Findes der en ekstra Jord? – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Niels Bohr Institutet > Spørg om fysik > ? om Astrofysik > Findes der en ekstra J...

02. marts 2018

Findes der en ekstra Jord?

Hejsa Spørg om Fysik
Vi er fire skoleelever fra 8.c på Strib Skole, som er i gang med et projekt om liv i rummet, men det er svært at finde præcise informationer på nettet, om hvad der skal til for, at der kan leve mennesker på en anden planet end Jorden, så vi tænkte at skrive til jer, da I nok kan give os et præcist, og brugbart svar.

Vores spørgsmål er: Hvilke krav skal en planet opfylde før mennesker kan bebo den? Og hvilken planet mener I der er den bedste kandidat, til en “ekstra Jord”?

Vi ved godt at det er nogle meget brede spørgsmål, men det kunne være rart, hvis I bare ville besvare de vigtigste ting.

Venlig hilsen
C, S, J og M

Findes der en ”Ekstra jord”? Nogen af de ønsker man kunne have, hvis man blot ser på det overordnede, er temperaturområde, nogenlunde konstant temperatur som her, og at der er flydende vand på overfladen, luft med et iltindhold på omkring 20 % og uden giftige gasser (minimalt kulmonoxid osv.), gravitation som Jorden måske indenfor 30 % afvigelser.

Merkur, lille ingen luft, varierende temperatur

Desuden skal der gerne være de vigtigste grundstoffer, som her på jorden herunder f.eks. kul, jern, aluminium osv. Ioniserende stråling skal have et strålingsniveau, som ikke er mange gange højere end Jordens. Endeligt skal der være både tørt land, men have/oceaner er også ønskværdige. Den stjerne, som planeten kredser om, skal gerne udsende en del lys i området 400 – 700 nm (som her, vi har i alle tilfælde brug for at kunne se ved lyset, og der må ikke være så meget kortbølget UV lys at vi, dyr og planter skades). Vi bør nok ønske, at der ikke er biologisk liv, der kan komme komplikationer både om besiddelse af områder og af påvirkning fra den fremmede biologi.

Hvad er mulighederne?

Hvis vi ser på vort solsystem er der 4 planeter, som har fast overflade (og i nærheden af solen, så der er energi til rådighed): Merkur, Venus, Jorden og Mars, derefter er der gasgiganter, de har måner, som er faste, men afstanden til solen gør, at der kun er meget lidt solenergi til rådighed, og temperaturen på overfladen er lav.

Venus, meget varm, højt tryk, svovlsyre i luften

Merkur: tyngdeacceleration 0,38 gange Jordens, overfladetemperatur imellem     – 180 ͦC og 425 ͦC ingen atmosfære.

Venus: tyngdeacceleration 0,91 gange jordens, temperatur ca. 453 ͦC, skyer af svovlsyre, tryk på overfladen 60 atm.

Jorden: endnu OK.

Mars: tyngde acceleration 0,38 gange Jordens, overfladetryk 0,008 atm, luften ca. 95 % CO2 og 3 % N2. temperatur fra  –125 ͦC til 15 ͦC (ækvator), intet magnetfelt. Der er mange måner omkring Jupiter og andre ydre planeter, der er antageligt vand på flere, men energien fra solen er meget lav, og temperaturen er dermed lav. Ud over jorden er den eneste principielle mulighed Mars, men der skal gøres meget for at kunne leve der selv meget få mennesker.

Jorden

Strålingsniveau medfører alvorlige skader

Vi kan heller ikke leve og færdes i rummet bortset nær ved jorden eller kortvarigt på Mars. Solens og rummets partikelstråling (ioniserende stråling) er så kraftig, at længere ophold borte fra jordens atmosfære, som stopper meget af strålingen, og jordens magnetfelt, som afbøjer strålingen, ikke er tilrådeligt.

Forsøg har vist, at længere ophold i rummet eller i et strålingsniveau der svarer til rummets, betyder skade på øjnene indtil blindhed, skader på tarmene, skader på knoglemarven og meget hurtig demenslignende tilstande, fordi hjernen degenererer (svarende til Alzheimer, og Parkinsons sygdom). Skal vi bruge rumskibe, så man kan være længere tid i rummet, må de konstrueres, så der er afskærmning imod strålingen, så noget af denne meget gennemtrængende stråling stoppes, og rumskibene bliver meget tunge.

Mars, ingen luft, høje og lave temperaturer, ingen magnetfelt

Mars har ingen atmosfære og næsten intet magnetfelt, så forholdene der er lige så slemme, astronauterne vil altså hurtigt glemme, hvorfor de er der, og hvad de skal gøre, med mindre der findes en måde at beskytte dem, og det bliver ikke nemt. Det er klart, at graver man dybe bunkers, og er der stort set hele tiden, er det principielt en mulighed. At der så ikke er luft på Mars, er bare et mindre problem i forhold til strålingen.

Stort set tager en retur til Mars 32 måneder (det kan gøres lidt hurtigere), 9 måneder derop med økonomibane (Hohmann-bane), 14 måneder deroppe hvor der ventes på at Mars og Jorden igen er ud for hinanden, og 9 måneder hjem,

Exoplaneter

Ser vi ud i verdensrummet, er der fundet ca. 4000 exoplaneter (planeter omkring andre stjerner) og der findes stadig mange hvert år. Den nærmeste er omkring Proxima Centauri b, 4,2 lysår væk (ca. 3*1013 km væk). Af de observerede har ca. 20 % planeter i den bebolige zone dvs. i en afstand fra den pågældende stjerne, som giver temperaturforhold, som tillader flydende vand. Gælder dette gennemsnit for hele mælkevejen burde der være 11 milliarder planeter, som muligvis har de nødvendige egenskaber for liv.

Rejsen til Mars

En rejse med kendt teknik til Mars vil tage altså ca. 32 måneder retur. Teknisk kan vi i dag antageligt lave enkeltbilletter, men ikke returbilletter, ikke før vi kan producere raketbrændstof på Mars. Det er nok også planen. Der er også problemer med ioniserende stråling fra solen i rummet.

Hohmann-bane (økonomibane Mars 9 måneder)

Afstandene i rummet er store

For at give indtryk af dem så lad os tænke os, at solens diameter var 4 mm dvs. som en kuglelejekugle. Da solens diameter er 1,392*106 km, er det en formindskelse på ca. 3,5*1011 gange.  Afstanden til Jorden ville i den målestok så være 0,43 m, Jorddiameteren 73 µm (ca. 10*en stor bakterie), afstanden til Mars 0,66 m diameter 20 µm, afstanden til Jupiter 2,3 m, diameter 0,41 mm (det kan vi se), Voyager 1 rumsonden, det fjerneste menneskelige objekt, opsendt d. 20/8-77 ville være 59,9 m borte og bevæge sig væk med 61 580 km/h, en geværkugle er oppe på ca. 2700 km/h. Til gengæld vil den komme i nogen nærhed af en anden stjerne om lidt mere end 30 000 år.

Proxima Centauri b, 4 lysår væk

Den nærmeste exoplanet jordlignende er på Proxima Centauri b, 4 lysår væk eller 115,1 k m væk i miniuniverset, den næst nærmeste Ross 128b 11 lysår væk 303 km. Mælkevejens diameter vil være 6,6*106 km. Afstanden til den nærmeste store galakse  Andromeda vil være 6,3*107 km eller ca. afstanden til Mars når den er nærmest. Afstandene er verdensrummet er umådelige. Engang kan vi måske lave rumskibe, der kan komme op på store brøkdele af lyshastigheden.

Ross 128b 11 lysår væk

Problemet er her, at der er neutrale brintatomer og mange andre atomer, som er overalt i mælkevejen, og hvis vi rammer dem med store hastigheder, dannes ioniserende stråling, dvs. rumskibet skal kunne strålingsbeskyttes yderligere (og det vejer normalt).

Andromeda 1,5 millioner lysår væk, lidt større end mælkevejen

Med vor nuværende teknik og viden, er vi ikke nogen rumfarende planet, kun enkeltpersoner og kun i solsystemet, men man kan jo altid håbe på nye opdagelser, som gør mulighederne bedre. En bibemærkning, UFO interesserede må gøre sig klart, at evt. andre biologiske væsner som ligner os, har præcis samme afstandsproblemer og strålingsproblemer, som vi vil få, og der er ikke evidens for, at man kan komme rundt i rummet hurtigere end svarende til lyshastigheden.

Efter min vurdering har vi altså ingen alternativer for mange mennesker med den nuværende kendte, tænkbare og mulige teknik. Vi må altså i stedet passe på Jorden, og få den til at vare så længe som muligt. Det er jo ikke lige det vi gør i praksis.

Enkelte af de længst herskende arter indtil nu

Vi skal i en hel anden grad end nu se på ressourceforbruget og sikre en balance. Naturligvis går jorden under, når solen bliver en rød gigant om ca. 4,5 milliarder år. Jeg tror ikke, at vi behøver at bekymre os om det. De mest succesfulde dyr, dinosaurerne, krokodiller, dolkehaler osv. har holdt den gående i omkring 300 millioner år, det kan vi næppe hamle op med på den måde, vi bruger ressourcer, så vi er her næppe når jorden går under, som følge af solens udvikling. Vi har med vor nuværende viden og tænkbar teknik altså efter min vurdering ingen steder at gå hen, og vil næppe kunne overleve en længere rejse!

Med venlig hilsen
Malte Olsen