Alle indlæg af Kjartan Kinch

Astronomi, Fysik

Den interstellare asteroide ‘Oumuamua

1 kommentar

I slutningen af efteråret sidste år opdagede astronomer for første gang nogensinde et objekt – en asteroide – i vores solsystem, som stammer fra et fremmed solsystem. Opdagelsen blev kortvarigt omtalt både i dansk og international presse

Nyheden er selvfølgelig ikke helt så ny længere, til gengæld er der nu (lige før nytår) kommet en officiel artikel i Nature, og jeg tænkte det måske kunne være et godt tidspunkt at samle lidt op på, hvad det egentlig var, der blev opdaget, hvad vi ved med sikkerhed, hvad der er mere spekulativt, og hvad opdagelsen kommer til at betyde fremover.

Læs videre Den interstellare asteroide ‘Oumuamua →

Astronomi, Nyheder

Jordlignende planet i bane om Solens nærmeste nabo: Proxima Centauri

3 kommentarer

I går blev det sensationelt annonceret at der findes en Jordlignende planet i bane om Solens allernærmeste nabostjerne – Proxima Centauri. Artiklen bag blev i dag offentliggjort i Nature.

“Jordlignende” planeter er planeter med en masse i nærheden af Jordens og placeret i den “beboelige zone” – det vil sige i en afstand fra deres stjerne som tillader flydende vand på overfladen. Jordlignende planeter har længe været den hellige gral i exoplanetforskningen og blandt de tusindvis af opdagede exoplaneter kan de jordlignende stadig tælles på to hænder.

Derfor er det da også en genuin sensation at man nu har opdaget en sådan planet i bane om den allernærmeste stjerne.

Proxima Centauri er formentlig en del af et trippel-stjernesystem med dobbeltstjernen Alfa Centauri. Systemet består af to stjerner på størrelse med Solen, Alfa Centauri A og Alfa Centauri B og så af Proxima Centauri der er en rød dværgstjerne med en masse på 12% af Solens.

Alfa Centauri A og B er i bane om hinanden med en indbyrdes afstand som varierer mellem afstanden Solen-Saturn og afstanden Solen-Pluto og en omløbstid omkring 80 år. De er så tæt på hinanden at de ikke kan skelnes fra hinanden med det blotte øje og de ses på den sydlige halvkugle som et enkelt objekt – Alfa Centauri, der er den tredjeklareste stjerne på himlen.

Proxima Centauri cirkler så om den centrale dobbeltstjerne i en afstand på omkring 15.000 astronomiske enheder eller 0.2 lysår og med en omløbstid på mere end 500.000 år. Faktisk ved vi ikke med sikkerhed om Proxima er i bane om den centrale dobbeltstjerne eller om den bare tilfældigvis er så tæt på. Under alle omstændigheder er den omkring 4.25 lysår fra Solen.

Herunder ses en figur der sammenligner størrelserne af Alfa Centauri A og B med Proxima Centauri, Solen og Jupiter:

 

The relative sizes of a number of objects, including the three (known) members of Alpha Centauri triple system and some other stars for which the angular sizes have also been measured with the Very Large Telescope Interferometer (VLTI) at the ESO Paranal Observatory. The Sun and planet Jupiter are also shown for comparison.

(Kilde: European Southern Observatory)

Læg mærke til hvor lille Proxima Centauri er:  Selvom den vejer mere end 10% af Solens masse fylder den ikke meget mere end Jupiter, som vejer mindre end 0.1% af Solen.  Proxima Centauri har uhyre høj massefylde.

En stjernes lysudsendelse vokser meget kraftigt med stjernens masse. Det betyder at selvom Proxima Centauri vejer 12 % af Solen  så udsender den kun omkring 0.17% af det lys som Solen udsender.  Og værre endnu (for mennesker) så er den kun omkring 3000 grader varm  og sender derfor langt det meste af sit lys ud som infrarødt lys hvorimod Solen ved ca. 6000 grader sender det meste af lyset ud i det synlige område. I det synlige område lyser Proxima Centauri derfor kun med 0.005 % af Solens lys og er for lyssvag til at kunne ses med det blotte øje.

Planeten, Proxima Centauri b er fundet ved den såkaldte radialhastighedsmetode hvor planeten opdages indirekte ved dens indflydelse på stjernens bevægelse. Man kan se på lyset fra stjernen at det forskydes en lille smule mod kortere bølgelængder (blåforskydes) når stjernen nærmer sig Jorden og omvendt forskydes mod længere bølgelængder (rødforskydes) når stjernen fjerner sig fra Jorden. I det planeten roterer om stjernen bevæger stjernen sig også og denne bevægelse kan ses.

På figuren herunder ses radialhastighederne for Proxima Centauri over en periode på 3 måneder i begyndelsen af 2016. Den blå kurve viser et matematisk fit svarende til den ideelle effekt af planeten. Stjernen bevæger sig frem og tilbage med hastigheder på omkring 5 km/t og en periode på præcis 11.2 døgn.

This plot shows how the motion of Proxima Centauri towards and away from Earth is changing with time over the first half of 2016. Sometimes Proxima Centauri is approaching Earth at about 5 kilometres per hour — normal human walking pace — and at times receding at the same speed. This regular pattern of changing radial velocities repeats with a period of 11.2 days. Careful analysis of the resulting tiny Doppler shifts showed that they indicated the presence of a planet with a mass at least 1.3 times that of the Earth, orbiting about 7 million kilometres from Proxima Centauri — only 5% of the Earth-Sun distance.

(Kilde: European Southern Observatory)

Som det ses er der en del usikkerhed på målingerne men en grundig statistisk analyse viser at målingerne dårligt kan forklares som tilfældig variation og den skulle være god nok. Der er en planet.

Fordi vi ikke ved hvordan planetens baneplan er orienteret i forhold til synsretningen er der en usikkerhed i bestemmelsen af planetens masse. Vi kan kun sige at den vejer mindst 1.3 gange Jorden og med 90 % sandsynlighed vejer mindre end 3 gange Jordens masse. Den roterer som sagt om sin stjerne med en periode (et “år”) på 11.2 døgn og i en afstand på kun 1/20 af Jordens afstand til Solen.

Forholdene på planeten Proxima Centauri b er sandsynligvis – selvom den er Jordlignende – temmelig anderledes end på Jorden. Vi kender ikke planetens rumfang og derfor heller ikke dens massefylde eller tyngdekraften ved overfladen – men den er nok ikke alt for langt væk fra tyngdekraften på Jorden. Vi ved ikke om planeten har en atmosfære og hvis ja, hvad dens beskaffenhed er. Vi ved ikke om der rent faktisk er flydende vand, have eller søer, selvom temperaturen tillader det og vi kender ikke dens omdrejningsperiode. Det er dog forholdsvist sandsynligt at den er “låst” til sin stjerne og altid vender samme side mod stjernen lige som Månen mod Jorden. Dette skyldes kraftige tidevandskræfter fordi stjernen er så tæt på og vil muligvis – muligvis ikke – gøre muligheden for liv mindre.

Set fra planeten vil stjernen Proxima Centauri være en gigantisk, men  forholdsvist lyssvag, rød skive. Et spektakulært syn, uden tvivl.

An angular size comparison of how Proxima will appear in the sky seen from Proxima b, compared to how the Sun appears in our sky on Earth. Proxima is much smaller than the Sun, but Proxima b lies very close to its star.

(Kilde: European Southern Observatory)

Jeg er slet ikke i tvivl om at dette her er en virkelig, virkelig stor nyhed. Denne planet er tæt nok på os til at den formentlig vil kunne ses direkte med næste generation af mega-teleskoper som allerede er under konstruktion og vi vil for første gang kunne se hvordan en af Jordens søstre eller brødre ser ud.

 

 

Rumfart, Teknologi

En raketopsendelse med perspektiver

Omkring midnat dansk tid natten mellem fredag og lørdag opsendte  SpaceX  en Falcon-9 raket med forsyninger til den internationale rumstation. Det var den ottende forsyningsmission til rumstationen udført af SpaceX og som sådan et skridt i NASA’s strategi om at lægge flere af de “rutinemæssige” opgaver i rummet over til private aktører. Fredag nat havde dog perspektiver der rakte noget udover en helt rutinemæssig flyvning til rumstationen. Af to grunde:

Den første og vigtigste grund er at det lykkedes at lande rakettens første trin sikkert på en pram i havet.

SpaceX har tidligere haft flere mislykkede forsøg:

Og har i december sidste år lavet en vellykket landing på land:

Men fredag nat var første gang det lykkedes at lande på havet:

Det er en imponerende teknisk bedrift og det er ikke en overdrivelse at kalde det historisk. Perspektivet er naturligvis at den dyreste del af raketten faktisk ikke er brændstoffet men selve “skallen”. Og da det første trin repræsenterer hovedparten af rakettens vægt er der rigtigt mange penge at spare. SpaceX er allerede den billigste aktør på markedet og hævder at man med rutinemæssigt genbrug af første trin vil kunne reducere prisen til 1/10.

Hvorvidt det bliver virkelighed indenfor en overskuelig årrække er måske et åbent spørgsmål, men mindre prisreduktioner kan også være nok til at gøre en stor forskel. Prisen på at løfte et kilogram materiale op i kredsløb er det allervigtigste tal, som bestemmer udviklingen indenfor alle grene af rumflyvning. Hvis den pris kan reduceres betydeligt er perspektiverne enorme.

Rumfærgen var jo også genanvendelig men programmet var uhyre dyrt og den kom aldrig til at flyve ofte nok til at der var besparelser i det. Der er god logik i SpaceX’s mere simple koncept hvor man genanvender kun det første trin, som jo naturligvis er betydeligt nemmere at bringe ned igen (da det ikke når så højt op) og som ikke udsættes for nær så stor belastning som rumfærgen, der jo skulle de-accellerere fra kredsløb i Jordens atmosfære.

Grunden til at det er vigtigt at lande på havet er at raketter faktisk ikke går lodret op. De går lodret op det allerførste stykke for at nå over den allertætteste del af atmosfæren hurtigt så luftmodstanden reduceres, men derefter lægger de sig hurtigt ned og accellererer “sidelæns”. Grunden er, populært sagt at: “rummet er ikke et sted, men en hastighed”. Udfordringen er ikke at nå op, hvor atmosfæren slutter. Den virkelige udfordring ligger i at nå en høj nok fart til at man ikke falder ned igen men i stedet “falder rundt om Jorden” – i kredsløb.  Og til det skal man jo pege i den rigtige retning (“sidelæns”).

Af samme årsag accellererer man stort set altid mod øst, fordi man derved får et skub bagpå af Jordens rotation – et skub som i parentes bemærket er stærkere jo tættere på ækvator man er.

Fordi ting kan gå galt og raketter kan styrte ned ønsker man gerne at accellerere raketten udover vand og det er  grunden til at den ideelle placering for en rumhavn er på en østvendt kyst tæt på ækvator. Derfor sender NASA op fra Florida (den sydligste østvendte kyst i USA) og derfor sender ESA typisk op fra fra Guyana, som ligger præcist på ækvator.

Og derfor er det vigtigt at man kan lande på havet. Så man ikke spilder værdifuldt brændstof på at returnere raketten til land.

Så vidt den første og nok vigtigste grund til at opsendelsen fredag nat var perspektivrig.

Den anden grund er, at en del af nyttelasten var et oppusteligt modul til rumstationen. Modulet er bygget af firmaet Bigelow Aerospace, måler omkring 3×4 meter og skal installeres og testes på rumstationen. Perspektivet her handler igen om masse og pris. Oppustelige moduler kan gøres meget lettere end massive moduler og prisen for opsendelsen kan tilsvarende reduceres. Derfor er der betydelig interesse omkring sådanne både til brug i rummet men også for eksempel på Månen eller Mars. Hvis man pumper op til en atmosfæres tryk har man jo et overtryk på en atmosfære i forhold til det tomme rum udenfor (og næsten det samme gælder på Mars hvor trykket er mindre end 1% af en atmosfære). Derved holder modulet nemt sin form og kan også hjælpe med at holde sig selv oppe mod tyngdekraften på Månen eller Mars.

Det er meningen at BEAM-modulet skal monteres i løbet af April, pumpes op i Maj, og være installeret på rumstationen i to år, hvor astronauter periodisk vil inspicere det og monitorere tryk, temperatur, strålingsbeskyttelse, effekter af eventuelle mikrometeorer etc.

Måske et par små skridt på vej mod en fremtid hvor raketter lander på benene i stedet for at styrte i havet, hvor astronauter bor i oppustelige moduler i rummet, på asteroider, på Månen og Mars, og hvor adgangen til rummet er betydeligt billigere end i dag ?

Astronomi, Nyheder

Planet nummer 9

I går offentliggjorde to astronomer fra California Institute of Technology en artikel, hvori de argumenterer for at vort Solsystem har en niende planet med en masse omkring 10 gange Jordens masse i en kraftigt aflang bane omkring 20 gange længere væk fra Solen end Neptun med en omløbstid på 10.000 – 20.000 år.

Det er en sensationel påstand som umiddelbart kalder på en vis skepsis idet påstande om yderligere planeter i Solsystemet har en broget historie, men denne gang ser det ud til at der er noget om snakken: I hvert fald præsenterer de 2 astronomer et ganske overbevisende argument.

Argumentet bygger på den observation at de 6 aller-yderste kendte objekter i Solsystemet, som alle er opdaget siden 2003, har en betydelig systematik i deres baner. De har alle kraftigt aflange baner, de er alle i omkring samme retning fra Solen når de er tættest på, deres baner er alle 6 “vippet” med omkring 30 grader i forhold til Solsystemets plan og det punkt hvor de krydser Solsystemets plan ligger i alle 6 tilfælde også i omkring  samme retning set fra Solen.

Grafikken fra Science herunder illustrerer de 6 objekters baner og den hypotetiske bane for den niende planet.

Orbits_1280_PlanetX2
Orientering af banerne for de 6 yderste objekter i Solsystemet og den foreslåede bane for den niende planet.

Banedynamik for objekter i Solsystemet bliver hurtigt ganske kompleks matematik. Så længe man kan reducere problemet til kun 2 objekter er det kendt stof og forstået siden Johannes Kepler, men i princippet trækker alle Solsystemets objekter jo i hinanden via tyngdekraften og så snart man skal tage hensyn til 3 eller flere legemer bliver problemet hurtigt komplekst og kaotisk og må behandles enten ved hjælp af tilnærmede metoder eller ved computersimuleringer.

De 2 astronomer, Brown og Batygin, demonstrerer i deres artikel både via beregninger og gennem computersimuleringer at en niende planet over lang tid vil kunne påvirke mindre legemer i det ydre Solsystem således at den dels “trækker” deres baner mere aflange, dels orienterer dem på samme vis. Endelig kan påvirkningen fra en sådan planet også forklare nogle få hidtil uforklarede objekter lidt længere inde som har baner der er vippet med næsten 90 grader i forhold til Solsystemets plan.

Nu går jagten så ind på faktisk at SE denne hypotetiske planet (hvis den findes). Det er ikke umiddelbart lige til at se selv en forholdsvist stor planet så langt ude. Solens lys reduceres med kvadratet på afstanden og efter lyset så har reflekteret fra planeten reduceres det igen med kvadratet på afstanden. Det betyder at lyset fra en planet dæmpes med afstanden i fjerde så når man går dobbelt så langt ud reduceres lyset til en sekstendedel etc. Ikke desto mindre er der en rimelig chance for at finde den i løbet af en kort årrække.

Hvis den altså findes.

 

 

 

Astronomi, Geologi, Rumfart

Billeder fra Pluto

3 kommentarer

Sonden New Horizons passerede tæt forbi Pluto i tirsdags og i går aftes (15/7) blev de første billeder fra passagen offentliggjort. Fordi det er en forholdsvis lille rumsonde, med relativt lille parabolantenne til kommunikation, og fordi den er så langt væk, kommer data dryssende meget langsomt. Dataraten er et sted mellem 1-4 kilobit per sekund afhængigt af hvor højt Pluto er på himlen set fra den Deep Space Network station, som sonden kommunikerer med. Altså en god del langsommere end et gammeldags 56k modem. I løbet af disse  dage fylder sonden sin harddisk op og så vil det faktisk tage over et år før alle data er modtaget på Jorden.

NH-Pluto-color-NewHorizons-20150713

Men allerede det billede som ses ovenfor som er taget fra en afstand på lige under 800.000 km, før passagen, viste at Pluto ville gemme på overraskelser. Der er markante forskelle i mellem forskellige regioner fra det lyse “Hjerte” i midten nederst som man formoder er is (formentlig frossent kvælstof) og til det mørke område lige ved siden af, benævnt “Hvalen”. Det er tydeligvis en kompleks overflade dannet af samspil mellem flere forskellige processer.

Da det første højopløste billede fra passagen blev offentliggjort i går kunne man høre underkæberne ramme gulvet hos publikum i pressekonferencen. Billedet (herunder) er taget fra en afstand på omkring  77.000 km og viser et område umiddelbart nedenfor “Hjertet” (det glatte terræn øverst til venstre i dette billede er det nederste af Hjertet ).

nh-pluto-surface-scale

Billedet er bemærkelsesværdigt dels for hvad det viser – primært den gruppe af bjerge som ses centralt i billedet. De er overraskende høje, op til 3.5 km, og er ikke en del af en kraterrand, så tydeligvis ikke dannet ved et meteornedslag men ved en indre proces. Billedet er dog allermest bemærkelsesværdigt for hvad det ikke viser.

Jeg kan ikke se et eneste nedslagskrater på det billede.

Ved samme lejlighed offentliggjorde man også et billede af Plutos måne Charon (udtales Karon) taget under “indflyvningen”, dvs. der vil komme billeder i højere opløsning. Billedet (herunder) viser også en overflade med forbløffende få nedslagskratere.

nh-charon

Så både Pluto og Charon har langt færre kratere end forventet. Det betyder så som udgangspunkt enten at mængden af nedslag derude i den yderste del af Solsystemet har været mange gange lavere end længere inde gennem hele Solsystemets historie eller at overfladerne på både Pluto og Charon er meget unge og begge kloder dermed stadig er geologisk aktive. Hvad enten forklaringen er det ene eller det andet er det en KÆMPE overraskelse.

Det virker ikke umiddelbart sandsynligt at mængden af kollisioner og meteornedslag kan have været så dramatisk anderledes ude ved Pluto. Især ikke fordi både Pluto og Charon har enkelte større nedslagskratere men Pluto baseret på nærbilledet ovenfor øjensynligt har nærmest ingen mindre kratere. Det skulle være spøjst om der havde været store meteorer, men ingen små. Derimod kan man rimeligt nemt forestille sig geologiske processer, der kan udviske små kratere, men har sværere ved at helt fjerne de store.

Den mest nærliggende forklaring er at Pluto og Charon er geologisk aktive og derfor har unge overflader, som har været omdannet for nylig i geologisk forstand (inden for måske 100 millioner år). Men hvis det er sandt er det rent ud sagt forbløffende.

Den generelle regel er at store kloder (Jorden, Venus, måske tildels Mars) er geologisk aktive, mens mindre kloder måske har været det engang, men ikke er det længere. Geologisk aktivitet kræver varme i klodens indre. Den varme stammer dels fra dengang kloden blev dannet, dels kommer den fra henfald af radioaktivt materiale inde i kloden. Under alle omstændigheder køler små kloder hurtigere end større kloder fordi deres rumfang er mindre i forhold til deres overflade. Så små kloder er kølet ned hurtigt, deres indre er tidligt stoppet med at være flydende, geologisk aktivitet som vulkanisme eller pladetektonik er stoppet tidligt og deres overflade er dækket af meteorkratere fra det meste af Solsystemets historie. Se for eksempel et udsnit af Månens overflade herunder. Månen er omkring 50% større i radius end Pluto, men overfladen er dækket af kratere.

houston_moon_zoom

Der findes undtagelser fra den generelle regel. En række af kæmpeplaneternes måner udviser tegn på geologisk aktivitet og et flydende indre. I de fleste tilfælde er der her tale om vand i månernes indre, men pointen er den samme: for at smelte vandet kræver det en varmekilde ude i det iskolde ydre Solsystem. Det forklares med opvarmning via tidevandskræfterne – opvarmning som skyldes friktion når disse måner bevæger sig rundt i det kraftige tyngdefelt fra deres kæmpeplanet og også påvirkes af andre måner.

Det er endog meget svært at forestille sig dén proces spille en rolle for Pluto og Charon. De to kloder er låst i deres indbyrdes kredsløb. De vender begge altid samme side mod deres partner og der er ingen tidevandskræfter aktive mellem dem. Plutos øvrige måner er uhyre små og påvirkningen fra dem må være helt ubetydelig.

Hvordan man end vender og drejer det så er de manglende kratere på Plutos overflade en genuin overraskelse og der er tydeligvis noget, vi ikke forstår. Er Pluto og Charon meget varmere end forventet ? Har de f.eks. flydende vand i deres indre trods de omkring -230 C på overfladen ? Er de domineret af andet end vand, noget med langt lavere smeltepunkt ? Har de en kompleks historie, således at de kan have været udsat for kraftige tidevandskræfter for nylig (passage tæt på et andet legeme ?)

Vi ved det simpelthen ikke lige nu og kan kun vente i spænding mens billede efter billede langsomt drysser ned gennem 2k-forbindelsen derude fra Solsystemets yderste kant..

 

 

Astronomi, Geologi, Rumfart

Philae er vågnet !

Tilbage i November fulgte vi landingen af sonden Philae på kometen 67P Churyumov-Gerasimenko. Sonden landede, men landingssystemet virkede ikke helt efter hensigten, den blev ikke korrekt fastgjort til overfladen, men sprang tilbage ud i rummet og kom først ned igen efter flere timer. Det er ikke lykkedes at præcist bestemme hvor sonden er landet, men det er klart at den landede nede i et hul eller under et delvist overhængende stykke klippe. Et sted hvor lysindfaldet er begrænset.

Det betød at Philaes mission blev kraftigt forkortet da den ikke havde strøm nok fra sine små solpaneler til at gennemføre den langstrakte anden fase af sin mission, hvor den skulle lave fortløbende passive målinger fra kometens overflade. I stedet gik landeren i dvale da batteriet løb tør for strøm efter omkring 60 timer. På det tidspunkt skrev jeg at der var en lillebitte chance for at Philae ville komme til live igen når kometen kom nærmere Solen og temperaturen samt energien fra solpanelerne øgedes.

Åbenbart var chancen ikke så lillebitte igen, for det er netop sket ! Lørdag aften modtog man for første gang i 7 måneder signaler fra Philae. Endnu er der kun meget få detaljer, men et par ting står umiddelbart klart:

1) Sonden eri rimeligt god stand , med strøm på batterierne og en ikke alt for kold temperatur. Vi er stadig 2 måneder fra perihelion (det tidspunkt, hvor kometen er nærmest Solen) så der er al mulig grund til at håbe på et langt forløb, hvor Philae kan være aktiv.

2) Det er ikke første gang Philae har forsøgt at kommunikere med Rosetta. De andre gange har det øjensynligt været uden held. Hvorfor ?  Måske står Philae på en måde så kommunikationen er blokeret i mange retninger og man kun kan nå Rosetta når den befinder sig i den helt rigtige retning ? Det er ikke sikkert at det bliver simpelt at etablere stabil to-vejs kommunikation.

3) Der er stadig data fra landingen som endnu ikke er hentet ned, så vi kan vente at lære en del mere om, hvad der præcist skete tilbage i november. Inklusiv Philaes præcise placering, som man nu burde kunne bestemme.

4) Dette vil selvfølgelig gøre det ekstra ønskværdigt at bringe Rosetta tæt ned på overfladen, men det er yderst risikabelt nu, hvor kometen nærmer sig Solen, fordi kometen frigør så meget materiale efterhånden som den varmes op. Blandt andet risikerer man at Rosettas stjernekameraer, som den bruger til navigation bliver, forvirrede af de mange små glimtende iskrystaller som frigøres fra kometen, med det resultat at Rosetta pludselig ikke ved, hvad der er op og ned, fordi den ikke kan genkende stjernehimlen på grund af de mange glimt fra materiale frigivet fra kometen.

Jeg glæder mig til at følge udviklingen de kommende måneder. Det står efterhånden klart at selvom Philae gennemførte alle de planlagte målinger lige efter landingen så stod den placeret på en sådan måde at boret ikke nåede overfladen og man derfor ikke fik materiale fra overfladen ind i analyseinstrumenterne. Måske der er en måde, hvorpå man han flytte lidt på Philae og gentage denne måling, som jo var ét af de centrale formål med missionen.

 

Astronomi, Rumfart

Et år i dværgenes tegn

Året 2015 står i dværgenes tegn, hvis man som jeg er passioneret interesseret i udforskningen af Solsystemet. Dværgplaneternes, altså.

Dværgplaneter er en ganske ny opfindelse, i hvert fald i den præcise betydning som begrebet har nu. Den opmærksomme læser vil måske have lagt mærke til, at der i dag er en planet mindre i Solsystemet end der var for et lille årti siden. Det er ikke så dramatisk som det lyder: Ingen planeter sprang i luften, det var en ren skrivebordsbeslutning som blev foretaget af den Internationale Astronomiske Union (IAU) i 2006 hvor begrebet Dværgplanet blev introduceret og Pluto blev degraderet fra planet til dværgplanet hvorved antallet af planeter i Solsystemet med et pennestrøg blev reduceret fra ni til otte.

Beslutningen var og er omdiskuteret; en diskussion jeg ikke vil blande mig i lige nu og her, andet end ved at sige at Solsystemet indeholder myriader af legemer med forskellige karakteristika og at ordene planet, måne, dværgplanet, komet, asteroide etc naturligvis blot er ord vi mennesker sætter på tingene. Klassifikation kan være en svær disciplin (som næbdyret sagde til muldyret ) og tingene passer ikke altid lige godt ind i de kasser vi gerne vil putte dem i.

Hvorom alting er, så har IAU altså indført klassen Dværgplanet. Dværgplaneterne er en ganske eksklusiv klub med foreløbigt kun 5 medlemmer (men yderligere en lang række håbefulde ansøgere).

Mit ærinde her, og grunden til at jeg kalder 2015 for Dværgplaneternes år, er at de to uden sammenligning bedst kendte medlemmer af klubben BEGGE  bliver besøgt for første gang af rumsonder i løbet af i år. Rumsonden Dawn gik i kredsløb om Ceres i Marts og sonden New Horizons passerer Pluto til Juli.

 

Dawn blev sendt op i 2007 men har ikke ligget på den lade side undervejs. Det er en innovativ mission, der efter opsendelsen har benyttet en såkaldt ion-motor til at bevæge sig ud til asteroidebæltet. I en ion-motor accelererer et elektrisk felt elektrisk ladede partikler (ioner) op til meget høje hastigheder. Rumsonden drives fremad når ionerne skubbes bagud. I modsætning til en traditionel kemisk raketmotor kommer energien altså ikke fra en forbrænding i selve motoren men skal hentes andetsteds fra. Typisk fra solpaneler, som det er tilfældet på Dawn. Ionerne er altså ikke brændstof men udelukkende drivmiddel.

Fordelen ved en ion-motor er at mundingshastigheden – hastigheden hvormed drivmidlet forlader raketten – kan blive meget høj. Dermed kan man opnå en stor samlet ændring i hastighed med en forholdsvis lille masse af drivmiddel. Ulempen er at den samlede mængde af drivmiddel der forlader raketten i et givent tidsrum er lille så accelerationen dermed er lille. Ion-motoren kan derfor ikke bruges til at forlade Jorden med, da det direkte slagsmål med Jordens tyngdefelt kræver en høj acceleration, og Dawn blev da også i første omgang sendt op med en traditionel kemisk raket. Men når man først er ude i rummet er ion-motoren uhyre effektiv og kan, givet lang nok tid, accelerere en rumsonde op til meget høje hastigheder.

Med risiko for at strække en analogi længere end den kan bære kan man måske tænke på ion-motoren som en bilmotor med meget lav acceleration (nul til hundrede på fire døgn…) men som til gengæld går virkeligt mange kilometer på literen.

 

Dawn har udnyttet sin ion-motor til at blive den første rumsonde nogensinde som har været i kredsløb om to forskellige legemer i Solsystemet (Jorden fraregnet, naturligvis). Fra Maj 2011 til September 2012 var Dawn i kredsløb om den næsttungeste af asteroiderne, Vesta. Takket være sin effektive motor kunne sonden siden igen kravle ud af Vestas tyngdebrønd og fortsætte rejsen ud til den største af asteroiderne, dværgplaneten Ceres, hvor Dawn altså ankom i begyndelsen af Marts i år.

Ceres kan tale med Pluto om at blive degraderet fra planetstatus idet den fra opdagelsen i 1801 og frem til midten af 1800-tallet var klassificeret som en planet men blev degraderet da antallet af opdagede asteroider begyndte at vokse voldsomt. Ceres er omkring 950 km i diameter. Den er som nævnt den største af asteroiderne og indeholder alene omkring 1/3 af asteroidebæltets samlede masse. På grund af sin betydelige størrelse og tyngdekraft  har Ceres en kuglerund form som det kendes fra planeter og større måner, i stedet for den irregulære form som ellers er typisk for asteroider og Ceres er den eneste af asteroiderne som er stor nok til at klassificeres som dværgplanet.

Herunder ser man Ceres som den ser ud med Hubble-rumteleskopet:

fourviewsCeres-1

Og her ses Ceres som fotograferet af Dawn den 15 April i år fra 22000 km over overfladen med en opløsning på omkring 2 km per pixel (klik på billedet for at se det i fuld opløsning):

PIA19064_hires

 

Forskellen er indlysende tydelig selvom Dawn langtfra har nået sin endelige bane. Ceres er forvandlet fra en utydelig plet på himlen næsten uden observerbare detaljer til en detaljeret klode, et geologisk objekt. Faktisk vil sonden gennem hele året trinvist reducere højden over Ceres og vil formentlig først nå sin laveste bane hen i mod slutningen af 2015. Så vi kan forvente at nye detaljer vil afsløre sig løbende gennem året.

Ceres er forholdsvist langt ude i asteroidebæltet og formodes derfor at være betydeligt rigere på vand (is) end de asteroider som blev dannet nærmere Solen. Den minder faktisk en del om flere af de isrige måner i det ydre solsystem. Traditionelt har man ment at den ikke er differentieret. Dvs. den har aldrig været varmet nok op til at den smeltede indeni og er derfor ikke opdelt i kerne, kappe og skorpe ligesom de jordlignende planeter og større måner er.  Det er tydeligt ved selv et kort blik på billedet ovenfor at meteornedslag har været den dominerende proces, som har formet Ceres’ overflade.

Meget af forhåndsinteressen har samlet sig om den lysere plet, som ses tydeligt på billederne fra Hubble. Den er ikke nem at se på billedet fra Dawn ovenfor (lille hvid plet midt i et stort krater yderst til højre). Men ses tydeligt på tidligere billeder fra Dawn, hvor planeten vender anderledes, som her på et billede fra 19. Februar hvor man faktisk kan se at der i virkeligheden er tale om to lyse pletter.

pia19185-cr

Åbenlyst nok ser vi noget lysere materiale som reflekterer sollyset bedre end resten af den ellers ganske mørke overflade. Det, at det er en refleks, forklarer også at pletterne er meget mere tydelige når lyset kommer ind fra nogle retninger end andre. Derfra bliver det dog hurtigt svært: Underjordisk is afsløret af meteornedslag ?  Kryovulkanisme (dvs flydende vand som kommer op nedefra) ? Spekulationerne er mange og det eneste rimeligt tydelige er at ingen af forklaringerne lyder helt rimelige i lyset af hvad vi troede vi vidste om Ceres som en meget kold, geologisk inaktiv klode som ikke er differentieret (og derfor ikke burde have ren is nogen steder).

Som et ekstra krydderi på historien rapporteredes det i Januar sidste år fra det infrarøde rumteleskop Herschel at man havde set vand (i meget små mængder) blive frigivet fra Ceres. Igen en overraskelse.

Hvordan historien hænger sammen er der ingen der ved lige nu, men formentlig og forhåbentlig ved vi mere når året er omme.

 

Fra Ceres springer vi nu et langt spring ud af i Solsystemet til den anden dværgplanet som får besøg i år: Pluto. New Horizons, som er på vej til Pluto, er ligesom Dawn også en sonde, med en plads i rekordbogen. Men hvor Dawn er en slags rumsondernes “hybridbil” med en innovativ motor og uhyre effektiv anvendelse af drivmidlet så er New Horizons mere en traditionel benzinsluger taget til et endnu højere niveau. Stor raket, lille nyttelast, og så bare sømmet i bund og derudaf. New Horizons forlod i 2006 Jorden med en hastighed på 16.3 km/s i forhold til Jorden, hvilket gør den til den hurtigste rumsonde nogensinde afsendt. Med den hastighed tog det under 3 måneder før den passerede Mars’ bane, hvilket ellers typisk tager 7-8 måneder for Mars-sonder (men den skulle jo så heller ikke bremse ned). Trods den store fart har det dog stadig taget næsten 10 år fra afsendelsen og til sonden nåede Pluto, længe nok til at målet, Pluto, jo så altså i mellemtiden blev degraderet og nu ikke længere regnes som en planet.

New Horizons er en såkaldt “flyby”-mission. Der er ikke brændstof til at bremse ned og gå i kredsløb om Pluto, så sonden vil passere tæt forbi og have et forholdsvist kortvarigt vindue, hvor Pluto kan observeres med høj opløsning. Ikke blot Pluto, men hele Pluto-systemet, som udover Pluto selv består af, dens store måne, Charon, og de fire små måner, Nix, Hydra, Kerberos og Styx.

 

Herunder ses Pluto og Charon rotere om deres fælles tyngdepunkt som set af New Horizons i midten af April fra omkring 100 millioner kilometers afstand. Fra den 15. Maj og frem til midten af September vil New Horizons kunne se Pluto i højere opløsning end Hubble og når sonden passerer tættest på, den 14. Juli, vil den være omkring 10.000 km væk og vil kunne kortlægge meget af Plutos overflade med en opløsning på 50 m/pixel. Hvilke overraskelser der venter kan vi lige nu kun gisne om.

2-opnav3_barycen_v7_lowres-1041_0
New Horizons’ passage af Pluto vil i en vis forstand være sidste skridt i det oprindelige program for rekognosceringen af Solsystemet og lægger sig i forlængelse af Voyager 2’s flyby’s af Uranus og Neptun. Samtidig er det vores første detaljerede blik på en hel klasse af mindre, dybfrosne legemer helt ude på Solsystemets grænse,  det såkaldte Kuiper-bælte.

Efter passagen af Pluto vil man forsøge at styre New Horizons videre mod endnu et eller to legemer i Kuiper-bæltet. Hvilke er endnu ikke fastlagt.

Pluto bærer måske nok ikke længere den distingverede titel “Planet”, men det er kloden jo ikke blevet mindre interessant af, og jeg har i hvert fald skrevet den 14. Juli i kalenderen.

 

Astronomi, Geologi

Metan på Mars

“American Geophysical Union ” (AGU) holder i denne uge sin årlige kongres i San Francisco. Det betyder at det er sæson for historier om geofysik og planetforskning i pressen. I dag har især denne historie om metan i Mars’ atmosfære fået en del opmærksomhed.

Så jeg tænkte, at jeg skulle give mit besyv med. Hvorpå jeg øjeblikkeligt fandt mig fanget i en efterhånden velkendt balanceakt. Der, hvor jeg på den ene side gerne vil sige: “Det her er superspændende !” og på den anden side har stærk trang til at råbe “Ro på !  Lad os nu lige slå koldt vand i blodet !”

Kort fortalt går historien ud på at Curiosity-roveren har målt på indholdet af metan i Mars’ atmosfære og fundet en dramatisk variation, hvor koncentrationen af metan over en periode på 60 dage var over 10 gange den normale koncentration. Naturligt har dette vakt interesse og meget af interessen er – også naturligt nok – motiveret af, at metan her på Jorden primært bliver dannet ved biologiske processer.

Men, ro på: Den normale koncentration af metan i Marsatmosfæren er uhyre lav. Lige under 1 i en milliard ifølge Curiositys målinger. 10 gange det tal er stadig flere hundrede gange lavere end koncentrationen i Jordens atmosfære som er et par stykker per million. Og det er efter min mening overvældende sandsynligt at metanen bliver dannet eller frigivet ved en geologisk (ikke-biologisk) proces. MEN: det betyder at vi ser spor af  lokal udgasning af metan forårsaget af kortvarige, dynamiske geologiske processer, og det ER super-spændende.

Metan er et af de simpleste molekyler i organisk kemi, og består af et kulstofatom og 4 brintatomer. Det er en gas ved normalt tryk og temperatur og er hovedbestanddelen i naturgas. Det dannes blandt andet ved biologisk nedbrydning i iltfattige miljøer som f.eks. sumpe og moser eller mennesker og dyrs tarmsystemer, men det kan også frigives ved en lang række geologiske processer. For eksempel kan magma på havbunden omdannes til serpentin ved frigivelse af metan. Eller metan kan bindes sammen med vand i en islignende struktur, en såkaldt “klathrat”, som også findes mange steder på havbunden. I denne form er metanen stabil, men når klathratet varmes op (f.eks. ved vulkansk aktivitet) smelter det og metangassen kan frigives. Begge processer kan tænkes at være aktive under overfladen på Mars, og der er mange andre muligheder.

I et iltrigt miljø er metan ikke stabilt (naturgas er som bekendt brændbart) og i Jordens atmosfære er metans levetid omkring 10 år inden det nedbrydes. På Mars, hvor der er mindre ilt,  formodes levetiden at være omkring 300 år. Længere end på Jorden, men stadig kort nok til at det metan vi ser i dag må dannes ved processer som stadig er aktive.

Dette her spørgsmål om metan på Mars har især været på dagsordenen i de sidste omkring 10 år fordi studier både fra den europæiske Mars Express sonde i kredsløb om Mars og fra teleskoper på Jorden har eftervist eksistensen af metan og har påpeget at metankoncentrationen varierer på kort tidsskala.

Imidlertid var det ikke alle som troede på disse resultater. Koncentrationen af metan på Mars er lav. Instrumenterne på sonder i kredsløb om Mars er ikke optimale for detektion af metan og når man studerer metan på Mars fra jordoverfladen ser man igennem alt det metan som er i Jordens atmosfære. Effektivt ser man igennem 25.000 metanmolekyler i Jordatmosfæren for hvert metanmolekyle på Mars. Det kan kun lad sig gøre fordi Jorden og Mars bevæger sig i forhold til hinanden så man kan udnytte Dopplerforskydningen af specifikke linjer i lyset til at skelne jordisk metan fra metan på Mars.

Under alle omstændigheder kunne man med rimelighed stille sig skeptisk an, hvilket mange også gjorde.

De nye målinger fra Curiosity er imidlertid svære at angribe. Og den dramatiske stigning som ledte til en tidobling af koncentrationen over en periode på 60 dage må tages alvorligt. Det er ikke realistisk at metanen kan nedbrydes så hurtigt, så når koncentrationen stiger så dramatisk og derefter falder igen er den mest oplagte forklaring at metanen stammer fra en forholdsvist lokal kilde og koncentrationen falder igen fordi metanen hurtigt spredes og fortyndes i atmosfæren når den lokale kilde bliver inaktiv.

HVAD den kilde så er, er ganske åbent. Mine penge er på en ikke-biologisk proces, men der KAN være biologi indblandet. Under alle omstændigheder glæder jeg mig til at se, hvordan denne her historie udvikler sig i de kommende år.

Astronomi, Formidling, Rumfart

Vandrere

1 kommentar

Argh ! Julen begynder tidligt i år!

Tjek lige for dulen denne her video ud. En spektakulær visualisering af, hvordan menneskehedens fremtid i rummet kunne se ud: Fra 1:36 – 1:52 baseret på billeder taget af NASA’s Mars Exploration Rover’s omkring den tid, hvor jeg arbejdede på kameraholdet for den mission.

Det her er Science Fiction som man kan tro på. Ingen overlyshastighed, ormehuller eller antigravity påkrævet. Alt hvad man se i videoen er principielt muligt baseret på eksisterende fysik (omend noget måske ligger lidt længere ude i fremtiden end andet).

Her er en rigtig fin gennemgang af de forskellige scener i videoen, som forklarer ideen bag, samt beskriver hvorvidt scenen er baseret på rigtige billeder eller computergrafik.

 

Wanderers – a short film by Erik Wernquist from Erik Wernquist on Vimeo.