Vi är mitt i det kalla, mörka universum. Ett stoftkorn kolliderar med ett annat. De klumpar ihop sig. Sen kommer ett till.
Upprepa processen miljarder gånger så har du till slut en liten ”bebisplanet”. Den kolliderar nu med andra ”bebisplaneter” och växer sig större.
Så här föddes jorden. Enligt teorin inleder alla planeter sina liv som täta moln av stoft och gas som har blivit över när stjärnor bildats.
Teorin har dock ett förklaringsproblem eftersom när forskarna försöker återskapa födelseögonblicket i laboratoriet stöter de små klumparna av stoftkorn bort varandra i stället för att klumpa ihop sig.
Det har nu ett 146 meter högt torn i tyska Bremen förändrat. Här har forskarna fått svävande glaskulor att samlas som om de var späda planeter och därmed levererat ett genombrott för teorin om hur planeter föds. Forskarnas experiment är ett avgörande bevis för teorin om planeternas födelse.
Resultaten kan till och med sätta oss på spåren av spirande liv i andra solsystem.
Forskare skapar små planeter
Planeter föds i enorma moln av pyttesmå stoftkorn som klumpar ihop sig och växer sig större. Nu har fysiker återskapat samma förhållanden i det så kallade Bremen Drop Tower där små glaskulor klumpar ihop sig i viktlöst tillstånd.
Glaskulor och statisk elektricitet
Tusentals glaskulor med en diameter på 0,4 millimeter placeras i en kammare som skakas i tio minuter så att kulorna kolliderar med varandra. Några kulor överför elektroner till andra så att en del av kulorna blir positivt laddade medan andra får negativ laddning.
Katapult skjuter upp kulor 120 meter
En tryckluftskolv skjuter iväg en experimentkapsel fylld med glaskulorna i 168 kilometer per timme. Kulorna släpps ut i en större kammare där en kamera tar 180 bilder per sekund. Hela kapseln är i fritt fall och därmed viktlös i totalt 9,3 sekunder.
Kulor klumpar ihop sig som små planeter
Glaskulornas elektriska laddningar gör att de fungerar som magneter. I den viktlösa kammaren börjar glaskulorna samlas i klumpar på upp till 1 000 kulor. Klumparna är tillräckligt stora för att ha en egen gravitation och attrahera ännu fler kulor.
Planeter föds i stoftmoln
Astronomer har i århundraden försökt lösa gåtan om hur planeter föds. 1664 lade filosofen och matematikern René Descartes fram sin teori: Universum var en gång fyllt med virvelströmmar av små partiklar som samlade sig till solen, jorden och resten av solsystemet.
Descartes grundidé har visat sig förvånansvärt hållbar. Genom åren har hypoteser förkastats, förfinats och bytts ut så att astronomerna nu kommit fram till en dominerande teori som kallas tillväxt.
Enligt tillväxtteorin kolliderar små stoft- och gaspartiklar i molnen runt nya stjärnor.
Partikelklumparna blir allt större och formar till slut en kärna vars storlek beror på avståndet till stjärnan. Ju närmare stjärnan planeten bildas, desto mindre blir den – precis som i vårt solsystem.
Danska forskare har visat att jorden bildades av stoftkorn som samlades under fem miljoner år, vilket är betydligt snabbare än man tidigare har trott.
Den enkla förklaringen kan i stor utsträckning redogöra för hur planeter bildas. När stoftkornen är mindre än en millimeter stora samlas de tack vare ett fenomen som kallas vidhäftning, där laddningarna i olika materials molekyler ger attraktion mellan materialen.
Vidhäftningen är samma kraft som samlar små dammpartiklar till de dammråttor du hittar i hörnen där hemma.
När klumparna av partiklar har växt sig tillräckligt stora – typiskt ett par kilometer i diameter – börjar deras gravitation att attrahera varandra och planeten kan börja växa på allvar.
Tillväxtteorin har dock ett stort hål. Experiment och simuleringar visar att partikelklumparna börjar stöta bort varandra som biljardbollar när deras diameter blir större än en millimeter.
För att lösa det problemet har ett forskarteam vid Duisburg-Essen-universitetet i Tyskland testat en ny hypotes: Statisk elektricitet kan få stoftkornen att gå ihop som miljarder pyttesmå magneter och därmed lösa ”biljardproblemet”.
Forskare undersöker viktlösa fenomen
Rymdstationen är viktlös
Den internationella rymdstationen är i fritt fall på vägen runt jorden.
Fritt fall ombord flygplan
Flygplan simulerar fritt fall genom att flyga i en bågformig bana upp och ned.
Vattentank ger viktlöshet
I en vattentank balanseras gravitationen av flytkraften.
Glaskulor skjuts upp i torn
Om du gnider en ballong mot en vägg avger den elektroner till väggen så att ballongen blir positivt laddad och väggen negativt laddad.
Fenomenet är också känt som statisk elektricitet och får ballongen att ”fastna” på väggen.
Samma princip gäller i ett moln av små partiklar som kan ”ge” och ”ta” elektroner, bli positivt och negativt laddade och sedan gå ihop som pyttesmå magneter.
Det tyska forskarteamet utnyttjade den principen i ett försök att återskapa en planets födelse. Forskarna placerade glaskulor med en diameter på 0,4 millimeter i en kammare som med hjälp av en metallspole skakades i tio minuter.
Forskarna skickade ström genom en spole runt en magnet. Strömmen skapade ett magnetiskt fält som reagerade med magneten och skapade vibrationer.
Skakningarna i kammaren gav samma typ av kollisioner som uppstår mellan stoftkornen i en planets späda barndom. Kollisionerna mellan glaskulorna skapade statisk elektricitet där några kulor blev positivt laddade medan andra blev negativt laddade.
Tryckluft skjuter upp experiment 120 meter
I det så kallade Bremen Drop Tower skjuter forskare med hjälp av tryckluft upp sin experimentkapsel 120 meter. På vägen upp och ned igen är kapseln viktlös i totalt cirka 9,3 sekunder, vilket gör att forskarna kan simulera förhållandena i rymden.
Forskarna hade nu med en samling små partiklar som byggt upp en statisk elektricitet, men de saknade fortfarande ett viktigt steg för att återskapa förhållandena under en planetfödelse: Gravitationen måste också sättas ur spel.
Just den uppgiften kan det så kallade Bremen Drop Tower fixa. Tornet är 146 meter högt och har en kammare på 120 meter som kan göras nästan helt lufttom.
Forskarna bygger in sina experiment i 1,6 meter höga metallkapslar som hissas upp i toppen av tornet och släpps – eller skjuts upp för att sedan falla ned.
Accelerationen gör att experimenten bara utsätts för en miljondel av den vanliga gravitationen och är viktlös. Principen motsvarar att hoppa från trampolin i simhallen med en vikt spänd på fötterna.
Om luftmotståndet är noll, som det är i det lufttomma tornet, kommer vikten att visa noll kilo på vägen ned mot vattnet. Bremen Drop Tower efterliknar därmed förhållandena i rymden, vilket gör att forskare från hela världen strömmar till Bremen för att testa sina hypoteser om viktlösa fenomen.
Forskarna från Duisburg-Essen-universitetet använde Bremen Drop Towers katapult för att skjuta upp sitt experiment med glaskulor i tornet. Under de totalt 9,3 sekunderna det tog kapseln att nå toppen och falla ned igen gjordes genombrottet.
Statisk elektricitet fick de viktlösa kulorna att samlas i klumpar på över 1 000 små glaskulor.
Klumpar av den här storleken är stora nog att attrahera mindre partiklar enbart med hjälp av sin gravitation. Därmed visade forskarna att statisk elektricitet kan förklara hur planeter skapas, och hur man löser biljardproblemet.
Experiment hjälper jakten på liv
Ett danskt forskarteam har undersökt hur länge planeterna växer och upptäckt att de fortsatt ”suger” åt sig stoft även efter att de har växt sig flera kilometer stora.
Resultatet strider mot teorin om att planeter som jorden skapas vid kollisioner mellan ”babyplaneter”.
Upptäckten ger ny medvind till teorin om tillväxt. Vad som är ännu mer intressant är att de danska forskarnas resultat tyder på att jordens skapelse inte var något unikt fenomen utan att jordliknande planeter kan ha bildats på samma sätt i andra solsystem.
När planeterna har skapats på samma sätt som jorden ökar sannolikheten för att de ska ha flytande vatten. Därför har astronomerna nu fått en avgörande ledtråd som kan hjälpa oss i jakten på liv i rymden.