Hvorfor er Jorden ikke firkantet?

Jorden er rund. Du ved det, din nabo ved det, og dine venner ved det. Vi griner stadig lidt af, at folk i gamle dage måske gik og troede, at Jorden var flad, og at man kunne sejle ud over kanten, hvis man bevægede sig for langt væk hjemmefra.

Men har du nogensinde spekuleret over, hvorfor Jorden egentlig er rund som en kugle? Hvorfor har den ikke en anden geometrisk form – for eksempel som en firkant?

Det har vores ærgerrige læser Lasse, og han har derfor skrevet ind til Spørg Videnskaben. Han er nemlig ikke tilfreds med den blotte forklaring på, hvordan vi ved, at Jorden er rund – han vil vide hvorfor.

»Det har jeg aldrig spekuleret over før. Det er da fascinerende,« lyder det umiddelbare svar fra astrofysiker Brandon West Tingley, som er postdoc ved Institut for Fysik og Astronomi ved Aarhus Universitet.

LÆS OGSÅ: Troede man virkelig, Jorden var flad?

Sådan ved vi, at Jorden er rund

Først er vi nødt til at slå ’hvordan’ fast; altså, hvordan er det nu lige, at vi kan være sikre på, at Jorden faktisk ér rund?

Det findes der mange beviser på, og tidszoner er et af dem – det er altid dag ét sted på Jorden, mens det er nat et andet sted. Der er også det meget håndgribelige argument, at frit bevægelige ting som kanonkugler eller orkaner drejer højre om sig selv, hvis du er nord for ækvator. Hvis du er syd for ækvator, drejer de derimod venstre om sig selv.

Du kan faktisk selv teste Jordens krumning, hvis du er indstillet på at gå en meget, meget lang tur på nogle tusind kilometer: Hvis du går i en lang, lige linje, drejer 90 grader og går i en lang, lige linje, før du drejer 90 grader igen og går i en lang, lige linje, vil du ende, hvor du startede og have gået i en trekant med tre rette vinkler. Enhver geometristuderende vil fortælle dig, at det er umuligt på en plan overflade.

Det kan du se en fin, lille video om i artiklen ’Derfor ved vi, at Jorden er rund’.

Alt stof trækker i alt andet

Vi rykker videre og kaster os over den afgørende del af Lasses spørgsmål; Hvorfor?

Forklaringen skal findes i en af universets mest fundamentale fysiske love, fortæller postdoc Brandon West Tingley.

»Den helt dominerende kraft i denne sammenhæng er tyngdekraften, og det har det været lige fra begyndelsen. Da Jorden var i sin spæde opstart, var den nærmest flydende, og det eneste, der holdt den sammen, var tyngdekraften,« siger han og fortsætter:

»Tyngdekraften er bestemt af, hvor langt to ting befinder sig fra hinanden, og Jordens overflade bliver trukket lige meget ind mod dens centrum hele vejen rundt på grund af denne kraft. Derfor har Jordens overflade hele vejen rundt den samme afstand til centrum, og derfor opstår den runde form.«

Tyngdekraften fungerer sådan, at alt stof trækker i alt andet. Samtidig ved forskerne, at der opstår et centrum for den lokale tyngdekraft alle steder i rummet, hvor der findes en samling af stof. I dette centrum vil der findes et såkaldt massemidtpunkt, hvorfra tyngdekraften trækker lige meget i alle retninger, og det er altså det, der gør, at Jordens overflade bliver trukket lige meget ind mod midten fra alle punkter.

LÆS OGSÅ: Hvad ville der ske, hvis Jorden drejede i modsatte retning?

Tyngdekraften holdt Jorden sammen, da den var flydende

Da Jorden oprindeligt blev skabt, lå den som del af en roterende skive, hvor Solen som det første blev dannet i midten. Derefter voksede planeterne frem en efter en på grund af sammenstød mellem stoffet omkring den.

Sammenstødene og varmen betød, at den tidlige Jord var opsmeltet, altså nærmest flydende. Det var først, da de tunge metaller sank ned og dannede kernen, mens lettere stoffer flød op og dannede de ydre dele, at Jorden begyndte at tage form. Med tiden kølede den mere og mere og dannede en fast skorpe.

Hen ad vejen opstod dens runde form, fordi et lokalt tyngdekraftscentrum og massemidtpunkt som før nævnt var blevet skabt. Men også fordi tilpas meget masse havde nået at samle sig, forklarer professor Jørgen Christensen-Dalsgaard, som også arbejder ved Institut for Fysik og Astronomi på Aarhus Universitet.

»Alle dele af Jorden hiver i hinanden på grund af tyngdekraften, og det er det, der nærmest ’presser’ den ind i sin form. Den runde form er den mest stabile form, der findes. Men hvis du har en meget lille asteroide, behøver den faktisk ikke være rund, og det er, fordi den har så lidt masse. Jorden har ekstremt meget masse, og derfor er tyngdekraften her virkelig kraftig.«

LÆS OGSÅ: Store opdagelser: Jordens form og størrelse

Tyngdekraften adskiller planeter fra ikke-planeter

Et eksempel på et knapt så rundt himmellegeme er den lille komet 67P/Tjurjumov-Gerasimenko, som blev verdenskendt, da det som den første komet i verdenshistorien lykkedes at lande et rumfartøj på den.

Billederne gik sin gang verden over – og som du kan se herunder, er 67P meget langt fra at være rund. Den ligner nærmere en and.

På Jorden, som altså har et meget kraftigt tyngdekraftsfelt, kan vi mærke, at vi bliver trukket nedad på den måde, at vi ikke letter fra overfladen, hver gang vi tager et skridt. På 67P er tyngdekraften meget svag, fordi den har en meget lille masse – derfor ville vi flyve langt ud i rummet, hvis vi stod på dens overflade og lavede et lille hop, forklarer Jørgen Christensen Dalsgaard.

»Faktisk er det et af de parametre, man bruger til at fastslå, at noget er en planet. Tyngdekraften kan bruges til at skelne mellem planeter og ikke-planeter, og tyngdekraften er en vigtig del af grunden til, at Jorden ér en planet,« siger professoren, som dog understreger, at der er mange andre, mere indviklede, parametre for, hvad der er og ikke er en planet.

Dem vil vi ikke gå ind i her, men du kan blive klogere på dem i artiklen ‘Forskere: Pluto bør være en planet igen!‘

Problem: Jorden ER slet ikke rund

Okay, så Jorden er rund, fordi tyngdekraften trækker alle punkter på dens overflade ind mod midten. Og tyngdekraften på Jorden er kraftig, fordi Jorden har meget masse. Så langt, så godt. Men nu bliver det straks lidt mere kompliceret: For faktisk ér Jorden slet ikke helt rund.

• For det første findes der bjerge, fjelde og i det hele taget højdeforskelle spredt ud over hele Jordens overflade. Himmelbjerget er et mildt eksempel – Himalaya et voldsomt et af slagsen.
  
• For det andet er Jorden ikke rund, men en sfæriode. Det vil sige, at hvis vi måler Jorden rundt om polerne og om ækvator, så er der forskel på de to afstande. Jorden ’buer’ faktisk ud omkring ækvator.

For at tage det sidste punkt først, skal vi finde forklaringen i Jordens rotation, forklarer Klaus Galsgaard, der forsker i astrofysik og planeter ved Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet.

»Hvis du kigger på radiusafstande til polerne, er den mindre ud til ækvatorlinjen, fordi Jorden drejer rundt om polerne som en centrifugalakse. Du kan mærke det på egen krop, hvis du tager ned på legepladsen med de små børn og stiller dig op på den der karrusel, som snurrer rundt – hvis du ikke holder fast, ryger du af; du bliver skubbet ud af rotationscentrum. Det er samme princip.«

LÆS OGSÅ: Vejer man det samme overalt på Jorden?

Jupiter og Saturn roterer hurtigere end Jorden

Det andet punkt, det vil sige det første fra før (med bjergene), skyldes også tyngdekraften – eller rettere, manglen på samme. For mens Jordens bjergarter ikke i udgangspunktet og på det helt overordnede plan er stærke nok til at modstå tyngdekraften, kan de godt være det lokalt.

»Jorden er ikke fuldstændig rund, vi har stadig mulighed for at have høje bjerge. Det skyldes, at der er væsentligt mere end tyngdekraften, der er med til at skabe Jordens overflade, selv om det er det vigtigste parameter. Lokalt kan friktion og gitterstruktur i bjergarterne godt holde en struktur,« siger Klaus Galsgaard.

LÆS OGSÅ: Bjerge vokser frem på uventede steder

Hvis Jorden var endnu tungere og tyngdekraften kraftigere, ville bjergene også være mindre. Var rotationen også hurtigere, ville overfladen blive glattet yderligere ud, og den sfæriske form ville være endnu mere udtalt, forklarer Jørgen Christensen Dalsgaard.

»Jupiter og Saturn roterer for eksempel hurtigere end Jorden. Effekten fra centrifugalkraften på disse planeter er større i forhold til tyngdekraften, og de er derfor fladere. Der findes også stjerner, som roterer så hurtigt, at de er lige ved at gå i stykker, og de er derfor helt rotationsfladtrykte.«

En firkantet Jord ville før eller siden blive rund igen

På falderebet forsøger vi os lige med et tankeeksperiment: Hvad ville der egentlig ske, hvis nu Jorden på magisk vis blev tryllet om til en firkant?

»Selv om du lavede Jorden om til en firkant, ville tyngdekraften stadig være meget kraftig, og i løbet af noget tid ville den genvinde sin form. Jorden er ikke en gitterstruktur, den er blød – det kan vi blandt andet se på pladetektonikken, som arbejder hele tiden – og derfor ville tyngdekraften før eller siden få sin vilje igen,« siger Klaus Galsgaard.

LÆS OGSÅ: Moderne pladetektonik opstod for 3,2 milliarder år siden

Hvis tyngdekraften stadig var gældende, er det dog svært at se, hvordan det nogensinde skulle kunne lade sig gøre at have en firkantet Jord. Vi har lært, at massen i en planet bygges op indefra. Vi har også lært, at tyngdekraften trækker lige meget i alt stof, hvilket vil sige, at alle punkter skal have samme afstand til massecentrum.

»Hvis man skal føre den tanke til ende, skal man forestille sig en firkantet kugle; og sådan en er som bekendt meget svær at lave. Hvis du skulle have en form, der var firkantet, skulle du samtidig have nogle kræfter, der var helt anderledes end tyngdekraften,« forklarer Klaus Galsgaard.

Firkantens hjørner vil svare til et helt skævt gulv

Klaus Galsgaard er dog ikke for fin til at lege lidt mere med på tankeforsøget. HVIS tyngdekraften på magisk vis kunne tilsidesættes for en stund, og nogle fik fat i en stor kasse, som Jorden kunne presses ned i og trykkes sammen til en firkant – hvordan ville det så være at bo her?

»Det kommer an på, hvor på overfladen vi befinder os. Hvis vi står midt på de flade sider, ville vi ikke mærke den store forskel, for så er tyngdekraften lige i centrum. Men hvis vi står ude mod hjørnerne, vil vi mærke, at tyngdeaccelerationen står skævt på massens overflade,« siger han og henviser til TV2-programmet ’Rundt på gulvet’ for at illustrere sin pointe. Her skal deltagerne i løbet af programmet på et tidspunkt fremføre en art teaterstykke, mens de står på et helt skævt gulv.

»Hvis vi står på en af firkantens hjørner, vil det svare til at stå på siden af et stejlt bjerg. Vi vil ikke kunne stå vinkelret, selv om vi prøver. Spørgsmålet er, om vi overhovedet vil kunne stå op, for det vil være en meget stejl hældning – i bedste fald kan du måske godt, men det bliver hårdt. Der er bestemt ikke tale om en behagelig hvilestilling,«

LÆS OGSÅ: Jordens tyngdekraft skaber revner i Månen

Vores Jord er – heldigvis – dejligt rund!

Med de ord lukker vi ned for tankeeksperimentet. Heldigvis lever tyngdekraften i bedste velgående, og vores Jord er dejligt, sfærisk rund, lige som den – næsten – altid har været og bør være det.

Forhåbentlig har Lasse fået svar på sit spørgsmål og forstår nu lidt bedre, hvorfor den er det. Spørg Videnskaben takker for spørgsmålet som på fornemste vis fik gelejdet os rundt i nogle af fysikkens mest basale, afgørende love.

Som tak får han en T-shirt, som ikke i udgangspunktet er rund – men måske kan blive det for en stund takket være centrifugalkraften, hvis Lasse beslutter sig for at vaske den af og til.

Hvis du er interesseret i flere gode spørgsmål, kan du klikke dig videre til nogle af vores massevis af andre Spørg Videnskaben. Du kan også dykke ned i nogle af vores bestseller-bøger, der dækker de bedste af slagsen – eller glæde dig til den næste i rækken, som kommer til jul!