Til hovedsiden
    

   
    Bli medlem
    Siste nytt
    Artikler
    Bildeserier
    Temasider
    Bildearkiv
    Foredrag
    Effekter til salgs
    Lenker
    Spørsmål og svar
    Spør oss
    Prosjektoppgave
    Om oss
    NAF på Facebook
    Kontakt oss
    Nettstedskart
    Hovedsiden
Trykk for å lese mer om sitatet
 

De kosmiske detektivene

Av Vegard Engstrøm

 

Artikkel publisert i Nytt om Romfart, 29. årgang, nummer 111, juli-september 1999, sidene 27-32 av Norsk Astronautisk Forening/www.romfart.no.

Skriv ut

Tips bekjent

 

Kosmisk støv kan avsløre forgagne kometskurer - og kanskje har du et nedslagskrater i hagen?

Artikkelen Shiva-teorien i Nytt om Romfart nummer 110, 1999, sidene 32-37 presenterte en spennende og dramatisk teori for hvordan Solsystemets periodiske svingninger gjennom hovedplanet til vår galakse Melkeveisystemet kan forårsake kometskurer og masseutryddelser med relativt jevne mellomrom. I denne artikkelen skal vi se nærmere på selve prosessen med å oppdage kratre og finne bevis for disse dødelige kometskurene. Uten grundig arbeid fra en rekke forskere over hele verden, ville det ikke ha eksistert nok bevismateriale til at forskerne bak Shiva-teorien kunne legge sammen puslespillet sitt. Angående referansene til de geologiske tidsepokene eocen og oligocen i denne artikkelen, så vil jeg henvise leseren til tabellen Geologisk tidsskala i Geologisk tidsskala i Nytt om Romfart nummer 110, 1999, side 35.

Tilfeldighetenes spill

Det er imidlertid slett ikke slik at forskerne alltid planlegger sine oppdagelser. Ta for eksempel Kenneth A. Farley, dosent i geokjemi ved California Institute of Technology, som står bak mye av forskningen på kosmisk støv: «Inntil 1994 tenkte jeg aldri på kosmisk støv. Min forskning fokuserte på Jordas indre kjemi, helt til tilfeldighetene gjorde at jeg analyserte helium-innholdet i en veldig gammel avleiring. Denne viste seg, til min store overraskelse, å inneholde store mengder helium-3, noe som er et sikkert tegn på en utenomjordisk opprinnelse.»

På samme vis var det tilfeldigheter som førte til at C. Wylie Poag begynte å forske på nedslagskratre. Etter mange år som geolog innen offshore-oljebransjen, og som universitetsforeleser i Texas, begynte hun hos US Geological Survey i Massachusetts i 1974. Hun arbeidet der i ni år, før hun i 1983 delte stillingen som forskningsansvarlig på et boreskip for National Science Foundation. De hentet opp borekjerner fra havbunnen utenfor New Jersey, da de fant klare bevis på et kosmisk nedslag ved en boring foretatt på 1400 meters dyp, like ved kanten av kontinentalsokkelen.

Det utslyngede materialet bestod blant annet av mikrotektitter, mikrokrystitter, kvarts med tegn på voldsomme påkjenninger, stishovitt og koesitt. Disse krystallene indikerte tydelig at en stor komet eller en asteroide hadde slått ned innen en radius av 250 til 500 km fra borehullet. Mikrofossiler i det aktuelle geologiske laget, samt radiometrisk bestemmelse av alderen til glassbiter i funnet, gjorde at de kunne fastslå alderen på krateret til omtrent 35 millioner år, noe som tilsvarer slutten av eocen-perioden, rett før overgangen til oligocen. Glasset stammer fra sand som under høy temperatur og høyt trykk blir omdannet til glass ved slike nedslag. I en senere artikkel skal vi se nærmere på dette fenomenet, i forbindelse med et ekstremt godt bevart krater midt i Saudi-Arabias ørken.

Det store spørsmålet var nå rett og slett hvor dette krateret befant seg. Grundige geologiske undersøkelser av havbunnen langs hele USAs østkyst gjennom 10 år hadde nemlig ikke vist noen tegn til et slikt krater.

Krateret som gjemte seg

Mens C. Wylie Poag finkjemmet de geologiske arkivene for å finne spor etter nedslaget, fant noen av hennes kolleger tegn på tilsvarende utslynget materiale i fire andre borehull som var foretatt inne i Chesapeake-bukta, som ligger i Virginia. Nok en gang var de ute etter helt andre ting, da de oppdaget en merkelig sammensetning av gamle bergarter som førte til at de ba henne om å undersøke mikrofossilene for å bestemme alderen til prøvene. Overraskelsen var stor da det viste seg at disse prøvene inneholdt den samme typen av mikrofossiler som den første boreprøven. Kunne dette stamme fra samme nedslag? Ytterligere undersøkelser viste at disse bergartene også bar de karakteristiske sporene av kraftig juling fra et nedslag.

Men saken ble ikke avgjort før oljeselskapet Texaco offentliggjorde såkalte seismiske refleksjonsprofiler som de hadde tatt opp i Chesapeake-bukta i sin jakt på olje og gass. De viste nemlig et digert hull, nesten en kilometer dypt og 80 km i diameter, godt begravd under 350 m med avleiringer! Det viste seg at to av borehullene var foretatt midt i krateret, slik at de fanget opp de knuste bergartene som fylte hullet, mens de to andre var foretatt rett utenfor kanten av krateret, slik at de fanget opp det utslyngede materialet. Dette måtte rett og slett karakteriseres som nybegynnerflaks!

Det viste seg siden at det utslyngede materialet fra dette krateret kan gjenfinnes i noe som kalles det nord-amerikanske tektittfeltet. Dette feltet dekker omtrent åtte millioner kvadratkilometer, og strekker seg over det vestlige Atlanterhavet, Mexico-gulfen, Det karibiske hav og deler av Texas og Georgia. Det er til og med funnet slikt materiale i borekjerner så langt vekk som i Antarktis.

Andre kratre fra slutten av eocen-perioden

Grundig gjennomgang av de seismiske dataene førte til at 14 mindre, sekundære kratre ble funnet. Disse hadde diametre på 400-500 m, og lå innen en radius på 60 km fra primærkrateret. Disse ble forårsaket av enorme steinblokker som ble slynget opp av det første nedslaget, og som deretter slo ned og laget nye kratre. Dette blir på samme måten som når du kaster en stein i vannet - den spruter opp mange små vanndråper, som igjen faller ned og lager mange små ringbølger oppå den store ringbølgen som selve steinen forårsaket. Siden Jordas overflate er mye stivere enn vann, finner vi altså igjen de tilsvarende ringbølgene som kratre den dag i dag.

Også et annet hovedkrater ble funnet. Dette kalles Toms Canyon-krateret, og er med sine 19 km i diameter for stort til å kunne være et sekundærkrater til Chesapeake-krateret, selv om det er like gammelt. Som om ikke det var nok, fant forskerne enda et krater, denne gang i Nord-Sibir. Ved byen Popigai ligger et krater på samme størrelse som Chesapeake-krateret, og alderen på dette krateret er også blitt stadfestet til 35 millioner år. Videre har man funnet klare tegn på nedslag ved en utgravning nær den italienske byen Massignano. Her er det høye forekomster av iridium, samt tegn på at bergartene er blitt utsatt for voldsomme hendelser, som indikerer at noe spesielt skjedde på slutten av eocen. Dette funnet blir en slags parallell til det mer kjente funnet i Gubbio (se Shiva-teorien i artikkelen Shiva-teorien i Nytt om Romfart nummer 110, 1999, sidene 32-37), som ga støtet til teorien om utryddelsen av dinosaurene ved kritt/tertiær-overgangen for 65 millioner år siden. Siden materialet i Massignano ikke stemmer overens med materialet fra Chesapeake, regner forskerne med at dette derfor stammer fra Popigai.

Kenneth A. Farley og hans kolleger oppdaget at konsentrasjonen av helium-3 økte dramatisk i laget med utslynget materiale ved Massignano, og at denne konsentrasjonen holdt seg unormalt høy i hele to millioner år. Dette tolkes som at Jorda ble rammet av en kometskur for 35 millioner år siden, og at de tre kjente kratrene alle stammer fra denne skuren.

Kometskurer og deres effekter på Jordas livsformer

Flertallet av dagens modeller for slike nedslag forutsetter at en slik kometskur skulle føre til en massiv nedslakting av biosfæren på slutten av eocen. Det rare er imidlertid at det ikke forekom noen masseutryddelse i stor skala på det tidspunktet. Derimot fant det sted to masseutryddelser for henholdsvis 37 millioner år siden (i midten av eocen) og 32 millioner år siden (i begynnelsen av oligocen). En teori er at nedslagene forårsaket en miljøeffekt som disse modellene ikke har tatt hensyn til.

En periode på to millioner år med kraftig global oppvarming kan være svaret. Forholdet mellom forskjellige oksygenisotoper (omtrent samme prinsipp som for karbonisotopene i figur 2 i Shiva-teorien, i artikkelen Shiva-teorien i Nytt om Romfart nummer 110, 1999, sidene 32-37) i skallene til ulike havorganismer som levde på slutten av eocen, samt det faktum at det foregikk en omfattende migrasjon av marine mikroorganismer fra lavere til høyere breddegrader, tilsier begge at klimaet var atskillig varmere i en lang periode. Videre økte omfanget av arter som krevde høyere temperatur for å trives, og det er ikke urimelig å anta at denne varme perioden utsatte masseutryddelsen til oligocen. Denne forbindes nemlig med en global avkjøling (polarisen i Antarktis utvidet seg kraftig), noe som ville ha inntrådt tidligere, om det ikke hadde vært for denne mulige oppvarmingen.

Kosmisk støv som bevis for kometskurer

Det har vært kjent i mange år at helium-3 er en bestanddel av kosmisk støv - finkornede rester etter kollisjoner mellom asteriodene i asteriodebeltet, og etter kometer der all isen har fordampet og bare «skitten» er igjen av snøballen. Dette støvet sveipes opp av planetene og stjernene ettersom de suser av gårde på himmelen. Overraskelsen til Kenneth A. Farley (som ble nevnt i begynnelsen av denne artikkelen) besto i at helium-3 fortsatt fantes i avleiringene etter så lang tid. Helium diffunderer vanligvis raskt ut av de fleste mineraler, og det var derfor vanlig antatt at forekomster av helium-3 i de små partiklene som utgjør kosmisk støv ville forsvinne i løpet av så lange tidsrom som en snakker om i geologien. Hans målinger viste imidlertid at helium-3 kan bevares i mange millioner år i slike avsetninger.

Forskningen til Kenneth A. Farley tok dermed en helt ny retning, og han begynte å undersøke mengden av innfallende kosmisk støv, siden dette viste seg å være målbart via mengden av helium-3 i de forskjellige geologiske lagene. Det var Gene Shoemaker som først forstod betydningen av Farleys oppdagelse. (Gene Shoemaker er blant annet kjent for at han sammen med sin kone Carolyn og David Levy oppdaget kometen Shoemaker-Levy 9, den som kolliderte med Jupiter og inspirerte Hollywood til å lage filmene Deep Impact og Armageddon.) Noen få måneder før Gene Shoemaker døde i 1997, arbeidet Farley sammen med Gene og Carolyn Shoemaker i Italia, og resultatene av dette arbeidet ble publisert i bladet Science. Det var klare bevis for at Jorda ble utsatt for en kometskur for 35 millioner år siden, som nevnt ovenfor.

Disse resultatene var et skritt på veien mot å forklare en rekke spørsmål knyttet til kosmiske nedslag på Jorda, og hva slags himmellegemer som forårsaker disse. Hvor kommer de fra? Er det hovedsakelig kometer, eller er det asteroider? Hvis det er kometer, kommer de enkeltvis med jevne mellomrom, eller sjeldnere, og til gjengjeld mange samtidig? Selv etter mange års forskning, både med observasjoner via teleskop, teoretiske utregninger og undersøkelser av nedslagskratre på Jordas overflate, er det ikke lykkes å komme med med noe endelig svar på disse spørsmålene. Kanskje vil vi kunne bruke helium-3 som en indikator på nivået av kosmisk støv, og slik kunne forstå resultatene fra disse andre metodene bedre.

Hvordan velge en indikator på kosmisk støv?

For tida faller det ned omtrent 40 millioner kilo kosmisk støv på Jorda hvert år - heldigvis er det så finkornet at man ikke merker noe til det. Hvis vi skal kunne identifisere dette støvet, for eksempel i gamle avsetninger, trenger vi en indikator. En god indikator er et kjemisk stoff som av en eller annen grunn finnes i mye større mengder i slikt kosmisk støv enn på Jorda, og som er lett å identifisere. Nøkkelen til dette ligger i at Jorda har hatt (og fortsatt har) en veldig stor geologisk aktivitet. Dette har ført til at forholdet mellom ulike kjemiske stoffer er blitt endret kraftig siden Jordas opprinnelse, og dermed i forhold til andre himmellegemer. Jordas kjerne består av jern, mantelen og jordskorpa består av ulike bergarter, mens atmosfæren i hovedsak består av nitrogen og oksygen. Denne konsentrasjonen av ulike grunnstoffer har ført til at Jordas overflate kjemisk sett er svært forskjellig fra sammensetningen til materiale av utenomjordisk opprinnelse, spesielt med tanke på enkelte grunnstoffer og isotoper.

Ta for eksempel iridium, et grunnstoff som blir kalt siderofilt fordi det har en svært høy affinitet for jern. Da tyngdekraften trakk jernet inn mot Jordas sentrum, ble praktisk talt alle forekomster av iridium på planeten «vasket ut» av de smeltede steinmassene, og fulgte med jernet innover. Resultatet er at alle nåværende forekomster av iridium på overflaten stammer fra kosmisk nedfall, og iridium er da også den mest «populære» indikatoren for blant annet meteorittnedslag.

En liknende mekanisme fungerer for helium-3. Vulkansk aktivitet har gjennom Jordas levetid tømt ut alle underjordiske lagre av lette gasser som helium og hydrogen. Disse er også så lette at de i utgangspunktet vil sveve opp og ut av atmosfæren. Hydrogen har lett for å inngå i kjemiske bindinger (blant annet i vann), og derfor er det rikelig med hydrogen på Jorda. Helium er derimot en edelgass, og binder seg omtrent ikke med noe som helst. Av de to isotopene til helium, blir det produsert mye helium-4 gjennom alfa-fisjonsprosesser i radioaktiv nedbrytning av tyngre grunnstoffer. Det er derfor relativt mye helium-4 på Jorda. Helium-3, derimot, er minst like sjeldent som iridium på jordoverflaten.

Fallende helium!

Materiale av utenomjordisk opprinnelse er imidlertid svært rikt på helium-3. Alt som befinner seg i verdensrommet blir kontinuerlig bombardert av solvind, som blant annet består av helium-3-ioner.

Kosmisk støv har en enormt stor overflate i forhold til volumet. (Volumet varierer med tredje potens av diameteren, mens overflaten varierer med andre potens av diameteren. Dette er også årsaken til at store isbjørner fryser mindre enn små isbjørner.) Dermed oppnår støvet et nivå for innstrålt helium-3 som kan ligge over en million ganger høyere enn nivået hos overflatemateriale på Jorda. Ved California Institute of Technology har man et massespektrometer som slik kan oppdage rester av utenomjordisk materiale helt ned til noen få deler per milliard (parts per billion, ppb).

Når slikt materiale treffer Jorda, skjer det gjerne med enorme hastigheter, typisk flere titalls kilometer i sekundet. Dette gjelder både for bittesmå støvpartikler og for kilometerstore asteroider eller kometer. Denne energien blir omdannet til varme når objektene bremses i atmosfæren, og de kan smelte eller til og med fordampe av dette. Når dette skjer, så vil alt helium-3 unnslippe og sveve vekk fra Jorden.

Det er derfor bare helium-3 fra kilder som ikke smelter eller fordamper før de treffer overflaten, og som samtidig kommer i store nok mengder til å gjøre utslag, som vil påvirke mengden av helium-3 som vi kan finne på Jordas overflate. Dette utelukker alle andre kilder enn nettopp kosmisk støv, som er så finkornet at det bremses opp uten å fordampe først, nok en gang takket være forholdet mellom overflate og volum (som igjen har en relativt lineær sammenheng med massen). Det er derfor typisk støv med en diameter på under 30 mikrometer (30 tusendels millimeter) som vil kunne spores via mengden av helium-3.

Ved å sammenlikne innholdet av helium-3 i forskjellige geologiske lag, har det vært mulig å bestemme hvordan mengden av helium-3 som faller ned har variert med tida. Omtrent en halv million år før slutten av eocen økte denne innfallsmengden, og den holdt seg på dette høye nivået helt til to millioner år etter nedslagene som forårsaket kratrene ved Chesapeake-bukta og Popigai, da mengden av helium-3 som falt ned per år igjen ble redusert til det «normale». Dette stemmer helt overens med teoretiske beregninger fra 1980-tallet som viser at mengden av kosmisk støv øker kraftig i forbindelse med en kometskur (se diagrammet).

Et mulig kometskur-scenario

Hvorfor kom økningen i kosmisk støv allerede en halv million år før nedslaget og varte i to millioner år etterpå? Forklaringen ligger i kometskuren.

Da de første kometene nådde de indre delene av Solsystemet, fordampet de og gav fra seg store mengder støv. Etter en halv million år der antall kometer bare økte og økte, skjedde det uunngåelige, og minst to av kometene traff Jorda ved henholdsvis Chesapeake-bukta og Popigai. Deretter tok det rett og slett to millioner år før støvnivået hadde «roet seg», mens de siste etternølerne blant kometskuren kom til og fordampet vekk støvet sitt.

Det som er viktig å huske på her, er at alt dette støvet slett ikke kom fra de to store nedslagene, for her var det store temperaturer som fordampet vekk alt helium-3. Støvet kom derimot fra alle de andre kometene som svirret rundt i Solsystemet, mens de sakte fordampet på grunn av varmen fra Sola.

Hvor kom så denne kometskuren fra? Ved utkanten av Solsystemet ligger en kald og isfylt verden, eller rettere sagt tusener på tusener av dem. Oort-skyen befinner seg omtrent 100 000 astronomiske enheter fra Sola, helt i utkanten av Solsystemet. Vi skal se nærmere på denne skyen i et senere nummer av NOR - i denne omgang konstaterer vi bare at en passerende stjerne vil kunne rive løs kometer herfra. Dette skjer relativt hyppig, omtrent med 40 millioner års mellomrom (se artikkelen om Shiva-teorien). En slik kometskurteori vil kunne forklare hvorfor mange relativt store kratere oppstod omtrent samtidig, og også hvorfor det finnes såpass mye materiale som stammer fra kometer i det geologiske laget fra eocen.

Men det gjenstår fortsatt en del arbeid med denne kometskurteorien, blant annet må forskerne kunne vise at dette er en unik forklaring, det vil si at dette er den eneste muligheten som kan stemme overens med de observerte dataene på en tilstrekkelig overbevisende måte. De må også bevise at kometskurer generelt kan forbindes med store nedslagskratre på Jorda.

Siden helium-3 kan overleve uten å bli nedbrutt i sedimenter som er opptil flere hundre år gamle, kan det være mulig å lage en tilsvarende oversikt som i diagrammet for større deler av Jordas historie.

Flere forskere arbeider nå med nettopp denne store oppgaven. Hvis det lykkes, vil vi ha kommet et stort skritt videre på veien mot å forstå hvordan kometer innvirket på Solsystemets historie. Følg med videre!

Tekst til illustrasjoner brukt i artikkelen

Nedslaget fant sted for 35 millioner år sida, utafor den daværende kystlinja til det amerikanske kontinentet. Krateret ligger nå delvis på land og delvis i Chesapeake-bukta, rett sør for den amerikanske hovedstaden. (Kart fra C. Wylie Poag, gjentegnet av B. S. Smith)

Siden oppdagelsen av krateret i Chesapeake-bukta har forskere funnet andre kratre på samme alder, spredt rundt hele kloden. Dette styrker teorien om at Jorda ble rammet av en omfattende kometskur for 35 millioner år sida, noe som førte til omfattende utryddelser. (Kart fra C. Wylie Poag, gjentegnet av B. S. Smith)

Det 35 millioner år gamle Popigai-krateret i Nord-Sibir er 85 km bredt. Geologer har funnet materiale som kanskje ble slynget ut av dette nedslaget så langt vekk som i en utgravning i nærheten av Massignano i Italia. (US Geological Survey)

En himmel dekket av kometer kan nok være et meget vakkert syn, men det kan også bety «verdens undergang» for de livsformene som skulle være så uheldige å oppleve en slik kometskur. En økende bevismengde tyder på at en kometskur kan ha forårsaket masseutryddelser for 35 millioner år sida, på slutten av eocen. (Michael Carroll)

Oort-skyen er en stor sverm av kometer som sirkler rundt Sola i en avstand av omtrent 100 000 astronomiske enheter (AU). 1 AU tilsvarer avstanden fra Jorda til Sola, 150 millioner kilometer. Dette bildet av Edwin Faughn viser hvordan han forestiller seg at Solsystemet ser ut for en observatør som befinner i Oort-skyen. (Edwin Faughn)

Den trinnvise kurven viser hvordan målinger av helium-3 øker i sedimenter fra slutten av eocen, noe som tyder på en økning i mengden kosmisk støv som faller ned på Jorda. De to pilene angir hvor kometnedslagene i Chesapeake-bukta og ved Popigai blir indikert ved unormalt høye iridium-forekomster (se også Shiva-teorien i artikkelen Shiva-teorien i Nytt om Romfart nummer 110, 1999, sidene 32-37). Den glatte kurven viser den teoretiske mengden av helium-3 som nærkontakt med et annet himmellegeme ville forårsaket, mens den stiplete kurven viser den samme kurven når man legger til effekten av asteriode- og kometnedslag, hvilket er antatt å tilsvare bakgrunnsnivået for helium-3 i oligocen.

Gravitasjonskraften til en passerende stjerne kan ha revet løs noen av kometene fra Oort-skyen, slik at en liten skur av dem kom rasende innover mot det indre Solsystemet. Kratrene fra eocen kan være beviset for en slik kometskur. Her ser vi hvordan Don Davis tenker seg Solsystemet hvis det blir betraktet fra et punkt langt utenfor Oort-skyen.

 
Forrige artikkel | Neste artikkel | Alle NOR 1999 | Alle Romfart/NOR
 
 
 

Alt stoff på romfart.no/.com/.org er opphavsrettslig beskyttet.
romfart.no/.com/.org eies og drives av Norsk Astronautisk Forening.