Kig op i december: Orion, Rigel, Betelgeuse og Sirius er hammerflotte lige nu

December er den første vintermåned, og det betyder, at vinterhimlens mest berømte stjernebillede Orion nu står højt på himlen. Det er stort og let at kende på de tre stjerner i Orions bælte.

Orion er i øvrigt ikke det eneste, man skal holde øje med i denne måned:

14. december topper stjerneskudssværmen Geminiderne, som vi snart fortæller om i en særskilt artikel, der udkommer på Videnskab.dk i december.

Men tilbage til Orion, for har man først fundet bæltet, er det let at finde to andre meget klare stjerner, den hvide stjerne Rigel og den røde stjerne Betelgeuse:

• Rigel er et system af hele fire stjerner, nemlig en meget klar blå superkæmpe med en mindre ledsager, der selv er en tredobbelt stjerne.
• Betelgeuse er en rød kæmpestjerne, næsten 1.000 gange større end Solen. Men den er kun så stor, fordi selve stjernen er omgivet af en enorm og i virkeligheden temmelig tynd atmosfære. Denne atmosfære er beskrevet som ’et rødglødende vakuum’, men det er den, vi ser.

Betelgeuse eksploderer - men vi skal ikke bekymre os

Selve stjernen Betelgeuse har en masse på omkring 10 solmasser. Den er ved at løbe tør for brændstof, så på et tidspunkt eksploderer stjernen som en supernova.

Når det sker, kommer Betelgeuse til at lyse så stærkt som fuldmånen, og vi vil også komme til at modtage en del stråling, ikke mindst i form af partikler.

Da afstanden til Betelgeuse er over 500 lysår, vil en eksplosion sandsynligvis ikke udgøre den helt store fare for livet her på Jorden. Og eftersom det godt kan vare tusinder af år, før Betelgeuse eksploderer, er det ikke noget, vi skal bekymre os om.

LÆS OGSÅ: Geminiderne er over os: Gå ikke glip af årets største meteorsværm

Himlens klareste stjerne, Sirius, har en ledsager

Orions bælte peger mod himlens klareste stjerne Sirius, kun 8,6 lysår fra Solen.

Sirius er en ret almindelig hvid stjerne, noget varmere end Solen og med en masse på det dobbelte af Solen. Det er den ringe afstand til Jorden, der har gjort Sirius til den klareste stjerne på himlen.

Så tidligt som 1844 havde den tyske astronom Friedrich Bessel beregnet, at Sirius var påvirket af tyngdekraften fra en ledsagerstjerne kaldet Sirius B.

Sirius B blev dog først set i 1862 under afprøvning af et nyt teleskop. Det var en opdagelse, der på mange måder rystede datidens astronomi.

Man fik hurtigt målt massen af Sirius B, og den er omtrent som Solens masse.

Man målte også temperaturen til 25.000 grader, hvilket er 4,3 gange Solens temperatur.

Da udstrålingen fra hver kvadratmeter vokser med T⁴, hvor T er temperaturen, skulle Sirius B altså være 4,3⁴ = 350 gange så lysstærk som Solen, hvis den altså var på størrelse med Solen.

LÆS OGSÅ: Den store illusion: Derfor kan vi ikke se de stjerner, der er tæt på os

Sirius B var kilde til undren

Men Sirius B er en temmelig svag stjerne, der kun kan ses i et godt teleskop. Den eneste mulige forklaring var derfor, at Sirius B måtte være en meget lille stjerne, faktisk på størrelse med Jorden.

Det giver en massefylde på over to ton per kubikcentimeter, så det kunne ikke være en helt almindelig stjerne opbygget af gasser.

Det undrede man sig meget over, og der skulle gå mange år, før man med hjælp fra den nye kvantemekanik fik forklaret opbygningen af Sirius B og forstået, at den er en såkaldt kollapsar, altså resterne af en stjerne, som har opbrugt sit kernebrændstof.

Da stjernen derfor ikke længere har kunnet producere energi og dermed varme gasserne op i sit indre, er den kollapset til en helt anden tilstand, hvor gasserne er blevet til en meget tæt form for stof, som vel nærmest kan beskrives som metalagtig.

En sådan type stjerne kaldes for en hvid dværg, og når Solen engang har opbrugt sit kernebrændstof, vil den også ende som en lille hvid dværg.

LÆS OGSÅ: Astrofysikere løser mysterium mega langt fra din hverdag

Se planeter efter solnedgang eller før solopgang

Efter al den stjernesnak kan vi vende os mod planeterne. Desværre er de alle ret tæt på Solen, så man skal se dem enten lige efter solnedgang eller lige før solopgang – men det er jo heller ikke så vanskeligt, når man tager dagens aftagende længde i betragtning.

På aftenhimlen har vi Venus, Jupiter og Saturn:

Venus er så klar, at den let kan ses, også før Solen går ned.

11. december kan man lavt på aftenhimlen se Saturn tæt på Venus.

Jupiter er så tæt på Solen, at den er meget vanskelig at se. 27. december er Jupiter i konjunktion med Solen, hvilket betyder, at den står præcis bag Solen, og derefter går der flere uger, før den er kommet så langt væk fra Solens position, at vi har en mulighed for at se den på morgenhimlen.

På morgenhimlen har vi Mars, der står op et par timer før Solen. Den er dog ret lyssvag og kan i praksis først ses omkring solopgang, når den er kommet højere op på himlen.

Rumfarten i december: Forskerne vil endnu længere ud i rummet

Da rumsonden Voyager 2 blev opsendt i 1977 for at udforske det ydre solsystem, havde ingen drømt om, at den 42 år efter opsendelsen stadig ville sende data tilbage til Jorden.

Men det gør den heldigvis, og i 2018 passerede rumsonden den grænse, hvor solvinden dominerer (se også artiklen Voyager 2 sender hidtil skarpeste rapport: Sådan ser grænsen til det interstellare rum ud)

Denne grænse ligger langt uden for Plutos bane, og de målinger, Voyager 2 sendte tilbage, har fået forskerne til at overveje muligheden for at komme endnu længere ud i rummet.

Det vil være af stor værdi at studere rummet meget langt væk fra Solen, hvor stråling og magnetfelter ikke bestemmes af Solen, men af begivenheder mange lysår borte.

Endnu har NASA ikke besluttet sig for at sende en rumsonde ud i det store mørke mellem stjernerne, men flere forskere er begyndt at tale seriøst om muligheden.

Det gælder således Ralph McNutt, der har deltaget både i Voyager- og New Horizons-projekterne. New Horizons er NASA's Pluto-rumsonde, der nu for fuld fart er på vej bort fra Solsystemet.

LÆS OGSÅ: Rumsonde har besked til rumvæsner

Ralph McNutt har præsenteret sine tanker på en international kongres i 2018 i et foredrag med titlen ’Near-Term Interstellar Probe: First Step’.

TAU-rumsonden er første skridt mod Mars

Stjernerne er dog meget langt borte, så det første skridt mod Mars bliver meget mere beskedent, nemlig en rejse ud til en afstand på såkaldt 1.000 AE fra Solen.

Den astronomiske enhed AE er afstanden mellem Solen og Jorden, og 1.000 AE svarer til 30 gange afstanden ud til Pluto.

På engelsk kaldes en rumsonde til det formål for TAU, hvor navnet er en forkortelse af Thousand Astronomical Units. En ’Astronomical Unit’ hedder på dansk en astronomisk enhed eller AE.

TAU-sonden er, som navnet antyder, beregnet til at sende data tilbage fra en afstand på op til 1.000 AE.

Til sammenligning er Voyager 2 nu bare omkring 120 AE fra Solen, og det er begrænset, hvor mange år endnu den 42 år gamle rumsonde kan fortsætte med at sende data tilbage til Jorden.

LÆS OGSÅ: Efter 41 års rejse: NASAs Voyager 2 er nu nået til rummet mellem stjernerne

Flere fordele ved TAU

At sende en rumsonde ud til en afstand på 1.000 AE lyder som en lang flyvning, men selv den nærmeste stjerne, Proxima Centauri, er 270 gange længere væk.

Set i det perspektiv er selv TAU-sondens rejse noget meget lokalt, der slet ikke har noget at gøre med stjernerejser.

Men det er et første skridt, og desuden vil det ikke være klogt at sende rumsonder til andre stjerner uden at vide noget mere om forholdene i rummet mellem stjernerne.

Og så er der en anden fordel ved TAU-sonden: Vi kan bygge den med den nuværende teknik og endda sende den af sted omkring 2030.

Stor teknisk udfordring at komme op på 100 km/sek

Nu er det begrænset, hvor lang tid man kan regne med, at en rumsonde kan fungere ude i rummet, og man sætter i dag 50 år som en øvre grænse.

Skal vi tilbagelægge 1.000 AE på 50 år, skal der fart på, omkring 100 km i sekundet.

Det er meget hurtigere, end nogen rumsonde hidtil har fløjet.

Faktisk skal rumsonden flyve seks gange hurtigere end den hidtil hurtigste rumsonde, New Horizons, som har udforsket Pluto.

At komme op på en så stor fart er en stor teknisk udfordring.

En af de muligheder, der overvejes, er at sende TAU ud forbi Jupiter. Med sin stærke tyngdekraft kan Jupiter afbøje banen, så TAU efterfølgende flyver næsten direkte mod Solen. Efterhånden, som TAU nærmer sig Solen, får den mere og mere fart på, for til sidst at tage et sving rundt om Solen.

På det tidspunkt, hvor TAU i forvejen har stor fart på, tænder man så for en raketmotor, og det giver rumsonden en ekstra energi.

Tænder man nemlig motoren, når farten er stor, har brændstoffet en ekstra kinetisk energi, udover den kemiske energi, og det betyder, at raketten nu er meget mere effektiv end normalt – og det gør det muligt at komme op på de nødvendige 100 km i sekundet.

Derefter farer rumsonden så ud af Solsystemet på sin lange rejse.

LÆS OGSÅ: Utroligt: NASA vækker Voyager 1's motorer efter 37 års dvale

TAU-sonden vil nå frem i 2080

Hvis rumsonden opsendes i 2030, skal den altså sende data tilbage indtil 2080, hvor den skulle være fremme ved målet 1.000 AE fra Jorden, og det betyder, at flere generationer af forskere kommer til at følge sonden.

Der vil nok blive snakket meget om stjernerejser undervejs, men selv om kursen i stedet var sat mod Proxima Centauri, ville det vare 13.000 år, før rumsonden kunne være nået frem – og så længe holder selv et plutoniumbatteri ikke.

Den lange rejse mod 1.000 AE behøver nu heller ikke at blive kedelig.

Selvfølgelig skal der hele tiden måles stråling og magnetfelter, men rumsonden flyver jo gennem hele Kuiperbæltet - et område, som omgiver Solsystemet og består af små iskloder - med de muligheder det giver at se nærmere på et par af dem.

LÆS OGSÅ: Hvor langt væk er de fjerneste sonder nu?

TAU's rejse kan føre til uventede opdagelser

Ude i en afstand på 550 AE møder man det spændende område, hvor Solen virker som en kæmpe linse, fordi dens tyngdekraft afbøjer lyset.

Det giver i princippet en mulighed for at se planeter, stjerner eller galakser meget langt borte.

At udnytte denne såkaldte gravitationslinse vil kræve en specialbygget rumsonde. Men mon ikke man undervejs lige vil prøve at undersøge linsevirkningen, som i princippet kan bringe selv meget fjerne exoplaneter - planeter, der kredser om andre stjerner end Solen - til at synes meget tættere på os?

Endelig er der en mulighed for, at vi nu får det første kig på den såkaldte Oort-sky, som er postuleret af den hollandske astronom Jan Oort som forklaringen på, hvorfra kometerne kommer.

Ifølge nogle beregninger begynder Oort-skyen ved cirka 1.000 AE, og herude findes måske trillioner af store og små isbjerge, der kan blive til kometer, hvis de sendes mod Solen.

Ingen har nogensinde set Oort-skyen, men alle regner med, at den eksisterer. Med sonden får vi måske en chance for at kigge efter.

Ellers kan man se TAU-sonden som et nødvendigt første skridt til at bygge en ’rigtig’ stjernesonde – og hvem ved, hvilke uventede opdagelser der ellers venter i det helt uudforskede rum mellem stjernerne.

LÆS OGSÅ: Historiens største opdagelsesrejse begyndte for 40 år siden

LÆS OGSÅ: Lange rumrejser: Derfor er der ikke sket en dyt i mange år