Vores forunderlige verden – skabt af gasser

Rundt om i Universet findes store skyer af gas og støv – stjernetåger. Her bliver stjernerne født.

Tyngdekraften får gassen og støvet til at samle sig til kugler, der snurrer rundt om sig selv, mens de bliver tættere og tættere. Noget af materialet bliver måske til planeter. Sådan blev vores eget solsystem skabt for fem milliarder år siden.

Vi bor på bunden af et hav af livgivende luft – jordens atmosfære
Lad os et øjeblik skrue tiden fire milliarder år bagud, tilbage til den tid, hvor Jorden var en glødende planet. En glødende planet i kredsløb om en af de få stjerner, der siden har fået et navn: Solen. Den unge planets overflade er begyndt at størkne, og rundt om den ligger et tyndt lag luft, for Jorden er så tung, at dens tyngdekraft kan holde på en atmosfære – så heldige er ikke alle planeter.

Luften vi indånder
Langt det meste af den luft, vi indånder, består af nitrogen – også kaldet kvælstof. Nærmere bestemt fylder det 78,09% af luftens rumfang. Dernæst følger oxygen – ilt – med 20,95%. Argon, en såkaldt ædelgas, udgør 0,93%, mens kuldioxid blot fylder 0,03%. Desuden er der meget små mængder af andre gasser som neon, helium og krypton i luften.

I det hele taget var det en ganske særlig planet, der blev født i tidernes morgen. Dens glødende kerne af jern gav den et kraftigt magnetfelt, der holder planetens atmosfære godt skærmet mod det bestandige bombardement af elektroner fra Solen, de såkaldte solvinde. Elektronerne hamrer ind mod Jordens atmosfære med 1600 km/sekund, men magnetfeltet bøjer solvinden af og tvinger den ned mod Jordens poler, hvor bombardementet ender som det smukkeste nordlys. På planeter uden magnetfelt er solvinden anderledes barsk. Her blæser den atmosfæren bort fra planeten, ud i verdensrummet.

Jordens tidligste atmosfære ligner ikke den, vi kender. 99% bestod af nitrogen (kvælstof), mens indholdet af oxygen (ilt) var mindre end én procent. Først da livet begynder, sker der noget. I millioner af år er planterne enerådende på Jorden, og de producerer oxygen. Masser af oxygen. På et tidspunkt nåede atmosfærens oxygenindhold antagelig op på 35%, langt over nutidens knap 21%. Senere kom dyrene til, og et nyt samspil og en ny balance opstod: Dyrene brugte af oxygenen, men leverede til gengæld kuldioxid til planterne.

Drivhusgasser
Atmosfærens indhold af kuldioxid er lavt, men dog markant stigende. Kuldioxid er det, der kaldes en drivhusgas. Det vil sige, at den holder på Jordens varme. Men den vigtigste drivhusgas er og bliver vand. Uden vanddamp i atmosfæren ville Jordens temperatur falde 25-30° C.

Hvor tyk er Jordens atmosfære? Ingen kan give noget eksakt svar, for den bliver bare tyndere og tyndere jo længere man kommer fra jorden – der er med andre ord ingen markant grænse.

Jordens radius er 6370 km. Set i forhold til den er atmosfæren meget tynd – 99,999% af luften ligger under 100 kilometers højde. Flyver man med et almindeligt rutefly i 10 kilometers højde, har man 80% af atmosfæren under sig, og spørger man astronauter, fortæller de, at Jordens atmosfære ligner en ganske tynd hinde. Tynd og smuk.

Vi bor på bunden af atmosfæren, nogle dage med udsigt til en blå himmel, andre dage en grå. For også på det punkt er Jordens atmosfære fantastisk – den er så gennemsigtig, at masser af livgivende lys trænger helt ned til bunden af lufthavet – ned til os. I havet slukkes alt lys på få hundrede meters dybde.

Gas
Når man taler om gas opfattes dette af mange som naturgas, by- eller propangas, som udelukkende er brændgasser. Ordet “gas” beskriver i realiteten kun et stofs tilstandsform, nemlig at stoffet befinder sig i gasfase.

Men selv om luften virker usynlig, er den i høj grad til stede og næsten altid i bevægelse. Og den vejer ganske pænt – meget mere end de fleste forestiller sig. En kubikmeter vejer ca. 1,2 kg, og i en almindelig dagligstue er der derfor omkring 60 kg luft.

Ordet luft er det, vi bruger til hverdag. Teknikerne foretrækker et andet: For dem består luften af en række gasser. Begrebet gasser bruges primært om stoffer, der optræder i gasform ved de betingelser, der er på jordens overflade – alle stoffer har tre tilstande: Det kan være fast stof, det kan være en væske, eller det kan være en gas. Tænk f.eks. på vand, der jo findes som både is, som væske og som (usynlig) vanddamp i atmosfæren.

Det virker som ren magi på mange, at ganske almindelig luft kan blive til væske. Men ved behændigt at udnytte de fysiske love, der gælder for gasser, kan luften køles så langt ned, at den bliver flydende – ja, mere end det: Luften kan separeres i de gasser, den består af, for de bliver flydende ved forskellige temperaturer. Og netop sådan, hentet ud af den blå luft, fremstilles gasser som oxygen (ilt), nitrogen (kvælstof) og argon.

Stjernerne – galaksens ”gasfabrikker”

Modsat hvad man kunne tro, findes størstedelen af universets masse ikke i form af stjerner og planeter, men i form af gasser i rummet mellem stjernerne og galakserne. 80% af universets masse var oprindeligt hydrogen (brint), ca. 18% helium. De tungere grundstoffer vi kender her på Jorden udgjorde kun knap 2%. Det betyder i praksis, at hver gang man samler 10 gennemsnitlige atomer op i rummet, vil de 9 være hydrogen, som dermed får titlen ”universets byggesten”.

Man finder derfor brintskyer overalt på himlen og de indgår som en naturlig del i stjernernes liv. Mindre stjerner kan leve op til 10 milliarder år, mens store stjerner brænder hurtigere ud og kun lever nogle få millioner år. Da universet er omkring 15 milliarder år gammelt kunne man derfor tro at de skulle være brændt ud for længe siden og himlen være kulsort. Men heldigvis fødes og dør stjerner hele tiden og gasskyerne mellem stjernerne er en del af processen.

Stjernerne fødes af gasskyer, som falder sammen ved sin egen tyngdekraft. Dermed dannes der lokale gasklumper, som bliver tættere og tættere og dermed varmere og varmere. Når de bliver varme nok i centrum (> 1 mill.° C) tændes kerneprocesserne i en fusionsproces, hvor hydrogen og hydrogen bliver til helium ligesom i en brintbombe.

De voldsomme processer truer naturligvis med at splitte gasskyen ad, men gasskyens tyngekraft holder den sammen. Hvis den begynder at falde mere sammen, stiger temperaturen i kernen og kerneprocesserne tiltager. Det får stjernen til at vokse, så temperaturen falder og kerneprocesserne aftager igen.

Senere i en stjernes liv vil kernetemperaturen være høj nok til at fusionere helium og helium til jern. Tilsvarende dannes også oxygen og nitrogen i Supernovaer. Og hver gang stjernen skifter fase – og til sidst dør – spredes disse gasser ud i rummet, hvor de indgår i nye stjernefødsler. På den måde er stjernerne faktisk galaksens ”gasfabrikker”, som laver de tungere grundstoffer, der danner basis for faste planeter og liv, som her på Jorden I den næste stjernepopulation vil der dermed være flere tunge grundstoffer, som under stjernedannelsen bliver ”centrifugeret” ud fra stjernen – som fx. solen, hvor de dannede de indre planeter (Merkur, Venus, Jorden & Mars) da Solsystemet blev til for 5 milliarder år siden.