NOVA quizzer->Astroquiz marts 2009

(1) Alle grundstoffer tungere end brint og helium kalder astrofysikerne for metallerne, uanset om de er metaller eller ej.
Ved Big Bang blev der kun skabt brint og helium bortset fra en lille smule lithium og beryllium. Alle andre grundstoffer (som altså samlet benævnes metallerne) er så at sige blevet fabrikeret i stjernerne.

De første stjerner blev skabt omkring 200 millioner år efter Big Bang.
De blev født helt uden metalindhold og udgør det, vi kalder 1. generationsstjerner.

En stor del af disse afsluttede deres liv ved en supernovaeksplosion. Derved spredtes deres materiale (deriblandt de metaller, der var blevet skabt) til omgivelserne og indgik i de gas- og støvtåger, der efterfølgende blev dannet.
Tågerne trak sig sammen på grund af tyngdekraften og blev til en ny generation af stjerner.
Disse 2. generationsstjerner blev født med et indhold af metaller til forskel fra 1. generationsstjernerne, som var uden disse ved fødslen.
For hver ny generation stjerner forøges metalindholdet i forhold til den forrige.

Hvilken generation tilhører Solen?

1. generation

2. generation

3. generation

4. generation

(2) For at beregne en såkaldt atmosfæremodel for en stjerne, er det nødvendigt at kende værdisæt for temperatur og tyngdekraft for den del af atmosfæren, som betragtes. Desuden skal grundstofblandingen for den pågældende atmosfæredel kendes.

Grundstofblandingen eller stofsammensætningen betegnes ved bogstaverne X, Y og Z.
X er indholdet af brint (hydrogen) i stjernens atmosfære.
Y er indholdet af helium i stjernens atmosfære
Z er indholdet af metaller (se spørgsmål 1) i stjernens atmosfære.

X, Y og Z opgives af tradition som et værdisæt (X, Y, Z) hvor de enkelte andele udtrykkes ved decimalbrøker.

For eksempel betyder X=0,75, at atmosfærens indhold af brint er 75 %.

Hvilket af følgende værdisæt er den gældende stofsammensætning for fotosfæren af Solen?

(0,734; 0,249; 0,018)

(0,734; 0,239; 0,028)

(0,734; 0,229; 0,038)

(0,734; 0,219; 0,048)

(3) Stjerner inddeles i følgende kategorier:
Population I, population II og population III.

Det var den tyske astronom Wilhelm Heinrich Walter Baade (1893-1960), som ved brug af Mount Wilsons store kikkert i 1943 kunne definere begrebet population for stjerner.
Han udnyttede mørklægningen i Californien (på grund af faren for japanske flyangreb) til at undersøge centret af Andromedagalaksen og andre galakser. Det var ved denne undersøgelse, at han opdagede, at stjernerne kunne inddeles i populationer.

Han opdagede desuden i 1952, da han arbejdede på Mount Palomar, at den gruppe af variable stjerner, der benævnes cepheider, bliver inddelt i population I og population II.
Dette var af stor betydning for afstandsmålingen af Universet.

Population I gruppen består af forholdsvis unge og relativt varme, metalrige stjerner.
De findes fortrinsvis i galaksearmene (i skiven) og bevæger sig i elliptiske baner rundt om galaksecentret med relativt lav hastighed.
På grund af stjernernes høje metalindhold er de kandidater til at kunne besidde planeter.

Population II gruppen består af forholdsvis ældre og køligere stjerner med et lavt indhold af metal.
De findes fortrinsvis i bulen i centret af galaksen og i haloen, der omgiver galaksen som en kugle. Desuden findes de i de kugleformede stjernehobe, der ledsager galaksen.
Hastighederne for population II stjerner, kan blive relativt store.

Population III gruppen består af de stjerner, der blev dannet som de første efter Big Bang.
De er helt metalfri og meget massive.
Hele denne gruppe er meget omdiskuteret og en smule hypotetisk. Ingen fra gruppen er direkte observeret på grund af deres enorme afstande.
De må dog have eksisteret, da det ellers er svært, at komme med en forklaring på fænomenet kvasarer.

Til hvilken population tilhører Solen?

III

Ingen af grupperne

(4) Det var i 1912, at den amerikanske astronom Henrietta Swan Leavitt (1868-1921) kunne offentliggøre, at hun på baggrund af sit arbejde med den type variable stjerner, der benævnes cepheider i SMC (Small Magellanic Cloud - Den Lille Magellanske Sky) kunne påvise, at der var en tydelig relation mellem stjernernes absolutte lysstyke og perioden for lysvariationen.
Lysperioden var direkte proportional med den absolutte lysstyrke. Dem med store lysperioder var også dem med store absolutte lysstyrker.

Da stjernerne i SMC alle har nogenlunde samme afstand til Jorden, afslører forskellene i deres tilsyneladende lysstyrker også forskellene i deres absolutte lysstyrker.
Det er jo fuldstændig genialt.
Nu manglede man blot at finde afstanden til SMC, så relationen kunne kalibreres, hvorved afstandene til cepheiderne kunne findes. Derved var det muligt at opmåle Universet.

Den danske astronom Ejnar Hertzsprung (1873-1967) fandt i 1913 afstanden til SMC.
Afstanden var dog noget fejlbehæftet set med nutidens øjne.

Efter at have studeret cepheider i kugleformede hobe i årene 1914-1918 kunne den amerikanske astronom Harlow Shapley (1885-1972) kalibrere afstandsrelationen og finde Mælkevejens dimensioner.
Han kom dog frem til et forkert resultat, da han ikke tog hensyn til, at støvet i Mælkevejen svækker stjernelyset. Derved fik man den opfattelse, at stjernerne var længere væk, end de i virkeligheden var.
Han påviste desuden, at Solsystemet var længere væk fra Mælkevejens centrum, end man tidligere havde troet.

I 1925 offentliggjorde den amerikanske astronom Edwin Powell Hubble (1889-1953) en rapport, der ved studier af cepheider i Andromedagalaksen (AG) og anvendelse af Shapleys afstandsrelation fastslog, at afstanden til AG var 897 000 lysår.
Det var et utroligt resultat. Det betød, at AG ikke var en del af Mælkevejen, men var en selvstændig galakse, som lå langt væk fra vores galakse.
Universet blev pludselig meget stort.

Det skal for retfærdighedens skyld her nævnes, at tre år før Hubbles offentliggørelse (altså i 1922) beregnede den estiske astronom Ernst Julius Öpik (1893-1985) afstanden til AG med en anden metode og fik en værdi, der var næsten det dobbelte af Hubbles.

Desværre benyttede Hubble afstandsrelationen på cepheider af population II.
Disse cepheider har en anden afstandsrelation end den, der anvendes i forbindelse med de klassiske cepheider af population I.
Det var netop cepheider af population I, som Leavitt og Shapley havde arbejdet med.
Hubble var dog uden skyld i denne fejltagelse, da det først i 1952 blev opdaget, at cepheiderne
skulle opdeles i to grupper: Population I og population II.
Denne opdagelse blev som tidligere nævnt gjort af Baade (se spørgsmål 3).

Henrietta Swan Leavitt skulle naturligvis have haft nobelprisen i fysik for sin opdagelse.
Et synspunkt, som Hubble støttede. Shapley mente dog, at det var ham, der skulle have haft prisen på grund af hans fortolkning af hendes opdagelse.

Hun blev aldrig nomineret, men fik en asteroide opkaldt efter sig: 5383 Leavitt.
Endvidere er et månekrater (Leavitt) opkaldt efter hende.

Hvad er afstanden til Andromeda-galaksen med moderne målinger?

1,54 millioner lysår

2,04 millioner lysår

2,54 millioner lysår

3,04 millioner lysår

(5) Der fandtes ikke flydende vand i nebulaen, der i sin tid dannede Solen, planeterne, asteroiderne, kometerne og alle isobjekterne i Kuiperbæltet og Oortskyen.
Dertil var tryk og temperatur for lave.
Jo længere væk fra Nebulaens centrum man kom, jo koldere blev det.
I afstanden 2,7 AU fra Solen var temperaturen faldet til under 200 K og vanddamp gik nu direkte fra gasform til fast form (is).
Denne afstand kaldes isgrænsen (snow line).

En sådan faseovergang fra gasform til fast form uden en mellemliggende væskeform hedder en deposition eller en desublimation.
Det modsatte af deposition - fra fast form til gasform - hedder sublimation.

Så fra afstanden 2,7 AU og længere væk fra Solen var det nu koldt nok til, at der kunne dannes is. Disse iskerner kunne så give anledning til, at andre gassers depositioner kunne sætte sig på overfladen af dem eller omvendt.
Dette var starten til en samling af større masser, som så via tyngdekraften kunne tiltrække de enorme mængder af gas, der var ekspanderet ud forbi 2,7 AU grænsen.
På denne måde blev gasgiganterne Jupiter og Saturn dannet.

Uranus og Neptun er mere isgiganter end gasgiganter. Så langt ude som de to planeter ligger, var gasserne næsten sluppet ud. De var blevet kapret af gasgiganterne.
Isgiganternes dannelse er dog stadig lidt af et mysterium.

Merkur, Venus, Jorden og Mars kunne ikke benytte denne to-trins dannelse.
De blev dannet på grund af sammenstød og til sidst nedslag og blev ikke nær så store som gasgiganterne eller isgiganterne.

Når en komet i sin bane på vej ind mod Solen kommer til 2,7 AU grænsen begynder dens kerne at fordampe. Derved dannes kometens hoved, der benævnes komaen.
Denne mekanisme skyldes sublimation.

Det er nu klart, at flydende vand på Venus, Jorden og Mars kun kan komme fra et sted uden for 2,7 AU grænsen. Det skal så at sige flyves ind til disse planeter af kometer.
Dette skete i forbindelse med det store meteor-bombardement for 3,9 milliarder år siden.
Månens arrede udseende er et stærkt vidnesbyrd om denne hændelse.

Jordens gennemsnitlige afstand til Solen er 1 AU.
Jupiters gennemsnitlige afstand til Solen er 5,2 AU.

Men hvad er den gennemsnitlige afstand fra Mars til Solen?

1,5 AU

2,0 AU

2,5 AU

3,0 AU

(6) Den første metode, der blev benyttet til at finde exoplaneter, dvs. planeter der kredser om andre stjerner end Solen, bestod i at betragte stjerners "rokkebevægelse".

Det er ikke præcist at sige, at en planet bevæger sig omkring sin stjerne. I virkeligheden bevæger både planet og stjerne sig omkring deres fælles massemidtpunkt (tyngdepunkt).
Det betyder, at stjernen bevæger sig, således at dens hastighed i forhold til Jorden ændrer sig periodisk. Denne bevægelse betyder, at lyset fra stjernen ændrer sin bølgelængde ganske lidt, men tilstrækkeligt til at stjernens bevægelse kan bestemmes. Ud fra den bevægelse, kan man beregne størrelse og afstand for den kredsende planet.
Størrelsen af stjernens rokkebevægelse afhænger bl.a. af forholdet mellem stjernens og planetens masser.

Solen rokker også, især fordi Jupiter og Saturn har store masser.

Hvor stor en del af Solsystemets samlede masse udgør Solens masse?

90%

93%

96%

99%

(7) Jorden vokser.
Vi modtager hele tiden store og små partikler.
Meteorkratere, stjerneskud og nordlys er de synlige beviser på, at der til stadighed kommer materiale fra verdensrummet ned til os. Det er svært at vurdere præcist, hvor meget materiale, der rammer os, men astronomerne har dog en lidt usikker vurdering af mængden.

Hvilken masse modtager Jorden hvert år fra verdensrummet?

Hint:
Jordens overfladeareal sættes til det runde tal: 500 · 10¹² kvadratmeter

2 gram/kvadratmeter

20 milligram/kvadratmeter

20 mikrogram/kvadratmeter

20 nanogram/kvadratmeter

(8) Der er indtil i dag fundet 167 måner i Solsystemet (de der tilhører dværgplaneter er ikke talt med).
Nogle planeter som Merkur og Venus har ingen måner.
Andre planeter som Jupiter og Saturn omkredses af mange måner.
74 % af de hidtil fundne måner kredser om disse to store planeter.

Dette spørgsmål drejer sig om Solsystemets største måne, der endog er større end planeten Merkur.
Denne måne har et svagt magnetfelt. Yderst er en kappe af is.

Hvad er månens navn?

Callisto

Ganymedes

Europa

Titan

(9) I naturvidenskaben er der en række såkaldte bevarelsessætninger. Elektrisk ladning er en bevaret størrelse. Energi og masse er også bevarede størrelser. Der vil således i alle kemiske processer være bevarelse af såvel masse som ladning.
Energibevarelse er et grundlæggende postulat, termodynamikkens første hovedsætning, der f.eks. betyder, at der ikke kan konstrueres evighedsmaskiner.

I den mekaniske fysik er der flere bevarelsessætninger. Bevægelsesmængden eller impulsen, der defineres som produktet af masse og hastighed, er bevaret i et isoleret system. Det er blandt andet noget, politiet benytter for at bestemme en bils fart inden et sammenstød.
Ud fra positioner efter stødet og skridsporenes retning kan bilernes fart inden sammenstødet findes.

En anden bevaret størrelse i et isoleret system er det såkaldte impulsmoment. Mens impulsen vedrører hastigheden, beskriver impulsmomentet rotationen.
Skøjteløbere, der udfører piruetter, er tydelige eksempler på impulsmomentbevarelse.
Impulsmomentet er defineret som produktet af rotationshastigheden, den såkaldte vinkelhastighed og af en størrelse, inertimomentet, der afhænger af massefordelingen.
Når skøjteløberen trækker armene ind til kroppen, fås en ny massefordeling, dvs. et lavere inertimoment. Derfor stiger rotationshastigheden.

Solsystemet er for 4,567 milliarder år siden dannet ud fra en roterende gas- og støvskive.
Denne skive havde et inpulsmoment, der fortsat må findes i Solens og planeternes bevægelse.
Solsystemets impulsmoment er sammensat af mange dele. Et stammer fra Solens rotation, et andet fra planeternes bevægelse omkring Solen. Endelig bidrager planeternes egenrotation også til Solsystemets samlede impulsmoment.
Selv om Solens masse er ca. 1000 gange større end summen af alle planetmasser, vil planeternes store afstande betyde et væsentligt bidrag til det samlede impulsmoment.

Hvor stor en del af Solsystemets samlede impulsmoment stammer fra Jupiters bevægelse?

15%

60%

98%

(10) Uanset at drivkraften i den astronomiske forskning er helt almindelig nysgerrighed efter at finde ud af, hvordan Universet er skruet sammen, så må vi dog indrømme, at det allermest fascinerende ved den sorte nattehimmel er og bliver tanken om, at der er liv derude.
Derfor har mennesket også altid besjælet Universet ved at beskrive stjernebillederne med navne fra den jordiske skat af levende væsener, - Tyren, Store Bjørn, Lille Bjørn, Svanen osv.

I disse år leder vi intenst efter exoplaneter, - meget gerne med liv!
I astrobiologien forsøger vi at opstille dels de betingelser, der skal være opfyldt, for at en planet kan rumme liv, dels de deraf afledte forhold som gør, at vi udefra kan opdage det.

Uanset hvor meget vi end fantaserer og skaber science fiction, så må diversiteret liv med stor sandsynlighed basere sig på kulstofkemi, og så er det også helt sikkert at en sådan planets atmosfære vil være meget langt fra ligevægt, - med fri ilt i atmosfæren og med tilgængeligt vand.

Vi leder altså efter planeter i en passende størrelse, der befinder sig i en passende afstand fra en stjerne af passende størrelse. Planeten skal have en behagelig rotationstid, både om sig selv og om sin stjerne, så den bliver belyst i passende mængder fra alle sider, og så eventuelle beboere ikke bliver rundtossede eller smidt af.
Der skal være en passende atmosfære med et passende tryk, og planeten skal rumme et passende udvalg af grundstofferne, helst alle sammen, - og i et passende mængdeforhold.
Det er faktisk en lang liste af udgangsbetingelser der skal være opfyldt for at liv kan blive muligt!

Vi leder altså efter ilt på planeterne derude.

I atmosfæren på vores egen planet er der i vore dage 20,9 % ilt.
Men så meget ilt er et relativt sent fænomen her på Jorden, og det hænger uløseligt sammen med sedimentering af store mængder af uforbrændt plantemateriale.
Tilstrækkeligt store mængder kan først forekomme når en planet har gennemløbet en udvikling, så jordbunds- og atmosfæreforholdene tillader en næsten ubegrænset vækst.

I hvilken geologisk periode toppede iltindholdet i Jordens atmosfære og nåede et maksimum på 35 %?

Silur (443-416 millioner år siden)

Devon (416-359 millioner år siden)

Kultiden (359-299 millioner år siden)

Kridttiden (146-65 millioner år siden)

(11) I spørgsmålet ovenfor (nr. 10) beskæftigede vi os med fri ilt, som indikator for liv på exoplaneter, idet vi dog understregede, at store mængder af fri ilt i atmosfæren er et relativt sent fænomen i livets historie på planeten Jorden.
Vi kunne også have peget på to andre og måske mulige indikatorer på en biologisk regulering, der kan aflæses direkte i atmosfæren.

Et ekstremt lavt indhold af kuldioxid (CO₂): 0,0383 % (383 ppm) og et ekstremt højt indhold af frit kvælstof (nitrogen eller N₂): 78,1 %.

Saturns største måne Titan har dog en særdeles nitrogenrig atmosfære (98,4 %), som den eneste klode i Solsystemet, bortset fra Jorden. Dette skulle så indikere mulighed for liv på Titan, men det er der helt klart ikke, så i dette tilfælde fejler indikatoren.

Kvælstof der ikke findes i særlig stor mængde på planeten Jorden, er vanskeligt tilgængeligt for levende organismer, og det er fortsat en gåde, hvordan kvælstofkredsløbet overhovedet er kommet i gang.
Der nemlig kun en kendt kilde til atmosfærens frie kvælstof, og det er den bakterielle denitrifikationsproces, der frigiver biologisk bundet kvælstof til atmosfæren i to former: frit kvælstof og dinitrogenoxid (lattergas eller N₂O).

Men kvælstofforbindelserne - aminosyrerne - i det enzymsystem, der styrer denitrifikationsprocessen, er afhængige af det kvælstof, der er tilvejebragt i den modsatrettede proces (kvælstoffikseringen), der består i at knoldbakterier nedtager frit kvælstof fra atmosfæren og omdanner det til ammoniumionen NH₄⁺, der indgår i visse af enzymsystemernes aminosyrer.

Situationen kan altså sammenfattes således: Uden kvælstoffiksering ingen denitrifikationsproces, og uden denitrifikation ingen kvælstoffiksering.

Overordnet disse to processer, spiller atmosfærens store indhold af frit kvælstof en afgørende rolle for opretholdelse af atmosfæretrykket og dermed også en afgørende rolle for, at f.eks. vand har et, for liv, passende fryse- og kogepunkt!

Hvor stor en del af Jordens tilgængelige kvælstof findes på molekylær form i atmosfæren?

78%

85%

92%

99%

(12) Nova-quizzen fortsætter fejringen af Darwin-året med at påpege nogle af de forhold, hvor den engelske naturhistoriker Charles Robert Darwin (1809-1882) gjorde sig skyldig i afgørende fejltagelser.

Helt fra Aristoteles dage (384 f.Kr. - 322 f.Kr.) har man haft den for os ubegribelige forestilling, at liv opstår af sig selv!
Vi kender alle de pudsige, men ikke helt troværdige historier om, at man i gamle dage skulle have troet på, at der kunne opstå mus i en krukke med brød og klude, der hensattes på høloftet!
Lidt mere forståeligt og troværdigt er det, at man langt frem i 1800-tallet ikke havde nogen klar forestilling om, hvorfra alt småt puslende liv i jorden og i vandet stammede.
Man mente, at forrådnelse og fremkomsten af maddiker, var en iboende egenskab, som viste sig i kød, der henlå i varmen og det samme med svamp og andet småkravl.

Charles Darwins "Arternes Oprindelse" (udgivet 1859), er skrevet i årene frem mod 1856-57. Værket handler selvfølgelig ikke om "livets oprindelse", men det er en interessant kendsgerning, at Charles Darwin faktisk var en af de sidste naturhistorikere, der levede i samme vildfarelse som gamle Aristoteles gjorde, nemlig at livet, særlig det mikroskopiske, hele tiden pibler frem af sig selv.
Et fænomen, der benævnes: Generatio equivoca eller autogenese, - selvskabelse.

Det var den tyske fysiolog og læge Rudolf Ludwig Karl Virchow (1821-1902), der med ordene
"Omnis cellula ex cellula" (enhver celle kommer af en celle), konstaterede denne kendsgerning.
Nogenlunde samtidigt og uafhængigt af ham nåede den franske kemiker og bakteriolog Louis Pasteur (1822-1895) frem til den samme kendsgerning og formulerede med ordene: "nu kender man ikke til levende væsener, der ikke har forældre, der ligner dem selv"!

Med den erkendelse i bagagen var den geniale franskmand i stand til at fremstille "pasteuriserede" kødekstrakter, der ikke rådnede, og at forstå visse sygdomme som stammende fra levende kim.
Pasteurs indsigt førte frem til, at han kunne anbefale sterile forhold i operationsstuer, og han skabte hele den bakteriologiske forståelse, der førte frem til vaccination, sygdomsforebyggelse og helbredelse i stor målestok.

I hvilket år kom Rudolf Virchow til den banebrydende erkendelse af "Omnis cellula ex cellula"?

1851

1855

1865

1872

(13) To skakberømtheder er født i denne by i Baltikum.

Den ene er stormester Aron Nimzowitsch (1886-1935), der også blev omtalt som Danmarks skaklærer.
Han var en af de bedste positionsspillere, skakverdenen har set.
Grundlagde den skole inden for skak, der kaldes hypermodernismen.
Skrev den berømte bog "Mein System"(på dansk: Mit system), som udkom i 1925.

Han kom til Danmark i 1922, som flygtning på grund af den russiske revolution.
Han indmeldte sig i skakklubben "Industriforeningens Kampklub", også kaldt I.K.
Blev dansk statsborger og boede alle årene til leje i den samme lille lejlighed i Øster Farimagsgade 11, København K.
Han har holdt foredrag om skak overalt i Danmark. Hans betydning for dansk skak kan ikke overvurderes.
Ligger begravet på Bispebjerg Kirkegård, København NV ved siden af en anden berømt dansk skakspiller: Jens Enevoldsen (1907-1980).

Den anden er stormester Mikhail Tal (1936-1992), som ofte blev kaldt "Misha" og også "Troldmanden fra ...."
Han var en af bedste angrebsspillere, skakverdenen har set.
Var indehaver af verdensmesterskabet i skak i 1960-61.

De to skakspilleres fødeby er hovedstaden i en nation, hvis nationalflag har tre tværstriber:
Øverste og nederste stribe er rød; den midterste er hvid.

Hvad hedder denne by:

Tallinn

Riga

Vilnius

Kaliningrad (tidligere Königsberg)

Printvenlig version