Budskap fran solsystemets födelse

När en svag ljusstrimma glimmar till på natthimlen är det oftast en liten utomjordisk stoftpartikel som för några korta ögonblick kämpar för sin överlevnad på väg ner genom atmosfären. Hundra ton rymdmaterial bombarderar vår planet dagligen! Varifrån kommer rymdpartiklarna, de så kallade meteoroiderna? Har de färdats långt mellan stjärnorna? Eller är de sprungna ur vårt eget solsystem? Och vad händer när de träder in i atmosfären och blir meteorer, det vill säga stjärnfall? ###Blinkar till och försvinner Våra mätningar med radar visar att det största bidraget till stjärnfallen kommer från mycket små partiklar, runt en tiondels millimeter stora. De far in i atmosfären utan att vi ser dem förrän de blinkar till under sin självförbrännande färd ner mot jorden. Ett stjärnfall varar normalt kortare än en sekund. Till och med meteoroider så små som en bråkdel av en millimeter kan ge tillräckligt med ljus för att kunna ses med blotta ögat. I kollisioner med luftmolekylerna tappar meteoroiden fart samtidigt som den hettas upp till flera tusen grader. När temperaturen når smältpunkten börjar meteoroiden förlora massa – den delas i ännu mindre bitar som smälter bort och förångas. Beroende på den ursprungliga massan och hastigheten tar det mellan 10 och 40 kilometers färd genom atmosfären för en liten meteoroid att förlora all sin massa och bokstavligen gå upp i rök. Vanligen sker detta på ungefär 100 kilometers höjd. Den synliga ljusstrimman skapas i kollisionerna mellan meteoroidens beståndsdelar och luftens molekyler. Från meteoroiden är det främst metaller som syns. De är också meteoroidernas viktigaste bidrag till den övre atmosfären. Stoftet från meteoroiderna utgör en av källorna till kondensationskärnor för de ismoln som ibland bildas på hög höjd – bland annat nattlysande moln. Genom att studera våglängderna, färgerna, på ljuset som meteorer lyser med kan man avgöra deras mineral- och metallsammansättning samt lära sig mer om de kemiska processer de orsakar i atmosfären. De allra minsta meteoroiderna är så lätta att de bromsas upp innan de förstörs. De smälter inte alls eller bara delvis, och singlar långsamt ner och sprids över jordytan. ###Stjärnfall kommer varje natt Om man är riktigt uppmärksam kan man varje mörk och stjärnklar natt se 5–10 stjärnfall i timmen. Men ibland kommer många stjärnfall på en gång, som ett fyrverkeri. Dessa, ungefär en fjärdedel av alla stjärnfall, härrör från regelbundet återkommande källor – så kallade meteorskurar som då och då bjuder på skådespel på himlen. En kraftig sådan skur kan förtrolla oss med flera hundra ljusstarka meteorer i timmen! Sådana skurmeteorer bärs till oss av kometer, smutsiga snöbollar i bana runt solen. Ju närmare solen en komet kommer, desto varmare blir den, och då lossnar stoft och gas från kärnan och bildar ko­me­tens karakteristiska svans. Stoftet som kometen lämnar efter sig sprids så småningom ut längs hela dess bana. När jorden på sin väg kring solen korsar kometspåret kolliderar den med stoftet och vi ser stjärnfallen. För oss verkar meteorerna strömma från en viss punkt på himlen, så meteorskurar brukar få sitt namn av den stjärnbild som punkten verkar vara belägen i. Leoniderna, till exempel, ser ut att komma från stjärnbilden Lejonet. De dyker regelbundet upp på natthimlen efter 17 november, då vår planet korsar spåret efter kometen Temple-Tuttle. Det är dock inte alltid som ursprunget till rymdstoftet har kunnat spåras direkt till en komet. Geminiderna, som uppträder runt Luciadagen i stjärnbilden Tvillingarna, är den enda meteorskur som vi tror härstammar från en asteroid: Phaeton. Det är oklart hur stoftet har frigjorts från den steniga asteroiden, möjligen är Phaeton en utbrunnen komet. Även Kvadrantiderna, synliga i Murkvadranten, har knutits till en förbipasserande asteroid, 2003 EH1, troligtvis en före detta kometkärna. Det är en kort skur på bara ett par timmar natten till den 4 januari. Om man bor så att himlen är tillräckligt mörk i augusti, alltså inte alltför långt norrut, kan även Perseiderna (efter stjärnbilden Perseus) i mitten av augusti vara värda att hålla utkik efter. De är komna ur kometen Swift-Tuttles svans. De kometer som rör sig i bana kring solen fyller med jämna mellanrum på sina spår när de närmar sig solen – Temple-Tuttle återkommer från sin långa resa igenom solsystemet vart 33:e år och Swift-Tuttle vart 133:e år. De stjärnfall som däremot inte återkommer regelbundet utgörs av stoft som lossnar vid kollisioner mellan himlakroppar på färd genom solsystemet. Förutom kometer är det oftast asteroider som bidrar med meteoroidmaterial. Både kometer och asteroider har behållit sin sammansättning av grundämnen och sin mineralstruktur ända sedan de stelnade vid solsystemets tillkomst. Det är just genom studier av radioaktiva isotoper i meteoriter som solsystemets ålder har kunnat bestämmas till 4,56 miljarder år. I snitt försvinner stoftpartiklarna i solsystemet efter ungefär 100 000 år, eftersom deras banor hela tiden störs av yttre krafter. Vad som händer beror på partiklarnas storlek. En del knuffas i väg av solstrålningen, som utövar ett tryck bort från solen. För de allra minsta partiklarna är detta tryck större än solens dragningskraft, och då förpassas dessa meteoroider ut ur solsystemet för att aldrig återvända. De större meteoroiderna slutar tvärtom som Ikaros, vars vingar av vax smälte när han flög för nära solen: de bromsas in av ljustrycket från solen och rör sig inåt i en spiralformad bana tills de slutligen slukas av solhettan. Förutom ljus ger meteoroider i atmosfären upphov till elektriskt ledande gas, plasma. Det utnyttjar vi för att med radar studera meteorer. På så sätt kan vi även observera meteorer som är för svaga för att synas med blotta ögat. ###Tre ekon samtidigt När våra utsända radiovågor sprids mot plasmat runt själva meteoroiden får vi ett huvudeko tillbaka. Huvudekot ger ett direkt mått på meteoroidens hastighet längs riktningen för radiovågornas utbredning. Meteoroiden lämnar även ett spår av plasma efter sig. Med radiovåglängder som studsar mot spåret där meteoroiden farit förbi får vi ett spåreko. Spåren driver med vinden, och spårekon används därför bland annat till att bestämma vindhastigheter på omkring 100 kilometers höjd. För våra meteorstudier har vi använt radarsystemet EISCAT UHF (Europeiska inkoherenta spridningsradaranläggningen; ultrahög frekvens). Det är en internationell anläggning som består av tre 32 meter stora parabolantenner belägna i Norge, Sverige och Finland. Sändaren, som också fungerar som mottagare, finns i Tromsø och två passiva mottagare är placerade i Kiruna och Sodankylä. Effekten som sänds ut under korta pulser motsvarar cirka 2 megawatt – ungefär 2 000 mikrovågsugnar på maxeffekt. Dessutom är radiostrålen extremt smal så effekten blir oerhört koncentrerad. Vi riktar alla tre mottagarna mot samma volym i atmosfären som på 96 kilometers höjd är några tiotals kubikkilometer stor. När en meteoroid passerar genom den gemensamma volymen kan alla tre mottagarna ta emot huvudekon från samma meteor, och vi kan på det sättet studera meteorerna i tre dimensioner. Vi kan bestämma meteoroidernas hastigheter med en noggrannhet på ett par promille och riktningar till en bråkdel av en grad – de mest noggranna studier som någonsin har gjorts av dessa fenomen. Utifrån våra mätningar kan vi uppskatta meteoroidernas storlekar och beräkna deras banor i rymden innan jordatmosfären kom i deras väg. ###Kanske från andra stjärnsystem Majoriteten av de meteoroider som vi observerat med EISCAT UHF är mindre än 1 millimeter. Uppemot 90 procent är mindre än 0,4 milli­meter. Vår största meteoroid är cirka 2,5 millimeter och den minsta 0,06 millimeter. Våra mätningar visar för första gången att även meteoroider mind­re än 1 millimeter kan falla sönder i distinkta fragment i atmosfären. Att stora meteoroider går i bitar i atmosfären har varit känt sedan länge, men hur långt ner i storlek de gör det är ett omdebatterat ämne. Upptäckten är betydelsefull för studier av meteoroidernas uppbyggnad och av hur de växelverkar med jordens atmosfär. Ett av våra viktigaste resultat är att huvudekon från meteorer kan studeras oavsett från vilken riktning meteoroiderna kommer in i radarvolymen. Att kunna återskapa meteoroidernas banor ger nyckeln till deras ursprung och deras livshistoria innan de mötte sitt öde i jordens atmosfär. Vi har kunnat räkna fram banorna för drygt 400 objekt som alla visat sig bundna till solsystemet. Ju högre noggrannheten i mätningarna har varit i de olika studier som har gjorts världen över, desto färre meteoroider med ursprung utanför vårt solsystem har hittats. Men frågan om huruvida även sådana interstellära partiklar dyker upp då och då i vår närhet är inte besvarad än, så debatten lär pågå att tag till.