i vort Solsystem Is i vort Solsystem ASTROKEMI Dorthe Dahl-Jensen

Transkript

1 i vort Solsystm Is i vort Solsystm I vort Solsystm finds dr ud ovr H 2 O-is andr stoffr, som i fast form kalds for is indn for dn lantær forskning. D forskllig formr for is gnnmgås, hvorftr isn å Mars og å Juitrs mån Euroa bskrivs mr udførligt Af lktor Dorth Dahl-Jnsn, Nils Bohrs Institut for Astronomi, Fysik og Gofysik, [email protected] Ud ovr n stor mængd H 2 O-is finds dr i vort Solsystm stoffr, hvis fast formr i dn lantær forskning kalds for is. Diss flygtig stoffr finds også å Jordn, mn for dt mst i gasfasn. Ud i Solsystmt frysr d flygtig gassr til is ga. d lav tmraturr. CO 2, N 2 og CH 4 r ksmlr å sådann stoffr. D flygtig ismatrialr bstår tyisk af ltt grundstoffr som hydrogn, carbon, nitrogn og oxygn. Et solsystm danns vd langsom afkøling af n støv- og gassky (nbula), hvor d flygtig matrialr r blandt d sidst, dr kondnsrr. D forsvindr oftst fra lantrn i løbt af drs tidlig udvikling. Hvilk af d flygtig matrialr, dr nu finds å lantrn, afhængr af lantns tyngdflt, om dr r t magntflt, dr kan afbøj solvindn og i Jordns tilfæld også å tilstdværlsn af organismr, dr kan otag matrialrn. På d»indr«varm lantr vil d flygtig gassr bvæg sig rundt, indtil d havnr t std, hvor tryk- og tmraturforholdn gør, at d frysr. På Mrkur, dr ikk har nogn nævnværdig atmosfær, finds dr kun flygtig matrialr vd olrn. På Vnus, Jordn og Mars finds d flygtig matrialr i ligvægt mllm gas og fast fasr. På Juitrs månr og vd d ydr lantr har d flygtig matrialr sikkrt kondnsrt dirkt ud fra dn solar nbula og samlt sig i lgmr som månr og komtr. I tabl 1 (sid13) r d flygtig stoffr, som vi vd finds å ovrfladrn af lgmrn i vort Solsystm, nævnt. Frysunktt r angivt for 1 atmosfærs tryk, trykkt vd Jordns ovrflad. Mang lgmr i Solsystmt har n tynd llr ingn atmosfær, hvorfor trykkt r lavt. Univrsl is, H 2 O Md undtagls af Vnus og astroidrn r dr fundt H 2 O-is å stort st all lgmr i vort Solsystm. Dr finds H 2 O-is å d flst af månrn, især omkring d ydr lantr, og dt r dn mst almindlig form for is i komtrn. Dt r stadigt t åbnt sørgsmål, hvorvidt dr finds H 2 O-is å vor gn Mån og å Mrkur i d områdr, dr rmannt liggr i skygg. Absortionssktroskoi visr, at dr ndda finds H 2 O-is i d intrstllar skyr. Jordn r dt nst std i Solsystmt, hvor H 2 O kan bfind sig i all tr fasr: fast, flydnd og gas. At dn fast vandfas har n mindr massfyld nd dn flydnd fas r altafgørnd for ksistnsn og bvarlsn af liv å Jordn. På Mars r dr n tynd atmosfær, som rimært bstår af CO 2. Trykkt r mindr nd 8 mbar og vd d kold tmraturr, dr finds å ovrfladn, vil H 2 O ntn vær å fast form llr gasform. Is sublimrr dirkt fra is til gas og kondnsrs t Dorth Dahl-Jnsn Modtagr af Villum Kann Rasmussns Årslgat å kr. Af Ol Bostru Dorth Dahl-Jnsn r født i Eftr studntrksamn studrd hun fysik og matmatik vd Købnhavns Univrsitt, og hun blv i 1984 cand. scint. i diss fag; hnds scial var glaciologi. Vd fortsatt studir af isstrømm å Grønland onåd hun h.d.-gradn i Dorth Dahl-Jnsns studir har ført hnd vidn om. Hun har forskt i Rykjavik, Mlbourn, Washington og Tasmanin. Flr gang har hun vært i Sdr. Strømfjord å Grønland. Dorth Dahl-Jnsn har skrvt n lang rækk vidnskablig afhandlingr - oftst sammn md kollgr. Dn først r fra 1984; fra d snr år bmærks»a sarch in north Grnland for a nw ic cor drill sit«(journal of Glaciology: 1997),»Flow rortis of th ic from th Grnland Ic Cor Projct ic cor: Th rason for folds«(journal of Gohysical Rsarch: 1997),»Past tmraturs dirctly from th Grnland Ic Sht«(Scinc: 1998) og»mont Carlo invrs modlling of th Law Dom (Antarctica) tmratur rofil«(annals of Glaciology: 1999). Et arbjd om»intrior tmraturs of th northrn olar ca on Mars«(Icarus: 2000). I all årn har Nils Bohr Institutt vært hnds bas. En andn bas har vært hnds hjm: Hun r gift og har fir børn: Run, Svnd, Gorm og Nanna. Dorth Dahl-Jnsn modtog dn 23. januar 2001 Villum Kann Rasmussns Årslgat til tknisk forskning Dt r først gang, n forskr å Købnhavns Univrsitt modtagr dtt lgat. Lgatt r å kr. Til lykk! dansk kmi, 82, nr. 2,

2 r nd rt k fr k æk dla r kut m ddu d ant l roo ndns ornh nd a ffii gl df ha ll nsm rnd or D D k f ll nr fikc d lal svg læ i A l svad r r k v anfd ic l lta alif n v k OG DELFI HAR ALLE FANGSTREDSKABERNE! åå iissrrnn k r r S dk S llffii..d d w..d ww w ww Formula 8500 Bærbar DOS håndtrminal Strgkodtrminal - md stort grafisk brøringsfølsomt dislay og fuldt tastatur!! Trådløs håndtrminal. F8500 r dn først å markdt, dr anvndr dn kraftig 486 tru 32 bit rocssor. IP-65 godkndt (vand- & støvtæt, 1,2 m frit fald å bton O til 12 MB RAM Intrfac: RS232/485/PCMCIA, GSM, modm, Ethrnt Trådløs Radiokommunikation / 2.4 GHz Godkndt af Tlstyrlsn Baggrundsblyst grafisk dislay, 160x240 ixls, 16 grå tonr Intgrrt lasrscannr Læsr all strgkodr også 2D som f. ks. PDF 417 Vjr kun 370 gram!! Formula 725 Formula 734 strgkodtrminal Lasr mikro trminal Strgkodtrminal md istolgrb og stort grafisk dislay!! Har udvidt tmratur flksibilitt fra -20 gradr og o til +50 gradr. Formula 725 har fåt t stort dislay, ny og forbdrt lasrnhd samt t nyt og forbdrt istolgrb. IP-65 godkndt (vand- & støvtæt, 1 m frit fald å bton) 128kb /512 kb / 1 Mb / 2 Mb RAM (rn hukommls) Vjr kun 240 gram!! Intrfac RS232/485/Infrarød Trådløs Radiokommunikation 433 MHz (Otion) Godkndt af Tlstyrlsn Baggrundsblyst high-contrast grafisk dislay, 16 x 4 linir Light sourc VLD lasrnhd, læsr all strgkodr. Dnn trminal r markdts absolutt ltvægtr, mn tålr udn tvivl sammnligning md d bdst lasrscannr å markdt. Ultra-komakt rgonomisk Windows 3.X / 95 DOS dsign. Kun 180 gram Vand- og støvtæt O til 70 UNIX SCO (kun formula) cm læsafstand Alfa/numrisk kyboard BagTrminalrn ladr sig nmt intgrr grundsblyst dislay IP-65 godkndt (robust) O til 1 i all alikationr, f.ks. MB DATARAM Kan rogrammrs i C Ovr 8 ticoncord llr Navigator. mrs battritid. Fås md følgnd intrfacs: RS-232, RS-485, RF (Radio frkvns, godkndt af Tlstyrlsn), llr IR (Infrarød ovrførsl). OPERATIV SYSTEMER: Formula 530/630 Pn Trminalr Et lill udluk af vors sortimnt af håndtrminalr, vt. sørgsmål, så ring! Tlf Mød os også å Intrnttt: Diss trminalr r udstyrt md n nlæsr. Anvnds hvis strgkodrn f.ks r å bstillingsark, llr til tim sag styring og især til rundring som tidskontrol 630 md 128 KB RAM rogrammrs som øvrig trminalr IP65 Godkndt, assr til brystlomm RS232 kommunikation.

3 Figur 1. NASA s Hubbl Sac Tlsco har tagt dtt billd af Shomakr-Lvy 9 dn 17. maj Komtn bstod af 21 is-lgmr, dr strakt sig ovr km. Komtn var 660 mio. km fra Jordn, da billdt blv tagt, og midt i juli 1994 kollidrd komtn md Juitr. Billdt finds å: htt://nssdc.gsfc.nasa.gov/ imgcat/html/objct_ag/hst_r94_26d.html ud ign fra gas til is, som faldr som sn å Mars ovrflad. På Juitrs mån, Euroa finds H 2 O som is, dr dækkr hl månns ovrflad, og man mnr, at dr finds t hav undr isn. Euroa har stort st ingn atmosfær, så H 2 O finds ikk som gas hr. Tøris, CO 2 Tøris har fåt sit navn, fordi dt lignr is, og fordi dt sublimrr fra sin fast form dirkt til gasfasn. CO 2 s trilunkt liggr vd 5.2 atmosfær og -57 C. CO 2 -trykkt vd Jordns ovrflad liggr langt undr dnn trilunktsværdi. Vi vd, at CO 2 -is finds å Mars, å Ntuns mån Triton, i komtrn og måsk å Juitrs mån Callisto. Mars atmosfær bstår af 95% CO 2 -gas. Om vintrn blivr tmraturn så lav (150K), at CO 2 vd tryk å 4-8 mbar kondnsrs dirkt ud som sn. Dn H 2 O-gas, dr også finds i atmosfærn, snr ud og r sålds dl af dn sn, dr læggr sig å Mars ovrflad om vintrn. Io, SO 2 -sruttnd vulkanr Rumsondn Galilo, dr sidn dcmbr 1996 har bvægt sig rundt blandt Juitrs månr, har obsrvrt stor vulkanudbrud å dn indrst af Juitrs stor månr, Io (figur 2). SO 2 -gas sruttr ud fra stor vulkanudbrud, og skyrn hrfra når o i n højd af 140 km. Gassn afkøls hurtigt og kondnsrs ud i n fin luftig is, dr læggr sig å månns ovrflad. Faktisk visr dt sig, at man også findr SO 2 -is å to af Juitrs andr stor månr, Euroa og Callisto. Man mnr, at sulfat-ionr transortrs fra Io til d andr månr langs magntfltlinir fra Juitrs kraftig magntflt. På ovrfladn af Euroa og Callisto finds SO 2 -is og H 2 O-is. Kold is, N 2, CH 4, CO og NH 3 Dt blivr koldr, jo længr man bvægr sig ud i Solsystmt, idt man kommr længr væk fra Soln. På Ntun r solintnsittn blot n tusinddl af, hvad dn r vd Jordn. På Ntuns mån, Triton r ovrfladtmraturn omkring 40K, og slv N 2 og CH 4 finds hr som is. Ny undrsøglsr visr, at CO og CO 2 også finds som is/sn å Triton. En stor dl af Tritons atmosfær bstår af N 2, som ga. månns lav atmosfærtryk vd slv små tmraturudsving kan vksl mllm n tilstand som is å ovrfladn og gas i atmosfærn. På Pluto obsrvrs d samm flygtig stoffr som å Triton, mns Plutos stor mån, Charon såvidt vids kun har sor af H 2 O-is. Komtr, dr r budbringr fra dn ydr dl af Solsystmt, indholdr mang af diss isformr. NH 3 -is r indtil vidr kun fundt å komtr. Iskold is, O 2 Slv om diss formr for is hørr til blandt dm, dr har d Figur 2. Dtt billd af Io blv tagt dn 6. novmbr 1997 af NASA s rumsond Galilo. Man kan s to stor SO 2 -sruttnd vulkanudbrud å Io. Dt n vulkanudbrud, Pillan Patra, r å randn af Io, og skyrn når o i 140 km højd. Dt andt udbrud, Promthus, finds tæt vd grænsn mllm dag og nat. Man kan s n rød sky til højr for kratrt. Billdt finds å: htt://hotojournal.jl.nasa.gov/cgi-bin/uncgi/piadbsarch.l (Billd nr. PIA01081) dansk kmi, 82, nr. 2,

4 lavst frysunktr, finds d å Juitrs mån Ganymds. Ganymds tmratur r å trods af dt lav atmosfærtryk højr nd O 2 s frysunktr. O 2 har to mgt tyisk absortionsbånd, som tydligt ss i dt lys, dr rflktrs fra Ganymds ovrflad. En tori r, at Ganymds bombardrs md høj-nrgi artiklr via Juitrs magntfltlinir. H 2 O- iskrystallrn å ovrfladn salts til H 2 og O, dr dannr O 2 vha. solnrgin. O 2 indslutts i H 2 O-krystalstrukturn og ovrlvr sålds. Iskarn å Mars Sidn dn italinsk astronom, Cassini, i 1600-tallt lavd dtaljrd tgningr af iskarn å Mars, hvor man kunn s årstidsvariationrn, har man vidst, at dr fandts iskar vd Mars olr. Cassini obsrvrd sæsonsndækkt, dr rimært bstår af CO 2 -is. Når forårt kommr, bgyndr CO 2 - snn at sublimr. Sidst å sommrn r CO 2 -snn sublimrt, og tmraturn hævr sig ovr frysunktt (150K vd t tryk å ca. 6 mbar). Tilbag står dn hvid rmannt iska, dr bstår af H 2 O-is. Da tmraturn sidst å sommrn hævr sig ovr CO 2 s frysunkt, kan dr kun vær H 2 O-is tilbag. Man mnr, at dn årlig H 2 O ndbør å iskan udgør n brøkdl af n mm. I stmbr 1997 ankom NASA s rumsond Mars Global Survyor (MGS) til Mars, og dn har sidn vært i krdsløb omkring Mars. Blandt instrumntrn om bord r Mars Orbitr Camra (MOC), t kamra, dr kan tag billdr af ovrfladn md n oløsning nd til 1.4 m r. ixl. Om bord å MGS r også Mars Orbitr Lasr Altimtr (MOLA), som md stor nøjagtighd har kortlagt højdn af Mars ovrflad. Instrumntrn om bord å MGS har sndt utrolig mængdr af ny information om Mars tilbag til Jordn. Figur 3 visr t gråtonlot af iskan å Mars nordol basrt å MOLAmålingrn. Plottt r ålagt skyggr md blysning fra ton af figurn. MGS ban omkring Mars liggr ikk ovr slv olområdt. For at få målingr ovr olområdt r instrumntrn å nogl få af ovrflyvningrn blvt drjt. Iskan å nordoln har n diamtr å 1000 km og n tykkls å 3-4 km. Dvs. at iskan har samm udbrdls og tykkls som indlandsisn å Grønland. Figur 4 (sid 14) visr n af højdrofilrn hn ovr iskan målt af MOLA. Sammnlignr man højdrofiln md n rofil fra indlandsisn, visr dt sig, at isn har samm form. Dr r al mulig grund til at tro, at iskarn å Mars flydr å samm måd som isn å Jordn. Dr r dog n væsntlig forskl: Iskan å Mars r dlt i trrassr adskilt af skræntr md hældningr å o til 15. Dt r skræntrn, dr står frm som mørk bånd å gråtonlottt af iskan å dn nordlig olkalot. D mørk bånd dannr t siralformt mønstr å ovrfladn af iskan (figur 3). MOC-billdrn har vist, at man kan s lag i d stjl skræntr. Drfor r dr grund til at tro, at isn r lagdlt og indholdr is fra tidligr klimariodr. Man mnr, at d stjl sydvndt skræntr modtagr mr solstråling nd trrassrn, fordi d har n hældning og r mørkr. En dl af dn is, dr sublimrs fra skræntrn, mns at kondnsr ign å d hvid og koldr trrassr, mns rstn forsvindr o i atmosfærn. Da gaml og ny lag r blandt sammn, r dt komlicrt at fortolk skræntrns lagdling. Da dr r grund til at tro, at dr har vært stor klimaforandringr å Mars, vil t studium af lagn kunn mdvirk til at forstå lantns klimahistori. Isn å Euroa NASA s rumsond Galilo nåd ftr 6 års rjs Juitrsystmt i dcmbr 96. Sidn da har dn bl.a. otagt billdr af ovrfladn å Euroa md n oløsning å nd til 13 m r. ixl. Euroa r n af Juitrs fir stor månr, og dn har n diam- Figur 3. Nordolsiskan å Mars. Billdt r t gråtonlot af toografin nord for 70 N, som r ålagt skyggr md blysning fra ton af figurn. Billdt r dannt å grundlag af højdmålingrn, målt md Mars Orbitr Lasr Altimtr (MOLA) om bord å NASA s rumsond Mars Global Survyor (MGS), dr sidn stmbr 1997 har vært i krdsløb omkring Mars. MGS sndr stadig ny data tilbag til Jordn. Billdt finds å: htt://ltwww.gsfc.nasa.gov/tharsis/shadma.html tr å 3140 km. Dn r kuglrund og højdvariationrn å ovrfladn r så små, at man læng har mnt, at Euroas ovrflad bstår af is. Tyngdmålingr visr, at månn sikkrt bstår af n krn af silikatr, og at dr r t ovrfladlag å ca. 100 km md n massfyld å 1000 kg/m 3. Rflktionssktr fra Euroas ovrflad fastslår, at ovrfladn bstår af H 2 O-is, dr dog kan hav t btragtligt indhold af urnhdr, som f.ks. oløst salt. Billdrn fra rumsondn Galilo visr, at ovrfladn kan inddls i forskllig zonr md karaktristisk træk. Hr bskrivs t ar af diss zonr. Mat- Frysunkt Hvor finds dt? rial vd 1 atm. H 2 O 273 K Jordn, Mars, D ydr lantrs månr, komtr, vt. Mrkur og Månn CO K Mars, Triton, komtr, vt. Callisto SO K Io, Euroa, Callisto NH K Komtr og vt. å d ydr lantrs Månr CH 4 91 K Triton, Pluto, komtr, objktr i Kuir-bæltt O 3 80 K Ganymds, Rha, Dion CO 68 K Triton, Pluto, komtr N 2 63 K Triton, Pluto, komtr O 2 55 K Ganymds Tabl 1. Tabl ovr d formr for is som bfindr sig i vort Solsystm. Frysunktt r angivt vd 1 atmosfærs tryk. t 13 dansk kmi, 82, nr. 2, 2001

5 Figur 4. Profilr af iskarn å nordoln af Mars og Grønland. Profiln fra Grønland r langs n flydlin fra isdlrn nd til Jakobshavn (Kild: S. Ekholm, KMS). Profiln fra Grønland r skalrt til højdn og længdn af rofiln fra Mars. Dn gnrll form af iskan mindr mgt om hinandn, mn hr ss dt tydligt, hvordan iskan fra Mars r inddlt i trrassr. Figurn r md tilladls gngivt fra [8]. Figur 5 visr t udsnit af t kaotisk områd å Euroa. Soln skinnr å ovrfladn fra dn højr sid. Figurn dækkr t områd å 70 gang 30 km og oløsningn r 54 m r. ixl. Man kan s blokk af is, dr flydr. Dt kan btragts som t uslsil, og brikkrn kan faktisk læggs tilbag, så d assr sammn. Hvis dt r isbjrg, dr flydr å vand, kan man ud fra højdn af sidrn af blokkn skønn istykklsn til 1-2 km. Man kan s, at slv blokkn har systmr af bånd å sig. Nogl bånd har flr rillr, og da båndn gnnmskærr hinandn, må d gnnmskård vær ældr, nd dm dr skærr. Dt førr os til figur 6, hvor dn mst udbrdt form for ovrflad å Euroa r vist. Stor områdr r dækkt af bånd md rygg. Dt vist områd r 135 gang 60 km og har n oløsning å 50 m r. ixl i d højtoløst områdr af figurn. Da Euroa bvægr sig omkring Juitr i n svag llitisk ban, vil dt btragtlig tidvandsflt fra Juitr trækk ovrfladn frm og tilbag md n amlitud å 50 m ovr omløbsriodn å 3.5 døgn. Man mnr, at båndn danns, fordi isn trækks fra hinandn. Har man t lag is å t ar km s tykkls, dr flydr å vand, vil isn i løbt af n riod å 3,5 døgn først trækks fra hinandn for snr at bliv skubbt sammn ign. Når isn trækks fra hinandn, vil dr åbn sig lidt hav i srækkrn. Md n ovrfladtmratur å 50K vil dr lynhurtigt danns t tyndt lag is, dr knuss, når isflagrn skubbs sammn ign. Dn knust is vil lægg sig langs kantrn af isflagrn, i analogi til dt vi sr sk md havisn omkring Grønland. Sålds kan båndn å ovrfladn danns, og d tykk bånd r bånd, dr sikkrt i millionr af år r blvt åbnt og lukkt md n riod å 3.5 dag. I rumrogrammrn r dr mgt fokus å d lantr og månr, dr har is og især H 2 O-is, da dt r hr, man har mulighd for at find sor af liv. Hvis dr r t hav undr isn å Euroa, r dt muligt, at dr r liv hr. Dt lanlæggs at snd n rumsond til Euroa, dr skal indhold n cryobot: t instrumnt, dr skal kunn smlt sig nd gnnm isn og snd n lill ubåd ud i vandt for at undrsøg, om dr r liv. Dt blivr utroligt sændnd, slv om dt vil var år, før man får rsultatr fra n sådan mission. Rfrncr: 1. W.M. Calvin (1999)»Ics throughout th Solar Systm«Th Plantary Rort Vol XIX, nr. 2, sid »Th Nw Solar Systm«(1999) Cambridg Univrsity Prss 3.»Mars«(1992) Th Univrsity of Arizona Prss. 4. M.T, Zubr m. fl. (1998)»Obsrvations of th North Polar Rgion of Mars from th Mars Orbitr Lasr Altimtr«, Scinc, bind 282, sid Mars Global Survyr: 6. Mars Orbitr Lasr Altimtr: ltwww.gsfc.nasa.gov/tharsis/mola.html 7. NASA, Mars xloration: 8. J. Larsn (2000)»Is å Mars«, Kvant, Marts 2000, sid NASA, Galilo: Figur 5. Et billd af ovrfladn å Euroa otagt fra NASA s rumsond Galilo. Billdt dækkr t aral å 70 gang 30 km og har n oløsning å 54 m r. ixl. Soln olysr ovrfladn fra højr sid. Billdt visr n kaotisk zon å isovrfladn af Euroa. Stor blokk af is flydr rundt å t formodt hav. Ud fra skyggrn kan man skønn, hvor højt blokkn står ovr dt omkringliggnd matrial, og man har å grundlag af diss obsrvationr skønnt istykklsn til at vær 1-2 km. Billdt finds å: htt://hotojournal.jl.nasa.gov/cgi-bin/uncgi/ PIADBSarch.l (billd nr. PIA01127) Figur 6. Dtt billd af Euroas isovrflad r otagt af NASA s rumsond Galilo. Billdt dækkr t aral å 135 gang 60 km og har n oløsning å 50 m r. ixl. Dt kraftig bånd kalds Agnor Lina og r t af d kraftigst og mst lys bånd, dr r obsrvrt å Euroa. Man kan s, hvorlds båndn har gnnmskårt hinandn. Billdt finds å: htt://hotojournal.jl.nasa.gov/cgi-bin/uncgi/ PIADBSarch.l (billd nr. PIA01647) dansk kmi, 82, nr. 2,