[SKRIVA] Astrobiologi
- From: Ahrvid <ahrvid@xxxxxxxxxxx>
- To: "skriva@xxxxxxxxxxxxx" <skriva@xxxxxxxxxxxxx>
- Date: Sun, 16 Mar 2014 15:43:52 +0100
Jag tänkte dela med mig av min första s k inlämningsuppgift i den kurs i
astrobiologi jag nu läser (distans, deltid). Kursen består av en större lärobok
(som jag lyckats hitta som PDF), ett antal mindre kompendier i PDF-form,
inloggning till en utbildningsplattform, med "forum" för olika delmoment (där
man ombeds att diskutera olika frågor) och två större inlämningsuppgifter
(uppgift 2 kommer mot terminsslut). Frågor att besvara ges först i varje
avdelning.
Jag läste en kurs kallad "Liv i rymden" tidigare. Den nya kursen är bra
komplement. Den första kursen hade mycket om universum och andra stjärnsystem.
Denna kurs riktar sig mer mot jorden och solsystemet, så det är inte fullt så
mycket upprepningar. Och det är förstås något man bör sätta sig in i som
science fiction-fan...
--Ahrvid
Ps. Jag räknar med att bli godkänd, förstås. (Lärare kan vara excentriska. Just
den och den detaljen skall vara med... Men det går nog bra. Jag läser ämnet för
mitt eget höga nöjes skull.)
-----
Astrobiologi, inlämningsuppgift 1:
1) Enligt Big bang modellen så fanns ingenting före den stora smällen? Hur är
det då möjligt att det finns materia idag?
a) Var kommer materian ifrån? Vilken roll spelar det vi kallar anti-materia i
detta?
b) Det periodiska systemet är en sammanställning av alla de grundämnen vi
känner. Vilka skiljelinjer (grupperingar) kan man göra av ämnena vad
avser deras kosmologiska ursprung? Diskutera i stora drag när och hur
olika grupper av ämnen bildats enligt Big bang modellen. Beskriv någon
observation som gjorts eller görs som stödjer denna beskrivning?
1a) Vad materia "egentligen" kommer ifrån får nog ses som en filosofisk,
metafysisk fråga, något vi inte riktigt vet. För det allra första ögonblicken
av Big Bang har vi inga hållbara teorier än. Vi "vet" bara (eller snarare våra
teorier gör det troligt) att i ögonblicken senare var hela universum ett
extremt ihoppressat tillstånd av energi (i form av gammafotoner) som snabbt
expanderade. Fotonerna bildade elementarpartiklar, lika många vanliga partiklar
som anti-materiapartiklar. Nästan.
Kvantfluktuationer gjorde att det bildades aningen, en yttepytteliten del,
fler vanliga partiklar än anti-partiklar. Vanlig materia och antimateria
utplånar varandra, men det blev över aningen mer vanlig materia, det lilla
överskottet av vanliga partiklar, och det är den vanliga materia som vi har i
universum idag.
1b) Man kan dela in materien i:
- Väte och helium, som bildades strax efter Big Bang, i och med att universum
bildades (spårmängder av något tyngre ämnen bildades också, såsom litium). De
är de enklaste grundämnena och vi kan när vi räknar på universums
ämnessammansättning se att de helt dominerar, i alla fall för vanlig materia
(någonstans kring 98%; exotisk s k mörk materia borträknat). Vi kan studera
studera solen och andra stjärnors ämnessammansättning via spektroskopi.
Kuriosa: Astronomer, i motsats till kemister, brukar benämna alla grundämnen
med atomnummer högre än helium för "metaller".
- Tyngre grundämnen upp till atomnummer ca 30 bildas i stjärnorna när de via
fusion förbränner väte och helium till stegvis allt tyngre ämnen. Man kan via
att räkna på vad fusionsprocesserna bör ge för resultat, beräkna hur vanliga
olika grundämnen bör vara i universum, och när man sedan observerar andelen
olika grundämnen finner man andelarna stämmer ganska bra. Förutom spektroskopi
kan man också studera meteoriter i form av s k kondriter och även kometer (t ex
komethttps://dub125.mail.live.com/mail/#damm från kometsvansar). Sådana
bildades i samband med att solsystemet uppstod och har inte påverkats sedan
dess - det blir som "astroarkeologiska" lämningar. Man finner även här att
dessa har förväntad grundämnesfördelning.
- Ännu tyngre grundämnen bildas i stjärnor som blir supernovor, i samband med
supernovaexplosioner då stjärnor dör. (Stjärnor som är några gånger tyngre än
solen. Vår sols dödsöde blir istället att först svälla till en röd jättestjärna
och sedan krympa till en svalnande vit dvärg.) I de dramatiska
supernovaexplosionerna kan exempelvis järn ta upp extra kärnpartiklar och bilda
de tyngre atomkärnorna, som inte kan bildas via vanliga fusionsprocesser under
stjärnans normala liv.
-----
2) Beskriv samt diskutera den s.k. Nebulosamodellen som beskriver hur vårt
solsystem kan ha skapats en gång. Du skall beskriva modellen för hur det
blivit så som observationerna visar idag, samt diskutera nebulosamodellens
för- och nackdelar. Beskriv och diskutera också andra modeller inom
vetenskapssamfundet och vad som föranlett utvecklandet av dem?
2) Solsystemet har enligt nebulosamodellen bildats ur interstellära gasmoln
(liknande de nebulosor vi kan se i teleskop) som i sin tur kommer från
exploderande stjärnor. Molnet har så småningom börjat dra ihop sig - vilken
kan triggas av näraliggande supernovaexplosioner - av gravitationskraften och
börjat spinna. Gasmolnet har viss rörelseenergi från början och när molnet drar
ihop sig omvandlas den till snabbare spinn, likt en konståkare på skridsko som
snurrar snabbare genom att dra in armarna, varvid det plattas ut till en disk.
Molnet börjar hettas upp genom att partiklarna krockar med varandra och det
blir hetast i mitten där solen skall bildas (där har partiklarna högst energi
då de fått potentiell energi från att falla in mot mitten).
Observationer av unga stjärnor bekräftar att det finns ett moln i diskform
kring dem, i enlighet med nebulosamodellen. Partiklarna klumpar så småningom
ihop sig, kondenserar genom elektrostatisk attraktion, en process som kallas
accretion. Tyngre grundämnen ansamlas längre in (där temperaturen är högre och
endast tyngre ämnen kan kondenseras) vilket så småningom blir "stenplaneterna"
Och lättare grundämnen konsenserar längre ut (där de lättare ämnen kan
kondenseras genom att temperaturen är lägre), och det blir "gasplaneterna" av
jupitertyp. Tidigt i solsystemets historia bildades så hundratals
"planetisimaler" som så småningom krockade, slogs ihop och fick tillräcklig
gravitation för att börja dra till sig allt mer av omgivande materia. Så fick
vi dagens åtta vanliga planeter (som man räknar nu, sedan Pluto nedgraderats
till "dvärgplanet").
Ett stöd för nebulosamodellen är att alla planeter och de flesta asteroider
cirklar i på stort sett samma banplan, och i samma riktning runt solen. Den
här processen förklarar också varför de stora gasplaneterna har många månar. De
har haft egna gasdiskar omkring sig som format månar, ungefär på samma sätt som
gasdisken kring solen format planeterna. Samtidigt får de mindre planeterna
sällan månar då de varit för små för att hålla gasdiskar som kunnat bilda
månar. Men månar kan också vara infångade asteroider, eller som i jordens fall
från kollision med en större himlakropp, som kastat ut material som bildat vår
måne. Mars månar är möjligen infångade asteroider.
Asteroider och kometer (och meteoriter) är rester från solsystemets bildande,
material som blivit över. Asteroiderna ligger gärna i banor omkring det s k
asteroidbältet mellan Mars och Jupiter, där ingen större planet kunnat bildas
på grund av verkan från Jupiters gravitation. Kometerna ligger i Kuiperbältet
och Oorts moln bortom de yttersta planeterna, där materialet varit för utspritt
för att forma nya planeter.
Ett mindre problem med nebulosamodellen är att det "borde" finnas ännu mer
väte och helium i solsystemet, men troligen har det blåsts iväg av
solvinden, inte minst som att solen troligen var 4-5 ggr starkare tidigt i sitt
liv, jämfört med idag.
Ett större problem är att dagens planetjakt, med nya skarpa astronmiska
instrument (fältet har formligen exploderat på senare år!), har hittat många
planetsystem som inte påminner om vårt eget, framför allt med jätteplaneter i
nära bana kring sina solar. (En statistisk felkälla kan vara att sådana
planetsystem är lättare att upptäcka, men fenomenet solnära jätteplaneter är
inte helt förstått.)
Ett annat problem är att enligt lagen om rörelsemängdsmomentets bevarande
(från rotationen i den ursprungliga gasdisken) borde solen rotera hundratals
gånger snabbare än den gör Men det kan förklaras med att solens magnetfält
sträckt ut sig långt ut i solsystemet och bromsat upp rotationen - material
magnetfältet påverkar gör motstånd.
Det finns en rad alternativa hypoteser om solsystemets bildande, om än
nebulosamodellen är den helt dominerande, omfattad av de allra flesta. Här är
några, i korthet:
- Descarte var tidig, redan under 1600-talet, med en föreställning om
"virvlar" som planeterna bildades ur. Ser man en virvel på en vattenyta som
rymmer skräp, tenderar skräpet att samlas mot virvelns mitt. (Aningen senare,
under 1700-talet, skall vår egen Swedenborg ha varit tidig med att föreslå vad
som i princip är nebulosamodellen.)
- Kollisionsteorin, avsedd att försöka lösa problemet med
rörelsemängdmomentet, handlar om att planetsystemet bildats genom att solen
nästan krockat med eller kommit nära en annan stjärna, varvid material kastats
eller dragits ut, som sedan bildats planetsystemet. (Med tanke på avståndet
mellan stjärnor och deras rörelser är sådana händelser dock statistiskt
osannolika.)
- Problemet med rörelsemängden gav också teorier om att solen haft en mindre
"kompanjonstjärna", som fallit isär och dess materia skulle vara upphovet till
solsystemets planeter.
- Infångat-gas-moln-teorin var ett annat försök att lösa samma problem. Den
handlar om att solen en gång, redan bildad, passerade genom ett interstellärt
gasmoln som den fångade in, och planeterna bildades därur.
Flera andra teorier finns, oftast varianter av dessa, med olika anknutna
detaljer.
-----
3) Diskutera sannolikheten för och ge argument för respektive emot följande tre
påståenden:
a) Livet har uppstått på jorden endast en gång
b) Livet har uppstått på jorden ett stort antal gånger och det finns anledning
att tro att liv kan uppstå på jorden även i nutid
c) Livet har uppstått någon annanstans i universum och förts hit med t ex
meteoriter
/Kommentar: 3a) och 3b) går in i varandra! Jorden har bevisligen liv, så 0 liv
är uteslutet. Ett eller flera liv är alternativen. 3a) och 3b) blir därmed
varandras komplementära frågor. Argument FÖR 3a) blir argument MOT 3b) och vice
versa.../
3a) Argument för att livet uppstått på jorden endast en gång:
- Det har bevisligen uppstått en gång! Och liv verkar när det väl uppstått vara
ganska envist och motståndskraftigt (i alla fall i form av mikroorganiser eller
andra små organismer) så det har aldrig utrotats för att åter uppstå.
- Utan att citera och förklara Drakes ekvation (som får antas vara välkänd) kan
man på ett rimligt sätt spekulera om att uppkomsten av liv är relativt
sällsynt, då det kräver att en rad faktorer samverkar på ett fördelaktigt sätt.
Om liv har låg sannolikhet, är sannolikheten lägre för att det uppstår fler
gånger på raken. (En faktor som diskuterats, vilke inte finns bland
drakeekvationens faktorer eller möjligen är implicit bland dem, är jordens
ovanligt stora måne som kan ha varit mycket viktig. Den har stabiliserat
jordens axel och därmed givit ett gynsammt klimat. Månen skapar tidvatten som
"rör om" i våra hav och och påverkar geologin. Men vår måne kan ha uppstått
genom en hyggligt ovanlig slump, en kollision med en annan himlakropp, av
precis rätt storlek, på precis rätt sätt...)
- Liv verkar ha tagit sin rundliga tid på sig för att uppstå. Jorden är
någonstans kring 4,5 miljarder år gammal, och det första enkla livet kan
möjligen ha uppstått för någonstans kring 3 miljarder år sedan. (Planeten måste
först hinna svalna, få rätt geologi för liv, få rätt komposition, t ex vatten
som man tror anlänt till jorden i form av kraschande kometer.) Om liv kräver
lång tid för att utvecklas, finns inte tillräckligt med tid för att processen
skall ske flera gånger.
Argument mot att livet uppstått på jorden endast en gång:
- Vi vet faktiskt inte i detalj hur liv kan uppstå. Det lämnar utrymme för att
liv kan ha uppstått på jorden flera gånger. Liv av olika typ kan ha uppstått
parallellt, varvid "vår" typ av liv (de urorganismer som långsamt evolverat,
steg för steg fram till de där typerna som bygger städer och uppfinner
elektriska tandborstar) visat sig något överlevnadsdugligare och utkonkurrerat
andra typer.
- Jorden kan ha gått igenom livsutrotande katastrofer (t ex enorma
asteroidkollisoner, strålningsduschar från näraliggande supernovor,
förändringar i solen som drastiskt ändrat jordens förutsättningar), och om
jorden "raderats" på liv, kan liv ha uppstått flera gånger.
3b) Argument för att livet uppstått på jorden ett stort antal gånger och det
finns anledning
att tro att liv kan uppstå på jorden även i nutid.
- Se ovan.
- Argument för att tro att liv kan uppstå i nutid: Vi har trots omfattande
undersökningar kanske inte hittat alla vrår och omständigheter där liv kan
uppstå. Det kan tänkas ha uppstått eller uppstå liv som inte är besläktat med
det liv vi känner (= sprunget ur evolultionära linjen från "våra" urorganismer)
i exotiska miljöer. Exempel: långt under markytan, kanske extrema arktiska
miljöer, eventuellt i kemiskt för "vårt" liv inkompatibla miljöer (liv med
arsenik istf fosfor som ledande livsgrundämne har diskuterats; en påstådd
upptäckt av sådant liv har senare kritiserats och kan nog avfärdas).
- Människan kanske kan skapa liv. Man kan diskutera vad "liv" är, men det
skulle kunna inkludera robotar, jagmedvetna, intelligenta superdatorer och
liknande. Entreprenören Craig Venter (pionjär inom DNA-sekvensering) säger sig
ha skapat syntetiska, självreproducerande celler.
Argument mot att livet uppstått på jorden ett stort antal gånger och det finns
anledning
att tro att liv kan uppstå på jorden även i nutid.
- Se ovan.
- Liv verkar vara sällsynt i universum (jfr Drakes ekvation) så statistisk
sannolikhet talar emot.
3c) Argument för att livet har uppstått någon annanstans i universum och förts
hit med t ex
meteoriter:
- Om liv är sällsynt (jfr Drakes ekvation) kan det vara rimligare att det
"importerats" snarare än uppstått oberoende.
- Det var bl a Svante Arrhenius som föreslog den s k panspermiehypotesen, att
små "livsgnistor" drivit genom rymden och ramlat ned på jorden (antagligen
avses celler eller någon form av protoceller som har förmåga att reproducera
sig, och sedan evolvera vidare). Det har i experiment och observationer visat
sig att enkla organismer tycks ha ganska stor motståndskraft mot förhållanden i
rymden (temperatur, vakuum, strålning).
- En variant av panspermiehypotesen skulle vara att grundläggande
livsmolekyler, dock utan egen reproduktionskraft, är dem som "importerats"; när
de kommit till jorden har de mött förhållanden som gjort att de kunnat
utvecklas vidare och bli självreproducerande.
- Liv kan ha utvecklats på t ex Mars, tidigare i solsystemets historia, och
kommit hit efter att meteoriter kastats loss från marsytan efter
asteroidnedslag.
Argument mot att livet har uppstått någon annanstans i universum och förts hit
med t ex
meteoriter:
- Det är dock osäkert om liv verkligen kan överleva rymdmiljön. Särskilt den
kraftiga strålningen utgör ett problem, då den tenderar att slå sönder komplexa
molekyler.
- Occams berömda rakkniv: jordens miljö, rätt grundämnen, rätt temperaturer,
närvaro av flytande vatten, m fl faktorer verkar ha varit gynnsamma för liv,
och det behövs därför ingen ytterligare förklaring till att liv uppstått. Occam
säger att vi skall raka bort extra förklaringar, som inte behövs, och nöja oss
med att de förklaringar vi har är tillräckliga.
-----
4) Diskutera på vilka sätt plattektoniken har eller kan ha påverkat den
biologiska evolutionen på Jorden.
4) Plattektoniken som beror på konvektionsströmmar i jordens inre (magma som
långsamt rör sig i "celler" på grund av temperaturskillnader) har bidragit till
en klimatstabilitet som varit gynnsam för liv. Rörelserna skapar vulkaner, som
bidragit med koldioxid vilket höjt temperaturen (men bara till en viss gräns;
dagens CO2-halts förmåga att ytterligare höja temperaturen är mycket nära att
vara mättad).
Plattektoniken för också upp nya bergmaterial med förmåga att binda överskott
av CO2, så att utvecklingen inte rusar mot en "venussituation".
Konvektionsströmmarna är också inblandade i att skapa jordens relativt kraftiga
magnetfält, som skyddar vår atmosfär mot solvinden genom att leda bort solens
partikelströmmar. Därmed hindras atmosfären från att blåsas bort av solvinden
(Mars tycks inte ha varit lika lyckosam!).
Slutligen kan plattektoniken ha haft betydelse för människans utveckling
(eller utvecklingen av andra arter, för den delen). Tidiga humanoida förfäder
kan ha delats av den stora förkastningsdalen i östra Afrika, vilken långsamt
utvidgades och ändrade klimatet. På östra sidan skapades savanner som
"tvingade" våra förfäder att satsa på tvåbent gång (eller snarare: de med
starkare tendens mot tvåbenhet gynnades evolutionärt), vilket gav en utveckling
mot Homo Sapiens As We Know It.
-----
5) Diskutera hur man kan avgöra vilka av de tidiga människoarterna som gått på
två ben?
5) Studier av skelett av våra förfäder uppvisar detaljer som pekar på tvåbent
förflyttning. Det handlar t ex om bäckenbenets utformning, skålformat för att
kunna bära upp inre organ, men det kan också handla om allmän utformning av ben
och fötter (och mindre armlängd, som gör fyrbent gång opraktisk). Detaljer i
leders och ryggradens utformning kan också skvallra om tvåbent gång. Delvis kan
tidiga hominider ha kombinerat två- och fyrbent gång, men med tiden har de
övergått till det ena eller andra (varvid det uppkommit olika evolutionära
linjer).
Man har också hittat fossila fotspår som talar om tvåbent gång. Bedömningar
av ålder på fotspåren, kombinerat med deras själva utseende (spårens
fotutformning, steglängd bör kunna ge besked om benlängd, osv), leder till
rimliga gissningar om vilken förfader från samma tid som avlämnat spåren.
Uppfattningar om i vilken miljö hominiderna levt i ger av evolutionära skäl
också argument för antaganden om tvåbent gång. Levde man i skogsmiljö fanns
behov av att använda fyra extremiteter bl a för att bättre kunna klättra i
träd. I en savannmiljö som uppkom av klimatskäl för vissa grupper av
hominiderna är dock tvåbent gång en stor fördel, bland annat på grund av:
- På en öppen savann får man större överblick om man "reser på sig", att
kunna se faror från rovdjur på avstånd, allmänt se vart man är på väg, osv.
- Om övre extremiteterna frigörs kan man börja bära saker, t ex mat,
barn/avkomma, så småningom verktyg, armarna kan användas för att bearbeta
saker, osv.
- Tvåbent gång är mer energisnål än fyrbent, och en savann är varm (ingen
skuggning från träd), så energisnålhet är en fördel. Som upprättgående får man
också mer vind på sig, som kan hjälpa till att kyla kroppen. Notera hur vi och
våra förfäder under evolutionen har tappat allt mer hår,vilket tyder på att
kylning varit viktigt. Vi har också utvecklat unika svettkörtlar för kylning.
- Energisnål tvåbent gång och fria armar bör ha haft betydelse för jakt och
försvar. Med fria armar kan man hålla upp försvarsmedel mot rovdjur (långa
störar eller pinnar, sedemera utvecklade till spjut). Människan har också visat
sig vara en av de bästa varelserna för riktigt långa förflyttningar. Vi är inte
snabba, men oerhört uthålliga, ofta uthålligare än bytesdjur som kan förföljas
under lång tid tills de blir uttröttade. Idag är marathonlöpning populärt.
Vissa miljöer ger stor fördel för tvåbent gång och hominida fossiler från
sådana miljöer bör därför vara tvåbenta.
(Sidokommentar: Forskningen om människans ursprung har på senare år gått
framåt med stormsteg. Man har gjort fantastiska helt nya fynd, som
floresiensis-"hobbiten" och denisovian-arten. En av de världsledande på området
är svensken Svante Pääbo verksam vid Max Planck-institutet. Mycket spännande,
alltihopa!)
--Ahrvid Engholm
--
ahrvid@xxxxxxxxxxx / Follow @SFJournalen on Twitter for the latest news in
short form! / Gå med i SKRIVA - för författande, sf, fantasy, kultur
(skriva-request@xxxxxxxxxxxxx, subj: subscribe) info
www.skriva.bravewriting.com / Om Ahrvids novellsamling Mord på månen:
http://zenzat.wordpress.com/bocker C Fuglesang: "stor förnöjelse...jättebra
historier i mycket sannolik framtidsmiljö"! /Nu som ljudbok:
http://elib.se/ebook_detail.asp?id_type=ISBN&id86081462 / Läs även AE i nya
E-antologin Sista resan http://www.welaforlag.se/ebok.htm#sistaresan /
YXSKAFTBUD, GE VÅR WCZONMÖ IQ-HJÄLP! (DN NoN 00.02.07)
-----
SKRIVA - sf, fantasy och skräck * Äldsta svenska skrivarlistan
grundad 1997 * Info http://www.skriva.bravewriting.com eller skriva-
request@xxxxxxxxxxxxx för listkommandon (ex subject: subscribe).
Other related posts:
