1. Astronomi i hverdagen

Har du noen gang lurt på hvorfor himmelen er blå og hvorfor vi har tidevann? Dette kommer av fysiske fenomener. Himmelen har sine farger på grunn av at lyset fra sola spres når det kolliderer med partikler i atmosfæren. Størrelsen på partiklene gjør at lys med korte bølgelengder (blått lys) spres mer enn de andre fargene. I solnedgang må sollyset gjennom et tykkere lag atmosfære slik at de lange bølgelengdene (rødt lys) har større sannsynlighet for å nå gjennom. Tidevannet kommer av gravitasjonskraften mellom jorda og månen. Her blir vannet trukket mot den siden av jorden månen er på og danner da en oval form, som også trekker seg utover på motsatt side av jorden der kraften er svakest. Ekstrem flo og fjære skjer når månen og sola ligger på samme linje, slik at kraften blir sterkere.

2. Teorien om det store smellet

Hvis universet hadde vært uendelig i tid og rom, ville man forventet at nattehimmelen skulle være like lys som sola.

Grunnen til dette er at synslinjen ville ende i en stjerne uansett hvor man så. Dette er kjent som Olbers paradoks. Men i og med at dette ikke er tilfelle, tyder det på at universet ikke alltid har vært som det er. På 60-tallet fant man ut at universet stadig blir større. Dette fikk forskerne til å stille spørsmål om hvor lite det hadde vært. Dette og flere andre oppdagelser viste vei for den til nå ledende teorien om universets historie; teorien om det store smellet. Denne teorien går ut på at hele universet var et veldig lite volum for 14 milliarder år siden, med ekstrem tetthet og temperatur. Deretter har volumet utvidet seg, og tettheten og temperaturen sunket, slik at grunnstoffene og strukturene vi ser rundt oss i dag har fått muligheten til å dannes. Navnet «det store smellet» er egentlig litt misvisende, for det var ikke noen eksplosjon eller smell, og det var ikke stort. Teorien er at rommet utvidet seg fra et lite volum, og hva som skjedde før det er det ingen som vet. Teorien om det store smellet er ikke en teori om universets opprinnelse (hvordan det ble skapt, hva det kom fra og hvorfor), men en teori om universets historie.

3. Hvor stort er universet?

Vi kan kun vite noe om det «observerbare universet». Dette har en radius lik lengden lyset har hatt muligheten til å reise på de 13,8 milliarder årene som har gått siden smellet, det vil si 4 x 1023 km (400000000000000000000000 km). Utenfor dette har vi ingen mulighet til å hente informasjon, i og med at ingen informasjon kan reise raskere enn lyset. Slike størrelser er vanskelig å se for seg, men det sies at det er omtrent like mange stjerner i universet som det er sandkorn på jorden! Alle stjernene vi ser på nattehimmelen er kun en veldig liten del av vår egen galakse som er en av veldig mange galakser.

4. Er det noen der ute?

I og med at det finnes så utrolig mange andre stjerner enn solen, kan man tenke at det er litt rart at vi aldri har vært i kontakt med noe romvesen. Men om vi tenker på de enorme avstandene og hvor kort tid vi egentlig har vært her i et astronomisk perspektiv, er det kanskje ikke så rart likevel. Vi har ikke hatt apparater til å sende og motta informasjon fra verdensrommet i mer enn noen få tiår, kun et mikroskopisk øyeblikk i universets levetid. I dag jobbes det aktivt for å oppdage nye planeter og undersøke om det er mulighet for liv der. Hittil er 3610 eksoplaneter (planeter utenfor vårt solsystem) funnet, og noen av disse ser ut til å ha temperaturer og bestanddeler som kan gi mulighet for liv slik vi kjenner det. Spesielt gøy var det da Trappist-1 systemet ble annonsert tidligere i år. Dette er et solsystem 40 lysår unna, med flere planeter i en lovende temperatursone.

5. Hva består universet av?

Den ledende modellen for kosmologi i dag blir kalt Lambda CDM (∧CDM) modellen. CDM står for Cold Dark Matter; mørk materie. Vi har aldri sett denne mørke materien, og vet ikke hva den består av annet enn at den ikke er laget av de samme byggesteinene som vanlig materie. Det man vet er at denne ukjente materien er nødvendig for at gassen som ble igjen etter det store smellet skal kunne klumpe seg til galakser, stjerner og planeter, og fra observasjoner og teori er den beregnet til å stå for omtrent 25 prosent av materien i Universet. Den siste bokstaven i modellen er som betegner den kosmologiske konstant, mørk energi eller vakuumenergi. Denne er inkludert i modellen for å forklare universets stadige utvidelse, vi må ha noe som virker mot gravitasjonen og presser ting fra hverandre. Denne energien er beregnet å stå for omtrent 70 prosent av innholdet i universet. Dette betyr at det bare er 5 prosent igjen til den vanlige materien vi kjenner og ser rundt oss!

6. Mini-intro til generellrelativitetsteori

Den generelle relativitetsteorien er den beste teorien vi har til å forklare verden på stor skala, og har blitt bekreftet av en rekke presise eksperimenter. Teorien ble lagt frem av Einstein i 1915, og går ut på at gravitasjon egentlig ikke er en kraft, men geometrien til romtiden! Dette er ikke lett å se for seg, men bildet av kuler på en trampoline blir ofte brukt. Man kan da se for seg at man har en tung kule i midten som kan symbolisere solen, og lettere kuler rundt som kan være planetene. Disse vil følge sirkel/ellipsebaner rundt «solen», slik vi observerer. Denne modellen er selvsagt forenklet og forklarer ikke alt (det er sagt at bare noen få mennesker noen gang egentlig har forstått generell relativitetsteori), men den forklarer noe. Teorien forklarer planetenes baner, hvordan lys bøyes rundt tunge objekter, små avvik fra Newtons beskrivelse av gravitasjon og gir mulighet for gravitasjonsbølger, sorte hull m.m. Spesiell relativitetsteori sier også at tid og størrelse er relative begreper som avhenger av hvor fort du beveger deg. Dette betyr for eksempel at et menneske som bor i 10. etasje vil leve ørlite lengre enn en som bor på bakken, på grunn av den økte farten når jorda roterer!

7. Hva er et sort hull?

Et sort hull er et objekt som har så sterk gravitasjonskraft at ingenting kan komme ut av det, ikke engang lys, derav navnet sort. Sorte hull gir fine løsninger på Einsteins feltligninger i generell relativitetsteori, og selv om vi ikke har sett noen direkte (det er ikke mulig), har vi observert objekter som oppfører seg som sorte hull. Disse tror man er sluttstadiet i livet til veldig store stjerner. Vi kan «se» sorte hull ut ifra hvordan de påvirker omgivelsene sine med gravitasjon. I kjernen av vår galakse Melkeveien er det for eksempel et system av stjerner som sirkler svært raskt rundt et usynlig objekt. Ut fra regning på fart og baner tyder det på at dette veier omtrent fire millioner ganger så mye som solen. Tegn til slike utrolige sorte hull er funnet i flere galaksekjerner, og det er grunn til å tro at det er en fundamental sammenheng mellom dannelsen av disse og dannelsen av galaksene de finnes i.

8. Andre kule astronomiske objekter

Det finnes mye rart og spennende der ute, for eksempel supernovaer, stjernetåker, aktive galaksekjerner og gravitasjonsbølger. En supernova er en stor stjerne som når slutten av sitt liv og eksploderer. Dette skjer fordi den har brukt opp alt brennstoffet. Videre får gravitasjonen den til å kollapse veldig raskt når det ikke lenger er noe press utover fra fusjonen som skjer i stjerners senter mens de lever. En slik eksplosjon sender ut utrolig mye lys, og kan sees i galakser langt borte. For eksempel når Betelgeuse (en veldig stor stjerne, ca. 650 lysår unna) går supernova, vil hele nattehimmelen på jorda bli lys. Dette skjer hvert øyeblikk i astronomisk tid, det kan skje i dag eller om hundre tusen år.

9. Spennende teoretiske fenomener

Det å kombinere teorien om det veldig små (kvantemekanikk) med teorien om det store (generell relativitetsteori) kan kalles «den hellige gral» av fysikk i dag. Et av de mest lovende forslagene (om enn nokså utrolig) er strengteori. Denne teorien går ut på at alle partikler egentlig er ekstremt små tråder, der vibrasjonene på tråden er opphavet til egenskapene til partikkelen (som masse, ladning og spinn). Denne teorien krever at vi utvider våre fire dimensjoner (tre i rom og en i tid) til elleve, og at de ekstra dimensjonene er krøllet så små at vi ikke kan se dem selv med de beste apparater. Dette er mystisk, men fungerer altså ganske godt i teorien!

Det er også mulig at det kan finnes flere univers enn vårt eget. Dette blir kalt «Multivers», og utspringet til teorien er at vi ikke har noen fundamental forklaring på hvorfor styrkene og størrelsene i vårt eget univers er akkurat slik de er. Teorien er at vårt univers er ett av mange, og at alle fikk tilfeldige forhold, for eksempel forskjellige kosmologiske konstanter, partikkelmasser og så videre. Dette er noe vi mest sannsynlig aldri vil ha muligheten til å observere, men det er likevel en svimlende og spennende tanke!

10. Hvordan ble alt dette til liv?

Etter det store smellet gikk temperaturen ned og det ble kaldt nok til at elektroner kunne kombinere seg med protoner og danne de letteste grunnstoffene. Grunnstoffene som er tyngre enn helium krever høyt trykk, og ble dannet ved fusjon i stjerner. Deretter ble grunnstoffene spredt ved hjelp av supernova-eksplosjoner. Vi mennesker består av en god del tyngre grunnstoffer, for eksempel karbon og oksygen, så stjerner og supernovaer var nødvendige for at mennesker kunne bli dannet, og er bakgrunnen for uttrykket «We are all stardust/ Vi er alle stjernestøv» av Carl Sagan. Akkurat hvordan liv ble til fra alle disse grunnstoffene er fortsatt i stor grad et mysterium og et mirakel, men dette er noe av grunnen til at vi utforsker Mars og andre planeter for å lete etter liv.

ukeadressa@adresseavisen.no