• Mælkevejen, galakser og supernovaer.
• Solsystemet og dets dannelse.
• Jordens opbygning, herunder atmosfæren og dens sammensætning. 
• Vigtige mineraler i jorden.
• Oversigt over jordens geologiske perioder. 
• Radioaktivitet og aldersbestemmelse.
• Den dynamiske jord. Kontinentaldrift og pladetektonik.
•  Årets gang. Dagens længde og årstider.
• Solformørkelse og måneformørkelse.

Mælkevejen og galakser.

Hvis vi en stjerneklar aften går ud og ser på nattehimlen, vil vi se et stærkt lysende bånd af stjerner. Det kaldes for mælkevejen. Nu er det ikke så nemt at danne sig et billede af mælkevejen, men det er  dog lykkedes NASA's:   COBE (Cosmic Background Explorer) at tage et billede af mælkevejen (fig. 1). Det ses at mælkevejen består af en kraftig lysende kerne af stjerner og en flad skive på hver sin side af kernen. Diameteren er omkring 100.000 lysår (et lysår er det stykke vej lyset bevæger sig i løbet af et år) og vi befinder os ca. 30.000 lysår fra det galaktiske centrum. Det er godt at vi ikke ligger nær centret, for her lurer et supertungt massivt sort hul der opsluger alt hvad der kommer i dens nærhed. 

Projekt 1. Hvor mange sekunder går der på et år?  Bestem derved den afstand i meter, som lyset tilbagelægger i et år.  Lysets fart er givet ved:

AST(0.1)

Hvor stor er solens afstand fra mælkevejens centrum. (Benyt fig. 1)

Mælkevejen er et eksempel på en spiralgalakse og den består af ufattelig mange stjerner omkring 100 milliarder. Kunne vi stå uden for mælkevejen, ville den se nogenlunde ud som vores nabogalakse Andromeda-galaksen (fig. 2), der også er en såkaldt spiralgalakse. Den ligger i afstanden 2 millioner lysår væk fra os, det vil sige at vi ser galaksen som den så ud for 2 millioner år siden. Der findes galakser der ligger 10 - 12 milliarder lysår borte. De er så langt væk at det lys vi ser, svarer til hvordan universet må have set ud i begyndelsen.  Det at se tilbage i tiden kender vi fra arkæologi, hvor man ser på potteskår for at danne sig et billede af livet i oldtiden. Tilsvarende betragtning gælder for geologien, hvor man ved at se på lag og fossiler, kan danne sig et billede af hvordan jorden og dens dyreliv må have set ud  langt tilbage i tiden (millioner af år).

Andromeda-galaksen kaldes også for M31 efter den franske astronom Charles Messier (fig. 3), der levede 1730-1817 og som var den første til at lave et katalog over galakser, stjernetåger og kuglehobe.   Han var oprindeligt interesseret i at katalogisere kometer, der var et yndet emne på den tid, men forvekslede dem ofte med galakser. Kuglehobe er en tæt ansamling af stjerner formet som en kugle, medens  stjernetåger består af støv, gas specielt hydrogen. Det er her at  der fødes  nye stjerner (se nedenfor). Man har senere udvidet kataloget, som har fået betegnelsen: New General Catalog eller kort  NGC. Mælkevejen har selvfølgelig ikke fået noget nummer, da vi selv befinder os i den. 

Selv om vi ikke kan mærke det, vil mælkevejen rotere om dens galaktiske centrum og det tager solen ca. 225 millioner år at lave et omløb. 

Projekt 2. Bestem omløbstiden T i sekunder for solen. Udregn solens fart: v  i meter per sekund ved at benytte:

AST(0.2)

Et centralt spørgsmål er, hvordan er vort solsystem blevet dannet og hvornår? Det kan forklares ved at der rundt om i mælkevejen undertiden dannes såkaldte supernovaeksplosioner, hvor en døende stjerne ikke har mere brændstof (energi) til rådighed og eksploderer i et gevaldigt brag. Her vil  stjernen kaste det meste stof af sig ud  i rummet  og efterlade en lille hård kerne som enten er en:

• hvid dværg på størrelse med jorden,
• en neutronstjerne med radius ca. 10 km
• eller et sort hul.  

Et godt eksempel er Krabbetågen eller M1 (fig. 4), der er resterne af en supernovaeksplosion der først blev observeret af kineserne i 1054.  

Det er ikke ofte at det sker, men i 1987 opdagede man en ny supernova på den sydlige halvkugle i  LHC (Large Magellanic Cloud) som derfor fik det ikke særlige opfindsomme navn: SN 1987 A.

Dannelsen af nye stjerner sker typisk i sådanne tåger, hvor stof vil begynde at trække sig sammen under den gensidige tiltrækning.  Et godt eksempel på stjernedannelse er  Ørnetågen eller M16 (fig. 5). Billedet blev taget af HST (Hubble Space Telescope) i 1995.

I dag består vort solsystem af solen i midten og de ni planeter (med eventuelle tilhørende måner) kredsende omkring solen i ellipseformede baner (fig. 7). De fire inderste planeter kaldes også for de indre planeter og planeterne uden for Mars for de ydre planeter. I området mellem Mars og Jupiter befinder der sig en mængde småplaneter i det såkaldte asteroidebælte.   Solen vejer ca. 99,8% af det samlede solsystem. Af planeterne er Jupiter den tungeste og kaldes i astronomisk jargon  for en brun dværg, fordi at hvis den var tungere ville kerneprocesserne løbe som på solen og vi ville have et solsystem med to stjerner. Endelig er Saturn , Uranus og Neptun er såkaldte gasplaneter. 

En glimrende introduktion til solsystemet findes på Orbits danske udgave af  Nineplanets af Bill Arnett. Her er der masser af ting at få at vide og billederne er fine. 

Projekt 3. Bestem på samme måde som i projekt 2 omløbstiden T i sekunder for jorden. Udregn jordens fart: v  i meter per sekund.

Projekt 4. Indtegn på græsplænen eller laboratorieafsnit 2, planeternes størrelse og  afstande  i forhold til solen. Vælg f.eks. jordens afstand til 1 meter. En toiletrulle kan også benyttes.   Benyt balloner pustet op så deres størrelse matcher planeternes størrelsesforhold og  med forskellig farve, svarende til planeternes formodede farver.

Projekt 5. Lav en Powerpoint præsentation af planeterne med passende tekst og billeder. Benyt eventuelt 2x's (2001) præsentation som model. Ønsker du  underlægningsmusik som 2x benyttede (Gustav Holst's Planet Suite) kræver det en del  mere arbejde fordi billeder og musik skal følge hinanden. 

Lad os se lidt på hvad jorden består af. Ca. 2/3 består af vand og 1/3 land. Et vidunderligt billede blev taget af Apollo-11, der viser vor jord fra rummet (fig. 8), den blå planet. Selvom der er vand på planeten Mars i form af is, er jorden den eneste planet med vand og med liv. 

Jorden består af en række kontinenter: Afrika, Europa, Asien (med verdens højeste bjerg Mt. Everest 8850 m beliggende i Tibet), Nordamerika, Sydamerika, Antarktis og Australien. Desuden en række oceaner:  Atlanterhavet, Stillehavet (med den største havdybde på  11022 m  i Marianergraven ved Filippinerne) og det Indiske ocean.   Endelig er der  atmosfæren der strækker sig  hundrede km ud.  

Jorden kan med god tilnærmelse opfattes som en kugle med radius 6370 km, om end polerne, på grund af jordens rotation,  er lettere fladtrykte i forhold til ækvator. Vi inddeler jorden i fire lag (fig. 9.) 

• Det yderste lag: kaldet for skorpen eller lithosfæren (lithos betyder sten), som er ca. 40 km tyk. Her er massefylden eller densiteten 3300 kg/m³. Den består af silikater.
• Det næstyderste lag:  kaldes for kappen, som er 2860 km som består af silikater, med en densitet på mellem (3400 - 5500 )kg/m³.
• Det næstinderste lag: består af en flydende kerne af jern med en tykkelse på 2220 km. Densiteten ligger et sted mellem (9900 - 12000 )kg/m³. Det er her, der dannes elektriske strømme, som giver anledning til jordens magnetfelt. 
• Endelig det inderste lag: der består af en fast kerne af nikkel med en tykkelse på  1250 km. Densiteten er ca. 13000 kg/m³. 

Projekt 6. Rumfanget eller volumet  af en kugle er givet ved formlen:

AST(0.3)

Bestem  jordens samlede rumfang i kubikmeter (m³). Husk først at sætte: 1km = 1000 m, inden du regner videre. Store tal som 123456 kan angives ved at skrive f.eks. 1,23456 E5 på lommeregneren.

Projekt 7. Volumet af en kugleskal mellem to radier r₁ og r₂ er givet ved:

AST(0.4)

Bestem rumfanget i kubikmeter af de fire lag. 

Der gælder følgende sammenhæng mellem massen m, rumfanget V og densiteten (græsk bogstav som udtales rho):

AST(0.5)

Projekt 8. Bestem massen af de fire lag og den samlede masse. Angiv derved jordens gennemsnitlige densitet.

Også jordens tryk stiger hurtigt ned gennem jorden, da alt ovenpå trykker (fig. 11). Til angivelse af tryk benyttes den fysiske måleenhed "Pascal" (forkortet Pa) der er det samme som Newton per m². Ved jordens havoverflade er:

 Luftens normaltryk:  101.325 Pa eller 1013,25 hPa.

En anden måleenhed der ofte benyttes  er "bar" og der gælder at 1 bar = 100.000 Pa.

At trykket stiger, når vi bevæger os ned gennem vandet, kender vi godt fra dykkere. Man kan vise at i dybden h (målt i meter) er vandets tryk bestemt ved:

AST(0.6)

Her er vandets densitet = 1000 kg/m³. 

Projekt 9. Bestem trykket i enhederne Pascal og "bar" på 10 meters dybde og på bunden af Marianergraven. Hvis der var vand helt ned til 2000 km, hvad ville trykket så være. Sammenlign med figur 11. 

Vi har tidligere nævnt at skorpen og kappen bestod af silikater, der er kemiske forbindelser med Silicium (Si) og Oxygen (O) som udgangspunkt. Skorpens masse  består i det væsentlige  af 12 grundstoffer (tabel 2b), som tilsammen udgør 99,23% af den samlede masse. 

Disse tetraedre kan sætte sig sammen på flere måder. Den næste forbindelse kaldet epidot (fig. 15) der også er et grønligt mineral med den kemiske formel (Ca₂FeAl₂)O(Si₂O₇)(SiO₄)OH.

Tetraedrene kan danne en ring formet som en hexagon, det giver mineralet beryl med den kemiske formel: (Be₃Al₂)(Si₆O₁₈) (fig. 17). Beryl kan forekomme som smukke halvædelstene som den grønlige emerald eller den mere blålige aquamarin.

Det er også muligt at danne lange kæder af disse tetraedre (fig. 18a+18b), som det kendes fra  pyroxengruppen. Et eksempel er mineralet  CaMg (SiO₃)₂. Sådanne lange kæder indgår bl.a. i silikone. 

Det er også muligt at danne lange kæder af hexagoner i en retning (fig. 19), som det kendes fra amphibolgruppen. En repræsentant er tremolit (fig. 20) med formlen Ca₂Mg₅ (Si₄O₁₁)₂(OH)₂.  Det indgår i asbest. 

Det er også muligt at danne lange kæder af  hexagoner i alle retninger (fig. 21), som det kendes fra micagruppen. En repræsentant er muskovit (fig. 22) med formlen KAl₂ (Si₃AlO₁₀)(OH)₂.   Disse lange kæder giver muskovit (lys) og biotit (mørk) en bladet struktur som let kan skilles med en kniv, på samme måde som grafit kan bruges til at skrive med fordi at det er opbygget på samme måde. 

Disse kontinenter, der som brikker passer i et stort puslespil,  har ikke altid ligget de samme steder som nu. Går man således ca. 225 millioner år tilbage i tiden til den såkaldte Perm tid, var der kun et stort superkontinent kaldet "Pangaea". (fig. 25). Dette superkontinent udviklede sig i to områder kaldet Laurasia der i dag udgør Nordamerika, Europa og Asien, medens det andet område kaldet Gondwanaland udviklede sig til Sydamerika, Afrika, Antarktis og Indien.

 I Triastiden for 200 millioner år siden opstod der et hav kaldet Tethyshavet omkring Ækvator. Det er forløberen for det nuværende middelhav. Tethyshavet havde masser af koralrev og førte til dannelse af det vi  i dag kalde for Dolomitterne, der befinder sig  i Norditalien (fig. 26a + b) og de nordlige kalkalper som Dachstein i Østrig. . Dette underlige navn Dolomit kommer af navnet på  franskmanden Deodat de Dolomieu, som for ca. 200 år siden udforskede dette område og fandt at "kalkstenen" ikke opførte sig som almindeligt kalk med den kemiske formel CaCO₃. Normalt vil kalksten bruse, når man hælder syre på, men det skete ikke. Det var han forundret over og skrev til  Schweizeren Theodore de Saussure om sit fund. Denne kendte godt denne specielle kemiske forbindelse, som er en forbindelse af magnesium og calcium med formlen CaMg(CO₃)₂.  I koralrevet bliver der altid dannet almindelig kalk og ikke dolomit og det er lidt af en gåde stadigvæk, hvordan denne kalksten er blevet omdannet til dolomit. 

Du har nok ikke tænkt over hvordan det kan være at vi har årstider. Der er der faktisk en simpel fysisk forklaring på. Det er nemlig således at jorden bevæger sig rundt i en ellipsebane omkring solen, men jordens egen rotationsakse hælder med 23,5⁰ med jordens baneplan (fig. 38). Hvis det ikke var tilfældet, ville dagens længde (regnet fra solopgang til solnedgang) være den samme dag ud og dag ind. Konsekvensen ville være at vi ikke havde årstider som vi kender det. 

På grund af hældningen  vil den nordlige halvkugle om sommeren være mere belyst end om vinteren. Dagene er derfor længere og indstrålingen er større med den konsekvens at det i snit er varmere om sommeren. Det modsatte er tilfældet på den sydlige halvkugle, så når vi har sommer har de vinter og omvendt. En sjov konsekvens er at julen på den sydlige halvkugle falder midt på sommeren. Så når vi taler om årets korteste eller længste dag, må vi sige om hvilken halvkugle der er tale om.

AST(0.16)

En sådan funktion kaldes også for en harmonisk svingning, der optræder overalt hvor et fænomen gentager sig periodisk i tiden. 

Her er:

• A = 5,24 timer er den såkaldte amplitude, der fortæller hvor meget dagens længde forøges/formindskes over et år.
• B = 12,2 timer  er dagens længde ved forårsjævndøgn og efterårsjævndøgn. Derfor er dagens længde ved sommersolhverv 17,44 timer og ved vintersolhverv 6,96 timer. 
• = 0,017 er den cykliske frekvens, som hænger sammen med perioden T = 365,25 døgn.
• = 0,155 er fasen, der fortæller os at årets længste dag ikke falder i midten af året.

Der gælder:

AST(0.17)

Man indfører også frekvensen som:

AST(0.18)

Frekvensen måler antallet af svingninger per sekund og har enheden Hertz (Hz). 

Projekt 18. En fjeder med et lod hænges op  og sættes i svingninger. Bestem konstanterne A, B, perioden T i sekunder, frekvensen f,  og   .