Från ostkupan
till den stora
smällen
Kompendium i astronomi av
Sverker Johansson
© 2003
2
Innehållsförteckning
INNEHÅLLSFÖRTECKNING .........................................................................................................................................2
1 VÄRLDEN UNDER OSTKUPAN.................................................................................................................................4
1.1 DE GAMLA HÖGKULTURERNAS ASTRONOMI .......................................................................................................................4
1.1.1 Mesopotamien.........................................................................................................................................................5
1.1.2 Kina ........................................................................................................................................................................5
1.1.3 Centralamerika .......................................................................................................................................................6
1.2 GREKERNAS ALLA VÄRLDSBILDER .....................................................................................................................................6
1.2.1 De tidiga grekerna..................................................................................................................................................7
1.2.2 Pythagoréerna ........................................................................................................................................................7
1.2.3 Några steg i rätt riktning ........................................................................................................................................8
1.3 CIRKLAR I CIRKLAR I CIRKLAR...........................................................................................................................................9
1.3.1 Eudoxos och Aristoteles..........................................................................................................................................9
1.3.2 Ptolemaios ............................................................................................................................................................10
1.3.3 Medeltida mörker..................................................................................................................................................11
2 OCH ÄNDÅ RÖR HON SIG .......................................................................................................................................12
2.1 PIONJÄRERNA .................................................................................................................................................................12
2.1.1 Nikolaus Kopernikus.............................................................................................................................................12
2.1.2 Tycho Brahe..........................................................................................................................................................13
2.1.3 Johannes Kepler ...................................................................................................................................................14
2.1.4 Giordano Bruno....................................................................................................................................................16
2.1.5 Galileo Galilei ......................................................................................................................................................16
2.2 URVERKETS UPPGÅNG OCH FALL .....................................................................................................................................17
2.2.1 Isaac Newton ........................................................................................................................................................17
2.2.2 Urverksepoken ......................................................................................................................................................18
2.2.3 Grus i maskineriet.................................................................................................................................................20
3 BLINKA LILLA STJÄRNA DÄR, HUR JAG UNDRAR VAR DU ÄR ..................................................................22
3.1 STJÄRNORNAS AVSTÅND .................................................................................................................................................22
3.2 VAD ÄR EN STJÄRNA? .....................................................................................................................................................23
4 HUR STJÄRNOR OCH PLANETER BILDAS .........................................................................................................25
4.1 ÄLDRE TEORIER ..............................................................................................................................................................25
4.2 EN MODELL SOM FUNGERAR ...........................................................................................................................................25
4.2.1 Ett moln med stjärnspillror..................................................................................................................................27
4.2.2 Sammandragningar och piruetter........................................................................................................................28
4.2.3 Varde ljus! ...........................................................................................................................................................29
4.2.4 Destillering ...........................................................................................................................................................29
4.2.5 Uppsamling..........................................................................................................................................................30
4.2.6 Belägg för att modellen fungerar. ........................................................................................................................31
5 PLANETER I VÅRT SOLSYSTEM ...........................................................................................................................33
5.1 INRE PLANETER...............................................................................................................................................................33
5.1.1 Merkurius............................................................................................................................................................34
5.2.2 Venus ....................................................................................................................................................................34
5.2.3 Jorden ..................................................................................................................................................................35
5.2.4 Mars.....................................................................................................................................................................36
5.2 YTTRE PLANETER ...........................................................................................................................................................37
5.2.1 Jupiter...................................................................................................................................................................37
5.2.2 Saturnus...............................................................................................................................................................38
5.2.3 Uranus ..................................................................................................................................................................38
5.2.4 Neptunus ...............................................................................................................................................................39
5.2.5 Pluto .....................................................................................................................................................................39
5.3 FINNS DET FLER? ............................................................................................................................................................40
5.3.1 Nemesis.................................................................................................................................................................40
5.4 ANNAT SOM KUNDE HA KALLATS PLANETER ....................................................................................................................41
5.4.1 Månar ...................................................................................................................................................................41
5.4.2 Asteroider .............................................................................................................................................................41
5.4.3 Kometer ................................................................................................................................................................42
3
5.4.4 Meteorer ..............................................................................................................................................................42
6 PLANETER RUNT ANDRA STJÄRNOR ..................................................................................................................44
6.1 HUR HITTAR VI DEM? .....................................................................................................................................................44
6.2 VILKA HAR VI HITTAT?...................................................................................................................................................45
7 LIV I UNIVERSUM ......................................................................................................................................................48
7.1 VAD ÄR LIV? ..................................................................................................................................................................48
7.2 LIVSBETINGELSER FÖR OSS OCH LIKASINNADE .................................................................................................................48
7.2.1 Terraformering .....................................................................................................................................................49
7.3 LIV AV ANNAN TYP ÄN VÅRT ...........................................................................................................................................50
7.3.1 Liv med annan kemisk bas än kol .........................................................................................................................50
7.3.2 Liv utan kemi ........................................................................................................................................................50
7.4 KONTAKT MED SMÅ GRÖNA MÄN?...................................................................................................................................51
7.4.1 Har de varit här?..................................................................................................................................................51
7.4.2 Kan vi hitta dem där de bor?................................................................................................................................52
8 STJÄRNOR OCH STJÄRNSYSTEM ........................................................................................................................53
8.1 FRÅN VAGGAN TILL GRAVEN ...........................................................................................................................................53
8.1.2 Från röda jättar till vita dvärgar och svarta hål..................................................................................................53
8.2 STJÄRNSYSTEM...............................................................................................................................................................54
8.2.1 Stjärnhopar...........................................................................................................................................................55
8.3 GALAXER .......................................................................................................................................................................55
8.3.1 Vintergatan ...........................................................................................................................................................55
8.3.2 Från nebulosor till galaxer...................................................................................................................................56
9 UNIVERSUMS URSPRUNG OCH UTVECKLING .................................................................................................58
9.1 GALAXERNAS FLYKT .......................................................................................................................................................59
9.2 I BEGYNNELSEN ..............................................................................................................................................................59
9.3 UNIVERSUMS TIDTABELL ................................................................................................................................................60
9.3.1 Universums ålder..................................................................................................................................................62
9.4 FRAMTIDEN ....................................................................................................................................................................62
9.4.1 Mörk materia ........................................................................................................................................................63
9.4.2 Big Crunch............................................................................................................................................................63
9.5 BIG BANG ¾ ARGUMENT FÖR OCH EMOT ........................................................................................................................64
9.5.1 Vad består universum av? ....................................................................................................................................64
9.5.2 Universum utvecklas med tiden ............................................................................................................................65
9.5.3 Problem med Big Bang.........................................................................................................................................65
9.5.4 I begynnelsen var ¾ vadå? ..................................................................................................................................66
9.5.5 Andra filosofiska funderingar kring smällen ........................................................................................................66
9.6 ANDRA IDÉER .................................................................................................................................................................67
9.6.1 Ett universum utan begynnelse .............................................................................................................................67
9.6.2 Ett nyskapat universum.........................................................................................................................................68
9.7 KOSMOS OCH KOSMOLOGI IDAG ......................................................................................................................................68
4
1 Världen under ostkupan
Astronomin kallas ibland för världens äldsta vetenskap. Dess ursprung döljer sig i vart fall
långt tillbaka i förhistorisk paleolitisk tid, när människorna i Europa jagade mammutar med
flintyxor vid inlandsisens rand. De tidigaste belägg vi har för systematiska studier av himlavalvet kommer från Frankrike för ungefär 30.000 år sedan1. Någon har varje kväll under ett
par månaders tid ristat in i en benbit hur månen såg ut den kvällen, och kunnat konstatera att
den växlar från nymåne till halvmåne till fullmåne och tillbaka igen, med nästan perfekt regelbundenhet. Den benbiten hittades av moderna arkeologer, och får väl kallas världens äldsta
bevarade forskningsrapport. Tyvärr vet vi nästan ingenting om vem denna astronom var, och i
vilket syfte han (eller kanske rentav hon) gjorde sina månstudier, och ännu mindre om hur hon
betraktade himlavalvet och tolkade det som syntes däruppe. Dåtidens världsbild kan vi bara
gissa hur den såg ut. En rimlig gissning är dock att den liknade den världsbild man finner hos
de fåtaliga stenålderskulturer som fortfarande lever kvar i våra dagar, vilken i sin tur har en
hel del gemensamt med de "naiva" föreställningar små barn ofta börjar med. Jordytan verkar
ju platt när vi står på den, så det ligger nära till hands att tro att den är platt. Och himlavalvet
ser förvisso ut som ett blått valv över våra huvuden, så vi lever väl helt enkelt under en sorts
kupa av något blått material, på vilken stjärnor och annat sitter fast. Om man betraktar den
här konstruktionen utifrån för den osökt tankarna till en gigantisk ostkupa, med mänskligheten
på den centrala plats som i en normal ostkupa är reserverad för osten. Denna världsbild
förblev i olika former dominerande under många tusen år, och är långtifrån bortglömd idag.
1.1 De gamla högkulturernas astronomi
Våra förfäder har alltså ägnat sig åt astronomi sedan urminnes tider, men det är inte förrän
skriftspråket uppfanns som det finns annat än fragmentariska uppgifter bevarade om deras
verksamhet. Åtminstone tre kulturer i världen, i Mesopotamien, Kina, och Centralamerika,
utvecklade skrift oberoende av varandra, och i alla tre finns astronomiska dokument
representerade bland deras tidigaste skrifter. Det handlar genomgående om ganska avancerade astronomiska observationer, så astronomin har rimligtvis haft en lång historia i dessa
kulturer även innan de kom sig för att skriva ner vad de funnit.
Det har spekulerats en del kring varför forna tiders människor ägnade såpass mycket tid åt
att studera himlakropparna och deras rörelse, i stället för åt mer näraliggande
forskningsobjekt. En del av svaret är nog vanlig nyfikenhet2 ¾ de där små ljuspunkterna på
himlen har säkert alltid förbryllat och fascinerat våra förfäder ¾ och samtidigt är det relativt
enkelt att studera dem och upptäcka regelbundenheter i deras rörelser. Dessutom kunde man
ha en hel del praktisk nytta av den sortens kunskaper ¾ att orientera sig och hitta rätt med
hjälp av solen och stjärnorna torde vara en gammal konst, högst användbar redan för
stenåldersnomader. En tideräkning, där man kunde hålla reda på månader och årstider, var
också bra att ha, och blev oundgängligen nödvändig när jordbruket utvecklades. Den tidiga
astronomin i de neolitiska högkulturerna var till stor del en praktisk och tillämpad vetenskap,
med en ganska pragmatisk inriktning.
1Marshack,
A (1972) The Roots of Civilization. New York: McGraw-Hill
Tattersall et al (1988) Encyclopedia of Human Evolution and Prehistory. London: St.James Press
2Här får kanske dagens stadsbor, som sällan ser särskilt många stjärnor, påminnas om att det är inte alls länge
sedan, innan det elektriska ljuset uppfanns, som natten var svart, och natthimlens skådespel tedde sig betydligt
storslagnare och mer iögonenfallande än vad det gör från dagens natriumbelysta gator.
5
1.1.1 Mesopotamien
Det är oklart huruvida den kinesiska eller mesopotamiska kulturen är äldst, båda har rötter
som sträcker sig tillbaka före år 5000 före Kristus. Den mesopotamiska har dock det äldsta
skriftspråket (belagt från ca. 3100 f.Kr.), och de äldsta astronomiska urkunderna, och är dessutom den av de gamla högkulturerna till vilken vår egen kulturs rötter främst kan spåras,
varför jag börjar med den.
Vår kunskap om astronomin i det gamla Mesopotamien kommer främst från tusentals
babyloniska kilskriftstavlor, som beskriver detaljerade astronomiska observationer, från år
2000 f.Kr. och framåt. I dessa beskrivs de fem kända planeternas3 rörelser, sol- och månförmörkelser, med mera. Observationerna stämmer bra med nutida beräkningar, och är
tillräckligt noggranna och detaljerade för att användas både för att exakt datera den
babyloniska historien, och för att verifiera moderna beräkningar av hur tidvattnet bromsar upp
jordens rotation (se vidare tidvattensavsnittet), vilket under årtusendenas lopp systematiskt
förskjuter klockslagen för förmörkelser och annat..
Babylonierna observerade himlakropparna under mycket lång tid, och försökte hitta regelbundenheter i deras rörelser. Till dessa anpassades sedan matematiska uttryck för rörelsen,
som kunde användas för att förutsäga deras framtida beteende. Detta arbete kröntes med viss
framgång när det gäller månen, där babylonierna korrekt identifierade den så kallade Saroscykeln, enligt vilken sol- och månförmörkelser upprepar sig i snarlika mönster efter arton år
och elva dagar.
1.1.2 Kina
Tyvärr har mycket av Kinas äldsta astronomiska litteratur förstörts genom tiderna, inte
minst i de bokbränningar som återkom med oregelbundna mellanrum, när en härskare ville
rensa ut all gammal historia, och ge kulturen en ny start. Shi Huang Ti på 200-talet före Kristus och Mao Tse Tung under 1960-talets kulturrevolution torde vara de två mest kända4 bokbrännarna. Det är därför oklart just hur gammal den kinesiska astronomin är ¾ somliga
forskare vill ha det till att den kom igång redan 2800 f.Kr., vilket skulle göra den äldre än den
babyloniska, medan andra hävdar att den skulle vara ett årtusende yngre. De äldsta bevarade
skrifterna innehåller i vart fall astronomiska observationer som sträcker sig tillbaka till 1300
f.Kr., och på många sätt påminner om de babyloniska, med sina noggranna tabeller över hur
planeterna rör sig på himlen, och studier av sol- och månförmörkelser. Även kineserna kände
till Saroscykeln, och dessutom en längre sextioårscykel. Vad som dessutom utmärkte den
kinesiska astronomin var att de betydligt tidigare än den västerländska noterade fenomen som
solfläckar och supernovor. Den supernova vars ljus nådde jorden år 1054 är den mest
berömda, och kinesernas noteringar var tillräckligt noggranna för att kvarlevorna av
supernovan skulle kunna identifieras av moderna astronomer (Krabbnebulosan; se s 24).
3
Merkurius, Venus, Mars, Jupiter, och Saturnus är de ”klassiska” fem planeterna, som lätt kan urskiljas med
blotta ögat på himlen. Även Uranus kan ses utan teleskop, om man vet var man ska leta, men den blev inte
identifierad som planet förrän långt senare, vilket vi återkommer till. Jorden, den planet vi står på, kan man
förvisso också se utan teleskop, men det var inte förrän långt senare som man insåg att den är en planet.
4Inte för att bokbränning var något unikt kinesiskt fenomen. En mycket stor del av de gamla grekernas
skrifter gick oåterkalleligen förlorade när biblioteket i Alexandria brändes ner, först av romare, sedan av kristna,
och sist av muslimer (fast man kan ju undra hur mycket brännbart stoff som fanns kvar tredje gången). Likaså
har kristna missionärer i olika delar av världen ofta systematiskt bränt alla lokala "hedniska" skrifter som de har
kommit över -- det sannolikt värsta exemplet är förstörelsen av i stort sett alla urkunder från det gamla
inkaimperiet i Peru.
6
1.1.3 Centralamerika
Västra halvklotets högkulturer är betydligt yngre än de på vår sida av Atlanten och Stilla
havet, men har såvitt vi vet uppstått oberoende och utan kontakt med tidigare kulturer5.
Framförallt är det Mayaindianerna som blivit berömda för sina astronomiska observationer,
under Mayakulturens blomstringstid mellan år 300 och 900 efter Kristus. Mayaindianernas
astronomi påminde även den i mångt och mycket om den babyloniska, med noggranna och
detaljerade observationer av himlafenomen som förmörkelser och planetrörelser. Framförallt
planeten Venus ägnades stor uppmärksamhet, och dess omloppstid mättes med ett fel på bara
0.00005 procent.
1.2 Grekernas alla världsbilder
En skrift om den västerländska världsbildens historia kan svårligen klara sig utan ett omfångsrikt kapitel om de gamla grekerna. Det finns knappast någon annan kultur, åtminstone
inte före 1900-talet, som varit lika produktiv och inflytelserik inom filosofin och tänkandet
som den klassiska grekiska ¾ och definitivt ingen som har tillnärmelsevis lika många kända
filosofer per capita; grekerna var ju aldrig någon särskilt stor folkgrupp6 rent antalsmässigt.
Varför just grekerna har en så dominerande roll i idéhistorien är en fråga man skulle kunna
spekulera mycket kring. Mina egna något vanvördiga tankar i ämnet är följande: de flesta
förindustriella kulturer, inklusive Grekland, var strikta klassamhällen7 med en liten ärftlig elit
och en stor massa av fattiga och/eller slavar. Eliten ägnade en stor del av sin tid och sina
resurser åt mer eller mindre improduktiv hobbyverksamhet. I de flesta fall, som i det feodala
Europa, handlade det om vin, kvinnor och sång i omåttliga mängder, medan däremot den grekiska eliten, genom någon modets nyck, i stället kom att ägna sig åt filosofiska spekulationer
och sodomi med unga pojkar... ungefär lika produktivt för samtiden som vinet, kvinnorna, och
sången, men källa till betydligt större framtida berömmelse och inspiration ¾ så vill ni att ert
namn ska bevaras till eftervärlden ska ni filosofera mer och festa mindre (fast när det gäller
sexualvanor är nog trots allt de nordiska traditionerna effektivare än de grekiska för att bevara
familjenamnet till eftervärlden... )
Den grekiska kulturen och filosofin hade sin storhetstid under århundradena närmast före
vår tideräknings början, med start kanske 600 f.Kr. Den överlevde den romerska erövringen,
och nådde en viss sekundär blomstring som "finkultur" i romarriket, men fick ett abrupt slut i
väst i och med kristendomens genombrott ¾ Platons akademi stängdes år 529 e.Kr., på kejsarens order, efter 900 år som ett av världens ledande lärosäten ¾ varvid de överlevande filosoferna flydde österut, och den grekiska tanketraditionen kom att finna en fristad inom den islamiska världen.
5Det har spekulerats mycket i möjligheten av tidigare interkontinentala resor och kontakter, med Thor
Heyerdahls expeditioner som ett i Norden välkänt exempel, men inga substantiella belägg har framkommit för
någonting tidigare än vikingarnas resor i västerled (från vilka arkeologiska fynd lär ha gjorts).
6Det hör dock kanske till saken att "de gamla grekerna" förvisso inte var begränsade till det som idag är
grekiskt territorium, utan var utspridda från Egypten till Italien, med ganska många av de kända namnen bosatta i
nuvarande Turkiet. Det de hade gemensamt var dock en kultur på grekisk grund, och det grekiska språket,
samma som fortfarande talas i igenkännelig (om än modifierad) form i dagens Grekland.
7Detta gäller trots Greklands rykte som demokratins vagga ¾ styresskicket var förvisso tidvis demokratiskt,
men bara inom den manliga eliten.
7
1.2.1 De tidiga grekerna
Miletos, på nuvarande Turkiets västkust, var centrum för den grekiska filosofins tidigaste
blomstring, med för eftervärlden bevarade namn som Thales, Anaximandros, och
Anaximenes. Thales var den förste av dem, och samtidigt den siste större filosofen som höll
fast vid ostkupemodellen. Vatten var temat i hans världsbild; jorden var en platt skiva som
flöt i ett världshav, medan himlen var en kupol av vatten, "det övre vattnet", på vilken
stjärnorna flöt som små båtar.
Redan Anaximandros insåg dock att jordytan inte kunde vara platt. Det främsta argumentet
för att den måste vara krökt var att de stjärnor man kan se på himlen inte är desamma på olika
platser på jorden. I ostkupevärlden kan ju varje del av kupan, och därmed alla stjärnor, ses
från varje punkt på den platta jordskivan., men i verkligheten ändrade sig stjärnhimlen
märkbart när man reste t.ex. från Grekland till Egypten. Men eftersom den ändras bara när
man rör sig i nord-sydlig riktning, men inte i öst-västlig, drog Anaximandros slutsatsen att
jordytan är en del av en cylinder med axeln i öst-västlig riktning, så att den kröker sig i ena
riktningen men inte i andra. Detta förklarar stjärnhimlens utseende med ett minimalt ingrepp i
ostkupan.
Heraklitus från Efesus, också i Turkiet, en generation senare, hade en ganska vag
världsbild, baserad på en tidig version av läran om de fyra elementen ¾ jord, luft, vatten, och
eld. Rymden var fylld av ren eld. I ett ständigt kretslopp omvandlades först en del av elden
till vatten, som föll ner som regn, och omvandlades till jord, medan jord och vatten på andra
ställen omvandlades tillbaka till eld och steg upp i skyn, i precis lagom mängd för att
kompensera nedfallet.
1.2.2 Pythagoréerna
Pythagoras (582-497 f.Kr.), mest känd av dagens studenter för den sats som bär hans
namn8, grundade en livaktig skola i Kroton i södra Italien, där han levde under kollektiva former tillsammans med kanske trehundra anhängare. Till skillnad från de flesta andra av den
tidens skolor accepterade pythagoréerna kvinnor som fullvärdiga medlemmar.
Den pythagoreiska filosofin handlade till stor del om matematik, särskilt tal och talförhållanden, och sökte efter matematiska relationer inom livets alla områden. Vissa av de funna
relationerna var genuina, som till exempel de mellan toner och strängegenskaper för stränginstrument, medan andra var mer långsökta, och närmast att hänföra till talmystik och
numerologi. Detta gäller inte minst deras astronomiska världsbild, som av filosofiska skäl
begåvades med ett par extra himlakroppar utöver dem som vi kan se i skyn. Jorden var
fortfarande av allt att döma en platt skiva9, trots Anaximandros' insikter en generation tidigare,
men den vilade inte på botten av en ostkupa utan rörde sig fritt i rymden, runt en centraleld.
Detta låter ju inte alldeles olikt vad vi vet idag, att jorden rör sig runt solen, ända tills det visar
sig att pythagoréernas centraleld inte alls är solen. Solen är i stället en liten skiva som
cirkulerar i jordens övre luftlager, och glöder av friktionen mot luften. Centralelden ser vi inte
alls, eftersom jorden i sin rörelse alltid vänder undersidan mot den. Centralelden är medelpunkt i ett antal sfärer med olika radie som bär upp de olika himlakropparna, planeter och
stjärnor, på lagom avstånd. Mittemot jorden, på andra sidan centralelden, finns dessutom en
8Pythagoras
är dock inte satsens upptäckare - den var känd åtminstone tusen år före hans tid av babylonierna,
och sannolikt också av egyptierna. Även de gamla kineserna kände till den.
9Jordens exakta form är något oklar i de pythagoreiska skrifterna ¾ de skulle med lite god vilja kunna tolkas
som att den är rund, men samtidigt har den en ovansida och en undersida (vänd mot centralelden), vilket för mig
låter platt.
8
antijord som vi aldrig ser, introducerad för att det totala antalet himlakroppar ska bli lika med
ett av pythagoréernas magiska tal.
1.2.3 Några steg i rätt riktning
Varje grekisk filosof med självaktning konstruerade ju sin egen bild av hur universum
kunde tänkas se ut, och med så många filosofer vore det ju egendomligt om inte en och annan
av en ren slump råkade spekulera i rätt riktning. Men när vi nu börjar komma fram till
omkring 400 f.Kr. har den grekiska filosofin mognat, under inflytande från män som
Parmenides, Sokrates, och Platon. Spekulationerna är inte lika fria och ohämmade längre,
utan behöver underbyggas med observationer och logiska resonemang. Det är ännu en bit
kvar till den moderna vetenskapen, men grunden hade börjat läggas. Det handlar dock
fortfarande om filosofi snarare än vetenskap ¾ den viktiga skillnaden är att empirisk
prövning av teorierna aldrig fick den centrala ställning hos grekerna som den har idag, och
som är nödvändig för den kumulativa kunskapsuppbyggnad som kännetecknar modern
naturvetenskap.
År 467 f.Kr. i Aten har vi ett tidigt exempel på ett annat och mindre sympatiskt fenomen,
som skulle nå sin kulmen 2000 år senare på Galileos tid, nämligen att kyrkan10 använder sin
världsliga makt till att förfölja och förtrycka forskare som kommer fram till "fel" resultat. En
viss Anaxagoras anklagades för kätteri och fördrevs från Aten, därför att han hävdade att solen
var ett stort eldklot, större än halvön Peloponnesos, och att månen inte lyste själv utan bara
reflekterade solljuset. Detta ledde honom också till korrekta förklaringar till månens faser11
och solförmörkelsers uppkomst12, något som inte gjorde inkvisitionen vänligare stämd mot
honom.
Heraklides (388-315 f.Kr.), lärjunge till Platon, lär ha varit den förste som föreslagit att
himlakropparnas dagliga rörelse över himlen kunde förklaras med att jorden snurrade runt sin
egen axel. Han tog också de första stapplande stegen i riktning mot ett heliocentriskt solsystem genom sin slutsats att de innersta planeterna, Merkurius och Venus, kretsar kring
solen. I övrigt är tolkningen av hans astronomiska teorier omstridd, men sannolikt handlar det
om att solen får kretsa i en bana kring en stillastående jord, tillsammans med de yttre
planeterna.
Dessa två idéer gör det betydligt enklare att beskriva och förklara
himlakropparnas rörelse, dels den dagliga rotationen, och dels Venus´ och Merkurius' vana att
alltid hålla sig i närheten av solen. Heraklides hade dock inga konkreta förslag om precis hur
den här rörelsen gick till, vad det var som höll planeterna i sina banor.
Aristarkos (310-230 f.Kr.) var den av de gamla grekerna som kom närmast det vi idag betraktar som en korrekt bild av solsystemet, med en världsbild snarlik den som framlades av
Kopernikus 1800 år senare. Solen fanns i centrum, och jorden kretsade runt den tillsammans
med de andra planeterna, i cirkulära banor. Aristarkos lyckades också visa att solen måste
vara avsevärt större än jorden, och det faller ju sig naturligt att ha den största kroppen i
10På
den tiden (f.Kr!) handlade det naturligtvis inte om en kristen kyrka, utan om den klassiska grekiska
religionen, med Zeus och Afrodite och de andra olympiska gudarna. Men det är lika tragiskt oavsett i vilken
guds namn det fria tänkandet undertrycks.
11 Solen belyser bara ena sidan av månen, och beroende på var månen är i sin bana ser vi olika mycket av
solsidan och skuggsidan. Det som syns på himlen för oss är enbart månens solsida — skuggsidan är helt svart.
Om månen är bortanför jorden, så att vi tittar på den med solen i ryggen, så ser vi den ju från samma håll som
solen belyser den, och då ser vi enbart solsida — fullmåne. Om månen däremot är mellan jorden och solen ser
vi bara månens skuggsida, d.v.s. vi ser den knappast alls. Halvmåne blir det när vi ser månen ”från sidan”.
12 Solförmörkelse blir det när månen passerar mellan oss och solen, så att vi hamnar i månens skugga. När
månen på samma sätt passerar genom jordens skugga kallas det månförmörkelse — icke att förväxla med månens
faser!
9
centrum. Hans metod för att mäta solens storlek utgick från observationer av jordskuggans
och månskuggans relativa storlek vid mån- respektive solförmörkelser, och från tiden mellan
två halvmånar (som ju inträffar när vinkeln mellan solstrålarna och synlinjen till månen är
rät.). Han kom fram till att solen är sju gånger större än jorden, vilket är en rejäl
underskattning ¾ halvmånemätningen är mycket besvärlig ¾ men ändå i rätt riktning
såtillvida att solen är den klart största himlakroppen i våra trakter. (Med moderna mått mätt är
solens diameter ungefär hundra gånger jordens.) Aristarkos världsbild blev dock aldrig
allmänt accepterad, utan föll mer eller mindre i glömska. I stället kom en annan teoritradition
att dominera astronomin under de närmaste två årtusendena:
1.3 Cirklar i cirklar i cirklar...
1.3.1 Eudoxos och Aristoteles
En annan av Platons lärjungar, Eudoxos (född 408 f.Kr.), konstruerade den första solsystemsmodellen som både innehöll en mekanism för hur det hela fungerade, och var i stånd
att ge någorlunda pålitliga förutsägelser av planeternas framtida lägen och rörelser. Hans
modell var mycket sinnrikt konstruerad, och lade grunden till det paradigm som skulle
dominera astronomin under de kommande tvåtusen åren. Så här i efterhand är det lätt att se
att modellen är helt tokig, och snarare hindrade än hjälpte astronomins senare utveckling, men
på sin tid var den ett seriöst och tämligen framgångsrikt försök att beskriva himlakropparnas
beteende, som är värt all respekt. Eudoxos' teori stämde betydligt bättre överens med vad man
då visste om rymden än vad Heraklides' gjorde, även om det senare visat sig att Heraklides
egentligen kom sanningen närmare.
Men låt oss nu, efter alla lovord, titta på hur den här modellen egentligen såg ut. Grundtanken är att jorden sitter stilla i världsalltets medelpunkt. Runt jorden finns ett antal stora
sfärer med centrum i jorden, så kallade homocentriska sfärer. På den yttersta största sfären
sitter stjärnorna fast monterade. Den sfären vrider sig runt jorden ett varv på tjugofyra
timmar, vilket ger stjärnorna deras dagliga rörelse. Innanför den finns en uppsättning med tre
eller fyra sfärer för var himlakropp. Den yttersta i varje uppsättning sitter fast i
fixstjärnesfären, den näst yttersta roterar runt en axel som sitter fast i den yttersta (axeln är
normalt inte parallell med jordaxeln), och så vidare, med himlakroppen i fråga fastsatt på den
innersta av "sina" sfärer. Med lämpligt valda rotationshastigheter och axellutningar för alla
inblandade sfärer kan det här systemet med hygglig noggrannhet återge himlakropparnas
rörelser över himlen.
Totalt innehåller systemet tjugosju sfärer, som roterade kors och tvärs i alla riktningar ¾
jag förstår inte hur Eudoxos någonsin kunde hålla reda på hur allting rörde sig och snurrade,
utan så mycket som en MacIntosh till hjälp. Men det kunde han, och hans sinnrika om än
något originella solsystemsteori fick stor framgång.
Sitt definitiva genombrott fick teorin när den adopterades av Aristoteles som grund för
hans astronomi. Aristoteles (384-322 f.Kr., vilket gör honom nästan jämnårig med
Heraklides) kan kanske kallas för Greklands störste filosof, och definitivt för den mest
produktive och inflytelserike. Hans arbeten kom att dominera tänkandet under närmare
tvåtusen år framöver, framför allt inom logik, etik, biologi, och fysik. Dock var hans fysik
och astronomi behäftade med vissa svagheter, som på sin tid var förlåtliga, men som allvarligt
kom att hämma utvecklingen senare under medeltiden.
När Aristoteles tog över Eudoxos astronomiska teori skedde av allt att döma ett allvarligt
missförstånd ¾ Eudoxos hade aldrig tänkt sig att hans otaliga sfärer skulle uppfattas som
10
verkliga konkreta materiella sfärer, utan bara som matematiska abstraktioner. Aristoteles
däremot ville ha det till att rymden verkligen var fylld med ett antal gigantiska kristallsfärer.
Han insåg dock genast att med Eudoxos ursprungliga sfärkonfiguration är detta omöjligt ¾
den rotationsaxel som förbinder varje inre himlakropps sfäruppsättning med fixstjärnesfären
skär genom de utanförliggande sfärerna och låser deras rotation.
För att kringgå det
problemet införde han ytterligare ett par dussin extrasfärer mellan de olika Eudoxianska
sfäruppsättningarna, så att varje sfär bara satt fast i den närmast utanförliggande, varvid
systemet i princip kunde fås att fungera.
Aristoteles bibehöll vidare de fyra elementen, men hävdade att
himlen, som ju var gudarnas boning, inte kunde vara uppbyggd av
något så prosaiskt som jord, luft, vatten, och eld, utan införde ett femte
element, kvintessensen, för detta ändamål. Himlen förmodades vara i
alla avseenden perfekt, och måste därför vara oföränderlig ¾
himlakropparna kunde gå runt och runt i sina banor, som måste vara
uppbyggda av cirklar och sfärer, de enda perfekta geometriska
formerna, men ingenting fick någonsin förändras i himlen. Kometer
och liknande uppenbara förändringar antogs uppkomma i den övre
delen av jordatmosfären där luft och eld blandades, och inte i den "egentliga" himlen.
Jorden var enligt Aristoteles rund, därför att han av filosofiska skäl föredrog sfärer framför
skivor, men också därför att det fanns flera fenomen som stödde hypotesen att den skulle vara
rund. Han kände till (eller återupptäckte) Anaximandros gamla argument mot en platt jord,
och dessutom var vid månförmörkelser (som Aristoteles visste hur de fungerade) jordens
skugga alltid rund.
Tanken att jorden skulle röra sig runt solen diskuterades av Aristoteles, men förkastades
därför att man då skulle se stjärnhimlen ur olika perspektiv vid olika årstider. Dessutom
skulle ett föremål som kastades upp i luften från en rörlig jord inte komma ner på samma
ställe, utan i stället landa där jorden skulle befunnit sig om den fortsatt röra sig i en rät linje.
Märk väl att Aristoteles här har rätt ¾ båda effekterna uppkommer förvisso när jorden rör sig,
det är bara det att de är så små att de inte gick att observera på hans tid. Det var först på 1800talet som pålitliga mätningar kunde göras, som då naturligtvis helt entydigt visade att jorden
faktiskt rör sig.
1.3.2 Ptolemaios
Den grekiska filosofins tyngdpunkt förskjuts efterhand från Aten till Alexandria, där ett antal framstående astronomer är verksamma vid det berömda biblioteket. Eratostenes, som
närmast kan ses som en arvtagare till Aristarkos, är en av dem, mest känd för sin noggranna
bestämning av jordens omkrets, som han fick till 39600 km. Appolonius och Hipparkos
arbetar i stället vidare med Aristoteles' teorier, och förenklar dem avsevärt genom sin upptäckt
att allt det Aristoteles gör med sfärer lika gärna kan göras med cirklar, antingen upphängda
som de aristoteliska sfärerna, eller med så kallade epicykler. Epicykelbegreppet innebär att en
himlakropp rör sig längs en liten cirkel, vars centrum sedan i sin tur rör sig runt en större cirkel, som i sin tur kan ha sitt centrum på en ännu större cirkel, eller upphängt i jorden.
Ovanstående herrar verkade omkring 200 f.Kr. Om vi sedan gör ett hopp framåt i tiden till
140 efter Kristus stöter vi på den siste store grekiske astronomen, Ptolemaios. Han vidareutvecklade epicykelmodellen till en mycket raffinerad teori med otaliga cirklar i cirklar i
cirklar, en teori som faktiskt fungerade alldeles utmärkt och gav en fullt acceptabel
beskrivning av planeternas rörelser på himlen, inklusive de komplicerade baklängeskurvor det
till synes blir när jorden "kör om" t.ex. Mars i sin bana.
11
Ptolemaios skrev också ner all den tidens astronomiska vetande, ett verk i tretton band
mest känt under sin arabiska titel Almagest. I detta når den geocentriska världsbilden sin
höjdpunkt, en världsbild som sedan förblir den dominerande i 1500 år, fram till Galileos tid.
En förenklad skiss av Ptolemaios’ epicykelmodell. Varje planet (inklusive solen
och månen, men exklusive jorden) rör sig runt en liten cirkel, som i sin tur rör sig
runt en större cirkel, som går runt jorden.
1.3.3 Medeltida mörker
Efter den grekiska kulturens undertryckande hände det inte så mycket mer under ett drygt
årtusende. I Europa rådde totalt intellektuellt och vetenskapligt stillestånd, under den tidiga
katolska kyrkans överhöghet. De gamla grekernas filosofi föll i glömska här, men bevarades i
de islamiska länderna, om än utan att de tillförde några väsentliga egna bidrag till astronomins
utveckling. Framemot elvahundratalet, när kristna styrkor erövrade de muslimska delarna av
Spanien, återupptäcktes den grekiska vetenskapen, och anammades i valda stycken av den
katolska kyrkan som "officiell" vetenskap. Framförallt Aristoteles upphöjdes till läromästare,
och hans skrifter fick en status som i vetenskapliga frågor inte stod Bibelns långt efter. St.
Thomas av Aquino spelade en central roll i integreringen av grekisk filosofi och kristen
teologi.
12
2 Och ändå rör hon sig
Den medeltida filosofiska traditionen, som byggde på teoretiska resonemang kring och
tolkningar av vad olika forntida auktoriteter hade skrivit och tyckt, utan närmare intresse för
den kringliggande verkligheten, började framemot medeltidens slut att kännas allt mer otillfredsställande för ett antal oortodoxa tänkare.
2.1 Pionjärerna
Det första fröet till en omvärdering av naturfilosofins mål och medel såddes egentligen av
Thomas av Aquino, när han introducerade Aristoteles' naturvetenskapliga skrifter, men äran
av att kallas den moderna naturvetenskapens fader tillkommer snarare Roger Bacon (12141294). Han var den förste som på allvar betonade naturvetenskapens empiriska natur, att den
faktiskt handlar om världen omkring oss, och att bästa och säkraste sättet att nå kunskap om
världen är att helt enkelt gå ut och se efter, snarare än att bläddra i gamla dammiga luntor för
att se vad profeter och greker hade tyckt och tänkt i ämnet. Hans idéer uppskattades av vissa
kyrkomän, som påven Klemens IV, av vilken han fick i uppdrag att skriva en bok om sin
vetenskapsfilosofi, medan andra, som Klemens' efterträdare Nikolaus IV, som lät sätta Bacon
i fängelse för "brottet" att skriva denna bok, var mindre entusiastiska.
Men trots
kontroverserna med kyrkan kom en livlig forskningsverksamhet igång, där de gamla grekernas
teorier kom att börja prövas och kontrolleras experimentellt, i stället för att bara upprepas och
diskuteras teoretiskt.
2.1.1 Nikolaus Kopernikus
Även den gamla grekiska astronomin, i den form den hade blivit anammad av kyrkan,
vilket i allt väsentligt var Ptolemaios' epicykelmodell, kom att utsättas för samma typ av
granskning, men klarade sig till att börja med relativt bra. Det ptolemaiska systemet var väl
genomarbetat, och fungerade med den tidens mått inte alls dåligt som beskrivning av
himlakropparnas uppträdande. Noggranna experiment krävdes innan allvarliga avvikelser
från Ptolemaios kunde upptäckas, och även efter det krävdes en hel
del möda innan en bättre teori kunde läggas fram. Det första
framgångsrika försöket bygger faktiskt inte så mycket på
experiment, utan passar egentligen lika bra i den gamla skolastiska
traditionen. Nikolaus Kopernikus (1473-1543) lade fram sin teori
med solen i centrum, inte så mycket därför att den experimentellt
fungerade bättre än Ptolemaios (det gjorde den inte alls), utan
därför att det föreföll filosofiskt och logiskt mer tillfredsställande
med solen i centrum. Det blev helt enkelt ett mindre komplicerat
och mindre långsökt universum med den kopernikanska
heliocentriska modellen än med de ptolemaiska krumbukterna, trots
att även Kopernikus använde sig av cirklar och epicykler. Kopernikus använde sig av samtida
fysikers arbete med att omvärdera och luckra upp den aristoteliska fysikens rörelselagar, ett
arbete som gjorde det lättare att acceptera en rörlig jord, något som Aristoteles hade förkastat,
men stödde sig också på de gamla greker, däribland Heraklides, som hade pläderat för ett
heliocentriskt solsystem. Huvudpunkterna i Kopernikus' teori är följande:
13
·
·
·
·
·
·
Inte alla himlakroppar rör sig runt samma medelpunkt.
Jorden är inte världsalltets medelpunkt, utan bara centrum för månens bana och källa
till den jordiska tyngdkraften.
Solen är centrum för planetsystemet, och därmed (enligt den tidens syn) för
världsalltet.
Himmelssfärens dagliga rörelse beror på jordens rotation runt sin axel.
Solens årliga rörelse bland stjärnorna beror på att jorden rör sig i en bana runt solen.
Avståndet till stjärnorna måste vara mycket större än avståndet mellan jorden och
solen, annars skulle jordens banrörelse göra att vi såg stjärnorna ur olika perspektiv vid
olika årstider.
Planeternas rörelser försiggick i övrigt på samma sätt som hos Ptolemaios, med cirklar i
cirklar, men det var ändå ett fundamentalt filosofiskt steg som togs, när jorden detroniserades
från sin plats i världsalltets centrum. Trots detta var Kopernikus inte någon våldsamt kontroversiell figur under sin livstid, utan framlevde ett relativt stillsamt liv, anställd av katolska
kyrkan i dåvarande Preussen. Hans idéer publicerades dock aldrig i detalj under hans livstid,
och han gjorde inte själv några större ansträngningar för att sprida dem. Hans storverk, De
Revolutionibus Orbium Celestium (Om Himlakropparnas Omlopp), skrevs när Kopernikus var
i sextioårsåldern, men han tvekade in i det längsta att publicera verket. Kort före hans död
lyckades dock hans assistent övertala honom att skicka boken till tryckning, och den kom ut
bara en vecka innan han avled, sjuttio år gammal, 1543. Till boken hade dock utan hans
vetskap fogats ett förord med bland annat följande innehåll: "...visserligen tycks hypotesen om
jordens rörelse överensstämma med observerade fakta, men detta innebär inte med
nödvändighet att hypotesen är riktig eller ens trolig." vilket ju låter som om författaren ville
bibehålla jorden i centrum. Detta förord, som felaktigt troddes vara skrivet av Kopernikus
själv, lär ha bidragit till att boken inte mötte större motstånd än den gjorde. Visserligen blev
det en het debatt bland dåtidens astronomer om huruvida Kopernikus' system fungerade bättre
än det Ptolemaiska för att beskriva himlakropparnas rörelser, men detta var en rent teknisk
diskussion, som inte gick djupare in på följderna för vår världsåskådning av att sätta jorden i
rörelse.
2.1.2 Tycho Brahe
Det visade sig ganska snart att tillgängliga astronomiska observationer på den tiden inte var
tillräckligt noggranna för att säga med bestämdhet huruvida Ptolemaios eller Kopernikus hade
rätt. Tycho Brahe (1546-1601), dansk adelsman med astronomiska intressen, tog fasta på
detta problem, och ägnade en stor del av sitt liv åt att så noggrant som möjligt mäta
planeternas banor över himlen, för att på så vis pröva de olika teorierna. Själv var han relativt
konservativ, och höll i huvudsak fast vid den ortodoxa geocentriska världsbilden, men hans
observationer kom ändå att spela en ovärderlig roll för den heliocentriska världsbildens
definitiva genombrott. Dessutom gjorde Tycho Brahe ytterligare två observationer på himlen
som bröt mot gamla etablerade sanningar:
·
Han upptäckte år 1572 en ny stjärna på himlen, vilket motsäger den klassiska bilden av
stjärnorna som orörliga och oföränderliga. Den "nya" stjärnan har senare identifierats som en
supernova, en stjärna som exploderade, och därmed blev tillräckligt ljusstark för att ses med
blotta ögat.
·
Kometer var i och för sig ett gammalt känt fenomen, men ingen hade tidigare kunnat
mäta deras avstånd. Aristoteles hävdade att de höll till i jordatmosfären, bara några kilometer
14
upp, men Tycho Brahe lyckades visa att de kometer han studerade befann sig mycket längre
bort än månen, och därmed omöjligtvis kunde vara atmosfäriska fenomen.
Tycho Brahe bodde under större delen av sitt verksamma liv på Ven, en ö i Öresund som
han hade fått i förläning av danske kungen Fredrik II, för att där kunna bedriva sin forskning.
Han lät här uppföra ett kombinerat slott och observatorium, Uranienborg, och sedermera ännu
ett, den här gången underjordiskt, observatorium. Ruinerna av hans observatorier kan än idag
beskådas på Ven, som numera tillhör Sverige. Som feodalherre lär Brahe ha varit synnerligen
brutal, även med den tidens mått, vilket bidrog till att han så småningom föll i onåd hos
kungen, och kände sig nödsakad att lämna Danmark. Han sökte sig då till Prag, och fick jobb
som hovmatematiker vid kejsar Rudolf II:s hov, där han slutade sina dagar 1601.
2.1.3 Johannes Kepler
I det dåvarande österrikiska imperiet levde på den tiden även en något yngre man vid namn
Johannes Kepler (1571-1630). Han hade varit lärare i matematik och astronomi i Graz, men
drevs i landsflykt av religiösa skäl ¾ detta var mitt under den öppna konflikten mellan
katoliker och protestanter i reformationens efterdyningar, och Kepler tillhörde "fel" samfund,
som protestant i det katolskt styrda Österrike. Han tilläts dock återvända efter bara en månad,
och kom då till Prag, där han blev Tycho Brahes assistent. Efter Brahes död fick Kepler
överta både hans jobb som hovmatematiker, och hans samlade astronomiska observationer,
något som fick stor betydelse för astronomins fortsatta utveckling.
Under sin tid i Graz hade Kepler formulerat en helt egen modell för universums uppbyggnad, publicerad i ett verk med den blygsamma titeln Mysterium Cosmographicum (ungefär:
Universums hemlighet). Denna modell byggde på att planeterna hölls isär av kristallkuber,
kristalltetraedrar, och andra geometriska kroppar, och togs knappast på allvar av någon annan
än författaren själv, vare sig då eller senare.
Som Tycho Brahes assistent kunde han inte längre spekulera fritt i grumliga kristallkosmologier, utan fick i stället sig förelagt uppgiften att med utgångspunkt från Brahes observationer
bestämma planeten Mars' bana. Detta fortsatte han med även efter Brahes död, och efter
många sidospår och återvändsgränder i beräkningarna kunde han efter sex år till sist
presentera en lösning. Hans lösningsmetod byggde på Brahes tålmodiga arbete med att samla
in en lång, sammanhängande serie av observationer av Mars' position, under många år i
sträck. Därigenom kunde han välja ut en samling observationer gjorda med exakt ett års
mellanrum, då jorden alltså åter borde befinna sig på samma plats i rymden, och en annan
samling gjorda med 687 dagars mellanrum, vilket råkar vara ett Mars-år, så att Mars är
tillbaka på samma ställe. Utifrån dessa observationsserier kunde han visa att varken jorden
eller Mars rör sig i en exakt cirkel runt solen, utan banorna är lite ovala. Det tog sedan
ytterligare några år att visa att den exakta formen av båda banorna var ellipser. I figuren
nedan visas Mars' och jordens banor tillsammans. (Men märk väl att ellipticiteten är starkt
överdriven för att göra formen tydligare, banorna är i verkligheten inte alls så långsträckta,
utan går knappt att skilja från cirklar med blotta ögat.)
15
Mars' bana
Jordens bana
Solen
Märk väl att solen inte befinner sig i ellipsens centrum, utan lite vid sidan om, i det som
kallas ellipsens brännpunkt13, så att planeterna inte alltid befinner sig på samma avstånd från
solen. Jordens avstånd till solen ändras fem miljoner kilometer på väg runt banan.
Vidare kunde han dra slutsatsen att både Mars och jorden rör sig snabbare ju närmare solen
de befinner sig. För varje planet är produkten av banhastigheten och avståndet från solen
alltid konstant, men eftersom avståndet ändras måste även hastigheten ändras. Jordens far
runt solen över 3000 km/h fortare i januari14 än i juli.
Detta var Keplers första och andra lagar, som ger egenskaperna hos en enskild planetbana.
Keplers tredje lag, som tog ytterligare några års arbete, handlar i stället om relationerna mellan
olika planeters banor. Det var ju känt sedan länge att ju längre bort en planet var desto längre
tid tog det för den att gå runt solen. Vad Kepler lyckades med var att hitta en direkt numerisk
relation mellan planetens avstånd från solen, och den tid det tog för den att gå ett varv. Det
visade sig att omloppstiden i kvadrat var lika med avståndet (genomsnittsavståndet) från solen
upphöjt till tre. Detta stämde med all önskvärd precision för samtliga kända planeter.
För att så sammanfatta Keplers lagar:
1. Planeterna går runt solen i ellipser, med solen i ena brännpunkten.
2. En planets banhastighet gånger dess avstånd från solen är konstant.
3. Kvoten P2/R3 är densamma för alla planeter. (P = årets längd, R = avståndet från
solen).
13Man
kan enkelt rita en ellips på papper, genom att sätta fast två häftstift i pappret, göra en ögla av en stump
snöre, trä öglan runt de båda häftstiften, sticka en penna i öglan så att snöret sträcks, och dra pennan runt
häftstiften, hela tiden med snöret sträckt. Den figur som pennan ritar är en ellips, och häftstiften sitter i dess två
brännpunkter.
14Jodå, jorden är faktiskt närmast solen i januari, och längst bort sex månader senare. Detta bidrar till att
mildra våra årstider lite grann, så att vintrarna är varmare och somrarna kallare än de skulle varit annars, på norra
halvklotet. Årstiderna beror ju annars i första hand på att jorden lutar. Den lutar alltid åt samma håll, med
nordpolen åt vänster i figuren ovan — men i januari är jorden till vänster om solen, och då lutar ju nordpolen
bort från solen så att det blir mörkt och kallt här uppe i lappmarkerna, och sedan i juli är jorden till höger om
solen så att nordpolen istället får fullt solsken och det blir varmt och sommar här. Tvärtom naturligtvis kring
sydpolen, som ju lutar åt höger istället.
16
Detta var en god och pålitlig beskrivning av hur planeterna rörde sig, och stämde väl överens med observationer, avsevärt bättre än både Ptolemaios och Kopernikus. Men det var
fortfarande bara en beskrivning, inte en förklaring ¾ ingen hade ännu så länge den blekaste
aning varför planeterna rörde sig i just ellipser. Första ansatsen till förklaring kommer ett par
gubbar senare. Innan dess ska vi komma till två som rörde om i grytan på andra sätt.
2.1.4 Giordano Bruno
Medan de övriga gubbarna i det här kapitlet höll på att reda ut planeternas rörelser, ägnade
sig Giordano Bruno (1548?-1600) åt filosofiska och kosmologiska spekulationer. Han
lämnade definitivt ostkupan bakom sig, i sina funderingar kring ett oändligt stort och oändligt
gammalt universum. Detta oändliga universum blev accepterat som en mer eller mindre
underförstådd bakgrund till Upplysningstidens naturvetenskap, med början hos Newton på
den astronomiska sidan. För Bruno var det även en religiös vision, i och med att han
närmade sig buddhismen i sin syn på Gud som världssjälen som uppfyllde universum. Vare
sig denna panteism eller avsaknaden av skapelseögonblick i hans universum, gjorde honom
populär hos dåtidens kyrkliga makthavare, och han slutade sina dagar på med att brännas på
bål, i Rom den 17 februari 1600, dömd för kätteri.
2.1.5 Galileo Galilei
Kopernikus och Kepler var båda relativt stillsamma herrar, som höll på med sin forskning i
lugn och ro, utan att göra alltför stor affär av det. Galileo (1564-1642) däremot var en helt
annan typ ¾ en ambitiös och driftig man, vars tunga var lika skarp som hans intellekt. Såväl
påvar som världsliga furstar lät sig imponeras av hans upptäckter och uppfinningar ¾ när inte
hans oförsiktiga uttalanden gjorde dem till hans bittra fiender. Diplomatisk är inte en term
som beskriver denne man. Somliga hävdar att han skulle ha klarat sig undan inkvisitionen om
han hade avhållit sig från att framställa kyrkans representant som trögtänkt och mindre
vetande, i samma bok där han pläderade för sin heliocentriska syn.
Hur det än må vara med hans personlighet, är Galileo väl värd en
plats i vetenskapens historia. Han spelade en central roll i
omvandlingen av naturvetenskapen från en skolastisk till en
experimentell verksamhet, och lade grunden till det som senare blev
den klassiska mekaniken.
Inom astronomin var han också en
nydanare, inte så mycket på grund av egna nya idéer, utan därför att
han var den förste att rikta ett teleskop15 upp i himlen och göra något
vettigt med det.
Han var en varm anhängare av Keplers
heliocentriska teori, och pläderade vitt och brett för en rörlig jord,
både i tal och skrift. I sin polemik nyttjade han flitigt de upptäckter han gjort med sitt nya fina
teleskop, och som förvisso stödde idén att jorden bara var en planet bland alla andra:
·
Månar kring Jupiter (så det fanns himlakroppar som alldeles uppenbart kretsade kring
något annat än jorden).
·
Berg och kratrar på vår egen måne, vilket fick den att se ut mer som en värld och
mindre som en grön ost.
15Galileo
var inte, som ofta påståtts (även av honom själv), teleskopets uppfinnare. Det uppfanns i Holland
på 1500-talet, men användes till en början främst av sjöfarare. Galileo introducerade det i Italien, och fann ett
nytt användningsområde för det i astronomin. Intressant nog var det Kepler (som fick tag på ett teleskop året
efter Galileo) som först lyckades ge en korrekt förklaring till hur teleskopet fungerade.
17
·
Faser hos Venus, så att vi ibland ser en full-Venus, ibland ny-Venus, ibland halvVenus, på samma sätt och av samma anledning som månen. Fasernas fördelning i
tiden gjorde det uppenbart att Venus kretsade kring solen och inte kring jorden.
Detta är observationer som var och en kan göra själv hemma — en vanlig fågelkikare
håller minst lika god kvalitet som Galileos första teleskop (teleskop och kikare funkar precis
likadant, är egentligen bara olika namn på samma instrument). Har du en hygglig kikare så
kan du se både Jupiters månar och allt det andra utan större problem.
Till en början blev Galileo tolererad, och tidvis även uppmuntrad, av kyrkan. I början av
1600-talet fick han dock en varning, att han borde sluta framställa den heliocentriska världsbilden som om den vore ett faktum, även om han gärna fick diskutera den som en hypotes. I
samma veva hamnade Kopernikus' skrifter i Index16, katolska kyrkans lista över förbjudna
böcker. Galileo höll sig lugn ett tag, men när så en gammal kompis till honom blev påve 1623
trodde han att fältet var fritt, och skrev sin mest berömda bok, Dialog över de två viktigaste
världssystemen. I denna jämförde han de heliocentriska och geocentriska världsbilderna, i
form av en debatt mellan en förespråkare för varje, med en intelligent lekman som åhörare,
som de båda försöker övertyga. Påven var dock inte alls road av boken, där den kyrkliga
synens representant inte framställdes särskilt smickrande ¾ redan namnet, Simplicio, ger en
antydan om Galileos attityd i boken. Galileo släpades inför inkvisitionen, och tvangs avsvära
sig alla kätterska villoläror, som att jorden kunde vara något annat än världens fasta
medelpunkt. Dock var väl hans tidigare vänskap med påven fortfarande till viss hjälp, för han
hamnade vare sig på bålet eller sträckbänken, utan klarade sig undan med livstids husarrest.
Det hör också till historien att en senare påve, Johannes Paulus II, tog upp målet igen, varvid
Galileo postumt frikändes från kätterianklagelsen. Detta inträffade hösten 1992...
2.2 Urverkets uppgång och fall
2.2.1 Isaac Newton
Om man skulle få för sig att försöka kora alla tiders främste naturvetare, så kan Isaac
Newton (1642-1727) knappast undgå att bli en av finalisterna17. Han föddes samma år som
Galileo dog, och vidareutvecklade dennes fysiska och astronomiska arbeten till en enhetlig
och allomfattande teori för kroppars rörelser. Innan han kom in
på fysiken började han dock sin akademiska bana med att studera
matematik vid universitetet i Cambridge, och överglänste snart
sin handledare, så att denne 1669, när Newton var 27, lät honom
överta professorsstolen. Innan dess hade Newton hunnit med att
utveckla det vi idag kallar differentialkalkyl (derivator,
differentialekvationer, och sådant, en av den moderna
matematikens grundpelare), och även börjat pyssla lite vid sidan
om med fysiska experiment. Det mesta arbetet utfördes dock inte
16Index Librorum Prohibitorum (Lista över Förbjudna Böcker) upprätthölls av katolska kyrkan som en lista
över böcker som en rättrogen katolik inte får befatta sig med. Böckernas författare hade åtminstone tidvis samma
problem som Salman Rushdie idag, men systemet är sedan 1966 officiellt avskaffat. Bland de sista som fick sitt
namn infört i Index på 1960-talet kan nämnas Jean Paul Sartre.
17Andra finalister jag skulle kunna tänka mig är Aristoteles, Einstein, Darwin... kanske Maxwell, Bohr, eller
Feynman. Att utse en vinnare vore svårt ¾ deras bidrag är av så olika art att de knappast är jämförbara.
18
i Cambridge ¾ på 1660-talet bröt en pestepidemi ut där, som varade i många år, och Newton
tillbringade försiktigtvis större delen av sin tid hemma på landet i Lincolnshire. Den lugna
tillvaron där kan ha haft en avgörande betydelse för hans upptäckter, med den tankero lantlivet
tillhandahöll ¾ däribland icke att förglömma möjligheten att sova middag under ett äppelträd18...
Någon gång kring 1666 började Newton komma någon vart i sina funderingar kring hur
himlakropparna rör sig. Han kände vid det här laget till både Keplers och Galileos arbeten,
och visste således både att månen och planeterna rör sig i ellipser, och att saker och ting i vår
omgivning faller med konstant acceleration. Hans snilledrag här var att koppla samman de
två. Om man kastar en boll lite snett uppåt-framåt, så flyger den ju ett gott stycke innan den
faller till marken, och ju hårdare man kastar desto flackare blir dess bana, och desto längre
kommer den. Men jorden är ju rund, och jordytan följaktligen krökt... vad händer om man
kastar bollen med sådan fart att jordytan "hinner" krökas undan fortare än bollen dras nedåt, så
att bollen aldrig kommer närmare marken? Fortsätter den då framåt i all evighet, eller vad
händer egentligen?
Skulle det vara så att den bara fortsätter, då kommer den ju så
småningom att ha "fallit" runt jorden, och komma tillbaka från andra hållet. Men det är ju
precis vad månen håller på med, går runt och runt jorden varv efter varv. Vore det då inte
rimligt att anta att månen påverkas av jorden precis på samma sätt som den där hypotetiska
bollen, den som vi hade kastat så snabbt att den föll hela vägen runt jorden och aldrig nådde
marken.
Om man sedan börjar räkna på det, använder Keplers tredje lag, använder tyngdaccelerationen vid jordytan (g=9.81 m/s2), och använder månens avstånd och hastighet, så är det inte
svårt att räkna ut att gravitationslagen måste se ut ungefär som Newtons välkända formel:
F=G
M1M 2
R2
Detta enkla uttryck sammanfattar allt det man då visste om planeternas och månarnas rörelser. Samtliga Keplers lagar kan härledas ur Newtons gravitationslag, och den gör dessutom
vissa tillägg till Kepler, vars lagar stämmer exakt bara om planeternas inbördes påverkan kan
försummas. Det här är en viktig poäng med Newtons lag, att alla kroppar påverkar varandra
med dragningskrafter. Det är inte bara solen som drar i planeterna, utan de drar dessutom i
varann. Det är inte bara jorden som drar i månen, utan alla andra planeter också, vilket får
banorna att avvika lite från de perfekta Keplerska ellipserna. Och så vidare.
2.2.2 Urverksepoken
I och med Newtons arbete hade, såvitt man kunde avgöra, alla rörelser i naturen fått sin förklaring. Newtons mekaniska världsbild tedde sig fulländad och fullständig. Fysiken var i
princip färdig, det enda som återstod var att reda ut alla praktiska detaljer. Generationerna
efter Newton upphöjde honom till närmast gudomlig status, och svalde med hull och hår den
18Det
finns ju en allmänt spridd traditionell historia om hur Newton kom på sin tyngdlag när han låg under ett
äppelträd, och ett äpple trillade ner i skallen på honom, vilket skulle ha inspirerat honom att fundera över varför
det där äpplet föll ner. Tyvärr finns det inga belägg för att historien i sin standardform skulle ha någon
verklighetsbakgrund ¾ men när har det någonsin hejdat spridningen av en kul historia? Vad som finns belagt är
hur Newton började sina tyngdkraftsfunderingar med att dra paralleller mellan månens rörelse och mer
näraliggande fallrörelser, varvid han mycket väl kan ha använt sig av traktens äppelträd.
19
världsbild och den filosofi som de ansåg följde ur Newtons fysik19. Världen liknades gärna
vid ett urverk, där alla delar passade ihop, och rörde sig med mekanisk precision i exakt förutbestämda banor. Slumpen och den fria viljan förpassades till filosofihistorien; i denna nya
fysik fanns inget utrymme för sådana frivoliteter.
Förvisso var den nya fysiken synnerligen framgångsrik, och skördade den ena triumfen
efter den andra, i takt med att naturens dittillsvarande mysterier fick sin förklaring i
Newtonska termer. Dess främsta triumf inom astronomin torde vara upptäckten av planeten
Neptunus. Men innan vi kommer dit måste vi hitta Uranus, och det skedde faktiskt mer av en
slump. De sex innersta planeterna, från Merkurius till Saturnus, var synliga med blotta ögat,
och hade varit kända sedan tidernas begynnelse. I och med teleskopets tillkomst blev även
andra planeter observerbara, men till att börja med föll det inte någon in att det kunde finnas
fler än de klassiska. Mängder av astronomer skaffade sig dock teleskop, och ägnade mycket
tid åt att mer eller mindre systematiskt studera natthimlen, så det var bara en tidsfråga innan
någon skulle märka att vissa "stjärnor" rörde på sig. Det var dock knappast en ren slump att
upptäckaren av Uranus hette just William20 Herschel (1738-1822). Han gjorde astronomin
och kartläggningen av himlavalvet till sin livsuppgift, och höll på i årtionden med noggranna
observationer, med allt större och bättre teleskop.
Uranus upptäcktes 1781, vilket väckte stort uppseende. Dess rörelser följdes noggrant, och
banan kartlades efter hand som den gick runt solen. Till att börja med lydde den Newton till
punkt och pricka, men efter några årtionden började små avvikelser märkas. Till att börja med
avfärdades de som slarviga mätningar, men efter hand blev det tydligt att det var något skumt
på gång. Det fanns i princip bara två möjliga förklaringar: antingen hade Newton haft fel,
eller så fanns det ytterligare en planet bortom Uranus, vars dragningskraft på Uranus kunde
förklara avvikelserna i dess bana. Utifrån avvikelsernas storlek och riktning gick det bra att
räkna ut exakt var en sådan planet måste befinna sig för att med Newtons formel ge Uranus de
erforderliga störningarna. Två astronomer, Adams och Leverrier, gjorde beräkningarna oberoende av varandra, och presenterade båda sina resultat samtidigt år 1845. Sedan var det bara
en fråga om att rikta ett bra teleskop i rätt riktning och se efter om någonting i synfältet
flyttade på sig från natt till natt. Detta skedde, och Neptunus upptäcktes några månader senare
precis där den borde vara, vilket var en mycket vacker bekräftelse av Newtons lagar.
Upptäckten av Pluto 1930 skedde på liknande sätt, men här stämde förutsägelserna betydligt sämre, och det är fortfarande inte helt utrett huruvida Pluto ensam ligger bakom de rapporterade avvikelserna i Neptunus' bana. Pluto har vid närmare granskning visat sig vara mycket
mindre än vad man tidigare hade trott, den klart minsta kroppen i solsystemet som fortfarande
kallas planet21, och kan därför inte ha så stor inverkan på någon annan.
Under de senaste åren (1992 och framåt) har det stått i tidningarna ett par gånger att man
hittat en tionde planet bortanför Pluto. Det är sant såtillvida att flera himlakroppar har hittats
19Denna
mekanistiska världsbild hade inte särskilt mycket gemensamt med Newtons egen världsåskådning.
Åtminstone på äldre dagar var han djupt troende, och ägnade senare delen av sitt liv nästan helt åt religiösa
grubblerier och spekulationer, låt vara av ganska oortodoxt slag.
20William hade även en syster vid namn Caroline, som också hon ägnade sig åt astronomi tillsammans med
brodern. Traditionella och feministiska vetenskapshistoriker har olika uppfattning om hur mycket av äran för de
Herschelska upptäckterna som bör gå till systern.
21 Definitionen av en planet är egentligen inte alldeles solklar. En del av definitionen är att en planet ska
kretsa runt en sol (en himlakropp som kretsar runt en planet kallar vi för en måne, eller satellit), men det finns
biljoner himlakroppar i alla storlekar, ner till rena dammkorn, som kretsar i banor runt vår sol, och det är
egentligen ganska godtyckligt vilka vi kallar planeter. Man kan säga ungefär som så att för att kallas planet ska
en himlakropp vara minst lika stor som vår måne (vilket Pluto nätt och jämnt är), annars får den heta asteroid
eller komet eller meteor.
20
därute, men de är alldeles för små för att kallas planeter, utan det handlar snarare om stora,
stelfrusna kometer. Någon ”riktig” tionde planet har inte hittats.
En annan av Newtons astronomiska triumfer, något mera jordnära, är att han lyckades
förklara tidvattnet. Att vattnet i havet stiger och sjunker med jämna mellanrum har alla som
bott vid kusten haft klart för sig sedan urminnes tider. Men en vettig förklaring av mönstret
av stigande och sjunkande lät vänta på sig tills Newton hade fått ihop sin gravitationsteori,
och klargjort att den kunde tillämpas på alla kroppar, himmelska såväl som jordiska. Jorden
drar ju i månen, och håller därigenom kvar den i sin bana. Men månen drar också i jorden,
och påverkar jordens rörelse lite grann. Men månen drar inte bara i jordklotet som helhet,
utan också i alla enskilda kroppar på jorden, inklusive havsvattnet. Och vattnet på den sida av
jorden som vetter mot månen dras starkare mot månen än resten av jorden, eftersom det är
närmare månen. Och vice versa, vattnet på motsatta sidan dras mindre starkt, så att månen
drar iväg jorden från vattnet på bortre sidan. På båda sidor kommer jorden (d.v.s. havsbottnen) och vattnet att dras ifrån varandra, så att havsytan kommer längre från jorden, vilket
vi uppfattar som att vattennivån stiger. Man kan se det som att månen åstadkommer två
”vattenbullar” på jorden, en på var sida, och håller dessa stilla under sig. Sedan snurrar jorden
ju runt sin egen axel, och när det blir högvatten vid en viss kust betyder det att den kusten har
snurrat in i en vattenbulle. Normalt blir det alltså högvatten två gånger per varv (per dygn),
och lågvatten däremellan, men detta trasslas till en hel del av att vi inte har hav runt hela
jorden, utan kontinenterna stör vattenbullarna så att de inte kan röra sig fritt och hålla takten.
Här i Sverige ligger vi lite i lä för tidvattnet, och har därför mycket blygsamma ändringar av
havsnivån, upp till ett par decimeter, men på andra ställen förstärks det tvärtom av geografin
och kan uppgå till 10-15 meter. Mera normalt är någon enstaka meter.
Men det är inte bara månen som ger upphov till tidvatten. Det fungerar likadant med solen,
och i teorin även med alla andra himlakroppar, men det är bara månens och solens tidvatten
som märks här på jorden, de andra är för små eller för långt bort. Och månens tidvatten är
betydligt starkare än solens, så att hög/lågvatten följer månens rörelser. Solens bidrag är att
förstärka tidvattnet när den samverkar med månen, och försvaga det när de motverkar
varandra. (Kallas springflod respektive nipflod.)
De här tidvattenbullarna på jorden fungerar som bromsklossar, så att de successivt bromsar
upp jordens rotation runt sin egen axel. Dygnet är betydligt längre nu än det var från början,
kanske dubbelt så långt, och kommer att bli ännu längre i framtiden. Morgondagen blir en
bråkdel av en miljondels sekund längre än vad den här dagen är...
2.2.3 Grus i maskineriet
Det Newtonska urverket tickade på under hela 1700-talet, och fortsatte under 1800-talet att
byggas på och raffineras, till det fram emot 1880-talet började se ut som om fysiken och astronomin var i stort sett färdig. Alla fenomen tedde sig förklarade, det återstod bara lite
smådetaljer, några lösa trådändar att knyta upp. Tyvärr visade sig det vara lättare sagt än
gjort; när man nystade i de lösa trådarna drogs bara mer och mer trassel fram i ljuset, och drog
med sig en massa grus in i urverket, så att det började gå allt mer knastrigt och ojämnt. Det
mesta gruset fanns i andra delar av fysiken, men ett specifikt gruskorn hör hemma i det här
kapitlet.
Det visade sig att Merkurius, planeten närmast solen, inte heller betedde sig precis som
Newton tyckte den borde, utan dess bana avvek från beräkningarna. Även här hade man
samma två alternativ att välja på, men det visade sig helt omöjligt att räkna ut en vettig bana
för en extra planet i närheten av Merkurius som kunde förklara problemen. De relevanta
21
delarna av himlen har dessutom under många år fingranskats av astronomer, och ingen kunde
hitta22 någon himlakropp som inte borde vara där.
Därför drevs astronomerna så småningom motvilligt mot idén att Newtons teorier kanske
inte var hela sanningen. Men en bättre teori var inte lätt att finna, och lät vänta på sig ända till
1905, när den dök upp från ett något oväntat håll. En dittills helt okänd patentgranskare på det
schweiziska patentverket publicerade det året tre olika artiklar som revolutionerade fysiken,
och var och en för sig skulle ha gjort sin upphovsman världsberömd. En av dem innehöll
fröet till en lösning av Merkuriusproblemet. Patentgranskaren hette Albert Einstein, och
lösningen var hans relativitetsteori.
Vi ska inte gå in här på hur relativitetsteorin fungerar, det får
räcka med att säga att den ersätter Newton som grundläggande teori
för himlakropparnas rörelser. Så länge kropparna rör sig långsamt,
och gravitationskrafterna inte är för starka, gör det ingen skillnad om
man räknar med Newton eller Einstein, det ger samma resultat. Men
för hastiga rörelser i närheten av tunga kroppar stämmer inte Newton
längre, och det är därför avvikelserna först märktes hos Merkurius ¾
den rör sig snabbast av alla planeterna, och befinner sig närmast
solsystemets tyngsta kropp, solen.
Sedan 1905 har relativitetsteorin bekräftats i alla tänkbara
sammanhang, och än så länge har vi inte hittat några avvikelser som
inte den kan förklara. Tvärtom har den visat sig stämma även under omständigheter som var
helt okända för Einstein när teorin formulerades, vilket är ett gott tecken på att det kanske
finns ett korn av sanning i den. Men huruvida detta är den slutgiltiga teorin kan vi aldrig veta.
Kanske en vacker dag finner vi att den behöver kompletteras ¾ men än så länge fungerar den
bra, och är det bästa vi har för astronomin.
Detta är en generell princip inom vetenskapen (och föralldel inom allt mänskligt kunskapssökande), att vi aldrig kan vara absolut säkra på att vi har hittat den slutgiltiga sanningen. Allt
vi vet är noga räknat preliminär provisorisk kunskap, som vi använder så länge den funkar,
och så länge vi inte har hittat något som funkar bättre.
Men detta att ingenting är med absolut säkerhet sant, betyder på intet vis att vi inte kan
säga att vi vet någonting. Det är fel att säga att allt är ”bara teorier” och att alla teorier skulle
vara lika osäkra. Einsteins teori är bättre än Newtons på att förklara planeternas rörelser, och
Newtons är i sin tur bättre än Keplers, som är bättre än Aristoteles’. Likaså är ”teorin” att
jorden är rund betydligt bättre än teorin att jorden är platt. Strikt taget kan vi aldrig veta
sanningen, men åtskilliga vetenskapliga teorier är så överväldigande väl belagda att det för
alla praktiska ändamål bara är fånigt att insistera på det formella tvivlet. Vi kan lugnt säga att
vi vet att jorden går runt solen, och att den har gjort så i miljarder år, därför att dessa teorier
passar så utmärkt väl ihop med det vi ser här på jorden, och det finns inget seriöst alternativ.
Som lärare gör ni barnen en otjänst om ni presenterar kunskap som säkrare än den är — men
minst lika mycket om ni presenterar kunskap som osäkrare än den är.
Jag försöker i den här skriften att göra den distinktionen, såtillvida att sådant som jag
presenterar utan reservationer t.ex. ”Stjärnor bildas ur stora gasmoln i rymden.”, det kan ni
utgå från att det vet vi, i ovanstående betydelse, medan mindre väl belagda teorier uttrycks i
andra ordalag: ”Planeter lär bildas...”.
22Det
hände dock ett par gånger att överentusiastiska amatörer rapporterade att de funnit en sådan planet ¾
den fick till och med ett namn, Vulcanus ¾ men dessa "upptäckter" kunde aldrig bekräftas av någon annan, och
upptäckarna kunde heller inte återfinna sin förmodade planet, så misstag eller slarv är den troligaste förklaringen.
22
3 Blinka lilla stjärna där, hur jag undrar var du är
Så här långt har vi fått fram en bra och fungerande bild av solsystemet med dess planeter.
Men stjärnorna är även med teleskop fortfarande samma små ljusprickar som de var för våra
avlägsnaste förfäder. Vad är egentligen stjärnorna för något, och hur långt borta är de?
3.1 Stjärnornas avstånd
Att mäta avståndet till en stjärna är inte så lätt, och ännu år 1800 kunde vi inte säga mer än
att de måste vara mycket långt borta. Detta går tillbaka till ett av Aristoteles' gamla argument
mot en rörlig jord, nämligen att om jorden rörde sig borde stjärnhimlen ändras under året, allt
eftersom vi närmar oss stjärnorna på ena eller andra sidan av solen. Men någon sådan ändring
kunde man inte alls observera på Artistoteles' tid, och fortfarande inte på Kopernikus'. Aristoteles drog slutsatsen att jorden står till ¾ Kopernikus drog i stället slutsatsen att stjärnorna var
så långt borta att ändringen var för liten för att mäta. Det var ju uppenbart att stjärnorna var
längre bort än planeterna (emellanåt passerar en planet framför en stjärna, men aldrig
tvärtom), och Kopernikus' arbete gjorde solsystemet ett par nummer större, så stjärnorna
kunde gott vara ganska långt bort.
Under 16- och 1700-talet gjordes otaliga försök att mäta stjärnorna avstånd, med i princip
Aristoteles' metod. Man mätte riktningen till en viss stjärna ett visst datum. Sedan väntade
man sex månader, tills jorden var på motsatta sidan av solen, och mätte riktningen igen. Om
riktningen hade ändrats, kunde man ur ändringsvinkeln räkna ut avståndet.
Jorden i juli
Stjärna
Solen
Vinkelskillnad
a
i riktning till stjärnan
D
Jorden i januari
avståndet R
Vi kan således mäta vinkeln a, och känner jordbanans diameter D, och kan därför med lite
geometri och trigonometri räkna ut avståndet R, som är höjden i den likbenta triangeln med
bashörn i jordens två positioner, och topp i stjärnan: R=D/(2×tan(a/2)). Problemet är bara att
med de avstånd stjärnorna faktiskt befinner sig på blir vinkeln extremt liten ¾ för den
närmaste stjärnan inte mer än 0,0002 grader, och för andra stjärnor ännu mindre. De minsta
vinklar vi kan se med blotta ögat är bortåt hundra gånger större, så man förstår att Aristoteles
hade problem.
Det var inte förrän 1838 som en användbar mätning gjordes för första gången, ur vilken
man lyckades bestämma avståndet till stjärnan 61 Cygni. Detta avstånd visade sig vara
ungefär 100 000 000 000 000 km, men det är ju uppenbart opraktiskt att ange sådana
bokstavligen astronomiska avstånd i kilometer, så astronomer har skaffat sig lite bekvämare
enheter. Ljusets hastighet var på den tiden känd med hygglig noggrannhet, och ljuset går ju
ganska så fort, vid pass 300 000 km/s. Om man då låter en ljusstråle färdas i ett år kommer
23
den en sträcka som blir en ganska lagom enhet för stjärnavstånd: ett ljusår =
300000×3600×24×365 » 1013 km. Avståndet till 61 Cygni blir därmed 10 ljusår23. De närmaste
stjärnorna, Alfa Centauri och Proxima Centauri, ligger drygt fyra ljusår härifrån, så att det
"färskaste" stjärnljuset vi ser (förutom solens) lämnade stjärnans yta för över fyra år sedan.
Typiska avstånd för de stjärnor vi ser på himlen med blotta ögat handlar om upp till tusen
ljusår, vilket kan jämföras med avstånden mellan solen och jorden och de andra planeterna
som handlar om ljusminuter och ljustimmar.
3.2 Vad är en stjärna?
Svaret på frågan vad en stjärna är för något gav sig nästan av sig själv när väl avståndet var
känt. För det är ju välkänt att ju längre bort en ljuskälla befinner sig, desto svagare ter den sig
för oss ¾ en glödlampa som bländar på en meters håll, blir en knappt synlig ljusprick på en
kilometers håll. Omvänt kan man räkna ut ljuskällans verkliga ljusstyrka, om man känner
dess avstånd, och mäter hur mycket ljus som når hit från den. Detta var förstås bland det
första man gjorde, när man väl fick pålitliga siffror på stjärnornas avstånd. Intressant nog
blev svaret att en stjärna som t.ex. Alfa Centauri lyser nästan exakt lika starkt som vår sol
(skickar ut lika mycket ljus i rymden, och skulle te sig lika ljus som solen om den befann sig
på samma avstånd).
I mitten av 1800-talet började man också få instrument som kunde mäta färgsammansättningen hos stjärnljuset, och det visade sig att ljuset från Alfa Centauri även i det avseendet
är snarlikt solskenet.
Så om stjärnorna lyser ungefär lika starkt som solen, och skickar ut ljus med samma sammansättning, då ligger det ju nära till hands att förmoda att stjärnorna faktiskt är andra solar,
himlakroppar med samma egenskaper som vår sol. Eller, om man ser det på andra hållet,
solen är bara en stjärna bland många andra, som bara råkar ligga lite närmare oss.
Senare mätningar av miljoner stjärnors egenskaper har bara bekräftat den bilden ¾ solen är
en medelstor, medelålders, och i största allmänhet helt normal och typisk stjärna. Förvisso är
inte alla stjärnor exakt likadana som solen, de kan skilja sig ganska mycket i storlek och ljusstyrka; många är bara en tiondel så stora som solen, medan enstaka andra kan vara hundratals
gånger större. Temperatur, sammansättning, ljusstyrka, och färg varierar också mellan stjärnorna, vilket starkt stöder våra teorier om hur stjärnor fungerar, även om detta var något som
kom långt senare, på 1930-talet.
Hur solen och stjärnorna fungerar, varifrån de får sitt ljus, var på 1800-talet ett stort mysterium. Man kunde snabbt konstatera att om solen fick sin energi från reguljära kemiska reaktioner, om den till exempel bestod av något bränsle som brann och gav ljus, så skulle den
brinna upp och bränslet ta slut på bara något årtusende, och då hade man bokstavligen kunnat
tala om medeltida mörker.
Ingen annan energikälla som man kände till på den tiden kunde heller hålla liv i solen
tillräckligt länge för att stämma överens med vad vi kunde se här på jorden — redan på 1700talet blev det uppenbart för geologer att det hade funnits liv på jorden under mycket lång tid,
23För
att sätta ljusåret i lite perspektiv, låt oss använda liknande enheter för mera näraliggande avstånd:
- Solen: åtta ljusminuter.
- Månen: drygt en ljussekund.
- Jorden runt: en tiondels ljussekund.
- Jönköping - Paris: fem tusendels ljussekunder.
- Från mig till bakersta raden i klassrummet: 20 miljarddels ljussekunder.
Så även en ljussekund är mycket längre än något avstånd vi kommer i direkt kontakt med. Tänk sedan efter
hur många sekunder det går på tio år...
24
även om man inte kunde säga exakt hur länge, och då måste rimligtvis solen ha lyst under
minst lika lång tid. Detta var ett allvarligt bekymmer för hundra år sedan, när plötsligt av en
ren tillfällighet en ny energikälla upptäcktes ¾ radioaktiviteten, som upptäcktes 1896 av
Henri Becquerel. Här hade vi nu en källa som gav ifrån sig energi så det räckte och blev över.
Detaljerna i precis hur stjärnorna kunde använda sig av kärnenergin tog några årtionden att
arbeta fram, men under 1930-talet kunde Hans Bethe lägga fram beräkningar som visade att
fusion, sammanslagning av lätta kärnor, var en process med precis de önskade egenskaperna.
Vi vet solens massa och ungefärliga sammansättning, och kan ur det räkna ut hur mycket
energi som kan produceras med fusion i dess inre. Resultatet stämmer alldeles utmärkt, och
går man vidare till andra stjärnor får man precis de observerade relationerna mellan storlek,
sammansättning, färg, och ljusstyrka. Mer om solens inre liv finns att läsa i min skrift ”Solar
FAQ”, http://www.talkorigins.org/faqs/faq-solar.html
25
4 Hur stjärnor och planeter bildas
Planeternas tillkomst har varit föremål för spekulationer och funderingar, ändå sedan vi fick klart för
oss att de faktiskt var oberoende himlakroppar (och för all del även tidigare, men förklaringar i termer
av gudar som hänger sin julgransbelysning på himmelskupan torde ha huvudsakligen historiskt
intresse idag.) Och hur de har bildats har faktiskt viss betydelse för vår syn på planeterna.
Exempelvis hänger frågan om hur vanligt det är med planeter i universum, och därmed sannolikheten
för att vi människor inte är ensamma, intimt samman med hur planeter bildas ¾ är det normalt att en
stjärna har planeter, eller är vår jord unik i universum?
4.1 Äldre teorier
De första med moderna mått mer seriösa planetbildningsteorierna framlades under 16-1700-talet.
Flera av den tidens tänkare presenterade idéer om hur en stjärna kan få planeter, inspirerade av
Keplers och Newtons arbeten under 1600-talet. Dessa två gav oss för första gången en djupare
förståelse för hur solsystemet fungerade, tillräcklig som bas för meningsfullt resonerande kring dess
uppkomst. Teorierna kan delas in i följande kategorier:
· Virvlar. Rymden förutsätts vara fylld av materia, och virvlar av olika storlekar i denna utspridda
materia får den att samla sig till stjärnor och planeter. Den första virvelteorin framlades av René
Descartes 1644, föll i vanrykte eftersom den inte gick ihop med Newtons fysik, men har till vissa
delar återupplivats av några tidiga 1900-talsforskare.
· Nebulosa. Solsystemet bildades ur ett stort gasmoln, en nebulosa, som drog ihop sig av sin egen
tyngd, och samlades till sol och planeter. Har sitt ursprung hos Immanuel Kant (1724-1804),
förfinades av Pierre Simon de Laplace (1749-1827), och är den av 1700-talsteorierna som bäst har
motstått tidens tand. I sin ursprungliga form befanns den dock på 1800-talet vara behäftad med
flera problem.
· Kollision. En annan himlakropp nästan kolliderade med solen, och drog med sin tyngdkraft ut en
lång sträng av material ur solen, som en tidvattenvåg. Ur denna sträng bildades sedan
planeterna. Ursprungligen formulerad med en komet som ”partner” av Buffon (1707-1788), men
när man snart nog fick klart för sig att kometer var på tok för små för något sådant föll teorin i
glömska. Återupplivad i början av 1900-talet dock, med en kollision mellan solen och en annan
stjärna i stället för en komet. I den versionen fungerar den bättre, men inte bra.
· Uppsamling. Efter hand som solen far omkring i rymden, åker den igenom moln och
partikelsamlingar, och plockar på sig extra materia, som så småningom samlas till planeter. Är av
något nyare datum än de andra (sent 1800-tal) och har ett markant svenskt inslag, med Svante
Arrhenius (1859-1927) som en av sina fäder, och nobelpristagaren24 Hannes Alfvén (1908-1995)
som sentida förespråkare.
4.2 En modell som fungerar
Vi vet ju idag en hel del om planetsystemet kring solen, och det har en del speciella egenskaper som
en planetbildningsteori måste kunna förklara:
24
Nej, det var inte den teorin han fick Nobelpris för. Alfvén fick Nobelpris trots att han var en systematisk
”motvals”, som höll fast vid egna udda teorier i många sammanhang. Han var t.ex. en av de allra sista stora
astronomerna som inte accepterade Big Bang, utan hade en egen variant.
26
· Planeternas banor ligger inte hursomhelst runt solen, utan alla går ungefär runt solens ekvator.
· Alla planeterna går åt samma håll runt solen.
· Nästan alla planeterna snurrar runt sin egen axel på det hållet också (undantag: Venus & Uranus)
· De flesta månar går runt sin planet på samma håll också.
· Planetbanorna är nästan cirklar. (Att de är ellipser förklaras av tyngdlagen, men ellipserna kunde
varit mycket långsmalare än vad de är.)
· Det finns ett klart mönster25 i planeternas avstånd från solen, med växande luckor emellan ju
längre man kommer från solen.
· De största planeterna finns ”halvvägs ut”, medan de närmast och längst från solen är minst.
· Det finns likaså ett mönster i planeternas kemiska sammansättning, så att de består av lättare
grundämnen ju längre ut från solen man kommer.
· De större planeternas ”månsystem” ser ut som mini-solsystem, med liknande egenskaper.
Alla de äldre teorierna ovan misslyckades med att förklara flera av punkterna ovan. De förutsade att
planetsystem skulle ha helt andra mönster i ett eller flera avseenden. Men man har jobbat vidare och
filat på dem, och funnit att en av dem faktiskt går att modifiera så att den ganska snyggt passar in på
våra planetmönster.
Idag är det i stort sett allmänt accepterat att den bästa modellen för ett planetsystems uppkomst är en
ättling till Kants och Laplaces nebulosateori, modifierad så att den stämmer överens även med sentida
fysiska och astronomiska rön. Teoretiska beräkningar baserade på den här modellen fungerar
hyggligt, och observationer av stjärnor i olika stadier av tillblivelse bekräftar att nebulosor har med
saken att göra.
Dessutom kan övriga modeller idag uteslutas på mycket solida grunder. Virvelteorierna fungerar
överhuvudtaget inte, eftersom de bygger på både en förlegad fysik, och en förlegad syn på vad rymden
är fylld med. Kollisionsteorierna faller på att planeterna i så fall skulle ha varit uppbyggda av
materia från solen. Men i så fall skulle de inte ha innehållit något deuterium, ett ämne som
omedelbart förstörs i kärnreaktionerna i solens inre. Och deuterium finns faktiskt på jorden och de
andra planeterna, i kvantiteter som stöder nebulosateorierna. Dessutom skulle man i dessa modeller
inte få den ”sortering” av ämnen på olika avstånd från solen som vi ser (se avsnitt 4.2.4). Vidare kan
man konstatera att solen och planeterna är ungefär lika gamla26, vilket utesluter alla teorier (både
kollisions- och uppsamlingsteorier) som förutsätter att solen fanns före planeterna. Således finns
nebulosateorin kvar. Och så länge den fungerar bra, och ingen kommer på något bättre, kan vi
acceptera den som ”gällande” förklaring till planeternas uppkomst.
25
Det här mönstret är känt som Titius-Bodes lag, efter sina upptäckare. Merkurius är 60 miljoner km från
solen. Formeln 60+45•2n ger sedan avståndet för Venus (n=0), jorden (n=1), etc. i miljoner km, ända ut till
Neptunus. Pluto passar inte, och n=3 ger avståndet för diverse asteroider snarare än för en ”riktig” planet, men
ändå är det bestickande, och behöver förklaras.
26 Cirka 5 miljarder år för solen, med en felmarginal på några tiondels miljarder, och 4,55 miljarder år, med
mycket bättre noggrannhet och säkerhet, för de planetliknande kroppar som vi har kommit åt att mäta (jorden,
månen, och diverse meteoriter). Mer om solens ålder och annat soligt finns att läsa i min ”Solar FAQ”
http://www.talkorigins.org/faqs/faq-solar.html Mer om jordens ålder finns i http://www.talkorigins.org/faqs/faqage-of-earth.html
27
4.2.1 Ett moln med stjärnspillror
En modern nebulosamodell för ett solsystems uppkomst, börjar naturligtvis med en nebulosa.
”Nebulosa” är det latinska ordet för moln, och en nebulosa är just ett moln av materia i rymden.
Sådana moln är relativt vanliga, och man kan se åtskilliga med ett litet teleskop. Den mest
framträdande nebulosan på himlen finns i stjärnbilden Orion, strax under de tre ljusstarka stjärnorna
som bildar Orions Bälte, och den syns som en liten suddig fläck även med blotta ögat. Inne i
Orionnebulosan har vi upptäckt mängder med stjärnor på väg att födas, i olika stadier av
nebulosamodellens stjärnbildningsprocess.
Orionnebulosan, ett moln i vilket stjärnor föds. Kan ses i Orions stjärnbild.
Från början, när universum var nybildat, fanns i princip all materia i sådana här moln, som fyllde
rymden. Men efterhand har de största och tätaste molnen blivit till stjärnor, och idag är det mesta av
rymden ganska tom. Stjärnor föds fortfarande men inte i samma takt; råmaterialet är ju faktiskt en
ändlig resurs som förbrukas efterhand. Lite påfyllning får molnen dock emellanåt från gamla döende
stjärnor, inte så värst mycket rent kvantitativt, men den här påspädningen av stjärnmaterial har ändå
stor betydelse för vår tillvaro. Den första materian, som bildades i universums ungdom, bestod
nämligen nästan helt av väte och helium, de två lättaste grundämnena. Det fanns ingenting alls av alla
de andra grundämnena som vi, våra kroppar, och vår planet är uppbyggda av. Syre, kol, kväve, järn,
upp till uran, alla lyser helt med sin frånvaro i den ursprungliga materian, och därmed också i den
första generationen stjärnor. Om dessa urgamla stjärnor överhuvudtaget har planeter, så har de
planeterna inga likheter med vår jord, och vi skulle absolut inte kunna leva där; allt vi behöver saknas.
Alla de här andra ämnena, som vi behöver men som inte fanns från början, de har bildats inne i
stjärnor, i de kärnreaktioner från vilka stjärnorna får sin energi. Och om stjärnor alltid lugnt och stilla
28
slocknade när de lyst färdigt, så skulle alla intressanta ämnen stanna därinne, och låsas in i döda
stjärnor. Men nu blir stjärnor ofta instabila på ålderns höst, just när de har kört klart, och konverterat
sitt väte till roligare ämnen. Många stjärnor bara stöter bort det yttersta lagret närmast ytan, så att det
åker ut i rymden, men vissa stjärnor, i synnerhet de allra största, kan fullständigt flyga i bitar, och
sprida ut all sin materia i rymden, där den ånyo kan samlas i moln, och vara med och bilda nya
stjärnor. Det är detta som kallas en supernova (mer om dessa i kapitel 8).
Det moln som vårt solsystem bildades ur hade helt klart fått påfyllning från en supernova i närheten,
annars hade vi inte haft fast mark under fötterna här. Dessutom måste påfyllningen ha skett en (med
astronomiska mått mätt) mycket kort tid innan solsystemet föddes ur molnet. Det vet vi genom att
solsystemet från början innehöll en hel del radioaktiva ämnen, som även de måste ha bildats i
supernovor. En del av dessa ämnen, som uran, har lång livslängd och finns fortfarande kvar idag,
medan andra snabbt faller sönder och omvandlas till andra ämnen. Och en del sådana kortlivade
ämnen fanns fortfarande kvar när planeterna tog form, så den tid som då hade gått sedan ”vår”
supernova exploderade måste ha varit kortare än dessa ämnens livstid, vilket betyder högst någon
miljon år ungefär — vilket är en mycket kort tid i detta sammanhang.
Det kan faktiskt ha varit så att denna supernova inte bara bidrog med all den materia våra kroppar
består av, utan också mera direkt var orsaken till att det överhuvudtaget blev något solsystem här.
För den nebulosa som solsystemet bildades ur måste ju ha funnits i rymden under ganska lång tid,
många miljarder år, utan att det blev någon sol av den — så vad var det som satte igång
stjärnbildandet, i en tidigare stabil nebulosa ?
En nebulosa kan sväva i rymden i princip hur länge som helst utan att det föds några stjärnor ur den,
förutsatt att materian i nebulosan är tillräckligt jämnt och glest utspridd. En stjärna börjar födas när
en tillräckligt stor del av molnet förtätas såpass att den inbördes dragningskraften (tyngdkraften) hos
materian i den förtätningen blir tillräckligt stark för att övervinna materians naturliga tendens att
sprida ut sig. Tyngdkraften får då materian att dra ihop sig ännu tätare, och därmed är processen
igång. Men varifrån kommer den första förtätningen?
Det kan finnas många olika orsaker till att en del av molnet förtätas. Det kan vara så enkelt som att
materian som virvlar runt i molnet av en ren slump råkar samlas tillräckligt mycket på ett ställe. Det
kan också tänkas att två moln, eller olika delar av samma moln, kolliderar och trycks ihop. Men det
kan också tänkas bero på tryckvågen från en supernova i närheten, och eftersom så mycket talar för att
det faktiskt var en stjärna som exploderade på rätt tid och plats, är det inte alls omöjligt att det var den
som gav startskottet till vårt solsystems födelse, genom att trycka till vår födelsenebulosa, samtidigt
som den fyllde på med material.
4.2.2 Sammandragningar och piruetter
Hur det nu än gick till, så blev i alla fall en del av ”vårt” moln förtätad någon gång för sådär fem
miljarder år sedan, och började dra sig samman. Ju mer den drogs samman, desto tätare blev
materian, och desto starkare blev tyngdkraften, så att materian drogs samman ännu mer, så att
tyngdkraften blev ännu starkare, och så vidare... Detta låter ju som om all materian skulle samla sig i
en enda klump i mitten, men då skulle vi få en sol utan planeter, och det vore ganska trist, och är
dessutom inte vad vi faktiskt har idag. Så riktigt så enkelt kan det inte vara.
Det som trasslar till sammandragningen är att materian i den här nebulosan inte ligger alldeles still,
utan den rör sig och virvlar runt lite slumpmässigt. Och de här slumpartade virvlarna följer med
sammandragningen av molnet, så att det blir snurr på den här sammandragande molnklumpen. Att dra
samman och dra ihop något som snurrar har en intressant effekt: det snurrar fortare. Detta är samma
effekt som konståkerskor och ballerinor använder sig av för att göra piruetter — de sätter snurr på sig
själva med armar och ben utsträckta, och drar sig sedan samman till en så smal ”pinne” som möjligt,
29
med armarna tryckta tätt intill kroppen, varvid de flerdubblar sin snurrhastighet. Samma sak händer
med molnet; efter hand som det drar ihop sig snurrar det allt snabbare och snabbare. Även om det
inte var mycket till virvlar som vi började med, så kan det ha blivit rejäl snurr på molnet när det väl
blivit tillräckligt tätt samlat för att bilda stjärnor och planeter. Och nu inser vi att molnet inte utan
vidare kan dra ihop sig till en enda rund klump — en välkänd konsekvens av snurrande är ju en
upplevelse av att dras utåt från rotationsaxeln, det som vi kallar centrifugalkraft. Runt molnets
”ekvator” kommer centrifugalkraften att motverka och så småningom balansera den sammandragande
tyngdkraften, medan det vid molnets ”poler” inte alls finns något som hejdar sammandragningen.
Detta medför att molnet plattas till och blir pannkaksformat, i och med att det fortfarande drar sig
samman ”uppifrån” och ”nerifrån”, men inte runt om kanten. I mitten blir det en lite tjockare klump
som kan fortsätta att dra ihop sig, men huvuddelen av skivan blir mycket platt och tunn, och är nu
ganska stabil, i jämvikt mellan utåtsträvande centrifugalkraft och inåtsträvande tyngdkraft.
4.2.3 Varde ljus!
Den tjocka mittklumpen har inte så mycket snurr kvar att centrifugalkraften ställer till några
bekymmer, så den fortsätter att dra ihop sig under sin egen tyngd, och bli allt tätare och kompaktare i
mitten. En normal konsekvens av att trycka ihop något på det här viset är att det blir varmare — känn
på nederändan av en cykelpump, där ni trycker ihop luft för att få in den i däcket — så klumpen blir
varmare och varmare i mitten. Varm nog att glöda lite smått har den varit ett tag, men riktigt
spännande blir det inte förrän temperaturen i mitten har pressats upp i ett par miljoner grader. Den
temperaturen behövs nämligen för att kärnreaktioner — fusion — ska komma igång, de reaktioner
som en stjärna får sin energi och lyskraft från. Fram tills nu har den här klumpen bara varit en klump,
men med kärnreaktioner igång kan den rätteligen kallas en stjärna, och först nu börjar den lysa
ordentligt, och sprida solsken över den kringliggande pannkakan. En sol är född!
4.2.4 Destillering
Pannkakan av materia som nu ligger runt den nyfödda solen fortsätter så smått att dra ihop sig i
höjdled och bli plattare, och har vid det här laget blivit ganska så kompakt med rymdmått mätt, så att
partiklarna i pannkakan börjar stöta på varandra emellanåt och fastna i varandra och klumpa ihop sig.
Samtidigt får man inte glömma att pannkakan är ganska varm från sin tillblivelse, och dessutom värms
upp inifrån sin mittpunkt av solen. Temperaturen i pannkakan kan uppgå till flera tusen grader nära
solen, och blir successivt lägre ju längre ut man kommer. Längst ut i kanten är den inte nämnvärt
varmare än rymden omkring, några enstaka grader över absoluta nollpunkten.
Det som gör temperaturen viktig är att de här partiklarna som klumpar ihop bara stannar ihop om
temperaturen där de är understiger kokpunkten för ämnet i fråga — annars kokar klumpen sönder
igen, och partiklarna skingras. Det betyder att i området närmast solen får vi klumpar bara av sådana
ämnen — metaller, och allt det som vi i vardagslag kallar ”sten” — som har kokpunkter på tusentals
grader. Andra ämnen — kol, syre, kväve, m.m. — klumpar ihop sig i större mängder först när de
kommer längre ut från solen, medan väte och helium27 förblir i gasform praktiskt taget ända ut i
kanten.
Effekten blir att pannkakan fungerar som en hembränningsapparat modell större, där materian
destilleras så att de ingående ämnena sorteras efter sin kokpunkt. Närmast solen får vi ett bälte med
metall- och stenklumpar, som vi nog skulle kalla grus om vi såg det, därefter klumpar med diverse
27
Det tål att påpeka att väte och helium fortfarande är de helt dominerande beståndsdelarna i pannkakan
(liksom i solen), och utgör tillsamman mer än 90% av massan. Metaller och sten utgör däremot en försvinnande
liten del av materian, en bråkdels procent.
30
varianter av is och snö28 uppblandat med väte och helium i gasform, och allra längst ut möjligen lite
väteklumpar.
4.2.5 Uppsamling
Nu har vi således en pannkaka bestående av en massa småklumpar av diverse material, mer eller
mindre sorterade, med en sol i mitten. I princip beter sig varje liten klump nu som en egen planet, och
går i en bana runt solen. Detta är inte en ren tillfällighet; det som jag tidigare beskrev som en jämvikt
mellan dragningskraft och centrifugalkraft, som höll pannkakan stabil, är bara ett annat sätt att
uttrycka banrörelser. Det som karaktäriserar Jordens rörelse än idag kan beskrivas som en jämvikt
mellan centrifugalkraft i vår krökta bana och solens dragningskraft.
Men i det här tidiga skedet av solsystemets historia finns det inte nio planeter, utan oräkneliga små
gruskorn och snöbollar, ”mikroplaneter”. Deras banor ligger således mycket tätt packade, och det
händer ganska så ofta att de krockar. Vid en krock kan de antingen studsa (och därvid komma in i nya
banor), eller splittras i mindre bitar, eller fastna i varandra och klumpas ihop. På lång sikt visar det
sig att hopklumpningen dominerar, så att utvecklingen går mot allt större (och därmed färre) klumpar.
Processen accelererar när klumparna blir såpass stora att dragningskraften från enskilda klumpar blir
märkbar, så att klumparna attraherar varandra, och därmed krockar ännu oftare.
Sedan bara rullar det på, och händer egentligen inte så hemskt mycket mer. Hopklumpningsprocessen
tar sin tid, men efter några miljoner år har den allra mesta materian i pannkakan samlats i ett litet antal
stora klumpar, som med sin tyngdkraft ”sopar rent” i rymden omkring sig och suger åt sig det grus och
den gas som finns kvar. De här klumparna kallar vi idag för planeter.
Två områden i solsystemet finns dock där hopklumpningen aldrig fullbordades:
· Utanför Neptunus’ bana var materian helt enkelt för glest utspridd för att det skulle bli mycket
hopklumpning, utan här har vi kvar mängder av små snöbollar, som aldrig blev större än några
kilometer. Pluto är den största och mest kända av dessa snöbollar, men på senare tid har ytterligare
ett stort antal mindre klumpar upptäckts här ute29. De här snöbollarna störs emellanåt i sina
banor, och kan då komma in hit till våra trakter, varvid vi ser dem som kometer.
· Strax innanför Jupiters bana har gruset samlat sig till halvstora klumpar, men inte fullföljt
processen till en ordentlig planet. Detta beror på att Jupiter hade ett sådant gynnsamt läge (flera
ymnigt förekommande ämnen kondenserades just där) att den snabbt kunde växa sig mycket stor,
och med sin tyngdkraft störa allt som pågick i närheten. Det mesta materialet i det som vi idag
kallar asteroidbältet samlades upp och ingår nu i Jupiter, men en del blev kvar i stabila banor runt
solen, klumpar som vi idag kallar för asteroider.
Dessutom är det inte nödvändigtvis så att alla planeterna bildades precis de ligger, och det kan mycket
väl ha funnits fler från början. Våra nuvarande planeter har stabila banor, ordentligt isär så att de inte
stör varann för mycket. Visst är det väl tur att det är så väl ordnat för oss? Eller är det tur — en
enklare förklaring, som stämmer bättre både med beräkningar och med observationer av andra
28
Alls icke bara fruset vatten; de flesta vanliga föreningar med kol, kväve, syre, och väte, ser ut mer eller
mindre som is och snö när de är frusna, och kallas också is i astronomiska sammanhang. Kolsyre-is är väl den
enda sortens is (utom vatten-is) som vi kan stöta på i vardagen, men här handlar också om ammoniak-is, metansnö, och så vidare.
29 I början gav varje sådan upptäckt upphov till stora rubriker i populärpressen om att nu har vi upptäckt en
tionde planet i solsystemet. Men då är vi tillbaka vid kriterierna för att kalla något en planet — ska de här
småsakerna räknas, så har vi hundratals planeter, och ska de inte räknas så har vi bara nio. Eller rentav åtta —
vill man vara petig så borde Pluto räknas till ”småsakerna”. Av gammal hävd kallas den dock planet, och jag
följer det bruket.
31
solsystem, är att det bildades många planeter, med banor lite hipp som happ. Därefter vidtog något
som närmast påminner om evolution genom naturligt urval. Planeter med instabila banor blev störda
och hamnade så småningom antingen på kollisionskurs med varann eller solen, eller så slungades de
ut ur solsystemet helt och hållet. Kvar här idag finns bara de planeter som råkade ha stabila banor
från början, och därmed överlevde trängseln i början.
Därmed är solsystemet i princip färdigt, och ser ut i stora drag som det gör idag, med ett antal planeter
och diverse småklumpar. De större planeternas månsystem har bildats på i princip samma sätt som
solsystemet som helhet — Jupiter t.ex. samlade på sig en egen ”pannkaka” av stoft, som så
småningom klumpade ihop sig till en uppsättning miniplaneter30 — och dessutom har många planeter
månar som ser ut att vara infångade asteroider.
4.2.6 Belägg för att modellen fungerar.
De egenskaper som vi kan observera att solsystemet har, beträffande banornas fördelning och
planeternas storlek och sammansättning, alla de punkter som togs upp i början av avsnitt 4.2. följer
ganska naturligt ur den här modellen. Därmed kan modellen ses som en någorlunda tillfredsställande
förklaring till hur vårt solsystem har uppkommit.
Modellen säger dessutom att bildandet av planetsystem bör vara en normal del av en stjärnas födelse.
Runt nyfödda stjärnor bör det normalt finnas en ”pannkaka”, och de flesta äldre stjärnor bör vara
omgivna av en uppsättning planeter. Fram tills ganska nyligen var detta svårt att undersöka, men
under de senaste åren (efter 1990 ungefär) har sådana tekniska framsteg gjorts att det blivit möjligt att
pröva modellen.
Resultatet av prövningen är för det första att många nyfödda stjärnor mycket riktigt har den väntade
pannkakan omkring sig. Storlek och utseende varierar dock mycket, och i vissa fall, i synnerhet om
flera stjärnor ligger tätt och stör varandra, verkar det som om pannkakan kan skingras innan det blivit
planeter av den.
I vilket fall som helst försvinner pannkakan efter några miljoner år, och äldre
stjärnor har normalt inte någon kring sig. Även detta är väntat, eftersom planeter då bör ha hunnit
bildas, och ”äta upp” pannkaksmaterialet.
För det andra har vi också från 1994 och framåt31 lyckats upptäcka planeter runt ett antal näraliggande
stjärnor, upptäckter som beskrivs närmare i kapitel 6 nedan. Vi har hittat såpass många planeter i
förhållande till antalet undersökta stjärnor att det verkar som om var och varannan stjärna har ett
planetsystem omkring sig, precis som väntat i vår modell. Det är också påtagligt att planeter är
vanligare ju mer tunga grundämnen som fanns med när stjärnan bildades. Stjärnor med nästan enbart
väte och helium i sig har vi inte hittat några planeter runt.
Vad som däremot först verkade lite skumt är att många av de upptäckta planeterna inte alls passar in i
det väntade storleksmönstret, med små planeter nära stjärnan och större längre ut. Tvärtom har man
upptäckt flera jätteplaneter i banor närmare sin sol än vad Merkurius är. Detta kan åtminstone delvis
bero på att med den metod som använts så är det mycket lättare att upptäcka stora planeter i små banor
än tvärtom. De upptäckta planeterna är inte ett slumpmässigt urval, utan tvärtom systematiskt
snedvridet på ett sätt som knappast går att undvika med den teknik vi har. Dessutom har det visat sig
när man gjort stora datorberäkningar av planetbildningsprocessen att det är ganska vanligt att planeter
30
Fast ”miniplaneter” är egentligen missvisande — såväl Jupiter som Saturnus har månar som är större än
Merkurius och Pluto. Jupiters största måne (Ganymedes) är bara 150 mil mindre än Mars.
31 Spridda rapporter om sådana planeter har förekommit då och då även innan, men observationerna har legat
precis på det möjligas gräns, och har därmed varit svåra att bekräfta, och har inte överlevt en kritisk granskning.
De sentida rapporterna däremot är betydligt solidare, ligger väl inom instrumentens kapacitet, och har i åtskilliga
fall kunnat bekräftas av flera oberoende forskargrupper. Därför är planeter runt andra stjärnor nu för första
gången allmänt accepterade.
32
driver omkring i systemet innan de funnit stabila banor. Så en jätteplanet kan mycket väl sluta sina
dagar nära sin sol (eller krocka med sin sol) även om den bildats lika långt ut från solen som vår
Jupiter.
33
5 Planeter i vårt solsystem
Merkurius
Antal månar
Rotationstid runt sin axel
Omloppstid runt solen
Avstånd från solen
(i förhållande till jorden)
Avstånd från solen
(miljoner km)
Massa (i förhållande till
24
jordens 6×10 kg )
Diameter
(i förhållande till jorden)
Diameter (km)
Det här kapitlet är varken mer eller mindre än en planetkatalog, en genomgång av de nio himlakroppar
som går runt vår sol och är allmänt accepterade som planeter. Jag tar dem i ordning inifrån och utåt,
så att Merkurius som ligger närmast solen kommer först, och Pluto32 sist. Men innan dess har ni här
en sammanfattande tabell:
4 880
0,38
0,055
58
0,39
88 dgr
59 dgr
0
Venus
12 100
0,95
0,815
108
0,72
225 dgr
243 dgr
0
Jorden
12 760
1
1
150
1
365 dgr
23h 56 min
1
6 780
0,53
0,107
228
1,52
687 dgr
24h 37 min
2
Jupiter
142 800
11,2
317,9
778
5,21
11,9 år
9h 50 min
16
Saturnus
120 000
9,4
95,2
1427
9,53
29,5 år
10h 39 min
18
Uranus
52 140
4,1
14,6
2871
19,19
84,1 år
17h 14 min
15
Neptunus
49 530
3,9
17,1
4497
30,06
164,8 år
16h 3 min
8
2 300
0,2
0,002
5913
39,53
248,5 år
6 dgr 9 h
1
Mars
Pluto
5.1 Inre planeter
De inre planeterna är de som bildats i den zon runt solen där mest sten och metall kondenserades, och
inte så mycket lättare ämnen. De är därför små fasta kroppar, med hög densitet, och jämförelsevis
tunn atmosfär. Järn och kisel och aluminium är vanligt förekommande ämnen, medan väte och
helium, de i särklass vanligaste ämnena i resten av universum, bara förekommer sparsamt.
Vidare har de inre planeterna inga ”ursprungliga” månar, som bildats på plats runt planeten, så som de
yttre planeterna har. De månar som trots allt finns har tillkommit senare. Jordens enda måne är
sannolikt resultatet av en våldsam kollision mellan jorden och en annan planet, i slutskedet av jordens
hopklumpning — det splitter som blev kvar av den andra planeten klumpade ihop sig igen runt jorden,
och blev vår måne. Mars’ två små månar ser ut som infångade asteroider.
32
Pluto är normalt längst bort från solen, och dess genomsnittsavstånd från solen är större än någon annan
planets. Men Pluto har en ganska ovanlig bana, mycket mera långsträckt än de andra planeternas, och en liten
snutt av Plutos bana ligger faktiskt närmare solen än vad Neptunus gör. Just nu, under större delen av 1990-talet,
befinner sig Pluto på den lilla snutten av banan och är närmare solen än Neptunus. Men sedan, efter sekelskiftet,
återtar Pluto sin plats som den avlägsnaste kända planeten i vårt solsystem, och förblir därute till år 2240 ungefär,
när den kommit runt nästa varv.
34
5.1.1 Merkurius
Merkurius är den planet som ligger närmast vår sol, tre gånger närmare än jorden. Den är i flera
avseenden mycket lik vår måne, ungefär lika stor, och som synes på bilden33 också ganska lik månen
till utseendet, med ytan täckt av kratrar. Den går ett varv runt solen på tre
månader, och snurrar runt sin egen axel på två månader, så att på två varv runt
solen hinner den med exakt tre varv runt sin egen axel. Detta leder till att ett
merkuriusdygn, räknat från soluppgång till soluppgång, blir sex månader långt,
eller två merkuriusår34.
De långsamma växlingarna mellan dag och natt,
tillsammans med frånvaron av såväl luft som vatten, gör att det blir extrema
temperaturskillnader under ett dygn, uppemot 800 grader varmare mitt på dagen
än mitt på natten. Som plats att bo på, antingen för oss eller för små gröna män,
lämnar Merkurius således en hel del övrigt att önska. Från början kan den ha haft
ungefär samma sammansättning som jorden, men alla flyktiga ämnen, som vatten
och koldioxid och kväve, har för länge sedan försvunnit ut i rymden35. Idag är det helt enkelt en
stendöd klump av sten och metall, med en mycket tunn atmosfär som mest består av natriumånga.
5.2.2 Venus
Mitt emellan Merkurius och jorden ligger Venus, den planet som, åtminstone till storlek och sammansättning, är mest lik vår egen. Någon bild på Venus har jag inte tagit med, helt enkelt därför att man
inte ser något intressant; hela planeten är täckt av tjocka vita moln, så det enda man ser i ett teleskop
är en slät vit yta utan synlig struktur — jag kunde lika gärna haft med en bild på en bordtennisboll.
De här molnen är den viktigaste skillnaden mellan Venus och jorden (även om man ibland på hösten
kan tro att molntäcket är permanent även här), såtillvida att Venus har kanske hundra gånger tjockare
luft än jorden. Den ”extra” luften är till allra största delen koldioxid, och molnen består av droppar av
koncentrerad svavelsyra. Växthuseffekt och försurning är två problem vi diskuterar här på jorden,
därför att vi släpper ut för mycket av just koldioxid och svavelsyra — Venus har båda ämnena, och
båda problemen, miljonfalt värre. Växthuseffekten här på jorden kan tänkas leda till att klimatet blir
varmare; Venus har mer solsken till att börja med (eftersom den är närmare solen) och har dessutom
all den där extra koldioxiden, vilket leder till ett superväxthusklimat, med temperaturer över 500°C.
Tillsammans med det sura regnet gör detta ytan synnerligen ogästvänlig — två rymdsonder
(obemannade!) har landat på Venus, och tagit ett par bilder, men ingen av dem överlevde någon
längre stund. Venus har en något udda rotationsperiod, vilket ger den en komplicerat mönster av dag
och natt. Planeten snurrar ett varv runt sin egen axel på 243 dagar, vilket är några veckor längre än de
225 dagar det tar för den att gå runt solen. Dessutom snurrar den ”baklänges” runt sin axel, till
33
Samtliga bilder i det här avsnittet har jag hämtat över Internet från NASAs hemsida http://www.nasa.gov/.
Enligt information på sagda hemsida får NASAs bilder fritt användas för undervisningsändamål.
34 Här gäller det att hålla reda på vad som snurrar i förhållande till vad. Normalt anges planeters rotationstid
som den tid det tar för dem att snurra ett varv i förhållande till stjärnhimlen. Detta skiljer sig från den tid det tar
från soluppgång till soluppgång, eftersom planeten mellan två soluppgångar har hunnit röra sig ett stycke i sin
bana, så att solen syns i en annan riktning. Jordens rotationstid är inte 24 timmar, utan 23 timmar och 56 minuter
ungefär. På den tiden hinner jorden snurra ett varv i förhållande till stjärnhimlen, men under samma tid har
jorden rört sig ett trehundrasextiofemtedels varv i sin bana runt solen, så att den måste vrida sig i ytterligare fyra
minuter för att vi ska få se solen gå upp igen. Det som är satt till exakt 24 timmar är nämligen den genomsnittliga
tiden från soluppgång till soluppgång.
35 I det här sammanhanget har storleken betydelse — gaser, ”luft” i vid bemärkelse, stannar kvar runt en
planet bara om gasmolekylernas rörelse är mycket långsammare än planetens flykthastighet (den hastighet som
krävs för att lämna planeten med en raket eller liknande). Ju varmare det är desto snabbare rör sig
gasmolekylerna, och ju mindre planeten är desto lägre flykthastighet har den. Merkurius förlorar på båda
punkterna, och har således ingen luft alls numera. Dessutom går små gasmolekyler snabbare än stora, vilket
betyder att jorden har förlorat vätgas och helium, men inte t.ex.kväve eller syre.
35
skillnad från nästan alla andra kroppar i solsystemet. Det normala är att en planet snurrar runt sin axel
på samma håll som den går runt solen, men Venus gör alltså tvärtom. Huvudförklaringen till detta,
precis som till Merkurius 3:2-förhållande, torde ligga i tidvattenkrafter från solen, som på det korta
avståndet är starka nog att på lång sikt störa rotationen. Jorden har gjort samma sak med månen, men
har kommit ännu längre och fullständigt lyckats ”låsa” dess rotation till omloppstiden, och det är
därför vi alltid ser samma sida av månen härifrån jorden.
5.2.3 Jorden
Vår egen planet är den största av de inre planeterna, men är i flera andra avseenden lite mitt emellan.
Svalare än Merkurius och Venus men varmare än Mars, mer luft än Merkurius och Mars men mindre
än Venus. Alldeles lagom för oss, vilket inte är så konstigt med tanke på att vi har utvecklats här och
är anpassade just till jordens förhållanden. Att det finns gott om syre i luften är unikt för jorden, men
är inte en förutsättning för liv, utan tvärtom en konsekvens av liv — innan fotosyntesen hade
utvecklats hade jordens atmosfär en helt annan sammansättning än den har idag36. Flytande vatten
trodde man länge också var unikt för jorden, men tycks av allt att döma även finnas på Europa, en av
Jupiter månar. Jordens omloppsbana och rotationstid är helt normala; rotationstiden håller även här
så sakteliga på att bromsas in, av månens och solens tidvatteneffekter, men det handlar om en timmes
inbromsning på hundra miljoner år, så det är ingen brådska att ställa om klockan.
Om man ser jorden utifrån så är den till största delen vit och blå, vit där det är moln eller snö, och blå
där det är molnfritt hav. Tillsammans blir detta omkring 90% av jordens yta, och dominerar således
bilden. Molnfritt land bidrar med lite sandfärgade fläckar — det är ju mest öknar och stäpper som är
molnfria. Den frodiga gröna växtlighet som vi är så stolta över syns faktiskt knappast på astronomiska
avstånd. Vi ser Venus som en vit prick och Mars som en orange prick — martianerna skulle se jorden
som en ljusblå prick.
Jordens bana runt solen, liksom de andra planeternas banor (på några grader när), ligger i det
ursprungliga molnets plan runt solens ekvator. Jordens egen ekvator ligger däremot ”snett” — en
vanlig jordglob av bordsmodell har ju alltid jorden sittande snett, vilket just ska visa jordens lutning i
rymden, i förhållande till solsystemets plan. Det är den lutningen som ger upphov till våra årstider:
det är sommar här på norra halvklotet när vår ända av jorden lutar in mot solen, så att den värms mer,
samtidigt som det är vinter i Australien37. Jorden går sedan runt solen utan att lutningen ändras,
vilket betyder att ett halvår senare när den är på rakt motsatta sidan, så lutar norra ändan bort från
solen, så att här blir vinter. De flesta andra planeter lutar på liknande sätt, och har därför också
årstider på samma sätt. Merkurius, Venus och Jupiter har dock försumbar lutning, och Uranus är lite
udda; jag återkommer till den.
36
Syre är mycket reaktivt, och måste ständigt fyllas på av växter. Dessutom hittar man bergarter på jorden
som rent kemiskt inte kunde ha bildats om det fanns syre i luften, eftersom de ingående ämnena då hade reagerat
med syret. Dessa bergarter finns endast i mycket gamla avlagringar, mer än ett par miljarder år, och aldrig i
nybildat berg, vilket rimligtvis tolkas som att syre i större mängder bara har funnits i atmosfären under de senaste
årmiljarderna.
37 En vanlig missuppfattning är att årstiderna orsakas av att jorden i sin elliptiska bana kommer närmare solen
på sommaren, och längre bort på vintern. Men i så fall skulle årstidsmönstret vara detsamma över hela jorden,
vilket ju inte alls är fallet. Jordens bana är så nära en cirkel, att ändringen i avstånd är försumbar jämfört med
lutningseffekten, och för övrigt är vi som närmast i januari. Pluto och Merkurius är de enda planeter vars avstånd
till solen varierar så mycket att det spelar någon större roll.
36
5.2.4 Mars
De små gröna männens klassiska hemvist i otaliga romaner och fantasier har fascinerat forskare ända
sedan det visade sig att Mars är den planet vars klimat mest liknar vårt. Att bilder tagna av sentida
rymdsonder visat mer kratrar än kanaler38 gjorde nog många besvikna, men tyvärr har Mars mer
gemensamt med vår måne, vad gäller såväl storlek och sammansättning som ytstruktur, än med vår
jord, åtminstone nuförtiden. Fortfarande är den dock den minst dåliga kandidaten bland planeterna
för att hitta utomjordiskt liv på, och klimatet är inte värre än att
vissa jordiska mikrober skulle ha en hygglig chans att överleva
där. Någon gång i forntiden har det runnit vatten på ytan — vi
har hittat uttorkade flodfåror och liknande — och än idag finns
det istäcken39 vid polerna, som syns som vita fläckar även i ett
litet teleskop.
Mars har en tunn atmosfär av koldioxid, mycket tunnare än
jordens (ca 1%) men ändå tillräcklig för att hålla igång en del
väder; sandstormar är inte alls ovanliga. För det mesta är där
åtskilliga minusgrader, men varma sommardagar kryper
termometern upp en bit över nollstrecket — medeltemperaturen
på Mars är ganska nära den på Antarktis här på jorden.
Landskapet på Mars ser närmast ut som en jordisk stenöken, med
uttorkade flodbäddar och sanddyner kring stenar. Nedan ses ett landskap med en liten robot i
förgrunden, som var där och åkte omkring häromåret. (För att ge en uppfattning om skalan i bilden
kan jag tala om att roboten är en dryg halvmeter lång.)
Några spår efter små gröna män har vi således inte hittat på Mars, men frågan om där finns något liv
överhuvudtaget är ändå föremål för intensiv forskning. De båda rymdsonder som landade på Mars
1976 hade med sig laboratorieutrustning för att söka efter mikroskopiskt liv i marken där de landade.
Deras mätresultat innehåller en del tvetydigheter, men de hittade inga klara tecken på liv. Under 1996
blev det återigen stora tidningsrubriker kring martianer, denna gång orsakade av några forskare som
38
Uppfattningen att det skulle finnas kanaler grävda av små gröna män på Mars härstammar från något så
banalt som en felöversättning: den italienske astronomen Schiaparelli arbetade på 1870-talet med att kartlägga
Mars, och fann då ett mönster av linjer på ytan som han kallade canali, ett italienskt ord som, liksom det svenska
”kanal”, inte alls behöver betyda konstgjorda vattenvägar. Men när hans arbete översattes till engelska kom det
att stå canals, vilket bara används om grävda kanaler, snarare än det mer korrekta channels, som används om
naturliga kanaler. Sedan gick det inte att stoppa tidningsrubrikerna...
39 Det mesta av isen är dock frusen koldioxid, vilket inte är så konstigt då atmosfären mest består av detta
ämne. Lite vatten-is finns dock inunder, och syns på sommaren när koldioxiden smälter.
37
hade funnit en liten flisa av Mars här på jorden, som måste ha slagits loss därifrån av en rejäl
meteoritsmäll en gång i tiden, och sedan flutit omkring i rymden tills den råkade fångas av jorden och
ramla ner här som en meteorit. I denna flisa fanns lite udda kemikalier, och mikroskopiska blåsor som
dessa forskare tolkade som fossila mars-bakterier. Det mesta talar dock för att de var överoptimistiska
i sin tolkning, och idag är det mycket långt ifrån allmänt accepterat att det skulle ha funnits liv på
Mars.
5.2 Yttre planeter
De yttre planeterna bildades där den ursprungliga nebulosans temperatur låg under rumstemperatur, så
att föreningar av syre och kol och kväve och liknande ämnen kunde kondenseras i större mängder.
Det finns betydligt mer av dessa än av den metall och sten som utgjorde råmaterial för de inre
planeterna, så de yttre är bra mycket större, något som ytterligare förstärkts av att de blev stora nog att
med sin tyngdkraft fånga in även vätgas och helium, trots att dessa inte kondenserats till ”snöflingor”.
Kontrasten är slående mellan Mars, den yttersta av de inre, och Jupiter, den innersta av de yttre; trots
en ganska liten skillnad i avstånd från solen har Jupiter blivit över tretusen gånger tyngre än Mars.
Såvitt vi kan utröna består de yttre planeterna nästan helt av atmosfär. Om där överhuvudtaget finns
någon fast yta, så är den djupt nere under ett tusentals mil tjockt lufttäcke, och är kanske inte mycket
större än en inre planet40.
5.2.1 Jupiter
Förmodligen är det en ren tillfällighet att den
planet som faktiskt är störst har fått namn efter
romarnas högste chefsgud Jupiter — romarna
visste inte hur stor den egentligen var. Att den
var störst kunde Kepler fastslå, men att den är så
mycket som elva gånger större i diameter än
jorden mättes först på 1700-talet. Den berömda
röda fläcken på Jupiter — en tropisk storm som
har rasat oavbrutet i mer än ett sekel — som syns
strax under mitten på bilden, är bara den större än
hela jordklotet, vilket ger en viss känsla för
planetens skala.
Flera rymdsonder har passerat förbi Jupiter och
tagit närbilder, och en befinner sig just nu i bana
runt planeten. Den sistnämnda, Galileo, släppte
också ner ett paket med mätinstrument, som fick
falla fritt in i Jupiters atmosfär och rapportera så
mycket det hann om förhållandena där inne, innan det förstördes av trycket och temperaturen —
Jupiters atmosfär är ganska kall på ytan, men blir hetare och tätare ju längre in man kommer.
Såväl Jupiter som Saturnus är tydligt randiga på ytan, med band i olika mjuka pastellfärger parallellt
med ekvatorn. Banden är ett väderfenomen, motsvarande de klimatband som finns på jorden och som
40
En vanlig liknelse är att jordens atmosfär är som skalet på ett äpple. En yttre planet skulle i den modellen
ha bortåt ett metertjockt skal, fortfarande med ett normalstort äpple i mitten — tyvärr känner jag dock inte till
någon frukt med de rätta proportionerna.
38
orsakas av konvektionrörelser41 i atmosfären. Färgerna orsakas av små skillnader i molnens kemiska
sammansättning på olika djup och breddgrader. ”Färgbilder” av Jupiter har dock ofta överdrivna
färger, skarpare än naturligt — fast den röda fläcken är röd.
5.2.2 Saturnus
Det Saturnus är mest berömd för är de ringar som omger planeten. Själva planeten är annars mycket
lik Jupiter, och nästan lika stor, men de iögonenfallande ringarna får den att sticka av från mängden.
Tittar man på ringarna i ett teleskop ser de ut
som tunna solida skivor, men i själva verket
består de av mängder med separata
isklumpar, var och en kanske någon meter
stor, som går i separata banor runt planeten,
som biljoner mini-månar, så tätt att vi inte
kan se mellan dem. Ringarna kan ha bildats
genom att någon av Saturnus’ månar kom för
nära planeten och slets sönder av dess
dragningskraft42. Förmodligen skedde detta
för inte alltför länge sedan (med
astronomiska mått mätt), eftersom ringarna
bör lösas upp på kanske 100 miljoner år, och
isklumparna spridas i rymden.
Även de
andra yttre planeterna har ringar, men
mycket tunnare, knappast synliga härifrån —
förmodligen är dessa de sista resterna av
äldre månsplittringar.
Även Jupiter och Uranus har faktiskt ringar,
men mycket tunnare än de kring Saturnus, och inte alls lika iögonenfallande.
Saturnus består till allra största delen av väte och helium, vilket ger den lägre densitet än någon annan
planet. En Saturnus-bit skulle flyta i vatten, om man kunde hitta ett tillräckligt stort hav. Den är lite
blekare än Jupiter, och svagt grönaktig i teleskopet snarare än Jupiters varmgula färg.
5.2.3 Uranus
Detta är den närmaste planeten som inte har varit känd av människan sedan förhistorisk tid. Den
upptäcktes av ett engelskt syskonpar vid namn Herschel 1781, mer eller mindre av en tillfällighet
medan de sökte efter kometer. Uranus kunde faktiskt ha upptäckts långt tidigare, för den är synlig för
blotta ögat, om man bara vet var man ska leta. Den fanns med i en del äldre stjärnkartor, visade det
sig, men bara som en vanlig stjärna, ingen hade märkt att den rör sig som en planet.
41
Konvektion kallas det fenomen som uppträder när en gas eller vätska uppvärms ojämnt. De delar som
värms blir lättare och vill stiga uppåt, medan kallare delar sjunker neråt. Detta ger upphov till kretsloppsrörelser,
med varm luft som stiger upp vid ekvatorn, kyls av, och sjunker ner en bit därifrån. På jorden blir det normalt
sex sådana virvlar (tre på varje halvklot), medan Jupiter har plats för betydligt fler.
42 Det som skulle slita sönder en måne som kom för nära är samma tyngdkraftseffekt som ger upphov till
tidvatten här på jorden. Tidvattnet orsakas av skillnaden i månens dragningskraft på vattnet på jordens ena och
andra sida. Nära en stor planet kan den skillnaden bli större än en liten månes egen totala dragningskraft, så att
tidvattnet drar isär månen.
39
Den är ett nummer mindre än Jupiter och Saturnus, men i övrigt mycket lik till sammansättning och
struktur. I teleskop ser den ut som en jämnt ljusblå boll, utan ränder
eller andra mönster på ytan. Det enda som egentligen är speciellt
med Uranus är dess rotation; alla andra planeter vänder ekvatorn
mot solen, mer eller mindre, så som jag nämnde apropå våra egna
årstider på jorden. Uranus däremot ”ligger ner” och roterar, så att
den har ekvatorn runt där polerna borde sitta. Detta ger extrema
årstider, med nordpolen vänd in mot solen under halva banan, och
sydpolen under den andra halvan. Fyrtio år av midnattssol på
sommaren, och fyrtio år av sammanhängande midvintermörker på
vintern...
5.2.4 Neptunus
Om Neptunus tänker jag fatta mig mycket kort, för den är praktiskt taget en tvilling till Uranus, lika
stor och ser likadan ut (jag sätter därför inte in någon bild på den). Den har inte ens Uranus’ lustiga
rotation, utan helt normala årstider. I teleskop kan man knappt skilja den från Uranus.
Det
intressantaste med Neptunus är hur den upptäcktes. Dess existens förutsades utifrån de störningar
som den åsamkade Uranus genom sin tyngdkraft, och dess bana och storlek beräknades innan någon
hade sett den. Själva upptäckten var sedan närmast en antiklimax; man visste redan att den måste
finnas där, så det vara bara att rikta teleskopet dit beräkningarna pekade... En snygg bekräftelse av
Newtons gravitationslag var det dock.
5.2.5 Pluto
Efter att Neptunus hade upptäckts utifrån en så framgångsrik tillämpning av gravitationslagen
studerades dess bana synnerligen noggrant för att utröna huruvida det fanns ytterligare planeter som
kunde gå att upptäcka på samma sätt. Smärre avvikelser rapporterades under slutet av 1800-talet,
men aldrig så tydliga som för Uranus. Planetsökare inspirerades ändå, och började systematiskt söka
av himlen efter vandrande prickar. I synnerhet en amerikansk astronom vid namn Clyde Tombaugh
vigde en stor del av sitt liv åt detta
sökande, och belönades
slutligen 1930 med upptäckten av den
lilla himlakropp som han
döpte till Pluto43. Han lyckades dock
fullständigt
missbedöma
Plutos storlek, och trodde att den var lika
stor som jorden. I själva
verket har det senare visat sig att Pluto är
klart mindre än vår måne,
och väger på tok för lite för att ha någon
mätbar effekt på Neptunus’
bana.
Pluto ligger såpass långt bort att det
krävs mycket avancerade
teleskop för att se den som mer än en liten prick, och vi har ännu inte haft någon rymdsond i närheten,
så vi vet egentligen inte alls mycket om den. Bilden ovan är faktiskt en av de bästa som någonsin
tagits. Det var inte förrän på 1980-talet som det upptäcktes att Pluto har en måne, Charon, som är
nästan lika stor som planeten, och syns som en ännu mindre prick till höger i bilden.
43
Namnet Pluto upprätthåller traditionen att namnge planeter efter romerska gudar, men samtidigt undrar
man om det var en ren tillfällighet att han valde just den guden, i samma veva som Musse Pigg blev hundägare...
40
5.3 Finns det fler?
Jag har nu presenterat de nio kända planeterna runt vår sol. Men frågan huruvida det finns en tionde
är ständigt aktuell, för det är inte så alldeles enkelt att finna planeter bortanför Plutos bana, och vi kan
mycket väl ha missat någon. Däremot kan vi med stor säkerhet utesluta att det skulle finnas
ytterligare planeter på närmare håll; det skulle vi ha märkt, både direkt i teleskop och genom
störningar av de kända planeternas banor.
Enklaste sättet att finna större planeter därute torde återigen vara Neptunus-metoden. Så Plutos och
Neptunus’ banor har grundligt studerats, på jakt efter avvikelser som skulle kunna signalera nästa
planets existens. Men resultatet hittills har varit magert; inga entydiga spår av ytterligare planeter har
synts till. Hoppet är dock inte ute — vi har bara hunnit följa Pluto ett kvarts varv runt sin bana sedan
den upptäcktes, och avvikelserna kanske inte kommer förrän den är på andra sidan solen...
Samma metod har använts med våra rymdsonder. Vi har ju skickat ut några stycken för att studera de
yttre planeterna, och de har sedan fortsatt ut i yttre rymden, ut ur vårt solsystem. Deras banor på
vägen ut följer samma gravitationslag som planeternas banor, och har noggrant analyserats.
Resultatet är att längs de vägar som rymdsonderna har tagit är vi mycket säkra på att det inte finns
några planeter av vettig storlek. Men sonderna är så få att detta bara är små stickprov i den väldiga
rymd där planeter kunde finnas.
5.3.1 Nemesis
En hypotes som var i omlopp under 1980-talet handlade om möjligheten att det fanns en stor
himlakropp i bana runt solen, långt utanför Pluto, så långt bort att den knappast skulle vara synlig trots
sin storlek. Denna hypotetiska jätteplanet döptes till Nemesis.
Nemesis-hypotesen inspirerades, hur osannolikt det än må låta, av forskning kring livets historia på
jorden. Det är ju allmänt känt att dinosaurierna dog ut ganska plötsligt för sisådär 65 miljoner år
sedan. Mindre känt (därför att mindre spektakulära djur drabbades) är att jordens historia innehåller
flera andra episoder av samma typ, där mängder av olika djurarter plötsligt har försvunnit. På 1970talet tyckte sig några forskare se en periodicitet i dessa utdöenden; katastroferna kom inte bara
slumpmässigt, utan upprepades med till synes regelbundna mellanrum. Massutdöenden tycktes
återkomma vart 28-miljonte år.
Det är mycket svårt att tänka sig en ”jordisk” förklaring till den typen av regelbundet mönster, medan
däremot astronomin är full av cykler, av alla upptänkliga längder. Därför låg det nära till hands att
söka astronomisk förklaringar, varav en som föreslogs var att det fanns en stor planet, på gränsen till
stjärnstor, i en bana runt vår sol som tog 28 miljoner år. Detta skulle sedan kunna utrota djur på
jorden, genom att Nemesis en gång per varv passerade genom det område i solsystemets ytterkanter
där kometer normalt håller till. Nemesis kunde då med sin tyngdkraft störa mängder av kometer, så
att de föll ur sina banor, och ramlade in mot solen, där en del av dem sedan krockade med jorden och
ställde till elände.
Det här med Nemesis var en kul idé, men den är inte särskilt aktuell längre. Direkt letande efter
planeten har misslyckats, och vid närmare studier av fossila mönster blir den påstådda
regelbundenheten inte alls lika regelbunden.
41
5.4 Annat som kunde ha kallats planeter
Förutom våra nio planeter finns det många andra himlakroppar i solsystemet, som inte
uppfyller kriterierna för att kallas planeter. Vi har dels alla månar, kroppar som kretsar runt
planeter, och dels småkroppar i omlopp runt solen, som kan delas in i asteroider och kometer.
5.4.1 Månar
Alla de yttre planeterna har en rejäl uppsättning månar omkring sig. Åtskilliga småmånar
ser ut som infångade asteroider eller kometer, men de större torde i flertalet fall ha bildats
tillsammans med ”sin” planet då det begav sig. Till skillnad från planeterna, med sina tjocka
gashöljen, är dessa månar fasta kroppar, men i övrigt kan de skilja sig väldigt mycket. En kort
presentation av de största (som samtliga ligger ganska nära vår måne i storlek):
· Io [Jupiter]: ”Helvetesmånen”, täckt med eld och svavel.
· Europa [Jupiter]: Täckt med is; sannolikt finns det en ocean av saltvatten under isen
(tidvattensfriktion håller det varmt), vilket gör Europa till ett intressant ställe att leta efter
liv. NASA planerar att skicka dit en sond (försedd med isborr?) inom ett par år.
· Ganymedes & Callisto [Jupiter]: också istäckta, men kallare och ”dödare” än Europa.
· Titan [Saturnus]: Den enda kända himlakropp som har ungefär lika tjock atmosfär som
jorden. Sammansättningen liknar svåra luftföroreningar på jorden (fast utan syre), så
himlen torde ha samma bruna färg där som i storstäder här.
· Triton [Neptunus]: Består av en blandning av is och sten, med ett mycket varierat landskap,
och en tunn atmosfär av kvävgas.
Vad beträffar de inre planeterna, så har Mars två små månar, som nästan säkert är
infångade asteroider. Och slutligen har vi ju vår egen måne, som inte alls passar in i det
övriga mönstret; sannolikt har den bildats ur spillrorna av en kollision mellan jorden och
annan planet (som alltså inte längre finns), för drygt fyra miljarder år sedan.
5.4.2 Asteroider
Dessa miniplaneter liknar i grund och botten de inre
planeterna, och är bara för små för att räknas med bland
dessa. Den största asteroiden, Ceres, är nästan 1000 km i
diameter (att jämföras med Plutos 2300 km) och kretsar,
liksom de flesta andra asteroider, i en bana mellan Mars och
Jupiter. Det finns hundratusentals asteroider som är stora
som berg eller större, och oräkneliga mindre klippblock och
Asteroiden Gaspra
gruskorn. Totalt har astronomer observerat och registrerat
drygt fem miljoner asteroider, en mycket snabbt ökande siffra.
De flesta asteroider består av sten, men ganska många är solida järnklumpar, uppblandat
med nickel och andra metaller, och några få innehåller ganska mycket kol, och en del enkla
organiska ämnen. Detta är påfallande likt jordens sammansättning, mest sten, med en kärna
av järn och nickel, och lite organiska ämnen på ytan.
Asteroider är av allt att döma överblivna fragment från solsystemets bildande, klumpar som
aldrig samlades ihop till rejäla planeter. Den tidigare populära teorin att de skulle vara rester
av en sprängd planet har vi inte kunna finna några belägg för.
Mer om asteroider: http://cfa-www.harvard.edu/cfa/ps/mpc.html
42
5.4.3 Kometer
Det vi närmast tänker på när vi
hör om kometer, är de iögonenfallande långsvansade föremål som
far förbi på himlen med ojämna
mellanrum. Ur kometens perspektiv
är detta tvärtemot inte alls den
normala tillvaron. Kometer är stora
klumpar av is, upp till några hundra
kilometer, uppblandade med grus och
skräp. Det finns enorma mängder
kometer,
förmodligen
många
miljarder, längst ut i solsystemet
Hyakutakes komet
bortanför Plutos bana.
Någon gång emellanåt händer det att kometer stör varandra, eller störs av passerande
stjärnor, och ramlar in i en ny bana, som för dem närmare solen. När de kommer hit till våra
trakter börjar isen smälta av solvärmen, och spridas i en svans från den egentliga kometen.
Det är nu vi kan se dem, när de har en lång solbelyst svans.
Vissa kometer tar bara en enda sväng in it, och åker sedan tillbaka ut i yttre rymden, medan
andra kommer in i snävare banor, som tar dem varv efter varv nära solen. Ganska snart
smälter dessa kometer helt och hållet, och det enda som blir kvar är det grus som fanns
infruset.
Att kometerna skulle ha sin hemvist längst ut i solsystemet, utanför Plutos bana, var länge
bara en obevisad hypotes, framlagd av astronomerna Oort och Kuiper på 1950-talet för att
förklara varför nya kometer dök upp då och då. Under 1990-talet har vi dock, med nya och
bättre teleskop, faktiskt kunna observera ett stort antal kometer ute i det så kallade Kuiperbältet strax utanför Pluto. För närvarande känner vi till drygt 400 sådana här djupfrysta
kometer. En officiell lista finns på http://cfa-www.harvard.edu/cfa/ps/lists/TNOs.html och
mer om Kuiperbältet finns på http://www.ifa.hawaii.edu/~jewitt/kb.html .
5.4.4 Meteorer
Meteorer, meteoroider, meteoriter, är olika ord för vad som egentligen är samma sak44.
Och i princip är det inte mycket som skiljer dem från asteroiderna heller, det är mest en
perspektivfråga. Stenklumpar som vi upptäcker långt ute i rymden med teleskop kallar vi
asteroider, men om samma stenklump krockar med jorden kallar vi den för meteorit.
När en sten från rymden träffar jordens atmosfär, så hettas den upp av friktion mot luften.
De allra minsta gruskornen (mindre än någon centimeter) förgasas helt och hållet, och glöder
till som en liten ljusstrimma på himlen när de förintas. Detta är de klassiska ”stjärnfallen”,
som man kan se varje natt, men som alltså inte har mycket med stjärnor att göra. Ganska
mycket av detta grus är sådant som blivit över från nedsmälta kometer.
Större stenar kommer ner och träffar jordytan, och kan göra rejäla kratrar i marken om det
vill sig. Sjön Siljan i Dalarna är den mest kända kratern här i trakten (själva sjön fyller
ungefär halva kratern; resten är lätt att se på en topografisk karta.). En smäll med en asteroid
på några kilometer hör till de ledande teorierna för dinosauriernas död, och lite mindre smällar
44
Själv tycker jag distinktionerna är ganska fåniga, men för att vara pedantisk: meteoroider är stenar ute i
rymden; meteorer är småsten som brinner upp i jordatmosfären; meteoriter är stenar som faktiskt slår ner på
jordytan.
43
(av vätebombsstyrka) är tillräckligt vanliga för att det ska vara värt besväret att spana av
rymden i närheten.
44
6 Planeter runt andra stjärnor
Vår sol är ju bara en stjärna bland miljarder andra, en helt normal medelstor stjärna, utan
några speciellt anmärkningsvärda egenskaper, annat än att vi råkar bo på en av dess planeter.
Men om solen nu är en typisk stjärna i övrigt, kan man ju faktiskt undra om den inte är typisk
även vad planetinnehavet beträffar. Vår bästa modell för hur planeter bildas säger dessutom
att planetsystem borde finnas runt de flesta stjärnor. Men planeter är sådana små ynkliga
mörka prickar i rymden att det är mycket svårt att upptäcka dem på typiska stjärn-avstånd45.
Det borde finnas oräkneliga planeter i universum — men vår kunskap om hur många det
faktiskt finns, utanför vår egen bakgård, är mycket begränsad.
6.1 Hur hittar vi dem?
Vi kan börja med att konstatera att vi hittar dem inte genom att titta i teleskop. I och för sig
har vi teleskop som i princip skulle kunna se en Jupiter på några ljusårs avstånd — men om vi
tittar där en sådan planet skulle kunna finnas, så har vi också planetens sol i teleskopets
synfält, och en stjärna lyser så mycket starkare att den fullständigt dränker bilden med ljus,
och saboterar våra försök att hitta planeten.
I stället får vi ta till indirekta metoder, där vi försöker observera de effekter en planet kan
ha på den stjärna den kretsar runt. Framför allt handlar det här om planetens tyngdkraft;
stjärnan håller ju kvar planeten i bana runt sig med hjälp av tyngdkraften, men planeten drar ju
faktiskt också i stjärnan med sin tyngdkraft, vilket får stjärnan att vagga runt lite i takt med att
planeten drar i den åt olika håll46. Att mäta stjärnans rörelse med sådan precision är faktiskt
enklare än att direkt försöka hitta planeten, och ett antal forskningsprojekt är igång där man
jobbar på att mycket exakt kartlägga rörelserna hos ett stort antal stjärnor i vår omgivning.
Ju större (tyngre) planeten är, och ju närmare stjärnan den är, desto starkare är dess
dragningskraft på stjärnan. Och ju mindre stjärnan är, desto mer låter den sig dras omkring av
en planet. Således är det lättast att upptäcka stora planeter i snäva banor runt små stjärnor47,
och det är också mest sådana som vi har hittat. Den effekt som en planet lika liten som vår
egen skulle ha på en sol som vår egen är såpass liten att det skulle vara mycket svårt upptäcka
den.
Ytterligare ett skäl till att planeter i snäva banor är lättast att upptäcka, är att man ju måste
följa stjärnans vaggande under flera planetvarv, för att se att vaggandet verkligen är
regelbundet återkommande i takt med planetens rörelse. För att upptäcka en planet som
Saturnus, som tar 30 år på sig för ett varv, skulle vi behöva följa en stjärnas rörelse i mer än
ett sekel. Och vi har inte haft tillräckligt bra instrument tillnärmelsevis så länge, så än så
länge har vi bara kunnat se effekterna av planeter som går runt sina stjärnor på högst ett par år.
En annan möjlighet att indirekt se planeter, är om en planet passerar direkt mellan oss och
sin sol, vilket ger upphov till en partiell solförmörkelse. Detta kan vi märka som att stjärnans
ljus tillfälligt försvagas, i ett regelbundet återkommande mönster. Även detta förutsätter stora
planeter tätt invid små stjärnor, för att ha någon vettig chans att lyckas. Till dags dato har
45 Normala avstånd mellan näraliggande stjärnor är tiotusentals gånger större än avstånden mellan planeterna
i vårt solsystem.
46 Samma effekt är fullt märkbar här hemma; solen sitter inte exakt still i solsystemets centrum, utan rör sig
lite i takt med planeternas omlopp. Det är inte så mycket att det märks i vardagslag, men utan vidare mätbart.
47 Kanske bäst att påpeka att ”små stjärnor” betyder himlakroppar som är små för att vara stjärnor. Även en
liten stjärna är fortfarande bra mycket större än en stor planet. De allra minsta stjärnorna väger närmare 100
gånger mer än Jupiter.
45
detta observerats för två planeter. Dessa planeter hade tidigare hittats genom att man sett
stjärnans vaggande rörelse. Utifrån vaggandet gick det att förutsäga precis när planeten borde
förmörka sin sol. Och noggranna mätningar av ljusstyrkan bekräftade prydligt förutsägelsen,
och bekräftade därmed också att det verkligen är planeter vi har hittat, och inte något annat
som får stjärnor att se ut som om de vaggar runt.
6.2 Vilka har vi hittat?
Påståenden om att planeter skulle ha upptäckts runt den ena eller andra stjärnan ute i
Vintergatan har hörts sporadiskt under hela 1900-talet. Men före 1990 har alla sådana
påståenden visat sig vila på bräcklig grund, otillräcklig för att dra några säkra slutsatser. De
små effekter som en planet har på en stjärna har legat under gränsen för vad som har varit
praktiskt mätbart.
Men under det senaste årtiondet har astronomins redskap genomgått en mycket snabb
utveckling, med åtföljande förbättring av mätmöjligheterna. Under 90-talet har därför
rapporterna om nyupptäckta planeter runt andra stjärnor duggat tätt, och vi är i skrivande
stund uppe i ett dussin stjärnor som med stor säkerhet har åtminstone någon planet omkring
sig, och ytterligare något dussin tveksamma. På nästa sida visas en tabell över läget år 2000.
Tabellen är hämtad från Internet, (http://www.obspm.fr/planets), där ni förhoppningsvis kan
hitta en aktuellare version än den jag har använt (11 oktober 2000)48, för här händer saker
ganska fort. De flesta stjärnorna i tabellen är ”vanliga” stjärnor, trots de konstiga namnen49,
medan de två sista som börjar med PSR är neutronstjärnor.
Utöver de planeter som finns med i tabellen, så har vi hittat ytterligare några dussin större
mörka kroppar, på gränsen till att kallas stjärnor, i omlopp runt stjärnor här i trakten.
Sannolikt rör det sig om så kallade ”bruna dvärgar”. Bland de stjärnor som har undersökts är
det vidare 21 runt vilka vi inte har lyckats hitta planeter — men betänk då att med de metoder
som använts hade vi inte kunnat hitta en kopia av vår egen planet! Med andra ord, planeter är
på intet vis sällsynta, utan finns runt var och varannan stjärna.
48
När jag först skrev den här tabellen, 1997, innehöll den 11 planeter. I 2000 års upplaga finns där närmare
50, och skulle jag orka uppdatera den igen för år 2002 skulle det bli omkring 100.
49 Stjärnor har ofta lite konstiga namn, men det finns ett visst system i dem. De allra största (ljusstarkaste)
stjärnorna har ”egna” namn, som Sirius eller Arcturus. De övriga som syns med blotta ögat får namn efter den
stjärnbild de ingår i, plus ett ”serienummer” som funkar så att de stjärnor i en stjärnbild som lyser starkast på vår
himmel betecknas med grekiska bokstäver i alfabetisk ordning; Alfa Centauri är således den allra ljusstarkaste
stjärnan i Centaurens stjärnbild, och sedan följer Beta Centauri, Gamma Centauri,… upp till Omega Centuri När
grekiska alfabetet tar slut fortsätter man med vanliga nummer, så att 51 Pegasi i tabellen är den femtioförsta
stjärnan i stjärnbilden Pegasus efter Omega Pegasi, som är den sista ”grekiska”. Andra stjärnnamn, som
HD114762, är rena katalognummer (stjärna nummer 114762 i den katalog som Henry Draper finansierade), som
används om stjärnor som ej syns utan teleskop.
46
STJÄRNA
Avstå
nd
Planetens massa50 .
(Jupiter är massenhet)
ljusår
HD 83443
150
0.35
0.16
Avstånd från sin sol
Omloppsti
.
d
(Jordens avstånd är enhet)
(d = dagar)
(y = år)
0.038
0.174
HD 16141
HD 168746
HD 46375
HD 108147
100
150
110
140
0.215 (J)
0.24 (J)
0.249 (J)
0.34 (J)
0.35
0.066
0.041
0.098
HD 75289
51 Peg
100
50
0.42 (J)
0.47 (J)
0.046
0.05
BD -10 3166
HD 6434
HD 187123
HD 209458
?
140
180
170
0.48 (J)
0.48 (J)
0.52 (J)
0.69(J)
0.046
0.15
0.042
0.045
48
0.71 (J)
2.11 (J)
4.61 (J)
0.059
0.83
2.50
HD 192263
epsilon Eridani
72
10
0.76 (J)
0.86 (J)
HD 38529
55 Cnc
150
45
HD 121504
HD 37124
HD 130322
160
119
108
rho Cancri B
63
1.1 (J)
0.23
HD 52265
100
1.13 (J)
0.49
HD 177830
HD 217107
HD 210277
210
70
77
1.28 (J)
1.28 (J)
1.28(J)
1.00
0.07
1.097
upsilon
Andromedae
50
0.81(J)
0.84 (J)
> 5 (J) ?
0.89 (J)
1.04 (J)
1.08 (J)
0.15
3.3
0.1293
0.11
>4
0.32
0.585
0.088
2.9861
(d)
29.83 (d)
75.82 (d)
6.409 (d)
3.024 (d)
10.881
(d)
3.51 (d)
4.2293
(d)
3.487 (d)
22.09 (d)
3.097 (d)
3.5247
(d)
4.6170
(d)
241.2 (d)
1266.6 (d)
23.87 (d)
2502.1
(d)
14.41 (d)
14 (d)
> 8 (y) ?
64.6 (d)
155 (d)
10.724
(d)
39.645
(d)
118.96
(d)
391 (d)
7.11 (d)
437. (d)
Den här massan gäller bara om vi ser det andra solsystemet ”från kanten”, så att vi tittar på stjärnans
ekvator. Om vi ser planetens bana snett, så väger den mer än det som står i tabellen, men det kan vi tyvärr
normalt inte veta. Den planeten som förmörkade sin stjärna är vi dock säkra på vi ser ”från kanten”, annars hade
det inte blivit någon förmörkelse.
47
16 Cygni B
HD 134987
HD 19994
Gliese 876
HD 92788
HD 82943
HR810
47 Ursa majoris
HD 12661
HD 169830
14 Her
GJ 3021
80
90
80
17
116
100
56
50
133
130
65
63
1.5 (J)
1.58 (J)
2.0 (J)
2.1 ± 0.2 (J)
3.8 (J)
2.24 (J)
2.26 ± 0.18 (J)
2.41 (J)
2.83 (J)
2.96 (J)
3.3 (J)
3.31 (J)
1.70
0.78
1.3
0.21 ± 0.01 AU
0.94
1.16
0.925 ± 0.104
2.10
0.789
0.823
2.5
0.49
HD 195019
Gliese 86
tau Bootis
134
40
56
3.43 (J)
4 (J)
3.87 (J)
0.14
0.11
0.0462
HD 190228
HD 168443
223
140
HD 222582
HD 10697
70 Vir
HD 89744
HD 114762
150
108
65
144
146
4.99 (J)
5.04 (J)
~ 15 (J)
5.4 (J)
6.59 (J)
6.6 (J)
7.2 (J)
11. (J)
804 (d)
260 (d)
454 (d)
60.85 (d)
340 (d)
442.6 (y)
320.1 (d)
3.0 (y)
264.5 (d)
230.4 (d)
1619 (d)
133.82(d
)
18.3 (d)
15.78 (d)
3.3128
(d)
PSR1257+12
1000
2.31
0.277
~2
1.35
2.0
0.43
0.88
0.3
1127 (d)
57.9 (d)
1660 (d)
576 (d)
1083 (d)
116.6 (d)
256 (d)
84.03 (d)
(fyra små planeter, varav
0,19 — 0,47 samt
25-98
tre mycket nära stjärnan)
40
dgr
samt
170 år
1200
1?
38
100 år
PSR B1620-26
0
48
7 Liv i universum
Finns det liv i rymden? Tja... åtminstone på ett ställe i universum vet vi att det finns liv,
och det är här. Mindre trivial är frågan om det finns liv någon annanstans, en fråga som har
djup betydelse för vår syn på oss själva, och på vår plats i universum. Tyvärr är dock det enda
ärliga svaret vi kan ge just nu är att det vet vi inte. Men vi ska ta och utveckla detta lite:
7.1 Vad är liv?
Det är mycket svårt att ge en generell definition av liv, som verkligen täcker alla livsformer
som vi skulle kunna föreställa oss, för att inte tala om dem som vi inte kan föreställa oss. Inte
ens här på jorden, bland livsformer vi är väl bekanta med, klarar vi av att dra en skarp gräns
mellan liv och icke-liv. Ändå är det sällan några problem i vardagen — vi känner igen liv när
vi ser det.
De egenskaper som oftast kommer på tal när liv ska definieras innefattar:
· Ämnesomsättning — förmåga att ta in energi, och använda den för sina syften.
· Tillväxt — förmåga att ”bygga upp sig själv”.
· Förökning — förmåga att bygga kopior av sig själv.
· Retbarhet — förmåga att reagera på vad som händer i omgivningen.
Redan med den här korta listan blir det dock bekymmer med gränsdragningen. Det är inte
lätt att göra en definition som innefattar virus (som de flesta av oss nog vill kalla liv) men
utesluter en tillräckligt avancerad robot (som de flesta av oss nog inte vill kalla liv). Här på
jorden skulle man kunna göra det enkelt för sig, och utgå från de kemiska byggstenar som allt
liv här har gemensamt — men kan vi var säkra på att annat liv verkligen också är uppbyggt på
det viset? Alla organismer på jorden använder kolföreningar i sin verksamhet, däribland
nukleinsyror som arvsmassa och proteiner som byggnadsmaterial och katalysatorer (enzymer).
Men nog går det att föreställa sig liv med annan kemisk bas, eller liv som inte alls är kemiskt
baserat...
7.2 Livsbetingelser för oss och likasinnade
Liv av vår typ, baserat på kolföreningar, kräver en ganska specifik miljö för att fungera.
Det måste vara lagom varmt; inte för varmt, eftersom komplicerade kolföreningar bryts ner
vid temperaturer över ett par hundra grader, och inte för kallt, eftersom de kemiska
reaktionerna då går mycket långsamt.
Vidare behövs någon form av medium, helst en vätska, som lösningsmedel för
kolföreningarna. Denna vätska måste vara ymnigt förekommande, och måste vara flytande
vid vettiga temperaturer. Vatten, som vi använder, är alldeles utmärkt, och är förmodligen det
som ligger närmast till hands även på andra planeter. (Tänkbara alternativ inkluderar
ammoniak, metan, och vätefluorid, men inget av dem är lika smidigt.) Att vätskan ska vara
flytande förutsätter vidare att det inte är vakuum omkring, utan luft (i vid mening) med inte
alltför lågt tryck.
Att temperaturen ska vara i närheten av vad vi har här, omöjliggör liv av vår typ på de allra
flesta ställen i universum. På en stjärna är det på tok för varmt, och ute i rymden långt från
alla stjärnor är det för kallt. I själva verket tycks enda möjligheten vara i en smal zon runt
varje stjärna, på precis lagom avstånd för att temperaturen ska bli den rätta. Jorden ligger mitt
i solens ”livszon”, Venus i innerkanten och Mars i ytterkanten.
49
Livszonen runt en stor och ljusstark stjärna är större och bredare, men med alltför stora
stjärnor infinner sig två andra problem. För det första skickar en stor stjärna ut ohälsosamt
mycket ultraviolett ljus, som bryter ner kolföreningar. För det andra lyser mycket stora
stjärnor bara en kort tid, alltför kort för att liv ska ha någon vettig chans att hinna uppstå och
utvecklas.
Små stjärnor har inte de problemen, med där är livszonen i stället mycket smal, så att
chansen är liten att någon planet ska råka befinna sig precis på rätt avstånd. För en planet
måste det nog vara — ute i tomma rymden, eller på mindre himlakroppar, är lufttrycket för
lågt för att vätskor ska vara stabila.
En planet på lagom avstånd från en stjärna ungefär lika stor som vår sol torde därför
erbjuda de bästa förutsättningarna för att hitta liv som liknar vårt. Men märk väl att det här
med att det liknar oss inte ska övertolkas! Det enda jag syftar på är att det liknar oss såtillvida
att det också använder sig av kolföreningarnas kemi. Några likheter därutöver ska vi inte ta
för givna, och det vore snarare ytterst osannolikt att liv någon annanstans skulle utvecklas till
något som ens avlägset påminner om de djurgrupper som finns på jorden. I synnerhet ska vi
inte vänta oss att hitta bokstavliga människoliknande små gröna män.
7.2.1 Terraformering
För att en planet ska utveckla liv av vår typ spontant krävs det som sagt att där är lagom
varmt, och att där finns vatten (eller något substitut, t.ex. ammoniak) i stora mängder. Men
det är inte därmed givet att liv verkligen uppstår på alla planeter som uppfyller villkoren. Det
kan t.ex. hända att klimatet skenar iväg, så som det gjort på Venus, så att det blir obeboeligt
varmt trots att Venus egentligen inte ligger för nära solen. Eller så kan vattnet torka bort,
som det tycks ha gjort på Mars. Eller något annat kan gå snett; liv är inte så alldeles enkelt att
hålla igång.
Detta betyder att det förmodligen finns åtskilliga planeter som i princip är beboeliga, eller
skulle kunnat vara det, men där ingenting lever. Venus och Mars är två näraliggande
exempel. Det har därför spekulerats en del kring möjligheterna att göra en sådan planet
beboelig, fixa vad det nu är som hindrar liv där, och sedan kolonisera den. Denna hypotetiska
process, att ändra miljön på en planet så att den blir mer lik jorden, kallas för terraformering.
Att terraformera en planet är naturligtvis ett jätteprojekt — men det kan ändå vara enklare
än att leta efter de kanske mycket glest utspridda ”färdiga” beboeliga planeterna som finns. I
vårt solsystem är det bara vår jord som är beboelig idag — men att terraformera Mars kan
mycket väl vara genomförbart, så att människor kan bo och leva där i framtiden.
Att terraformera Mars skulle följa samma recept som att laga en pulversoppa — man bara
tillsätter vatten... Att transportera dit nödvändiga mängder med rymdskepp är naturligtvis helt
orimligt, men att styra dit några kometer (som mest består av is) ligger väl inom det möjligas
gräns. Får man upp tillräckligt med vattenånga och koldioxid i Mars-atmosfären så att det blir
fart på växthuseffekten, så kommer temperaturen snart upp i åtminstone nordsvenska nivåer,
och då kan enklare jordiska livsformer klara sig. Sedan får man bara ha tålamod...
Varför terraformera är ju förstås en fråga som många nog ställer sig. Tja... det finns många
argument på mer eller mindre känslomässiga grunder. Men det jag tycker väger tyngst är nog
följande: om man uttrycker det i datortermer, så behöver vi en säkerhetskopia på mänskligheten. Vi sitter just nu med sex miljarder ägg i samma korg, och det är inte smart. En korg
till vore bra att ha. För även om vi skulle lyckas få ordning på allt vad vi själva kan ställa till
med på jorden, så kan det komma plötsliga katastrofer helt utanför vår kontroll.
Dessutom är vi i akut behov av att lära oss mer om hur jordens klimat och miljö fungerar,
och lära oss att hålla ordning på det. Att experimentera med en annan planet skulle kunna
50
lära oss mycket som går att tillämpa på jorden — och nog är det väl lugnare att pröva t.ex.
teorier om växthuseffekten någon annanstans än här hemma. Vi har gjort tillräckligt mycket
experiment med vårt eget klimat under det här århundradet.
7.3 Liv av annan typ än vårt
Om andra typer av liv skulle man kunna säga mycket, men det mesta vore ren spekulation.
Detta är en populär gren inom science fiction (även om liv av vår typ, som t.ex. små gröna
män, dominerar), där författare tar det närmast som en sport att hitta på tänkbara livsformer i
de mest hopplösa miljöer. Men spekulationerna måste baseras på en solid förståelse av såväl
biologi som fysik och andra relevanta vetenskaper, om de ska bli trovärdiga. Att bara
postulera i en bok att det finns liv t.ex. i solens innandöme duger inte, utan man måste kunna
reda ut hur ”solarianernas” fysiologi kan tänkas fungera, med de förhållanden som råder i
solen51.
7.3.1 Liv med annan kemisk bas än kol
Här finns det inte så hemskt mycket att välja på, faktiskt. Liv kräver komplex kemi,
möjlighet att bygga upp en mångfald olika kemiska föreningar på samma bas. Kolets förmåga
är härvid oöverträffad, i och med dess förmåga att bilda långa kedjor, och till dessa knyta lite
allt möjligt. Andra ämnen i samma kolumn i periodiska systemet skulle teoretiskt kunna
fungera, men av dessa är det nog bara kisel som det finns någon rimlig möjlighet att använda i
praktiken — varken germanium, tenn eller bly kan bilda den rätta sortens föreningar.
Kiselbaserat liv har det spekulerats en del kring, men det är inte alldeles enkelt att få ihop
något användbart. T.ex. är det problematiskt att finna ett vettigt lösningsmedel —
kiselföreningar, i synnerhet kiseldioxid (som skulle få spela koldioxidens roll) löser sig nästan
inte i någonting, och är ett fast ämne vid alla rimliga temperaturer. En kiselbaserad varelse
skulle andas ut tegelstenar... Kol förblir nog ändå det rimligaste valet.
7.3.2 Liv utan kemi
Ska man spekulera här gäller det att tänka noga efter vad liv verkligen behöver för att
fungera. Möjlighet att bygga upp tillräckligt komplexa och stabila strukturer, torde vara det
grundläggande kravet som måste uppfyllas av varje tänkbart ”livsmaterial”. En uppenbar
möjlighet finns inom elektroniken, där vi förvisso klarar av att bygga synnerligen komplexa
strukturer. Om det funnes en planet med de rätta förutsättningarna kunde man föreställa sig
livsformer som sköter elektroniskt allt det vi gör kemiskt.
Andra varianter för oss ännu längre ut i ren science fiction. Materia kan under extrema
förhållanden fungera helt annorlunda än vad den gör i vardagen, vilket kan öppna en del udda
möjligheter. Exempelvis finns det en del udda kvantfenomen nära absoluta nollpunkten,
supraledning och liknande, som kanske går att utnyttja. Åt andra hållet, vid mycket höga
temperaturer joniseras materian, vilket öppnar för elektromagnetiska fältstrukturer, och
därutöver kommer kärnfysiken in52. Men nog med spekulation! Det här är så udda miljöer att
vi har svårt att få ett klart grepp om hur de fungerar, och vi skulle nog ha svårt att
överhuvudtaget märka sådant liv om det fanns. Varken våra kunskaper eller vår fantasi räcker
egentligen till här.
51
Ett exempel finns i romanen Sundiver av David Brin
Dragon’s egg av Robert Forward (som är en kompetent fysiker när han inte skriver science fiction), är det
enda exemplet jag känner till på kärnfysiskt liv i litteraturen som vilar på någorlunda sund fysik.
52
51
7.4 Kontakt med små gröna män?
Det finns således rikliga möjligheter till liv i universum, med gott om planeter, och många
olika möjligheter för liv att uppstå. Men finns det verkligen liv någonstans därute, eller är vi
helt ensamma här? Och om det finns liv någonstans, är det någon som vi skulle kunna
kommunicera med, eller är det former som antingen är för primitiva eller för främmande för
att det ska bli någon meningsfull kontakt?
Om det finns någon som det skulle gå att kommunicera med, hur kan vi då få kontakt?
Antingen måste de då hitta oss och höra av sig, eller så måste vi på något sätt hitta dem.
7.4.1 Har de varit här?
Många människor uppger sig ha haft kontakt med diverse ”små gröna53 män” av olika
färger. Tyvärr har det visat sig oerhört svårt att få dessa uppgifter bekräftade, utan en
avsevärd andel har tvärtom bevisat vara bluff, som t.ex. den film som visades i tv häromåret
där en påstådd utomjording dissekerades. Att en del är bluff bevisar dock inte att resten också
är det — men det kastar beklagligt nog en skugga över alla tefatshistoriers trovärdighet.
Att en del av historierna om närkontakt dessutom innehåller lindrigt sagt udda händelser är
också problematiskt. Flygande tefat som vi inte förstår hur de kan flyga, det må vara — ska
rymdgubbarna överhuvudtaget kunna komma hit, så behöver de kunna mer fysik än vi. Men
att de skulle vara intresserade av att sexuellt trakassera jordiska kvinnor verkar långsökt —
och att det skulle funka med korsbefruktning mellan oss och någon art som utvecklats helt
separat är biologiskt rent trams. Överhuvudtaget är det skumt att de så mycket liknar en
idealiserad människa, och också att historierna om tefatskidnappningar i många avseenden
påminner om de historier om tomtar och troll som tidigare generationer körde med.
Kort sagt, så betraktar jag inte UFO-rapporter av den här typen som något starkt belägg för
att små gröna män verkligen är i farten. Det skulle vara kul om det verkligen dök upp några,
men jag vill se något solidare och trovärdigare innan jag tar dem på allvar. När CNN visar hur
de landar på Vita Husets gräsmatta, ska jag lyssna på dem...
Liknande trovärdighetsproblem finns med diverse profeter, som t.ex. Erich von Däniken,
som hävdar att små gröna män var här för flera tusen år sedan och hjälpte egyptierna att bygga
pyramider och allt vad det nu var. I detta ser jag närmast en form av rasism: ”De där
egyptierna är för dumma och primitiva för att själva kunna bygga något så fint. Alltså måste
de ha haft hjälp.” Våra förfäder för 5000 år sedan var fullt utvecklade Homo sapiens, och
inte dummare än vad vi är! Oavsett var de bodde på jorden... Att UFO-profeten inte kan
komma på hur de gjorde säger mer om hans intelligens än om deras.
Men för återgå till allvaret; skulle utomjordingar kunna ta sig hit, om de nu ville? I princip
är svaret på den frågan ”ja”. Att resa från ett solsystem till ett annat kräver oerhörda resurser,
mängder med energi, och gott om tid, men är inte principiellt omöjligt. Jag har sett ritningar
på ett rymdskepp som skulle gå att bygga med i huvudsak känd teknik (och en obegränsad
budget!), och som skulle kunna ta sig till Alfa Centauri på under ett sekel.
Vore vi
tillräckligt angelägna (om t.ex. jorden var på väg att gå under), så skulle vi nog kunna få iväg
ett sådant. Men det vore inte enkelt, och ingenting man gör för skojs skull.
53
Jag använder ofta och gärna ”små gröna män” som en lite skämtsam kliché för utomjordiskt liv. De
återkommer regelbundet, inte minst i mina tentor, vilket ni nog kommer att märka snart. De är naturligtvis
fullständigt fiktiva, men fyller ändå en pedagogisk funktion som ”perspektivbrytare”, för att se universum ur ett
mindre jordbundet perspektiv.
52
7.4.2 Kan vi hitta dem där de bor?
Om nu inga tefat flyger omkring här, så får vi försöka hitta deras planet i stället. Hur man
hittar planeter som sådana har vi diskuterat tidigare, men intressantare vore att kunna avgöra
om där finns liv. Liv av vår typ skulle i princip gå att känna igen på mycket långt avstånd;
livet på jorden har ju ändrat atmosfärens sammansättning så att den innehåller mycket mer
syre än den skulle kunna göra naturligt. Syre är ett vanligt ämne i universum, men sällan som
fri syrgas (O2). Syrgas i tillräckligt stora mängder (liksom andra ämnen) kan detekteras på
ljusårs håll genom sitt spektrum, och kan tas som ett tecken på liv av vår typ.
Men intressantare vore att hitta en civilisation av vår typ, och det kan faktiskt vara enklare.
Att hitta vår civilisation skulle utomjordingar inte ha några som helst problem med; satellit-tv
och liknande går att fånga upp på många ljusårs avstånd med en tillräckligt stor parabol. På
samma sätt ägnar vi oss åt att söka efter radiosändningar från andra civilisationer. Detta
förutsätter förstås att de faktiskt använder radiovågor, men i en teknisk civilisation av vår typ
är radiovågor så universellt användbara att det nog är en hygglig gissning.
Många stjärnor har undersökts hittills med radioteleskop, men utan att vi har hittat några
otvetydiga tecken på liv. En del udda oförklarade radiofenomen har dykt upp, men inget
säkert. Letandet fortsätter dock. Mängder med radiobrus från rymden spelas in med
radioteleskop, men att leta efter radiokanaler från utomjordingar i allt detta brus är verkligen
att leta efter en nål i en höstack, och kräver enorma datorinsatser. Om du vill, så kan du
enkelt delta i sökandet. Det finns en skärmsläckare som man kan ladda hem till sin dator och
installera, som sedan, när du inte använder datorn till annat, laddar ner lite radiobrus från
rymden och kammar igenom detta efter signaler. Mer om denna sökande skärmsläckare kan
du finna på http://setiathome.ssl.berkeley.edu/ .
Om det finns små gröna män därute, så hoppas vi kunna få reda på det en dag. Kanske har
vi sällskap i universum? Och kanske är vi ensamma i den oändliga tomheten? Båda
möjligheterna väcker djupa känslor…
53
8 Stjärnor och stjärnsystem
8.1 Från vaggan till graven
Fusion handlade ju om sammanslagning av lätta atomkärnor till tyngre ¾ men en stjärna
kan naturligtvis inte ha hur många lätta atomkärnor som helst i sitt inre, utan förr eller senare
måste de ta slut. Huvudbränslet för vanliga stjärnor är väte, det lättaste grundämnet av dem
alla. För solen skulle det ta ungefär tio miljarder år att omvandla allt väte i sitt inre till
helium, vilket sätter en gräns för hur gammal solen kan bli. Till dags dato har solen förbrukat
ungefär hälften av sitt ursprungliga väteförråd, så den borde ha fem miljarder år kvar, vilket ju
förvisso låter betryggande för alla mänskliga ändamål.
Efter att en stjärna med tillhörande planeter kollapsat färdigt och tänts blir systemet i
allmänhet någorlunda stabilt. Stjärnan slår sig till ro och lyser stadigt under ett antal miljoner
eller miljarder år, med i stort sett konstant ljusstyrka, tills vätebränslet i dess centrum tar slut.
Hur länge stjärnans "vuxenliv" varar beror helt på hur mycket bränsle den samlat på sig i
kollapsen ¾ ju mer bränsle desto kortare tid räcker det! Stora tunga stjärnor med mycket
bränsle lyser nämligen så mycket starkare och hetare54 att de kör slut på förrådet fortare än en
mera normalstor stjärna som solen, trots att de har mer till att börja med. De största stjärnorna
lever bara i någon miljon år, medan de minsta kan klara sig i hundratals miljarder.
8.1.2 Från röda jättar till vita dvärgar och svarta hål
Men vad händer då när en stjärnas väte tar slut? Vätet har omvandlats till helium, som
också kan användas som fusionsbränsle, men för att "bränna" helium krävs ännu högre temperatur. När vätet tar slut upphör fusionen, vilket får stjärnan att fortsatta den kollaps under sin
egen tyngd som hejdades när vätefusionen började en gång i tiden. Ganska snart har centrum
tryckts ihop tillräckligt för att uppfylla villkoren för heliumfusion, så stjärnans energiproduktion kommer igång igen, nu med helium som huvudbränsle. Detta får stjärnan att svälla upp
till kanske hundra gånger sin tidigare storlek ¾ solens yta skulle hamna någonstans här i
trakten, och har inte jorden gått under dessförinnan är det definitivt slut nu ¾ och den blir en
så kallad röd jättestjärna (röd därför att den är betydligt svalare på ytan än innan). Med en inte
alltför stor stjärna, som solen, händer det sedan inte så mycket mer. Heliumet tar så
småningom också slut, och stjärnan kommer då helt enkelt att lugnt och stilla slockna. Först
drar den ihop sig till en bråkdel av sin tidigare storlek, och blir en vit dvärg, som inte längre
har någon fusion igång, utan bara lyser vitt av den kvarvarande värmen. Efter hand svalnar
den, och blir svart, men detta tar ytterligare årmiljarder, och är ännu så länge bara en teoretisk
beräkning, eftersom ingen stjärna av solens storlek ännu har hunnit bli tillräckligt gammal.
54
Temperaturen kan utläsas ur stjärnans färg. Det ”svalaste” stjärnorna är rödglödande, och håller bara en
bit över 1000 grader, medan hetare stjärnor blir vitglödande, vid sådär 10 000 grader. De allra hetaste stjärnorna
glöder i båviolett, vilket innebär en temperatur på 50 000 grader.
Solen, med sina 6000 grader är lite
mittemellan, med gulaktig glöd.
54
Om stjärnan är större blir förloppet mer dramatiskt. När heliumet tar slut i stjärnan fortsätter kollapsen, emellanåt avbruten av att fusionsvillkoren för tyngre ämnen uppfylls, så att den
lever på fusion av kol, syre, kisel, o.s.v. upp till järn. När väl alla fusionsmöjligheter är uttömda kollapsar stjärnan vidare, och trycks ihop allt mer under sin egen tyngd. Om dess egen
tyngd inte är större än solens orkar atomerna
hålla emot, så att kollapsen avstannar när
stjärnan är helt kompakt, men är stjärnan
tyngre räcker inte atomens struktur till, utan
elektronerna i atomskalen trycks in i
atomkärnorna, och förenas med protoner där
till neutroner, så att hela stjärnan blir som en
enda gigantisk atomkärna, en neutronstjärna,
ett par kilometer i diameter.
Men inte heller atomkärnans krafter räcker
till för att stå emot vilket tryck som helst, och
är stjärnan tillräckligt stor (mer än 3-4 gånger
solens massa) bryter även neutronerna
samman, och nu finns det ingen känd kraft
Krabbnebulosan är spillrorna från en
som kan motstå den massiva tyngdkraften
supernova som kinesiska astronomer såg år
från dessa jättestjärnor, utan all materian
1054, med en neutronstjärna (syns ej på bild)
kläms ihop i en enda punkt, och vi får ett
i mitten.
svart hål. Det speciella med ett svart hål är
att tyngdkraften kring hålet är så stark att ingenting, inte ens ljus, kan komma ut därifrån.
Utifrån ter det sig totalt svart, absorberar allt som faller in, och släpper inte ut minsta lilla
ljusglimt.
Astronomer har upptäckt ett antal objekt på himlen som rimligen måste vara
neutronstjärnor och svarta hål från kollapsade stjärnor. Deras egenskaper stämmer bra med
vad astronomer hade förutsagt att de skulle vara, såvitt vi kan mäta dem ¾ av uppenbara skäl
är svarta hål ganska svåra att studera.
Under den slutliga kollapsen ner mot en neutronstjärna eller ett svart hål kan stjärnan under
vissa omständigheter plötsligt explodera, slunga ut större delen av sin massa och energi rakt ut
i rymden, och under en kort tid lysa många miljarder gånger starkare än innan. Detta kallas
för en supernova, och är lyckligtvis en mycket sällsynt händelse. Den senaste på någorlunda
nära håll inträffade 1987, och då hade vi inte sett någon med blotta ögat på 400 år. "Nära
håll" när det gäller supernovor är i det här fallet drygt 160000 ljusår, och mycket närmare än
så vill vi inte ha dem ¾ om en närbelägen stjärna, närmare än 100 ljusår eller så, exploderade
skulle det kunna ha allvarliga konsekvenser för livet på jorden. Solen tillhör dock lyckligtvis
inte den typ av stjärnor som kan tänkas explodera.
8.2 Stjärnsystem
För att återgå till stjärnornas födelse, så beskrevs ovan enklast tänkbara stjärnbildning, med
ett litet (nåja, relativt litet, bara några miljarder kilometer) gasmoln, som kollapsar till en enda
stjärna (och så lite planeter och annat småkrafs av det som blir över, men vem bryr sig om sådant). Väl så vanligt är att gasmolnet är större, och att varken molnet eller den störning som
sätter igång stjärnbildningen är snyggt symmetrisk, vilket leder till en mer komplicerad
kollaps, så att materia dras in mot flera olika punkter i molnet. Slutresultatet blir då inte en
ensam stjärna i ett solsystem, utan flera stjärnor tillsammans i samma solsystem, som går i
banor runt varandra. Antalet stjärnor i en grupp varierar enormt. Omkring hälften av
55
stjärnorna på himlen är ensamma, och många lever i grupper om två eller tre (Alfa Centauri är
ett trippelsystem). Det tydligaste exemplet på en multipelstjärna på himlen sitter näst längst ut
på Karlavagnens "handtag", man kan utan vidare med blotta ögat se två stjärnor där om det är
någorlunda stjärnklart, och båda de synliga "stjärnorna" är dessutom multipler i sig, med flera
stjärnor så nära varandra att man inte kan skilja dem åt utan instrument. Totalt innehåller det
systemet sju stjärnor som kretsar runt varandra i komplicerade banor.
8.2.1 Stjärnhopar
Blir det fler stjärnor än så börjar man tala om
stjärnhopar snarare än multipelstjärnor. Det finns några
stycken tydliga hopar på himlen. Plejaderna, med sex klart
synliga stjärnor och något hundratal man kan se i teleskop,
är det mest kända exemplet, mycket iögonenfallande på
stjärnhimlen. Intressant
nog är dessa mellanstora
stjärnhopar i allmänhet
Plejaderna
mycket unga ¾ Plejaderna har inte funnits mer än några miljoner år (jämför
solens ålder 5000 miljoner år) ¾ medan motsatsen är fallet
för de allra största stjärnhoparna, som kan ha upp till en
miljon stjärnor, samlade i en tät klunga. Dessa stora s.k.
klotformiga stjärnhopar innehåller de äldsta stjärnor vi har
kunnat bestämma åldern på, omkring elva miljarder år55, och
Den klotformiga stjärnhopen M3
måste ha bildats i nära anslutning till universums födelse.
8.3 Galaxer
Bortser man från stjärnhopar och multipelstjärnor kan det i övrigt te sig som om stjärnorna
är ganska så jämnt och slumpmässigt utströdda över himlen. Med blotta ögat går det inte att
se några tecken på att stjärnorna skulle vara organiserade i större system ¾ utom ett, men det
tog lång tid innan detta korrekt kunde tolkas.
8.3.1 Vintergatan
Under mörka nätter långt från gatlyktor kan vi se ett ljust band, Vintergatan, löpa över
himlen Utan instrument ter det sig bara som ett töcken, och det går inte att urskilja dess beståndsdelar. Men detta var ytterligare en av de många upptäckter som gjordes av Galileo när
han fick en kikare i sin hand, att Vintergatan vid närmare beskådande visar sig bestå av myriader enskilda stjärnor, var och en för svag (eller avlägsen) för att ses individuellt, men så
många tätt ihop att de tillsammans ger tillräckligt med ljus för att bilda det välkända
vintergatsbandet.
I och med att Vintergatan visade sig bestå av stjärnor, var stjärnorna uppenbarligen inte
längre jämnt fördelade över himlen. Ett antal astronomer ägnade sig under 1800-talet åt att
försöka kartlägga stjärnornas fördelning i rymden, genom att uppskatta avstånden till ett stort
antal stjärnor i olika riktningar, och pricka in dessa i ett diagram. För avstånd upp till något
55
Det var lite tidningsrubriker häromåret, med anledning av dessa gamla stjärnor. Tidigare uppskattningar
av deras ålder hade givit 15-16 miljarder år, vilket är mer än hela universums ålder (ca 13 miljarder år), vilket ju
är problematiskt. Det var dock falskt alarm; nyare mätningar har visat att de faktiskt inte var så gamla.
56
tusental ljusår var fördelningen hyggligt jämn, men sedan märkte man snart att det i vissa riktningar knappast fanns några stjärnor alls som befann sig längre bort än 1000 ljusår eller så,
medan det åt andra håll, särskilt i närheten av Vintergatan, fanns ungefär lika tätt med stjärnor
hela tiden, så långt bort som man kunde mäta. Mönstret var tydligt, och ledde klart till slutsatsen att vi befann oss mitt inne i ett gigantiskt stjärnsystem format som en tunn skiva, ett par
tusen ljusår tjock, och med tiotusentals ljusårs radie. När vi tittar ut ur skivan, ser vi bara ett
tunt lager närbelägna stjärnor mot en svart bakgrund, medan om vi tittar i skivans plan, ser vi
stjärnor och åter stjärnor, så långt ögat eller teleskopet når, stjärnor i sådana mängder att de
skymmer varandra. Det är detta vi uppfattar som Vintergatans ljusa band över himlen, de avlägsnare delarna av den här skivan sedd inifrån. Den blir ett band runt hela himlen, för det
spelar ingen större roll om vi tittar in mot mitten av skivan eller ut mot kanten, det finns nog
med stjärnor för att bilda band att alla håll i skivan.
Moderna kartläggningar av vintergatsskivan har ökat på dess storlek ytterligare, bortom
vad 1800-talets teleskop kunde nå, och dessutom visat att den inte bara är en enkel skiva, utan
har en mer komplicerad struktur, med en central tjockare kärna, och ett spiralmönster i de yttre
delarna av skivan. Diametern av de stjärntäta delarna av skivan uppskattas nu till omkring
hundratusen ljusår, men det finns stjärnhopar som befinner sig betydligt längre ut från
centrum. Sammanlagda antalet stjärnor i Vintergatan uppgår till flera hundra miljarder.
Vårt solsystem befinner sig ett gott stycke från den centrala kärnan, 30 000 ljusår ut, i en
helt normal del av skivans spiralmönster, inte så långt från kanten. Centrum befinner sig
bakom stjärnbilden Skytten, där man kan se att vintergatsbandet är lite bredare och oregelbundnare. Tyvärr kan vi inte alls se själva centrum, för det är skymt bakom mörka ogenomträngliga moln i rymden, så vår kunskap om vårt eget stjärnsystems medelpunkt är ganska indirekt och ofullständig.
8.3.2 Från nebulosor till galaxer
Fram till början av 1900-talet utgjorde Vintergatan hela det kända universum. Alla stjärnor
som kunde urskiljas även med den tidens bästa teleskop hörde till vintergatssystemet.
Förutom stjärnor hade man dessutom hittat en hel del annat i rymden, framför allt suddiga
utsträckta molnliknande objekt som man kallade nebulosor. Vissa av dem var luddiga och
oregelbundna som vanliga moln, ofta med stjärnor inbäddade, och identifierades så
småningom som den typ av gasmoln som stjärnor föds ur. Sådana moln är relativt vanliga i
rymden, och även ett blygsamt teleskop kan se åtskilliga.
Andra moln hade en tydligare struktur, ofta elliptiska eller skivformade, emellanåt med ett
tydligt spiralmönster i skivan. Efterhand som Vintergatans form och struktur blev känd, låg
det ju nära till hands att undra om inte dessa spiralnebulosor också kunde vara stjärnsystem av
samma typ som Vintergatan. Allt eftersom teleskoptekniken förbättrades blev det så småningom möjligt att urskilja enskilda stjärnor i det diffusa ljusmönster som nebulosorna
tidigare såg ut att bestå av, och 1924 blev Edwin Hubble den förste som mätte avståndet till
stjärnor i en spiralnebulosa, och visade att dessa låg långt utanför vintergatsskivan, ungefär en
miljon ljusår härifrån. Nebulosorna måste därför rimligtvis tolkas som oberoende stjärnsystem. Dessa stjärnsystem56 kallas galaxer, efter det grekiska namnet på Vintergatan.
56
Jag har noterat tidigare att många blandar ihop begreppen solsystem, stjärnsystem och galax. Ett solsystem
består av en stjärna (eller några få stjärnor) med tillhörande planeter. Stjärnsystem är ett mer allmänt begrepp,
som kan användas om diverse anhopningar av stjärnor, men inte gärna om enkla solsystem. En galax är ett stort
stjärnsystem med miljarder stjärnor. Vårt solsystem är alltså vår sol med de planeter som kretsar kring den, vilket
är ett av miljarder solsystem i vår galax Vintergatan.
57
Den galax som Hubble mätte upp, och som också är den närmaste större57 galaxen, heter
Andromeda, och kan ses med blotta ögat som en liten suddig fläck ett stycke nedanför Cassiopeias stjärnbild. Senare mätningar av dess avstånd har visat att den ligger ännu längre bort än
vad Hubble fick fram, ungefär två miljoner ljusår, det i särklass avlägsnaste föremål vi kan se
utan teleskop. Det ljus som når våra ögon från Andromeda sändes ut när våra förfäder nätt
och jämnt hade lämnat träden och börjat gå på två ben!
Andromedagalaxen
Och bortom Andromeda finns det fler galaxer, miljarder galaxer. Med de bästa teleskopen
kan man urskilja fler galaxer än enskilda stjärnor på himlen. Men liksom stjärnorna ligger galaxerna inte alls jämnt utspridda över himlen. De är samlade i galaxgrupper ¾ Vintergatan
och Andromeda, tillsammans med några smågalaxer, utgör den Lokala Gruppen ¾ och
grupperna i sin tur formar större hopar, som i sin tur är delar av ännu större superhopar.
Superhoparna är i sin tur inte organiserade i supersuperhopar, men formar ändå ett mönster,
som bäst beskrivs som kosmiskt lödder ¾ tätt packade bubblor, där galaxhoparna är samlade
i bubblornas väggar, och bubblornas innandöme är tomt, ofantliga tomrum någon miljard
ljusår tvärs över. Universum är fullt av struktur och ordning, på alla nivåer vi kan observera.
57Det
finns några smågalaxer, de magellanska molnen och ett par till, som ligger betydligt närmare, men de
befinner sig nästan i kontakt med vår galax, och kan betraktas som satelliter till Vintergatan. Några liknande
satelliter till Andromedagalaxen syns kring den på bilden.
58
9 Universums ursprung och utveckling
Universum omfattar ju rent definitionsmässigt allt det vi kan se omkring oss, hela den
materiella världen. Men hur mycket är det egentligen, hur länge har det funnits där, och vad
kan vi säga om var det kommer ifrån?
Det finns två mycket tydliga trender i hur vår uppfattning om universum har utvecklats
genom historien, som har funnits mellan raderna i den historiska översikten i tidigare kapitel,
men som kan behöva betonas än mer:
· Universum har vuxit. Varje ny revision av vår världsbild har också fått universum att svälla
och bli ett par nummer större.
- Den traditionella ostkupevärlden var inte större än att den nätt och jämnt rymde den
kända delen av jorden, på sin höjd tusen mil tvärsöver, och ungefär lika hög.
- Aristoteles' och medeltidens värld var ett par nummer större; planeterna skulle ju nu
kretsa runt jorden och behövde lite svängrum, men därutanför satt stjärnorna på
universums yttervägg, och sedan var det slut. Även planeternas avstånd var grovt
underskattade, och hela den tidens universum hade fått plats innanför Merkurius'
bana.
- Kopernikus och Kepler åstadkom inga drastiska ändringar av solsystemets storlek,
men deras modell krävde att stjärnorna befann sig mycket längre bort än planeterna,
så universum som helhet måste vara ganska så stort, hundratals gånger större än det
varit innan.
- Pålitliga mätningar av solsystemets storlek gjordes för första gången 1769 genom
triangulering av Venus när den passerade framför solen. Det visade sig då att det var
tjugo gånger större än man trott innan, och universums storlek fick revideras i
motsvarande mån.
- Under 1800-talet fick vi så äntligen direkta mätningar av stjärnornas avstånd, som ju
visade sig vara närmast ofattbart stora, och universum blev ett gigantiskt tomrum,
med glest utspridda små stjärnor, och med solen som en stjärna bland alla andra.
- Under 1900-talet har universum successivt blivit ytterligare en miljon gånger större.
Stjärnorna, glest utspridda som de är, är samlade i galaxer, och mellan galaxer finns
det bara ännu mera tomrum. Och mönstret upprepar sig så långt ut som vi kan se...
- Och vi kan nu se drygt 10 miljarder ljusår, och hittar inget kant där rymden tar slut.
Däremot hittar vi där en kant i tiden, som vi får anledning att återkomma till.
· I takt med att universum omkring oss har blivit större, har människans plats i det bara blivit
mindre och obetydligare. Vi började i händelsernas centrum, men kom allt längre och
längre ut i periferin efter hand.
- Ostkupans värld bestod ju just bara av oss och vår livsmiljö på jorden.
- I den geocentriska världen bodde vi på alltings medelpunkt. Alla andra kroppar
kretsade kring vår planet.
- Med Kopernikus och gossarna blev jorden bara en planet bland alla andra, men
åtminstone var vår sol fortfarande universums centrum.
- I och med upptäckten av stjärnornas natur, och kartläggningen av Vintergatan, fick
inte heller solen vara kvar i centrum, utan blev degraderad till en stjärna bland miljarder andra, i utkanten av det stora stjärnsystemet som fyllde universum.
- Men så identifierades diverse nebulosor såsom varande andra galaxer, och då var inte
heller Vintergatan världens centrum.
Och där befinner vi oss nu ¾ boende på en helt vanlig planet, kretsande kring en helt vanlig
stjärna, i en helt vanlig galax, i en helt vanlig galaxhop, i en helt vanlig... ja, inte nog med att
59
vi inte längre är alltings centrum, dagens universum har ingen identifierbar medelpunkt. Överhuvudtaget kan vår del av universum inte på något sätt skiljas från vilken annan plats som
helst ¾ utom just genom att vi finns där. Viktigt nog för oss, men vad betyder det i det stora
hela?
9.1 Galaxernas flykt
Vi vet alltså inget som tyder på att universum skulle ha vare sig medelpunkt eller ände i
rymden ¾ så långt vi kan skåda ser det ungefär likadant ut. Men vad kan vi säga om
universums utveckling i tiden? Är det oföränderligt i såväl tid som rum, eller har det haft en
begynnelse?
Första ledtråden till ett svar på den frågan kom när man började studera galaxers rörelse i
rymden. Samme Hubble som var den förste att mäta galaxernas avstånd, fortsatte med att
mäta deras rörelser, och fann till sin förvåning ett samband mellan deras avstånd och
hastighet. Praktiskt taget alla galaxer rörde sig bort från oss, inte mot oss, och ju längre bort
de befann sig desto fortare flydde de iväg. Närbelägna galaxer står nästan still58 i förhållande
till oss, men de avlägsnaste vi kan se idag rusar iväg med nästan ljusets hastighet.
Riktigt intressant blir det om man antar att galaxernas rörelse inte är något nytt, utan att de
har rört sig på samma sätt sedan långt tillbaka i tiden. Om man då räknar baklänges på det
hela, och ser var galaxerna måste ha varit för att komma dit de är idag, blir slutsatsen att en
vacker dag för sådär 12-14 miljarder år sedan befann sig alla galaxerna på samma ställe i
rymden. All materia i universum måste då ha varit samlad inom ett mycket litet område, med
enormt hög täthet. Hur kom den att samlas där, och varför började alltihop expandera?
9.2 I begynnelsen
Einsteins relativitetsteori löste ju diverse gamla problem när den lades fram, och har sedan
bara gått från klarhet till klarhet. Men då, i början av seklet, trodde de flesta astronomer att
rymden var något evigt och oföränderligt, som alltid hade funnits. Det tråkiga var bara att
enligt Einsteins ursprungliga ekvationer kunde rymden inte vara stabil ¾ den måste antingen
expandera eller kollapsa, men kunde inte förbli oförändrad59. Detta hade Einstein själv svårt
att acceptera, och "fuskade" därför lite, genom att lägga till en extra term i sina ekvationer
som "stöttade upp" universum. Andra forskare, främst Friedmann i Ryssland och den belgiske
prästen Lemaître, drog i stället konsekvenserna av ekvationerna i sin ursprungliga rena form,
och började spekulera i möjligheten av ett instabilt universum. Dessa funderingar kopplades
så småningom samman med vad som upptäcktes om galaxernas flykt, vilket tolkades som ett
tecken på att universum expanderade. Och om universum hela tiden har expanderat, borde det
ju en gång i tiden ha varit mycket mindre än det är nu, kanske rentav börjat från noll, i en enda
punkt.
Att universum skulle ha expanderat från en punkt till sin nuvarande storlek är en teori som
oftast förknippas med George Gamow. Han var inte först (det var snarare Alexandr Fried58Förutom
galaxernas allmänna bortflyende rör sig galaxer i samma galaxhop dessutom i banor runt varandra,
i enlighet med Keplers vanliga lagar, vilket komplicerar bilden en del. Hubblerörelsen (bortflyendet alltså) blir
tydlig bara för galaxer i andra hopar än vår egen. Vintergatan och Andromeda går så sakteliga runt varandra,
men har inte hunnit med många varv sedan de bildades. Mycket talar för att de på nästa varv kommer så nära
varann att de kolliderar.
59Detta var förvisso ett problem även inom ramen för Newtons fysik ¾ stjärnor och galaxer dras till varandra
genom sin tyngdkraft, så att all materia i ett gammalt statiskt universum borde ha samlats ihop i en punkt. För att
hålla universum stabilt krävs någon mekanism som hejdar den processen.
60
mann), men han spred och populariserade idén, under ett namn60 som var både målande och
lätt att komma ihåg: Big Bang, Stora Smällen.
Teorin om Big Bang tog form under 1930-talet, men hade till en början svårt att bli
accepterad. Det var svårt att finna bra sätt att pröva teorin, och det fanns då fortfarande andra
hållbara alternativ, teorier för oändligt gamla, oändligt stora universa, som på olika sätt kringgick stabilitetsproblemen. Att universum skulle vara relativt ungt, och ha ett så spektakulärt
ursprung, var för många svårt att svälja.
Några entusiaster fortsatte dock att analysera teorin, och kom så småningom fram till att
den faktiskt skulle ha en del konsekvenser som borde vara observerbara idag. Den viktigaste
var att rymden fortfarande borde vara fylld av strålning från det här ursprungliga mycket
kompakta och heta tillståndet, strålning som vid det här laget har "svalnat" och tappat energi
genom universums expansion, så att den når oss som mikrovågor (jodå, samma sorts strålning
som i mikrovågsugnen hemma). Vi borde alltså med mikrovågskänsliga instrument kunna se
ljusblixten från den stora smällen. När den förutsägelsen gjordes var det ingen som hade
provat att leta efter mikrovågor från yttre rymden, och när mikrovågorna så småningom
upptäcktes var det närmast av en tillfällighet ¾ några forskare fick in konstiga radiostörningar
i sina apparater, och kunde så småningom spåra deras källa just till mikrovågor från rymden,
med precis de egenskaper som Big Bangs förespråkare hade förutsagt. Dessa mikrovågor
upptäcktes 1965, och utlöste Big-Bang-teorins definitiva genombrott. Ingen av de alternativa
teorier som cirkulerade hade någon vettig förklaring till varför himlen skulle vara fylld med
mikrovågor, och hade vid det här laget även fått andra bekymmer, så Big Bang blev snabbt
den vedertagna modellen för universums utveckling. Sedan dess har otaliga fysiker och
astronomer arbetat med teorin, utvecklat och raffinerat den, och rett ut många av de
frågetecken som fanns kvar kring den.
Vi ska återkomma till argumenten för och emot, men låt oss först titta lite mer på just hur
Big Bangs beskrivning av universums historia ser ut.
9.3 Universums tidtabell
Tid
0
10-43 s
10-36 s
10-4 s
1 sekund
1 minut
300 000 år
1 miljard år
8 miljarder år
12 999 800 000 år
13 miljarder år
60
Start!
Innan dess kan vi inte säga mycket. Universum består av ren energi.
Kanske en fas med extrasnabb expansion, s.k. inflation
Kärnpartiklar (protoner & neutroner) bildas
Elektroner bildas
Atomkärnor bildas genom fusion
Elektroner och atomkärnor kombineras till hela atomer. Universum blir
därmed genomskinligt, så att ljusblixten (de där mikrovågorna) frigörs.
Galaxer bildas. De första stjärnorna bildas.
Solen och solsystemet (inklusive jorden) bildas
Homo sapiens (vi!) utvecklas
Nu!
Men det var inte han som hittade på namnet, det gjordes av en av teorins motståndare, Fred Hoyle, sannolikt i syfte att förlöjliga teorin. Fick inte precis önskad effekt... Men Hoyle gav inte upp för det, han kämpar än
idag för sin egen teori, låt vara att han har blivit ganska ensam om det.
61
Universum börjar sin tillvaro i ett tillstånd som vi ännu inte riktigt begriper, utanför våra
kända fysiska lagars tillämpningsområde. När det kommer in i kända trakter är det i vart fall
extremt varmt ¾ all den energi som finns i hela universum idag är ju koncentrerad i en
mikroskopiskt liten volym ¾ men svalnar efterhand som det expanderar. Till en början
befinner det sig i ett tillstånd av ren energi, det är för varmt för att några som helst materiella
partiklar ska kunna överleva. När temperaturen sjunker "kondenseras" olika elementarpartiklar efter hand, först de tyngre och sedan de lättare. Atomernas beståndsdelar, med
kvarkar, elektroner, protoner, neutroner, bildas vid den här tiden.
Under den första minuten är universum för varmt för att fusion ska fungera ¾ skulle en
atomkärna bildas bryts den omedelbart sönder igen ¾ men sedan, under ett par minuter, är
temperaturen lagom. Här bildas nu diverse olika grundämnen, mest väte och helium men
även lite annat. Det intressanta med den här fusionsprocessen är att vi kan räkna ut precis hur
mycket som borde bildas av olika ämnen, utifrån Big Bangs egenskaper och de kunskaper vi
har om fusion. Det i sin tur betyder att vi här har en möjlighet att pröva Big-Bang-teorin ¾
om Big Bang har inträffat så måste universums ursprungliga kemiska sammansättning ha varit
precis det vi räknat fram. Och universums kemiska sammansättning är något som går att ta
reda på, vilket vi återkommer till nedan.
Sedan händer det inget på ganska länge, ett par hundra tusen år, medan temperaturen
sjunker från de miljoner grader som är lagom för fusion, till de tusentals grader där det blir
möjligt för en atomkärna att hålla fast sina elektroner omkring sig, så att hela atomer kan
bildas. De där mikrovågorna, ljusblixten från smällen, härstammar också från den här tiden.
Ljusblixten fanns i och för sig innan, men universum blev inte genomskinligt förrän nu när
atomerna bildats, så ljuset kunde inte "komma loss".
Vi har då ett universum fyllt med moln av materia. Nästa process är att samla ihop de här
molnen, så att det ur dem kan bildas de stjärnor och galaxer vi ser idag. Datorsimuleringar av
gasmoln i en expanderande rymd, som samlar ihop sig med sin egen tyngdkraft, ger resultat
som hyggligt påminner om de galaxhopar och annat som vi kan se. Livlig forskning pågår
kring detta, och detaljerna klarnar mer och mer. Efter någon miljard år måste det i vart fall ha
varit färdigt, för så gamla stjärnor och galaxer har vi hittat.
Och sedan händer det inte så mycket mer med universum som helhet. Det fortsätter att
expandera, och rymden tänjs ut61 mellan galaxerna, så att de kommer allt längre och längre
ifrån varandra. Efter kanske åtta miljarder år bildas det en viss andra generationens stjärna, ur
ett "begagnat" gasmoln bestående av material som redan varit inne i en annan stjärna men
slungats ut när den stjärnan dog. Runt sig får den stjärnan nio planeter, plus diverse annat
skräp. Efter ytterligare några hundra miljoner år händer något på en av planeterna som
kanske är unikt i universum ¾ eller kanske är något som händer kring var och varannan
stjärna; vi vet inte vilket. Liv uppstår.
Livet utvecklas här under årmiljonernas lopp, allt medan resten av universum fortsätter sin
expansion. Efter hand blir livsformerna större och mer komplicerade, och så småningom, för
bara ett kort ögonblick sedan med kosmiska mått mätt, börjar en av dessa livsformer blicka
utåt i rymden och undra var allt detta kan ha kommit ifrån, och vad det har för mening.
61
En vanlig missuppfattning av Big Bang är att galaxerna från början var samlade i punkt i rymden, som i
övrigt var tom, och att de sedan dess rör sig från den punkten. Detta är fel! Det var rymden som sådan som var
samlad i en punkt — själva universum var inte större än så — och det är rymden som sådan som nu expanderar
och tänjs ut, och galaxerna bara hänger med.
62
9.3.1 Universums ålder
I tabellen på förra sidan angav jag siffran 13 miljarder år för universums ålder. Detta är
dock inte en helt exakt siffra, och att mera precist mäta hur gammalt universum är har varit
besvärligt. I och för sig är det inte svårt att räkna baklänges på galaxernas rörelser, och vi kan
mäta deras hastigheter med mycket stor noggrannhet. Problemet är att galaxernas avstånd är
svåra att få grepp om. Parallaxmetoden, som jag beskrev i samband med stjärnavstånd,
fungerar inte alls på galaxer, de är alldeles för långt bort. I stället får mera indirekta metoder
användas, vilket alltid ger en extra osäkerhet. Olika metoder ger svar som skiljer sig uppemot
10%, vilket kan ses som ett mått på precisionen i metoderna. Och 10% osäkerhet i galaxavståndet ger 10% osäkerhet i tiden det tagit för galaxerna att separera, så det intervall på 12-14
miljarder år jag talade om tidigare i texten ger en ganska rättvisande bild av felmarginalen62.
Expansionen som vi ser genom galaxernas rörelse ger den enda direkta mätningen av
universums ålder. Men det finns flera andra argument som pekar på att en ålder kring 10-15
miljarder år åtminstone är rimlig.
Rymden är ju full av stjärnor, av alla upptänkliga storlekar och färger ¾ men inte av alla
upptänkliga åldrar. Det finns många stjärnor som är 10-11 miljarder år gamla, men vi har inte
hittat en enda som är klart äldre än 11 miljarder år. Vissa typer av stjärnor har en förväntad
livslängd mycket större än 11 miljarder år, så hade universum varit äldre borde det ha funnits
stjärnor kvar från den tiden. Men nu finns det inga, och en rimlig slutsats av det är att stjärnor
började bildas i universum först för mindre än 11 miljarder år sedan, vilket då gärna kan
tolkas som att stjärnbildning kom igång kort efter Big Bang.
Dessutom har vi ute i rymden hittat gott om döende stjärnor, och rester av döda stjärnor ¾
men alla dessa döende stjärnor tillhör typer vars livslängd förväntas vara mindre än 11
miljarder år.
En helt annan metod för åldersbestämning är den som bygger på radioaktiva ämnens
sönderfall. Principen är mycket enkel: varje radioaktivt ämne sönderfaller i en viss mycket
bestämd takt. Om man kan avgöra hur mycket av ett ämne som sönderfallit sedan det
bildades, så kan man direkt räkna ut när det bildades. I praktiken blir det mycket mer
komplicerat, men är fullt genomförbart, och ger också åldrar av rätt storleksordning, ett antal
miljarder år.
Var och en för sig lider alla dessa sätt att mäta universums ålder av olika svagheter, så att
varje enskild metods resultat inte blir speciellt noggrant. Men just det faktum att alla
metoderna är överens, gör att man kan ta deras sammantagna resultat på betydligt större allvar.
Inte minst går det att mycket bestämt säga att universum är miljarder år gammalt, men inte
äldre – det är varken oändligt gammalt, eller nyskapat.
9.4 Framtiden
Idag har vi alltså ett universum som expanderar i snabb takt, fyllt med galaxer som allt
eftersom kommer längre och längre bort från varandra. Kommer det att fortsätta så i all
evighet, eller vad händer egentligen i framtiden?
Universums öde beror helt på hur mycket materia det finns här. Det enda vi känner till
som skulle kunna bromsa upp universums expansion är tyngdkraften, och ju mer materia vi
har desto starkare tyngdkraft. Man kan räkna fram teoretiskt hur mycket materia som krävs
för att hejda den nuvarande expansionen, och få fram ett värde på 5×10-27 kg/m3, eller någon
62
I 1997 års upplaga av den här skriften stod det ”10-20 miljarder år”, och 50% felmarginal. Men väldigt
mycket har hänt i forskningen bara under de senaste åren, och universums ålder är nu på väg att stabilisera sig
kring 13 miljarder år.
63
enstaka atom per kubikmeter i medeltal i universum. Det låter ju inte som så förskräckligt
mycket, med tanke på att det häromkring finns 1026-1027 atomer i varje kubikmeter. Men då
får vi inte glömma att det allra mesta av universum är tom rymd, där det är mycket glest
mellan atomerna. Om vi räknar ihop all materia vi kan överblicka i universum, alla stjärnor,
planeter, gasmoln och annat, i alla galaxer, så blir det inte mer än ett par procent av den
kritiska tätheten, den som behövs för att hejda expansionen.
Detta tyder alltså på att expansionen inte kan hejdas, utan fortsätter i all evighet. Galaxerna
kommer allt längre och längre från varandra, i en allt tommare och tommare rymd, allt medan
stjärnorna slocknar och dör. Efter biljoner år har vi ett mörkt och tyst och kallt universum,
med glest utspridda rester av sedan länge döda stjärnor, och varken ljus eller liv någonstans i
sikte.
9.4.1 Mörk materia
Slutet behöver dock inte nödvändigtvis bli ett sådant sakta borttynande i mörker och evig
köld. Den synliga materian i universum räckte alltså inte riktigt till för att hejda den eviga
expansionen. Men vi har faktiskt goda skäl att tro att detta inte är allt som finns. Det finns
mycket som tyder på att universum är fyllt med någon annan form av materia, som vi inte kan
upptäcka med våra vanliga instrument. Antingen är det himlakroppar som inte lyser, och
därför inte kan ses på något rimligt avstånd, eller så kan det vara någon mer exotisk form av
materia, som vi inte har upptäckt ännu63.
Det som pekar på att det skulle finnas "extra" materia, är väsentligen samma argument som
användes när Neptunus och Pluto upptäcktes. Vi har en bra och solid teori för hur
tyngdkraften fungerar ¾ men vissa himlakroppar vägrar att följa den, utan avviker från de
förväntade banorna. I det här fallet handlar det om galaxer som roterar för snabbt, och som
rör sig för snabbt i sina banor runt varandra i galaxhoparna, men precis som i solsystemet är
den enklaste förklaringen till avvikelsen att det finns en källa till extra tyngdkraft någonstans.
I solsystemet var det nya planeter ¾ för galaxernas del vet vi inte vad det är, men har givit det
arbetsnamnet "mörk materia". Det finns mängder av hypoteser om vad denna materia skulle
vara, och många forskare arbetar med frågan. Under de senaste åren har det också kommit en
del nya rön, som visar att åtminstone vissa former av mörk materia existerar. Sannolikt finns
det flera olika sorters mörk materia i universum. Det finns belägg för ensamma planeter i
rymden (utan sol alltså), och antydningar om att en sorts partiklar som heter neutriner skulle
bidra till universums massa.
9.4.2 Big Crunch
Den materia som skulle krävas för att få galaxerna att rätta in sig i ledet och lyda tyngdlagen, skulle möjligen kunna vara tillräckligt mycket för att hejda universums expansion.
Men att hejda expansionen innebär inte att universum bara stannar upp där, vid en lagom
storlek. Om expansionen avbryts börjar i stället omedelbart en kollaps. Samma tyngdkraft
som hejdade expansionen får nu galaxer och allting annat att dras ihop i stället. Och det finns
ingenting vi känner till som kan hejda den sammandragningen förrän allting är tillbaka i
samma punkt igen, precis som det började vid Big Bang. Den stora smällen körs baklänges.
Det har t.o.m. föreslagits att kalla det här för giB gnaB, men det namnet slog aldrig igenom. I
stället talar man om Big Crunch, vilket på svenska närmast blir den Stora Krossen, ett uttryck
63Ett
forskningsprojekt som jag själv har deltagit i, som heter AMANDA, har som syfte bland annat just att
pröva några olika hypoteser om den här mörka materian. Vi gör detta med hjälp av ett neutrinoteleskop som vi
håller på att bygga vid Sydpolen.
64
som ganska väl beskriver vad det rör sig om. All materia dras in och pressa ihop i en allt
mindre volym. Galaxerna trycks in i varann, stjärnor och planeter krockar och krossas och
trycks ihop, tills all materia är samlad i en enda klump.
Och sedan? Vem vet... Kanske den där klumpen blir fröet till en ny Big Bang? Kanske
vår egen Big Bang har kommit ur ett tidigare universums Big Crunch? Kanske universums liv
och utveckling upprepas gång efter gång, i en evig cykel av omväxlande stora smällar och
stora krossar. Den som lever får se... (fast då får man leva bra länge, det handlar om minst
100 miljarder år mellan smäll och kross i vårt universum.)
Även detta är dock ett område där forskningen har gått snabbt framåt under 1900-talets
sista år. Det mesta tyder nu på att det inte blir någon Big Crunch, utan expansionen kommer
att fortsätta. Det finns mörk materia, men inte så mycket som krävs för att få expansionen att
vända. Dessutom har Einsteins ”fusk” (se avsnitt 9.2) tagits till heders igen av en del forskare,
och funnit en del stöd i såväl astronomiska som partikelfysiska rön. Einstein ville ju stötta
upp ett statiskt universum – men sätter man in hans stöttor i ett redan expanderande
universum, så kommer det att pressas isär ännu snabbare än annars, varvid Big Crunch
definitivt kan avskrivas. Vi är på väg mot den stora eviga tomheten.
9.5 Big Bang ¾ argument för och emot
Vi har ju redan diskuterat galaxernas flykt och Einsteins instabila rymd, som inspirerade
teorin om Big Bang, och ljusblixten från smällen, de mikrovågor vars upptäckt blev Big
Bangs genombrott. Dessa finns fortfarande kvar, och är fortfarande tungt vägande argument
för att universum verkligen har uppkommit ur en Big Bang. Vi har nu betydligt mer
detaljerade mätningar av mikrovågorna, och de stämmer fortfarande väl överens med vad man
väntar sig, och vi börjar t.o.m. nå sådan precision att det går att skilja olika varianter av Big
Bang från varandra med hjälp av dessa mikrovågor. Men vi har nu även funnit mycket annat
som stöder teorin, och den är idag fast etablerad som kosmologins standardteori. Bland annat
kan man nämna de två argumenten nedan. Det finns förvisso fler, men dessa är de klaraste
och entydigaste.
9.5.1 Vad består universum av?
En viktig punkt är universums ursprungliga kemiska sammansättning. Det kunde man ju
räkna ut från teorin, vad sammansättningen borde vara. Och sedan är det bara att jämföra med
universums faktiska sammansättning, för att se om det stämmer. Problemet här är bara att
teorins förutsägelse ju gäller den ursprungliga sammansättningen, direkt efter fusionsminuten
efter smällen, och med alla stjärnor som kört fusion i sitt inre sedan dess har
sammansättningen hunnit ändras en hel del.
Så det gäller att hitta så "jungfrulig" materia som möjligt, som man kan vara någorlunda
säker på att den aldrig har varit inne i en stjärna. En möjlighet här är faktiskt att titta på ytan
hos en första generationens stjärna. Sammansättningen på ytan påverkas inte av fusionen inne
i centrum, och normalt blandas inte yt- och centrummaterial i en stjärna. Ett annat sätt är att
leta efter deuterium (tungt väte). Deuterium är det ämne som lättast undergår fusion, så det
förbrukas praktiskt taget omedelbart i en stjärna, innan den kommit igång med fusion av
"vanligt" väte. Hittar man materia innehållande deuterium kan man vara ganska så säker på
att den aldrig har varit inne i en stjärna.
Sammansättningen har undersökts hos många olika tänkbara källor till sådan ursprunglig
materia. Resultatet stämmer bra, så bra som man rimligtvis kan begära, för alla de ämnen
man har lyckats mäta, och får sägas utgöra en vacker bekräftelse av en central del av teorin.
65
9.5.2 Universum utvecklas med tiden
Man kan också utnyttja det faktum att ljuset tar lång tid på sig för att nå oss från avlägsna
föremål. Det tog ju flera år från de närmaste stjärnorna, och miljoner år från de närmaste
galaxerna, och det är ju för all del lång tid med mänskliga mått, men inte med kosmiska. Men
de avlägsnaste himlakropparna vi känner till befinner sig på många miljarder ljusårs avstånd,
så att vi ser hur de såg ut för många miljarder år sedan. Om nu universum vore oändligt
gammalt, och alltid hade sett likadant ut, så borde dessa avlägsna galaxer te sig likadana som
de närbelägna. Och om universum vore yngre än några miljarder år borde vi överhuvudtaget
inte se något som var längre bort än motsvarande antal ljusår. Intressant nog ser vi galaxer
som är upp till 10-12 miljarder ljusår härifrån, men dessa galaxer skiljer sig i flera avseenden
från galaxerna här i närheten. En suggestiv skillnad är att de tycks innehålla en större andel
unga stjärnor, och en annan att galaxernas inre delar är mycket mer aktiva, och ofta innehåller
extremt intensiva små ljuskällor, så kallade kvasarer ¾ de energirikaste objekt vi känner till
på himlen. Båda dessa skillnader kan naturligt tolkas som att de avlägsna galaxerna är yngre,
vilket de ju borde vara enligt Big Bang, eftersom vi ser det ljus de sände ut bara ett par
miljarder år efter smällen. Dessutom har vi nu teleskop som borde kunnat se ännu avlägsnare
galaxer, om sådana hade funnits. Men vi hittar inga, vilket kan tolkas som att de då inte hade
hunnit bildas ännu. Helt klart är i vart fall att universum inte såg likadant ut för tio miljarder
år sedan som det gör idag, så någon form av utveckling pågår.
9.5.3 Problem med Big Bang
Det finns förvisso åtskilliga starka argument för att universum skulle ha kommit igång med
en Big Bang, men teorin har fortfarande en del luckor och svagheter. Vissa av problemen är
vetenskapliga, och borde gå att lösa med vidare forskning, medan andra närmast är av
filosofisk natur, och betydligt svårare att knäcka så att alla blir nöjda.
De mera tekniska-fysiska problemen är framför allt koncentrerade till frågan om galaxernas
ursprung, och mera generellt hur universum fick sin nuvarande struktur. Vi ser ju omkring
oss ett relativt välordnat universum, med en prydlig hierarki av stjärnor, galaxer, galaxhopar,
och så vidare. Det finns ett antal olika modeller för hur galaxer och andra strukturer skulle ha
uppstått ur den ursprungliga jämnt utspridda materian, men alla har de sina brister.
1992 presenterades de första resultaten från en ny forskningssatellit vid namn COBE, som
kom på förstasidan i många tidningar, och som skulle kunna kasta nytt ljus över frågan om
galaxernas ursprung. COBE mäter den kosmiska mikrovågsstrålningen, ljusblixten från
smällen, och undersöker dess struktur, som förväntas återspegla universums struktur vid den
tiden när strålningen frigjordes. Mikrovågorna är i det närmaste perfekt jämnt utspridda över
himlen, men COBE lyckades hitta små avvikelser, som kan tolkas som återsken från frön till
galaxer. Vidare forskning i COBEs anda har snävat in sökandet efter en galaxbildningsmodell
en hel del, och ytterligare resultat är att vänta inom en snar framtid.
Ett besläktat problem är den mörka materian, som vi diskuterade innan i samband med
universums framtida öde, och som med sin eventuella tyngdkraft även spelar en roll vid
galaxbildningen.
Antimateria är något som den mörka materian ofta förväxlas med. Det är dock inte alls
samma sak, men antimaterian, eller rättare sagt frånvaron av antimateria i universum, är också
ett problem för Big Bang. Antimateria ska på alla sätt och vis fungera likadant som vanlig
materia (utom det att den har motsatt laddning m.m., vilket inte spelar någon roll här), vilket
bland annat betyder att när materia bildades strax efter Big Bang, så borde lika mycket
antimateria som vanlig materia ha bildats. Men det universum vi har omkring oss innehåller
66
nästan ingen antimateria. Så var har den tagit vägen? Även här finns det hypoteser om hur
det kune ha gått till, men de är svåra att testa.
9.5.4 I begynnelsen var ¾ vadå?
En central fråga med Big Bang är hur det hela egentligen började. Vad var det som satte
igång ”smällen”, och vad, om något, fanns innan? Kläcktes universum ur något slags
kosmiskt ägg, eller hur gick det egentligen till. Om detta börjar vi kunna säga en del, men
ännu vet vi inte särskilt mycket, och spekulationerna är desto fler. Här är några varianter, men
listan är absolut inte uttömmande:
· Ett oscillerande universum, som vi har nämnt innan, där varje Big Bang följs av en Big
Crunch, som i sin tur sår fröet till nästa Big Bang. Kringgår problemet ganska snyggt,
men man får i stället många av de problem som är förknippade med ett oändligt
gammalt universum (se avsnitt 9.6). Dessutom verkar det ju som om vi inte går mot en
Big Crunch själva – i så fall skulle vårt universum vara det sista i en oändlig kedja,
vilket låter mer än lovligt osannolikt.
· Vårt universum kan ha knoppats av från ett "moderuniversum" av liknande typ (som i
sin tur knoppades av från ett tidigare, och så vidare). Försök att väva samman kvantmekaniken med relativitetsteorin ger ofta teorier i vilka sådan här universumförökning
är möjlig64.
· Det finns en klass av teorier, med namn som ”kaotisk inflation”, där universa av vår typ
uppkommer som små bubblor i en yttre rymd av helt annan karaktär. Den yttre rymden
kan där mycket väl vara evig och oändlig, varvid man kringgår begynnelseproblemet.
· Enligt vissa forskare, som t.ex. Stephen Hawking, är frågan om vad som fanns innan
Big Bang helt enkelt meningslös ¾ man kan lika gärna fråga vad på jordklotet ligger
norr om Nordpolen. (Men nog tycker jag man gör det för lätt för sig så här, och även
Hawking verkar ha ändrat sig – han är numera aktiv i forskningen kring vad som fanns
innan.)
· Måste universum tvunget ha en orsak? Vi kan inte utesluta att det kan ha uppkommit
spontant, antingen ur ingenting, eller ur ett kosmiskt ägg som har legat där sedan
tidernas begynnelse.
· För den som tror på en gud, torde svaret på frågan hur det hela började vara ganska
givet: Gud satte igång det. Och här finns förvisso utrymme för en skapare att komma in.
Men den naturliga följdfrågan då blir ju: hur skapades skaparen? Eller om skaparen
förmodas ha funnits för evigt, varför då inte lika gärna ett universum som har funnits för
evigt?
9.5.5 Andra filosofiska funderingar kring smällen
Här kommer vi in på fysikens och naturlagarnas innersta väsen. Tillkom naturlagarna
samtidigt som universum i Big Bang, eller har de en existens oberoende av ett universum att
verka i? Kunde naturlagarna varit annorlunda? Finns det andra universa med andra lagar?
Är naturlagarna förresten de samma överallt i vårt universum?
64Jag
läste en intressant fysikartikel häromåret med titeln Creating universes in a test tube (Att skapa
universa i ett provrör), som diskuterar möjligheterna att prova sådana teorier genom direkta laboratorieexperiment, där man försöker tillverka ett nytt universum i ett provrör. Författarens slutsats var att det går inte
¾ kanske lika bra det. Men artikeln var helt seriös, och publicerad i en av de mest ansedda tidskrifterna i
fysiken.
67
Vad naturlagarna beträffar kan man snabbt konstatera att hade lagarna varit mycket
annorlunda hade vi inte kunnat leva. Kanske någon annan livsform hade varit möjlig, men
definitivt inte människor. Våra kroppar skulle sluta fungera redan med en ganska måttlig
ändring av t.ex. ljushastigheten. Ett resonemang som ofta dyker upp i det här sammanhanget
är den antropiska principen. Den säger i korthet att de naturlagar en levande varelse
observerar måste vara sådana att de tillåter liv, annars skulle varelsen inte kunna observera
dem. Det är inte meningsfullt att fråga varför naturlagarna är som de är, för hade de varit
annorlunda hade vi inte funnits här för att ställa dumma frågor.
Ett besläktat problem är universums begynnelsevillkor — hur kraftig var den stora smällen,
hur mycket energi innehöll den, etc. Det visade sig att den ursprungliga Big-Bang-teorin var
mycket känslig för minimala avvikelser här. Om inte smällen var exakt lagom kraftig skulle
universum antingen återkollapsat i en Big Crunch nästan omgående, eller expanderat så
snabbt att materian aldrig skulle ha hunnit samla sig till galaxer, stjärnor, studenter, eller andra
intressanta objekt. Även här kan antropiska principen vara till viss hjälp — i ett universum
utan studenter finns det ingen som kan ställa sådana besvärliga frågor som varför universum
finns. Men senare tillägg till Big Bang, framför allt den så kallade inflationen, en kort period
med extra snabb expansion i början, modifierar utvecklingen så att universum automatiskt
kommer in i en "lagom" utveckling.
9.6 Andra idéer
Till att börja får jag nämna här att det finns ett otal varianter av Big-Bang-scenariot, teorier
som på ett eller annat sätt börjar med ett litet kompakt universum, som sedan expanderar till
det vi har idag. Detaljerna kan skilja sig ganska mycket från den vanliga Big-Bang-teorin,
men filosofiskt tillför de knappast något nytt, och jag tänker därför inte diskutera dem vidare.
Om vi ska titta på alternativ som är principiellt annorlunda, kan de delas upp i två klasser:
· Oändligt gammalt universum, som alltid har funnits och sett ungefär likadant ut.
· Relativt nyskapat universum, som kom till i ungefär sin nuvarande form, utan att ha
genomgått en sådan utvecklingsfas som följer av Big Bang.
9.6.1 Ett universum utan begynnelse
Ett oändligt gammalt universum kan antingen vara expanderande, eller statiskt. Båda
modellerna ger dock upphov till allvarliga bekymmer och konflikter med observerade fakta,
om inte ganska långsökta förklaringar tillgrips.
Ett expanderande oändligt gammalt universum skulle vid det här laget vara ganska tomt,
materian skulle vara oändligt glest utspridd över en oändligt stor volym, om inte materia hela
tiden nyskapades. Detta med stadigt nyskapande var en seriös och ganska populär teori fram
tills dess att Big Bang slog igenom, som gick ut på att ny materia i form av väteatomer hela
tiden bildades i rymden mellan stjärnorna, lagom mycket för att hålla tätheten konstant.
Om vi i stället vill ha ett statiskt, stillastående universum slipper vi det problemet, men får
andra i stället. På något sätt behöver galaxernas synbara rörelse bortförklaras, vilket i och för
sig låter sig göras, men även detta blir lätt långsökt. Vi har också kvar det gamla problemet
med hur vi håller Einsteins krökta rymd stabil, plus att vi behöver bortförklara varför
mätningar av universums ålder faktiskt ger ett svar, och varför inte alla stjärnor för länge
sedan har slocknat.
Ingendera modellen för ett oändligt gammalt universum har någon tillfredsställande
förklaring till var den kosmiska mikrovågsstrålningen kommer ifrån, till varför universum har
den sammansättning det har, till varför det inte finns några mycket gamla stjärnor, till varför
68
universums i största allmänhet inte tycks ha sett likadant ut för tio miljarder år sedan som
idag, och överhuvudtaget till en mängd observationer som direkt passar in i Big-Bang-teorin.
Det finns seriösa astronomer som stöder olika varianter av dessa teorier, men de är en liten
och krympande minoritet, i takt med vår kunskap om universum växer.
9.6.2 Ett nyskapat universum
Detta är ju vad som hävdas av diverse religioner, att universum skulle ha tillkommit genom
gudomlig skapelse i ungefär sin nuvarande form, för inte alltför länge sedan. Även bland
naturvetare var detta allmänt accepterat en gång i tiden, fram till 1700-talet ungefär, innan vi
visste så mycket om jordens och universums historia. Idag finns det en alldeles
överväldigande mängd belägg för att universum är miljarder år gammalt, och för att det har
successivt utvecklats till sitt nuvarande tillstånd, och inte skapats fixt och färdigt. Det finns
inte längre någon som på allvar hävdar att universum skulle vara nyskapat, annat än av rent
religiösa skäl, och ingen seriös forskning bedrivs i den riktningen. Hade den inte ingått som
en trossats för bland annat vissa kristna samfund, skulle tanken på ett nyskapat universum
varit stendöd idag — i naturvetenskapen finner den inget stöd. Det finns en liten rörelse, den
så kallade ”vetenskapliga kreationismen”, som ägnar sig åt att producera vad som på ytan
liknar vetenskapliga argument för ett nyskapat universum, men som inte alls håller för en
närmare granskning. Argumenten är förvrängda, föråldrade, lösryckta, eller rent förfalskade,
och ger sammantaget en totalt missvisande bild av forskningsläget. Tyvärr har de här
argumenten nått viss spridning även i svenska frikyrkokretsar, vilket bara är att beklaga. Det
är förvisso en kristen dygd att bära vittnesbörd om Skaparen - men att bära falskt vittnesbörd
om skapelsen kan väl ändå inte vara meningen?
9.7 Kosmos och kosmologi idag
Vi har idag en ganska väl underbyggd och väl fungerande teori för hur universum har
uppkommit och utvecklats. Huruvida Big Bang verkligen är sista ordet på det området
återstår att se. Den kommer definitivt att behöva revideras på många områden, och det
kommer alltid att finnas kvar obesvarade frågor, framför allt i samband med den yttersta
begynnelsen. Men i största allmänhet är Big Bang så väl bekräftad som man kan begära, och
har motstått ganska många svårigheter. Jag har svårt att tänka mig hur en fundamentalt
annorlunda teori skulle se ut, som fortfarande stämde överens med vad vi i övrigt vet om
universum.
För mig beskriver också Big Bang ett vackert och storslaget universum. Vi lever i en
mycket större och elegantare värld än den gamla ostkupan, en värld där vi människor är en
mycket liten del av det hela, men ända har vi initiativkraft och tankeförmåga nog att söka och
finna kunskap om detta universum som är så mycket större än vi själva. Ett universum som
startade för många miljarder år sedan, och startade i ett sådant tillstånd och med sådana lagar,
att det sedan kunde spontant utvecklas till att innhålla allt det fantastiska vi ser omkring oss,
från spiralgalaxernas abstrakta elegans, till människan med förmåga att reflektera över sig
själv och sin plats i detta hela.
Det är den vision av universum vi har i astronomin idag, och som jag har velat förmedla till
er med den här skriften. En känsla av förundran inför universums storslagenhet.
