Kapitel 2: Himmel og jord

KAPITEL 2
Himmel

og jord
FRA UNIVERSET TIL DIG
VIND OG VEJR
JORDEN UNDER DIG
FRA DIG TIL ATOMERNE
CAFE KOSMOS: SORTE HULLER OG MØRKT STOF
Vores hverdag beskrives med længder fra millimeter til kilometer,
med tider fra sekunder til år og med masser fra gram til ton. Men
uden for Jorden og inde i dig findes størrelser, der ikke kan måles
og forstås ud fra det, vi er vant til i det daglige.
Ser vi ind i atomernes verden, finder vi masser, som i kilogram er
så små, at der er 30 nuller efter kommaet. Og ser vi ud i Universet
er der afstande, som skrevet i meter har 25 cifre. Lyset fra galaksen
på billedet har været mere end 1 000 000 000 000 000 sekunder
om at nå ned til os.
Hvad er Big Bang?
Hvorfor er Jordens indre glødende?
Hvor langt er der til Solen?
Hvorfor føles det koldere om vinteren, når det blæser?
Hvad er en gejser?
Hvorfor drejer luften rundt om et sted med lavtryk?
Hvad er kontinentaldrift?
29

KAPITEL 2 · HIMMEL OG JORD
Guldet i øreringene er skabt i de få sekunder
for mange milliarder år siden, da en stjerne
faldt sammen i en supernovaeksplosion.
Big Bang på fjernsynsskærmen
Undertiden kan man på tv-skærmen se en
masse tilfældigt blinkende pletter. De kommer,
når fjernsynet er indstillet på en kanal,
som ikke sender. Mange af pletterne er
rester af lys fra dengang, Universet kun var
400 000 år gammelt. På det tidspunkt havde
Universet udvidet sig så meget, at der var
plads mellem atomerne til, at lys kunne
bevæge sig. Universet blev gennemsigtigt.
Dette ”gamle lys” har i dag en farve, der
ikke kan ses med øjnene. Lyset har nu
samme bølgelængde som fjernsynssignaler.
Det er ved at se på Universet med instrumenter,
der kan måle disse bølgelængder, at
astronomerne har bestemt den tid, der er
gået siden Big Bang.
Fra Universet til dig
Når man om natten kigger op mod himlen uden at bruge kikkert,
kan man se mere end tusind stjerner. Det er dog kun en
meget lille del af Universets mange stjerner, for der findes milliarder
af galakser, dvs. store samlinger af stjerner, hver med
milliarder af stjerner. Og omkring mange af disse stjerner
kredser planeter, nogle måske som vores Jord.
Det hele begynder
Undersøger man lyset fra fjerne galakser, viser det sig, at de alle
bevæger sig væk fra os. Det kan man se på lyset, der ændrer
bølgelængde, dvs. farve, når galaksen bevæger sig. Det kaldes
dopplereffekten. Det er den effekt, som får lyden fra en ambulance,
der kører forbi, til at ændre frekvens, dvs. tone. Men når
alt bevæger sig væk fra os, må det tidligere have ligget tættere
sammen.
Astronomerne er i dag enige om, at Universet opstod for
13,7 milliarder år siden. Denne skabelse har fået navnet Big
Bang. Fra et mikroskopisk lille univers er der siden sket en fortsat
udvidelse. Alt det, der i dag er galakser, stjerner og planeter,
stammer fra den energi, som på en eller anden måde blev
udløst ved Big Bang.
Hvor kommer atomerne fra?
Få sekunder efter Big Bang, blev de første atomkerner dannet.
Og efter bare 10 minutter var dannelsen af atomkerner slut.
Der fandtes næsten kun hydrogen- og heliumkerner, der er de
to første grundstoffer i det periodiske system.
Der gik nu omkring 400 millioner år, inden de første stjerner
blev dannet som “klumper” af hydrogen og helium. Når
disse klumper blev tilstrækkelig store, steg temperaturen i
midten så meget, at to atomkerner, der ramte hinanden,
kunne smelte sammen og blive til en større kerne. Der blev på
den måde dannet kerner af grundstoffer med et højere nummer
i det periodiske system. Gennem mange millioner år blev
der nu dannet tungere kerner i stjernernes indre. Ved denne
dannelse udvikledes energi, som fik stjernerne til at lyse.
Når en stor stjerne, en sol, bliver gammel og har brugt sin
energi, kan den falde sammen. I løbet af få sekunder skrum-
30

per stjernen til måske en tusindedel af sin oprindelige størrelse.
Efter denne sammentrækning følger en voldsom eksplosion.
På kort tid udsendes samme mængde energi, som stjernen
har udsendt i hele sit foregående liv på måske en milliard
år. Den eksploderende stjerne kaldes en supernova.
Supernovaeksplosioner er sjældne i Mælkevejen, den galakse
Jorden befinder sig i. Her har der været kun været få
supernovaer, som kunne ses uden kikkert. De seneste har
været i 1054, 1181, 1574 og 1604.
Ved en supernovaeksplosion bliver der så varmt i stjernens
indre, at mange atomkerner “smelter sammen” til større. Alle
det periodiske systems tunge grundstoffer dannes således i løbet
af meget kort tid. De fleste af disse stoffer slynges ud i omgivelserne
som støv, der senere kan blive en del af nye stjerner.
Få minutter efter Big Bang dannedes de lette grundstoffer
hydrogen og helium. Alle andre grundstoffer kommer fra
stjernerne. Det er underligt at tænke på, at alle metaller her på
Jorden er dannet i stjerner, der er forsvundet længe inden,
vores stjerne, Solen, blev dannet. Guld og andre tunge grundstoffer
er dannet i det korte øjeblik, hvor der sker en supernovaeksplosion.
Mange af de stoffer, der blev dannet ved denne eksplosion,
var radioaktive. De radioaktive stoffer, man finder på vores
Jord, blev skabt i en stjerne, der eksploderede, længe inden Solsystemet
opstod.
Astronomiske afstande
I hverdagen kan næsten alle fænomener beskrives med afstande
mellem millimeter og kilometer. Men disse enheder slår
slet ikke til, når man begiver sig ud i Universet. Astronomerne
bruger to længdeenheder, en astronomisk enhed og et lysår.
En astronomisk enhed er afstanden fra Solen til Jorden.
Den længdeenhed benyttes, når afstande i Solsystemet skal
beskrives. Afstanden fra Jorden til Månen er 0,0026 astronomiske
enheder. Afstanden fra Solen til den fjerneste planet,
Neptun, er 30 astronomiske enheder.
Et lysår er den afstand, lyset bevæger sig på et år. I
Solsystemet er det ikke en fornuftig enhed. Fra Månen til
Jorden bruger lyset kun 1,3 sekund, mens sollyset når os på
lidt over 8 minutter.
31
Tycho Brahe
KAPITEL 2 · HIMMEL OG JORD
Tycho Brahe, dansk astronom (1546-1601).
Brahe beskrev supernovaen fra 1574 og viste,
at den lå langt uden for Solsystemet. Gennem
mange år foretog Brahe målinger af Mars’
position. Målingerne var med til at vise, at
Solen er centrum i Solsystemet.
Den astronomiske enhed
og lysåret
En astronomisk enhed er Jordens gennemsnitlige
afstand fra Solen. Afstanden er
150 millioner kilometer eller 150 · 10 9 m.
Jordens omkreds er 40 000 km. Det er
næsten 4000 gange mindre end afstanden
til Solen.
Et lysår er den længde lyset bevæger
sig på et år. Et lysår er 9,5 · 10 15 m. Det er
ca. 60 tusind astronomiske enheder.

KAPITEL 2 · HIMMEL OG JORD
I denne figur bliver afstanden 10 gange større,
hver gang man går en enhed ud ad aksen.
Den afbildning er fornuftig at bruge for at vise
de meget store afstande i Universet. Den nærmeste
stjerne ligger 4,5 lysår fra Solen. Der er
13 milliarder lysår til de fjerneste galakser.
Sommer
Afstand til
Solen
Solen
Afstand til
Neptun
Vinter
Afstand til
nærmeste
stjerne
10 –5 10 –4 10 –3 10 –2 10 –1 10 1 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 10 8 10 9 10 10 10 11
1
Den gule stjerne ser ud, som om den har
bevæget sig på det halve år, Jorden har brugt
på turen omkring Solen. Stjernens afstand kan
findes ud fra denne flytning.
Afstand til
Mælkevejens
centrum
Afstanden til stjernerne
Lukker man skiftevis det ene og det andet øje, ser man lidt
forskellige billeder. Man ser på tingene i lidt forskellige retninger.
Denne retningsforskel kan bruges, når afstanden til
en stjerne skal findes. Fordi Jorden bevæger sig rundt om
Solen, er retningen til en stjerne lidt forskellig, når astronomer
med et halvt års mellemrum ser mod den.
Forskellen i retningen er ikke stor. Den danske astronom
Tycho Brahe mente ikke, at Jorden kunne bevæge sig rundt
om Solen, fordi hans målinger ikke viste en retningsforskel til
stjernerne. Brahe havde i 1590 ikke nogen kikkert. Det fik
man først i 1609. Ingen kunne dengang tro, at stjernerne lå så
langt fra Jorden, at retningen til dem ikke ændrede sig i løbet
af året.
I 1838 blev kikkerterne så gode, at afstanden til de nærmeste
stjerner kunne findes ud fra ændringen i sigteretningen
på et halvt år. I dag kan man på denne måde finde afstanden
til de 100 000 nærmeste stjerner i Mælkevejen.
Afstanden til fjerne galakser findes på andre måder. En af
måderne er at bruge dopplereffekten. Denne effekt siger noget
om, hvordan farven af lyset ændrer sig, når stjernen bevæger
sig. En stjernes fart er større, jo længere den er væk fra os.
Dopplereffekten er derfor størst for de fjerneste stjerner.
Kopiark 2.1 og 2.2
32
Afstand til
nærmeste
galakse
Afstand til
fjerneste
galakse
Lysår
læ
m

EKSPERIMENT
En lang tur
Inden for naturvidenskaben er det forkert at sige, at noget
aldrig vil kunne foregå. Historien har vist, at fænomener, som
man troede var umulige, alligevel lod sig gøre. Men det er
trods alt meget usandsynligt, at fremmede solsystemer nogensinde
vil få besøg af mennesker fra Jorden. Det er for lang en
tur.
Det hurtigste rumskib har bevæget sig med 15 km/s. Det
hurtigste bemandede rumskib har haft en fart på 11 km/s.
Selv om det skulle være muligt at opnå en fart, der er 100
gange større, vil en tur til den nærmeste stjerne vare mere end
100 år. Så det vil være oldebørn af astronauternes oldebørn,
der engang i fremtiden ville komme tilbage til Jorden. Men
computerstyrede robotter udstyret med forskellige måleinstrumenter
vil måske kunne klare de lange afstande til fremmede
solsystemer.
33
Dobbeltstjerner
KAPITEL 2 · HIMMEL OG JORD
Mange af stjernerne i Mælkevejen er dobbeltstjerner,
dvs. to stjerner, der kredser rundt om
hinanden. Stjernen i knækket på vognstangen i
Karlsvognen er en dobbeltstjerne. Hvis planeten
Jupiter havde været ca. 80 gange tungere, ville
temperaturen i midten have været så stor, at
Jupiter var blevet en lysende stjerne. Vi ville så
have haft en lille og en stor sol på himlen.
To små pærer sættes tæt sammen og tændes.
I forskellige afstande undersøges, om pærerne
ses som en eller to lysende pletter. Prøv igen,
når pærerne rykkes tættere sammen. Prøv også
om pærerne på lang afstand kan ses som to,
når de betragtes gennem en kikkert. Kan man
på lang afstand se, når den ene pære flyttes
om bag den anden?
Nyttige oplysninger
Universet blev skabt ved Big Bang for
13,7 milliarder år siden.
Universet har udvidet sig siden Big Bang,
og det vil fortsætte med at udvide sig i lang
tid.
Alle hydrogen- og heliumkerner i Universet
er skabt kort tid efter Big Bang.
Når en stor stjerne har brugt de lette grundstoffer
som brændstof, kan den falde sammen
ved en supernovaeksplosion.
Alle grundstoffer på Jorden, bortset fra
hydrogen og helium, er skabt i det indre af
stjerner, der nu er forsvundet.

KAPITEL 2 · HIMMEL OG JORD
Fugtig luft
–10 °C
8 °C 15 °C
Tør luft
For at vand kan fordampe, skal der tilføres
energi. Den energi frigøres igen, når vanddampen
bliver til væske. Når fugtig luft bevæger
sig op, falder temperaturen, og vanddampen
fortættes til regn. Når den tørre luft derefter
bevæger sig ned på den anden side af bjerget,
stiger temperaturen mere, end den faldt på
opturen. Det skyldes, at der nu ikke længere er
så meget vanddamp i luften. På den ”tørre”
side af bjerget kommer en såkaldt varm fønvind.
Vind og vejr
På turen fra verdensrummet og ned til os passeres atmosfæren,
hvor vejret dannes. Temperatur, tryk og fugtighed i atmosfæren
styrer vejret.
Vejr og klima
Luften over os er aldrig i ro. På steder, hvor Solen skinner, varmes
luften op. Så bliver luften lettere, fordi den udvider sig
ved opvarmningen. Den lette luft vil stige til vejrs. Nogle steder
i luften fordamper vanddråber, andre steder fortættes
vanddampen. Når vanddampen bliver til ganske små dråber,
dannes skyer. Bliver dråberne store, kan det give regn.
Klimaet - før og nu og i fremtiden
Der er ingen tvivl om, at temperaturen på Jorden i disse år er
stigende. Mange mener, at stigningen er menneskeskabt. Den
store udledning af CO2 har øget drivhuseffekten, og det kan
være årsagen til den globale opvarmning.
I fortiden, hvor der ikke var nogen menneskeskabt udledning
af drivhusgasser, har Jordens temperatur ændret sig tit
og meget. Der har været perioder, hvor isen dækkede kloden
helt til Ækvator. Disse perioder kaldes sneboldjorden. Der har
også været perioder, hvor temperaturen har været meget højere
end i dag.
Istider, hvor store dele af kloden er isdækket, er tilsyneladende
den mest almindelige situation. Istiderne kommer normalt
med ca. 120 tusind års mellemrum. Derpå følger en varm
periode, en mellemistid, på normalt 10-12 tusind år. Den forrige
istid sluttede for 11700 år siden, så vi lever antagelig i
slutningen af en varm mellemistid.
Man kan ud fra kilometerdybe iskerneboringer på Grønland
og Antarktis sige noget om temperatur, nedbør og vindretning
de sidste 200000 år. I sammenligning med denne
lange periode har klimaet været usædvanlig stabilt i 1900-tallet.
Klimaændringer som de nuværende er normale, når man
ser på klimaet i en lang periode. Jordaksens hældning, Solens
aktivitet og vores position i Mælkevejen er faktorer, der også
påvirker klimaet.
34

Søbrise og landbrise
På varme sommerdage med klart vejr blæser der ofte en svag
vind fra vandområder ind mod land. Det kaldes en søbrise.
Den kommer også på dage, der ellers er helt vindstille.
Selv om solen skinner lige meget over land og vand, opvarmes
jorden hurtigst. Det kræver nemlig mere energi at opvarme
vand end at opvarme jord. Derfor stiger jordens temperatur
hurtigere end vandets. Når landjorden opvarmes, vil luften
over jorden også opvarmes og stige til vejrs. Der vil derfor
trække en kølig vind fra vandområdet ind mod land. Det har
altså også en fysisk årsag, når det er rart at være ved stranden
på en varm dag.
Søbrisen kommer normalt sidst på dagen, fordi der skal
have været solskin i flere timer, før søbrisen kan dannes. Om
natten er det lige omvendt. Temperaturen på landjorden falder
hurtigere end i vandet. Derfor går den såkaldte landbrise
den modsatte vej, fra land mod vand.
Fronter giver nedbør
Når en varm vind bevæger sig mod et område med kold luft,
opstår en varmfront. Det er grænsen mellem den varme og
kolde luft. Når en kold vind bevæger sig mod et område med
varm luft, opstår en koldfront. Luften bliver ikke blandet ved
fronterne. Den kolde luft er tungest og vil derfor trænge ind
under den varme luft, der skubbes op. Herved falder temperaturen
i den varme luft, så den ikke kan rumme så meget vanddamp
som før. Dampen fortættes og falder som regn. Når en
front passerer Danmark, kommer der ofte regnvejr.
Højtryk og lavtryk
Vejret afhænger meget af lufttrykket. Det kan variere mellem
ca. 97000 Pa og 105000 Pa. Omkring et område med lavt
tryk, et lavtryk, er der vinde. Luft fra omgivelserne vil søge
mod områder med lavtryk, men luften bevæger sig ikke lige
mod lavtrykkets centrum. Luften ved overfladen bevæger sig
rundt om lavtrykket. Står man med ryggen mod vinden, ligger
lavtrykket lidt fremad og til venstre. Denne spiralbevægelse
skyldes Jordens rotation. På den sydlige halvkugle bevæger
vinden sig den modsatte vej rundt om et lavtryk.
Når der er højtryk i Danmark om sommeren, bliver vejret
35
Land
Land
Tryk
KAPITEL 2 · HIMMEL OG JORD
Søbrise
Landbrise
Luftens tryk er normalt 101 325 pascal.
Trykenheden pascal forkortes Pa.
Massen af luften over en kvadratmeter på
jordoverfladen er omkring 10 000 kg eller
10 ton. Lufttrykket svarer til vægten af den
luftsøjle, der findes over netop en kvadratmeter
på jorden. Et tryk er størrelsen af
kraften pr. areal. Luftens tryk er altså
omkring 101 325 newton pr. kvadratmeter.
Hav
Hav

KAPITEL 2 · HIMMEL OG JORD
Vinden bevæger sig rundt om lavtryk. Lige
midt i et lavtryk er der ingen vind.
Vindens fart/
(m/s)
0-0,2
0,3-1,5
1,6-3,3
3,4-5,4
5,5-7,9
8,0-10,7
10,8-13,8
13,9-17,1
17,2-20,7
20,8-24,4
24,5-28,4
28,5-32,6
Over 32,7
Betegnelse
Stille
Næsten stille
Svag vind
Let vind
Jævn vind
Frisk vind
Hård vind
Stiv kuling
Hård kuling
Stormende kuling
Storm
Stærk storm
Orkan
varmt og solrigt. Om vinteren giver højtryk normalt klart vejr
med frost.
Kopiark 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7 og 2.8
Det føles koldt, når vinden blæser
I vejrudsigten kan man om vinteren fx høre, at temperaturen
vil blive –5 °C, men at det vil føles som –16 °C. Det skyldes
chill-effekten. Ordet chill er engelsk og betyder afkøle.
Står man udenfor en vinterdag, hvor det er blæsevejr, vil
kroppen afgive mere varme til luften, end på dage med vindstille.
Når kroppen afkøles af blæsten, føler man, at det er koldere,
end termometret viser. Dette forhold kaldes chill-effekten.
I stille vejr vil luften tæt ved kroppen isolere, så kroppen kun
afgiver lidt varme til omgivelserne. Når denne isolering blæses
væk, vil kroppen afgive mere varme. Så føles det koldere.
Når vindens fart er 6 m/s, dvs. jævn vind, vil en lufttemperatur
på –5 °C føles, som om temperaturen var –16 °C.
En dyne af skyer
I klart vejr uden skyer vil Solens stråler nå ned til jorden, der
bliver varmet op. Men energien går også den anden vej. Om
natten stråler jorden energi op mod himlen. Så falder temperaturen
på overfladen. Er der skyer, vil de ligge som en dyne,
der mindsker udstrålingen. Når skyerne mangler, er udstrålingen
stor. Derfor bliver det meget koldt på stjerneklare nætter
om vinteren.
Kopiark 2.9 og 2.10
Vejrudsigter og sommerfugle
På meteorologiske stationer overalt på kloden måles temperatur,
tryk og vindhastighed. Flere steder sendes hver dag balloner
op gennem atmosfæren for at lave målinger i forskellige
højder. Der foretages radarmålinger, der kan vise, hvor der falder
nedbør. Satellitter kredser omkring Jorden og sender billeder
af skyernes bevægelse og målinger af jordoverfladens
temperatur ned til meteorologerne.
I store computere benyttes alle disse oplysninger til at forudsige
vejret. Normalt er meteorologerne dygtige til at lave
rigtige forudsigelser. De seneste år er de programmer, der bruges
til beregningerne, blevet bedre og bedre. Men der kan dog
36

EKSPERIMENT
Chill-effekten
ikke laves sikre udsigter mere end fire-fem dage frem.
Vejret er et kaotisk system. Selv hvis man på et bestemt
tidspunkt kendte alt om vejret overalt på Jorden og i atmosfæren,
er det ikke muligt at lave langtrækkende forudsigelser.
En meteorolog prøvede i 1961 at lave to beregninger af det
kommende vejr i sin computer. I den ene beregning havde en
af hans målinger værdien 0,506127. I den næste beregning
brugte han den forkortede værdi 0,506 i stedet. Forudsigelsen
af vejret var helt forskellig i de to tilfælde.
Denne effekt kaldes sommerfugleeffekten efter titlen på et
foredrag, som meteorologen senere holdt. Titlen var: “Does
the flap of a butterfly's wings in Brazil set off a tornado in
Texas?” (Kan en tornado dannes over Texas, fordi en sommerfugl
slår med vingerne i Brasilien?) Fordi vejret opfører sig
kaotisk, er det ikke muligt at lave troværdige vejrudsigter, der
går mange dage frem.
37
KAPITEL 2 · HIMMEL OG JORD
Et stillestående luftlag omkring kroppen virker varmeisolerende. Når
dette luftlag blæses væk, føles temperaturen pludselig anderledes.
Undersøg, hvordan temperaturen vokser eller falder i de tre forskellige
situationer. Forklar, hvorfor termometrene ikke viser samme temperatur.
Stik et termometer ned i et reagensglas, der er spændt fast i et stativ.
Anbring et andet termometer lige ved siden af reagensglasset. Efter
kort tid vil de to termometre vise samme temperatur. Blæs varm luft
fra en hårtørrer mod de to termometre.
Spænd to termometre op ved siden af hinanden i et stativ.
Bind et stykke køkkenrulle fugtet med sprit om det ene
termometer. Blæs kold luft fra en hårtørrer mod de to
termometre.
Spænd to termometre op ved siden af hinanden i et stativ.
Et metalbæger med hank fyldes med kogende vand. Hold
bægret, så termometrene er nede i vandet. Fjern bægret,
og tør termometrene med et stykke køkkenrulle. Bind
et tørt stykke køkkenrulle om det ene termometer.
Nyttige oplysninger
Vejret bestemmes af temperatur, vind, luftfugtighed
og skydække.
Klimaet er områdets gennemsnitlige vejr i
en længere årrække.
Varm- og koldfronter opstår, når varm og
kold luft mødes.

KAPITEL 2 · HIMMEL OG JORD
En gejser sprøjter med regelmæssige
mellemrum en stråle af vand højt op i
luften. Gejsere findes, som denne i Island,
på steder, hvor der i den varme undergrund
er vandfyldte hulrum.
Jorden under dig
Jorden blev skabt som en glødende kugle, da Solsystemet blev
dannet for lidt over 4,5 milliarder år siden. Efter et par hundrede
millioner år blev Jorden så kold, at der kunne være vand
og dermed liv på overfladen. Jordens historie har været præget
af mange omvæltninger. Og Jorden er endnu ikke faldet til ro.
Selv om vi føler, at vi lever i en stabil periode, er der en fortsat
udvikling med store ændringer, både på overfladen og dybt
under jorden.
Jorden brænder
For hver kilometer man bevæger sig ned under Jordens overflade,
stiger temperaturen i gennemsnit næsten 25 °C. Den
temperaturstigning fortæller, at der strømmer energi i form af
varme op fra Jordens indre. I Danmark kommer der kun lidt
energi op fra undergrunden. For at holde en 60 watt pære
tændt, skal man udnytte al energi fra mere end 1000 m 2 .
Nogle steder, hvor der er vulkansk aktivitet, fx i Island, er
undergrunden meget varmere. Her kan man nemt udnytte
varmt vand fra undergrunden til boligopvarmning.
Verdens dybeste mine ligger i Sydafrika. Guldminen Tau-
Tona er 3,9 km dyb. Arbejderne skal bruge en time for at komme
ned og derefter ud i minegangene. Der er meget varmt i
minen. Stenenes temperatur er 60 °C. Verdens dybeste hul er
boret på Kolahalvøen i Rusland. Hullets dybde er 12,262 km.
Her er temperaturen 180 °C.
Ingen ved præcist, hvad temperaturen er i Jordens centrum.
Temperaturen er et sted mellem 4000 og 7000 °C.
Når der hele tiden strømmer energi væk fra Jordens indre,
vil temperaturen falde. Man kan regne ud, at fra en tilstand,
hvor hele Jorden fra yderst til inderst havde temperaturen
4000 °C, vil der gå omkring et par hundrede millioner år, før
temperaturen af hele Jorden ville være omkring 20 °C. Men
Jorden er 20 gange ældre. Indtil omkring år 1900 kunne man
ikke forklare den høje temperatur i Jordens indre.
Problemet blev løst, da de radioaktive stoffer blev opdaget.
Selv om der ikke er mange radioaktive stoffer i Jordens indre,
er energien fra dem alligevel nok til, at temperaturen i milliarder
af år vil være så høj, at der er flydende stoffer i Jorden.
38

Jorden svømmer
Ser man på formen af Afrika og Sydamerika er det en nærliggende
tanke, at disse verdensdele tidligere har hængt sammen.
Denne tanke blev fremsat af den tyske geolog Alfred Wegener
i 1915, men først 40 år senere blev man i stand til at måle, at
ideen, den såkaldte kontinentalforskydning, var korrekt.
Det viser sig, at der på overfladen af vores klode “svømmer”
syv store og nogle mindre plader. Pladerne er i gennemsnit
70 km tykke. De flyder oven på et tungere og varmere lag.
Pladerne bevæger sig langsomt med en fart på 1-10 cm/år.
Men det kan blive til store flytninger på et par millioner år.
Danmark ligger på Den Eurasiske Plade. Navnet er en
sammentrækning af Europa og Asien. “Vores” plade flytter sig
hvert år ca. 1,5 cm væk fra Den Nordamerikanske Plade. Den
afstand kan bl.a. bestemmes med nøjagtige GPS-målinger.
Den plade, Australien ligger på, har særlig stor fart. Australien
bevæger sig mod Hawaii med næsten 10 cm/år.
Jorden skælver
Når kontinentalpladerne støder sammen, fjerner sig fra hinanden
eller glider langs hinanden, opstår spændinger, der på
et eller andet tidspunkt vil udløse et jordskælv. I Danmark bor
vi langt fra kanten af ”vores” plade. Derfor er der kun få og
små jordskælv hos os. Men i områder ved randen af pladerne
er der hyppige og kraftige jordskælv.
Jordskælv måles med seismografer, der består af en tung
klods, der er hængt op i fjedre, så den kan bevæge sig op og
ned og fra side til side. Klodsen hænger normalt i hvile i forhold
til den kasse, den er ophængt i. Men ved et jordskælv, bliver
klodsen hængende på samme sted, mens Jorden og kassen
flytter sig. Ved at måle klodsens bevægelse i forhold til kassen,
får man et billede af, hvordan Jorden ryster.
Rundt på Jorden findes præcise seismografer, der kan måle
rystelserne fra nære og fjerne jordskælv. Rystelserne bevæger
sig som bølger både langs overfladen og lige gennem jordkloden.
Derfor kommer bølgerne på forskellige tidspunkter til de
mange seismografer. Ved at sammenligne ankomsttidspunkterne,
kan jordskælvsforskerne, seismologerne, bestemme
nøjagtigt, hvor jordskælvet var.
Kopiark 2.11
39
KAPITEL 2 · HIMMEL OG JORD
Flydende kerne
Kappe
Fast kerne
Jordens kerne
Jordens indre er delt i forskellige områder.
I midten er en fast kerne med et stort indhold
af jern og nikkel. Her er temperaturen
som på Solens overflade. Uden om den faste
kerne er der en varm, flydende kerne.
Jordens magnetfelt dannes af strømme i dette
område. Alleryderst glider kontinentalpladerne
meget langsomt rundt på Jorden.
Nyttige oplysninger
Temperaturen stiger, jo mere man nærmer
sig Jordens centrum.
Temperaturen er høj i Jordens indre, fordi
der foregår radioaktive henfald.
Målinger af rystelserne fra jordskælv
afslører opbygningen af Jordens indre.

KAPITEL 2 · HIMMEL OG JORD
Seismograf
Et tungt lod hænges op i en snor.
Tre kraftige, vandrette fjedre holder
loddet fast. Spidsen af en speedmarker,
der er tapet fast på loddet,
rører netop bordet under loddet.
Når et stykke papir hurtigt trækkes
væk under loddet, kommer en streg
uden svingninger.
Lav nu et ”jordskælv” ved fx at
hoppe på gulvet, sparke til bordet
eller slå på bordet med en bog.
Hver gang trækkes et papir væk
under loddet. Er der forskel
på ”seismogrammerne” fra jeres
forskellige ”jordskælv”?
Jordens faste kerne
Inge Lehmann, dansk seismolog (1888-1993).
Inge Lehmann opdagede, at Jorden har en
fast indre kerne. Det beskrev hun i en artikel
med vist verdens korteste overskrift, nemlig
P I . Bogstavet P henviser til en bestemt type
jordskælvsbølger. Lehmann var 99 år gammel,
da hun skrev sin sidste videnskabelige
artikel.
Jordens skaller
Målinger af jordskælvsbølger har vist, at Jordens indre består
af flere skaller. Det blev opdaget, fordi jordskælvsbølgerne
bevæger sig med forskellig fart i skallerne. Ved at måle formen
og ankomsttidspunkterne for svingningerne fra fjerne jordskælv,
fandt man størrelsen af skallerne i Jordens indre.
Den danske seismolog Inge Lehman arbejdede med disse
emner. Hun kunne i 1936 vise, at der inderst i Jorden er en fast
kerne omgivet af en flydende kerne. Indtil da havde alle troet,
at midten af Jorden på grund af den høje temperatur måtte
være flydende.
Nogle typer jordskælvsbølger kan ikke bevæge sig i flydende
stoffer. Det benyttede Inge Lehmann til at vise, at der
5120 km under Jordens overflade er en grænse mellem faste og
flydende stoffer.
Inge Lehmann var et beskedent menneske, der levede i en
tid og i et miljø, hvor kvindelige naturforskere ikke blev værdsat.
I Danmark var hun ikke kendt uden for en snæver kreds
af jordskælvsforskere. Hendes opdagelse er dog på niveau
med de arbejder, der belønnes med nobelprisen.
40
EKSPERIMENT

Atomkerne
Atom
Celle
Fra dig til atomerne
Myre
Mens verdensrummet indeholder store masser, lange tidsrum
og store afstande, er atomernes verden lige omvendt. Her er
alt let, hurtigt og småt.
Med øjnene kan man se ting, der har en størrelse ned til ca.
0,1 mm. Med et mikroskop kan man se ting, der er 250 gange
mindre. Men atomerne kan man ikke se. De er mange tusind
gange mindre end det, der kan ses i et mikroskop. Men med
nye “mikroskoper”, der ikke benytter lys, er det i dag muligt at
“se” atomerne.
Mikroskoper
Mikroskopet har været kendt i 400 år. Biologerne opdagede
en helt ny småtingsverden, da de første mikroskoper blev
taget i brug. En masse mikroorganismer kunne pludselig ses.
Celler, der delte sig, blodlegemer og amøber var nogle af de
ting, mikroskoperne gav mulighed for at studere. Celler har
netop den størrelse, som kan ses i mikroskoper.
Moderne mikroskoper benytter bestemte farver lys, særlige
filtre og andre fif, men det er dog ikke muligt at se genstande,
der er meget mindre end lysets mindste bølgelængde
på 400 nanometer (0,4 tusindedele millimeter).
Kopiark 2.12
41
Rundetårn
KAPITEL 2 · HIMMEL OG JORD
Danmark
Jordens
diameter
10-13 10-12 10-11 10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 102 101 103 104 105 106 107 1
Pige
Meter
I denne figur bliver afstanden 10 gange større,
hver gang man går en enhed ud ad aksen.
Den afbildning er fornuftig at bruge, når man
på samme figur skal vise både små og store
afstande.
Med elektronmikroskoper får man en
spændende indsigt i udseendet af mange små
dyr. Billedet viser en væggelus.

KAPITEL 2 · HIMMEL OG JORD
Disse krystaller af salt har form som terninger.
Atomerne i saltet sidder i et krystalgitter, der
også har form som en terning.
Sonde
Spids
Prøve
Forstærker og
afstandsstyring
Afbildning
Atomart mikroskop
Den tynde spids bevæger sig hen over prøven.
På sonden sidder nogle materialer, der hele
tiden regulerer sonden op og ned, så spidsen
holder samme afstand til prøven. Sondens
flytning registreres. Flytningen giver et billede
af prøvens overflade.
Elektronmikroskoper
Almindelige mikroskoper, såkaldte lysmikroskoper, bruger
lys, der afbøjes i linser. På tilsvarende måde kan man bygge
elektronmikroskoper, hvor en stråle af elektroner afbøjes af
elektriske felter.
Elektronmikroskoper har været kendt siden 1930. De er i
tidens løb blevet udviklet, så de kan vise mindre og mindre
genstande. Det er i dag muligt at vise ting, der er ca. 1000
gange mindre end det, der kan ses i de bedste lysmikroskoper.
Elektronmikroskoper skal bruge meget høje spændinger.
Nogle af de største sætter elektronerne i bevægelse med en
spænding på en halv million volt.
Atomare mikroskoper
I faste stoffer sidder atomerne i et bestemt mønster. Atomerne
kan opfattes som punkter i hjørnerne af et gitter. Man kalder
disse mønstre for krystalgitre. Mange mineraler danner
smukke krystaller, der har samme form som det krystalgitter,
atomerne sidder i. Vinklerne mellem siderne i krystallerne er
de samme som vinklerne i krystalgitret.
I 1986 fik tyskeren Gerd Binnig og schweizeren Heinrich
Rohrer nobelprisen i fysik. De havde fem år tidligere opfundet
en ny mikroskoptype, der gjorde det muligt at se, hvordan de
enkelte atomer sidder i et krystalgitter.
Dette mikroskop virker efter et nyt princip. En tynd metaltråd
knækkes, så den får en meget lille spids. Spidsen anbringes
lige over en overflade, men uden at røre den. Spidsen sidder
på en holder, hvis længde kan ændres ganske lidt ved at sætte
spænding på nogle såkaldte piezo-elektriske materialer. Selv
om der er et ganske lille mellemrum mellem spidsen og den
prøve, som skal undersøges, kan der alligevel løbe en lille
strøm mellem spids og prøve. Størrelsen af strømmen
afhænger af afstanden mellem spids og prøve. Et elektronisk
kredsløb sørger for at hæve og sænke spidsen, så der hele tiden
løber samme strøm. Ved at bevæge spidsen langsomt hen over
prøven, får man et billede af overfladen.
Det viser sig, at spidsen bevæger sig hen over buler i overfladen.
Det er de enkelte atomer. Med denne metode er det
muligt præcist at bestemme placeringen af atomerne.
Der er senere lavet andre typer af dette mikroskop. Blandt
42

EKSPERIMENT
andet kan man med spidsen af sonden skubbe til og derved
flytte enkelte atomer. Denne teknik kan i fremtiden føre til
store fremskridt, da moderne mikroelektronik og nanoteknologi
netop består i at arbejde på mininiveau, helt ned til de
enkelte atomer.
Der er en endnu mindre verden
Lys opstår, når elektroner falder ned i en bane tættere ved kernen.
Med en lille energimængde har man først skubbet elektronen
længere væk fra kernen.
Hvis man vil undersøge forholdene i atomkernen, skal der
arbejdes på samme måde. Men den energi, der skal bruges for
at ændre forholdene i kernen er langt større. Atomkernen holdes
nemlig sammen af meget større kræfter, end de der holder
elektronerne i deres baner omkring atomkernen.
Hvad der findes inde i neutroner og protoner, er endnu
ikke kendt. Fysikerne har forskellige antagelser, men de
eksperimenter, der kan be- eller afkræfte antagelserne, er
svære at udføre. Det kræver ufattelig store energimængder, at
“se” ind i de partikler, der danner atomkernerne.
43
Små atomkerner
KAPITEL 2 · HIMMEL OG JORD
I 1911 undersøgte Rutherford og hans medarbejdere,
hvad der skete, når alfapartikler blev
sendt ind mod et guldfolie. Disse eksperimenter
kan demonstreres med ”Rutherfords bro”.
Tril kugler under broen. Trillede kuglerne lige
gennem broen? Hvor tit kunne I se eller høre,
at kuglerne ramte noget under broen?
Bredden af broen kan opfattes som bredden
af et atom. Ved eksperimentet har I undersøgt,
hvor meget “atomkernen“ fylder i “atomet“.
Ved at regne på hvor tit alfapartikler blev
afbøjet, og på hvor stor afbøjningen var, fandt
Rutherford ud af, at atomkernen er ca. 2000
gange mindre end selve atomet.
Overfladen af guld set med et atomart
mikroskop.
Nyttige oplysninger
Med almindelige mikroskoper kan man se
ting, der cirka er lige så store som lysets bølgelængde.
Med atomare mikroskoper kan man se,
hvorledes de enkelte atomer ligger på en
overflade.
I faste stoffer sidder atomerne i et bestemt
mønster, et krystalgitter.

CAFE KOSMOS
SORTE HULLER
OG MØRKT STOF
I 1054 så kinesiske
astronomer
en supernova.
I dag ses det
materiale, som
supernovaen
har spredt ud
i Universet.
Med store teleskoper kan astronomer se milliarder af
stjerner og galakser. Men de ser kun en ganske lille
del af Universet. Langt det meste i Universet kan nemlig
slet ikke ses. Der findes sorte huller, der er så
tunge, at lyset fra dem ikke kan undslippe. Og der findes
mørk masse, der er en ukendt type stof, som er
overalt, men som ikke kan ses. Universet rummer stadig
mange hemmeligheder.
ET TUNGT HIMMELLEGEME
Ser man på et billede af en spiralgalakse,
får man indtryk af, at den
roterer. Galaksen ligner lidt den
hvirvel, der kommer i vandet, når
proppen trækkes op af en fyldt
håndvask. Galaksen ligner også
den måde, luften bevæger sig på i
nærheden af høj- eller lavtryk.
Ved at måle de enkelte stjerners
fart, kan det ses, at alle stjerner i
galaksen bevæger sig rundt om
galaksens centrum. I Solsystemet
bevæger alle planeter sig rundt om
Solen. Det er tiltrækningskraften
fra Solen, der holder planeterne i
deres næsten cirkelformede baner.
Kender man en planets omløbstid
og afstand fra Solen, er det muligt,
44
at beregne Solens masse. På samme
måde kan man i en galakse bestemme
den masse, der sidder i midten,
og som er årsag til stjernernes
cirkelbevægelse.
Solen og dermed også Jorden ligger
ca. 26 000 lysår fra Mælkevejens
centrum. Solen er 220 millioner
år om en hel tur rundt i Mælkevejen.
Solens fart rundt i Mælkevejen
er lidt over 1000 km/s. Den
høje fart mærker vi ikke. Det eneste
man kan mærke er nemlig ændringer
i farten.
Mælkevejen er ufattelig stor. Forestiller
man sig, at Mælkevejen
havde en radius på 50 meter, ville
Solsystemet have en størrelse, der er
mindre end millimeter. Det svarer til
et lille sandkorn. Og sandkornet
ville ligge 26 meter fra centrum. I
denne model ville Mælkevejen være
en skive med en tykkelse på ca.
1 meter.
Ved at se på bevægelsen af stjerner
tæt på Mælkevejens centrum har
astronomer vist, at der i centrum
ligger noget voldsomt tungt. Der
er ikke noget at se, men der må
være et himmellegeme med en
masse, der er fire millioner gange
større end Solens. Skal massen
angives i kilogram, er det et tal med
37 cifre. I øvrigt er Solens masse
300 000 gange større end Jordens
masse.

Spiralgalakse
Det tunge himmellegeme i Mælkevejens
centrum kaldes et sort hul.
Det er dog nærmest en dværg i
forhold til andre galaksers tunge
legeme. Der findes galakser, hvor
det sorte hul i centrum er flere tusind
gange tungere end det i Mælkevejen.
SORTE HULLER
Når man kaster noget op i luften,
kommer det ned igen. På Månen er
tyngdekraften seks gange mindre
end på Jorden. Ting, som en astronaut
giver slip på, falder langsommere
ned, end her på Jorden. Ved
overfladen af et sort hul er tyngdekraften
derimod ufattelig stor.
Ting der falder, vil bevæge sig
mange millioner gange hurtigere
end på Jorden. Der trækkes så
stærkt, at alle molekyler bliver
revet over.
For at en raket kan slippe bort fra
Jorden skal den have en fart, der er
over 11 km/s. En raket, der skal
starte fra Månen, kan nøjes med en
fart på lidt over 2 km/s, fordi tyngdekraften
på Månen er mindre end
på Jorden. I et sort hul er tyngdekraften
så stor, at farten for at und-
CAFE KOSMOS
vige skal være større end lysets fart,
300 000 km/s.
Vi har en erfaring med lys som
noget, der bevæger sig i en ret
linje. Men lys bliver tiltrukket af
store masser. Man kan se, at en
lysstråle fra en fjern stjerne bliver
afbøjet en lille smule, når strålen
passerer tæt forbi en anden stjerne
på vej ned til Jorden.
Lys fra et sort hul bliver tiltrukket
så meget af det sorte hul, at det
slet ikke kan komme væk. Derfor
ser astronomer intet, når de retter
deres teleskoper mod et sort hul.
Hullet kan bl.a. opdages ved at se
på, hvorledes stjerner i nærheden
bevæger sig.
NEUTRONSTJERNER
Når en stjerne med en masse, der er
mere end otte gange større end
Solens masse, bliver gammel og har
brugt sit brændstof op, kan den
falde sammen i en supernovaeksplosion.
Ved denne voldsomme
begivenhed sendes mange tunge
grundstoffer ud i Universet, hvor
de en gang i fremtiden kan indgå i
nye stjerner og planeter.
Resterne af stjernen er efter supernovaeksplosionen
blevet meget
lille. Den kaldes en neutronstjerne.
Dens radius er kun omkring 10 km.
Den lille neutronstjerne har i
midten en densitet, der er 10 000
milliarder gange større end granits.
Det ville svare til, at en terning på
bare 1 kubikcentimeter af stoffet
fra neutronstjernen ville have en
masse omkring 25 000 000 ton. Det
er langt mere end massen af en
supertanker. Hvis supernovaeksplosionen
foregår i meget store stjerner,
falder de sammen til et sort hul.
45
MØRKT STOF
Astronomer har mange uløste
problemer. Man kan ud fra galaksernes
bevægelse finde ud af, hvor
meget masse, der er i hele
Universet. Det viser sig, at stjerner,
sorte huller, neutronstjerner og
andre himmellegemer har en
masse, der kun er omkring 4 % af
Universets samlede masse.
Astronomer kalder den manglende
masse for mørkt stof. Ingen ved i
2009, hvad dette stof er lavet af.
Måske findes der en ukendt lille
atomar partikel, som ikke kan ses,
fordi den ikke udsender nogen
form for stråling. Hvis der i hver
kubikmeter af det, der ellers er det
tomme rum mellem galakserne,
bare befinder sig et par af disse
ukendte ”mørke partikler”, kan
beregningerne om Universet komme
til at stemme.
I 2013 opsendes Webb-teleskopet.
Med dette teleskop 1,5 million km
over Jorden, får astronomerne nye
muligheder for at finde svarene på
Universets mange gåder.

Universet blev skabt ved Big
Bang for 13,7 milliarder år
siden.
Universet har udvidet sig siden
Big Bang, og det vil fortsætte
med at udvide sig i lang tid.
Alle hydrogen- og heliumkerner
i Universet er skabt kort tid
efter Big Bang.
DET VED DU NU OM HIMMEL OG JORD
FRA UNIVERSET TIL DIG
VIND OG VEJR
Når en stor stjerne har brugt de
lette grundstoffer som brændstof,
kan den falde sammen ved
en supernovaeksplosion.
Alle grundstoffer på Jorden,
bortset fra hydrogen, er skabt i
det indre af stjerner, der nu er
forsvundet.
Vejret bestemmes af temperatur,
vind, luftfugtighed og
skydække.
Klimaet er områdets gennemsnitlige
vejr i en længere
årrække.
Varm- og koldfronter opstår,
når varm og kold luft mødes.
46
JORDEN UNDER DIG
Temperaturen stiger, jo mere
man nærmer sig Jordens
centrum.
Temperaturen er høj i Jordens
indre, fordi der foregår
radioaktive henfald.
Målinger af rystelserne fra jordskælv
afslører opbygningen af
Jordens indre.
FRA DIG TIL ATOMERNE
Med almindelige mikroskoper
kan man se ting, der cirka er
lige så store som lysets bølgelængde.
Med atomare mikroskoper kan
man se, hvorledes de enkelte
atomer ligger på en overflade.
I faste stoffer sidder atomerne i
et bestemt mønster, et krystalgitter.

PRØV DIG SELV
KAN DU HUSKE? FORSTÅR DU?
Hvad er Big Bang?
Hvad er kontinentalforskydning?
Hvad er sommerfugleeffekten?
Hvad er en astronomisk enhed?
Hvor længe er lyset fra Solen
om at komme ned til Jorden?
Hvad er en supernova?
Forklar, hvorfor astronomerne
ikke kan se et sort hul.
Hvorfor kan man sidde i en
sauna ved 80 °C uden at blive
forbrændt?
Hvordan kan astronomer se,
at Universet udvider sig?
Hvorfor er forholdet mellem
en ternings overfladeareal
og dens rumfang større for små
end for store terninger?
Hvordan virker
et atomart
mikroskop?
Hvorfor stiger
temperaturen, når man
bevæger sig ned i dybe miner?
Hvordan virker en seismograf?
Hvorfor blæser der tit en kølig
vind ind fra havet om aftenen?
Hvad er forskellen på vejr og
klima?
UDFORDRING
47