Fagstoff

Vårt nye verdensbilde

Publisert: 14.09.2010, Oppdatert: 03.03.2017
  • Innbygg
  • Enkel visning
  • Lytt til tekst
  • Skriv ut

I det følgende skal vi kort nevne noen av de viktigste oppdagelsene innen romforskningen, oppdagelser som har ført til at vi har fått et helt nytt verdensbilde. Før romalderen trodde man at verdensrommet var praktisk talt tomt. Det var en gradvis overgang fra den øvre atmosfære til vakuum ca. 1000 km over bakken. Disse nye kunnskapene har vi først og fremst fått ved å bruke raketter, satellitter og romsonder til observasjoner utenfor jordas atmosfære. Den tekniske utviklingen har innledet en ny epoke i vår forståelse av verdensrommet.

Romsonden Mariner 2 var en backup for Mariner 1 som ble ødelagt under oppskyting. Formålet med sonden var å gjøre målinger av magnetfeltet og atmosfæRomsonden Mariner 2 var en reserve for Mariner 1 som ble ødelagt under oppskyting. Formålet med sonden var å gjøre målinger av magnetfeltet og atmosfæren til Venus. Samtidig gjorde den verdifulle målinger av solvinden.
Opphavsmann: NASA

 

 

 

Forenklet dag-natt-snitt gjennom jorda og dens nære verdensrom.Forenklet dag-natt-snitt gjennom jorda og dens nære verdensrom.
Opphavsmann: Narom

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Explorer 1 ble skutt opp 31. januar 1958 og var den første Amerikanske satelitten.Explorer 1 ble skutt opp 31. januar 1958 og var den første Amerikanske satellitten.
Opphavsmann: NASA

 

 

Noen sentrale områder innen magnetosfæren.Noen sentrale områder innen magnetosfæren.
Opphavsmann: Narom

 

 

 

 

 

 

 

En lang rekke satellitter og romsonder er med på å hente inn data om romværet.En lang rekke satellitter og romsonder er med på å hente inn data om romværet.
Opphavsmann: NASA

Solvinden – kommunikasjonskanal mellom sola og jorda

Allerede fra målingene med romsonden MARINER i 1962, den første på vei til Venus, ble det klar at sola sender ut en kontinuerlig strøm av elektroner og ioner. De fleste – ca. 95 % av ionene, er protoner (H+). Massetettheten er ~ 107 partikler per kubikkmeter (m3). Hastigheten til solvindpartiklene – selv under rolige forhold på sola, er > 300 km/s.

Pga. de høye temperaturene i koronaen – over en million grader, er trykkreftene i gassen større enn gravitasjonskraften. Derfor blåser deler av atmosfæren i koronaen bort fra sola. Oppdagelsen av denne solare vinden, solvinden, er sannsynligvis den viktigste oppdagelsen for romfysikken. Hele vårt solsystem ligger innesluttet i denne ekspanderende gasskyen fra sola som inneholder like mange negative som positive partikler, slik at den totalt sett er elektrisk nøytral. Satellittmålingene har også vist at solvinden bærer med seg et magnetfelt – som vi kaller det interplanetare magnetfeltet, ofte forkortet til IMF.

Solvinden er den viktigste sambandslinjen mellom sola og jorda. Den er også kilden til nordlys og geomagnetiske forstyrrelser.

Magnetosfæren – det nære verdensrommet

Det nære verdensrommet, første gang kalt magnetosfæren i 1965 av den britiske forskeren Thomas Gold, er den delen av himmelrommet hvor jordas magnetfelt kontrollerer bevegelsen av elektroner og ioner.

På grunn av vekselvirkningen mellom solvinden og jordas magnetfelt, har magnetosfæren en meget spesiell form, som illustrert i figuren. Dette skyldes at solvinden er supersonisk, dvs. at hastigheten er større enn lydhastigheten. Derfor beveger jorda seg rundt sola med en sjokkfront foran. Magnetosfæren blir trykket sammen på dagsiden. Her går den bare ut til ca. 10 jordradier – dvs. omkring 65.000 km. På nattsiden blir magnetfeltet dratt ut i en enorm hale som strekker seg forbi månen. Grenselaget mellom magnetosfæren og det interplanetare rommet kalles magnetopausen. Formen på magnetopausen minner om strømmene i vannet i en elv som renner forbi en stor stein. I tillegg er det mange intense elektriske strømmer i dette området, spesielt viktig er Birkelandstrømmene. Magnetosfæren begrenses nedad av ionosfæren som strekker seg opp til ca. 500 km over jordoverflaten.

Magnetopausen er grensen mellom det interplanetare rommet og jordas nære verdensrom.Den er etmagnetisk skjold somhindrer solvinden å trenge gjennom. Men skjoldet er langt fra perfekt. Vi får storslåtte nordlys når solvinden trenger gjennom magnetopausen.

Om struktur og dynamikk i magnetosfæren

Inne i magnetosfæren finnes mange områder og lag med forskjellig tetthet av elektroner og ioner, og hvor bevegelsene er meget variabel.

Selv om Sputnik I var første kunstige satellitt i bane rundt jorda, var det de første amerikanske satellittene – i Explorer-serien, som førte til de første store forandringer i datidens enkle verdensbilde. Satellittmålingene viste to belter med høye konsentrasjoner av partikler med energier opp mot 1000 keV. De fikk navnet van Allen beltene etter prosjektlederen. Disse lå som smultringer rundt jorda. Mens det indre belte hadde maksimal tetthet ca. 3000 km fra jorda, hadde det ytre belte sentrum ca. 30.000 km fra jordoverflaten. Strålingsbeltene har stor praktisk betydning for satellitter og satellittkommunikasjon.

Magnetosfæren er gradvis blitt kartlagt, men fortsatt er det mye ukjent. Den dekker jo et enormt volum. Her finner vi de områdene som er spesielt viktig for forekomsten av nordlys, for forstyrrelser i jordas magnetfelt og kilden til de intense elektriske strømmene og feltene i ionosfæren. Fordi aktiviteten på sola varierer mye, vil vi også ha store og hurtige variasjoner i vårt nære verdensrom.

For en mer detaljert forståelse av fysikken i det nære verdensrommet er det nødvendig med en detaljert analyse av bevegelsene til elektronene og ionene i magnetosfæren. En
generell behandling av ladde partikler i elektriske og magnetiske felt - som varier mye i både tid og rom, er komplisert og vil ikke bli diskutert her.

Det er tre spesielt viktige bevegelser for elektronene og ionene i magnetosfæren. Disse er:

  1. Rotasjoner rundt magnetfeltlinjene, gyrobevegelser.
  2. Bevegelser langs magnetfelt linjene mellom den nordlige og sørlige halvkulen, kalt speilbevegelser.
  3. Banene til elektroner og ioner som driver rundt jorda innenfor magnetopausen, kalles driftbevegelser rundt jorda.

 

Varsling av romvær

Forholdene i jordas nære verdensrom er i stadig forandring. I tillegg til intens elektromagnetisk stråling, er variasjonene og dynamikken til partikkelstrålingen meget store. Dette fører til intense elektriske strømmer. Disse sammen med høyenergipartikler fører til en kraftig ionisering av den øvre atmosfære. De intense uværene som oppstår i jordas nære verdensrom vil også påvirke tekniske installasjoner og følsomme systemer både i rommet og nede på jorda. Kostbart utstyr i raketter og romfarkoster blir ødelagt hver eneste år, men problemene er størst ved høy solaktivitet.

Det har lenge vært kjent at uvær på sola kan føre til brudd i radiosamband og navigasjonssystemer både bakkebaserte og de som benytter satellitter. Under kraftig uvær på sola har også hele kraftnett blitt slått ut. Vi har også mange eksempler på at satellitter har sluttet å fungere pga. den intense strålingen som kan oppstå i verdensrommet.

Det ville være meget viktig å kunne forutsi når slike intense forstyrrelser vil opptre. – dvs. å utarbeide varsler for forstyrrelser i romværet (på engelsk Space Weather Forecast). Dette er forsatt et nytt, men meget viktig forskningsfelt som er på et utviklingsstadium.

 

Astrofysikk

Astrofysikken er per definisjon fysikken om himmellegemene og verdensrommet – som vi også kaller universet. Den elektromagnetiske strålingen fra universet brukes til å få informasjon om temperatur, tetthet, elektriske- og magnetiske felt, avstander og bevegelser i verdensrommet. Ut fra Hertzsprung-Russel-diagrammet blir stjernene delt inn i syv spektralklasser basert på deres farge og overflatetemperatur. I temaet "Astrofysikk" er også hovedtrekkene i stjernenes utvikling diskutert. Big Bang teorien er kort omtalt i forbindelse med diskusjonen av universets utvikling.