Solformørkelser er et fascinerende fenomen. Visste du at en rekke sammentreff må til for at vi skal kunne observere solformørkelser? Kan disse utrolige sammentreffene forklares best ved tilfeldighet eller design?
Skrevet av Guillermo Gonzales, astronom med Ph.D fra University of Washington.
Det forunderlige med våre solformørkelser
Har du lagt merke til noe merkelig ved solens og fullmånens utseende i skumringen – bortsett fra det uinteressante faktum at de står overfor hverandre og er synlige samtidig?
I så fall har du kanskje snublet over et fascinerende sammentreff på himmelen:
Størrelsene deres er påfallende like. Selv om denne likheten kanskje går upåaktet hen for den tilfeldige himmelkikkeren, unngikk den ikke de skarpe øynene til astronomene før teleskopets tid.
Og den er mer enn bare en kuriøs vitenskapelig trivialitet. Dette geometriske sammenfallet danner grunnlaget for det fryktinngytende fenomenet solformørkelser.
Babylonerne var de mest omhyggelige og produktive nedtegnerne av himmelske hendelser i oldtiden. De var overbevist om at en solformørkelse var et dårlig tegn for en hersker, og de oppdaget månens, solens og planetenes himmelsykluser og brukte dem til å forutsi formørkelser.
Fragmentariske astronomiske tavler er bevart fra ca. 700 til 50 f.Kr. I løpet av denne perioden registrerte de bare én total solformørkelse, 15. april 136 f.Kr.
Opptegnelsene viser tidspunktet for hver fase av formørkelsen, nevner Merkur, Venus, Mars og Jupiter, og noterer også at klare stjerner ble synlige. Dette var den mest nøyaktige observasjonen av en total solformørkelse i tiden før teleskopet ble tatt i bruk. Greske astronomer bygde videre på de babylonske oppdagelsene og fortsatte å utvikle astronomien.
Det store himmelske sammentreffet
Disse kosmiske hendelsene kommer i ulike varianter, avhengig av den relative posisjonen til solen, månen og observatøren på jorden.
Du vil se en delvis formørkelse, som gir en ufullstendig tilsløring av solen, når du befinner deg like utenfor sentrum av månens skygge.
Og hvis sentrum av måneskyggen aldri lander på jorden under hendelsen? Da er en delvis solformørkelse det eneste showet i byen.
Når sentrum av måneskyggen treffer jorden, kan de som er heldige nok til å stå langs skyggen, glede seg over enten en ringformet eller en total solformørkelse. Ved en ringformet formørkelse – oppkalt etter det latinske ordet annulus, som betyr ring – befinner månen seg akkurat litt for langt unna jorden på sin elliptiske ferd til å dekke solen helt.
Under en ringformet formørkelse vil himmelobservatøren være vitne til en lysende ring av lys som omkranser månens formørkede ansikt. For et utrent øye kan den subtile lysforandringen gå helt ubemerket hen, ettersom menneskets syn raskt tilpasser seg moderate endringer i lysstyrken.
Men når månen vokser seg stor nok på himmelen til å bli like stor som solen, oppstår det en total solformørkelse.
Dette subtile skiftet i himmelgeometrien katalyserer en dyptgripende forandring i vår opplevelse av en solformørkelse. Midt i solformørkelsen dekker månen hele solskiven og skaper et overjordisk tussmørke som avslører stjerner og planeter som vanligvis er skjult. Til og med dyrelivet på jorden kan bli lurt til å tro at det er blitt mørkt, og mørket setter i gang rutinene deres for skumring.
Solens svake korona, den ytterste delen av atmosfæren, blir bare synlig under en total solformørkelse.
Det utrolige ved totale solformørkelser
Solformørkelsesjeger Serge Brunier beskriver sine følelsesmessige reaksjoner på å oppleve totale solformørkelser:
«For hver gang … har følelsen vokst av at formørkelser ikke bare er astronomiske hendelser, at de er mer enn det, og at følelsene, den virkelige indre omveltningen, som de frembringer … langt overgår det rent estetiske sjokket i systemet.»1
Og beskriver sin første opplevelse av en total solformørkelse på Hawaii:
«Synet er så svimlende, så eterisk og så fortryllende at alle får tårer i øynene. Et mykt tussmørke bader vulkanen Mauna Kea. . . . Solkoronaen, som sprer sitt gjennomsiktige silkeslør rundt månens mørke grop, gløder i et overjordisk lys. Det er et perfekt øyeblikk.2
I dag forstår astronomene mekanismene bak solformørkelser til fulle og kan forutsi tidspunktet med ett sekunds nøyaktighet, flere tiår i forveien, hvor som helst på jorden.
Neil deGrasse Tyson: Et utrolig sammentreff
Denne moderne forståelsen av formørkelser har likevel ikke fjernet vår forundring over opplevelsen og det store himmelske sammentreffet som muliggjør dem. Den ateistiske astronomen Neil deGrasse Tyson påpeker dette:
«Jordens måne er omtrent 1/400-del av solens diameter, men den er også 1/400-del så langt fra oss, noe som gjør at solen og månen har samme størrelse på himmelen – et sammentreff som ikke deles av noen annen planet-måne-kombinasjon i solsystemet, noe som muliggjør unikt fotogene totale solformørkelser.3
På samme måte skriver astronomen John Gribbin,
«I dette øyeblikket av kosmisk tid, under en solformørkelse, dekker måneskiven nesten nøyaktig solskiven. Tidligere så månen mye større ut og skjulte solen fullstendig under formørkelser; i fremtiden vil månen se mye mindre ut fra jorden, og en ring av sollys vil være synlig selv under en formørkelse.
Ingen har klart å komme på noen grunn til at intelligente vesener som er i stand til å legge merke til denne merkeligheten, skulle ha utviklet seg på jorden akkurat på det tidspunktet da tilfeldighetene var der for å bli lagt merke til. Det bekymrer meg, men de fleste ser ut til å akseptere det som en av disse tingene.»4
Sammenfall i både tid og rom
Tysons og Gribbins observasjoner belyser andre aspekter ved det store himmelske sammentreffet.
Månestørrelsen til Jorden gir de beste solformørkelsene i solsystemet
For det første finnes det måner rundt andre planeter i solsystemet, og de skaper solformørkelser sett fra vertsplanetens overflate.
Noen måner, som Phobos og Deimos rundt Mars, skaper bare delvise solformørkelser. Andre, som de fire galileiske månene rundt Jupiter, skaper det jeg kaller «superformørkelser», der månene ser mye større ut enn solen.
Bare én annen måne ser ut til å ha samme størrelse som solen fra sin vertsplanet – Prometheus, som er liten og ligner en potet. Denne raske poteten fra Saturn produserer bare flyktige formørkelser mens den pisker rundt sin massive vert i utkanten av ringsystemet.
De to månene på Mars løper også raskt rundt vertsplaneten, men bare fordi banene deres ligger så nær overflaten.
Vår egen måne, derimot, triller av gårde i sin brede bane. Dette gir oss formørkelser med relativt lang varighet. Dessuten er Jorden den planeten med måne som ligger nærmest Solen.
Dette gir oss den største tilsynelatende størrelsen på den formørkede solen. Til slutt gir månens størrelse den en tilnærmet perfekt kuleform på grunn av tyngdekraftens knusende effekt på månens indre. Av disse grunnene får vi oppleve de beste solformørkelsene i solsystemet.
Perfekt avstand for de beste solformørkelsene
For det andre trekker månen seg tilbake fra oss med ca. 1,5 tommer hvert år.
Som Gribbin påpekte, ville månen tidligere ha virket større og blokkert kromosfæren (den delen av atmosfæren som ligger rett over den lyse fotosfæren) og deler av koronaen.
Om ca. 250 millioner år vil månen være for langt unna til å blokkere solskiven fullstendig, og de totale solformørkelsene vil opphøre. Det store himmelske sammentreffet innebærer altså sammenfall i både tid og rom.
Dette reiser et fascinerende spørsmål: Hvorfor lever vi på det beste stedet i solsystemet for å se solformørkelser, og på det beste tidspunktet?
Jorden: Et sted for observatører og for å observere
Det er mye som må klaffe på en planet for at den skal være beboelig, men en av de viktigste enkeltingrediensene er vann. Og ikke bare vann, men flytende vann, i store mengder og på overflaten.
Dette kravet definerer en stjernes «Gullhår-sone», det området der lysenergien som når en planets overflate, er akkurat passe stor. Er den for nær, vil sollyset fordampe for mye vann, slik at atmosfæren blir overopphetet og planeten mister vannet i verdensrommet. Er den for langt unna, vil vannet på overflaten forbli frossent.
Det er heller ikke en hvilken som helst stjerne som duger. Massive stjerner er i realiteten blitzlys i den kosmiske historien. De har kort levetid og endrer seg raskt.
Den motsatte ytterligheten er røde dvergstjerner, som er kosmiske metusalems, men den svake effekten deres gjør at gullsonen deres er en liten ring. Og når en planet går i bane rundt vertsstjernen, risikerer den å bli tidevannslåst, som månen vår.
Alle kan se at den er tidevannslåst fordi den alltid viser oss det samme ansiktet. Men en planet som alltid viser vertsstjernen det samme ansiktet, er ikke livsvennlig.
Faktorer er finjustert for at vi kan se solen fra jorden
Hva har alt dette med solformørkelser å gjøre?
Snu på problemet og spør deg selv hva innfødte observatører på en planet i bane rundt en livsvennlig stjerne ville se. Vel, de ville måtte se at vertsstjernen deres danner en vinkel på omtrent en halv grad på himmelen.
Med andre ord, hvor stor solen ser ut på himmelen vår er avhengig av at vi befinner oss i Gullhår-sonen. Gitt det smale spekteret av stjernetyper som er kompatible med komplekst liv og den relativt smale bredden på Gullhår-sonen, er det en tett sammenheng mellom vår eksistens på jorden og hvor stor solen ser ut for oss.
Bare det faktum at vi kan stå på jorden og se solen, er et bevis på at planeten vår befinner seg i Gullhårssonen.
Hva med månen?
Månen er også med på å gjøre planeten vår livsvennlig. For den tilfeldige observatøren er månens direkte innvirkning på jorden subtil.
Havets tidevann er den mest åpenbare. Solen bidrar til en viss tidevannseffekt, men ikke i like stor grad som månen. Tidevannet bidrar til å blande næringsstoffer fra land til hav. Det bidrar også til å drive de store havstrømmene, som igjen bidrar til å moderere klimaet.
Månen hjelper livet på en annen viktig måte. Vippingen av jordens rotasjonsakse i forhold til jordbanen er ikke konstant over tid, men varierer over et intervall på ca. tre grader, med en variasjonsperiode på 41 000 år.
Dette er en av de såkalte Milankovitch-syklusene, som antas å være årsaken til istidene.
Variasjonen i helningen er kanskje liten, men effekten er stor nok til at den er tydelig synlig i klimaarkivene fra polarisen og havbunnssedimentene.
Uten månen ville jordaksens helning variere kaotisk over et større område. Vi ville ikke hatt lange perioder med stabilt klima med milde sesongmessige endringer, slik vi har opplevd i løpet av holocen (den nåværende mellomistiden).
Dessuten kan selve måten månen ble dannet på ha vært til fordel for livet på jorden, forutsatt at teorien om gigantnedslag i det minste delvis stemmer.
Denne teorien går ut på at månen ble dannet etter at protojorden kolliderte med et legeme på størrelse med Mars tidlig i solsystemets historie.
Den enorme energien i kollisjonen skapte en kjerne som var nødvendig for å generere et sterkt og langvarig magnetisk planetarisk felt, og jordens magnetfelt har beskyttet atmosfæren og livet vårt.
Hvis månen hadde vært bare litt større
Månen er nesten for stor til å gjøre sitt livsviktige arbeid. Hadde den vært bare tre prosent større, ville den stabiliserende effekten allerede ha opphørt.
På samme måte som med solen er også månens størrelse på himmelen knyttet til vår eksistens. Disse to sammenhengene «forklarer» formørkelsene våre, men bare på et overfladisk nivå. Det finnes en dypere forklaring som vi kan avdekke ved å grave litt mer.
Vitenskapelig arbeid med formørkelser
Hvis dette var slutten på historien om våre fantastiske formørkelser, ville den allerede være ganske fantastisk. Men som de sier i TV-reklamene: «Men vent, det er mer!». Ikke bare er totale solformørkelser et vakkert og imponerende skue, men de har også gjort det mulig for oss å oppdage dype sannheter om universet.
Hvis du noen gang har vært vitne til en total solformørkelse, er noe av det første du legger merke til under den totale solformørkelsen den perlehvite gløden som strekker seg flere grader ut fra solskiven. Koronaen er det ytterste laget av solens atmosfære, og solformørkelser er den beste måten å observere den på. Astronomene prøver fortsatt å forstå hvordan koronaen kan varmes opp til rundt én million grader.
Under solformørkelsen 18. august 1868 observerte den franske astronomen Jules Janssen en lysende gul linje i spekteret fra kromosfæren, som ikke korresponderte med noe kjent grunnstoff. Den britiske astronomen Norman Lockyer observerte spektrallinjen kort tid etter Janssen og ga grunnstoffet som sto for den navnet helium, etter det greske ordet for solen, helios.
Helium viste seg å være et svært viktig grunnstoff, det nest vanligste i universet etter hydrogen.
To år senere, under solformørkelsen 22. desember 1870, gjennomførte den amerikanske astronomen og tidligere misjonæren Charles A. Young et viktig eksperiment. Han overvåket overgangen fra partiell til total solformørkelse med et prisme.
Young beskrev solens spektrum som en overgang fra den vanlige lyse bakgrunnen med mørke linjer (absorpsjonsspektrum) til lyse linjer på mørk bakgrunn (emisjonsspektrum) i løpet av noen få sekunder. Denne «ledetråden» om solens lys hjalp astronomene til å forstå hvordan og hvor absorpsjonslinjespektrene til fjerne stjerner oppstår.
Einsteins relativitetsteori ble bekreftet ved solformørkelser
I 1915 publiserte Albert Einstein sin generelle relativitetsteori. På den tiden trodde fysikerne at Isaac Newton hadde forstått gravitasjonen.
Einsteins tilnærming til gravitasjon var helt annerledes, noe som gjorde teorien hans kontroversiell. Han foreslo en observasjonstest, den eneste mulige med den teknologien som da var tilgjengelig.
Hvis teorien hans var riktig, ville lyset fra bakgrunnsstjerner nær solen på himmelen bli avbøyd på vei mot jorden dobbelt så mye som Newtons teori forutsa. Den eneste måten å observere forskyvningen i stjernenes posisjon på ville være å fotografere himmelen rundt solen under en total solformørkelse.
De britiske astronomene Arthur Eddington og Frank Dyson bekreftet Einsteins forutsigelser med observasjoner av solformørkelsen 29. mai 1919.
Denne formørkelsen virket som skreddersydd for eksperimentet. Det var den lengste solformørkelsen på 503 år, og den formørkede solen befant seg nær Hyadene, en lyssterk stjernehop. Etter at analysen av observasjonene ble publisert, aksepterte mange fysikere den generelle relativitetsteorien. Eksperimentet har blitt gjentatt under mange solformørkelser siden den gang, og alle har bekreftet teorien.
Endelig gir gamle solformørkelsesobservasjoner oss den beste metoden for å måle endringer i jordens rotasjon. Opptegnelser fra oldtidens Babylon, Kina og Europa tyder på at dagens lengde har økt med en semi-regelmessig hastighet. Geofysikere bruker formørkelsesdata til å modellere endringer i jordens form, og historikere bruker dem til å plassere gamle kalendere i den gregorianske kalenderen.
Solformørkelser viser at vi er her for en grunn
Er de perfekte formørkelsene våre bare et resultat av at himmellegemer tilfeldigvis står på linje med hverandre?
Det hadde vært én ting om formørkelsene våre var som dem på Mars, uten dramatisk skjønnhet og vitenskapelig verdi, og uten noen sammenheng med planetens livsvillighet. Da kunne vi avfeie dem som ubetydelige, uten større betydning enn steinblokker i en åsside.
Likevel tiltrekker våre totale formørkelser seg observatører fra fjern og nær. Igjen, det hadde vært én ting om de bare var ærefryktinngytende – nyt formørkelsen, legg ut bilder på sosiale medier og dra hjem og fortsett med det vanlige livet.
Men nei, naturens objektive skjønnhet er et mysterium som bør få oss til å tenke oss om.
Det er utrolig å tro at dette ærefryktinngytende og vitenskapelige fenomenet, som er best å se på dette gunstige tidspunktet og fra det mest beboelige stedet i solsystemet, bare er en tilfeldighet i den kosmiske historien.
Da jeg så denne sammenhengen for mer enn 25 år siden, så jeg på naturen med nye øyne. Jeg oppdaget flere tilfeller av denne bemerkelsesverdige koblingen mellom betingelsene for liv og betingelsene for vitenskapelige oppdagelser. Sammen med min medforfatter Jay Richards skrev jeg ned funnene mine i boken The Privileged Planet: How Our Place in the Cosmos Is Designed for Discovery.
To andre kjente eksempler illustrerer denne nye måten å se verden på.
Jorden er finjustert for å studere stjernene
Tenk på stjernehimmelen en klar, mørk natt. Utallige vismenn, drømmere og profeter, minst like langt tilbake som kong David i Salmene, har skrevet om hvordan stjernene inspirerer oss og ser ut til å peke utover seg selv. Det er vel unødvendig å påpeke hvor mye vi har lært om naturen ved å studere dem, ikke minst at universet hadde en begynnelse.
Tenk på hva som er nødvendig for at vi skal kunne se stjernene. For det første trenger vi enten ingen atmosfære eller i det minste en atmosfære som ikke er ugjennomsiktig.
Flere andre planeter i solsystemet har tykke atmosfærer som vil blokkere synet av stjernene. Vi må befinne oss på en planet som ikke er tidevannslåst. Vi trenger en himmel som ikke har flere soler, nærliggende planeter eller store måner.
Det er klart at steder som månen gir bedre utsikt til stjernene, men det vil også begrense våre muligheter til å drive vitenskap på andre viktige områder. Vi ville for eksempel ikke kunne gjøre opp ild (på grunn av mangel på både brensel og oksygen), som er utgangspunktet for moderne teknologi. Vi ville også tape på mer subtile måter. Jorden gir oss alle forutsetninger for å leve og observere universet.
Regnbuen kan studeres grundig
Og tenk på regnbuer, et av de vakreste og mest ærefryktinngytende synene i naturen. Også de har lært oss mye. Da vi først hadde lært hvordan vi kunne «løse opp» regnbuen og reprodusere den etter eget ønske, var vi på god vei til å avsløre universets mysterier. Alt som skal til for å lage en kunstig regnbue – et spektrum – er å sende lys gjennom et prisme.
Først oppdaget kjemikere at hvert grunnstoff har et unikt spektrum når det varmes opp tilstrekkelig. Deretter undersøkte astronomer spektrene til stjerner og oppdaget at de kunne identifisere mønstrene som ble produsert av de samme grunnstoffene som kjemikerne studerte i laboratoriene sine.
Muligheten til å oppdage er tegn på design
Etter hvert kunne de finne ut alle mulige detaljer om stjernene, inkludert overflatetemperaturen (noe som positivismens opphavsmann, Auguste Comte, sa aldri ville være mulig). Det er som om noen sier til oss: «Se her og lær noe viktig!»
Når forskere leser naturen på riktig måte, åpenbarer naturen seg på nye og overraskende måter, som en rik og mangefasettert tekst for den tålmodige fortolkeren.
En riktig lesning skaper nye muligheter for forskning og utforskning. Her ligger det en dyd i å se sammenhengen mellom livsvennlighet og oppdagelser som et tegn på hensikt snarere enn en ren tilfeldighet: Vi bør forvente å finne denne sammenhengen andre steder, og vi bør forvente å fortsette å gjøre oppdagelser på grunn av hensikt.
For en som har innsett at kosmos er designet, er dette beviset omtrent som den sublime skjønnheten i naturens matematiske eleganse.
Det er ikke lenger en plagsom anomali som må bortforklares, men noe passende og vidunderlig. Å avfeie det som «bare en av disse tingene» er både teoretisk og estetisk sterilt.
Om Guillermo Gonzales
Guillermo Gonzalez (Ph.D, University of Washington) er forsker ved University of Alabama-Huntsville og senior fellow ved Discovery Institute’s Center for Science and Culture. Han har mottatt stipendier og priser fra NASA, University of Washington, Templeton Foundation og National Science Foundation, og har publisert nesten 70 artikler i astronomiske og astrofysiske tidsskrifter. Han har blant annet skrevet boken, The Privileged Planet: How Our Place in the Cosmos Is Designed for Discovery.
Denne teksten ble opprinnelig publisert i Salvo Magazine, og er publisert med redaksjonens tillatelse.
Referanser
- S. Brunier og J. P. Luminet, Glorious Eclipses: Their Past, Present, and Future (Cambridge University Press, 2000), 6. ↩︎
- Ibid, 17. ↩︎
- N. D. Tyson, Astrophysics for People in a Hurry (W. W. Norton & Company, 2017), 171. ↩︎
- J. Gribbin, Alone in the Universe: Why our Planet is Unique (Wiley, 2011), 1. ↩︎