32 popUläR AStRoNomI NR 3 2008

AKTuELL forSkNiNg

Solens nya innehållslistaText: Åsa KarlssonIllustrationer: Sophia Lundquist

Solens nya innehållslista

33NR 3 2008 popUläR AStRoNomI

foto

: So

Ho/N

ASA

att de allt snabbare datorerna gör det möjligt att bättre simulera stjärnors gasmassor är kanske inte en nyhet för de flesta. Att det är en svensk som står bakom en del av studierna är kanske mindre känt. Martin Asplund och hans forskarteam har bland

annat studerat solens kemiska sammansättning och funnit att grundämneshalterna skiljer sig avsevärt från tidigare studier. Resultaten påverkar inte bara solen, utan också bestämningen av andra stjärnors och galaxers halter – och faktiskt också kosmologiska modeller.

Martin Asplund visste tidigt i sitt liv att han ville bli astronom, men det han inte visste då var att han skulle röra om rejält i solens kemiska sammansättning med sina modeller.

– Solen har varit svår att förstå tidigare, bland annat därför att solen troddes ha högre syrehalt än stjärnor i omgivningen, säger Martin Asplund.

– Vi har en idé om hur grundämnena uppkommer i stjärnor, och då borde i regel andelen grundämnen som syre öka med tiden. Tittar man på stjärnor som bildats idag borde de ha en högre halt av syre än solen. Men det var tvärtom, och det kunde man inte förstå, fortsätter Martin.

Många astronomer har tagit till sig de studier som Martin ligger bakom, och resultaten verkar lovande.

– Jämför man nu är solen en helt normal stjärna, säger Martin.

Solen – bra att tillämpa modeller på

Genom att observera solen och förstå bakomliggande fysik kan man göra tillämpningar på andra stjärnor i universum. Det korta avståndet till solen gör den till ett utmärkt objekt att applicera fysikaliska modeller på.

– Jag ser solen som ett testredskap för att testa sina mo-deller som man sedan ska använda på andra stjärnor. Man kan då känna sig säker på att det funkar på andra stjärnor, säger Martin.

Att observera stjärnors innehåll

För att studera den kemiska sammansättningen hos stjär-nor används i regel spektra. Sådana får man till exempel genom att leda en stjärnas ljus genom ett glasprisma eller mot ett gitter, en spegel med tätt liggande ritsor. Prismat bryter ljusets alla våglängder olika mycket och ger därmed en lättöverskådlig bild över stjärnans alla utsända vågläng-der. I naturen syns detta fenomen som en regnbåge, då vattendroppar kan ge en liknande effekt som ett prisma.

fel med en faktor två. Så dåliga var de gamla värdena för hur mycket kol, syre och kväve som finns i solens atmosfär. värden

som har påverkan genom hela astronomin. hur kunde det bli så fel? och kan vi verkligen lita på de nya siffrorna?

Stjärnor består, liksom vi, av atomer och molekyler. Även om solen är mycket stor måste fysiken bakom det mycket lilla, atomer och molekyler, först begripas. Det är på den skalan som många av de riktigt intressanta solegen-skaperna kan få en förklaring.

Vad händer i en stjärna?

I centrum av en stjärna sker fusionsprocesser där strålning produceras genom omvandling från massa enligt den berömda formeln E = mc2. Hos solen som hos de flesta stjärnor omvandlas väte till helium. För att fusionsproces-sen ska upprätthållas krävs att stjärnans centrum har en temperatur på åtskilliga miljoner grader.

Radiellt utåt från stjärnans centrum avtar temperaturen. På stjärnans yta är temperaturen som lägst, i solens fall är temperaturen vid ytan omkring 5 500 grader Celsius. Den enorma temperaturskillnaden i stjärnan resulterar i att vär-meenergin från centrum transporteras utåt i stjärnan, och detta kan ske genom strålning, ledning eller konvektion. Strålning innebär att fotoner lämnar objektet som därmed kyls av. Ledning är när värme leds genom ett material likt en kastrull på en värmeplatta, då värme överförs från plat-tan till kastrullen som värms upp. Konvektion är het ma-teria som stiger uppåt, kyls ner på ytan och sedan sjunker ned mot de varmare områdena igen. Detta fenomen kan iakttas när vatten sjuder och den varma vätskan närmast plattan stiger upp under tiden som det svalare vattnet ovanför sjunker nedåt.

I stjärnors inre dominerar dessa tre energitransporter inom olika zoner. Konvektionszonen hos solen sträcker sig upp till ytan, även kallad fotosfären, och är den zon som syns utifrån. Observationer av lagren under fotosfären kan inte göras optiskt, och för att tolka händelseförloppen där har astronomerna vänt sig till modeller och datorkraft.

Martin Asplunds studier

Martin Asplunds och hans medarbetares studier baseras på en så kallad tredimensionell hydrodynamisk modell. Modellen bygger på hur gas rör sig i konvektionszonen tredimensionellt och beskriver balansen mellan strålnings-transport och konvektion vid solens yta. Den tidigare använda modellen, den endimensionella hydrostatiska modellen, användes för att datakrafterna inte räckte till och nödvändiggjorde en osäker parameter. Den para-metern kommer automatiskt ut ur ekvationerna i den tredimensionella modellen, vilket gör modellen mer fördelaktig. Den nya modellen tar även hänsyn till hur

AKTuELL forSkNiNg

34 popUläR AStRoNomI NR 3 2008

ler. Det visade sig att modellen gav en betydligt lägre halt av kol, syre och kväve i solen än tidigare.

– Jag insåg att det skulle vara viktigt att utveckla tredimensionella hydrodynamiska modeller speciellt för kemisk haltanalys. Däremot hade jag inte förväntat mig så stora effekter och uppståndelse för vår solanalys som vi gjorde mest som ett första test, säger Martin om sina första publiceringar.

Trots att många forskare inom stjärnastronomin i stort välkomnar studierna gjorda av Martin och hans med-arbetare finns det ett visst motstånd. Helioseismologins värden på solens grundämneshalt stämmer inte alls med de tredimensionella hydrodynamiska resultaten.

– Det enda som inte passar med våra resultat är helio-seismologin och modeller för solens inre, säger Martin.

Helioseismologi

Helioseismologi är studier av hur vågor transporteras genom solen och kan i viss mån likna jordens seismologi. Precis som tryckvågor kan röra sig genom jorden vid jord-bävningar kan tryckvågor röra sig genom solen. Tryckvå-gorna kan liknas vid vanliga ljudvågor, fast frekvenserna ligger normalt inte inom våra örons uppfattningsintervall. Dessa är vanliga i konvektionszonen och skapas av turbu-lens i den nedre delen av konvektionszonen samt i fotosfä-ren i samband med magnetfältet på solen. Den hastighet

solens yta förändras med tiden, partikelstatistik och egenskaper i solens lägre atmosfär.

– Det är inte bara att vi har bättre modeller för hur solens atmosfär fungerar utan vi har även förbättrad atom- och molekyldata och mer detaljerad beskrivning i hur solspektrum fungerar, säger Martin.

– Perfekta är våra simuleringar inte ännu, men de är uppenbart väldigt realistiska, betydligt bättre än tidigare endimensionella hydrostatiska modeller, fortsätter han.

Martin Asplund och hans medarbetare publicerade sina första resultat redan 1999, då han var postdoc i Köpenhamn. Resultaten väckte stora funderingar inom astronomin just för att hans studier visade på att solens grundämneshalt skiljer sig markant från tidigare model-

De tio vanligaste ämnena på solytan

Namn Viktprocent Antal atomer i procentVäte 73,4 92,0

Helium 25,0 7,8

Syre 0,53 0,041

Kol 0,20 0,023

Neon 0,16 0,006

Kväve 0,11 0,006

Magnesium 0,06 0,003

Kisel 0,07 0,003

Atomer och molekyler kan ta upp energier motsvarande vissa våg-längder genom så kallad excitation. excitation innebär att elektronerna i atomen eller molekylen antar ett högre energitillstånd.

det betyder att en elektron i en atom om den tillförs energi kan hoppa utåt till en ny omloppsbana längre från kärnan.

energin kan komma från kollisioner mellan partiklar eller från elektromagne-

tisk strålning som ljus. det måste tillföras exakt så mycket energi som hoppet motsvarar för att elektro-nen ska hoppa utåt.

I ett spektrum syns excitationerna som svarta linjer, så kallade absorptionslinjer. energin för motsvarande våglängd har gått till elektronen, som nu har mer energi än den hade tidigare. Varje ämne har typiska övergångar. om man jämför de våglängder som saknas i spektrum med laboratoriedata kan då den kemiska sammansättningen avslöjas.

ÅSa karLSSoN väntas ta sin mastersexamen i astronomi vid uppsala universitet nästa år. Hon driver också communitysajten Astronomiguiden på nätet. Martin Asplund intervjuas på sidan 26.

som ljudvågor-na färdas med beror bland annat på den kemiska sammansättningen hos solen, då tyngre grund-ämnen är svårare att sätta i svängning än lättare.

Den här typen av vågor är tämligen lätta att observera med dagens satelliter, vilket gör helioseismologin till en fördelaktig metod att studera solens sammansättning på. Men dess resultat för solens grundämneshalt överens-stämmer inte med Martins resultat.

– Det var helioseismologerna som först hävdade att det var någonting konstigt med de neutriner vi observerade från solen, och partikelfysikerna påstod att det var fel på förståelsen för solens inre. Helioseismologerna hade rätt i slutändan, så nu är de såklart övertygade om att de har rätt och att andra har fel, säger Martin.

Martin Asplunds publicerade resultat skapade givetvis uppståndelse bland astronomerna. Helt plötsligt gav nya modeller värden på solens kemiska sammansättning som inte stämde överens med tidigare modeller. Trots att han, samt andra astronomer, publicerat ett antal artiklar om detta har man inte säkert lyckats fastställa grundämnes-halterna än idag.

Någonting som talar starkt för den tredimensionella modellen är att resultaten av grundämneshalterna tros stämma bra överens med de halter som man tror att solnebulosan en gång hade. Solnebulosan är det gasmoln ur vilket solen bildades, och eftersom solen mestadels omvandlar väte till helium borde de övriga grundämnenas halter fortfarande vara relativt opåverkade. Tidigare resul-tat med den endimensionella hydrostatiska modellen har inte fått halterna att stämma bra överens med solnebulo-sans antagna halter. Trots detta är den endimensionella hydrostatiska modellen något som astronomerna inte gärna överger. Ändå verkar de vara inställda på att den nya tredimensionella hydrodynamiska modellen kommer att ta över mer och mer då datorernas kapacitet ökar.

Den stora frågan är såklart vilken metod som stäm-mer bäst överens med verkligheten. Vet man tillräckligt mycket om vad som händer i stjärnor? Har man tagit hänsyn till alla processer i modellerna? Astronomerna verkar bekymrade över oenigheten och kampen om so-lens kemiska sammansättning fortsätter …

TeleskopService– din guide till universumLUNT 60mm H-alfa solteleskopH-alfa solteleskop från LUNT Solar Systems. Ut-rustad med 2” Crayfordfokuserare 1:10. Objektiv-diameter 60 mm. Brännvidd 500 mm. Bandbredd <0,8 Ångström. Färg: Pärlvit/svart-anodiserad.Art.nr. LS60THa

TS 20x80 Triplet Fältkikare utrustad med triplet-objektiv, som ger god skärpa och välkorrigerad färgåtergivning. Robust utförande med integrerad stativadapter. Levereras i koffert.Art.nr. TS20x80Trip

William Optics Megrez 72 FD APONya Megrez 72 FD APO är en refraktor i absolut toppklass. Försedd med högkvalitativt FD Extra Low Dispersion linselement, samt infällbar dagghuv och roterbar Dual Speed 2” Crayfordfokuserare. CNC-bearbetad aluminiumtub. Pulverlackad i vitt. Integrerat vinkelmontage.Art.nr. WO72FD

NexImage Solar System ImagerUtmärkt kamera för planetfoto. Instruktion för snabbstart gör det möjligt att redan första natten ta bilder som imponerar på dina vänner.

Art.nr. C93712

TeleskopService Norden ABMobil +46 (0) 768 653 250Tel +46 (0) 301 429 72info@teleskop-service.sewww.teleskop-service.se

Ring eller maila in din orderFrakt tillkommer på alla priser

8 995:–

2 195:–

TS 20x80 Triplet Fältkikare utrustad med triplet-objektiv, som ger god skärpa och välkorrigerad färgåtergivning. Robust utförande med integrerad stativadapter. Levereras i koffert.Art.nr. TS20x80Trip

HR 1,25” PlanetokularHR Planetokular ger, till budgetpris, ett högklassigt planetokular med mycket god kantskärpa, 16 mm ögonavstånd och 60°synfält. Justerbar ögonmussla. Finns i brännvidderna 2, 5, 4, 5, 6, 7, 8, 9 mm.Art.nr HR+brännvidd 725:–

William Optics Megrez 72 FD APO

3 875:–

William Optics Megrez 72 FD APONya Megrez 72 FD APO är en refraktor i absolut toppklass. Försedd med högkvalitativt FD Extra Low Dispersion linselement, samt infällbar dagghuv och roterbar Dual Speed 2” Crayfordfokuserare. CNC-bearbetad aluminiumtub. Pulverlackad i vitt. Integrerat vinkelmontage.Art.nr. WO72FD

NexImage Solar System

1 325:–

The Imaging SourceEn av marknadens vassaste kame-ror för foto av objekten i vårt sol-system. Finns i monokrom- och färgversion. Anslutes till datorn via FireWire alt. USB. Detaljerad infor-mation hittar du på vår hemsida under Produkter/CCD kameror.Prisex: DFK21AF04.AS (Färg)

Atik CCD-kamerorAtik tillverkar en hel serie av olika CCD-kameror, som passar såväl nybörjaren som den mera erfarne astrofotografen. Detaljerad informa-tion hittar du på vår hemsida under Produkter/CCD kameror.

ATK16IC-HS och ATK16IC-C 5 695:-ATK16IC-S och ATK16IC-SC 6 875:-ATK314L och ATK314LC 15 995:-

Atik fi lterhjulHögklassiga fi lterhjul från Atik till lågpris.ATK EFW Motoriserat fi lterhjul, 5x1,25” fi lterplatser

ATK MFW Manuellt fi lterhjul, 5x1,25” fi lterplatser

3 595:–

Högklassiga fi lterhjul från Atik till lågpris.

1 450:-

2 350:-

rustad med 2” Crayfordfokuserare 1:10. Objektiv-diameter 60 mm. Brännvidd 500 mm. Bandbredd

Fältkikare utrustad med triplet-objektiv, som ger

8 995:–

TeleskopService– din guide till universumLUNT 60mm H-alfa solteleskopH-alfa solteleskop från LUNT Solar Systems. Ut-rustad med 2” Crayfordfokuserare 1:10. Objektiv-diameter 60 mm. Brännvidd 500 mm. Bandbredd <0,8 Ångström. Färg: Pärlvit/svart-anodiserad.Art.nr. LS60THa

TS 20x80 Triplet Fältkikare utrustad med triplet-objektiv, som ger god skärpa och välkorrigerad färgåtergivning. Robust utförande med integrerad stativadapter. Levereras i koffert.Art.nr. TS20x80Trip

William Optics Megrez 72 FD APONya Megrez 72 FD APO är en refraktor i absolut toppklass. Försedd med högkvalitativt FD Extra Low Dispersion linselement, samt infällbar dagghuv och roterbar Dual Speed 2” Crayfordfokuserare. CNC-bearbetad aluminiumtub. Pulverlackad i vitt. Integrerat vinkelmontage.Art.nr. WO72FD

NexImage Solar System ImagerUtmärkt kamera för planetfoto. Instruktion för snabbstart gör det möjligt att redan första natten ta bilder som imponerar på dina vänner.

Art.nr. C93712

TeleskopService Norden ABMobil +46 (0) 768 653 250Tel +46 (0) 301 429 72info@teleskop-service.sewww.teleskop-service.se

Ring eller maila in din orderFrakt tillkommer på alla priser

8 995:–

2 195:–

TS 20x80 Triplet Fältkikare utrustad med triplet-objektiv, som ger god skärpa och välkorrigerad färgåtergivning. Robust utförande med integrerad stativadapter. Levereras i koffert.Art.nr. TS20x80Trip

HR 1,25” PlanetokularHR Planetokular ger, till budgetpris, ett högklassigt planetokular med mycket god kantskärpa, 16 mm ögonavstånd och 60°synfält. Justerbar ögonmussla. Finns i brännvidderna 2, 5, 4, 5, 6, 7, 8, 9 mm.Art.nr HR+brännvidd 725:–

William Optics Megrez 72 FD APO

3 875:–

William Optics Megrez 72 FD APONya Megrez 72 FD APO är en refraktor i absolut toppklass. Försedd med högkvalitativt FD Extra Low Dispersion linselement, samt infällbar dagghuv och roterbar Dual Speed 2” Crayfordfokuserare. CNC-bearbetad aluminiumtub. Pulverlackad i vitt. Integrerat vinkelmontage.Art.nr. WO72FD

NexImage Solar System

1 325:–

The Imaging SourceEn av marknadens vassaste kame-ror för foto av objekten i vårt sol-system. Finns i monokrom- och färgversion. Anslutes till datorn via FireWire alt. USB. Detaljerad infor-mation hittar du på vår hemsida under Produkter/CCD kameror.Prisex: DFK21AF04.AS (Färg)

Atik CCD-kamerorAtik tillverkar en hel serie av olika CCD-kameror, som passar såväl nybörjaren som den mera erfarne astrofotografen. Detaljerad informa-tion hittar du på vår hemsida under Produkter/CCD kameror.

ATK16IC-HS och ATK16IC-C 5 695:-ATK16IC-S och ATK16IC-SC 6 875:-ATK314L och ATK314LC 15 995:-

Atik fi lterhjulHögklassiga fi lterhjul från Atik till lågpris.ATK EFW Motoriserat fi lterhjul, 5x1,25” fi lterplatser

ATK MFW Manuellt fi lterhjul, 5x1,25” fi lterplatser

3 595:–

Högklassiga fi lterhjul från Atik till lågpris.

1 450:-

2 350:-

rustad med 2” Crayfordfokuserare 1:10. Objektiv-diameter 60 mm. Brännvidd 500 mm. Bandbredd

Fältkikare utrustad med triplet-objektiv, som ger

8 995:–