5 astronomiska upptäckter som förändrat världen

Utvecklingen sker inte i en stadig takt utan växlar mellan långa tider med inga eller små framsteg, för att avlösas av större genombrott som förändrar mycket – ibland till och med historiens gång. Här listar vi fem astronomiska upptäckter som fått oss att förstå världen bättre.

Fakta: 
Teleskopet - en ny världsbild förändrade allt
Upptäckten att jorden inte är universums centrum är startskottet till all modern astronomi. Det förändrade inte bara astronomin som vetenskap, utan hela vår världsbild.
Kopia av Galileos teleskop. Bild: SPL

Kopia av Galileos teleskop. Bild: SPL

I centrum stod teleskopet, och sannolikt var det den nya boktryckarkonsten som startade händelseförloppet­. När böcker kunde distribueras i större omfattning ökade läsandet i lampans sken och människor upptäckte att de hade dålig syn. Dåtidens glasögonmakare gjorde själva sina linser och antagligen var det holländska optiker som först kom underfund med att två linser med avstånd emellan kunde förstora avlägsna föremål.
Denna upptäckt lade grunden för en av tidernas största uppfinningar, och i takt med att teleskopet de följande århundradena utvecklades förändrades vår bild av universum på ett fullkomligt revolutionerande sätt. Jorden var inte längre världens centrum och universums medelpunkt utan bara en planet i solsystemet. Och senare visade det sig att solsystemet var en del av galaxen Vintergatan – vilken var en galax bland miljarder andra galaxer i ett obegripligt hisnande universum.
Tyskholländske linsmakaren Hans Lippershey vann loppet när han tog patent på sin enkla teleskopdesign och konkurrenten Jacob Metius kom ett par veckor efter. Galileo Galilei var således inte först när han, sannolikt med vetskap om holländarnas landvinningar, byggde sitt första teleskop och gjorde de första observationerna 1609, men det var hans rapport om vad han såg som väckte oerhörd uppståndelse och den brittiske ambassadören i Venedig skrev vredgat hem att ”först kullkastade han all astronomi, sedan all astrologi”.
I mars 1610 kom Galilei, då matematikprofessor vid universitetet i Padau, ut med den lilla skriften ”Sidereus Nuncius” i vilken man fick veta att han inte bara iakttagit de sju planeter man ända sedan det babyloniska riket känt till utan ytterligare många himlakroppar i olika banor och förhållanden till varandra. Galilei slog i ett slag sönder alla rådande uppfattningar om universum och verifierade samtidigt Kopernikus omstridda teorier från början av 1500-talet om den heliocentriska världsbilden. På så sätt beredde han vägen för andra forskare och en hel våg vällde efter.
Christiaan Huygens upptäckte Saturnus måne Titan, Isaac Newton byggde egna teleskop efter studier av kraft och mekanik, gravitation och planeternas rörelser, John Hadley förbättrade reflektorteleskopet och byggde 1721 det första Gregory-teleskopet, William Herschel (1738-1822) beskrev och katalogiserade mer än 2 500 nebulosor och stjärngrupper och irländaren Lord Rosse upptäckte den spiralstrukturerade Malströmsgalaxen och byggde på 1840-talet dåtidens allra största spegeltelskop med en diameter på 1,8 meter. Sedan dess har det rullat­ på fram till våra dagars Hubble, Planck, Herschel och Alma och utvecklingen har gått svindlande snabbt när vi snart ska kunna se ända tillbaka till ögonblicken efter big bang – i ett universum ingen kunde ana när allt tog sin början för 400 år sedan.

Den första exoplaneten - vårt solsystem är inte unikt
En av mänsklighetens största frågor är: är vi ensamma­ i universum?
För inte så många år sedan var det en utbredd uppfattning att vår sol med sina planeter var något unikt i universum, men sedan några år tillbaka är det dock klart att det finns gott om andra planetsystem. Och hoppet att hitta annat liv i universum har ökat.
Identifieringen av planeter utanför vårt solsystem har varit en utdragen process som tog sin början vid mitten av 1800-talet då ett antal första studier presenterades. Men det skulle dröja nästan 150 år, ända fram till 1990-talet, innan en bekräftad upptäckt av en sådan himlakropp gjordes.
Flertalet astronomer håller nog med om att det var schweizarna Michel Mayor och Didier Queloz vid Genèves universitet som svarade för genombrottet då de den 6 oktober 1995 kunde tillkännage den första definitivt säkerställda upptäckten av en planet kretsande runt en riktig och normal stjärna utanför vårt solsystem. Fokus var ställt på 51 Pegasi, en stjärna i stjärnbilden Pegasus med en magnitud på + 4,51, på 50 ljusårs avstånd och ganska lik vår sol. Från schweiziska Observatorie de Haute-Provence kunde Mayor och Queloz definitivt identifiera en planet i omloppsbana runt stjärnan och blev härmed pionjärer.
Men riktigt först var de kanske ändå inte när allt kommer till kritan. Tidiga observationer från 1800-talet och ända fram till 1960-talet betraktas dock i allmänhet numera som felaktiga. Också Andrew Lynes, Michael Bailes och SL Shermans anspråk från 1991 på upptäckten av en planet i omloppsbana runt stjärnan PSR 1829-10 avfärdas av de flesta som tvivelaktigt och trion har också mycket riktigt tagit tillbaka upptäckten.
Försiktigare var Bruce Campbell, GHA Walker och
S Yang, som redan 1988 med hjälp av radialhastighetsobservationer trodde sig ha möjliga bevis för en exoplanet i omloppsbana runt stjärnan Gamma Cephei. Länge var man osäkra och många forskarkollegor ställde sig tvivlande, men 2003 kunde upptäckten bekräftas.
Snabbare gick det för Aleksander Wolszczan och Dale Frail vilka 1992 med radioastronomi upptäckte planeter runt pulsaren PSR 1257+12 och lyckades övertyga vetenskapsvärlden om detta. 1995 kom så Michel Mayors och Didier Queloz definitiva genombrott och härefter har det gått snabbt.
Det finns flera metoder för att upptäcka exoplaneter. Ett är att studera en stjärna och se om den ”vinglar” lite. En stjärna och en planet har en gemensam rotationspunkt som inte ligger i stjärnans centrum, vilket får den att vingla när planeten rör sig runt den.
Men också dopplereffektens inverkan, mätning av omloppsfaser, avvikelser i radiopulserna, transit­metoden, microlensing och flera andra metoder står till forskarnas förfogande.
Fram till idag har man säkerställt existensen av mer än 330 exoplaneter och uppmärksamheten riktas alltmer in på att finna steniga planeter lika jorden och möjligen med någon form av organiskt liv. En kandidat är Gliese 581d intill röda dvärgen Glise 581, men det kommer hela tiden flera och med tanke på att forskarna anser att minst 10 procent av de solliknande stjärnorna, troligen fler, har planeter i omloppsbana är kanske oddsen inte så dåliga­ trots allt.

Radioastronomi - strålning från universum
Universums bakgrundsstrålning upptäcktes av en slump, med hjälp av radioastronomi. Upptäckten är ett av de viktigaste bevisen för big bang och ledde till nobelpris.

Universums bakgrundsstrålning upptäcktes av en slump, med hjälp av radioastronomi. Upptäckten är ett av de viktigaste bevisen för big bang och ledde till nobelpris.

Grunden lades av den amerikanske fysikern och radioteknikern Karl Guthe Jansky (1905-1950), som i augusti 1931 upptäckte radiovågor från vår galax Vintergatan. Detta var stort och intressant i sig och utgjorde början till vad vi idag känner som radioastronomi, det vill säga studiet av radiovågor från rymden och därmed allehanda pågående processer i universum. Med hjälp av radiovågor, som har längre våglängd än ljusvågor, kan man även mäta avstånd och genom kännedom om dopplereffekten beräkna hastighet.
Men det skulle bli ännu bättre.
1964 var fysikern Arno Allan Penzias och astronomen Robert Woodrow Wilson i Bell Labs i Holmdel i New Jersey i färd med att under sina studier av ultrakänsliga kryogeniska mikrovågor ställa in sitt hittills allra mest känsliga antennsystem för satellitkommunikation, men stördes hela tiden av ett sällsamt brus, hur de än riktade antennen. Ingen kunde förklara vad det var. Det skilde sig från radiovågorna från Vintergatan och det var isotropiskt, alltså lika i alla riktningar.
Penzias och Wilson trodde först att radiobruset kom från storstaden New York, men den möjligheten avskrevs efter erforderliga undersökningar. En granskning av mikrovågsantennen visade att denna var full av duvspillning. Spillningen togs bort och duvorna sköts – båda vetenskapsmännen skyllde efteråt på varandra när det gällde frågan om vem som avkunnat domen över duvorna – men bruset var kvar och sedan man täckt upp alla tänkbara förklaringsmodeller återstod bara en möjlig förklaring. Och den var revolutionerande – man hade hittat de första konkreta spåren från big bang.
Redan ett tjugotal år tidigare hade big bang-teorins förespråkare insett att den rimligen borde ha efterlämnat spår i form av värmestrålning. Nu fick man äntligen denna hypotes bekräftad och Penzias och Wilson kunde i en första studie meddela sin upptäckt av universums bakgrundsstrålning, sedermera försedd med den internationellt gångbara beteckningen CMB – cosmic microwave background radiation.
Enligt radioastronomins rådande teorier tog universums expansion sin början bara 10-34 sekunder efter big bang då en prick  10-20 gånger storleken av en proton expanderade som en blixt till ofattbar storlek. När universum så var omkring 380 000 år gammalt hade det expanderande kosmos kylts ned tillräckligt mycket för att fria elektroner och nukleoner skulle bilda neutrala atomer, mestadels väte. Fotoner, det vill säga det elektromagnetiska fältets energikvantum som fram till dess låsts av de fria elektronerna, släpptes härmed plötsligt fria och denna strålning utsträckt till mikrovågslängd av universums expandering bildar den kosmiska bakgrundsstrålningen.
Arno Penzias och Robert Wilson belönades 1978 med nobelpriset för sin banbrytande upptäckt. De delade priset med Pjotr Leonidovitch Kapitsa.

Universums expansion - och den stora smällen
Den aamerikanske astronomen Edwin Hubble brukar utpekas som upptäckaren av universums expansion, men han hade god hjälp av iakttagelser från bland andra Vesto Slipher och Knut Lundmark. Hubble studerade i början av 1920-talet spiralgalaxer, introducerade runt 1925 ett nytt klassificeringssystem för galaxer och kunde fyra år senare lägga fram det som blivit känt som Hubbles lag, det vill säga att rödförskjutningen ökar linjärt med galaxernas avstånd från oss. Då rödförskjutningen ökar rör sig galaxerna bort från observatören – och vittnar härigenom om ett expanderande universum.
På detta sätt kom Hubbles lag att bilda grund till big bang-teorin, som blev allmänt känd först flera decennier senare och till en början mötte ganska starkt motstånd. Själva termen myntades för övrigt av astronomen Fred Hoyle, som var motståndare till detta nytänkande. Han trodde på ett statiskt universum och raljerade under en BBC-intervju om ”den stora smällen”, som enfaldiga kollegor så blint satte sin tillit till – ett skämt, som sägs ha kostat honom nobelpriset.
För visst fanns det grund för big bang-teorin. Grunden till teorin upptäcktes och utarbetades av två personer oberoende av varandra, den ryske matematikern Aleksandr Fridman och av en belgisk astronom och katolsk präst, fader Georges Lemaitre. Fridman utgick från Einsteins allmänna relativitetsteori och visade att universum visst inte var statiskt utan kunde utvidgas eller krympa. Året var 1922. Fem år senare kunde Lemaitre visa att universum torde haft en början. Vår världsbild förändrades radikalt och tanken svindlade inför bevisen för att allt har sitt ursprung i en koncentrerad punkt, som för omkring 13,7 miljarder år sedan började expandera och gör så än idag.

Nukleosyntes - den skapande processen i stjärnor
Britten Fred Hoyle (1915-2001) var en märklig man, som trots sitt envetna motstånd mot big bang-teorin måste tillskrivas en av vetenskapens kanske allra viktigaste upptäckter. Han var astronom, men också science fiction-författare, han tycks ha varit i ständig kontrovers med merparten av sina samtida forskningskollegor, avvisade konsekvent och närmast hånfullt teorin om ett expanderande universum och förordade istället sin egen hypotes om ett statiskt – idéer som visade sig vara fel­aktiga. Mitt i detta förvirrande sammelsurium gick Hoyle och gjorde en av astronomins allra viktigaste upptäckter.
Året var 1946 då han lade fram sina teorier om nukleo­syntes – alltså hur tunga grundämnen bildas av lättare. Han visade hur stjärnorna syntetiserar tunga atomkärnor från väte och helium.
Idag skiljer man som regel på fyra olika fysikaliska processer som skapar atomkärnor. De första kärnpartiklarna kom till ögonblicken efter big bang och universum bestod då av 76 procent väte och 24 procent helium samt en mindre mängd isotoper. Därefter kom nukleosyntes av lättare atomkärnor i stjärnor, då grundämnen som kol, syre, kisel upp till och med järn bildades.
En tredje process äger rum när en stjärna exploderar i en supernova och strålningen som uppstår när kärnan imploderar skapar de tyngsta atomkärnorna. Dessa sprids sedan i rymden och bildar nya stjärnor och planeter.
Den fjärde processen av nukleosyntes är spallation av kosmisk strålning där lättare ämnen bildas ur tyngre. Spallation uppstår då en högenergetisk proton träffar ett tungt grundämne och slår bort kärnpartiklar. Bland annat bildas litium och helium-3 med hjälp av spallation av kosmisk strålning.
Nukleosynteserna har fördelat universums massa så att den idag består av 74 procent väte, 24 procent helium­, 1 procent syre, 0,5 procent kol och 0,5 procent övriga grundämnen.

Material från
Allt om Vetenskap nr 11 2009

Mest lästa

Fler nyheter

Fler nyheter