Var det vulkaner som fick planeten Mars att tippa?

Mars har vridit sig i förhållande till sin rotationsaxel. Det kallas polvandring (True Polar Wander, TPW). Bild: Bouley et al. och University of Arizona.

Bland journalister finns en tumregel som heter “Betteridges lag”, som säger att om en rubrik avslutas med ett frågetecken så är svaret nej. Ännu mycket tidigare svängde sig partikelfysiker med samma idé, men under beteckningen “Hinchliffes regel” (se även denna klassiska paradox). Med tanke på det kan du ju gissa att vulkanerna på Mars inte var vad som bestämde planetens rotationsriktning. Men det finns flera coola och intressanta sidor av den här frågan, så jag hoppas att du vill läsa vidare och se vad det handlar om.

Det här resonemanget har gnagt i bakhuvudet på mig sedan jag läste en väldigt rolig och intressant bok om vulkaner. Till slut kände jag mig tvungen att blogga om det.

TL;DR
Mars har tippat på grund av att vulkanerna ändrade på planetens form, men rotationsaxeln behöll sin riktning i rymden. Läs vidare om du vill ha detaljerna!

Vad är grejen alltså, med Mars och vulkanerna

Alla planeter snurrar. De kretsar i sina banor kring solen, och roterar samtidigt kring sin egen axel. Det finns en del ojämnheter i den här rörelsen, som gör rörelsen lite sned. Antingen har planeterna varit skeva från början, kanske genom att de bildades av mindre delar som slogs ihop lite på snedden, av en slump. Eller också har något hänt senare. Frågan är, kan en planet tippa över på sidan genom att den ändrar form? Till exempel genom att vulkaner väller upp?

Det tycks vara så boken Super Volcanoes beskriver det.

”Planets tend to have an axial tilt. /… förklaring av hur andra planeter snurrar…/ But in all these cases, giant meteorites are the instigators of the fall. Mars tipped itself over by creating a volcntic barbarian so huge that it redistributed its own mass.”

Mars har en magnifik högplatå med tre vulkaner på rad. Området kallas för Tharsis, och ligger precis vid ekvatorn – det vill säga mitt emellan polerna. Det intressanta är att området låg på en helt annan breddgrad innan den började bukta ut och höja sig över resten av planetens yta. Det måste väl betyda att planeten har tippat och börjat rotera i en annan riktning? Kring en annan axel?

Nja, egentligen inte. Mars kan ha tippat så att polerna nu ligger på andra ställen på ytan (vilket betyder att andra delar av ytan är vid ekvatorn), samtidigt som rotationsaxeln fortfarande har exakt samma riktning som innan i förhållande till omloppsbanan kring solen. Axeln pekar åt samma håll på himlen som innan. Det här kanske verkar lite motsägelsefullt, men jag hoppas att jag ska kunna övertyga dig, kära läsare. Här nedan kommer jag att ägna en hel del utrymme åt att dels förklara vad jag menar, och dels ge dig argument för att det borde vara på just det här sättet.

Snurret finns alltid kvar

Har du lekt med ett gyroskop någon gång? Du vet, en sådan där sak med ett hjul som kan snurras igång och som snurrar med låg friktion på ett lager. Gyroskopet gör motstånd mot att vändas. Om du försöker vicka på det vränger det iväg åt ett annat håll. Det finns ett vanligt experiment med att sitta på en snurrstol och hålla i ett cykelhjul med handtag. När hjulet vickas hit och dit börjar stolen vridas runt.

På lekplatser finns ibland en sorts snurrpinnar, där det går att stå på en liten platform och sätta snurr på den runt en stolpe i mitten. Sträcker man ut en arm eller ben så går varje varv lite långsamare, och håller man sig nära stolpen går varje varv jättefort. I fysikböcker brukar exemplet som beskriver den här effekten nästan alltid vara en konståkare, som snurrar fortare genom att dra in armarna.

Det är sällan saker i vår vardag snurrar så kraftigt att de här effekterna spelar någon större roll. Det finns alltid friktion och andra yttre störningar som ställer till det också. Därför har de flesta inte någon riktigt bra känsla för det här med att snurrande saker beter sig lite speciellt, och att det hänger ihop med väldigt grundläggande fysik.

Fysiker har ett namn för det totala snurret hos en kropp eller ett system av kroppar: rörelsemängdsmoment (eller ibland impulsmoment). Den djupa insikten är att rörelsemängdsmomentet alltid är bevarat. Det kan spädas ut eller läcka iväg till andra delar av systemet, men det finns kvar ändå. Om en havsström förstärks eller försvagas på jorden påverkar det dygnets längd – havsströmmen plus resten av jordytan är ett enda integrerat system, och om den ena delen plötsligt snurrar lite mer måste den andra snurra lite mindre.

Det här är faktiskt ett av de mest grundläggande sambanden i fysiken. Symmetrier hänger ihop med det som kallas bevarandelagar. Det går att visa (med Noethers sats att om rymden och dess fysik är likadan i alla riktningar så måste rörelsemängsmomentet vara bevarat.

Saker som kretsar långt ifrån varandra har trögare snurr än sådana som är närmare varandra, och då tar varje varv relativt lång tid. Ju närmare de kommer desto fortare måste de snurra kring varandra för att ha kvar samma rörelsemängdsmoment. Håll kvar det i minnet när vi går över till nästa avsnitt.

Varför himlakroppar snurrar

Så varför snurrar nästan allt till att börja med? Det är för att varje snedhet när saker rör sig i förhållande till varandra innebär att det finns ett rörelsemängsmoment, som kan bli till ett snurr.

Börja med att tänka på en vanlig bilväg. Om två bilar kör i varsin riktning på en väg kommer de (förhoppningsvis) inte exakt rakt emot varandra, utan bara nästan. Vid någon punkt passerar de varandra och fortsätter i varsin riktning. Tittar du på de här bilarna just när de passerar varandra så ser du tydligt att de rör sig som om de snurrade runt en punkt mitt emellan dem.

Hade bilarna befunnit sig i fria rymden hade deras gravitation dragit i varandra, och bådas riktning hade böjts av litegrann innan de for iväg ifrån varandra igen. Bilarna som kör förbi varandra i rymden kommer inte att börja kretsa i en bunden bana kring varandra, eftersom deras rörelsemängd och energi måste bevaras. De har ändå ett gemensamt snurr som kommer sig av att de båda dansar runt sin gemensamma tyngdpunkt.

Tänk dig i stället för de två bilarna massor av partiklar och gruskorn som dras mot varandra av gravitationen. Kollisioner får vissa av dem att förlora energi, kanske splittras de i flera delar. Somliga hettas upp av friktionen mot varandra, och strålar bort energi i form av värme. På så vis kan de bromsas och lugna ner sig och börja snurra tillsammans i stället för att fara förbi och fortsätta i varsin riktning. Kanske börjar de fastna i varandra, och bildar till slut ett snurrande klot. Det här är en förenklad bild av hur stjärnor och andra himlakroppar bildas. Varje liten inledande skevhet i rörelsen kommer att förstärkas när partiklarna drar sig närmare varandra, eftersom det totala snurret måste bevaras – precis som när konståkaren drar in armarna och gör fler varv på kortare tid.

Men om det inte finns något rörelsemängsmoment alls då, vad händer då? Om två kroppar inte har något gemensamt rörelsemängdsmoment betyder det att de antingen rör sig parallellt och aldrig möts, eller att de är på kollisionskurs. Har de massa och drar i varandra med sin ömsesidiga gravitation kan de falla exakt rakt mot varandra och kollidera som om de rörde sig på en räls. Det finns så många fler sätt som två kroppar kan röra sig lite snett mot varandra än att de rör sig på en sådan exakt bana, så den helt raka kollisionen är helt enkelt ett väldigt ovanligt specialfall. Nästan alltid finns det ett rörelsemängsmoment.

Märkliga egenheter i snurret

Det är hyggligt lätt att föreställa sig hur ett slätt klot roterar kring sin egen axel. Vi kan tänka oss rotationsaxeln som en pinne rakt genom klotet, och där pinnen sticker ut är nord- respektive sydpolen för det här klotet. Men det blir lite krångligare när det snurande föremålet har en annorlunda form. Eller när det ändrar form. Det är sådant som spelar in när en gymnast byter riktning och börjar snurra på längden mitt i en volt, eller när en katt vänder sig i luften.

Om en oregelbunden klump snurrar på snedden kommer den att vicka och vränga sig, och inte ha stadiga poler. Det är inte samma punkt på ytan som är i norr och söder hela tiden.

Här tänker jag fuska förbi lite detaljer (inte minst för att jag skulle behöva tänka väldigt mycket mer för att förstå alla detaljer och vara säker på att jag förklarar dem rätt). I stället hänvisar jag den intresserade läsaren vidare, till exempel till den här videon med många coola och illustrativa klipp.

Poängen jag vill ha fram här är att även en kropp som kränger och beter sig har ett stadigt rörelsemängdsmoment. Det totala snurret är hela tiden lika stort och riktad åt samma håll. Om det ska kunna ändras måste det finnas en inverkan från någon yttre kraft.

En yttre kraft, i form av gravitationen mellan jorden och solen, får jordens rotationsaxel att vrida sig runt. Vi har en polstjärna, som (nästan) tycks stå still på himlen medan resten av stjärnorna vrider sig runt den. Det beror på att jordens rotationsaxel för närvarande pekar nästan rakt på just den stjärnan. Men eftersom axeln vrider sig, med ett varv på cirka 26000 år, så pekar den inte alltid mot samma stjärna. Däremot är jordaxelns lutning konstant (nästan, det finns alltid komplikationer, men dem ignorerar jag här). Medan den vrider sig runt är den alltid ungefär 23,4 grader från riktningen som är vinkelrät mot omloppsbanan. Det är lite krångligt att beskriva i ord, så här kommer en bild också:

Här ser vi jordens lutning i förhållande till omloppsbanans plan. Bild: Dennis Nilsson, CC By

Det finns lite fler finurligheter, men den viktiga poängen just här är att lutningen inte ändrar sig. För att en planets lutning ska ändras behöver den utväxla rörelsemängsmoment med något annat utanför, eller knoppa av en del av sig själv som får ge sig iväg med en del av rörelsemängdsmomentet.

Vad som hände med Mars var ändå coolt

Det jag blir riktigt imponerad av är att det går att se att Mars hade sin midja på ett annat ställe tidigare. Den del av Mars yta som nu är Tharsisplatån låg tidigare mycket lägre – det går att se på gamla “kustlinjer” och strömfåror. En lång tid av kraftiga utbrott bucklade till hela ytan. Det som hände då var att planetens form inte längre passade ihop med rotationen.

Originalkällan som är citerad i vulkanboken är artikeln “Late Tharsis formation and implications for early Mars”. Den är tyvärr bakom betalvägg, men här finns ett nyhetsinlägg från universitetet i Arizona. Bilden i början av inlägget är knyckt därifrån.

En tredimensionell kropp har en tendens att vilja rotera på det sätt som ger den störst “tröghetsmoment” som det heter, vilket betyder att den kretsar på det stabilaste sättet som sprider ut dess delar så långt som möjligt i snurret. När Mars plötsligt hade extra massa någon stans långt norr om ekvatorn funkade det inte länge. Hela planeten började vrida sig i förhållande till rotationsaxeln, tills Tharsis låg vid ekvatorn och kunde följa med hela vägen runt i svängen när Mars roterar.

Sådana här justeringar gör jordytan också. Efter den stora jordbävningen som orsakade tsunamikatastrofen i Japan 2011 läste jag på flera ställen att jordbävningen hade fått jordens axel att skifta. Det stämmer inte, den pekar fortfarande mot polstjärnan. Men jordytan flyttade sig en bit (ungefär 17 centimeter).

Ett annat sätt att säga samma sak är att jordens symmetriaxel försköts litegrann. För att göra det riktigt roligt är jordens symmetriaxel heller inte helt parallell med rotationsaxeln, de lär skilja sig flera meter (vid polerna, förmodar jag). Det får jorden att kränga lite, men det är så lite att det inte märks utan väldigt noggranna mätningar.

Det var alltså en sådan förskjutning men på enormt mycket större skala som skedde på Mars. Hela ytan skiftade ungefär 20 grader. Det är som om Finlands nordligaste punkt plötsligt skulle vara på Nordpolen. Ganska drastiskt. Det är imponerande nog! Även om det inte rubbade rotationsaxelns lutning.

Borra hål som är så små att fotonerna inte slipper ut

Just nu lyssnar jag igenom en gammal intervju jag gjorde för ett par år sedan om radioteleskopet CHIME, och jag blir alldeles glad av hur vi sitter och nördar ner oss i detaljerna kring utmaningarna i att hantera datamängderna.

En ganska kul grej är att det blir så mycket data att det i princip inte går att flytta till något superdatorcentrum. Bandbredden räcker inte. Det måste hanteras på plats. Därför har forskarna i princip byggt ett superdatorcentrum på plats, i fraktcontainrar. Men problemet med datorer är att de genererar mycket brus i form av radiostrålning, som skulle störa mätningarna, så en hel del ingenjörsansträngningar har gått åt för att samtidigt isolera datorerna.

De kan inte borra några större hål i en sådan container, för då smiter radiobrus ut. Därför går det inte att få in tillräckligt mycket luft för att kyla datorerna, så alltihop måste vara vattenkylt.

Jag gillar att i mitt huvud tänka på det som att hålen inte får vara större än en foton, för då smiter de ut. Men det är egentligen inte fysikaliskt riktigt — en foton har ju ingen storlek eller form, i den vardagliga betydelsen. Men för att isolera utrustning från elektromagnetisk strålning behöver man alltså bygga in den i en Faradaybur, och hålen i den behöver vara signifikant mycket mindre än våglängden på den strålning som ska stängas ute. Eller stängas inne, i det här fallet. Så då ser jag det för min inre syn som att fotonerna är bollar eller pannkakor.

Ett sommarprogram från förr, med fysik i hängmattan

”Fysik handlar ju om att se, att låta sig förbluffas, och att försöka förstå och hitta samband mellan det ofantligt stora och det oändligt vardagspjollrigt lilla.” Den andan genomsyrar hela Hans-Uno Bengtssons sommarprogram från 1999. Jag hittade det när jag tittade igenom vad som fanns i SR:s arkiv. Kanske hörde jag det redan när det sändes första gången, men i så fall har jag glömt det för länge sedan.

Hans-Uno Bengtsson var en teoretisk fysiker, som var på tv och skrev böcker och syntes på många vis. Här pratar han om fysiken som finns tillgänglig från hängmattan en lat semesterdag. Programmet avrundas med att han räknar ut hur stor sannolikhet det är att lyssnaren träffats av en fågelskit under lyssningen, och därmed visar kraften i enkla uppskattningar och det vi brukar kalla ”back of an envelope”-beräkningar (fastän de oftare görs på servetter).

Det jag tyckte var extra uppiggande var att det handlar om det jag tycker att fysik går ut på. Det är så ofta fysik i medierna bara rör sig kring svarta hål, exotiska kvanteffekter, big bang och sådant. Men själv är jag väldigt förtjust i det som tangerar det vardagspjollriga. Jag gillar när fysik går ut på att ta en extra noggrann titt på det som finns omkring en. Att kunna lite om fysik blir som att få röntgenblick och kunna se igenom tingen omkring sig, hur de sitter ihop och rör sig och är uppbyggda. Allting blir mer intressant ju mer man vet.

Sen är det en sak till. Det finns en stege från att förstå varför frysen blir svårare att öppna strax efter att jag just stängt den (mitt exempel, taget från mina närmaste intryck, inte från sommarprogrammet) till att begripa vad som händer inuti solen och så vidare. Ju fler stegpinnar som saknas desto svårare blir det att klättra på stegen. Och därför är det roligt att någonstans, som inte är i skolan, få en liten strålkastare på andra delar av stegen än de allra översta pinnarna som någon håller på att sätta dit.

Samtidigt är det en sak som alltid oroar mig med den sortens käcka just så-historier, som det lätt blir när vi pratar om fysik i det lättare formatet. Det är att alla svårigheterna och osäkerheterna och återvändsgränderna putsas bort. Fysik ser så där enkelt och rent och klart ut som jag önskar att det vore, men som det oftast inte är i verkliga situationer. Men det är bara en minimal anmärkning, och tar inte bort någonting från programmets njutbarhet, eller från vad som faktiskt är kul med fysik.

”Jag ser inte ned på mitt kaffebord”

Efter att ha skrivit en bok om urtidsdjur kände jag att det vore roligt att ha lite bättre koll på djurens sammanhang, och livets utveckling i allmänhet. Därför sökte jag kursen Dinosauriernas tidsålder på Uppsala universitet, och läser den nu. I samband med det rotade jag fram en fin bok, The Book of Life, redigerad av Stephen Jay Gould. Den är lite gammal nu, även den reviderade utgåvan från 2001 har en massa år på nacken, men håller fortfarande ganska bra i många delar.

Stephen Jay Gould har själv skrivit ett förord som handlar om hur urtidens djur framställs och hur vi gör oss bilder av livet före människan. Det är ganska rolig läsning, inte minst när han poängterar hur viktig ikonografin är för oss människor, och avfärdar dem som ogillar de stora dinosauriebilderna som posörer.

Confucius was not dispensing an oracular item of arcane Eastern wisdom, but epitomizing a central truth of primate evolution, when he proclaimed that one good picture is worth ten thousand words.

In this context, I have never understood why large-format volumes of illustrations are often contemptuously dismissed by academics and intellectuals (though usually by posturers rather than the folks of substance) as ”coffee-table books”. I do not despise my coffee table as a low form of furniture (excpet in the strictly literal sense) and I regard beautiful and informative books of pictures as among the most sublime products of the publishing industry.

Det gör mig extra nöjd med att ha fått vara med och göra en så fin bok som Urtidsbilder, där jag skrev texten till Simon Stålenhags målningar. Den är kanske inte den djupaste och mest uttömmande av alla böcker om livet, men jag tycker att den kan få räknas till Stephen Jay Goulds kategori av sublima produkter.

***

För övrigt vill jag varmt rekommendera en helt annan bok med vackra bilder: Extremt väder av Martin Hedberg. Vacker och lärorik.

Vi är nog ensamma i universum, och det ska vi vara glada för

Det kanske är extremt liten sannolikhet att intelligent liv ska uppstå. Men även en väldigt liten sannolikhet borde betyda att det finns ganska många civilisationer bland de stjärnorna i vår galax. Hur kommer det sig att vi inte har sett en skymt av dem?

Detta är den synbara paradox som har fått sitt namn efter fysikern Enrico Fermi, även om den förstås har äldre rötter än så.

Jag har haft den här i bakhuvudet några dagar, sedan jag hörde det senaste avsnittet av Obiter Dictum. Där pratade Billy och Tobias lite om en ny artikel¹ som skulle ställa Fermiparadoxen i ett nytt ljus. Var finns den! Jag måste läsa!

Tyvärr är jag drabbad av sommar, jag som redan i vanliga fall är ganska långsam. ”Dissolving the Fermi Paradox” visade sig i alla fall bekvämt nog finnas tillgänglig på arXiv².

Det de tre forskarna³ bakom den här studien har gjort är att ta en titt på de olika faktorerna i Drakes ekvation, som brukar användas för att uppskatta antalet högteknologiska civilisationer i Vintergatan. Problemet, skriver de, är att det finns många inbyggda antaganden i de värden som brukar användas — antaganden som inte är byggda på aktuell vetenskaplig kunskap.

De kommer fram till:

1) Osäkerheterna i de olika faktorerna är så stora att om de tas med i beräkningen är det inte alls osannolikt att vi är helt ensamma i Vintergatan.
2) Den uppdaterade beräkningen, inräknat astronomiska observationer, visar att det är mycket troligt att vi faktiskt är ensamma. Beräkningen landar på att det är 53%–99.6% sannolikhet att vi är ensamma i galaxen, och 39%–85% att det inte finns några andra högteknologiska civilisationer i hela det observerbara universum.

Det finns ingen paradox!

Artikeln har en fin slutkläm:

’Where are they?’
— probably extremely far away, and quite possibly beyond the cosmological
horizon and forever unreachable.

Det kan verka nedslående, men det finns alltid en annan sida av saken. Fermis observation om att vi är ensamma har lett många att spekulera om att avancerade civilisationer är kortlivade och utplånar sig själva. Det ger en ganska deppig uppfattning om mänsklighetens chanser — onödigt deppig, enlig författarna till ”Dissolving the Fermi Paradox. Det är deras tredje slutsats:

3) Den sorts pessimism angående mänsklighetens framtid som tar avstamp i Fermiparadoxen är ogrundad.

Vi vet alltså ingenting alls om hur högteknologiska civilisationer brukar utvecklas. Vi kan vara de första och de enda, och det betyder att vi faktiskt har en chans att hitta ett sätt att överleva i längden. Det är ändå rätt fint.

————————

¹Billy och Tobias kunde inte riktigt komma fram till vad formen kallas. ”Akademisk uppsats” är termen som äldre journalister använder, men det har jag aldrig hört någon inom akademin säga. Där säger folk ”paper” — eller försvenskat ”papper” — om de inte bara kallar det för ”artikel”, helt enkelt. Somliga använder också slanguttrycket ”pek”, vilket skojigt nog är en förkortning av ”pekoral”! Det tycker jag är extremt roligt, och bör uppmuntras. För riktigt länge sedan kallades vetenskapliga publikationer för ”memoir”. Det är också fint.

²Uttalas ”the archive”. För att skilja det från archive.org i tal kan den senare med fördel uttalas ”archive dot org”.

³Jag menar, kolla författarna! Artikeln visar sig vara skriven av några välkända figurer från Future of Humanity Institute. Anders Sandberg är en fantastiskt väl påläst person, och väldigt rolig att lyssna på när han föreläser. (Trevlig också. Jag råkade börja prata med honom vid ett bokbord på sf-kongressen Archipelacon i Mariehamn, om Lovelace och Babbage, tänkade maskiner, och om fotnoter. Fotnoterna i detta inlägg tillägnas Anders Sandberg!) Eric Drexler är ingen mindre än den berömde nanoteknikvisionären, fast han nu sysslar mer med AI. Toby Ord känner jag inte till sen tidigare, men han är tydligen en moralfilosof.

Förbränningens mysterier

Min NO-lärare hängde upp stålull i en balansvåg och tände på. Metalltrasslet brann kvickt, och den sidan av vågen tyngdes ned. Förbränning är en reaktion med luftens syre, fick jag lära mig, och jublade lite inombords. Självklart! Det var så tydligt att det blev tyngre. Jag kunde med egna ögon se att här hände något som ökade massan. Sedan kunde vi räkna på det, och förklara precis vilka ämnen som var iblandade och hur atomerna sattes ihop med varandra till nya föreningar.

Jag var övertygad. Det passade så bra. Kemin funkade, allt klaffade, och fastän vi inte kunde se atomerna kunde vi förstå vad som hände med dem.

Men så enkelt är det ju aldrig från början. Lärarna i skolan sitter inne på hundratals år av experimenterande och vet vilka försök som är tydligast och lättast att få att funka i klassrummet. Vi får en nätt och prydlig förklaring, utnyttjar alla de tidigare famlande och fumlande försöken att pussla ihop saker, och glömmer hur svårt det var från början.

Flogistonteorin verkade ju rätt bra, på sin tid. Tanken var att allt brännbart innehöll ett ämne som kallades flogiston, och förbränning innebar att flogistonet avskildes och försvann. Var och en som har tänt en brasa har sett veden försvinna. Gå upp i rök, som det ju heter. Det är ju något som försvinner från materialet vi matar in i elden, och resterna som blir kvar är under idealiska förhållanden bara en minimal mängd gråvit aska. Ved skulle då vara till ganska stor del flogiston, och bara lite lite askämnen.

Hur vet du att det är fel? Jamen, koldioxid! säger du. Visst visst. Men har du sett koldioxid? Med egna ögon? Testat att det är det som händer?

Alltihop var ett ganska mödosamt arbete. Det handlade om att samla och lägga ihop många små ledtrådar och lista ut vad som låg bakom. Ett experiment skulle läggas till ett annat och slutsatser dras. Det resultat som håller för vidare prövning vaskas fram och blir kvar. Men ibland blir det lite rester kvar av det gamla, trots allt.

Så blev det också för Antoine Lavoisier, som redde ut det där med förbränning. Han tog Scheeles eldluft och listade ut att detta var den aktiva komponenten i vår vanliga luft. Dessuom innehåller vanlig luft rätt stor del av något som bara kväver eld, och inte underhåller den. Sedan finns det ännu en sorts luft, som kan brännas ihop med eldluften, och då bildas vatten. (Vatten är inte ett grundläggande element!)

Helt klart behövdes en ny terminologi för kemin. Kasta ut allt det gamla trasslet! sa Antoine Lavoisier. Ut med krångliga termer från medeltidens alkemi, ut med resterna av antikens elementlära, in med ett nytt språk som motsvarar det vi faktiskt vet! Han föll tillbaka på en idé från Robert Boyle, att ett grundämne är något som inte kan sönderdelas till enklare beståndsdelar.

Men vad skulle de här ämnena kallas? Särskilt intresserad var Antoine Lavoisier i det ämne som var inblandat i förbränning. Under sina fortsatta undersökningar hade han kommit fram till att detta ämne ingick i syror, så han drog slutsatsen att det var den princip som gjorde dem sura. Gaser i sin tur, tänkte han sig, var helt enkelt en bas kombinerat med värmeämnet caloric (det här var innan man hade kommit på vad värme är). Så syret fick sitt namn inte från sin egenskap att underhålla förbränning, utan för att det bildar syror: oxygene är ordagrant syra-alstrare.

Det är lite synd, för vi vet ju nu att det inte alls är syre som gör syror sura. Det är väte, eller snarare vätejoner, som är grejen. Ännu en sådan sak som var svår att lista ut, och tog lång tid att bena ut. Men vi sitter fast med ordet, som liksom kapslar in ett ögonblick i vetenskapshistorien när det verkade rimligt att de här ämnet var nyckeln till allt surt. Kol brändes och bildade en gas som kunde lösas i vatten och var kolsyra, det var helt uppenbart.

Antoine Lavoisier var djupt involverad i det franska samhället, såklart, och den där revolutionen kom lite i vägen för hans fortsatta gärning. 1794 blev han halshuggen. Men han hade gjort ett starkt arbete med att övertyga Europas kemister om att lämna flogistonteorin, och boken om de kemiska ämnena hade redan kommit ut. Redan 1795 utkom skriften Försök till svensk nomenklatur för chemien där den svenska termen syre lanserades. Så vi sitter vackert med det här ordet, trots att det baseras på en felaktig uppfattning.

Hydrogen, vatten-alstrare, var ett mycket bättre ord, och har visat sig hålla riktigt väl. Väte är ju ämnet som bildar vatten när det brinner.

För övrigt tycker jag att Ørsted gjorde en genialisk grej när han myntade de danska orden <a href=”https://da.wikipedia.org/wiki/Brint”>brint och ilt för vätgas och syrgas. De skulle ha använt de orden som namn på grundämnena, för att väte kan brinna och att syre är eldämne stämmer fortfarande. Tydligen har de övergått till hydrogen och oxygen i skolböcker och liknande. Betydligt tristare ord.

Hur som helst. Det finns ju andra intressanta och krångliga aspekter på det där med förbränning. Hur fascinerande är det inte att paret Lavoisier — Antoine var gift med Marie-Anne som också var hans vetenskapliga medarbetare — utforskade andning.

Det var tämligen klart redan innan Lavoisier att samma sorts luft som underhöll eld också behövdes för andning. Det hade gjorts massor av försök med detta. När Priestley framställde sin ”avflogistonerade luft” testade han gasen genom att stänga in en mus i den. Han observerade att en mus i samma mängd vanlig luft brukade tuppa av efter en kvart, men i hans nya gas klarade den sig i en timme och släpptes ut lika pigg som innan den stängdes in.

Paret Lavoisier, ihop med andra kompetenta människor omkring sig, identifierade att det som hände vid andning var samma sorts process som när ämnen brinner. (Jag läste om det i den här intressanta artikeln.) Syre förbrukas, och koldioxid (”chalky aeriform acids”) avges. Den värme som utvecklas motsvarar också värmen från till exempel ett ljus som brinner och förbrukar samma mängd syre. Slutsatsen var att andning involverar förbränning! Briljant.

Men vad är det som brinner? Vad gör kroppen egentligen? Det är något som händer i lungorna, och avger värme till kroppen, föreslog Lavoisiers medarbetare. Lite diffust. Men så skulle det förbli i över hundra år. För kroppen och dess processer är något ännu mycket krångligare och svårare att bena ut än vad luft och eld består av.

Vetenskap är ett otroligt invecklat bygge. Varje tid fogar mödosamt till sina pusselbitar. Om de tidigare delarna inte passar eller går att foga ihop med de nya, då måste man göra smärtsamma omtolkningar. Men de äldre lagren, de ligger liksom mer och mer tillstampade och avslipade. Den grunden ruckar inget på, längre. Vi kan lita på det utan att detaljkolla varje del, eftersom så mycket annat är beroende av att de bitarna finns på plats. Allt skulle rasa om något där var fel. De mer nyligen ditfogade bitarna, de kan krympa och svälla och behöva jobbas med lite för att vi ska kunna lita på dem helt, men bygget i sig står kvar även om någon av dem rasar.

——————-

Vill du läsa mer finns en det en fin inledning av en hyllad vetenskapshistoriker i den här utgåvan av Antoine Lavoisiers Elements of Chemistry på Archive.org.

Ett citat av Antoine Lavoisier själv:

The impossibility of separating the nomenclature of a science from the science itself, is owing to this, that every branch of physical science must consist of three things; the series of facts which are the objects of the science, the ideas which represent these facts, and the words by which these ideas are expressed. Like three impressions of the same seal, the word ought to produce the idea, and the idea to be a picture of the fact. And, as ideas are preserved and communicated by means of words, it necessarily follows that we cannot improve the language of any science without at the same time improving the science itself; neither can we, on the other hand, improve a science, without improving the language or nomenclature which belongs to it. However certain the facts of any science may be, and, however just the ideas we may have formed of these facts, we can only communicate false impressions to others, while we want words by which these may be properly expressed.

Klassiska experiment!

Det finns en kampanj på gång just nu, under hashtagen #hurvetdudet? — poängen är tydligen att få en vetenskapsförankrad debatt och bättre diskussionsfrågor inför valet. Men jag tycker att frågan nästan alltid är relevant, och särskilt när det handlar om vetenskap. Det är ju i den frågan hela vetenskapen gömmer sig, liksom!

I ljuset av den frågan är det roligt att gå till rötterna, till de där klassiska experimenten som sägs ha avgjort viktiga frågor. Ofta visar det sig att experimenten hade en lite annan tolkning och betydelse i sin samtid än de har fått i historieskrivningen efteråt. Samtidigt rymmer de väldigt mycket av den där nyfikenheten på världen. Hur vet vi egentligen att jorden är rund? Hur vet du det, kan du vara helt säker? Det går ju att testa, och någon har gjort det. Först famlande, sen allt säkrare och noggrannare.

För att få grotta ner mig i sånt införde jag inslaget Klassiska experiment i Forskning & Framsteg. Där har jag återbesökt ganska olika typer av klassiska experiment. Jag har gått tillbaka till originalkällor i möjligaste mån, och försökt ta reda på hur de här sakerna ursprungligen gjordes. Sen har jag förstås inte skrivit en akademisk uppsats, utan något ganska kort och snärtigt som ska vara begripligt för var och en som är nyfiken.

Nu har vi haft två nummer helt utan klassiskt experiment. Det har märkligt nog inte blivit någon folkstorm. Men hur som helst tänkte jag att det kunde vara kul att samla länkarna till dem jag har gjort hittills, ifall nån skulle vilja grotta ned sig i sånt här.

Rutherford och alfastrålningens gåta — hur gjorde Ernest Rutherford för att ta reda på vad alfastrålarna bestod av?

Galileo och fallet från det lutande tornet — det mest berömda experiment som antagligen inte genomförts.

Så lyckades Henry Cavendish väga jorden — hans experiment var ett av dem vi fick göra i den första mekanikkursen på universitetet.

Så plockade Newton isär regnbågen — men däremot gjorde han nog inte det där med att sätta ihop ljuset så att det blev vitt igen. (Och för övrigt håller optiken på det där skivomslaget inte riktigt för närmare granskning. Men men.)

Wilsons moln på burk — inte visste han att det skulle bli en partikeldetektor!

Hur fick månen sina märken? — inte riktigt som Robert Hooke trodde, trots bra experimenten.

Bråk om hoppande grodben födde två nya forskningsfält — och spelade viss roll för bakgrunden till romanen Frankenstein.

De här sakerna har varit så fint utformade i tidningen. Mycket av den känslan går förlorad när man läser detta på nätet. Men texten finns ju, och själva innehållet är hoppeligen intressant hur som helst.

Kan jag övertyga någon om att bry sig om atomfysik?

En lång stund sitter jag och skriver, helt absorberad. Det är spännande, det här ämnet! Ord läggs till ord. Lite svårt att foga ihop dem till en helhet, men det kommer, det kommer.

Så tittar jag upp och tar en paus. Jag måste, om inte annat för att släppa ner axlarna och sträcka på kroppen ibland. Då slår självtvivlet till. Det kommer inte att FUNKA! Ingen bryr sig om atomfysik. Jag har för knöliga metaforer. Mitt sätt att skriva är fel, själva rytmen i meningarna kommer att kastas ut av nästa språkgranskare och redaktör som tittar på det. Vad är det för mening med att ens fortsätta?

Egentligen vill jag ju bara förklara den där coola fysiken. När jag har tänkt på något och frågat ut människor och känner mig jättefascinerad, då vill jag dela med mig av det. Ge en liten aning om något som de flesta inte känner till. Visa på att det faktiskt till och med går att förstå sig på själva grundidéerna. Jag vill ta med mig läsaren in i de hemliga rummen, in i laboratorierna där så få sätter sin fot, men också dela med mig av någon aha-upplevelse. In i materien, ut i rymden!

Egentligen sitter jag på exakt rätt position för att kunna göra detta. Jag är för sjutton fysik- och astronomiredaktör på Forskning & Framsteg — något som ofta slår mig som något orimligt fantastiskt. Men så kommer de där inre rösterna. Det är så extremt lätt att tänka mig människor som suckar och lägger tidningen åt sidan. Som säger att snälla du, sånt här begriper jag mig inte på och inte är jag intresserad heller. Och sedan tänker jag på alla mina förebilder som skriver så fantastiskt och medryckande och underbart, och tycker att mina egna famlande försök blir så löjliga i jämförelse.

Det är då jag börjar trampa runt och hitta något annat jätteviktigt som säkert behöver göras först. Eller också stänger jag av nätanslutningen och tvingar mig själv att stirra på texten medan stressklumpen växter i magen. Det måste ju bli något. Måste.

Astronautgener och andra fallgropar i att berätta om forskning

För ett par veckor sedan såg jag plötsligt i mitt flöde en massa rubriker om astronautgener. Det här hade att göra med en studie där NASA jämför astronauten Scott Kelly med hans enäggstvilling Mark efter att Scott tillbringade ett år i rymden. Hur den här saken tog skruv i medierna är intressant både för att det knyter an till min gamla fundering om när något blir en nyhet, och för att det säger viktiga saker om svårigheterna med att berätta på ett riktigt och begripligt sätt om nya och lite krångliga saker.

Det hela började med ett pressmeddelande från NASA från 31 januari. Observera datumet, det här låg ute rätt länge. Sedan plockades det upp av Newsweek den 9/3, med rubriken ”Scott Kelly: NASA Twins Study Confirms Astronaut’s DNA Actually Changed in Space”. Därifrån togs det upp av CNN med flera. Men också av Scott Kelly själv, som skojade på twitter om att han inte längre behövde kalla Mark för sin ”identical twin” som det heter på engelska. Därifrån spred sig den här saken vidare, och tydligen tog även SVT upp den här saken i Rapport (men jag har inte lyckats leta upp det inslaget).

What? My DNA changed by 7%! Who knew? I just learned about it in this article. This could be good news! I no longer have to call @ShuttleCDRKelly my identical twin brother anymore. https://t.co/6idMFtu7l5

— Scott Kelly (@StationCDRKelly) March 10, 2018

https://platform.twitter.com/widgets.js

Men vad var det alltså som hade hänt med ”rymdgenerna”? Hur påverkades Scott Kelly? Kan gener bara ändra sig, så där, och kroppen fortsätter att fungera? Jag som inte kan jättemycket biologi (mitt område är fysik) undrade vad det var som faktiskt hade hänt i Scott Kelly. Jag frågade också en person som kan en del om biologi, som läste det där NASA-pressmeddelandet och inte heller förstod vad det här faktiskt betyder.

Lärdom 1: den som skriver ett pressmeddelande vet inte alltid vad det är som är svårt att förstå. Om inte ens folk som faktiskt vet något om hur kroppen fungerar kan dechiffrera innehållet är det tyvärr inte alls bra. Det här är en av mina käpphästar: en text måste funka för olika sorters förförståelse, och den som kan ämnet måste kunna koppla det som står till sina kunskaper. Annars hänger informationen liksom löst. Jag vet att inte alla håller med mig om detta, de tycker att det enda viktiga är att de som inte har så mycket förkunskaper ska kunna få ut något av en text. Det här exemplet tycker jag illustrerar varför det är dumt.

Hade jag rotat lite mer hade jag kunnat gå till botten med vad det var med de här generna, för NASA gjorde redan förra året en rätt så begriplig video om saken. Men nu ryckte jag mest på axlarna och struntade i det så länge. Senare råkade jag snubbla på rubriken Astronauts Mark and Scott Kelly Are Still Identical Twins, Despite What You May Have Read från New York Times. Den gav mig en liten bekräftelse på att det inte var så konstigt som det först lät, det hade visst att göra med ”gene expression”. Vad ”gene expression” är var förstås fortfarande diffust för mig. Men det var först i morse när jag läste en krönika av Agnes Wold i Fokus som jag fick en förklaring som jag tyckte att jag förstod: det var inte Scott Kellys DNA som hade skrivits om av rymdmiljön, utan det som hade ändrats var vilka gener som är aktiva respektive inaktiva. (Bra krönika, men den ligger bakom betalvägg, så du får köpa tidningen om du vill läsa den.) Sitt DNA har han kvar. Då så.

När NASA märkte vartåt det här var på väg lade de till en anmärkning i början av sitt pressmeddelande (vilket du redan har märkt ifall du klickade på länken ovan).

Mark and Scott Kelly are still identical twins; Scott’s DNA did not fundamentally change. What researchers did observe are changes in gene expression, which is how your body reacts to your environment. This likely is within the range for humans under stress, such as mountain climbing or SCUBA diving.

Det var detta New York Times refererade till. Personligen tycker jag att detta inte är en särskilt bra förklaring av vad ”gene expression” är för något. Agnes Wold gjorde det betydligt bättre. Men NASA har alltså gjort det ganska rimligt också i videon jag nämnde. Där sägs det tydligt att det som hänt är att ”tusentals gener ändrar hur de slås av och på”. Det intressanta att denna video ligger överst i Newsweek-artikeln, så den som började i den änden hade kunnat ta till sig informationen redan där. Men som vanligt är det mest rubrik och ingress som folk tar till sig, uppenbarligen även somliga rätt rutinerade journalister. Och det var förstås så hela cirkusen började.

Lärdom 2: fråga inte bara ”hur vet du/han/hon/de det?” (det är där hela grejen med vetenskap finns!) utan också ”vad betyder det här egentligen?”. Det är nyckeln till att faktiskt förstå nånting.

”Förklara!” Hmm…

”Vi hoppas att hon förmår
förklara så att vi förstår”

Ungefär nåt sånt hade mina klasskompisar diktat ihop till beskrivningen av mig i skoltidningen när vi gick ut gymnasiet. Min kompis Koffe gjorde vid något annat tillfälle en sorts imitation av mig där han ritade upp en trasselsudd av tanketrådar i luften med många komplicerade handgester.

Det hemska är att jag fortfarande är sådan. Något har fängslat mig och jag har gått och tänkt på det för mig själv. Så möter jag en annan människa och vill berätta hur fantastiskt häftigt och intressant detta är. Responsen är ofelbart antingen en glasartad blick och ursäkter att tala om annat, eller också en vänlig förklaring av att det där nog är bra men det inte går att hänga med i min förklaring riktigt.

Jag gör mig helt enkelt inte så bra i realtid. Jag behöver klura och putsa och jobba och vända och vrida på ord och formuuleringar. Ibland behöver jag dessutom visa det för nån som säger vad som är krångligt så att jag får gå tillbaka och mangla ut skrynklorna i texten en gång till.