Tysk tårn føder planeter

Forskerne vet at jorden ble skapt i en sky av partikler som klumpet seg sammen, men lenge har de ikke kunnet forklare hvordan. Nå har en 146 meter høy fødestue for planeter vist at et kjent elektrisk fenomen er involvert.

Forskerne vet at jorden ble skapt i en sky av partikler som klumpet seg sammen, men lenge har de ikke kunnet forklare hvordan. Nå har en 146 meter høy fødestue for planeter vist at et kjent elektrisk fenomen er involvert.

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

Vi er midt i det kalde, mørke universet. Et støvkorn treffer et annet. De klumper seg sammen. Så enda et.

Gjenta prosessen milliarder av ganger, og til slutt vil du ha en liten «babyplanet». Den støter nå sammen med andre «babyer» og vokser seg større.

Slik har jorden blitt til. Ifølge teorien begynner alle planeter livet sitt som tette skyer av støv og gass som har blitt til overs fra stjernedannelse.

Men teorien har et forklaringsproblem, for når forskerne forsøker å gjenskape fødselsøyeblikket i laboratoriet, frastøter de små klumpene av støvkorn hverandre i stedet for å samle seg.

Det endrer et 146 meter høyt tårn i tyske Bremen nå på. Her har forskere fått svevende glasskuler til å samle seg, som om de var ørsmå planeter, og dermed levert et gjennombrudd for teorien om planetdannelse. Forskernes eksperiment er et avgjørende bevis for teorien om planetenes opprinnelse.

Og resultatene kan faktisk peke oss i retning av spirende liv i andre solsystemer.

Planeter fødes av støvskyer

Astronomer har i århundrer forsøkt å løse gåten om hvordan planeter blir til. I 1664 kom filosofen og matematikerens René Descartes’ teori: Universet var en gang fullt med virvelstrømmer av små partikler, som samlet seg og ble til solen, jorden og resten av solsystemet.

Descartes’ grunnidé har vist seg svært levedyktig. I løpet av årene er hypoteser forkastet, videreutviklet og skiftet ut, slik at astronomene i dag står tilbake med en dominerende teori som kalles tilvekst.

Ifølge tilvekstteorien kolliderer små støv- og gasspartikler i skyene omkring nye stjerner.

Partikkelklumpene blir stadig større og former til slutt en kjerne som varierer i størrelse alt etter avstanden til stjernen. Jo nærmere stjernen planeten dannes, jo mindre blir den – akkurat som i solsystemet vårt.

Danske forskere har vist at jorden ble dannet av støvkorn som samlede seg i løpet av 5 millioner år, noe som er mye raskere enn man tidligere trodde.

© StarPlan/Globe Institute/University of Copenhagen

Den enkle forklaringen kan langt på vei redegjøre for planetenes opprinnelse. Når støvkornene er mindre enn 1 millimeter i størrelse, samler de seg på grunn av et fenomen som kalles adhesjon, der ladningene i ulike materialers molekyler skaper tiltrekning mellom materialene.

Adhesjon er den samme kraften som samler små støvpartikler til de hybelkaninene du finner i hjemmets hjørner og kroker.

Når klumpene av partikler har vokst seg store nok – typisk et par kilometer i diameter – tiltrekkes de til hverandre på grunn av tyngdekraften, og planeten kan for alvor begynne å vokse.

Tilvekstteorien har imidlertid et stort hull. Forsøk og simuleringer viser at partikkelklumpene begynner å frastøte hverandre som biljardkuler når de oppnår en diameter på bare 1 millimeter.

For å løse problemet har et team av forskere ved Duisburg-Essen-universitetet i Tyskland testet en ny hypotese: Statisk elektrisitet kan få støvkornene til å hekte seg sammen som milliarder av bitte små magneter og dermed overvinne «billiardproblemet».

Når forskere vil undersøke hvordan ting oppfører seg i vektløshet, kan de for eksempel sende eksperimenter til Den internasjonale romstasjonen, bruke fly som følger buede baner eller senke forsøk ned i den samme typen vanntanker som astronauter trener i.

©

Romstasjon er vektløs

Den internasjonale romstasjonen er i fritt fall på vei rundt jorden.

©

Fly gjenskaper fritt fall

Fly kan simulere fritt fall ved å følge en bueformet bane opp og ned.

©

Vanntanker fjerner vekt

I vanntanker opphever tyngdekraft og oppdrift hverandre.

Glasskuler skytes opp i tårn

Hvis du gnir en ballong mot en vegg, avgir den elektroner til veggen slik at ballongen blir positivt ladet og veggen negativt ladet.

Fenomenet er også kjent som statisk elektrisitet og får ballongen til å «klistre» seg til veggen.

Samme prinsipp gjør seg gjeldende i en sky av små partikler, som kan «gi» og «ta» elektroner, bli positivt og negativt ladet og deretter sette seg sammen som bitte små magneter.

Prinsippet utnyttet den tyske forskergruppen i et forsøk på å gjenskape fødselen av en planet. Forskerne plasserte glasskuler med en diameter på 0,4 millimeter i et kammer som ble rystet i ti minutter ved hjelp av en metallspole.

Forskerne sendte strøm gjennom spolen, som løper rundt en magnet. Strømmen skapte et magnetisk felt som reagerte med magneten, og det skapte vibrasjoner.

Rystelsene i kammeret etterlignet de kollisjonene som oppstår mellom støvkornene i en planets spede barndom. Sammenstøtene mellom glasskulene skapte statisk elektrisitet. En del av kulene ble positivt ladet, mens andre ble negativt ladet.

Trykkluft skyter forsøk 120 meter i været

Forskerne sto nå med en samling små partikler som hadde bygget opp statisk elektrisitet, men de manglet enda ett viktig trinn for å gjenskape forholdene under en planetfødsel: Tyngdekraften måtte settes ut av spill.

Nettopp den oppgaven kan det såkalte Bremen Drop Tower klare. Tårnet er 146 meter høyt og rommer et kammer på 120 meter, som kan tømmes nesten helt for luft.

Forskere bygger forsøksmaterialene sine inn i 1,6 meter høye metallkapsler som blir heist opp i toppen av tårnet og sluppet – eller skutt opp for deretter å falle ned.

Akselerasjonen gjør at forsøkene bare er utsatt for en milliondel av den vanlige tyngdekraften og er vektløse. Prinsippet svarer til å hoppe fra et stupebrett i svømmehallen med en badevekt festet på føttene.

Hvis luftmotstanden er null, slik den er i det lufttomme tårnet, vil vekten vise 0 kilo på vei ned mot vannet. Bremen Drop Tower etterligner dermed forholdene i rommet, slik at forskere fra hele verden strømmer til Bremen for å teste hypotesene sine om vektløse fenomener.

Forskerne fra Duisburg-Essen-universitetet brukte Bremen Drop Towers katapult til å skyte opp forsøksoppstillingen med glasskuler i tårnet. I løpet av de i alt 9,3 sekundene det tok kapselen å nå opp og ned igjen, kom gjennombruddet.

Statisk elektrisitet fikk de vektløse kulene til å samle seg i klumper på over 1000 små glasskuler.

Klumper av denne størrelsen er store nok til å tiltrekke mindre partikler ved hjelp av sin egen tyngdekraft. Dermed viste forskerne at statisk elektrisitet kan forklare hvordan planeter blir født, og billiardproblemet blir overvunnet.

Forsøk hjelper jakten på liv

En dansk forskergruppe har undersøkt hvor lenge planetene vokser og oppdaget at de fortsatt «trekker» støv til seg, selv etter at de har vokst seg mange kilometer store.

Resultatet strider mot teorien om at planeter som jorden skapes ved sammenstøt mellom «babyplaneter».

Oppdagelsen gir ny medvind til teorien om tilvekst. Og enda mer interessant: De danske forskernes resultater tyder på at jordens opprinnelse ikke var et enestående fenomen, men at jordlignende planeter kan være dannet på samme måte i andre solsystem.

Når planetene er skapt på samme måte som jorden, stiger sannsynligheten for at det kan være flytende vann der. Derfor står astronomene nå med et avgjørende spor som kan lete oss i retning av liv i verdensrommet.