TEMA 1-ORIGEN DEL UNIVERSO. SISTEMA SOLAR LOS PRIMEROS ASTRÓNOMOS

TEMA 1-ORIGEN DEL UNIVERSO. SISTEMA SOLAR LOS PRIMEROS ASTRÓNOMOS

Aristóteles: modelo geocéntrico.

Aristarco de Samos: modelo heliocéntrico.

Eratóstenes: Esfericidad de la Tierra, su perímetro y su radio.

Hiparco de Nicea: Mapa estelar. 850 estrellas.

Ptolomeo: Modelo geocéntrico. Los astros salen por el este y se ponen por el oeste.

Copérnico: Modelo heliocéntrico.

Kepler: Las órbitas de los planetas son elípticas. Basado en los cálculos de Brahe.

Galileo: Construyó el primer telescopio. Modelo geocéntrico. 4 lunas de Júpiter.

Método científico.

Newton: Teoría de gravitación universal. Modelo heliocéntrico universalmente aceptado.

COSMOLOGÍA MODERNA

Einstein: Teoría de la relatividad. Descripción matemática de un universo estático (constante cosmológica).

Friedmann: Eliminando la constante cosmológica da un universo en expansión Hubble: Demuestra experimentalmente la expansión del universo.

Teoría del Big-Bang: Lemaitre, Gamow. Universo dinámico y finito.

Modelo estacionario: Hoyle. Universo dinámico e infinito.

LA EXPANSIÓN DEL UNIVERSO

Ley de Hubble: Midió las distancias de la Tierra a varias galaxias y comprobó que se alejan unas de otras a una velocidad directamente proporcional a su distancia.

V = H

. D

Hubble llegó a esta conclusión estudiando los espectros de la luz que llegan desde las estrellas de las galaxias. Los espectros son como el código de barras que identifica los elementos de la estrella.

Otro método para medir distancias a otras galaxias es estudiando las cefeidas, que son estrellas cuyo brillo oscila periódicamente.

EL BIG-BANG: LA GRAN EXPLOSIÓN

La idea del big bang surge al observarse que las galaxias se separan unas de otras (efecto Doppler).

Se confirma cuando Penzias y Wilson, en 1964, descubren la radiación cósmica de

fondo, que llegaba de todos los puntos del Universo. Esta radiación es el eco del big

bang.

EXPLICACIÓN:

Etapas:

1. Inflación

2. Formación de la materia 3. Los primeros átomos 4. El encendido del Universo

5. La formación de estrellas y galaxias 6. La energía oscura

Hace 13700 millones de años, toda la materia, las fuerzas y la energía, se encontraba en un punto. Se produjo una gran explosión, provocando la expansión.

Primero se generaron diminutas partículas llamadas quarks y leptones a partir de energía E = m.c

, después se formaron los protones y neutrones, generando el núcleo, posteriormente se fueron generando electrones formándose átomos de hidrógeno y helio, después las moléculas más simples como el hidrógeno molecular, a partir de ellas se generaron las galaxias, para generarse posteriormente elementos más pesados.

También se desprendió una intensa energía y radiación, que poco a poco se está enfriando, y aparecieron las cuatro tipos de fuerzas gravitatoria, electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil, que inicialmente estaban unidas.

EL FUTURO DEL UNIVERSO

Universo cerrado. Densidad mayor que la denominada densidad crítica. La gravedad frena la expansión y en un determinado momento el proceso se invierte hasta colapsar.

Es el big crunch. De aquí deriva la idea del universo pulsante.

Universo abierto. La densidad es inferior a la crítica y el universo se expandirá de forma indefinida pero a un ritmo más lento, frenado por la gravedad. Daría lugar al big chill, una muerte lenta y fría en medio de la oscuridad.

Universo abierto y plano. El universo está próximo a la densidad crítica, pero la energía oscura (de expansión) supera a la gravedad. El Universo volaría en pedazos y se produciría el desgarramiento de todo cuanto conocemos. Es el big rip.

¿DE QUÉ ESTÁ HECHO EL UNIVERSO?

El Universo es un inmenso vacío en el que hay millones de cuerpos visibles (galaxias, estrellas, planetas, nebulosas, etc.) y una cantidad desconocida de materia oscura.

De la materia total, el 10 % es visible y el 90 % es oscura.

De la materia visible el 75 % es hidrógeno, el 20 % helio y el 5 % restos de otros elementos.

La materia oscura no es observable sino a través de sus efectos, es decir de la atracción gravitatoria que ejerce sobre la materia visible.

ESTRUCTURA DEL UNIVERSO

Las galaxias se reúnen en cúmulos, estos en supercúmulos dispuestos en filamentos, todo rodeado por materia oscura.

GALAXIAS: Formadas por polvo cósmico, nebulosas y estrellas.

La Vía Láctea es una galaxia espiral, en uno de sus brazos, el de Orión, está el Sol.

Año-luz: distancia que recorre la luz en un año.

LAS ESTRELLAS

Las estrellas, están formadas fundamentalmente por hidrógeno y helio. Mediante reacciones termonucleares, a enormes temperaturas, se fusionan apareciendo elementos más pesados.

Las estrellas nacen en las nebulosas, que son nubes de gases de hidrógeno y helio y otros elementos.

Inicialmente se forma la protoestrella, las fuerzas gravitatorias colapsan los gases, aumentando la colisión de los átomos y haciendo girar la estrella cada vez más deprisa hasta que se produce la explosión, equilibrándose la componente expansiva con la componente gravitatoria.

El siguiente estado es la de gigante roja. Al colisionar los átomos de hidrógeno se forma helio, las reacciones termonucleares se van desplazando a la periferia de la estrella, disminuye la masa en el interior de la estrella, disminuyendo la componente gravitatoria, predominando la expansiva, produciendo un aumento en el volumen de la estrella.

En el interior de la estrella siguen las reacciones apareciendo elementos más pesados, se forma la nebulosa planetaria, formada por el núcleo de la estrella muy brillante y gas a su alrededor.

Poco a poco irá desapareciendo el gas que rodea al punto brillante, quedando una enana blanca. Se irá consumiendo el helio, que reacciona para formar otros elementos más pesados, enfriándose la estrella, hasta llegar a la enana negra.

ESTRELLAS GIGANTES O AZULES

Estas estrellas se producen en aquellas cuya masa es muy grande.

A medida que van consumiendo el hidrógeno se van hinchando convirtiéndose en gigantes rojas. Se van formando elementos pesados que provoca el colapso de la estrella y posterior explosión.

Como consecuencia del colapso se produce una estrella de neutrones o un agujero negro si la estrella es muy masiva.

Como consecuencia de la explosión se produce una supernova, que dispersa los elementos de la estrella.

AGUJEROS NEGROS

Los AGUJEROS NEGROS, serían concentraciones de materia de altísima densidad, cuyo campo gravitatorio es tan grande que ni siquiera la luz escapa a él.

Se detectan por los rayos X que emite la materia al precipitarse a gran velocidad sobre ellos.

Se considera que en el centro de la Vía Láctea hay un agujero negro denominado Sagitario A, cuya masa es equivalente a tres millones de soles.

El agujero negro tiene un punto de no retorno de 7,7 millones de kilómetros. A menor distancia, todo es absorbido por el agujero.

FORMACIÓN DEL SISTEMA SOLAR

1. Hace algo más de 4.500 millones de años, en una galaxia espiral una nube de gas y polvo comenzó a contraerse, hasta colapsarse y transformarse en un disco.

Parece que se vio afectada por la explosión de una supernova.

2. El disco está más caliente en el centro donde hay más partículas (más choques, más calor). Los elementos más ligeros emigran a la parte exterior más fría.

3. En cada zona del disco comienza a crecer un planeta atrayendo la materia cercana (zona de influencia gravitatoria), los exteriores primero.

4. En las zonas internas del disco se forman cuerpos pequeños (planetesimales, 1 km de diámetro) que chocan entre sí formando planetas como la Tierra. Esto dura diez millones de años.

5. Con el material sobrante se formaron los 166 satélites conocidos excepto la Luna.

PLANETAS

Planetas interiores o rocosos: De Mercurio a Marte, formados en la proximidad del Sol con los materiales más densos, atraídos por la gravedad de la estrella.

Planetas exteriores o gaseosos: De Júpiter a Neptuno, formados por compuestos helados y gases que escaparon a mayor distancia al ser menos densos.

Planetas enanos: Plutón (con su satélite Caronte) y Eris.

Cinturón principal de asteroides entre Marte y Júpiter.

Cinturón exterior de asteroides y cometas: Cinturón de Kuiper o la nube de Ort, más allá de Plutón.

EXOPLANETAS, LA GRAN SORPRESA

En 1995 dos astrónomos del Observatorio de Ginebra descubrieron el primer planeta en órbita alrededor de una estrella distinta del Sol. Estos planetas se han denominado EXOPLANETAS.

En el 2007 ya se conocían 271, la mayoría más grandes que la Tierra. Hay muchos muy próximos a una estrella lo que nos hace pensar en la posibilidad de que estén a punto de caer sobre ella, en su acercamiento desde órbitas lejanas.

También existen los llamados planetas libres, de los que no se sabe mucho, y que no orbitan en torno a ninguna estrella.

Condiciones para la vida en los planetas:

1. Distancia del planeta a la estrella. Condiciona la cantidad de radiación y por tanto la temperatura media planetaria.

2. Gravedad suficiente en el planeta. Permite retener una atmósfera protectora.

3. Núcleo metálico fundido. Crea un campo magnético capaz de detener partículas procedentes de la estrella que podían dañar en la superficie.

4. Presencia de un satélite grande. Que interacciona mediante fuerzas gravitatorias, por ejemplo en nuestro caso creando las mareas.

5. Tiempo de vida de la estrella. De acuerdo con el combustible gastado, emitirá más o menos radiación.

6. Existencia de planetas gigantes cercanos. Como en nuestro caso Júpiter que atrae hacia él gran parte de los asteroides que entran en el sistema solar, evitando así colisiones con la Tierra.

7. Situación dentro de la Vía Láctea. En una rama lateral, alejada del centro donde el agujero negro nos absorbería.

ORIGEN DE LA ATMÓSFERA TERRESTRE

La Tierra en el momento de su formación estaba en estado de fusión. Se fue enfriando y al mismo tiempo, la actividad volcánica comenzó a emitir vapor de agua (que al

condensar y caer en forma de lluvia formó los mares). Otros gases quedaron atrapados por la atracción gravitatoria formando la atmósfera que al principio carecía de oxígeno (atmósfera reductora).

Sólo con la aparición de los primeros organismos fotosintéticos, las cianobacterias, apareció el oxígeno y también el nitrógeno molecular que compone hoy el 78% de nuestro aire. La vida transformó una atmósfera asfixiante, similar a la de Venus, con el 98 % de dióxido de carbono, en una atmósfera clara y azul, como la conocemos hoy, con un 21 % de oxígeno.

CONDICIONES PARA LA VIDA EN LA TIERRA

La atmósfera filtra las radiaciones solares, reteniendo los rayos ultravioleta, de gran capacidad mutagénica (capaces de cambiar la información genética de los organismos) en la capa de ozono.

La posición respecto del Sol, ni muy cercana ni muy alejada, hace que la temperatura sea suave.

Esa temperatura facilita la presencia de agua líquida, donde surgió la vida y de la que la vida depende.

Una órbita elíptica poco excéntrica, que ayuda a que no haya cambios climatológicos

muy fuertes.

La existencia del campo magnético producido por el núcleo terrestre que nos defiende de ciertas radiaciones solares.

LAS AURORAS BOREALES

Una aurora polar es un espectacular fenómeno de la alta Atmósfera provocado por el impacto de partículas atómicas cargadas, provenientes del Sol contra las capas de la ionosfera a aproximadamente 100 km de altura.

Estas partículas estimulan los átomos y las moléculas de la ionosfera, provocando el fenómeno de la Luminiscencia. Como las partículas tienden a moverse a lo largo de las líneas del campo magnético terrestre, hacia los polos magnéticos, las auroras son apreciadas al máximo en las regiones polares, de donde surge el nombre de auroras boreales (las que se manifiestan en el Polo Norte) y auroras australes (las del Polo Sur).

EXPLORACIÓN DEL ESPACIO

Telescopios ópticos.

Radiotelescopios, para la observación de radiaciones no visibles, como rayos X, UV, etc.

Telescopio espacial Hubble, para estudiar zonas muy alejadas, evitando la interferencia de la atmósfera en la observación.

Viajes espaciales a la Luna.

Transbordadores o lanzaderas espaciales tripulados, para permanecer en órbita varios días o para trasladar hasta la estación espacial a nuevos tripulantes.

Sondas espaciales no tripuladas a planetas y lugares fuera del sistema solar, para su estudio.

Estaciones espaciales: como la estación espacial Internacional, para investigaciones y experimentos.

Satélites artificiales: girando alrededor de la Tierra, para telecomunicaciones,

meteorología, vigilancia, militares, investigación, etc