschill-effekten. Ordet chill er engelsk og betyder afkøle.

Står man udenfor en vinterdag, hvor det er blæsevejr, vilkroppen afgive mere varme til luften, end på dage med vind-stille. Når kroppen afkøles af blæsten, føler man, at det er kol-dere, end termometret viser. Dette forhold kaldes chill-effekten.

I stille vejr vil luften tæt ved kroppen isolere, så kroppen kunafgiver lidt varme til omgivelserne. Når denne isolering blæsesvæk, vil kroppen afgive mere varme. Så føles det koldere.

Når vindens fart er 6 m/s, dvs. jævn vind, vil en lufttempe-ratur på –5 °C føles, som om temperaturen var –16 °C.

En dyne af skyer I klart vejr uden skyer vil Solens stråler nå ned til jorden, derbliver varmet op. Men energien går også den anden vej. Omnatten stråler jorden energi op mod himlen. Så falder tempe-raturen på overfladen. Er der skyer, vil de ligge som en dyne,der mindsker udstrålingen. Når skyerne mangler, er udstrå-lingen stor. Derfor bliver det meget koldt på stjerneklare næt-ter om vinteren. � Kopiark 2.9 og 2.10

Vejrudsigter og sommerfugle På meteorologiske stationer overalt på kloden måles tempera-tur, tryk og vindhastighed. Flere steder sendes hver dag ballo-ner op gennem atmosfæren for at lave målinger i forskelligehøjder. Der foretages radarmålinger, der kan vise, hvor der fal-der nedbør. Satellitter kredser omkring Jorden og sender bil-leder af skyernes bevægelse og målinger af jordoverfladenstemperatur ned til meteorologerne.

I store computere benyttes alle disse oplysninger til at for-udsige vejret. Normalt er meteorologerne dygtige til at laverigtige forudsigelser. De seneste år er de programmer, der bru-ges til beregningerne, blevet bedre og bedre. Men der kan dog

Vinden bevæger sig rundt om lavtryk. Lige

midt i et lavtryk er der ingen vind.


37

EKSP

ERIM

ENT Et stillestående luftlag omkring kroppen virker varmeisolerende. Når

dette luftlag blæses væk, føles temperaturen pludselig anderledes.

Undersøg, hvordan temperaturen vokser eller falder i de tre forskellige

situationer. Forklar, hvorfor termometrene ikke viser samme temperatur.

Stik et termometer ned i et reagensglas, der er spændt fast i et stativ.

Anbring et andet termometer lige ved siden af reagensglasset. Efter

kort tid vil de to termometre vise samme temperatur. Blæs varm luft

fra en hårtørrer mod de to termometre.

Spænd to termometre op ved siden af hinanden i et stativ.

Bind et stykke køkkenrulle fugtet med sprit om det ene

termometer. Blæs kold luft fra en hårtørrer mod de to

termometre.

Spænd to termometre op ved siden af hinanden i et stativ.

Et metalbæger med hank fyldes med kogende vand. Hold

bægret, så termometrene er nede i vandet. Fjern bægret,

og tør termometrene med et stykke køkkenrulle. Bind

et tørt stykke køkkenrulle om det ene termometer.

Chill-effekten�

Nyttige oplysningerVejret bestemmes af temperatur, vind, luft-

fugtighed og skydække.

Klimaet er områdets gennemsnitlige vejr i

en længere årrække.

Varm- og koldfronter opstår, når varm og

kold luft mødes.

ikke laves sikre udsigter mere end fire-fem dage frem.Vejret er et kaotisk system. Selv hvis man på et bestemt

tidspunkt kendte alt om vejret overalt på Jorden og i atmo-sfæren, er det ikke muligt at lave langtrækkende forudsigelser.En meteorolog prøvede i 1961 at lave to beregninger af detkommende vejr i sin computer. I den ene beregning havde enaf hans målinger værdien 0,506127. I den næste beregningbrugte han den forkortede værdi 0,506 i stedet. Forudsigelsenaf vejret var helt forskellig i de to tilfælde.

Denne effekt kaldes sommerfugleeffekten efter titlen på etforedrag, som meteorologen senere holdt. Titlen var: “Doesthe flap of a butterfly's wings in Brazil set off a tornado inTexas?” (Kan en tornado dannes over Texas, fordi en sommer-fugl slår med vingerne i Brasilien?) Fordi vejret opfører sigkaotisk, er det ikke muligt at lave troværdige vejrudsigter, dergår mange dage frem.


Jorden under dig Jorden blev skabt som en glødende kugle, da Solsystemet blevdannet for lidt over 4,5 milliarder år siden. Efter et par hun-drede millioner år blev Jorden så kold, at der kunne være vandog dermed liv på overfladen. Jordens historie har været prægetaf mange omvæltninger. Og Jorden er endnu ikke faldet til ro.Selv om vi føler, at vi lever i en stabil periode, er der en fortsatudvikling med store ændringer, både på overfladen og dybtunder jorden.

Jorden brænderFor hver kilometer man bevæger sig ned under Jordens over-flade, stiger temperaturen i gennemsnit næsten 25 °C. Dentemperaturstigning fortæller, at der strømmer energi i form afvarme op fra Jordens indre. I Danmark kommer der kun lidtenergi op fra undergrunden. For at holde en 60 watt pæretændt, skal man udnytte al energi fra mere end 1000 m2.

Nogle steder, hvor der er vulkansk aktivitet, fx i Island, erundergrunden meget varmere. Her kan man nemt udnyttevarmt vand fra undergrunden til boligopvarmning.

Verdens dybeste mine ligger i Sydafrika. Guldminen Tau-Tona er 3,9 km dyb. Arbejderne skal bruge en time for at kom-me ned og derefter ud i minegangene. Der er meget varmt iminen. Stenenes temperatur er 60 °C. Verdens dybeste hul erboret på Kolahalvøen i Rusland. Hullets dybde er 12,262 km.Her er temperaturen 180 °C.

Ingen ved præcist, hvad temperaturen er i Jordens cen-trum. Temperaturen er et sted mellem 4000 og 7000 °C.

Når der hele tiden strømmer energi væk fra Jordens indre,vil temperaturen falde. Man kan regne ud, at fra en tilstand,hvor hele Jorden fra yderst til inderst havde temperaturen4000 °C, vil der gå omkring et par hundrede millioner år, førtemperaturen af hele Jorden ville være omkring 20 °C. MenJorden er 20 gange ældre. Indtil omkring år 1900 kunne manikke forklare den høje temperatur i Jordens indre.

Problemet blev løst, da de radioaktive stoffer blev opdaget.Selv om der ikke er mange radioaktive stoffer i Jordens indre,er energien fra dem alligevel nok til, at temperaturen i milli-arder af år vil være så høj, at der er flydende stoffer i Jorden.

38

En gejser sprøjter med regelmæssige

mellemrum en stråle af vand højt op i

luften. Gejsere findes, som denne i Island,

på steder, hvor der i den varme undergrund

er vandfyldte hulrum.


39

Fast kerne

KappeFlydende kerne

Jordens kerneJordens indre er delt i forskellige områder.

I midten er en fast kerne med et stort ind-

hold af jern og nikkel. Her er temperaturen

som på Solens overflade. Uden om den faste

kerne er der en varm, flydende kerne.

Jordens magnetfelt dannes af strømme i dette

område. Alleryderst glider kontinental-

pladerne meget langsomt rundt på Jorden.

Nyttige oplysningerTemperaturen stiger, jo mere man nærmer

sig Jordens centrum.

Temperaturen er høj i Jordens indre, fordi

der foregår radioaktive henfald.

Målinger af rystelserne fra jordskælv

afslører opbygningen af Jordens indre.

Jorden svømmerSer man på formen af Afrika og Sydamerika er det en nærlig-gende tanke, at disse verdensdele tidligere har hængt sammen.Denne tanke blev fremsat af den tyske geolog Alfred Wegeneri 1915, men først 40 år senere blev man i stand til at måle, atideen, den såkaldte kontinentalforskydning, var korrekt.

Det viser sig, at der på overfladen af vores klode “svøm-mer” syv store og nogle mindre plader. Pladerne er i gennem-snit 70 km tykke. De flyder oven på et tungere og varmere lag.Pladerne bevæger sig langsomt med en fart på 1-10 cm/år.Men det kan blive til store flytninger på et par millioner år.

Danmark ligger på Den Eurasiske Plade. Navnet er ensammentrækning af Europa og Asien. “Vores” plade flytter sighvert år ca. 1,5 cm væk fra Den Nordamerikanske Plade. Denafstand kan bl.a. bestemmes med nøjagtige GPS-målinger.Den plade, Australien ligger på, har særlig stor fart. Australienbevæger sig mod Hawaii med næsten 10 cm/år.

Jorden skælverNår kontinentalpladerne støder sammen, fjerner sig fra hin-anden eller glider langs hinanden, opstår spændinger, der pået eller andet tidspunkt vil udløse et jordskælv. I Danmark borvi langt fra kanten af ”vores” plade. Derfor er der kun få ogsmå jordskælv hos os. Men i områder ved randen af pladerneer der hyppige og kraftige jordskælv.

Jordskælv måles med seismografer, der består af en tungklods, der er hængt op i fjedre, så den kan bevæge sig op ogned og fra side til side. Klodsen hænger normalt i hvile i for-hold til den kasse, den er ophængt i. Men ved et jordskælv, bli-ver klodsen hængende på samme sted, mens Jorden og kassenflytter sig. Ved at måle klodsens bevægelse i forhold til kassen,får man et billede af, hvordan Jorden ryster.

Rundt på Jorden findes præcise seismografer, der kan målerystelserne fra nære og fjerne jordskælv. Rystelserne bevægersig som bølger både langs overfladen og lige gennem jordklo-den. Derfor kommer bølgerne på forskellige tidspunkter til demange seismografer. Ved at sammenligne ankomsttidspunk-terne, kan jordskælvsforskerne, seismologerne, bestemmenøjagtigt, hvor jordskælvet var.� Kopiark 2.11

Jordens skallerMålinger af jordskælvsbølger har vist, at Jordens indre beståraf flere skaller. Det blev opdaget, fordi jordskælvsbølgernebevæger sig med forskellig fart i skallerne. Ved at måle formenog ankomsttidspunkterne for svingningerne fra fjerne jord-skælv, fandt man størrelsen af skallerne i Jordens indre.

Den danske seismolog Inge Lehman arbejdede med disseemner. Hun kunne i 1936 vise, at der inderst i Jorden er en fastkerne omgivet af en flydende kerne. Indtil da havde alle troet,at midten af Jorden på grund af den høje temperatur måttevære flydende.

Nogle typer jordskælvsbølger kan ikke bevæge sig i flyden-de stoffer. Det benyttede Inge Lehmann til at vise, at der 5120 km under Jordens overflade er en grænse mellem faste ogflydende stoffer.

Inge Lehmann var et beskedent menneske, der levede i entid og i et miljø, hvor kvindelige naturforskere ikke blev værd-sat. I Danmark var hun ikke kendt uden for en snæver kredsaf jordskælvsforskere. Hendes opdagelse er dog på niveaumed de arbejder, der belønnes med nobelprisen.


40

Jordens faste kerne Inge Lehmann, dansk seismolog (1888-1993).

Inge Lehmann opdagede, at Jorden har en

fast indre kerne. Det beskrev hun i en artikel

med vist verdens korteste overskrift, nemlig

P I. Bogstavet P henviser til en bestemt type

jordskælvsbølger. Lehmann var 99 år gam-

mel, da hun skrev sin sidste videnskabelige

artikel.

EKSP

ERIM

ENT

Et tungt lod hænges op i en snor.

Tre kraftige, vandrette fjedre holder

loddet fast. Spidsen af en speed-

marker, der er tapet fast på loddet,

rører netop bordet under loddet.

Når et stykke papir hurtigt trækkes

væk under loddet, kommer en streg

uden svingninger.

Lav nu et ”jordskælv” ved fx at

hoppe på gulvet, sparke til bordet

eller slå på bordet med en bog.

Hver gang trækkes et papir væk

under loddet. Er der forskel

på ”seismogrammerne” fra jeres

forskellige ”jordskælv”?

Seismograf�


41

Fra dig til atomerne Mens verdensrummet indeholder store masser, lange tidsrumog store afstande, er atomernes verden lige omvendt. Her eralt let, hurtigt og småt.

Med øjnene kan man se ting, der har en størrelse ned til ca.0,1 mm. Med et mikroskop kan man se ting, der er 250 gangemindre. Men atomerne kan man ikke se. De er mange tusindgange mindre end det, der kan ses i et mikroskop. Men mednye “mikroskoper”, der ikke benytter lys, er det i dag muligt at“se” atomerne.

MikroskoperMikroskopet har været kendt i 400 år. Biologerne opdagedeen helt ny småtingsverden, da de første mikroskoper blevtaget i brug. En masse mikroorganismer kunne pludselig ses.Celler, der delte sig, blodlegemer og amøber var nogle af deting, mikroskoperne gav mulighed for at studere. Celler harnetop den størrelse, som kan ses i mikroskoper.

Moderne mikroskoper benytter bestemte farver lys, særli-ge filtre og andre fif, men det er dog ikke muligt at se gen-stande, der er meget mindre end lysets mindste bølgelængdepå 400 nanometer (0,4 tusindedele millimeter).� Kopiark 2.12

Med elektronmikroskoper får man en

spændende indsigt i udseendet af mange små

dyr. Billedet viser en væggelus.

I denne figur bliver afstanden 10 gange større,

hver gang man går en enhed ud ad aksen.

Den afbildning er fornuftig at bruge, når man

på samme figur skal vise både små og store

afstande.

10-13 10-12 10-11 10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 102101 103 104 105 106 1071

Meter

JordensdiameterDanmarkRundetårnPigeMyreCelleAtomAtomkerne

Prøve

Sonde

Spids

Forstærker ogafstandsstyring

Afbildning


ElektronmikroskoperAlmindelige mikroskoper, såkaldte lysmikroskoper, brugerlys, der afbøjes i linser. På tilsvarende måde kan man byggeelektronmikroskoper, hvor en stråle af elektroner afbøjes afelektriske felter.

Elektronmikroskoper har været kendt siden 1930. De er itidens løb blevet udviklet, så de kan vise mindre og mindregenstande. Det er i dag muligt at vise ting, der er ca. 1000gange mindre end det, der kan ses i de bedste lysmikroskoper.Elektronmikroskoper skal bruge meget høje spændinger.Nogle af de største sætter elektronerne i bevægelse med enspænding på en halv million volt.

Atomare mikroskoperI faste stoffer sidder atomerne i et bestemt mønster. Atomernekan opfattes som punkter i hjørnerne af et gitter. Man kalderdisse mønstre for krystalgitre. Mange mineraler dannersmukke krystaller, der har samme form som det krystalgitter,atomerne sidder i. Vinklerne mellem siderne i krystallerne erde samme som vinklerne i krystalgitret.

I 1986 fik tyskeren Gerd Binnig og schweizeren HeinrichRohrer nobelprisen i fysik. De havde fem år tidligere opfundeten ny mikroskoptype, der gjorde det muligt at se, hvordan deenkelte atomer sidder i et krystalgitter.

Dette mikroskop virker efter et nyt princip. En tynd metal-tråd knækkes, så den får en meget lille spids. Spidsen anbring-es lige over en overflade, men uden at røre den. Spidsen sidderpå en holder, hvis længde kan ændres ganske lidt ved at sættespænding på nogle såkaldte piezo-elektriske materialer. Selvom der er et ganske lille mellemrum mellem spidsen og denprøve, som skal undersøges, kan der alligevel løbe en lillestrøm mellem spids og prøve. Størrelsen af strømmenafhænger af afstanden mellem spids og prøve. Et elektroniskkredsløb sørger for at hæve og sænke spidsen, så der hele tidenløber samme strøm. Ved at bevæge spidsen langsomt hen overprøven, får man et billede af overfladen.

Det viser sig, at spidsen bevæger sig hen over buler i over-fladen. Det er de enkelte atomer. Med denne metode er detmuligt præcist at bestemme placeringen af atomerne.

Der er senere lavet andre typer af dette mikroskop. Blandt

42

Disse krystaller af salt har form som terninger.

Atomerne i saltet sidder i et krystalgitter, der

også har form som en terning.

Atomart mikroskopDen tynde spids bevæger sig hen over prøven.

På sonden sidder nogle materialer, der hele

tiden regulerer sonden op og ned, så spidsen

holder samme afstand til prøven. Sondens

flytning registreres. Flytningen giver et billede

af prøvens overflade.


andet kan man med spidsen af sonden skubbe til og dervedflytte enkelte atomer. Denne teknik kan i fremtiden føre tilstore fremskridt, da moderne mikroelektronik og nanotekno-logi netop består i at arbejde på mininiveau, helt ned til deenkelte atomer.

Der er en endnu mindre verdenLys opstår, når elektroner falder ned i en bane tættere ved ker-nen. Med en lille energimængde har man først skubbet elek-tronen længere væk fra kernen.

Hvis man vil undersøge forholdene i atomkernen, skal derarbejdes på samme måde. Men den energi, der skal bruges forat ændre forholdene i kernen er langt større. Atomkernen hol-des nemlig sammen af meget større kræfter, end de der holderelektronerne i deres baner omkring atomkernen.

Hvad der findes inde i neutroner og protoner, er endnuikke kendt. Fysikerne har forskellige antagelser, men deeksperimenter, der kan be- eller afkræfte antagelserne, ersvære at udføre. Det kræver ufattelig store energimængder, at“se” ind i de partikler, der danner atomkernerne.

43

Nyttige oplysningerMed almindelige mikroskoper kan man se

ting, der cirka er lige så store som lysets bøl-

gelængde.

Med atomare mikroskoper kan man se,

hvorledes de enkelte atomer ligger på en

overflade.

I faste stoffer sidder atomerne i et bestemt

mønster, et krystalgitter.

Overfladen af guld set med et atomart

mikroskop.

EKSP

ERIM

ENT

I 1911 undersøgte Rutherford og hans medar-

bejdere, hvad der skete, når alfapartikler blev

sendt ind mod et guldfolie. Disse eksperimenter

kan demonstreres med ”Rutherfords bro”.

Tril kugler under broen. Trillede kuglerne lige

gennem broen? Hvor tit kunne I se eller høre,

at kuglerne ramte noget under broen?

Bredden af broen kan opfattes som bredden

af et atom. Ved eksperimentet har I undersøgt,

hvor meget “atomkernen“ fylder i “atomet“.

Ved at regne på hvor tit alfapartikler blev

afbøjet, og på hvor stor afbøjningen var, fandt

Rutherford ud af, at atomkernen er ca. 2000

gange mindre end selve atomet.

Små atomkerner

44

CAFE KOSMOS

SORTE HULLER OG MØRKT STOF

Med store teleskoper kan astronomer se milliarder afstjerner og galakser. Men de ser kun en ganske lilledel af Universet. Langt det meste i Universet kan nem-lig slet ikke ses. Der findes sorte huller, der er såtunge, at lyset fra dem ikke kan undslippe. Og der fin-des mørk masse, der er en ukendt type stof, som eroveralt, men som ikke kan ses. Universet rummer sta-dig mange hemmeligheder.

I 1054 så kinesiske astronomer en supernova. I dag ses det materiale, som supernovaen har spredt ud i Universet.

Ved at måle de enkelte stjernersfart, kan det ses, at alle stjerner igalaksen bevæger sig rundt omgalaksens centrum. I Solsystemetbevæger alle planeter sig rundt omSolen. Det er tiltrækningskraftenfra Solen, der holder planeterne ideres næsten cirkelformede baner.Kender man en planets omløbstidog afstand fra Solen, er det muligt,

at beregne Solens masse. På sammemåde kan man i en galakse bestem-me den masse, der sidder i midten,og som er årsag til stjernernescirkelbevægelse.

Solen og dermed også Jorden lig-ger ca. 26 000 lysår fra Mælkeve-jens centrum. Solen er 220 millionerår om en hel tur rundt i Mælke-vejen. Solens fart rundt i Mælke-vejen er lidt over 1000 km/s. Denhøje fart mærker vi ikke. Det ene-ste man kan mærke er nemlig æn-dringer i farten.

Mælkevejen er ufattelig stor. Fore-stiller man sig, at Mælkevejenhavde en radius på 50 meter, villeSolsystemet have en størrelse, der ermindre end millimeter. Det svarer tilet lille sandkorn. Og sandkornetville ligge 26 meter fra centrum. Idenne model ville Mælkevejen væreen skive med en tykkelse på ca. 1 meter.

Ved at se på bevægelsen af stjernertæt på Mælkevejens centrum harastronomer vist, at der i centrumligger noget voldsomt tungt. Derer ikke noget at se, men der måvære et himmellegeme med enmasse, der er fire millioner gangestørre end Solens. Skal massenangives i kilogram, er det et tal med37 cifre. I øvrigt er Solens masse300 000 gange større end Jordensmasse.

ET TUNGT HIMMELLEGEME

Ser man på et billede af en spiral-galakse, får man indtryk af, at denroterer. Galaksen ligner lidt denhvirvel, der kommer i vandet, nårproppen trækkes op af en fyldthåndvask. Galaksen ligner ogsåden måde, luften bevæger sig på inærheden af høj- eller lavtryk.

45

CAFE KOSMOS

� Spiralgalakse

� I 2013 opsendes Webb-teleskopet.Med dette teleskop 1,5 million kmover Jorden, får astronomerne nyemuligheder for at finde svarene påUniversets mange gåder.

Det tunge himmellegeme i Mælke-vejens centrum kaldes et sort hul.Det er dog nærmest en dværg iforhold til andre galaksers tungelegeme. Der findes galakser, hvordet sorte hul i centrum er flere tu-sind gange tungere end det i Mæl-kevejen.

SORTE HULLER

Når man kaster noget op i luften,kommer det ned igen. På Månen ertyngdekraften seks gange mindreend på Jorden. Ting, som en astro-naut giver slip på, falder langsom-mere ned, end her på Jorden. Vedoverfladen af et sort hul er tyng-dekraften derimod ufattelig stor.Ting der falder, vil bevæge sigmange millioner gange hurtigereend på Jorden. Der trækkes såstærkt, at alle molekyler bliverrevet over.

For at en raket kan slippe bort fraJorden skal den have en fart, der erover 11 km/s. En raket, der skalstarte fra Månen, kan nøjes med enfart på lidt over 2 km/s, fordi tyng-dekraften på Månen er mindre endpå Jorden. I et sort hul er tyngde-kraften så stor, at farten for at und-

MØRKT STOF

Astronomer har mange uløsteproblemer. Man kan ud fra galak-sernes bevægelse finde ud af, hvormeget masse, der er i heleUniverset. Det viser sig, at stjerner,sorte huller, neutronstjerner ogandre himmellegemer har enmasse, der kun er omkring 4 % afUniversets samlede masse.

Astronomer kalder den manglendemasse for mørkt stof. Ingen ved i2009, hvad dette stof er lavet af.Måske findes der en ukendt lilleatomar partikel, som ikke kan ses,fordi den ikke udsender nogenform for stråling. Hvis der i hverkubikmeter af det, der ellers er dettomme rum mellem galakserne,bare befinder sig et par af disseukendte ”mørke partikler”, kanberegningerne om Universet kom-me til at stemme.

vige skal være større end lysets fart,300 000 km/s.

Vi har en erfaring med lys somnoget, der bevæger sig i en retlinje. Men lys bliver tiltrukket afstore masser. Man kan se, at enlysstråle fra en fjern stjerne bliverafbøjet en lille smule, når strålenpasserer tæt forbi en anden stjernepå vej ned til Jorden.

Lys fra et sort hul bliver tiltrukketså meget af det sorte hul, at detslet ikke kan komme væk. Derforser astronomer intet, når de retterderes teleskoper mod et sort hul.Hullet kan bl.a. opdages ved at sepå, hvorledes stjerner i nærhedenbevæger sig.

NEUTRONSTJERNER

Når en stjerne med en masse, der ermere end otte gange større endSolens masse, bliver gammel og harbrugt sit brændstof op, kan denfalde sammen i en supernova-eksplosion. Ved denne voldsommebegivenhed sendes mange tungegrundstoffer ud i Universet, hvorde en gang i fremtiden kan indgå inye stjerner og planeter.

Resterne af stjernen er efter super-novaeksplosionen blevet megetlille. Den kaldes en neutronstjerne.Dens radius er kun omkring 10 km.Den lille neutronstjerne har imidten en densitet, der er 10 000milliarder gange større end granits.Det ville svare til, at en terning påbare 1 kubikcentimeter af stoffetfra neutronstjernen ville have enmasse omkring 25 000 000 ton. Deter langt mere end massen af ensupertanker. Hvis supernovaeksplo-sionen foregår i meget store stjer-ner, falder de sammen til et sort hul.

46

DET VED DU NU OM HIMMEL OG JORD

FRA UNIVERSET TIL DIG

VIND OG VEJR

JORDEN UNDER DIG

FRA DIG TIL ATOMERNE

� Universet blev skabt ved BigBang for 13,7 milliarder årsiden.

� Universet har udvidet sig sidenBig Bang, og det vil fortsættemed at udvide sig i lang tid.

� Alle hydrogen- og heliumkerneri Universet er skabt kort tidefter Big Bang.

� Vejret bestemmes af tempe-ratur, vind, luftfugtighed ogskydække.

� Klimaet er områdets gennem-snitlige vejr i en længereårrække.

� Varm- og koldfronter opstår,når varm og kold luft mødes.

� Temperaturen stiger, jo mereman nærmer sig Jordens centrum.

� Temperaturen er høj i Jordensindre, fordi der foregårradioaktive henfald.

� Målinger af rystelserne fra jord-skælv afslører opbygningen afJordens indre.

� Med almindelige mikroskoperkan man se ting, der cirka erlige så store som lysets bøl-gelængde.

� Med atomare mikroskoper kanman se, hvorledes de enkelteatomer ligger på en overflade.

� I faste stoffer sidder atomerne iet bestemt mønster, et krystal-gitter.

� Når en stor stjerne har brugt delette grundstoffer som brænd-stof, kan den falde sammen veden supernovaeksplosion.

� Alle grundstoffer på Jorden,bortset fra hydrogen, er skabt idet indre af stjerner, der nu erforsvundet.

47

PRØV DIG SELV

KAN DU HUSKE? FORSTÅR DU?

UDFORDRING

� Hvad er Big Bang?

� Hvad er kontinentalforskydning?

� Hvad er sommerfugleeffekten?

� Hvad er en astronomisk enhed?

� Hvor længe er lyset fra Solenom at komme ned til Jorden?

� Hvad er en supernova?

� Hvorfor stiger temperaturen, når man bevæger sig ned i dybe miner?

� Hvordan virker en seismograf?

� Hvorfor blæser der tit en køligvind ind fra havet om aftenen?

� Hvad er forskellen på vejr ogklima?

� Forklar, hvorfor astronomerneikke kan se et sort hul.

� Hvorfor kan man sidde i ensauna ved 80 °C uden at bliveforbrændt?

� Hvordan kan astronomer se, at Universet udvider sig?

� Hvorfor er forholdet mellem en ternings overfladeareal og dens rumfang større for småend for store terninger?

� Hvordan virker et atomart mikroskop?

himmel - hefrandsen.dk · kapitel 2 · himmel og jord per stjernen til måske en tusindedel af sin...

Documents