Tillbaka till Jonas Hall - The Mad Mathematician
Tillbaka till astronomisidan
Ursprunget till denna korta essä är en föreläsning om astronomi jag ombads hålla för två klasser på samhällsprogrammet som läste naturkunskap. Jag samlade ihop drygt hundra bilder på nätet för att illustrera det jag berättade om. Klicka på dem för att se dem högupplösta. Använd ett vanligt bildvisningsprogram för att bläddra mellan dem.
Här finns den i LMNT-nytt publicerade texten.
Vad ser vi egentligen när vi tittar upp på himlen? Prickar, streck eller figurer? Här ser vi Karlavagnen i flera olika skepnader. Ett bra (och gratis) program för att visa stjärnhimlen med och utan streck och figurer är Stellarium från http://www.stellarium.org.
Här är en animering på karlavagnen som roterar kring polstjärnan.
Forntidens kulturer intresserade sig mycket för tideräkning och Stonehenge i England får representera de tidigaste försöken att mäta tid. Då solen går upp på vårdagjämningsmorgonen kanaliseras ljuset mellan två stenar in på altarstenen.
Fenicierna och andra tidiga sjöfarare upptäckte tidigt att polstjärnans latitud avgjorde var man befann sig i nord-sydlig riktning på havet. För att mäta höjden utvecklade man först kvadranten och långt senare sextanten. Stora kvadranter kom att användas för att mäta stjärnors och planeters positioner med allt större noggrannhet genom tiderna.
Här är en animering som visar hur en modern sextant fungerar. Skalan är utrustad med nonie för att kunna mäta på tiondels grader.
I Egypten var stjärnan Sirius (som man hittar om man följer Orions bälte ned åt vänster) en tidsmarkör som berättade att de årliga översvämningarna snart skulle äga rum.
Månen och Merkurius på himlen efter solnedgången. De sju "vandranrna", dvs Solen, Månen, Merkurius, Venus, Mars, Jupiter och Saturnus fick tidigt representera himlens gudar och att förutsäga deras rörelser sågs som mycket viktigt.
Här är en animering och en animering till som visar vad lärda människor visste i antikens grekland. Att Jorden är rund eftersom dess skugga alltid ger en cirkelbåge. Mannen håller en rockring på precis rätt avstånd från fotografen för att den ska matcha Jordens skugga.
Erathostenes lyckades mäta Jordens storlek genom att jämföra skuggornas vinklar vid samma tidpunkt, samma dag vid olika platser (vid olika år).
En konstnärs idé om hur himlen skulle kunna se ut sett från en jordliknande måne till en jätteplanet i ett annat solsystem.
Ptolemaios världsbild med Jorden i centrum och planeterna på kristallsfärer med stjärnornas sfär längst ut.
En animering som visar Ptolemaios grundläggande problem att förklara varför planeterna med jämna mellanrum åker baklänges i sina banor i en s.k. retrograd rörelse.
och en animering
Systemet med epicykler, dvs cirklar som rör sig på cirklar verkade kunna lösa detta problem men man lyckades aldrig få någon större precision i systemet hur många cirklar man än försökte med. Den högra bilden visar ett försök att förklara Merkurius rörelse.
Kopernikus försökte sätta Solen i centrum vilket inte förbättrade observationerna men väl tankearbetet. Giordano Bruno lade till ett oändligt stort universum fyllt med stjärnor men blev för dessa tankar avrättad efter en rättegång mot inkvisitionen 1600.
Galileo och hans teleskop. I mitten uppriggat för att projicera en bild av solen på ett ark papper så att han kunde teckna av solfläckarna.
Galileis observationer av Jupiters månar och Venus faser som enkelt förklaras av den kopernikanska heliocentriska världsbilden. Vi ser även en teckning på planeternas relativa storlekar i teleskopet och vi ser Saturnus ring som Galilei inte riktigt förstod vad det var för något. Teckningarna av Saturnus till höger är av Huygens.
Man brukar låta det här konstverket sammanfatta den här tiden som den tid människan bröt igenom kristallsfärerna och med egna ögon började betrakta universum.
Johannes Kepler lyckades till slut avskaffa epicyklerna och de perfekta cirklarna genom att konstatera att det blev mycket bättre resultat om man tänkte sig planetbanorna som ellipser. Men Kepler själv såg dessa resultat som småsaker jämfört med hans teori om sfärernas musik där han försökte uttrycka planeternas relativa avstånd som toner. Han var fortfarande fast i den del av seklet där astrologi stod högt i kurs.
I den senare, och mer vetenskapliga, delen av 1600-talet kom Isaac Newton att utveckla spegelteleskopet och lägga den matematiska grunden till gravitationen. Hans vän Edmond Halley förutsade att flera av de kometer som siktats genom åren var samma komet som kom tillbaka vart 76:e år. Senaste gången vi såg Halley's komet var 1986.
Den som kom att se Halley's komet nästa gång den kom tillbaka var Herschel som även han konstruerade sina egna teleskop, varav en del jättelika. Herschel upptäckte även en ny planet som kom att kallas Uranus och 1801 upptäcktes en liten himlakropp som kallades Ceres, den först upptäckta asteroiden. Längs till höger ser vi Messiers berömda objekt som han själv såg som irriterande suddiga fläckar som hindrade honom från att effektivt jaga kometer.
Vi gör nu en översikt av planetsystemet som vi känner det idag. Kunskapen om det hade med få undantag varit statiskt fram tills Herschel upptäckte Uranus i slutet av 1700-talet men sedan dess har kunskapen ökat enormt.
Merkurius
Venus, genom teleskop t.v. och med radar från rymdsond för att tränga igenom molntäcket t.h.
Mars sedd från Jordytan i ett medelstort teleskop t.v. I mitten "kanalerna" på Mars som var resultatet av att använda sina instrument på gränsen av vad de klarade av och ett önsketänkande. Till höger en modern mosaik med foton från rymdsonder.
Några asteroider. Idag är över 100000 kända.
Jupiter sett i tur och ordning genom amatörteleskop, professionellt jordbaserat teleskop, rymdteleskopet, teleskop monterat på rymdsond. Det sista fotot visar den berömda Stora Röda Fläcken som även Galilei observerade.
Saturnus, Uranus och Neptunus.
Pluto och Charon sedda genom rymdteleskopet, till höger efter bildbehandling. Vi vet nu att Pluto bara är en av många asteroider i ett nyupptäckt asteroidbälte utanför Neptunus, det s.k. Kuiperbältet.
Solen - Vår stjärna. Ett våldsamt klot av glödande väte och helium vars diameter är drygt 100 gånger Jordens.
Storleksjämförelse av de jordliknande, inre planeterna och av hela solsystemet. Jupiters diameter är ca 10 gånger Jordens. Vårt solsystem består av 4 jordliknande steniga planeter, 4 gasformiga jätteplaneter och två asteroidbälten.
Här ses Den största asteroiden Ceres i jämförelse med Jorden och månen, som egentligen ligger 30 "jordklot" bort.
Solen och planeterna men också i jämförelse med andra stora stjärnor. Den största stjärnan i bilderna, Betelgueze, är den övre vänstra stjärnan i Orions stjärnbild. Det är en röd superjätte som bränner sitt sista bränsle och när som helst kommer att explodera i en våldsam supernovaexplosion. "När som helst" betyder i dessa sammanhang troligen inom ca 100000 år.
En bra sida att gå till för att förstå hur solsystemet är uppbyggt och rör sig är Solar System Viewer.
En kompakt galaxhop med flera olika typer av galaxer.
Då romarriket tog över det grekiska riket och senare kollapsade in i den europeiska mörka medeltiden var det i Arabien och Persien som astronomin fortsatte att utvecklas. Al-Hazen kunde t.ex. runt år 1000 konstatera att eftersom han inte kunde mäta avståndet till Vintergatan var den längre bort än planeterna.
När initiativet återvände till Europa var det William Herschel som intresserade sig för Vintergatan. Tidigare hade bl.a. Immanuel Kant spekulerat i att de suddiga nebulosor som syntes i teleskopen kunde bestå av många stjärnor och att vi också kanske bodde i en sådan nebulosa. Begreppet nebulosa för galax hängde kvar till så sent som 1950-talet. Herschel räknade antalet stjärnor han såg åt olika riktningar och fick därmed en första bild av vår egen galax.
En effekt av att bo i en galax är att alla stjärnor rör sig långsamt i förhållande till varandra. Här är en animering där vi ser hur Karlavagnen förändras över ett spann av 200000 år.
Moderna kartor av Vintergatan dök inte upp förens ca 1920 då man lärde sig att studera distributionen av klotformiga stjärnhopar. Inte förens då förstod vi att vi inte bodde i centrum av Vintergatan. Kartan längst till höger är relativt ny och baserad på studier av radiovågor utsända från gasmolnen i vintergatan. Radiovågorna kan "se" rätt igenom allt stoft som skymmer bakomliggande stjärnor i vanliga teleskop.
Tre spiralgalaxer som exempel på hur de kan se ut. Den i mitten är Andromedagalaxen som kan ses med blotta ögat om man vet var man ska leta en mörk natt. Ljuset som faller på din näthinna har då färdats 2 miljoner år för att komma fram.
VLA - Very Large Array - många radioteleskop som arbetar tillsammans för att få samma upplösning som ett mycket större.
Med den fotografiska tekniken kom exakta metoder att mäta ljusstyrka och det gjorde att Henrietta Swan-Leawitt i början av 1900-talet kunde utarbeta en metod att mäta avståndet till vissa variabla stjärnor, Cepheiderna, med stor precision. Eftersom man kunde identifiera dessa stjärnor i andra galaxer betydde detta en säker metod att mäta avståndet till fjärran galaxer.
Till vänster jätteteleskopet i MT Palomar som med sin 5-meterspegel tillsammans med färgfotona kom att dominera som producent av vackra färgbilder som sköljde över oss under 60- och 70-talet. I mitten Edwin Hubble vid det tidigare största teleskopet vid Mt Wilsson i färd med att mäta avståndet till galaxer. Till höger den berömda lagen han gav namn till som visar att alla galaxer avlägsnar sig från oss med en hastighet som är proportionell mot avståndet till oss.
Tolkningen av Hubbles lag var entydig. Universum expanderar och har tidigare varit mycket mindre och hetare än det är nu. Här visas detta symboliskt i en animering.
På 60-talet lyckades Penzias och Wilsson mäta den bakgrundsstrålning som är kvar från Big Bang. De skulle egentligen fånga in mikrovågor från satelliter men hörde hela tiden ett bakgrundsljud som de försökte bli av med. De städade till och med bort duvorna från antennen men bruset var kvar. Till slut förstod de vad det var.
På 70-talet började röntgenteleskop visa en bild av universum som var mer våldsam än vad vi tidigare trott. På bilden Eta Carina, en stjärna mitt uppe i ett novautbrott. Stjärnan har kastat av sig sina yttre lager som rör sig med 1000-tals km/s bort från stjärnan.
Chandrasekar, som redan på 30-talet förutspådde existensen av neutronstjärnor och svarta hål som möjliga rester av kollapsande stjärnor. I mitten en skiss av Cygnus X-1 som ursprungligen var en normal dubbelstjärna men som utvecklats till ett svart hål som sakta äter upp sin partner varvid den sänder ut hård röntgenstrålning. Till höger ett fotografi från ett röntgenteleskop av ett svart hål. Längst till höger en skiss av en neutronstjärna.
I centrum av vintergatan finns en grupp stjärnor som kretsar kring ett objekt som är svart, litet och väger lika mycket som 2 miljoner stjärnor - ett galaktiskt svart hål. Här är en animering som visar detta. Vi vet nu att så gott som samtliga galaxer har sådana och att galaxerna antagligen formas kring dem. Till vänster ett foto av röntgenstrålningen från ett aktivt galaxtiskt svart hål. Till höger en skiss som visar hur galaktiska svarta hål kan förklara en rad av fenomen vi ser på himlen. Att strålningen bara går ut i två "jet"-strålar är för att det bildas en tät roterand skiva av materia nära det svart hålet som skymmer allt strålning utom vid skivans poler.
VARNING: Klickar du på bilden får du hem hela bilden högupplöst (6200 x 6200, 18MB). Väl värt det om du har bredband.
The Hubble Ultra Deep Field. Rikta rymdteleskopet mot en helt tom bit av rymden där vi vet att vi inte sett någonting och samla in ljus under timme efter timme efter timme. Resultatet: Galaxer, galaxer, galaxer...
Men rymdåldern har givietvis gett oss mer än rymdteleskopet. Dess kanske största triumfer visas på fotona här ovan. Vi kan lämna vår planet och vi kan längta tillbaka efter den.
Rymdsonder färdas med precision genom solsystemet. Här Jupiters fyra största månar. Från Vänster ser vi vulkanprydda Io, Istäckta Europa, prickiga Callisto och fläckiga Ganymedes som var hem till så många pionjärer i 60-talets science-fiction.
Animering
Halley's komet sedd från rymdsond 1986. Kometer är smutsiga snöbollar vars snö fläckvis sakta kokar bort nära solen för att lämna kvar gruset.
Informationsplakett och medföljande LP-skiva av guld som några rymdsonder fått med sig ifall någon skulle hitta dem. En av dem kommer i närheten av en stjärna om bara 160000 år...
Män och deras leksaker: Radiostyrda bilar på Mars. För de som inte har råd finns den i en Legoversion.
James Webb-teleskopet som skall skjutas upp 2012 för att erätta Hubbleteleskopet.
Fjärran solsystem känner vi till flera hundra vid det här laget. Till höger en skiss av hur ESA tänker sig projekt Darwin där flera teleskop ska samverka i rymden för att kunna fånga in ljuset från fjärran planeter direkt och analysera deras atmosfärer i jakt på syre - ett tecken på liv.
En karta över en del av vårt universum. Varje ljuspunkt representerar - inte en galax, utan - en galaxhop med allt ifrån ca 50 till ca 50000 galaxer. Lägg märke till strukturen med stråk, ytor och tomrum. Vad skapade denna struktur?
Alan Guth och hans förbättrade Big Bang med inflation.
Einstein förändrade i grunden vår världsbild när han ersatte Newtons "action at a distance" med 4-dimensionell rum-tid. Materia är krökningar i rumtiden som rör sig längs rum-tidens krökning. Ett konkret bevis av detta är gravitationslinser. De "radiellt utsmetade" galaxer som vi ser tvärsöver galaxhopen till höger är fokuserat ljus från en mycket avlägsen galax långt bakom galaxhopen som agerat lins.
Vera Rubin som på 80-talet upptäckte existensen av den mörka materien som verkar vara samlad kring galaxerna. Eller är det så att galaxer bara kunde skapas där det fanns mörk materia?
En filmsnutt och en filmsnutt till.
COBE och WMAP. Två satellitteleskop som mätte fluktuationerna i bakgrundsstrålningen från Big Bang. Från dessa bilder kan man läsa ut universums ålder och komposition.
De senaste teorierna: Strängteori och M-teori. Enligt dessa skulle det kunna vara möjligt att det finns andra universa på andra s.k. bran (tänk membran). Det enda som kan färdas mellan olika bran är gravitation. Kanske skulle den mörka materien kunna förklaras som objekt i ett närliggande bran (gula bollen) som påverkar oss (små grå bollar) så att galaxhoparna hänger ihop trots att deras egen massa inte borde räcka till.
Det borde då finnas partikelreaktioner (här är en animering) där två partiklar kolliderar och skapar en graviton som färdas ut från vårt bran. Detta skulle kunna förklara varför gravitationen verkar så svag i jämförelse med andra krafter. Det skulle också innebära att vi ännu en gång måste justera energiprincipen till att inkludera energin i alla bran samtidigt.
Tillbaka till astronomisidan
Tillbaka till Jonas Hall - The Mad Mathematician