Tysk tårn føder planeter

Forskerne ved, at Jorden blev skabt i en sky af partikler, der klumpede sammen, men længe har de ikke kunnet forklare hvordan. Nu har en 146 m høj fødestue for planeter vist, at et kendt elektrisk fænomen er på spil.

Forskerne ved, at Jorden blev skabt i en sky af partikler, der klumpede sammen, men længe har de ikke kunnet forklare hvordan. Nu har en 146 m høj fødestue for planeter vist, at et kendt elektrisk fænomen er på spil.

Claus Lunau/ZARM/Universität Bremen/Lynette Cook & Gemini Observatory/AURA/Adler Planetarium

Vi er midt i det kolde, mørke univers. Et støvkorn rammer et andet. De klumper sig sammen. Så endnu et.

Gentag processen milliarder af gange, og til sidst vil du have en lille “babyplanet”. Den støder nu sammen med andre “babyer” og vokser sig større.

Sådan er Jorden blevet til. Ifølge teorien begynder alle planeter deres liv som tætte skyer af støv og gas, der er blevet tilovers fra stjernedannelse.

Men teorien har et forklaringsproblem, for når forskerne forsøger at genskabe fødselsøjeblikket i laboratoriet, frastøder de små klumper af støvkorn hinanden i stedet for at samle sig.

Det ændrer et 146 m højt tårn i tyske Bremen nu på. Her har forskere fået svævende glaskugler til at samle sig, som var de spæde planeter, og dermed leveret et gennembrud for teorien om planetskabelse. Forskernes eksperiment er et afgørende bevis for teorien om planeternes skabelse.

Og resultaterne kan endda pege os i retning af spirende liv i andre solsystemer.

Planeter fødes af støvskyer

Astronomer har i århundreder forsøgt at løse gåden om, hvordan planeter bliver til. I 1664 udkom filosoffen og matematikeren René Descartes’ teori: Universet var engang fyldt med hvirvelstrømme af små partikler, som samlede sig og blev til Solen, Jorden og resten af Solsystemet.

Descartes’ grundidé har vist sig særdeles levedygtig. I løbet af årene er hypoteser forkastet, forfinet og udskiftet, så astronomerne i dag står tilbage med en dominerende teori kaldet tilvækst.

Ifølge tilvækstteorien kolliderer små støv- og gaspartikler i skyerne omkring nye stjerner.

Partikelklumperne bliver stadig større og former til sidst en kerne, som varierer i størrelse alt efter afstanden til stjernen. Jo tættere på stjernen planeten dannes, jo mindre bliver den – akkurat som i vores solsystem.

Danske forskere har vist, at Jorden blev dannet af støvkorn, som samlede sig i løbet af fem millioner år, hvilket er langt hurtigere end tidligere troet.

© StarPlan/Globe Institute/University of Copenhagen

Den simple forklaring kan langt hen ad vejen redegøre for planeternes skabelse. Når støvkornene er mindre end 1 mm i størrelse, samler de sig på grund af et fænomen kaldet adhæsion, hvor ladningerne i forskellige materialers molekyler skaber tiltrækning mellem materialerne.

Adhæsion er den samme kraft, som samler små støvpartikler til de nullermænd, du finder i hjemmets hjørner og kroge.

Når klumperne af partikler har vokset sig store nok – typisk et par kilometer i diameter – tiltrækker deres tyngdekraft hinanden, og planeten kan for alvor begynde at vokse.

Tilvækstteorien har dog et stort hul. Forsøg og simuleringer viser, at partikelklumperne begynder at frastøde hinanden som billardkugler, når de opnår en diameter på bare 1 mm.

For at løse problemet har et hold forskere ved Duisburg-Essen-universitetet i Tyskland testet en ny hypotese: Statisk elektricitet kan få støvkornene til at hægte sig sammen som milliarder af bittesmå magneter og dermed overvinde “billardproblemet”.

Når forskere vil undersøge, hvordan ting opfører sig i vægtløshed, kan de fx sende eksperimenter til Den Internationale Rumstation, bruge fly, som flyver i buede baner, eller nedsænke forsøg i den samme type vandtanke, som astronauter træner i.

©

Rumstation er vægtløs

Den Internationale Rumstation er i frit fald på vej rundt om Jorden.

©

Fly genskaber frit fald

Fly kan simulere frit fald ved at flyve i en bueformet bane op og ned.

©

Vandtanke fjerner vægt

I vandtanke ophæver tyngdekraft og opdrift hinanden.

Glaskugler skydes op i tårn

Hvis du gnider en ballon mod en væg, afgiver den elektroner til væggen, så ballonen bliver positivt ladet og væggen negativt ladet.

Fænomenet er også kendt som statisk elektricitet og får ballonen til at “klistre” til væggen.

Samme princip gør sig gældende i en sky af små partikler, som kan “give” og “tage” elektroner, blive positivt og negativt ladede og herefter sætte sig sammen som bittesmå magneter.

Princippet udnyttede det tyske forskerhold i et forsøg på at genskabe fødslen af en planet. Forskerne placerede glaskugler med en diameter på 0,4 mm i et kammer, som blev rystet i ti minutter ved hjælp af en metalspole.

Forskerne sendte strøm gennem spolen, som løber rundt om en magnet. Strømmen skabte et magnetisk felt, der reagerede med magneten, og det skabte vibrationer.

Rystelserne i kammeret efterlignede de kollisioner, der opstår mellem støvkornene i en planets spæde barndom. Sammenstødene mellem glaskuglerne skabte statisk elektricitet. En del af kuglerne blev positivt ladede, mens andre blev negativt ladede.

Trykluft skyder forsøg 120 meter i vejret

Forskerne stod nu med en samling små partikler, som havde opbygget statisk elektricitet, men de manglede endnu ét vigtigt trin for at genskabe forholdene under en planetfødsel: Tyngdekraften skulle sættes ud af spil.

Netop dén opgave kan det såkaldte Bremen Drop Tower klare. Tårnet er 146 m højt og rummer et kammer på 120 m, som kan tømmes næsten fuldstændigt for luft.

Forskere bygger deres forsøgsopstillinger ind i 1,6 m høje metalkapsler, som bliver hejst op i toppen af tårnet og sluppet – eller skudt op for derefter at falde ned.

Accelerationen medfører, at forsøgene kun er udsat for en milliontedel af den sædvanlige tyngdekraft og er vægtløse. Princippet svarer til at springe fra en vippe i svømmehallen med en vægt spændt på fødderne.

Hvis luftmodstanden er nul, ligesom den er i det lufttomme tårn, vil vægten vise 0 kg på vej ned mod vandet. Bremen Drop Tower efterligner dermed forholdene i rummet, hvorfor forskere fra hele verden strømmer til Bremen for at teste deres hypoteser om vægtløse fænomener.

Forskerne fra Duisburg-Essen-universitetet brugte Bremen Drop Towers katapult til at skyde forsøgsopstillingen med glaskugler op i tårnet. I løbet af de i alt 9,3 sekunder, det tog kapslen at nå op og ned igen, skete gennembruddet.

Statisk elektricitet fik de vægtløse kugler til at samle sig i klumper på over 1000 små glaskugler.

Klumper af denne størrelse er store nok til at tiltrække mindre partikler alene ved hjælp af deres tyngdekraft. Dermed viste forskerne, at statisk elektricitet kan forklare, hvordan planeter bliver født, og billardproblemet bliver overvundet.

Forsøg hjælper jagten på liv

Et dansk forskerhold har undersøgt, hvor længe planeterne vokser, og opdaget, at de fortsat “hiver” støv til sig, selv efter at de har vokset sig mange kilometer store.

Resultatet strider mod teorien om, at planeter som Jorden skabes ved sammenstød mellem “babyplaneter”.

Opdagelsen giver ny medvind til teorien om tilvækst. Og endnu mere interessant: De danske forskeres resultater tyder på, at Jordens skabelse ikke var et enestående fænomen, men at jordlignende planeter kan være dannet på samme måde i andre solsystemer.

Når planeterne er skabt på samme måde som Jorden, stiger sandsynligheden for, at de rummer flydende vand. Derfor står astronomerne nu med et afgørende spor, der kan lede os i retning af liv i rummet.