Hvorfor forsvinder al ilten ikke ud i verdensrummet?
Atmosfæren lækker mere, end du måske tror, ​​men heldigvis har vi stadig luft nok hernede.
Verdensrummet luft ilt helium Jorden tyngdekraft tyngdefelt partikler solvind atomer atmosfære

Set i forhold til Jordens størrelse er atmosfæren kun en uhyre tynd hinde omkring Jorden. (Foto: ESA)

Set i forhold til Jordens størrelse er atmosfæren kun en uhyre tynd hinde omkring Jorden. (Foto: ESA)

Næsten alt liv har brug for atmosfæren - de luftlag, som ligger rundt om hele Jorden, og som vi indånder.

Men hvordan holder atmosfæren sig på plads?

For os opleves atmosfæren omkring os som noget meget let og flyvsk. Alligevel stikker den ikke af, men bliver holdt i skak af samme kraft som alt andet, der også holder nede på jorden: Tyngdekraften.

»Jorden er stor og tung,« siger Bjørn Samset til forskning.no, Videnskab.dk's norske søstersite.

Han er fysiker og seniorforsker ved Cicero på Universitet i Oslo.

»Gasserne kan ikke stikke af, sålænge der er en jord, som holder dem på plads,« forklarer han.

Cirka 90 ton af atmosfæren forsvinder ud i rummet hver dag

Jorden blev skabt af en lang række forskellige grundstoffer for over 4 milliarder år siden. 

I denne proces lagde grundstoffers molekyler sig fra tungest inderst til lettest yderst, og alt holdes på plads af den samme tyngdekraft. De letteste molekyler ligger som et slags tyndt slør - næsten som en meget tynd væske - rundt om kloden.

Bjørn Samset påpeger, at alle disse molekyler i atmosfæren ville have lagt sig omvendt i lag - fra det tungeste inderst til det letteste øverst - hvis der ikke skete en blanding i atmosfæren. 

Men i den virkelige verden tilfører Solen ekstremt meget energi, og der foregår rigtigt meget deroppe.

Men en lille smule luft slipper rent faktisk ud i rummet. Cirka 90 ton af atmosfæren forsvinder ud i rummet hver dag, ifølge Den Europæiske Rumorganisation. Det lyder af meget, men det er bare en brøkdel af atmosfæren.

»Det vil sandsynligvis tage over 150 milliarder år, før atmosfæren forsvinder på denne måde,« siger Bjørn Samset.

Hvorfor, en del af ilten forsvinder, er et kompliceret spørgsmål, som vi vender tilbage til lidt senere i artiklen.

Men først: Hvad er der egentlig i luften?

Luften, som ikke forsvinder

Luften er lavet af en lang række forskellige gasser, men det, der er allermest af, er nitrogen - helt op til 80 procent.

Den livsvigtige ilt udgør 20 procent, blandet med mindre mængder af argon, kuldioxid, helium, brint og andre stoffer.

Men det er her, vores intuition om verden bliver lidt udfordret. Vi oplever sten som noget tungt og håndgribeligt, mens luften er noget fundamentalt anderledes.

Filosofferne i antikken og i andre dele af verden mente, at de fire elementer, jord, ild, luft og vand, hver især var unikke og forskellige fra hinanden. Men sådan fungerer verden ikke. Alt er bygget op af grundstoffer, og disse grundstoffer har masse og vægt.

'Only different in your mind'

Der er egentlig ikke nogen forskel på et nitrogenmolekyle og en sten. 'Only different in your mind', som Yoda siger,« siger Bjørn Samset.

»Hvis et nitrogenmolekyle skal stikke af fra Jorden, skal det få have energi fra et eller andet sted.«

Hvis både et nitrogenmolekyle eller en sten skal bevæge sig ud fra Jordens dybe tyngdefelt, skal der tilføres energi. Når vi sender ting ud i rummet, bruger vi raketter til at modvirke tyngdekraften.

Det kræver en masse energi, hvilket forklarer, hvorfor de raketter, vi bruger, er så store og har brug for så meget brændstof: 

For at undslippe jordens tyngdekraft ved overfladen, skal man op i over 40.000 kilometer i timen.

En Saturn V-raket fragtede månefartøjet, rumskibet og tre astronauter ud mod Månen med en total last på maksimalt 130 ton. Men for at sende det ud i rummet skal hele raketten veje op mod 2.800 tons - hvoraf det meste er brændstof, ifølge NASA.

Et molekyle med nitrogen er ekstremt meget lettere end raketbelastningen, men det skal stadig tilføres energi, for at det kan forsvinde.

Og det kan ske på flere måder.

Verdensrummet luft ilt helium Jorden tyngdekraft tyngdefelt partikler solvind atomer atmosfære

Denne raket er over 110 meter høj og består stort set kun af drivstof. Der skal meget energi til for at undslippe jordoverfladen. (Foto: NASA)

Lette grundstoffer kan stikke af

Visse stoffer - helium og brint - er lettere end luft. Disse gasser stiger op i atmosfæren, men det betyder ikke, at de forsvinder ud i verdensrummet, når du for eksempel stikker hul i en heliumballon.

Der er en lille mængde helium spredt i atmosfæren, og der er for eksempel ekstremt tyndt spredt helium og brint atmosfærens yderste lag - exosfæren.

Energi tilføres fra Solen, som opvarmer atmosfæren og får atomer og molekyler til at bevæge sig mere, og denne energi kan sende stoffer på langfart. Hydrogen og helium tilføres også til atmosfæren fra Solen.

I en gas bevæger molekylerne sig hele tiden. De støder ind i hinanden, og nogle gange får molekylerne fra disse og andre gasser så kraftigt et skub, at de bliver slynget ud af atmosfæren. De når den såkaldte undslippelseshastighed og er dermed fri fra Jordens tyngdekraftsbrønd.

»Deroppe er tyngdekraften svagere end ved overfladen,« siger Bjørn Samset.

»Nogle af disse dunk bliver så hårde, at det lykkes dem at stikke af. Det er næsten som en tilfældig raket.«

Men denne 'tilfældige raket'-effekt står kun for en lille del af det, som forsvinder fra atmosfæren - blot 10 til 20 procent.

Og netop hvorfor resten forsvinder er et mysterium.

Hvorfor forsvinder ilt?

Oxygen- og nitrogenmolekyler burde ikke kunne kastes ud af atmosfæren, fordi de er for tunge, fortæller Jøran Moen til forskning.no.

Jøran Moen har forsket i denne atmosfæriske lækage, blandt andet ved hjælp af små forskningsraketter affyret fra Svalbard. Han arbejder nu som direktør hos UNIS på Svalbard.

Et iltatom er eksempelvis mange gange mere massivt end et heliumatom.

Alligevel forsvinder en strøm af ilt, helium og brint over Jordens magnetiske poler - en atmosfærisk lækage. Forskningsraketterne skydes gennem lækagerne, for at se hvad det er, der foregår.

Verdensrummet luft ilt helium Jorden tyngdekraft tyngdefelt partikler solvind atomer atmosfære

Sådan forestiller en kunstner sig, at denne lækage ser ud. Molekyler fra atmosfæren sendes ud i to fontæner, og det står for cirka 90 ton mistet atmosfære om dagen. (Illustration: NASA/screendump)

Disse lækager er næsten som fontæner af atomer, der står ud over de to magnetiske poler på Jorden. Og her er molekylerne så tunge, at der skal rigtig meget energi til at få dem ud.

I disse fontæner er der meget tæt luft sammenlignet med rummet omkring. 

Jøran Moen fortæller om satellitter, der pludselig oplever meget større modstand, når de passerer gennem fontænerne, fordi densiteten af ​​gas er meget større lige her.

Jøran Moen forklarer, at man ikke ved nøjagtigt, hvor al denne energi kommer fra, men den kan spores til solvinden - strømmen med ladede partikler, der altid slår imod atmosfæren. De skaber også nordlyset - et fænomen som hænger sammen med de atmosfæriske fontæner.

Opvarmning skaber energi

»De ladede partikler skaber en kraftig opvarming af atmosfæren - helt op til 5.000 til 10.000 grader Kelvin,« siger Jøran Moen til forskning.no.

Det svarer til op mod 10.000 grader celsius.

Men opvarmningen leverer alligevel ikke tilstrækkelig energi til at kaste de tunge atomer og molekyler ud.

Jøran Moen siger, at lækagerne sandsynligvis hænger sammen med den elektriske kobling, der finder sted mellem Jordens magnetfelt og solvinden, der rammer magnetfeltet.

Koblingen tilføjer energi og har potentiale til stærk opvarmning af atmosfæren. 

De opvarmede atmosfæriske partikler, som kan følge de magnetiske linjer i Jordens magnetfelt, bliver kastet ud over de magnetiske poler. Og så bliver fontænerne skabt. 

»Men vi har ikke fundet de præcise opvarmningsmekanismer, siger Jøran Moen. Han fortæller også, at det er et igangværende arbejde.

Verdensrummet luft ilt helium Jorden tyngdekraft tyngdefelt partikler solvind atomer atmosfære

Modellen viser magnetfeltet omkring Jorden (cirklen i midten), og hvordan det bøjes af kraftig solvind (i rødt). Linjerne illustrerer magnetfelterne. Solvinden kommer altså fra venstre. (Illustration: NASA/screendump)

Jordens magnetfelt beskytter os

Jordens magnetfelt beskytter faktisk atmosfæren og os, der bor her, fra de ladede partikler, der følger med solvinden. 

Uden magnetfeltet ville atmosfæren langsomt, men sikkert blive skrællet væk og tyndet ud. Men det ville tage meget lang tid, ifølge ifølge Live Science.

Mars havde sandsynligvis et kraftigt magnetfelt i solsystemets barndom, men dette felt holdt op med at fungere for flere milliarder år siden,  ifølge BBC. 

Dengang havde Mars en meget tykkere atmosfære, som er blevet stærkt reduceret af solvinden. Det er en af ​​grundene til, at Mars er den ørkenplanet, vi kender i dag.

Så selvom det lækker lidt fra Jordens atmosfære, løber den ikke tom i lang, lang tid.

Og længe før, al luften forsvinder ud i verdensrummet, vil Jorden være ubeboelig for os på grund af Solen, som udvider sig og bliver varmere.

©Forskning.no. Oversat af Stephanie Lammers-Clark. Læs den oprindelige artikel her

Hej! Vi vil gerne fortælle dig lidt om os selv

Nu hvor du er nået helt herned på vores hjemmeside, er det vist på tide, at vi introducerer os.

Vi hedder Videnskab.dk, kom til verden i 2008 og er siden vokset til at blive Danmarks største videnskabsmedie med 1 million brugere om måneden.

Vores uafhængige redaktion leverer dagligt gratis forskningsnyheder og andet prisvindende indhold, der med solidt afsæt i videnskabens verden forsøger at give dig aha-oplevelser og væbne dig mod misinformation.

Vores journalister fortæller historier om både kultur, astronomi, sundhed, klima, filosofi og al anden god videnskab indimellem - i form af artikler, podcasts, YouTube-videoer og indhold på sociale medier.

Vi stiller meget høje krav til, hvordan vi finder og laver vores historier. Vi har lavet et manifest med gode råd til at finde troværdig information, og vi modtog i 2021 en fornem pris for vores guide til god, kritisk videnskabsjournalistik.

Vores redaktion gør en dyd ud af at få uafhængige forskere til at bedømme betydningen af nye studier, og alle interviewede forskere citat- og faktatjekker vores artikler før publicering.

Hvis du går rundt og undrer dig over stort eller småt, vil vi elske at høre fra dig og forsøge at give dig svar med forskernes hjælp. Send bare dit spørgsmål til vores brevkasse Spørg Videnskaben.

Vi håber, at du vil følge med i forskningens forunderlige opdagelser her på Videnskab.dk.

Få et af vores gratis nyhedsbreve sendt til din indbakke. Du kan også følge os på sociale medier: Facebook, Twitter, Instagram, YouTube eller LinkedIn.

Med venlig hilsen

Videnskab.dk

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Danske corona-tal

Videnskab.dk går i dybden med den seneste corona-forskning. Læs vores artikler i temaet her.

Hver dag opdaterer vi også de seneste tal.

Dyk ned i grafer om udviklingen i antal smittede, indlagte og døde i Danmark og alle andre lande.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's videojournalister med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på Instagram, og læs om astronautens foto af polarlys, som du kan se herunder.