Lys

Lys fortæller os om ting der er langt væk

Mennesket har fem ydre sanser: hørelsen, lugtesansen, smagssansen, følesansen, og synet. Hvis noget er så langt væk, at vi ikke kan høre, lugte, smage, eller føle det, så er synet ofte vores eneste måde at få viden om det. 

Vores syn fungerer ved, at lys kommer ind i øjnene, hvor det rammer nogle celler, der hedder fotoreceptorerne. Disse sanseceller sender et signal op til hjernen om det lys, der har ramt dem, og ud fra det laver hjernen et billede af vores omgivelser.

Når vi “ser” på en lampe, er det vi ser altså lys fra lampen, der har bevæget sig gennem luften og over til vores øjne, og ud fra det kan vi få information om lampen.

Det samme sker når vi ser på for eksempel stjernerne. Stjernerne er alt ALT for langt væk til at vi kan hverken høre, lugte, smage, eller føle dem. De er også alt for varme til, at vi har lyst til at prøve … 
Stjerner er også alt for langt væk til, at vi kan sende rummissioner ud at måle på dem, med alle de ekstra “sanser” som vores måleinstrumenter har. 

Men selvom stjernerne er langt væk, kan vi se lyset fra dem, og det kan give os en masse viden om for eksempel - hvor langt væk de er, hvor store og varme de er, hvilken slags stjerner det er, og om de har planeter omkring sig (find mere om stjerner og deres planeter i "LÆS MERE OM" ude til højre).

Lys er ubeskriveligt vigtigt i astronomien, fordi lys ofte er det eneste, der kan rejse hele den lange vej gennem rummet og nå os her på Jorden, og det er derfor ofte den eneste måde, vi kan få viden om meget fjerne objekter. Astronomi er derfor et studie i lys!

Men hvad er lys egentlig? 

Lys er energi 

Lys er en form for energi, der kan bevæge sig igennem rummet. Det er også det vi kalder for elektromagnetisk stråling, så hvis du nogensinde har hørt det ord før, skal du vide, at det bare er det samme som lys! 

Lys er rigtig svært at beskrive fordi det er meget meget småt, og når ting bliver så små begynder de at opføre sig mærkeligt. 

Lys har hverken en størrelse eller en masse, og det kan både opføre sig som en partikel (som en lille bold der flyver rundt) og som en bølge (som bølger i havet, eller lydbølger der bevæger sig gennem luften). Når vi beskriver lys som partikler, kalder vi dem for fotoner, og når vi beskriver lys som bølger, beskriver vi energien ud fra hvor lange bølgerne er; det vi kalder bølgelængden. 

Lys er det hurtigste vi kender i universet, og det bevæger sig med 300.000.000 meter i sekundet. Eller, for at være mere nøjagtig bevæger det sig faktisk med 299.792.458 m/s. Det ved vi fordi vi har målt lysets hastighed meget nøjagtigt, vi tror nemlig at det er grænsen for hvor hurtigt det overhovedet er muligt at bevæge sig i universet. 

Lysets hastighed er den samme, ligegyldig hvor du ser eller måler den fra, og det fører en masse vilde fænomener med sig, som vi vil komme mere ind på længere nede i afsnittet “Tæt på lysets hastighed”.

Lysets hastighed blev første gang beskrevet af den danske astronom Ole Rømer i 1676, der studerede hvordan Jupiters måne Io bevægede sig. Han bemærkede at det tog længere tid for lyset fra Jupiter at nå hen til Jorden når Jorden var længere væk fra Jupiter i sin bane, end når den var tættere på Jupiter, og ud fra dette kunne han regne ud at lyset måtte have en fast hastighed. Han regnede sig frem til at lyset bevæger sig med 230.000.000 m/s, hvilket jo er ret tæt på den værdi vi kender i dag!

Det tager ca. 8 minutter for lyset at rejse fra Solen til Jorden, derfor siger vi at den afstand er 8 lysminutter. Det tager 4 timer for lyset at rejse fra Solen til Neptun, så den afstand siger vi er 4 lystimer. Det tager 4 år for lyset at rejse fra den nærmeste stjerne, Proxima Centauri, til Solsystemet, så den afstand kalder vi 4 lysår - så hvis I nogensinde har hørt om begrebet lysår, så er det altså den afstand lys kan bevæge sig på et år!

Synligt og usynligt lys

Forskelligt lys har forskellig energi, og det er det, der skaber farver! Når vi ser forskellige farver, er det vi ser, altså lys med forskellige mængder energi. 

Det bliver meget tydeligt, når vi kigger på en regnbue! 

I en regnbue er lyset blevet sorteret efter sin energi - eller sin bølgelængde. 

I den ene ende af regnbuen har vi lys med meget energi og en kort bølgelængde - det giver blåt og violet lys.

I den anden ende af regnbuen har vi lys med mindre energi og en lang bølgelængde - det giver rødt lys. 

Regnbuen viser alt det lys vi kan se med vores øjne. Sansecellerne (fotoreceptorerne) i vores øjne har udviklet sig i mange millioner af år til at kunne registrere lys (fotoner) med lige præcis disse energier, fordi det er det lys vi får mest af fra Solen, så det gør at vores øjne er rigtig gode til at se i sollys.

Det synlige lys, som vi ser i regnbuen, er dog ikke det eneste lys vi får, hverken fra Solen eller fra resten af universet. Der findes meget mere lys, der er usynligt for os.  

De forskellige former for lys kan vises på det såkaldte elektromagnetiske spektrum, der kan ses på illustrationen ovenfor.

Hvis lyset har mere energi end det violette synlige lys, bliver det ultraviolet. Ultraviolet (eller UV) lys, er det der gør, at vi skal have solcreme på om sommeren. Selvom vi ikke kan se UV lys med vores øjne, vil energien fra lyset gå ind og skade vores hud, og det er det, der kan gøre os solskoldet, og i værste tilfælde give os hudkræft. Nogle dyr, som f.eks. sommerfugle kan se UV lys og bruger det i deres mønstre og til at kommunikere med. 

Lys med endnu mere energi kalder vi for røntgen lys eller X-ray, og det kan rejse igennem kroppen. Derfor bruger vi røntgen lys i vores røntgenmaskiner på hospitalet, hvor der gør det muligt at tage billeder af f.eks. brækkede knogler. 

Det mest energirige lys med den korteste bølgelængde, kalder vi for gammastråling. Gammastråling kan rejse igennem både mennesker og hårdere materialer som f.eks. metal, og det er meget farligt for kroppen. Heldigvis kommer der kun meget lidt gamma stråling fra Solen, så vi bliver ikke skadet.

I den anden ende af spektret har vi de lave energier. 

Lys med mindre energi end rødt synligt lys kalder vi for infrarødt lys. Infrarødt lys bliver ikke kun udsendt af Solen, men faktisk af alt der har varme! Vi mennesker udsender derfor konstant infrarødt lys, eller varmestråling, på grund af varmen i vores krop. 

Hvis lyset har endnu mindre energi og længere bølgelængder, bliver det til mikrobølger. Mikrobølge-lys er det vi bruger i mikrobølgeovne til at varme vores mad. Mikrobølger har lange bølgelængder i forhold til f.eks. synligt lys, og det kan vi faktisk se på vores mikrobølgeovn! Hvis du kigger på din mikrobølgeovn, vil du se at dens låge har en form for ternet gitter foran ruden. Det er så man kan lade det synlige lys slippe igennem de små huller i gitteret, så du kan se ind til din mad, der bliver varmet. Mikrobølge-lyset har til gengæld så lange bølgelængder, at det ikke kan slippe ud igennem gitteret, og det er heldigt, for ellers ville vi blive kogt sammen med vores mad! 

Det lys der har mindst energi og de længste bølgelængder er radiobølger. Radiobølger kan rejse utroligt langt uden at blive forstyrret, og derfor bruger vi dem i vores trådløse elektronik, såsom telefoner, Wi-Fi, GPS, og selvfølgelig radio. Hver gang du snakker i telefon rejser dit signal gennem luften ved hjælp af radiobølger. Radiobølger er ikke farlige for mennesker overhovedet, og de er over det hele hele tiden! 

Lys i universet

Når vi observerer universet, vil vi gerne kigge på alt lyset - både det synlige og det usynlige.

Vi bygger derfor teleskoper der kan observere lys med mange forskellige energier og bølgelængder, og vores teleskoper kan se ting det menneskelige øje aldrig ville være i stand til at se. 

Ved at observere lys med forskellige bølgelængder vil vi være i stand til at observere forskellige fænomener i universet. 

På billedet nedenfor kan du se hvordan Andromeda galaksen ser ud, når man observere den med forskellige instrumenter, der er designet til at se lys ved forskellige bølgelængder. 

Øverst til venstre ser vi hvordan Andromeda galaksen ser ud i det synlige lys - det er altså sådan galaksen vil se ud hvis vi kigger på den med vores egne øjne. Her ser vi mest lyset fra de mange stjerner i galaksen, og det giver jo mening, da det netop er en stjernes (Solens) lys, vores øjne er designet til at se. Hvis du kigger nøje efter, kan du se nogle mørke ringe i galaksen - det er områder med meget støv og gas, og de er mørke, fordi støvet og gassen skygger for det synlige lys, som en mørk sky på himlen. 

Øverst til højre (eller det gule lys på billedet i midten) ser vi Andromeda i infrarødt lys - altså det lys der kommer fra varme og som har lavere energier og længere bølgelængder end synligt lys. Dette lys kommer mest fra de store skyer af støv og gas i galaksen, der hvor stjernerne bliver født.  Hvis I sammenligner billedet med det synlige lys, kan I måske se at netop de områder, der er mørke i det synlige lys, lyser kraftigt i det infrarøde. Det er fordi skyerne ikke skygger for det infrarøde lys på samme måde som de gør for det synlige, og det infrarøde lys kan derfor slippe igennem skyerne og nå ned til os.

Nederst til højre (eller det blå lys i midten) ser vi Andromeda i røntgenstråling - altså det lys der har rigtig høje energier og meget lave bølgelængder. Røntgenstråling bliver udsendt fra de områder af galaksen, der har allermest energi, såsom områderne omkring supernovaer, meget energirige stjerner, eller galaksens centrum. 

Hvis vi kombinerer de forskellige former for lys til ét billede, får vi det vi ser nederst til venstre. Ved at observere universet i alle de forskellige bølgelængder kan vi få viden, ikke kun om det der er synligt for vores menneske-øjne, men også det der er usynligt for os, og vi har brug for det hele hvis vi vil løse universets mysterier! 

Tæt på lysets hastighed

Som vi nævnte længere oppe, er lyset det hurtigste vi kender i universet, og det bevæger sig med en konstant hastighed på ca. 300 millioner m/s lige gyldig hvor vi ser det fra. 

Vi hørte tidligere at det tager fire år for lyset at rejse bare til vores nærmeste nabostjerne, og det er pænt lang tid, hvis man gerne vil kunne rejse med et rumfartøj mellem stjernerne i fremtiden. 

I science fiction film ser vi derfor ofte at deres rumskibe kan rejse hurtigere end lyset, men det tror forskerne faktisk ikke er fysisk muligt! Hvis man bevæger sig hurtigere og hurtigere, indtil man kommer tæt på lysets hastighed, sker der nemlig mystiske ting. 

Så lad os sige at du sidder i et rumskib, der flyver så hurtigt, at det begynder at nærme sig lysets hastighed, og se hvad der sker. 

For det første begynder tiden at gå langsommere. Det vil føles som om tiden går som normalt, men hvis man sammenlignede dit ur i rumskibet med et ur nede på Jorden, vil man se at dit ur går langsommere nu. Hvad der kan føles som et par måneder for dig, kan være flere år nede på Jorden. Hvis du kommer endnu tættere på lysets hastighed, vil din tid simpelthen gå i stå set udefra.

For det andet bliver det sværere at sætte farten op jo tættere du kommer på lysets hastighed. Det vil være som om du bliver tungere og skal bruge mere og mere energi for at flyve hurtigere. Til sidst skal du bruge uendeligt meget energi for at accelerere, og derfor kan du aldrig komme op på lysets hastighed. Dette er lys selvfølgelig ligeglad med, for det har jo ingen masse overhovedet, og er lavet af energi! 

Videnskabsmanden Albert Einstein har beskrevet disse fænomener i sin relativitetsteori. Han beskriver hvordan tid og rum er koblet sammen i det som vi kalder for rumtiden, og hvordan det hele kan bøjes af tyngdekraft. Det eneste der ikke kan bøjes og strækkes er lysets hastighed - den vil altid være den samme, og den vil altid være det hurtigste i universet. 

En af de sejeste fænomener, der beskrives af Einsteins relativitetsteori, er sorte huller, og dem kan du læse mere om på siden Sorte Huller.