Svar:
Energin kommer från bindningenergin. En massa som faller ner i ett svart hål binds av gravitationsfältet på samma sätt som en elektron binds i en atom. Elektronen skickar ut ljus när den övergår till lägre tillstånd. Det kan även infallande materia i ett svart hål göra genom kollisioner och uppvärmning, men en massa som rör sig snabbt kan även sända ut gravitationsvågor.

Den energi som sänds ut som elektromagnetisk strålning eller gravitationsvågor är förlorad, så massan av det kompakta objektet minskar med detta belopp. Låt oss titta lite närmare på energiförhållandena.

Klassiskt (Newton) är flykthastigheten från en massa M med radien R är lika med ljushastigheten c när

R = R_S = 2GM/c²

(flykthastigheten är v = (2GM/r)^1/2, se fråga [3782]).
Gravitationell bindningsenergi för en massa m vid ytan (kallas händelsehorisonten eller Schwarzschild-radien) av ett svart hål blir då

GMm/R_S = mc²/2

vilket är exakt halva vilomassan mc². Om man i stället använder den allmänna relativitetsteorin (vilket vi självklart måste göra) blir uttrycket för händelsehorisonten oförändrad men den gravitationella bindningsenergin blir lika med vilomassan mc².

Hur skall vi tolka detta? Om vi låter en massa m falla ner i ett svart hål kan vi frigöra maximalt energin mc²/2. Resten kommer att försvinna som rödförskjutning. Ett svart hål är alltså en mycket effektiv energikälla - fusion frigör t.ex. bara någon procent av vilomassan. Detta är orsaken till att man tror att de mest energetiska objekten vi känner till, t.ex. kvasarer, är svarta hål. Om energin frigöres när massan är vid händelsehorisonten blir rödskiftet oändligt, och ingen energi slipper ut. Om vi emellertid låter energin stråla ut när massan är på väg ner, så kan en del av energin slippa ut - maximalt mc²/2.

Länk 1 innehåller information från en expert på området. Länk 2 är en användbar formelsamling för svarta hål. Se även Black_hole och Supermassive_black_hole.
/Peter E 2005-12-16

Svar:
I vissa sammanhang kan det vara av värde att ha en sammanställning på frågor/svar inom ett visst ämnesområde.
Här är länkar till nyckelord som har med astronomi/astrofysik och rymdfart att göra:

Astronomi/astrofysik

aberration

astrobiologi

astrologi

Big Bang

blå himmel

dagens längd

dagjämning

exoplaneter

galax

gamma ray burst

geodesi/gravimetri

gravitationsvågor

gravitationslins

gregorianska kalendern

grundämnen, bildandet av

HR-diagram

hägring

istider

jordens inre

jordens magnetfält

Keplers lagar

komet

kosmisk bakgrundsstrålning

kosmologi

kvasar

Lagrange-punkt

latitud/longitud

liv i universum

livets uppkomst

Mars

mass-luminositetsrelation

meteorit

Milankovitch cykler

månens bana

månens synbara storlek

mörk energi

mörk materia

neutronstjärna

Newtons gravitationslag

norrsken

nova

Olbers paradox

parallaxmetoden

Plancks strålningslag

planet

planeters atmosfär

planeters form

radioaktiv datering

radioteleskop

regnbåge

rödförskjutning

Saturnus´ ringar

SETI

solen, avstånd till

solaktivitet

solarkonstanten

solens energiproduktion

solens utveckling

solförmörkelse

solsystemet

solsystemet, avstånd

solsystemets bildande

stjärnhimlen

stjärnors utveckling

supernova

svart hål

teleskop

tidsekvation

tidvatten

universums expansion

Venus

vulkanism

växthuseffekten

årstider

Länkar: Cambridge Cosmology, Encyclopedia of Astronomy and Astrophysics,
The Solar System in Pictures, Planetary Fact Sheets, Planetary Photojournal, Sky View Café,
Nyhetsblogg för astronomi

Rymdfart

flykthastighet

geostationär satellit

gravity assist

Internationella rymdstationen

månfärder

raketekvationen

raketmotor

rymdfärder

tvillingparadoxen

tyngdlöshet
/Peter E 2006-01-13

Svar:
Anna-Märta! Egentligen vet man inte det - genom direkta mätningar. Vad man helst vill ha är en sten som innehåller en radioaktiv isotop. Genom att mäta hur mycket det finns kvar av isotopen och hur mycket det finns av dotterprodukten (som är ett annat grundämne), kan man med kännedom av isotopens halveringstid räkna ut när stenen bildades, se radioaktiv datering. Nu finns det inga bergarter bevarade från jordens skapelse, så man får använda lite mer indirekta metoder.

Men man vet ganska väl hur solsystemet bildades, se solsystemets bildande, så man kan dra den slutsatsen. De äldsta bergarterna av jordiskt urspung är knappt 4 miljarder år gamla, men man har hittat meteoriter som är 4.6 miljarder år gamla. På månen har man hittat bergarter som är 4.4-4.5 miljarder år gamla.

Eftersom man är ganska säker på att solsystemet bildades under en ganska kort tidsrymd, kan vi ta meteoriternas ålder som en datering av jorden. Man kan även mäta isotopförhållanden i bly, se nedanstående bild från länk 1. Vi kan inte gå in i detalj på hur mätningarna går till (bra information finns under nedanstående länkar), men som vi ser får man fram ett värde, 4.55 Ga (giga-annum = miljarder år), som är konsistent med dateringarna av månbergarter och meteoriter.

För detaljer om hur åldersbestämningen går till se bra artiklar i Wikipedia (Radiometrisk_datering). Se även den utmärkta artikeln The Age of the Earth och länk 1 (båda på engelska). Länk 2 från Naturhistoriska riksmuséet behandlar radioaktiv datering generellt.

/Peter E 2006-01-27

Svar:
Artikeln i Aftonbladet, länk 1, säger inte så mycket så vi får gå till lite mer professionella (åtminstone när det gäller vetenskap) källor: Icy exoplanet brings astronomers closer to home (physorg.com) och orginalartikeln i Nature, länk 2 (tyvärr endast tillgänglig för prenumeranter).

En exoplanet är en planet som cirklar kring en annan stjärna än solen. Man har för närvarande (30 januari 2006) upptäckt 159 exoplaneter, de flesta med spektroskopiska metoder.

Planeten upptäcktes med vad som kallas en gravitationslins. Det går så till att man i ett stort nätverk av flera observatorier (The Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE)) kontinuerligt fotograferar ett rikt stjärnfält. Bilderna analyseras automatiskt, och om man upptäcker att en stjärnas ljusstyrka ändras (man filtrerar bort variabla stjärnor vars verkliga ljusstyrka ändras), så ger man en varning till nätverket.




Gravitationslins


Anledningen till ändringen i ljusstyrka kan vara att en annan svag och normalt osynlig stjärna (i bilden ovan markerad med termen MACHO) passerat precis mellan oss och den avlägsna stjärnan. Ljuset från den senare kommer då att förstärkas (precis som av en vanlig lins) eftersom gravitationen från den mellanliggande stjärnan fokuserar ljuset. Man får en mycket karakteristik ljuskurva, se bilden nedan.




Signal i blått och rött


Kurvan har dels en karakteristisk form och dels påverkas alla färger exakt lika så att förhållandet (nedersta delen) är inom osäkerheten lika med 1.

Man har upptäckt massor av gravitationslinsande stjärnor, men det intressanta med det aktuella fallet (se bilden nedan) är den lilla extratoppen som finns på högersidan av huvudtoppen. Denna extratopp tolkar man som en planet som rör sig kring den mellanliggande stjärnan.




OGLE-2005-BLG-390Lb


Planeten med det inspirerande namnet OGLE-2005-BLG-390Lb har 5 gånger jordens massa och cirklar kring sin M-typ dvärgstjärna på c:a 10 år. Det intressanta med planeten är inte att den är särskilt lovande som möjlig planet som kan innehålla liv (yttemperaturen är c:a 50 K, alltså mycket lägre än jordens c:a 290 K), utan att upptäckten av planetsystem av denna typ kan bekräfta våra idéer om hur planetsystem uppkommer.

Jag bedömer data som mycket övertygande (se figuren ovan från artikeln i Nature) och metoden gravitationslinsning kan säkert vara av stort värde i framtiden eftersom man kan se andra planeter än tunga planeter nära sin stjärna (s.k. hot jupiters) som man upptäckt genom att mäta förskjutningar i stjärnors spektra. För allmän information om exoplaneter se
  The Extrasolar Planets Encyclopaedia

  California & Carnegie Planet Search

  Extrasolar visions

  Planet Quest
/Peter E 2006-01-30

Svar:
Hej MsPluto!

1. Man kan observera stjärnor på alla stadier av utveckling, inklusive stjärnor som håller på att bildas, se stjärnors utveckling och solsystemets bildande.

2. En vit dvärg är en normalstor stjärna som kollapsat till en mycket liten storlek efter att den gjort slut på sitt kärnbränsle. En typisk vit dvärg har en radie som är 1 procent av solens, men den har grovt räknat samma massa.

När vätet i centrum tar slut fortsätter förbränningen i ett skal runt stjärnan. Stjärnan blir då en röd jättestjärna. När bränslet i skalet tar slut komprimeras kärnan ytterligare och förbränning av helium till kol börjar. Mot slutet av denna process expanderar yttre delen av stjärnan och bildar en planetarisk nebulosa, kärnan blir en vit dvärg. Bilden nedan visar ett sådant system som kallas 'Cats Eye nebula'. Se vidare White_dwarfFormation, länk 1 och 2.

3. Kunskapen om fusionsprocessen är mycket god. Antagandet förklarar alla observationer, bl.a. att heliumförekomsten är högre är de 24% som fanns efter big bang i gas som funnits i en stjärna.

4. Genom observationer av stjärnor av olika typ samt modellberäkningar av utvecklingen. Detta senare är mycket viktigt.

5. Sjärnor som har mycket av tunga grundämnen (nya stjärnor) har mycket oftare planetsystem än stjärnor som innehåller lite av tunga grundämnen. Med tunga grundämnen menar vi ämnen tyngre än helium. En gas bestående av enbart väte och helium kan inte bilda planeter - det behövs även ämnen som kondenseras ("klibbar"). Vatten (H₂O) är säkert viktigt dels beroende på dess egenskaper och dels eftersom syre är det ämne det finns mest av med undantag för väte och helium. Se vidare exoplaneter.

Mer om stjärnutveckling: Stellar_evolution.

/Peter E 2006-02-09

Svar:
Johanna! Många planeter har atmosfär! Av huvudplaneterna har Venus, jorden, Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus och Neptunus vad man kan kalla atmosfär. Dessutom har saturnusmånen Titan en ganska tät atmosfär. Bilden nedan är en filmsekvens som visar rörelserna i Jupiters atmosfär. Filmen är sammansatt av en serie bilder tagna av sonden Cassini. Hastigheten har ökats drygt 200000 gånger, förloppet som visas är cirka 10 dygn.

Det är framför allt två saker som bestämmer om en planet eller måne har atmosfär: planetens massa och förekomsten av ett magnetfält.

Om massan är stor kan molekylerna som utgör atmosfären inte "rymma" - den s.k. flykthastigheten (se flykthastighet) är mycket större än molekylernas hastighet.

Vi kan få en uppskattning av molekylernas hastighet genom att sätta uttrycket för rörelseenergi lika med medelenergin för molekylerna i en gas:

(1/2)mv² = (3/2)kT

Här är m molekylens massa, v dess medelhastighet (egentligen kvadratiska), k Bolzmanns konstant 1.38×10^&8722;23 J/K (se Boltzmann_constant) och T den absoluta temperaturen.

Vi får

v = sqrt(3kT/m)

För en molekyl med molekylvikten M får vi

v = sqrt(31.38×10^&8722;23T/(M1.6610^-27)) = 158sqrt(T/M)

För absoluta temperaturen 300 K får vi för syrgas

158sqrt(300/32) = 484 m/s

och för vätgas

158sqrt(300/2) = 1935 m/s

Flykthastigheten från t.ex. månens yta är 2.4 km/s (se Escape_velocity). Eftersom det även för en medelhastighet på 484 m/s finns många molekyler med t.o.m. 5 gånger denna hastighet, har den atmosfär som eventuellt funnits kring månen sedan länge försvunnit ut i rymden. Se vidare Maxwell_distribution.

Ett magnetfält är bra på att skydda en atmosfär från den s.k. solvinden. Denna består av mycket energirika laddade partiklar som skickas ut av solen. Ett magnetfält tvingar dessa partiklar till de magnetiska polerna där de orsakar norrsken. Utan magnetfält kan solvinden obehindrat "slita loss" molekyler från atmosfären.

Mars har en ganska tunn atmosfär (c:a 1/100 av trycket på jorden), och det beror på att Mars har ganska liten massa (flykthastigheten är 5.0 km/s) och inget magnetfält.

Planeternas rotation kommer från den roterande skiva ur vilken solen och planeterna bildades, se fråga 13042. Om inget stoppar denna rotation kommer den att fortsätta: det behövs en kraft för att bromsa upp jorden. Denna kraft finns faktiskt, se fråga 13056. Du är van vid att allt som rör sig eller roterar till sist stoppas upp om det inte drivs av en motor. Det beror på att det normalt finns en friktionskraft som orsakar uppbromsningen. Utan friktion fortsätter all rörelse och rotation enligt Newtons första rörelselag: En kropp förblir i vila eller likformig rörelse om inte krafter tvingar den att ändra detta tillstånd.

/Peter E 2006-02-28

Svar:
Hej Monica!

Jag har inte läst artikeln i "Teknik och Vetenskap" men hittade en notis om originalartikeln, länk 1. Det som står där är mycket sensationellt. Om den mörka materien är vanlig materia (atomer med elektroner) så är 10000 K alldeles för varmt! Det är varmare än solytan, och solen är inte mörk! (Vad gäller temperaturstrålning finns en del i frågelådan, se temperaturstrålning.)

Slutsatsen blir i så fall att den mörka materien troligen består av en ny klass av partiklar som kallas WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles). Tidigare har man trott att dessa partiklar rörde sig mycket långsamt (mm/s), men om dessa resultat (9 km/s) är korrekta får man ändra uppfattning.

Nature-artikeln, länk 2 nedan (tyvärr endast tillgänglig för prenumeranter) och BBC-artikeln (länk i länk 1) gör det hela mycket klarare. Ledaren för arbetet, Gerry Gilmore, Cambridge University, UK, intervjuas av både Natures och BBCs journalister.

För det första antar man att det som utgör den mörka materinen inte växelverkar med ljus, dvs det strålar inte även om det rör sig snabbt och kolliderar. Detta är fullt möjligt fysikaliskt om man har en oladdad partikel som bara har ett grundtillstånd. Då skulle alla kollisioner vara elastiska, och inget ljus skulle skickas ut.

Man har upptäckt att den mörka materien tycks förekomma i "boxar" med en viss storlek (c:a 1000 ljusår) som man kallar "magisk volym". Man kan, om man vet boxens storlek och massa (som man bestämmer genom att mäta stjärnors röreler), räkna ut partiklarnas medelhastighet. Om partiklarna hade mycket lägre hastighet skulle gravitationen samla dem i en klump, om de hade mycket större hastighet skulle boxen lösas upp genom att partiklarna flydde.

Mätningarna har gjorts med teleskopgruppen VLT i Chile, se bilden nedan. Man har mätt stjärnrörelser i 12 dvärggalaxer som är satelliter till Vintergatan. Från rörelsen kan man räkna ut massan och om man subraherar den synliga massan (sjärnorna) får man fram mängden mörk materia.

Ett annat resutat man fått fram är att vintergatan har mycket större massa än man tidigare trott - den är större än andromedagalaxen M31 som man tidigare trott var den största in vår lokala lilla galaxhop.

Om den mörka materien består av WIMPS bör man kunna detektera dem med hjälp av stora scinillationsdetektorer som man bygger i djupa gruvor (för att elimenera den kosmiska strålningen av vanliga partiklar). Om WIMPsen rör sig med så höga hastigheter som 9 km/s bör det rimligen vara enklare att detektera dem.

Ett preprint till originalartikeln (allvarlig svårighetsvarning!) finns här: The mass of dwarf spheroidal galaxies and the missing satellite problem (artikeln är ännu inte publicerad). Artikeln innehåller dock nästan inget av de sensationella slutsatser som dras i intervjuerna i BBC- och Nature-artiklarna, så ännu en gång varning! Resultaten kan vara epokgörande, men de kan även vara fel eller övertolkade.

Avslutande kommentarer

Sådana här "halvvarma" WIMPs skulle kunna bättre förklara avsaknaden av tusentals små, massiva dvärggalaxer nära vintergatan.

Vad jag inte förstår riktigt är hur man kan räkna ut temperaturen från medelhastigheten utan att veta partiklarnas massa, se ekvation (1) i fråga [20164].

/Peter E 2006-03-15

Svar:
Den Internationella Astronomiska Unionen (IAU) bestämde vi sitt möte i Prag i augusti 2006 att Pluto inte skall kallas planet utan den skall vara en medlem i en ny grupp som kallas dvärgplaneter, se länk 1 och 2.

Den nya definitionen av begreppet planet lyder:

In the solar system, a planet is a celestial body that:

1 is in orbit around the Sun

2 has sufficient mass so that it assumes a hydrostatic equilibrium (nearly round) shape, and

3 has "cleared the neighborhood" around its orbit.

A non-satellite body fulfilling only the first two of these criteria is classified as a "dwarf planet", whilst a non-satellite body fulfilling only the first criterion is termed a "small solar system body" (SSSB).

En planet i solsystemet (observera att man säger inget om planeter kring andra stjärnor och inget om "nästan sjärnor", s.k. bruna dvärgar) skall uppfylla tre kriterier:

1 gå i en bana kring solen

2 har tillräckligt stor massa för att dess egen tyngdkraft vinner över fastkroppskrafter så att den antar en rund form som tyder på hydrostatisk jämvikt (se planeters form)

3 dominera sin omgivning gravitationsmässigt så att den rensat ut andra himlakroppar i liknande banor

Den nya definitionen är fortfarande kontroversiell dels på grund av traditionalister och dels för att den innehåller svagheter i formuleringen. Även astrologer har protesterat, men det har man rätterligen inte tagit hänsyn till :-).

Å andra sidan skulle vi med den traditionella (vaga) definitionen kunna få en massa nya planeter utanför Neptunus´ bana. Bilden nedan visar det "nya" solsystemet med 8 planeter och hittills 3 dvärgplaneter. Övriga objekt (kometer, småplaneter m.m.) kallas alltså SSSB, eller i fri översättning små solsystemshimlakroppar.

Beslutet är ganska förvånande, eftersom det bara några dagar tidigare var föreslaget att inte ta med villkor 3. Detta skulle ha inneburit att Pluto hade behållit planetstatus och att även de övriga dvärgplaneterna blivit planeter.

Detta att i princip alla astronomer i direkt omröstning kan avgöra sådana här frågor är såvitt jag vet unikt för astronomerna. I fysik och kemi har man speciella kommittéer som är utsedda för att t.ex. namnge grundämnen. IAU har naturligtvis kommittéer också, t.ex. för att namge atronomiska objekt, men besluten tas alltid i generalförsamlingen. De flesta besluten är okontroversiella och tas i klump med ett klubbslag. Ibland är besluten emellertid kontroversiella, och man får en livlig debatt och långa nattmanglingar i kommittéerna för att omformulera förslagen.

I det aktuella fallet i Prag röstade 424 av konferensens deltagande 2700 (de flesta hade redan rest hem). Det finns c:a 9000 professionella astronomer som är medlemmar i IAU, så det var en liten procent som röstade.

/Peter E 2006-08-30

Svar:
Hej Johanna! I princip finns tekniken redan, det är mer en fråga om pengar och prioriteringar (att bestämma vad som är viktigast) mellan bemannad och obemannad utforskning.

Just nu pågår en mycket omfattande utforskning av Mars både med landare (s.k. "rovers" som kör omkring på ytan, se länk 1) och satelliter som kretsar runt Mars. Nästa steg om några år blir att skicka iväg en landare som även kan återvända till jorden med prover som kan analyseras. Det viktigaste man vill veta är om det tidigare funnits liv på Mars.

NASA har planer att bygga en permanent bemannad månstation till 2020 och denna skulle kunna användas som en språngbräda för en marsexpedition. När en sådan bemannad färd kommer att ske är svårt att veta eftersom den ännu inte finns någon tidsplanering och därmed inga pengar - det kommer att bli mycket dyrt! Min gissning är någon gång omkring 2030.

Se länk 2 för mer information om planer för bemannade och obemannade rymdfärder (speciellt länken Moon, Mars and Beyond med Neil Armstrong). Vad gäller historia om rymdfart, se den omfattande sajten Encyclopedia Astronautica.
/Peter E 2006-10-18

Svar:
En extrasolär planet, eller exoplanet, är en planet som befinner sig utanför vårt eget solsystem.
(Definition av planet finns i fråga [14788].)

Det finns mycket information på webben om detta ämne. Börja med att titta på Extrasolar planet (Wikipedia) och länkar i tidigare svar om exoplaneter.

1 Figuren nedan visar upptäckta planeter och nuvarande och framtida begränsningar. På den horisontella axeln finns avståndet till stjärnan och på den vertikala planetens massa. Som synes är de flesta upptäckta planeterna stora som är nära sin stjärna - s.k. hot jupiters. Detta har säkert mer med nuvarande begränsningar i sättet att finna planeterna än vad som i själva verket finns. Planeterna i vårt solsystem är inplottade i diagrammet (stora blå punkter med en bokstav i). Som synes är Jupiter den enda planeten som skulle kunna detekteras med nuvarande metoder.

2 och 3. Eftersom man inte kan observera planeterna direkt med nuvarande metoder, så kan man endast bestämma planeternas avstånd till stjärnan och massa. Med nästa generation instrument, t.ex. Kepler mission, kommer man att kunna studera jordlika planeter, se begränsningslinjen längst ner i diagrammet.

För några förmörkelse-planeter har man kunnat observera absorptionslinjer, men för att kunna studera planeter i detalj och observera signaturer på liv (syre är en sådan indikator), måste vi vänta några år tills Kepler (se ovan) har skickats upp. Methods_of_detecting_exoplanets beskriver metoder att upptäcka exoplaneter. Länk 1 är en databas med alla kända exoplaneter (3672, 11 oktober 2017). Länk 2 är en ny (2020) upptäckt av fem (eventuellt sex) exoplaneter i resonans.

Bilden: Courtesy NASA/JPL-Caltech från Extrasolar planet (Wikipedia).

/Peter E 2006-10-24