Hvorfor drejer alting i universet rundt? – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Niels Bohr Institutet > Spørg om Fysik > ? om Astrofysik > Hvorfor drejer alting ...

10. februar 2014

Hvorfor drejer alting i universet rundt?

Hej Spørg om Fysik
Måske er mit spørgsmål lidt dumt, men jeg kan ikke finde et svar nogen steder.

Hvis man kigger på universet som en helhed, er der ikke noget som står stille, det hele drejer rundt om noget. Elektronerne om atomkernen, jorden omkring solen, og solen omkring mælkevejens centrum.

Hvorfor bliver de ikke bare suget direkte ind til det større objekt, ligesom æblet til jorden i Newtons teori? Og er det et fænomen ligesom koriolis effekten, eller noget helt andet?

Glæder mig til at få svar

Med venlig hilsen
D L

Den nuværende teori for universets opståen er Big Bang teorien. Universet er opstået fra et punkt, hvor eksplosionen er sket, og partiklerne er slynget ud til alle sider med stor hastighed.

Newtons æble

Der er en række overgangsfaser, men noget senere er grundstoffer dannet, så det der er på vej væk er bl.a. hydrogen atomer. Der er naturligvis mange sammenstød, så hastighederne er fordelt på mange størrelser og retninger.

Der kommer derfor ”klumper” i stoffet (hydrogen atomerne), dvs. der er områder med mange atomer og områder med færre atomer.

Gassky med stjernedannelse indeni

Nu kommer tyngdekraften i spil. I områder med mange atomer vil gravitationskræfterne imellem atomerne bevirke, at de klumper bliver mere massive - dvs. fortættes lokalt. Denne fortætning vil bevirke, at der er gravitationskræfter forøgede fra fortætningen på omgivelserne udenom. Det sker alt sammen medens stoffet stadig ekspanderer udad.

Situation: der er nogle massefortætninger, der trækker i omgivelserne med tyngdekræfter. Omgivelsernes atomer har i mange tilfælde større eller mindre hastighed end fortætningen, og de går i forskellige retninger mange er ikke på vej lige imod fortætningen. De trækkes i retning af fortætningen af tyngdekræfterne, men rammer ”ved siden af”, det er illustreret i: Hvorfor opsluger Jupiter ikke sine måner?

Jupiter med 4 af dens mindst 63 kendte måner

Med andre ord - har de ikke indtrukne masser, en egen bevægelse med passende hastighed , som ikke går direkte imod fortætningen, vil de falde imod den første, men i faldet rammer den ”ved siden af”, fordi den har fart på. Den går så videre enten i en hyperbelbane, parabelbane (hvor de så forsvinder imod det uendelige) eller en ellipsebane (det sidste er også cirkelbaner) afhængigt af sin hastighed og hastighedens retning. Det normale vil altså ofte være, at masser, som påvirker hinanden med gravitationskræfter, kredser omkring hinanden i ellipsebaner eller cirkelbaner. Hvis en masse har stor hastighed, vil den i stedet altså forsvinde imod uendeligheden i parabel eller hyperbelbaner. Hvis de to masser ikke har nogen hastighed i forhold til hinanden, sker det som du siger, så falder de ned på hinanden (billede Newtons æble).

Satellitters bevægelser

Jorden og månen

Det vi altså ser i rummet er, at satellitter kredser om masser, f.eks. en rumstation, der kredser om jorden. Vi ser også månen, men den kredser ikke præcis om jorden. Jorden og månen kredser om deres fælles tyngdepunkt (som ligger indenfor jordoverfladen). For at se hvor det fælles tyngdepunkt er, tænker man sig, at man har en lang pind, der ikke vejer noget, hvor månen sidder i den ene ende, jorden i den anden ende. Jordens masse er ca. 6*1024 kg, månens masse ca. 7,3*1022 kg, afstanden er 384 399 km. Man skal nu finde balancepunktet for pinden dvs. det fælles tyngdepunkt. Jorden er ca. 100 gange tungere end månen altså ligger det fælles tyngdepunkt ca. 1/100 fra jordens centrum eller 3800 km fra centeret. Jordens radius er ca. 6360 km. Jorden og månen kredser altså begge om et fælles tyngdepunkt, som ligger ca. ½ jordradius ude fra jordens centrum.

Jorden kredser tilsvarende om solen, dvs. de kredser om et fælles tyngdepunkt, som denne gang ligger inde i solen. Solen kredser om galaksecentret på 240 millioner år. Efter vore beregninger ligger der et supermassivt sort hul, som vejer som 4,1 – 4,5 millioner gange solens masse, som vi bevæger os rundt om. Vi er ca. 27 000 lysår fra galaksecentret eller 2,6*1017 km.

nærmeste nabo Andromeda galaksen 1,5 millioner lysår væk, rammer mælkevejen om ca 3 milliarder år

Masser som rammer hinanden

Men ikke alt løber i ellipsebaner om hinanden. Så vidt man kan måle, er Andromeda galaksen (lidt større end mælkevejen) på vej imod mælkevejen med en fart på 100 – 140 km/sek. Med den kendte afstand, som er ca. 1,5 millioner lysår eller 1,4*1019 km, skulle vi støde sammen om ca. 3 milliarder år (altså kort før solen svulmer op og opsluger jorden). Det er altså ikke en bekymring, vi bør dvæle længe ved. Det er næppe sandsynligt, at mennesket er her på det tidspunkt, der er ingen dyreracer, der har overlevet mere end 1/10 af den tid, og det er der ingen grund til at tro, at mennesket skulle være bedre, tværtimod måske.

Sammenstød imellem galakser, det forventes at være ret fredeligt og blive en galakse

Sammenstødet vil antageligt ikke blive noget voldsomt fænomen. Der er utroligt meget plads imellem stjernerne, så der er ikke meget der rammer hinanden, der vil antageligt ske det, at tyngdekræfterne forener galakserne til en fælles galakse. I øvrigt er det en anelse svært at se, hvad vi kan gøre såvel ved solens opsvulmen som galaksesammenstødet, det er ligesom ud over den skala, hvor vi kan påvirke tingene. Ting i rummet kan altså godt ”falde ned”, som Newtons æble fra træet.    

Shoemaker-Lewy rammer jupiter, den kom ikke i ellipsebane

Når ting løber i kredsbaner om en stor masse, som f.eks. jorden, er pointen altså, at tyngden virker direkte imod jordens centrum. Men når den påvirkede genstand har en egenhastighed, kan denne hastighed bringe den ind i en ellipsebane omkring jorden. Der er ting der falder ned, f.eks. meteorer. De har fart nok til at kredse, men når de kommer for lavt, vil de blive bremset af jordens atmosfære. Her kan de brænde op (stjerneskud), eller blive bremset, så tyngden får dem til at ramme jorden. De kan naturligvis også have en hastighed med en retning, så de rammer direkte imod jorden, men så er denne hastighed den afgørende faktor - ikke tyngden, for de ville så også ramme, hvis der ikke fandtes tyngdekraft.

Med venlig hilsen
Malte Olsen