Gassenes forunderlige verden

Rundt om i universet finnes det store skyer av gass og støv – disse kalles stjernetåker.

Det er der stjernene blir født. Tyngdekraften får gassen og støvet til å samle seg til kuler som kretser rundt seg selv, samtidig som de blir tettere og tettere. Noe av dette materialet kan bli til planeter. Det er slik solsystemet vårt ble skapt for fem milliarder år siden.

Vi bor på bunnen av et hav – et hav av livgivende luft
La oss et øyeblikk skru tiden fire milliarder år tilbake, til en tid da jorden var en glødende planet. En glødende planet i et kretsløp rundt en av de få stjernene som senere har fått et navn: solen. Den unge planetens overflate har begynt å størkne, og rundt den ligger et tynt lag med luft. For jorden er så tung at tyngdekraften kan holde på en atmosfære – så heldige er ikke alle planeter.

Det var i grunnen en ganske spesiell planet som ble født ved tidenes morgen. Den glødende kjernen av jern ga den for eksempel et kraftig magnetfelt, og takket være dette er planetens atmosfære godt skjermet mot en løpende strøm av elektroner fra solen – de såkalte solvindene. Elektronene hamrer inn mot jordens atmosfære i en fart på 1600 km per sekund, men magnetfeltet bøyer solvinden bort og tvinger den ned mot jordens poler. Der ender den opp som et vakkert nordlys. På planeter uten magnetfelt er solvindene veldig sterke. Her blåser de atmosfæren bort fra planeten og ut i verdensrommet.

Jordens tidligste atmosfære ligner ikke på den som vi kjenner til i dag. 99 % besto av nitrogen, mens oksygennivået var mindre enn én prosent. Først da det oppsto liv, hendte det noe. I millioner av år var plantene enerådende på jorden, og de produserte oksygen. Masse oksygen. På et tidspunkt nådde atmosfærens oksygennivå trolig opptil 35 prosent, langt over nåtidens knappe 21 prosent. Senere ble dyrene til, og et nytt samspill og en ny balanse oppsto: Dyrene brukte oksygenet, men leverte til gjengjeld karbondioksid til plantene.

Hvor tykk er jordens atmosfære? Ingen kan gi et eksakt svar, for den blir bare tynnere og tynnere jo lenger ut fra jorden man kommer. Det er med andre ord ingen markant grense.

Jordens radius er 6370 km. I forhold til dette er jordens atmosfære veldig tynn – 99,999 prosent av luften ligger under 100 kilometers høyde. Hvis man flyr med et vanlig rutefly i en høyde på 10 kilometer, har man 80 prosent av atmosfæren under seg. Hvis man spør astronauter, vil de kunne fortelle at jordens atmosfære ser ut som en ganske tynn hinne. Tynn og vakker.

Vi bor på bunnen av atmosfæren, og noen dager kan vi se en blå himmel, mens andre dager er den grå. For også på det punktet er jordens atmosfære fantastisk – den er så gjennomsiktig at masse livgivende lys trenger helt ned til bunnen av lufthavet – ned til oss. I havet slukkes alt lys på få hundre meters dybde.

Selv om luften virker usynlig, er den i høyeste grad til stede og nesten alltid i bevegelse. Den veier en del – mye mer enn de fleste forestiller seg. Én kubikkmeter veier ca. 1,2 kg, og i en alminnelig stue finnes det derfor omkring 60 kg luft.

Ordet luft er det vi bruker i hverdagen. Vitenskapsfolk foretrekker et annet ord: For dem består luften av en rekke gasser. Begrepet gasser brukes primært om stoffer som opptrer i gassform ved de betingelsene som finnes på jordens overflate. Alle stoffer har tre tilstander: De kan være et fast stoff, en væske, eller en gass. Tenk for eksempel på vann. Det kan finnes som is, som væske og som (usynlig) vanndamp i atmosfæren.

Det virker som ren magi for mange at ganske alminnelig luft kan bli omgjort til væske. Men ved en oppfinnsom bruk av de fysiske lovene som gjelder for gasser, kan luften kjøles ned til en så lav temperatur at den blir flytende. Luften kan dessuten separeres i de gassene den består av, siden de blir flytende ved forskjellige temperaturer. Og nettopp slik, bokstavelig talt hentet ut fra løse lufta, fremstilles gasser som oksygen, nitrogen og argon.

Stjernene – galaksens «gassfabrikker»
I motsetning til det man kunne tro, finnes størstedelen av universets masse ikke i form av stjerner og planeter, men i form av gasser i rommet mellom stjernene og galaksene. 80 prosent av universets masse var opprinnelig hydrogen, og ca. 18 prosent var helium. De tyngre grunnstoffene vi kjenner til her på jorden, utgjorde kun knappe 2 prosent.

Det betyr i praksis at hver gang man samler opp 10 gjennomsnittlige atomer i rommet, vil 9 av dem være hydrogen. Vi kan dermed kalle det «universets byggestein».

Derfor finner man hydrogenskyer overalt på himmelen, og de inngår som en naturlig del av stjernenes liv. Mindre stjerner kan leve opptil 10 milliarder år, mens store stjerner brenner raskere opp og kun lever noen få millioner år. Siden universet er omtrent 15 milliarder år gammelt, skulle man tro at de ville ha brent opp for lenge siden, og at himmelen ville ha vært kullsvart. Men heldigvis fødes og dør stjerner hele tiden, og gasskyene mellom stjernene er en del av prosessen.

Stjernene fødes av gasskyer, som faller sammen på grunn av sin egen tyngdekraft. Dermed dannes det lokale gassklumper, som blir tettere og tettere og dermed varmere og varmere. Når senteret blir varmt nok (> 1 mill. °C), tennes kjerneprosessene i en fusjonsprosess, hvor hydrogen og hydrogen blir til helium, slik som i en hydrogenbombe.

De voldsomme prosessene truer naturligvis med å splitte gasskyen i stykker, men gasskyens tyngdekraft holder den sammen. Hvis den begynner å falle mer sammen, stiger temperaturen i kjernen og kjerneprosessene øker. Dette får stjernen til å vokse, slik at temperaturen faller og kjerneprosessene blir redusert.

Senere i en stjernes liv vil kjernetemperaturen være høy nok til å fusjonere helium og helium til jern. Oksygen og nitrogen dannes også tilsvarende i supernovaer. Hver gang stjernen skifter fase – og til slutt dør – spres disse gassene ut i rommet, hvor de blir en del av nye stjernefødsler. På den måten er stjernene faktisk galaksens «gassfabrikker», som danner tyngre grunnstoffer, som er basis for faste planeter og liv, slik som her på jorden. I den neste stjernepopulasjonen vil det dermed være flere tunge grunnstoffer, som under stjernedannelsen blir «sentrifugert» ut fra stjernen – som for eksempel solen, hvor de dannet de indre planetene (Merkur, Venus, jorden og Mars) da solsystemet ble til for 5 milliarder år siden.

Tekst: Henrik Rosenørn
Foto: AGA og Astronomibladet (DK)