Den vulkaniskt aktiva Jupitermånen Io har utforskats

Jupiters måne Io är känd för framförallt en sak: Den är solsystemets i särklass mest vulkaniskt aktiva himlakropp. Io har hundratals aktiva vulkaner och är stundtals ett inferno av våldsamma vulkanutbrott. Forskarna tror att den kraftiga gravitationella påverkan från Jupiter är grundorsaken till att Io är så orolig. Av de fyra galileiska månarna så är Io den som kretsar närmast Jupiter.

Det är dock fortfarande mycket som är okänt om vulkanismen på Io. En grupp forskare har därför studerat denna måne lite mer ingående med hjälp av jordbaserade teleskop men har också tittat på de data som rymdsonderna Voyager och Galileo har samlat in. Resultat av forskningen presenterades på planetkonferensen i Reno, USA i veckan som gått.

De båda Voyagersonderna passerade Jupiter och dess månar 1979. Det var första gången som Io:s vulkanism observerades mer detaljerat. Galileosonden studerade under närmare åtta års tid, mellan 1995 och 2003, Jupitersystemet och tog en rad fina bilder av bl a Io. På bilderna ser man en ganska slät månyta, med få tydliga kratrar, vilket skiljer sig från de flesta andra himlakroppar. Ständiga lavaströmmar bidrar till att släta ut ytan på Io.

Rymdsonden Galileos bild av Io från 1999 (Bildkälla: NASA)

Io, som är en av solsystemets största månar,med en diameter på över 3.600 kilometer, upptäcktes av Galileo Galilei år 1610. Io, liksom de tre andra galileiska månarna Europa, Ganymedes och Callisto, kan faktiskt ses med en hyfsat bra kikare som små ljusprickar vid sidan av Jupiter. Rymdsonden Galileo, som kretsade 34 varv runt Jupiter och hann studera Io ganska ingående, observerade en mycket kraftig vulkanisk aktivitet på Io, som ständigt omformar månens yta. Observationerna visade också att vulkanutbrotten är långlivade och så kraftiga att rökmoln från vulkaner kan nå drygt 200 kilometers höjd från månytan. Utbrotten på Io skiljer sig från vulkanutbrotten på jorden och liknar mer gejsereruptioner. De lavaströmmar som utbrotten åstadkommer är avsevärt mer omfattande än de på jorden. Forskarna tror att de kan likna vulkanutbrotten som förekom på jorden för mer 3 miljarder år sedan. Rymdsonden Galileos mätningar av Jupiters magnetfält visade att Io påverkas av mycket kraftig elektrisk ström. Rymdsondens undersökningar visade också att Io eventuellt genererar ett eget magnetfält. Observationerna antyder att månen har en stor järnkärna.

Forskare vid NASA:s SETI Institute, under ledning av Frank Marchis, har med hjälp av flera av världens mest kraftfulla teleskop teleskop studerat Io:s vulkanutbrott. Det visar sig att enskilda utbrott kan vara i mer än ett år. Vulkaner har återkommande utbrott som tyder på att deras magmakammare successivt fylls på tills det smäller igen. De två, tre senaste åren har det dock inte varit några riktigt kraftiga utbrott. Orsaken till det vet man inte. Överhuvudtaget saknar vi fortfarande kunskaper om de processer som förorsakar alla dessa utbrott på Io. Möjligen kan rymdsonderna Juno och JUICE så småningom ge mer kunskap om det hela.

Bilden nedan visar observationer av ett flertal nya, ljusstarka vulkanutbrott.

(Bildkälla: F. Marchis)

 

Ibland är det en tunn skiljelinje mellan vetenskap och konst!

Vetenskap kan vara vackert! Ibland är skiljelinjen mellan vetenskap och konst väldigt tunn. Kolla bara på den här vackra NASA-videon på solen! Det är rymdsonden SDO som skapat denna "art video". Nästan poetiskt vackert!

(Källa: NASA)

En mängd nya intressanta forskningsrön om exoplaneter

På den amerikanska planetkonferensen i Reno har en hel del intressanta nyheter om exoplaneter presenterats. Jag har skrivit under veckan som gått skrivit några artiklar om de mer spektakulära fynden. Jag skrev också ett inlägg här i bloggen förra veckan från den europeiska planetkonferensen. Läs dessa artiklar, och senaste nytt i största allmänhet, under rubriken Exoplaneter HÄR. Det är just nu en snabb kunskapsutveckling kring exoplaneter. En stor mängd, i mitt tycke, intressanta nyheter presenterades i Reno. Jag har studerat alla abstract och försökt hitta ytterligare information på nätet från konferensen. Det är inte helt enkelt att utläsa allt ur dessa korta textstycken, men jag hoppas att jag förstått det hela någotsånär rätt.

• Det finns planetsystem som är extremt kompakta. Det mest extrema exemplet på det är KOI-500 som har hela fem planeter i omloppsbanor betydligt närmare stjärnan än avståndet mellan Merkurius och solen. Om man tänker sig vårt solsystem och packar in fem planeter som alla kretsar ett varv runt solen på bara några dagar så får man KOI-500-systemet. Årets längd (dvs omloppstiden runt stjärnan) är för de fem planeterna ca 1, 3, 5, 7 resp. 9 dagar! Trots det är samtliga planeter något större än jorden. De har en diameter på mellan 1,3 och 2,6 gånger jordens. Stjärnan de kretsar kring är ganska lik solen i storlek. Om man hade kunnat stå på en av KOI-500-planeterna (vilket man förstås inte kan) så hade man kunnat skåda fantastiska planetpassager stup i kvarten! KOI-500-systemet är ca 1.100 ljusår bort. Forskarna tror att planeterna ursprungligen har bildats längre ut i stjärnsystemet och sedan successivt migrerat inåt och närmare stjärnan. Det man kan fundera på är varför jorden inte drabbats av detta öde. Kan Jupiter, och kanske också de övriga stora planeterna i solsystemet, månne ha en stabiliserande roll i vårt solsystem?

Illustration av ett multiplanetsystem (Bildkälla: NASA)

• Ett flertal föredrag på konferensen handlar just om planeters förflyttningar inåt eller utåt i ett planetsystem. Om en planet tappar massa, t.ex genom att den kretsar alltför nära sin stjärna, eller börjar migrera inåt eller utåt i planetsystemet påverkar det hela planetsystemets dynamik. Även andra planeter kan då börja röra på sig. Planeter som kretsar nära sina stjärnor förlorar lätt sin atmosfär av den solvind som de utsätts för. De tenderar också att successivt tappa massa. Överhuvudtaget är gravitationskrafternas påverkan mellan stjärna, planeter och månar komplicerad. Planeters och månars sammansättning påverkar i hög grad hur de påverkas av andra himlakroppar. De magnetfält som kan uppstå och de tidvatteneffekter som planeter och månar utsätter andra himlakroppar för påverkar hela planetsystemets stabilitet. Planetsystem är känsliga saker. För att liv ska kunna bestå på en planet krävs stabila förhållanden under en längre period. Det kan tänkas vara så att det är ytterligt få system som är så stabila som vårt solsystem.

• Planeter kring bruna dvärgar skapas oftast mycket nära stjärnan. Om flera planeter finns kring sådana stjärnor påverkar de lätt varandra och riskerar att destabilisera hela systemet. Det kan sluta med att planeter kraschar in i stjärnan.

• Studier av data från Keplerteleskopet visar att de flesta planetsystem är platta som pannkakor. Planeterna kretsar i regel i samma plan runt en stjärna. Variationen i inklination (omloppsbanans lutning) är mycket liten. De liknar därmed solsystemet, där alla planeter, förutom Merkurius, ligger i princip i samma plan.

Platt diskformat gasmoln ur vilka planeter bildas (Bildkälla: NASA)

• Studier av planetsystem kring dubbelstjärnor visar att "den andra" stjärnan inte påverkar den beboeliga zonen kring "den första" stjärnan särskilt mycket om stjärnorna är av samma typ och storlek. Om storlek och spektralklass är olika och om dessutom stjärnorna ligger nära varandra kan påverkan vara så stor att den beboeliga zonen kraftigt minskar i storlek.

• Ett flertal studier pågår kring jordliknande planeters atmosfärer och vad som gör att de är stabila under en längre period. Det handlar bl a om att planeterna lyckas binda växthusgaser och förhindra att vatten förångas så att en accelererande växthuseffekt uppstår som innebär att planeten blir allt hetare (typ Venus). Även motsatsen kan inträffa, dvs att den blir en "snöbollsplanet" och sakta kyls ner så att eventuellt vatten fryser till is över stora delar av planetytan. Det kan ha hänt minst ett par gånger i jordens historia. Det tycks vara en rad faktorer som påverkar en planets klimat, såsom skillnaden mellan pol- och ekvatortemperaturen, luftfuktighetens variation och luftcirkulation, vattencirkulation m.m. Även planetens rotationshastighet, massa, spridning av värme från stjärnan m.m har betydelse. Det är inte lätt att få idealiska förhållanden för liv på en planet! 

• Under de drygt 3,5 åren som Keplerteleskopet varit i rymden har den genomfört över 8,5 miljoner ljusmätningar på ca 200.000 stjärnor. Instrumenten på Kepler är oerhört känsliga och kan identifiera ytterligt små variationer i det ljus som stjärnan sänder ut, ända ner till 84 miljondelar! Förutom exoplaneter upptäcker Kepler dubbelstjärnesystem som man tidigare inte kände till. Alla dessa observationer har skapat mycket arbete för forskare runt om i världen. Om Keplerteleskopet får förlängt uppdrag i ytterligare fyra år finns stora möjligheter att upptäcka en rad mindre planeter med lite vidare omloppsbanor i hela den beboeliga zonen kring stjärnor.

(Bildkälla: NASA)

• Nya metoder att upptäcka exoplaneter utvecklas. En sådan metod är "transit timing variation" som kan bidra till att upptäcka exoplaneter som inte passerar solskivan (transit). Om en av planeterna i t.ex ett treplanetsystem passerar solskivan och dessutom är i "resonans" med de två andra planeterna kan man identifiera dessa två med metoden genom de små variationer som uppkommer i timingen vid passagen. Med resonans menas att flera himlakroppar kretsar kring en stjärna eller en planet i någon slags takt. Ett exempel på resonans i vårt solsystem är Jupiters månar Ganymedes, Europa och Io som har ett 1:2:4-förhållande till varandra vad gäller omloppstid runt Jupiter. Den här typen av resonanser kan i vissa fall också dölja existensen av mindre planeter i systemet.

• Av de ca 1.800 planetsystemskandidater som Keplerteleskopet upptäckt har 20% två planetkandidater eller mer. Det är visserligen inte bekräftat ännu att alla dessa fynd rör sig om planeter, men det sannolika är att det stora flertalet visar sig vara det när ytterligare utforskning har skett. Sannolikt är siffran högre än 20% eftersom vi ännu inte upptäckt så värst mycket små planeter. Det här visar att det är vanligt med multiplanetsystem.

Det är som sagt en snabb utveckling inom exoplanetområdet. Fler nyheter ser ut att vara på ingång, så inom kort kommer ytterligare inlägg här i bloggen.

ESA väljer att satsa på Cheops för att söka efter exoplaneter

Den europeiska rymdmyndigheten ESA har gjort sitt val av rymdsondsprojekt inom ramen för programmet Small Science. Det blir Cheops (som jag hoppades på). Cheops står för CHaracterising ExOPlanets Satellite. Den ska som namnet antyder söka efter exoplaneter och särskilt kring stjärnor där man redan observerat någon exoplanet. Svenska forskare deltar i projektet. Uppskjutning är planerad till 2017.

Lysande val minst sagt! Exoplaneter är hot stuff just nu. En massa nyheter har presenterats på den amerikanska planetkonferensen i veckan som gått. Artikel om det mest intressanta kommer här i bloggen imorgon.

(Bildkälla: ESA)

Kan man åka till Alfa Centauri? Ja, åtminstone i teorin

I onsdags kom rapporten från ESO om att man upptäckt en planet kring vår närmaste stjärngranne, Alfa Centauri. Denna dubbelstjärna befinner sig 4,3 ljusår från oss, vilket ju kan tyckas vara nära. Det är dock väldigt, väldigt långt bort. Ljuset tillryggalägger 1 miljard kilometer per timme. På ett år blir det uppemot 9.500 miljarder kilometer. 4,3 ljusår är alltså ca 40.000 miljarder kilometer! Kan man då färdas denna enorma sträcka? Ja, faktiskt. Åtminstone i teorin, men svårigheterna är enorma och kanske oöverstigliga.

I ett av astrobiologins standardverk, "Life in the Universe", författad av de två forskarna Jeffrey Bennett och Seth Shostak, diskuteras interstellära resor.

Med dagens rymdteknologi skulle det ta "en evighet" att ta sig till Alfa Centauri. Den snabbaste rymdsond som lämnat jorden, New Horizons, hade en flykthastighet på 57.600 km/timme när den lämnade jorden på sin väg mot Pluto/Charon. På 70-talet ska det ha funnits en sond, Helios, som tillfälligt kom upp i en hastighet på 250.000 km/timme när den rundade solen. Även om man lyckades skapa en rymdsond som permanent t o m kunde färdas 4 gånger snabbare än Helios, dvs 1 miljon km/timme, skulle det ta nästan 9.5 miljoner timmar, eller lite drygt 1.000 år, att ta sig ett ljusår och således över 4.000 år för att resa till Alpha Centauri. Som exempel kan nämnas Voyager-rymdsonderna som efter 35 års färd "bara" nått utkanten av vårt solsystem och som således kommer att fortsätta ut i den interstellära rymden och där färdas i "all evighet" innan de når nästa stjärna.

Det skulle också krävas enorma mängder bränsle med nuvarande teknologi för att få upp farten och lika enorma bränslemängder för att bromsa upp farten på en rymdsond till närmaste stjärna. Det blir omöjligt att genomföra sådana resor rent praktiskt och inte minst ekonomiskt. Trots utvecklingen av flerstegsraketer kan vi endast utforska vårt eget solsystem inom en rimlig tidsperiod. Kemiska bränslen duger således inte. Ett alternativ är kärnbränsle, men det har sina säkerhetsrisker. Med mycket utvecklad kärnteknologi skulle man teoretiskt kunna nå en hastighet som uppgår till 10% av ljushastigheten. Då tar det fortfarande drygt 40 år till Alfa Centauri och en livstid (med nuvarande medellivslängd) att göra en tur-och returresa!

Bränslebehovet kan minskas med annan teknologi där man t.ex utnyttjar solenergi. Gigantiska solsegel som med hjälp av solenergi sätter fart på en rymdsond är både billigt och effektivt. Försök med enklare sådna segel pågår. Hastigheten i en rymd som nästan är vakuum kan bli riktigt hög och uppgå till ett par procent av ljushastigheten. Det är lite svårare att bromsa in en sådan farkost. För att driva upp hastigheten ytterligare i brist på solenergi när solseglet nått långt från solen kan kraftfull laserstrålning tillämpas. Det svåra är att fokusera laserstrålen på ett solsegel som befinner sig miljarder kilometer bort. Även med en extremt utvecklad teknologi tar det några tiotals år att nå närmaste stjärna. Frågan är hur människan fysiskt och mentalt klarar en sådan resa. Det bästa är kanske att försätta astronauterna i en långvarig sömn och med automatisk näringstillförsel. Även det lär skapa problem för kroppsfysiken. Alternativet är förstås att sända iväg en obemannad rymdfarkost. Den skulle kunna vara betydligt mindre och inte så energikrävande.

Solsegel (Bildkälla: NASA)

För att restiden ska bli rimlig krävs en färd nära ljushastigheten. T o m då handlar det om årslånga resor, vilket är betydligt längre än någon rymdexpedition hittills. Det internationella rymdexperimentet Mars500 tycks ha visat att det innebar en ganska rejäl mental påfrestning att vara isolerad så länge, trots vetskapen om att man inte ens var i rymden utan på jorden.

Ovan talar vi om tid som mäts i "jordtid". Tid är dock i enlighet med Einsteins relativitetsteori inget absolut mått utan relativt och beroende av hastighet och betraktarens position. I hög hastighet går tiden långsammare. Med en rymdfarkost som närmar sig ljushastigheten skulle man alltså kunna färdas mycket långt på relativt kort tid. Det hela sker dock till priset av en mycket hög energiförbrukning.

Även om kärnenergi är effektiv jämfört med andra traditionella bränslen finns ännu mer effektiv bränsle (åtminstone teoretiskt). När materia och antimateria kolliderar skapas enorma mängder energi i och med att 100% av massan omvandlas till energi. Skulle man kunna ta tillvara denna energi så skulle man "relativt enkelt" kunna nå mer än 90% av ljushastigheten med en rymdfarkost. Tillverkningskapaciteten som krävs är enorm liksom problemet att lagra energin på rymdfarkosten.

En annan avancerad teoretisk lösning är att rymdfarkosten under färd samlar upp interstellär vätgas och via en kärnreaktor omvandlar det till helium och därmed skapar energi. Med tanke på den lilla mängden gas som finns i merparten av rymden så är det tekniskt mycket svårt att genomföra detta. Det gäller också att inte få in annat "skräp" i reaktorn.

I ett krökt universum, som är i enlighet med Einsteins teorier, kan eventuellt genvägar tas mellan stjärnor. Einsteins relativitetsteori, med dess fyra dimensioner, gäller i universum, men det finns platser såsom svarta hål där rumtiden upphör att gälla. Åtminstone i fantasin skulle man kunna resa långt genom ett svart hål. Frågan är dock om och hur vi skulle överleva en sådan resa. Eftersom vi består av atomer upplöses vi sannolikt i processen. Teorin om maskhål i rymden skulle kunna ge oss möjlighet att ta genvägar till långväga destinationer. Hastigheten i en sådan resa skulle då teoretiskt kunna överskrida ljushastigheten. Enligt kvantfysiken finns dessa maskhål i miniatyrskala överallt och skapas ständigt, men problemet är hur vi skulle kunna utnyttja dem. För att skapa ett stort maskhål tycks energiåtgången överstiga energin för en supernova. Hur stabilisera ett sådant maskhål tillräckligt länge för en interstellär färd?

(Bildkälla: NASA)

Sammantaget verkar det således vara synnerligen svårt att färdas tillräckligt snabbt för att nå Alfa Centauri. Åtminstone utifrån vår nuvarande kunskap om tingens ordning. Den s.k Fermiparadoxen säger egentligen samma sak. Den formulerades redan på 1950-talet av den Italienfödde fysikern och nobelpristagaren Enrico Fermi. Paradoxen går ut på att sannolikheten för att det finns andra avancerade civilisationer är hög, liksom sannolikheten för att de kan ha utvecklat sätt att färdas snabbt mellan stjärnorna. Alltså borde univerum ha blivit koloniserat vid det här laget. Likväl talar det mesta för att vi på jorden aldrig fått besök från någon annan civilisation. Fermiparadoxen antyder möjligen att eventuella andra civilisationer i universum funnit samma svårighet att nå oss och därför inte visat upp sig för oss. Åtminstone inte vad vi vet.

Nya bevis på att månen skapats vid en krock mellan jorden och en annan himlakropp

Planetforskaren Frederic Moynier vid Washington University i S:t Louis säger att hans forskargrupp nu funnit bevis på att månen skapats vid en krock mellan jorden och en himlakropp av Mars storlek. Forskarna har studerat månmateria i form av dels de månstenar som Apolloexpeditionerna förde med sig till jorden, dels meteoriter från månen. Man har då funnit samma ämnen som på jorden, dock med en underrepresentation för flyktiga ämnen, dvs sådana som lätt förångas. Man har också studerat stenarnas kemiska sammansättning i detalj vad gäller olika ämnens isotoper, framförallt olika Zinkisotoper och då funnit intressanta skillnader mellan stenar på jorden och stenar på månen. Hur har månstenarna "tömts" på dessa lättflyktiga ämnen och fått sin ämnessammansättning? Den enda tänkbara förklaringen är enligt forskarna att ett mycket kraftigt nedslag skapat månmaterian med denna ämnessammansättning. Forskningsrönen presenteras idag i tidskriften Nature.

Teorin om att månen skapats via en gigantisk kollision mellan himlakroppar är inte ny. Den framlades redan 1975. Kollisionen ska ha skett i ett tidigt skede i solsystemets historia. Smällen skapade stor förödelse och bröt sönder den himlakropp som var under bildande. Ur resterna skapades så småningom jorden och månen. I och med denna forskningsrapport har vi kanske fått de slutgiltiga bevisen för krockteorin.

(Bildkälla: NASA)

Jupiters atmosfär utsätts för turbulens underifrån och bombardemang från ovan

Forskare som har studerat Jupiters atmosfär konstaterar att det är en mycket stor turbulens i de olika atmosfärlagren. Dels är det tumultartad aktivitet underifrån, dels bombarderas atmosfären hela tiden av små och stora meteorer. Effekten av allt detta är att Jupiters ekvatorialbälte, som består av brunaktiga band runt planeten, hela tiden ändrar form och färg. Varma fläckar, s.k hotspots, uppstår med jämna mellanrum på grund av strålning från lägre atmosfärlager. Emellanåt träffas Jupiter av relativt stora meteorer, och t o m kometer, som skapar stora ärr i planetatmosfären. Det mest kända exemplet på detta är när fragment av kometen Shoemaker-Levy 9 träffade planeten 1994. Spåren av denna krasch kunde ses i månader efteråt.

Forskare vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory presenterade resultatet av dessa observationer på planetkonferensen i Reno, USA. Enligt forskarna ser det ut som aktiviteten i Jupiters atmosfär har intensifierats under senare år. Man är dock lite osäkra på detta. Det kan också vara så att Jupiter numera observeras mycket mer intensivt. Teleskoputrustningen blir allt bättre. Framförallt har amatörastronomer såpass bra teleskoputrustning att de i högsta grad bidrar till forskningen om Jupiter.

Förändringar i atmosfären 2009-2012 (Bildkälla: NASA)

Rymdsonden Galileo studerade förstås Jupiteratmosfären under åren 1995-2003 när den kretsade totalt 34 varv runt planeten. Galileo sände t o m en minisond ner i Jupiteratmosfären. Tyvärr råkade den hamna i en hotspot, vilket inte var en helt "normal" del av Jupiteratmosfären. Den överlevde dessutom bara en knapp timme innan tryck och hetta gjorde att den förstördes. Minisonden hann dock göra en del observationer. Vindhastigheter på över 650 kilometer per timme mättes upp. Även mycket kraftiga åskväder noterades. Om några år får vi förhoppningsvis mer fakta om Jupiteratmosfären när rymdsonden Juno når fram till planeten. Detta beräknas ske i juli 2016.