gasissten99.html
© J Westman 1999, 2005, 2006


Gas, is och sten
   Sekelskiftet 2000 gäller en standardteori som säjer att solsystemet uppstod då en supernova exploderade för drygt 4,5 miljarder år sedan. Den anrikade ett rymd-moln med tunga grundämnen och samtidigt åstadkom den en chockvåg i molnet, så att det började dra sig samman.


  JW 2 december 1999, senast uppdat. 7.11 2006

    Supernovan satte spår: gamla meteoriter innehåller dotterämnen till radioaktivt aluminium med så kort sönderfallstid, att aluminiet måste ha bildats just före meteoritmaterialet kondenserades.
   Is och stoft bildade snart en skiva runt solen, och i skivan uppstod små korn och snöflingor som samlades till större klumpar, fröna till kometer, asteroider, månar och planeter.
   En stor del av materien i ur-molnet klumpade ihop sig till Solen. En liten del blev planet-frön, de var infinitesimalt små men desto fler, så de kallas planetesimaler, tiotals och hundratals kilometer i diameter - de i sin tur samlades till planeternas urformer - protoplaneter. I det skede övergår planetsystemets uppkomst från statistisk process till slumpmässiga engångsföreteelser som gör just vårt solsystem unikt - antalet protoplaneter var begränsat. Två av dem kolliderade - resultatet blev att Jorden och Månen uppstod. Alltihop gick fort, från ur-moln till ur-jord och ur-måne på mindre än 100 miljoner år - men sen fortsatte överblivet material att ramla ner under 500 miljoner år till. Bombardemanget avslutades med en slutlig skur av himmelska bomber ("Late Heavy Bombardment") som satte sina märken ppå alla himlakroppar i det inre solsystemet. Titta på hur Månen eller Merkurius ser ut så ser ni spåren.

Vad det blir för slags planeter bestämdes av temperaturen i ur-molnet då solen tände.

Astrofysikerna brukar säja att solsystemet består av gas, is och sten.

Med gaser menar de då grundämnen som väte och helium som fryser till fasta ämnen först mycket nära den absoluta nollpunkten. Solsystemet består av väte- och heliumgas till över 98 procent av massan.

Med is menar astronomerna kemiska föreningar som vatten, kolväteföreningar som metan, och kol-kväveföreningar som ammoniak, ämnen som i rymdens vacuum övergår från fasta ämnen till gaser vid rumstemperatur eller lägre - ett par hundra grader från absoluta nollpunkten. 1,4 procent av solsystemets massa består av olika slags is.

Sten är ämnen som är fasta ännu vid tusen graders temperatur eller så. Till sten-ämnena räknas både metaller som järn och nickel och aluminium och magnesium, och icke-metaller som silicium, kisel. Och de här grundämnenas kemiska föreningar med varann och med syre. Många bergarter och malmer är ju oxider. I solsystemet anses 0,4 procent av massan vara sten-ämnen.

Det att det finns så mycket gas-ämnen i solsystemet beror naturligtvis på solen som ju till största delen består av väte och helium - temperaturen i solen är sådan att också de knappa två procenten is- och stenämnen är gasformiga där.

De mätningar som har gjorts med rymdfarkoster har gett goda uppgifter om planeternas densitet - hur tungt material de består av - och också en uppfattning om hur materien är fördelad inne i planetkropparna. De uppgifterna ställer också upp randvillkor och gränsvärden för hurudana förhållanden som har rått i solsystemet då det höll på att uppstå.

De inre planeterna, Merkurius, Venus, Jorden med månen, och ut till Mars avstånd, en och en halv gånger jordens avstånd från solen, består av det som astrofysikerna kallar stenmaterial. Där var det så hett att nästan allt gas- och is-material blåstes bort när solen tände. Det innebär att nittioåtta till nittionio procent av allt material i det inre solsystemet inte bands utan kom åt att rymma.

På Merkurius avstånd från ur-solen måste temperaturen ha gått ner till 1 400 grader över absoluta nollpunkten, 1 400 grader Kelvin, och de kemiska föreningar som innehöll järn och nickel kondenserades ut ur ur-nebulosan. Sex tiondelar av Merkurius massa är järn- och nickelföreningar.

Venus har mindre andel järn-nickel, på Jordens avstånd var temperaturen bara sexhundra grader kelvin och på Mars avstånd 450 grader kelvin, och det märks också på materiefördelningen , Mars densitet är betydligt mindre än jordens och Mars har en ganska obetydlig järnkärna.

Utanför fem gånger jordens avstånd från solen var temperaturen redan så låg att också is-ämnena, som vatten och ammoniak kondenserades till fasta kroppar. De yttre planeterna blev då så stora att de också kunde ta åt sig av gas-ämnena från ur-nebulosan. Deras densitet blev låg.

Sten- och ismaterialet finns blandat i de yttre planeternas månar. Rymdfarkost- mätningarna visar att andelen ismaterial stiger och mängden sten sjunker ju längre ut i solsystemet man går.

Jupiter är mer än 300 gånger mer massiv än Jorden, består till fyra femtedelar av gasmaterial, Saturnus 90 gånger Jordens massa, gas-ämnen till två tredjedelar. Planeterna Uranus och Neptunus kom inte över så mycket gas-material - ur-nebulosan var förmodligen så mycket tunnare ute vid tjugo till tretti gånger jordens avstånd från solen, och Uranus och Neptunus blev därför inte så stora - 14 och 17 gånger Jordens massa, och därav gas-ämnen kring en femtedel av massan.

Det där verkar enkelt och bra, men kanske är det en för enkel bild. I december 1995 mätte Jupiter-indykningssonden Galileo grundämnesfördelningen i Jupiters atmosfär medan den dalade neråt under sin fallskärm. Fin-granskning av resultaten som publicerades i Nature år 1999 visar, att grundämnena i Jupiters atmosfär måste ha kondenserats ut ur ur-nebulosan någonstans där det var mycket kallare än de 160 K som rådde i urnebulosan på det solavstånd där Jupiter nu är. Forskarna Tobias Owen från USA, Akiva Bar-Nun från Israel och deras medhjälpare skriver i Nature :

"Det förefaller oss som om den enda förklaringen till den genomgående anriknignen av tyngre grundämnen som vi observerar på Jupiter är, att de här ämnena kom till planeten i mycket kalla, faktiskt under 30 K kalla planetesimaler som till största delen bestod av is-ämnen. Detta skiljer sig från den konventionella modellen där jätteplaneterna bildas på det tröskel-avstånd från sina stjärnor, där is kan kondenseras i ur-molnen runt stjärnan."

Sådana temperaturer , minus 240 grader celsius, förekommer utanför Neptunus och Plutos bana på mer än 30 gånger jordens avstånd från Solen - just där astronomerna under nittitalet har upptäckt en svärm av himlakroppar, med diametrar på ett par hundra kilometer och sannolikt bestående av is-artat material. Överblivna planet-esimaler kanske? Owen, Bar-Nun och kollegor frågar sig:

"Kunde planet-esimaler ha bildats redan i ett mycket tidigt skede, redan då ur-molnet ännu drog sig samman och kollapsade? Eller var ur-nebulosan även senare mycket kallare än vad dagens modeller ger vid handen? Eller bildades Jupiter ute vid 30 astronomiska enheters avstånd ? Hur flyttade den senare in till sitt nuvarande avstånd? Och förekommer den här anrikningen av tyngre ämnen också i de andra jätteplaneterna?"

Det där med att Jupiter skulle ha förflyttat sig inåt i solsystemet är en tanke som får ett visst stöd av observationerna av planeter runt andra stjärnor - det som upptäcks är Jupiterstora planeter eller större - på mycket mindre avstånd från sina stjärnor än Jupiter har från solen. De kan inte ha bildats som gasgiganter så nära sina solar, och då återstår bara att de har flyttat inåt. Frågan är hur.

Teorin om hur solsystemet kom till är alltså inte alls så enkel, fix och färdig som vi förleds att tro. Som Arthur Conan Doyle låter Sherlock Holmes säja:

"När det omöjliga har sållats bort återstår bara det osannolika som en lösning."


Se även Så uppstår solsystem    och Det där med planeter
Skicka kommentarer till juhani.westman@welho.com

Tillbaka till första astro-sidan.
Tillbaka till paradsidan.