Elevøvelse #4: Smelteis

Drivhuseffekt, 18.10.2012

Mari Stavrum

Hensikten med dette forsøket var å undersøke hva som skjer med vannivået dersom is smelter som følge av drivhuseffekten, og hvordan drivhuseffekten kan øke temperaturen på jorda. Forstå forskjellen på konsekvensene som gis av isblokker under vann og isblokker over vann.

I atmosfæren rundt jordkloden finner vi drivhusgasser. Uten disse gassene ville gjennomsnittstemperaturen på jorda vært -19°C, og det ville vært umulig å leve på jorda. Men fordi vi har drivhuseffekten er gjennomsnittstemperaturen på jorda 15°C. Kortbølget elektromagnetisk stråling sendes fra sola til jorda, hvorav 25% blir reflektert av skylaget eller andre ting ytterst i atmosfæren. 20% blir absorbert gradvis nedover i atmosfæren. 5% blir reflektert når det treffer jordoverflaten (området dekket av snø eller is reflekterer spesielt). Og 50% blir absorbert i jordoverflaten. Temperaturen i atmosfæren stiger fordi jorden sender ut varmeenergi hvorav 90% blir absorbert gradvis av drivhusgasser i atmosfæren. Atmosfæren gir varme til jorda og verdensrommet. Altså får jorda varmeenergi i to omganger: først fra sola, så gjennom varmeenergi fra atmosfæren. Når mengden drivhusgasser i atmosfæren øker vil atmosfæren absorbere mer av varmen fra sola, og igjen sende mer varmeenergi til jorden. Dette er grunnen til at økt drivhuseffekt vil gjøre at gjennomsnittstemperaturen på jorden vil stige. Temperaturstigningen gjør at mye av isen på jordas overflate smelter. 85%-90% av sollyset som treffer områder på jorda med et lag av is eller snø blir reflektert, i motsetning til 20% som blir reflektert når sollyset treffer områder med mørk jord og vegetasjon og 10% som blir reflektert av havvann. Når det blir betydelig mindre is blir det logisk nok mer jord og hav. Siden disse områdene absorberer mer sollys vil dette igjen føre til at temperaturen på jorda stiger ytterligere.

Utstyr:

• -       Kokeplate
• -       Ildfast glassform
• -       Plastfolie
• -       To termometre
• -       Lysstoffrør (som lyskilde)
• -       To like store plassbokser
• -       To isblokker
• -       To steinblokker
• -       Varmt vann

Det første vi skulle undersøke var hvordan varmestrålig og synlig lys går igjennom en glassplate.

Vi tok en glassform og holdt den opp mot et lysstoffrør i taket. Det vi så var at det synlige lyset gikk igjennom glassformen fordi den er klar. På samme måte kan vi se kortbølget sollys fra jorda gjennom drivhusgassene i atmosfæren.

Vi skrudde en kokeplate på middels varme og ventet til den ble oppvarmet. Så holdt vi hånden så nærme platen vi kunne og kjente at man kunne kjenne varmen bra. Deretter holdt vi glassformen mellom platen og hånden, og da kjente vi at det ikke kom like mye varme til hånden.

I dette forsøket representerte kokeplaten; solen,  glassformen; gassene i atmosfæren og hånden; verdensrommet. Kokeplaten som fungerte som jorda, sendte ut langbølget varmestråling. En del av denne strålingen ble absorbert i glassformen,  som fungerte som drivhusgassene i atmosfæren, når vi la den mellom kokeplaten og hånden. Da kan vi se at drivhusgassene gjør at mindre varme blir sluppet ut igjen i verdensrommet, og mer blir igjen i atmosfæren som igjen gir varme til jorda.

Etter dette tok vi to like store plastbokser og la et termometer i hver boks. Vi målte temperaturen i boksene til å være 22°C. Deretter dekket vi den ene boksen med plastfolie mens vi lot den andre stå åpen, og satt begge boksene under en lampe (varmekilde). Etter hvert som vi fulgte temperaturen i de to boksene så vi at temperaturen i boksen med folie steg til 25°C, mens temperaturen i boksen uten plastfolie kun steg til 23°C. Grunnen til at temperaturen steg mer i boksen med plastfolie er fordi folien fungerer som drivhusgassene i atmosfæren. Den langbølgede varmestrålingen fra lampen slipper inn i boksen, men atmosfæren/folien ’stenger’ på en måte varmen inne fordi den absorberer varmen og avgir mindre av varmestrålingen videre til verdensrommet, men heller inn mot jorda.

I neste del av elevøvelsen undersøkte vi hvordan issmelting påvirker havnivået avhengig av hvordan isen ligger i forhold til havet.

Vi tok de to plastboksene og la en steinblokk i hver. Deretter fylte vi på med lunkent vann til nivået i boksene var like høyt. I den ene boksen la vi en isklump ved siden av steinblokken, altså nede i vannet. I den andre boksen la vi isklumpen på toppen av steinblokken. Min hypotese baserte seg på det jeg hadde lest på ndla, og tidligere erfaring av at vann utvidet volumet sitt når det frøs til is fordi is har mindre massetetthet enn vann. Derfor flyter også is med 1/10 av sin masse over overflaten når den ligger i vann. Jeg antok derfor at vannivået i boks nr. 1 ville holde seg konstant, mens vannivået i boks nr. 2 ville stige. Vi ventet til begge isklumpene i boksene hadde smeltet. Det viste seg at hypotesen var riktig.

Vi kan knytte dette forsøket til situasjonen på polene når isen smelter som følge av temperaturstigningene. Arktis (nordpolen) er hovedsakelig dekket av is som ligger i vannet. Det som skjedde i boks nr. 1 er det som skjer på nordpolen. Men det er viktig å huske at selv om havnivået ikke endrer seg vil issmeltingen være livstruende for isbjørnen og de andre dyrene i næringskjedene den tilhører.

Det som skjedde i boks nr. 2 representerer det som skjer på Antarktis (sørpolen). Der ligger isen oppå jordmassen, og er ikke allerede nede i vannet, slik som på nordpolen. Vannet fra innlandsisen som smelter vil renne ned i havet og føre til en stigning i havnivået. Dette kan føre til at mye land vil ligger under vann etter hvert som mye av innlandsisen smelter.

Elevøvelse #3: Stjernehimmelen

Stjernehimmelen

Hvis man går ut en mørk og klar natt og ser opp mot himmelen kan man se tusenvis av bittebitte små hvite, blinkende prikker. Dette er stjerner. Og i virkeligheten er de ikke bittebitte små i det hele tatt. Stjerner er faktisk kort sagt gigantiske, kjempevarme, brennende baller av plasma som flyter rundt i verdensrommet. Bare i vår galakse, melkeveien, finnes det mellom tohundre og firehundre milliarder stjerner. Og så er det mellom etthundre og trehundre milliarder galakser som man kan se i verdensrommet. Man kan altså trygt si at det finnes en god del stjerner i universet. Den mest kjente for oss her på jorden er solen. Selv om solen bare er en mellomstor stjerne kan man plassere omtrent en million jordkloder inni solen. For å sette solens størrelse litt i perspektiv kan man tenke på hvor gammelt sollyset er når det treffer jorden. Det tar sollyset ca 8 minutter å reise fra soloverflaten til det treffer jordoverflaten. Men lyset, som skapes i selve kjernen i solen, bruker hele 36 000 år før det kommer til solens overflate. Det sier litt om solens masse og størrelse i forhold til jorden. Det er en grunn til at folk sier at universet er for stort til at menneskehjernen kan fatte det.

Gjennom historien har stjernene hatt mange funksjoner. Det har blitt brukt til navigasjonspunkter. Et kjent eksempel er gjeterne i bibelen som fulgte Betlehemstjernen til Jesusbarnet. I flere tusen år før kristus i Babylon laget de også astronomiske kalender med fenomener som kunne brukes til å orientere seg om årstidene. Urtidens folk studerte stjerner av religiøse og seremonielle grunner. Mange eldgamle kulturer oppdaget bilder i stjernene og utviklet religiøse teorier rundt dette. I det andre årtusenet før kristus videreutviklet babylonerne disses stjerneformasjonene til de stjernebildene vi i dag kjenner fra ’Dyrekretsen’.

På bloggen i dag skal vi se på noen kjente stjernebilder og deres plassering på stjernehimmelen, og jeg skal dele det jeg har lært og det jeg så en kveld jeg var ute og så på stjernene.

Karlsvogna

Karlsvogna er en del av stjernebildet Storebjørn. Den består av storbjørns syv klareste stjerner. Når man ser på stjernehimmelen er Karlsvogna lett å se. Når man trekker streker mellom stjernene ligner den på en vogn uten hjul. På grunn av at den er så enkel å gjenkjenne og få øye på er den praktisk i bruk til å orientere de andre stjernene og stjernebildene.

Polarstjernen

Polarstjernen er også kalt Nordstjernen og (Stella) Polaris. Stjernen er ikke veldig lyssterk sett fra jorden, men er den klareste stjernen som står nærmest himmelens nordpol og viser nord-retningen. For å finne polarstjernen etter man har orientert Karlsvogna tar man lengden på de to stjernene ytterst til høyre i selve kjerrekassa på Karlsvogna og bygger 4-5 slike linjestykker oppover.

Merknad: Jordaksens sakte presesjon gjør at polarstjernen ikke alltid vil være så nærme himmelens nordpol som den er nå. Presesjonen gjør at jorden vil flytte seg i en sirkel i forhold til stjernene. Det tar ca 26 000 år for jorden å fullføre en slik sirkel, noe som betyr at endringen er minimal hvert år. Frem til år 2100 vil jorden bevege seg nærmere og nærmere at polarstjernen representerer himmelens nordpol. Etter det vil den bevege seg bort igjen. Om 13 000 år vil altså navnene ’polarstjerne’ og ’nordstjerne’ være fullstendig misvisende, men så vil den nærme seg igjen, og om 26 000 år vil den igjen vise folk hvor nord er.

Nord-, vest-, sør- og østhimmelen.

Jordkloden snurrer én gang rundt sin egen akse i løpet av ett døgn. Rotasjonsaksen er rundt de nordlige og sørlige himmelpolene. Hvis man går ut to ganger i løpet av natten og ser på stjernene, med et par timers mellomrom, føles det som om stjernene flytter på seg. Men faktisk er det jorden som flytter på seg. Hvis man følger med lenge nok merker man også at stjernene ikke beveger seg i en rett linje, men heller i en bue eller sirkel. Det er fordi jorden snurrer i forhold til stjernene og ikke fysiske flytter seg bortover i verdensrommet. Det vil derfor se ut som om stjernene på vesthimmelen flytter seg nordover, mens stjernene på østhimmelen flytter seg sørover.

Fordi døgnet varierer fra sted til sted på jordkloden, pågrunn av plasseringen i forhold til hvor solen treffer, så vil det også være forskjell på hvilke stjerner man kan se utifra plassering på jordkloden. Dette er fordi sollyset gjør at vi mister sikt til stjernene.

Merknad: På grunn av jordaksens presesjon som jeg nevnte tidligere vil vi heller ikke se stjernebildene slik vi ser dem nå, i fremtiden.

Kassiopeia: 

Hvis du følger en linje fra den ytterste stjernen i kanten på Karlsvogna gjennom Polarstjerna, vil du komme til stjernebildet Kassiopeia. Det er formet som en skjev W bestående av fem stjerner.

Merknad: Navnet Kassiopeia stammer fra en karakter i gresk mytologi. Kassiopeia var en etiopisk dronning som var selvgod og overfladisk. Hun mente hun var vakrere enn havguden Poseidons døtre. Hennes hovmod ble straffet ved at hun etter sin død ble plassert av havguden på stjernehimmelen med hodet opp ned halve året.

Andromedagalaksen

På den ene siden av Kassiopeia ligger stjernebildene Persevs og Kefeus, men fortsetter man gjennom Kassiopeia til den andre siden i forhold til Polarstjernen finner man Andromedagalaksen. Dette er den eneste galaksen mennesker kan se fra jordkloden med vårt simple øye, og det eneste vi kan se utenfor vår egen galakse. Den ligger 2,3 millioner lysår borte.

Gassplaneter og mulig flere jordliknende planeter.

Stjernen Vega er en del av stjernebildet Lyren. Rundt denne stjernen har man flere gassplaneter og man spekulerer rundt muligheten for at det også er planeter der som ligner på jorden. For å finne Vega kan man se om man finner stjernebildet Svanen. På bildet under kan du se hvordan Svanen ser ut, og hvor Vega ligger i forhold til Svanens lyssterke stjerner.

Merknad: Vera var den første stjernen som ble fotografert (1850) og ble brukt som utgangspunkt når man skulle finne en skala for stjerners lysstyrke.

(Krysset er Svanen og stjernebildet over er Lyren)

Orion:

(Det som på bildet er merket som 'Orion Nebula' er Oriontåken som jeg nevner lenger ned i teksten)

Som sagt varierer hvilke stjernebilder du kan se ut fra hvor på jorden du er og når på året du observerer. Det er enda litt for tidlig på høsten til å se stjernebildet Orion. De to mest lyssterke stjernene i Orion heter Betelgeuse og Rigel. Hvis man observerer stjernehimmelen fra norge på vintertid, kan man se Orion. Ser man den veldig godt og har noe utstyr kan man se at de to stjernene har forskjellige farger. Betelgeuse er rødlig, mens Rigel er mer blålig. Grunnen til dette er at Betelgeuse er en eldre stjerne som er i siste fase av sin levetid og stjernens temperatur har begynt synke ettersom den brenner opp. Rigel, derimot, er en ung stjerne, og temperaturen på Rigel er veldig høy. Faktisk er temperaturen på Rigels overflate nesten 12 000 celsiusgrader. Hadde vi bodd like nærme Rigel som vi gjør med solen, hadde vi brent opp på nanosekunder. Denne intense varmen utgir det vårt øye oppfatter som blålig lys.

Midt på Orion er det tre stjerner som ligger nesten på linje, og disse utgjør Orions belte. På beltet ’henger’ Orions Sverd. Med spesielt utstyr kan man her se Oriontåken, en svak stjernetåke hvor nye stjerner blir dannet! Oriontåken gir forskere unike muligheter til å studere fødselen av nye stjerner og planetsystemer!

Sirius og lyssterke planeter:

Om man følger linjen i Orions belte kommer man til Sirius, som er den mest lyssterke stjernen på himmelen hvis man ser bort fra solen. Det finnes også noen planeter som kan være mer lyssterke enn Sirius. 

Når jeg var ute denne kvelden og så på stjernene fikk jeg ikke øye på noen planeter, men det kan du!

På klare netter skal Jupiter være mulig å se fra august og utover hele høsten og vinteren, men lysstyrken sett fra jorda skal stige langsomt, så det er kanskje litt tidlig å se den tydelig enda. Venus skal også være mulig å se på østhimmelen før soloppgang. I følge himmelkalenderen.com vil den neste kvelden det vil være lett å få øye på en planet være Merker den 27. oktober rett etter solnedgang. Så kom deg ut og se på stjernene den første muligheten du får! Følg med på yr.no og se hvilke netter som skal være skyfrie. Utover høsten og vinteren blir det bare mørkere og mørkere, og det dukker garantert opp muligheter med gunstige forhold for å titte på stjerner.

//Mari Stavrum