Sjerner og solsystem Oppvarmingsrunde i datatekntikk; et lite dokumet laget av Frode Wareberg Forord: Jeg har valgt å skrive litt om astronomi i dette MS Word dokumentet som skal skrives, redigeres og sendes i uke 37 i faget "datateknikk". Grunnen til jeg valgt nettopp dette er at jeg alltid har interessert meg om dette, og jeg viste det ville være lett å finne fakta og opplysninger om det på Internett, noe som ville ha lettet arbeidet betraktelig. Oppgaven bearbeides og innleveres individuelt. Ettersom innholdet ikke er relevant, er ikke oppgaven (dokumentet) særlig langt, men inneholder de delene som skal være med, på en forhåpentligvis oversiktlig måte. Oppgaven er delt inn i 3 deler: 1. Solsystemet: her skriver jeg litt om planeter, sola og annet i vårt eget solsystem. 2. Stjerner: her er litt om hva stjerner er og hvordan de har oppstått 3. Sorte hull: et fascinerende fenomen som henger litt sammen med stjerner, forklarer litt rundt fenomenet. Hvert av disse kapitlene har undertitler og seksjoner, hvor jeg tar opp forskjellige temaer. Håper det blir underholdene lesning! Innholdsbetegnelse: Sjerner og solsystem 1 Forord: 2 Innholdsbetegnelse: 3 Solsystemet 3 Planetene i Solsystemet 3 Sola 4 Stjerner 4 Hvordan stjerner dannes: 4 Rød superkjempe: 5 Rød kjempe: 5 Sorte hull 6 Typer sorte hull: 7 Fra lysende stjerne til svart hull: 8 Sammendrag: 8 Stikkordregister: 9 Solsystemet Solen er i sentrum av Solsystemet. Rundt den kretser ni planeter, sammen med svermer av asteroider og mindre fragmenter. Selve solsystemet går i bane rundt sentrum av vår galakse. Samtidig sirkler planetene rundt Solen i faste baner, i tillegg til at hver planet samtidig dreier rundt sin egen akse. Planetene i Solsystemet De deles inn i to grupper; de fire mindre planetene innerst som består av stein og metaller, og de fire gasskjempene ytterst. De kalles gasskjemper fordi de er mye større enn Jorden og hovedsaklig består av hydrogen og helium. Alle fire har ringsystemer og tallrike måner. Mellom disse to gruppene er det et asteroidebelte, der de fleste asteroidene går i bane. Asteroider er småplaneter med diametere på opptil 700 km. Noen har også baner som ligger utenfor dette området. Man tror at asteroidene er materie som ble til overs da Solsystemet ble dannet. I tillegg til alt dette, kommer Pluto, den ytterste planeten. Utenfor Pluto igjen, ligger det en sky med kjempestore kometer, som rett og slett er kjempestore isklumper. Noen av disse svinger av Planetene antas å ha blitt dannet av en skive av gass og støv rundt den nyfødte Solen for rundt 4,6 milliarder år siden. Astronomene har også funnet bevis for at det eksisterer planeter rundt andre stjerner. Sola Solen er solsystemets sentrale stjerne, er dannet samtidig med resten av solsystemet, og inneholder mer enn 99% av alt stoff i solsystemet. Solen er en stjerne som alle andre. Den eneste grunnen til at den ser så mye større ut, sett her fra Jorden, er simpelthen at den er mye nærmere oss. Solen frembringer sin energi ved kjernereaksjoner i sitt indre, hvor et stort trykk og en høy temperatur sørger for de rette betingelsene. Her presses brintatomer sammen, og via en fusjonsprosess frembringes helium. Denne omsetningen frembringer den energien som trenger ut gjennom Solens mange lag, og endelig slipper fri fra Solens overflate som lys i nesten alle bølgelengder, deriblant synlig lys. Solen er en såkalt gul dvergstjerne. Selv om vi kan iaktta de voldsomste hendelser på Solens overflate, som f.eks protuberanser og flares (kjempemessige utslyngninger av varm gass fra Solens overflate), er Solen som stjerne betraktet en ganske ordinær gjennomsnittsstjerne. Solens synlige overflatesjikt, den gule "soloverflaten", kalles fotosfæren. Dette er et 300-400 km tykt gasslag som for det meste består av hydrogen og helium, med temperaturer som varierer fra 10 000 °C ved bunnen til omtrent 4400 °C ved toppen. Over den forholdsvis kjølige fotosfæren ligger et 5000-10 000 km tykt lag rødlig gass hvor temperaturen stiger fra 4200 °C til 400 000 °C, og som kalles kromosfæren. Den ytterste og mest omfattende delen av solatmosfæren er koronaen, eller "kronen", som består av flagrende bånd av gass og avgir et nesten hvitt lys. Selv om koronaen er det vakreste og mest storslagne trekket ved Solen, er det nesten aldri synlig. Det som må til for å gjøre denne synlig for oss på jorden, er en total solformørkelse, noe som inntreffer når Solen, Månen og Jorden litter på linje slik at solskiven akkurat er dekket av den mindre, men mye nærmere måneskiven. Stjerner Stjerner er store kuler av gass som frigir energi som produseres av kjernereaksjoner inne i kjernene deres. De fleste stjernene ligner Solen, men pga av de store avstandene er de bare lysende prikker på himmelen for oss. Ved å studere ulike stjerner har astronomene klart å danne seg et bilde at hvordan stjernene endrer seg over tid, og slik forstå mer om Solens fortid og dens sannsynlige fremtid. Hvordan stjerner dannes: Stjernene dannes i tåker (enorme skyer av gass og støv, ca 200 000 milliarder km i diameter) i en prosess som fortsatt foregår. Pga sin egen tyngdekraft trekkes tåken mer og mer sammen, og danner en stjernekime som kalles en protostjerne (ca 100 millioner km i diameter). Til slutt blir tettheten og temperaturen i sentrum av protostjernen så høy at kjernereaksjoner settes i gang. Den kommende stjernen "slår seg på" selv, og blir en ekte lysende og varm stjerne. På dette stadiet er stjernen i hovedserien ( ca. 1 million km i diameter). Hvor lenge den holder seg slik avhenger av stjernens masse. Etter dette stadiet har stjernen to veier å gå: Rød superkjempe: Dette er en masserik stjerne. Den har over 10 ganger Solens masse, og har ytre lag som ekspanderes og avkjøles. Diameteren kan være mer enn 150 millioner km. Til slutt kollapser stjernen og forårsaker med dette en enorm eksplosjon som blir kalt en supernova. I noen uker skinner nå supernovaen like sterkt som en hel galakse. De ytre lagene blir spredt i rommet, mens kjernens skjebne avhenger av dens masse. Har kjernen relativt liten masse, blir den trykket sammen til en veldig liten supertett nøytronstjerne (ca 150 km i diameter). Har kjernen mer enn ca. 2 ganger Solens, vil dens egen tyngdekraft gjøre at den blir enda mindre, og den blir da til slutt et såkalt svart hull. (ca 50 km i diameter). Nyfødte stjerner ses bl.a. her i Pleiadene Rød kjempe: Dette er en stjerne med liten masse, ca like stor som Solens. Diameteren kan være opptil 150 millioner km. Disse stjernene får en roligere død enn de ovennevnte. De blir til en rød kjempe, og mister til slutt sine ytre lag, som danner et gasskall kalt planetarisk tåke. Kjernen blottlegges som en glohet hvit dverg (diameter bare 10 000 km) som kjølner og slukker i løpet av milliarder av år. Når den slutter å lyse, blir den logisk nok en svart dverg. Stjernene med minst masse (røde dverger, ca 1/10 av Solens masse) kan leve i 100 milliarder år, mens de mest masserike stjernene brenner ut etter omtrent 3 millioner år. Vår sol er en hovedseriestjerne, ble dannet for ca 5 milliarder år siden, og er nå halvveis gjennom sin livssyklus. En stor del av himmelens stjerner er dobbeltstjerner. Av den samme gasskyen kan det dannes to stjerner, som så vil kretse om hverandre. Egentlig kretser de om et punkt mellom de to stjerner, som man kaller systemets massemidtpunkt. Noen dobbeltstjerner kan man avsløre simpelthen ved å se (oftest i en kikkert), at de roterer om hverandre. Andre ser ut til å variere i lysstyrke. Det skjer når den ene stjernen kommer inn foran den andre. Slik vil den mengde lys vi kan se fra stjerneparet bli mindre. Disse stjerner kalles også for formørkelsesvariable stjerner. Det finnes en hel del forskjellige typer stjerner som har en lysstyrke som varierer med tiden. Den viktigste typen er nok de man kaller for Cepheide-variable stjerner. De er oppkalt etter stjernen d-Cepheii, som nettopp er en Cepheidevariabel stjerne. Lysstyrken i en Cepheidevariabel stjerne varierer med en bestemt periode. Denne perioden henger nøye sammen med hvor klar stjernen er. Dvs., hvis man kan måle perioden av en Cepheide variabel stjerne (og det er relativt enkelt , periodene ligger mellom et par dager og noen måneder), kan man få vite hvor klar den er. Vet man det, kan man regne seg frem til hvor langt vekk stjernen er. Derfor er Cepheidevariable stjerner et uvurderlig redskap for astronomene når de skal bestemme avstander i Universet. Sorte hull Et svart hull er et område i rommet hvor unnslipningshastigheten er større enn lyshastigheten i vakuum (hver planet har en egen unnslipningshastighet som er avhengig av planetens masse og gravitasjonsfelt). Svarte hull ble første gang nevnt av Albert Einstein i hans relativitetsteori, men den gang var de bare en eksotisk teori som ikke lot seg bekrefte gjennom observasjon. Nå har forskerne i midlertid oppdaget at disse hullene virkelig eksisterer i sentrum av nærmest hver eneste galakse i universet. Der suger de til seg gass og stjernemasse med enorme krefter. Nye observasjoner som er gjort med det amerikanske Hubble-romteleskopet har oppdaget "himmelens fingeravtrykk" etter tre svarte hull. Ett av dem inneholder en halv milliard ganger mer masse enn sola. Forskerne mener også at 14 av 15 andre galakser også har svarte hull. De svarte hullene er muligens de kraftigste energisamlinger i universet. De dannes når masse samler seg på et enkelt sted, ofte når en stjerne faller fra hverandre. Dette punktet trekker til seg mer og mer masse og blir så tett at ingenting kan slippe ut, ikke engang lys. Det blir svart og kan ikke lenger sees, og alt som blir fanget opp i dets sentrum fjernes for alltid fra resten av universet. For å finne beviser for svarte hull har astronomene analysert stjernenes bevegelser i galakser som ligger 50 millioner lysår borte fra jorda. Stjernenes bevegelighet viste at de styres av en kraftig gravitetskraft. Tyngdekraften i et svart hull er så sterk at hele stjerner i nærheten trekker mot hullet i en spiralbevegelse. Gassen svirrer rundt senteret i en slik fart at den kommer opp til millioner av grader, temperaturer som er ukjent noe annet sted. I fysikken er det et fenomen som kalles Doppler effekten. Den går ut på at når et objekt lager en lyd og flytter seg mot deg, vil frekvensen til lyden virke høyere og høyere. Når det samme objektet flytter seg fra deg virker det som frekvensen blir lavere. I tilfellet ved svarte hull er det fenomener som blir kalt rød forskyvning og blå forskyvning. Dette er akkurat som Doppler-effekten, bare at det skjer med lys i stedet for lyd. Når et svart hull, som gir fra seg infrarødt lys, flytter seg mot deg, virker det som lyset har en høyere frekvens og noen ganger flytter det seg innenfor synlig lysspektrum innenfor det røde feltet. Dette kalles "blue shift". Det svarte hullet kan nå sees med et veldig kraftig lysteleskop. Det samme skjer med objekter som flytter seg fra deg. Hvis et svart hull flytter seg fra deg og og stråler ut røntgenstråler vil det virke som lyset får en lavere frekvens, og noen ganger kan det flytte seg innenfor det synlige lysspektrumet i det blå feltet. Dette kalles "red shift". Typer sorte hull: I følge teoriene finnes det tre forskjellige typer svarte hull i universet rundt oss. De har vidt forskjellig masse og er oppstått på hver sin karakteristiske måte. De eldste er til og med like gamle som universet selv. 1) Miniutgaven: Disse svarte hullene har en masse som et fjell og utstrekning som en atomkjernepartikkel.. Slike hull ble kanskje dannet like etter big bang og har deretter overlevd fram til i dag. 2) Midiutgaven: Denne typen svarte hull er resultatet av en tung, men forøvrig normal stjernes kollaps - f.eks i forbindelse med en supernovaeksplosjon. Hvis stjernens kjerne rommer mer enn cirka 150 % av solens masse, kan den ikke motså sin egen innadrettetde gravitasjonskraft, slik at den går til grunne og omdannes til energi som innkaples i det svarte hullet. 3) Maksiutgaven: Denne typen svarte hull, som har en masse på millioner eller milliarder ganger solens, finner vi i sentrum av en rekke galakser, kanskje alle. De er bl.a ansvarlige for det fenomenet som kalles kvasarer, det vil si ekstremt lyssterke kjerneområder i visse galakser. Den voldsomme energiutsendelsen antas å stamme fra det svarte hullets tilvektsskive (skiveformet område omkring et roterende svart hull, hvor innkommende gass og stjerner varmes opp til ekstreme temperaturer på vei inn i hullet). Denne stjernen, Eta Carinae, er en nåværende supernova som sannsynligvis vil bli til et svart hull. Fra lysende stjerne til svart hull: 1) Når en stor stjerne slipper opp for brensel, kan den ikke lenger motstå sin egen gravitasjonskraft og starter å kollapse. 2) Etter hvert som stjernen faller sammen, synker den dypere og dypere ned i sin egen gravitasjonsbrønn. 3) Når gravitasjonsfeltet blir for stort, oppstår det en begivenhetshorisont som for alltid isolerer stjernen fra resten av universet. 4) Ifølge teoriene ender stjernen med å ha alt sitt stoff samlet i et uendelig lite område. En såkalt singularitet er skapt. I teorien kan alle legemer bli til svarte hull - det er bare et spørsmål om å få presset dem så mye sammen at de bryter sammen under sitt eget gravitasjonsfelt. Men i praksis er det bare stjerner med en masse betydelig større enn solens som risikerer å ende livet på denne måten. Hvis det likevel skulle skje med jorden, ville det føre till at all klodens masse ble samlet i et område på under 4 cm3! Gravitasjonsfeltet nær et svart hull er så voldsomt at både tid og rom blir forvrengt til det absurde. Sett utenfra går for eksempel tiden stadig langsommere om bord på et romskip som nærmer seg et svart hull. Samtidig ser romskipet også ut til å bli flatere, inntil det til slutt går helt i stå og henger som en tynn hinne uendelig nær den kuleformede horisonten som markerer grensen til det svarte hullet. Om bord på romskipet føles derimot alt normalt - helt til fartøyet blir knust inne i hullet. Sammendrag: Ettersom dette ikke skal være et langt prosjekt om astronomi/universet tar jeg bare med en svært liten del av alle de fenomener som jeg kunne ha uttredet mye mer. Som sagt i forordet arbeidet jeg med denne oppgaven alene, noe tekst kopierte jeg fra Internett, mens annet tilføyde jeg fra egen kunnskap. All teksten jeg har brukt er nøye gjennomlest slik at jeg vet den passer inn i sammenhengen i dette "dokumentet" . Teksten er også, noe som var mest relevant, redigert på en slik måte at det skal være lett leselig og oversiktlig. Jeg brukte Word sitt oppsett i overskifter (overskrift 1,2,3), men har ikke noe annet "fast" oppsett på dokumentet. Jeg skriver om i dokumentet Kildene jeg har brukt er rettet opp mot sider om astronomi på nettet, disse sidene har igjen kilder til forskjellig forfattere og forskere rundt emnet. Oppgaven som vi fikk (lage et Word dokument), følte jeg at jeg løste relativt enkelt, og håper jeg gjorde det på en godkjent måte. Dokumentet blir sendt til deg på som vedlegg i e-post. Stikkordregister: Asteroider;3 blue shift;7 Cepheide-variable stjerner;6 dobbeltstjerner;6 Doppler effekten;7 Eta Carinae;8 Hubble-romteleskopet;6 kjernereaksjon;4 kometer;3 planetarisk tåke;5 Planetene;3 Pleiaden;5 protostjerne;4 red shift;7 relativitetsteori;6 Rød kjempe;5 Rød superkjempe;5 singularitet;8 Sola;4 Solsystemet;3 Sorte hull;6 svart dverg;5 Frode Wareberg Uke 37 - 8 -