Solsystemet [2] 8290388993, 8290388276 [PDF]

Zitiervorschau

VITENSKAPENS VERDEN

SOLSYSTEMET lain Nicolson og Patrick Moore Norsk oversettelse og bearbeidning: Erik Tronstad

ILLUSTRERT VITENSKAPS BIBLIOTEK

Innhold Forord

3

Solsystemet 1 2 3 4 5 6 7

Planeter og baner Planetobservasj oner Planetenes indre Planetoverflater Planetatmosfærer Måner og ringsystemer Asteroider og kometer

5 17 29 37 53 69 85

Solen 8 9 10 11

Solens indre Solens ytre lag Solens innflytelse Solsystemets oprinnelse

Ordliste Register

93 101 109 117

125 126

VITENSKAPENS VERDEN □ «Solsystemet» □ Norsk utgave © Norsk Fogtdal A/S 1987 □ 4. opplag 1989 □ Norsk redaksjon: Unni Høegh og Bjørn Østby □ Engelsk originaltittel: «The Universe» □ © Equinox (Oxford) Ltd. 1985 □ Forfattere: lain Nicolson og Patrick Moore □ Sats: Laursen Tønder □ Trykk: Dansk Heatset Rotation I/S, Odense □ ISBN 82-90388-99-3 (24 bind, komplett) □ ISBN 82-90388-27-6 (bind 2, «Solsystemet»)

Forord Menneskene har til alle tider vært opptatt av planete­ nes og Månens bevegelser på himmelen, Solen og stjernene. Sammen med lyset fra Solen forårsaker Jor­ dens rotasjon skillet mellom dag og natt, mellom lys og mørke. Astronomiens opprinnelse har sin rot i men­ neskenes interesse for disse fenomenene. Etter lenge å ha vært dominert av tro, overtro og religiøse dogmer, gikk astronomien på 1600-tallet over til å bli en ekte vitenskap preget av rasjonal tenkning. Omtrent på samme tid ble det ført ugjendrivelige beviser for at Solen, og ikke Jorden, er Solsystemets midtpunkt som alle planetene beveger seg rundt. Senere har astrono­ mien brakt ytterligere forandringer i vårt verdensbilde og gjort det klart at heller ikke Solen, ja selv ikke den galaksen vi er i, er Universets sentrum. Akkurat som Solen bare er en ganske alminnelig stjerne blant milli­ arder andre i Melkeveisystemet, er Melkeveisystemet bare en nokså ordinær galakse blant milliarder andre i Universet. Så sent som i 1959 visste man ikke hvordan Månens bakside ser ut, månene til de andre planetene i Solsy­ stemet viste seg bare som små prikker i astronomenes teleskoper, og man kunne bare spekulere på hvordan forholdene er under de tette skyene på Venus. Siden da har mennesker besøkt Månen, romsonder har pas­ sert nær Halleys komet og planetene Merkur, Venus, Mars, Jupiter, Saturn og Uranus og sendt tilbake fanta­ stiske bilder av både planetene og mange av månene deres. Dessuten har sonder gått inn i baner rundt Ve­ nus og Mars og myklandet instrumentkapsler på over­ flatene, kapsler som har returnert bilder og store mengder data om forholdene der. Om alt går etter pla­ nen, vil også Neptun være passert og observert på nært hold av en romsonde innen dette tiåret er slutt. Hvilken viktig rolle romsonder spiller for utforsknin­ gen av vårt solsystem, kommer tydelig til uttrykk i denne boken hvor det meste av det rike og vakre bil­ dematerialet av objekter i Solsystemet nettopp stam­ mer fra romsonder. Før det ble mulig å sende romsonder til andre plane­ ter, var det nokså begrenset hvilke og hvor detaljerte informasjoner man kunne innhente ved observasjoner fra Jorden. Planetforskningen bestod derfor stort sett i å prøve å skaffe til veie flere og bedre informasjoner om de enkelte planetene. Bare i liten grad kunne man sammenligne forholdene på de ulike planetene. Med de langt mer detaljerte opplysningene romsonder kun­ ne innhente, ble det mulig å få en helt annen forståelse

av hvilke fysiske og kjemiske prosesser som foregår på de ulike planetene og månene deres enn hva som tidligere hadde vært tilfelle. Dermed har man også kunnet begynne å få et mye bedre helhetsbilde av for­ holdene og legemene i Solsystemet enn før. Planetforskerne er etter hvert blitt mer og mer opptatt av å se legemene i Solsystemet i sammenheng. Hvilke for­ skjeller og likheter har de, og hvorfor er det slik? Hva kan dette lære oss om Jorden og dens historie? Det er for eksempel nokså tankevekkende at hvis Venus hadde en like tynn atmosfære som Jorden, ville den gjennomsnittlige overflatetemperaturen der vært ca 40 °C, mens den nå er ca 460 °C. Denne nye måten å betrakte legemene i Solsystemet på gjenspeiler seg i måten planetstoffet i boken er opp­ delt på. Hver planet behandles ikke for seg, slik det tradisjonelt har vært gjort i astronomibøker. Stoffet er isteden delt inn i kapitler som «Planetenes indre», «Planetoverflater» og «Planetatmosfærer». Dermed er det lettere å få oversikt over hva som er felles for de ulike planetene, og hva som særpreger hver av dem. Boken gir en oversikt over hva vi i dag vet om for­ holdene og legemene i det solsystemet vi befinner oss i. Den unnlater imidlertid ikke å peke på områder hvor vår forståelse og viten i dag er mangelfull, og hvor fremtidig forskning kan komme til andre konklusjoner enn de som i dag synes riktige. Til tross for at astrono­ mene har gitt oss mye viten om Solsystemet, står ennå mange spørsmål ubesvarte til fremtidens astronomer. Disse spørsmålene krever imidlertid flere observasjo­ ner og mer informasjon før svarene på dem kan finnes. Astronomien har en lang forhistorie og betegnes of­ te som den eldste av vitenskapene. Det er vanskelig å forstå hvor langt astronomien i dag er kommet, uten også å vite noe om astronomiens historie og hvilke problemer forgjengerne til dagens astronomer syslet med. Derfor inneholder boken en del historisk bak­ grunnsstoff og korte biografier om fremtredende per­ sonligheter i astronomiens historie. Selv om fremstillingen i boken er holdt på et popu­ lært nivå, er det vanskelig å komme utenom enkelte faguttrykk og begreper som kan være fremmede for noen. For å lette lesingen er det derfor bakerst i boken laget en oversikt med korte forklaringer på enkelte vik­ tige ord og uttrykk. De siste sidene inneholder et om­ fangsrikt register med henvisninger både til tekst, bil­ ledtekst og illustrasjoner. Erik Tronstad

Planeter og baner Omtale av Jorden, Solen og solsystemet... Planetbevegelsene forklares... Merkurs og Plutos uvanlige baner... De terrestriske planetene... Kjempeplanetene... Data om planetene... Planetenes måner... Sol- og måneformørkelser... PERSPEKTIV... Tidlige spekulasjoner om Jordens form og stilling... Kopernikus, Galilei og de andre grunnleggerne av moderne astronomi... Senere planetoppdagelser i

~

-

_____ ____

■

... ....

—--------- - -------- - ——

Jorden er en liten planet som beveger seg i sin årlige bane rundt en høyst vanlig middelaldrende stjerne, Solen. Ni kjente planeter går i baner rundt Solen, og syv av disse er omgitt av egne måner. Sammen med en rekke andre mindre legemer, og noe gass og støv, utgjør disse planetene og månene solsystemet. Solen, som er en selvlysende gasskule, er det desidert største medlemmet i dette systemet. Dens diameter på 1 392 000 km er 109 ganger større enn Jordens og nesten 10 ganger større enn for den største planeten, Jupiter. Massen er 330 000 ganger Jordens masse, og omtrent 740 ganger større enn den samlete massen av alle planetene. På grunn av sin store masse har Solen et meget kraftig gravitasjonsfelt, som holder systemet sammen og kontrolle­ rer bevegelsene til alle planetene og de mindre legemene i det. Regnet etter økende avstand fra Solen og utover, finner vi plane­ tene Merkur, Venus, Jorden, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun og Pluto. Enkelte astronomer mener det er en tiende planet langt utenfor Plutos bane. De største av de små legemene, asteroidene, går i baner som hovedsakelig ligger mellom banene til Mars og Jupiter. Planetbanene er ikke sirkelrunde, men elliptiske. Følgelig varierer avstanden fra Solen i løpet av en planets omløp. Det punk­ tet i banen som er nærmest Solen, kalles perihel, og det som er lengst fra, aphel. Den gjennomsnittlige avstanden mellom Solen og Jorden er 149 597 870 km, og kalles gjerne én astronomisk enhet (AE). Dette er en enhet som ofte brukes for å sammenligne planetbaner. De gjennomsnittlige avstandene for de andre planete­ ne går fra 0,39 AE for Merkur til 39,44 AE for Pluto. Sistnevntes avstand fra Solen varierer fra 29,6 til 49,2 AE, og ved perihel er Pluto nærmere Solen enn Neptun.

4 På denne stiliserte tegningen av det ptolemeiske system går Solen i bane rundt Jorden mellom planetene Venus og Mars. Tegningen ble utgitt i Nurnberg i 1493, 50 år før de første alvorlige angrepene på tanken om Jorden som universets midtpunkt.

Fra flat til rund Jord En vanlig observatør ville, ved å se seg rundt, slut­ te at Jorden er flat, bortsett fra lokale ujevnheter som åser og daler. For de tidlige kulturer var det derfor naturlig å anta at verden var både flat og ubevegelig, og at hele himmelen foretok ett omløp i løpet av 24 timer. Selv de første greske filosofene mente Jorden var flat, ikke roterte og var universets midtpunkt. Thales fra Milet (ca 624-537 f. Kr.), som regnes for den første av de store greske naturforskerne, lærte at Jorden var en flat skive som fløt på vann, som en kork. Grekernes senere erkjennelse av at Jorden må være kule formet, fulgte logisk fra observasjoner. For eksempel kan den lyse stjernen Canopus ses fra Alexandria, men ikke fra Athen, hvor den aldri kommer over horisonten. Og når jordskyggen tref­ fer Månen, og forårsaker en måneformørkelse, er den krum, følgelig må også jordoverflaten være krum. Erkjennelsen av dette representerte et bety­ delig fremskritt, men grekerne mente likevel at Jor­ den var universets midtpunkt. Universet med Jorden som midtpunkt Enkelte filosofer satte spørsmålstegn ved forestillin­ gen om et univers med Jorden i sentrum, det "geo­ sentriske" univers. Aristarkhos fra Samos (ca 310230 f.Kr.) mente at Jorden beveger seg rundt So­ len i løpet av ett år. Han kunne imidlertid ikke be­ vise dette, og teorien om et "heliosentrisk" univers, med Solen som midtpunkt, ble ignorert i mange hundre år. Grekerne utviklet isteden en teori som gjorde bruk av såkalte "episykler”. Siden sirkelens form var "perfekt", og bare det perfekte kunne væ­ re tillatt på himmelen, mente de alle himmellegemer måtte bevege seg i perfekte sirkler. Det var imid­ lertid helt klart at "vandrestjernene”, eller planetene, ikke hadde en jevn bevegelse mot bakgrunnen av stjerner. Derfor antok grekerne at selv om en pla­ net beveget seg rundt Jorden, beskrev den også en liten sirkel eller episykei, og at sentrum i denne beveget seg rundt Jorden i en perfekt sirkel. Etter som flere og flere avvik mellom teori og observa­ sjon ble oppdaget, måtte flere episykler innføres, til hele systemet ble håpløst komplisert. Til tross for sin kompleksitet, overlevde det pto­ lemeiske systemet (oppkalt etter Ptolemaios, den si­ ste av de store astronomene i den klassiske perio­ den, og som levde rundt 150 e.Kr.) I flere århundrer.

Den arabiske tradisjon Først med fremveksten av den arabiske sivilisasjon på 600-tallet begynte man igjen å foreta systemati­ ske observasjoner, primært for astrologiske formål. (Helt frem til 1600-tallet ble astrologien ansett som en ekte vitenskap.) Araberne bygde bedre målein­ strumenter enn før og beregnet planetenes tilsyne­ latende bevegelser med imponerende nøyaktighet. Egne observatorier ble bygd, det siste og mest for­ seggjorte av Ulugh Beigh ved Samarkand i 1433. Araberne var fremragende observatører og mate­ matikere. Muhammed Ibn-Djabir Battani (ca 850929) var arabisk matematiker og regnes som mid­ delalderens største astronom.

6 Bortsett fra for Merkur og Pluto ligger planetbanene stort sett i samme plan

Det ytre solsystem

Det indre solsystem

Mars

Jorden

Venus

▲ En planetbanes stilling i rommet beskrives av tre vinkler: i (inklinasjon) - vinkelen mellom jordbaneplanet (ekliptikken) og planetens baneplan; Q - vinkelen mellom en fast retning i rommet (T, retningen til vårjevndøgnspunktet) og punktet N, hvor banen krysser ekliptikken fra syd til nord; og w - vinkelen mellom N og perihel P (punktet hvor planeten er nærmest Solen).

Merkur

Solen

Selv om alle planetene beveger seg i elliptiske baner, er de fleste nesten sirkulære. Eksentrisiteten, som angir hvor langstrakt en el­ lipse er, er et tall mellom 0 (for en sirkel) og 1 (for en parabel). Jo større eksentrisiteten er, jo mer langstrakt er ellipsen. Av plane­ tene har Merkur og Pluto klart elliptiske baner, med eksentrisiteter på henholdsvis 0,206 og 0,250. De mest elliptiske banene har ko­ metene. Nesten alle kometbaner strekker seg langt utenfor banene til de ytterste kjente planetene. (De fleste astronomer mener det finnes et enormt reservoar av kometer i baner helt ut til 40 000 AE fra Solen.) Alle planetene beveger seg rundt Solen i samme retning, kalt prograd bevegelse. De fleste planetbanene ligger innen noen få grader fra ekliptikken (Jordens baneplan). Igjen er det Merkur og Pluto som er unntakene, idet deres baneplan har en vinkel, eller inklinasjon, på henholdsvis 7° og 17°. Enkelte asteroider har baner med større inklinasjon, og inklinasjonene for langperiodiske kome­ ter varierer fra 0° til 180°. De som har inklinasjoner på over 90°, går i retrograde baner (det vil si i motsatt retning av planetene).

PLANETER OG BANER 7

► De to diagrammene viser avstandene som tilbakelegges i løpet av 10 år av de fem ytre planetene (1) og i løpet av én måned av de fire indre planetene (2).

o ◄ Når Venus er øst for Solen, går den ned etter Solen; når den er vest for Solen, kommer den opp før Solen. Den observerte vinkelen mellom Solen og Venus er størst ved V4 og V2.

V, nedre konjunksjon Vj største vestlige elongasjon V3 øvre konjunksjon V„ største østlige elongasjon M, opposisjon M2 kvadratur M3 øvre konjunksjon M„ kvadratur

► Ved V, vender Venus’ mørke side mot Jorden, ved V3 dens lyse side. Ved V4 og V2 viser Venus faser tilsvarende en halvmåne.

► Posisjonene til Mars: Ved M, er Mars nærmest og ses som en opplyst skive. Rundt posisjonene M2 og M„ ses antydning til fase. w Jorden

De to planetene med baner innenfor jordbanen kalles indre plane­ ter. Fordi de beveger seg raskere enn Jorden, tar de den igjen med jevne mellomrom og passerer mellom den og Solen. Posisjonen hvor passasjen skjer kalles nedre konjunksjon eller samstilling. På grunn av banenes inklinasjoner, passerer begge planetene vanligvis like over eller under Solen ved nedre konjunksjon. Av og til ligger imidlertid banene slik i forhold til hverandre at en av planetene ser ut til å bevege seg over solskiven, kalt en passasje. I gjennom­ snitt er det 13 passasjer for Merkur hvert århundre. Venus-passasjer forekommer mye sjeldnere, den siste fant sted i 1882 og den neste kommer ikke før i 2004. Etter nedre konjunksjon beveger planeten seg vest for Solen på himmelen og blir synlig om morgenen før soloppgang. Vinkelavstanden mellom Solen og planeten kalles elongasjon. Den øker til maksimalt 28° for Merkur og 47° for Venus. Deretter avtar vinke­ len til planeten passerer bak Solen ved øvre konjunksjon. Den kommer så frem igjen øst for Solen og beveger seg inn mot en ny nedre konjunksjon.

▲ Diagrammet viser en serie baneposisjoner for Jorden og Mars, samt Mars’ tilsynelatende bevegelse på himmelen. Det meste av tiden beveger Mars seg fra høyre mot venstre i forhold til stjernebakgrunnen. Men nær opposisjon, når Jorden er i ferd med å ta igjen og passere Mars, ser Mars ut til å bevege seg bakover (i retrograd bevegelse) og foretar en løkkeformet bevegelse på himmelen.

8 Bortsett fra Venus roterer alle planetene samme vei

Planetene med baner utenfor Jordens bane kalles de ytre planetene, og de beveger seg noe annerledes på himmelen. En ytre planet beveger seg saktere enn Jorden, og vil regelmessig bli tatt igjen av den. Når dette skjer, ligger Solen, Jorden og planeten på en rett linje med Jorden i midten. Planeten sies å være i opposisjon. Fordi den da er nærmest Jorden og synlig hele natten, er dette den gunstigste posisjon for observasjoner fra Jorden. Etter opposi­ sjon sakker planeten etter Jorden og passerer til slutt bak Solen (øvre konjunksjon) før den igjen dukker opp vest for Solen og blir synlig fra Jorden på morgenhimmelen. Tiden fra Jorden, Solen og en planet står i en bestemt stilling i forhold til hverandre, og til dette skjer neste gang (for eksempel mellom to opposisjoner), kalles planetens synodiske periode. De terrestriske planetene De fire innerste planetene kalles de terrestriske (jordlignende) pla­ netene fordi de har en rekke trekk til felles med Jorden. Alle er små legemer med forholdsvis stor densitet og består hovedsakelig av silikater og metaller. Merkurs diameter er knapt 40 % av Jor­ dens. Rotasjonstiden på 58,7 døgn (tiden den bruker på å rotere én gang om sin egen akse) er 2/3 av tiden den trenger på ett omløp rundt Solen, 87,97 døgn, noe som fører til flere interessante årstidsvariasjoner. Venus er nesten like stor som Jorden, men er en meget varm og ugjestmild verden. Planeten er permanent inn­ hyllet i et tett skydekke og har en rotasjonstid på 243 døgn. Den tredje planeten, Jorden, har en overflate som for det meste er dek­ ket av vann og er den eneste planeten hvor vi vet det finnes liv. Den har en stor måne med en diameter på rundt 25 % av moderplanetens. Mars har en diameter på omtrent halvparten av Jordens og om lag 10 % av massen. Den er en kald verden med en meget tynn atmosfære, men er tross alt den minst ugjestmilde av planete­ ne unntatt Jorden. Likevel virker det nå høyst usannsynlig at det finnes noen form for liv der.

K j empeplanetene De neste fire planetene kalles ofte kjempeplanetene fordi de er så store. De har mye lavere densitet enn de terrestriske planetene og består hovedsakelig av hydrogen og helium. Jupiters diameter er 11 ganger Jordens og massen 318 ganger større. Planetens masse er faktisk 2,5 ganger større enn den samlete massen av alle de andre planetene. Rotasjonstiden på 9 timer og 50 minutter ved ekvator er den korteste som er kjent for noen planet. Den raske rotasjonen gjør at den buler ut ved ekvator og er flattrykt ved pole­ ne. Diameteren ved ekvator er 8600 km større enn mellom polene. Saturn er nesten dobbelt så langt fra Solen som Jupiter. Diameteren er 9 ganger Jordens og massen 95 ganger større. Planetens gjen­ nomsnittlige densitet er mindre enn vannets. Den roterer meget raskt og har den største flattrykningen av planetene. Det mest iøy­ nefallende ved planeten er imidlertid det store og kompliserte ringsystemet den er omgitt av. Den neste planeten, Uranus, er 20 ganger lenger fra Solen enn Jorden. Diameteren er omtrent fire ganger Jordens, og den bruker 84 år på ett omløp rundt Solen. Neptun er litt mindre- enn Uranus, men har noe større masse og densitet. Dens bane ligger 30 AE fra Solen, og planetens omløpstid er 164 år. Isete Pluto er den ytterste av de planetene vi kjenner til i solsy­ stemet. Selv om den er mindre enn Månen, oppdaget man i 1978 at den har en egen måne, Charon. Pluto trenger 248 år på å fullføre hvert omløp rundt Solen.

Banebrytende naturforskere

▲ Et tresnitt fra 1500-tallet av Kopernikus.

▼ Det kopernikanske systemet med Solen i midten ble offentliggjort i 1543, kort før Kopernikus døde. Martin Luther uttalte at "denne idioten prøver å snu opp-ned på hele den astronomiske vitenskap”. Hans uttalelse var typisk for Kirkens reaksjon.

Kopernikus og Brahe styrter det ptolemeiske system

Nikolaus Kopernikus Først 14 århundrer etter at Ptolemaios døde, be­ gynte man for alvor å stille spørsmålstegn ved hans geosentriske teori. Mannen som gjorde det var en polsk geistlig, Nikolaus Kopernikus (1473-1543). Han begynte ganske tidlig å tvile på Ptolemaios’ teori og innså at mange av innvendingene mot den ville falle bort ved ganske enkelt å erstatte Jorden som solsystemets midtpunkt med Solen. Hans sto­ re verk "De Revolutiombus Orbium Coelestium” ("Angående bevegelsen av de himmelske sfærer") var antakelig stort sett ferdig alt i 1530. Fordi han visste at Kirken ville være sterkt fiendtlig overfor enhver tanke om at Jorden ikke var det viktigste legeme i universet, nølte han med å utgi boken. Da boken endelig ble utgitt i 1543, hadde den et forord som bokens forlegger, Osiander, hadde satt inn uten at Kopernikus kjente til det. Der sto det at teorien ikke måtte tas bokstavelig, den var bare ment som et hjelpemiddel for matematiske beregninger av planetbevegelser. Boken ble møtt med mye kritikk, og det er også riktig at Kopernikus gjorde mange feil. Han opererte fortsatt med sirku­ lære, og ikke elliptiske, baner for planetene, noe som gjorde hans teori like uhåndterlig som teorien den skulle erstatte.

Tycho Brahe Den neste viktige skikkelsen var den danske astro­ nomen Tycho Brahe (1546-1601), en av de mest fargerike personer i vitenskapens historie. Som stu­ dent utkjempet han en duell og mistet det meste av nesen, som han erstattet med "gull, sølv og voks". Han ble interessert i astronomi da han ob­ serverte en solformørkelse i 1560. Med støtte fra det danske kongehus bygde han senere et obser­ vatorium på øya Ven i Øresund. Han hadde ingen teleskoper, idet dette instrumentet ennå ikke var oppfunnet, men måleinstrumentene hans var de beste som den gang fantes. Fra 1576 til 1596 laget han et meget nøyaktig stjernekart samtidig som han målte planetenes bevegelser med en bemer­ kelsesverdig nøyaktighet. Han var særlig opptatt av å observere Mars, noe som senere skulle vise seg å være et meget lykkelig valg fordi Mars har en mer langstrakt bane enn Jorden og Venus. Brahe innså at det ptolemeiske systemet rett og slett var ubrukelig. Likevel trodde han ikke Jorden beveget seg. Han laget et system som var et slags kompromiss ved at planetene beveget seg rundt Solen, mens Solen beveget seg rundt Jor­ den. Da Brahe døde, overtok hans assistent, Jo­ hannes Kepler, hele Brahes observasjonsmateriale.

A Brahes observatorium på Ven, hvor han gjorde sine viktigste observasjoner. Observatoriet ble aldri brukt mer etter at han forlot Danmark i 1597.

▼ Denne himmelglobusen var ett av instrumentene Brahe benyttet. Den ble brukt til å sikte inn og følge bevegelsene til både stjerner og planeter.

Observasjon og erkjennelse

▲ Et samtidig portrett av Galilei.

▼ Galileis tegninger til venstre viser Månens faser. Notatene og skissene til høyre ble gjort 28. januar 1613. De gjelder Neptun, som han trodde var en stjerne. (Neptun ble først oppdaget i 1846.)

Galileo Galilei Teleskopet ble oppfunnet i Nederland i 1608. Gali­ leo Galilei (1564-1642) var professor i matematikk ved universitetet i Padova da nyheten nådde dit, og laget seg et teleskop. De første observasjonene vinteren 1609-1610 førte til en rekke oppsiktsvek­ kende oppdagelser. Galilei så fjell på Månen og de fire store månene rundt Jupiter (som ofte kalles de galileiske måner etter Galilei). Alt han så bekref­ tet hans tro på at Solen er solsystemets midt­ punkt. Månene rundt Jupiter var særlig viktige fordi det ikke kunne være noen som helst tvil om at de gikk i baner rundt Jupiter. Dermed måtte det i hvert fall være mer enn ett sentrum for bevegelse i planetsystemet. En annen viktig observasjon var fasene til Ve­ nus. Ifølge det ptolemeiske system kunne Venus umulig vise alle faser, slik som Månen. Likevel gjor­ de den det. Også dette bidro til å bekrefte at selv om Galilei ikke skulle ha rett, var det helt klart at Ptolemaios tok feil. Galilei offentliggjorde oppdagelsene sine I en bok, "Nuntius sidereus” ("Sendebud fra stjernene"), som ble godt mottatt selv om enkelte geistlige var skeptiske. Da Galilei dro til Poma i 1611, ble han hilst velkommen, både av kardinal Berberini, en gammel og innflytelsesrik venn, og paven. I mel­ lomtiden hadde han flyttet fra Venezia til Firenze og fått en fri forskerstilling i Pisa av storhertugen av Toscana. Dette viste seg å være et feiltrinn, miljøet i Firenze var langt mindre liberalt enn det hadde vært i Venezia.

▲ Disse to teleskopene som Galilei laget, har et synsfelt på 17 bueminutter. Det til venstre forstørrer 14 ganger, det til høyre 20 ganger.

Galileis teleskoper blir utslagsgivende

En av Galileis fiender, dominikaneren Tommaso Caccini, sendte Inkvisisjonen det han oppfattet som et klageskrift fra Galilei til hans venn Castelli. I Roma skrev kardinal Bellarmine at teorien om en Jord i bevegelse "...krenker vår hellige tro og gjør Bibelen usann". I 1616 grep pave Paul selv inn og ga gjennom Bellarmine Galilei ordre om å slutte å forfekte vranglæren om at Jorden beveger seg. Situasjonen endret seg da Galileis gamle venn kardinal Barberini ble pave Urban 8. Oppmuntret av dette skrev Galilei i 1630 et stort verk formet som en samtale mellom tre personer, Salvatio som forsvarer det kopernikanske system, Simplicio som imøtegår det og Sagredo som er nokså nøytral. Simplicio beskrives som så naiv at hele verket egentlig er et forsvar for teorien om en sentralt plassert Sol og en Jord i bevegelse. Galilei sendte manuskriptet til Roma hvor det ble lest av Inkvisisjonen og godkjent for offentliggjø­ ring. Det ble utgitt i februar 1632. Så brøt stormen løs. Pave Urban 8., som var svært ulik den gamle kardinal Berberini, konkluder­ te med at det var han som ble latterliggjort, at Sim­ plicio til og med forestilte ham. Den aldrende Galilei ble kalt tilbake til Borna, arrestert under en tydelig fabrikert anklage for kjetteri, stilt for retten og dømt. I juni 1633 ble Galilei tvunget til å avsverge teorien om at Jorden beveger seg rundt Solen. At han umiddelbart etter dommen skal ha mumlet: "men den beveger seg likevel", er en legende som er oppstått senere. Etter dette ble han holdt under oppsyn i sitt hjem resten av livet. ► Galilei konstruerte dette instrumentet for å beregne posisjone­ ne til Jupiters måner. De fire største månene er representert ved de nummererte sirklene. ▼ Disse notatene og skissene om Jupiter og dens fire største måner ble gjort av Galilei i desember 1612 og januar 1613.

'

7/

****

/

aX

«•X&.Awui

Jjr

Matematikk og universell lov Johannes Kepler Kepler (1571-1630) var en merkelig person og hør­ te til både i fortiden og den nære fremtid. Han var både en fremragende matematiker og en my­ stiker, og noen av teoriene hans virker i dag nokså merkelige. Særlig hadde han stor tro på de "fem regulære, faste legemer" som han mente kunne innpasses mellom planetbanene. Han praktiserte som astrolog, men det er uklart om han selv trod­ de på dette. Barndommen var ulykkelig. Faren var en doven, udugelig eventyret som til slutt forlot familien og forsvant, mens moren, som tydeligvis hadde et nokså skummelt utseende, en gang ble arrestert og anklaget for å ha bedrevet hekseri. I år 1600 ble Kepler assistent for Tycho Brahe ved dennes observatorium nær Praha. Da Brahe plutselig døde året etter, ble Kepler utnevnt til kei­ serlig matematiker av Rudolf 2. Kepler hadde stor tiltro til nøyaktigheten i Brahes observasjoner, men til tross for store bestrebel­ ser greide han ikke å forene dem med noen kjent teori for planetbevegelser. Han konsentrerte seg hovedsakelig om Mars og gjorde endelig den vikti­ ge oppdagelsen at planetbanene ikke er sirkler, men ellipser. Når først dette ble klart, stemte Brahes observasjoner aldeles glimrende. Selv om Kepler ikke ble forfulgt på samme måte som Galilei, levde han et ulykkelig liv. Han flyttet fra sted til sted og manglet alltid penger. ◄ En illustrasjon fra Keplers tid viser hvordan han mente enkelte faste legemer kunne tilpasses planetbanene. Kepler var overbevist om at denne teoretiske modellen var riktig, og så på den som den største av sine vitenskapelige oppdagelser. Teorien ble lansert i en bok han utga i 1596. Kopier av boken ble sendt både til Brahe og Galilei. Mens Brahes svar var oppmuntrende og berømmet Keplers matematiske evner, var Galileis mer høflig avmålt. Han skrev han gledet seg til å lese den.

▲ Keplers første lov viser at hver planet går rundt Solen i en ellipse med Solen (S) i det ene brennpunktet (F1). Summen av avstandene fra to faste punkter (F1, F2), er konstant. P er perihel, A aphel, C sentrum, AP store akse og CA=CP store halvakse.

▲ Ifølge Keplers annen lov sveiper radiusvektor (linjen mellom Sol og planet) over like arealer i like tidsrom. Diagrammet viser en planets bevegelse i tre like lange tidsrom. De skyggelagte områdene er like fordi planeten beveger seg raskest nær Solen.

◄ Kepler formulerte de tre lovene for planetbevegelser. De to første kom i 1609 og den tredje i 1618. Sammen dannet de grunnlaget for alt senere arbeid. De gjelder for ethvert lite legeme som beveger seg i gravitasjonsfeltet til et mer massivt legeme.

► Keplers tredje lov viser at jo lenger en planet er fra Solen, jo lenger tar det å fullføre ett omløp, og det er é'n nøye sammenheng mellom disse to størrelsene. Kvadratet av omløpstiden er direkte proporsjonalt med kubikken av planetens gjennomsnittlige avstand fra Solen.

Kepler og Newton forklarer bevegelsene i Solsystemet ► På dette bildet er Isaac Newton 46 år og har nylig utgitt "Principia”. Hans storhet ble anerkjent både av andre forskere, som valgte ham til president i Royal Society i 1703, og av England, hvor han ble adlet i 1705. Like før sin død oppsummerte han livet sitt slik: ”Jeg kan sammenlignes med et lite barn som leker på stranden, og som gleder seg over at det av og til finner en stein som er glattere eller et skjell som er vakrere enn de andre, mens foran det ligger Sannhetens uoppdagete osean.”

4 Newtons diagram viser hva som skjer med legemer som kastes ut fra stor høyde med ulike hastigheter. Loven som bestemmer farten til legemene som faller på bakken, styrer også planetenes bevegelser.

Sir Isaac Newton Isaac Newton (1642-1727) ble født samme år som Galilei døde, i landsbyen Woolsthorpe i Lincolnshire. Han viste tidlig at han hadde anlegg for mate­ matikk og ble student ved universitetet i Cambrid­ ge. Da England ble hjemsøkt av pest, dro han tilba­ ke til Woolsthorpe og la der grunnlaget for mange av sine senere arbeider. (Historien om eplet som falt fra et tre er muligens sann.) Det var også i Woolsthorpe Newton sendte lys gjennom et prisme slik at lyset ble delt opp i alle regnbuens farger. Etter at epidemien hadde gitt seg, vendte New­ ton tilbake til Cambridge, og i 1671 demonstrerte han historiens første reflektorteleskop i Royal Soci­ ety, som nettopp var dannet. I 1687 kom så det banebrytende verket "Princi­ pia". Her presenterer han blant annet sin teori for gravitasjon - at alle legemer i universet tiltrekker hverandre med en kraft som øker med deres mas­ ser og avtar med kvadratet av avstanden mellom dem. Gravitasjonskraften, F, mellom to legemer med masser m, og m2 er gitt ved:

F _ G rr^ m2 r2 hvor G er gravitasjonskonstanten og r er avstan­ den mellom de to legemene. Newton viste at den samme kraften som bestemmer hvordan epler fal­ ler, også bestemmer banen til Månen og alle plane­ tene som går rundt Solen. Newtons vitenskapelige innsats stoppet ikke i 1687. Han forsket videre og ga i 1704 ut et stort verk om optikk. Det er imidlertid "Principia" som har gjort hans navn udødelig.

◄ Denne skissen av Newtons reflektor tilhører Royal Society. Den viser selve teleskopet, og innfelt er vist hvordan en værhane ser ut gjennom det (A) og gjennom en 65 cm lang refraktor (B).

14 Syv av de ni kjente planetene i solsystemet er omgitt av måner


o I

o CO LO CM

-

1

1

1

1

8

o co LO CM O) CO

r—

c g1 CO

Densitet (vann = 1)

Venus

23.44

Jorden

1

Masse (kg )

_____________________

Måner

Merkur

10 30

Inklinasjon til ekliptikken Siderisk om ­ løpstid (døan) Diameter ved ekvator (km ) Diameter mellom polene (km) Rotasjonstid ved ekvator

Eksentrisitet

Middelavstand (AU) Middelavstand (millioner km)

Planeter

•

23.59

Månen

Phobos De i mos

Mars

O) 00 O) r-

CM

CM

CD

CO

O> O O

7 ,9 6

o