1. - EL LUGAR DE LA TIERRA EN EL ESPACIO:
Los modelos del sistema solar:
Actividad 1. ¿Qué interés puede tener el conocimiento del firmamento?
La concepción de nuestro sistema solar evolucionado a lo largo de los siglos estableciéndose dos sistemas diferentes para explicarlo.
1. Sistema geocéntrico.
1.1. Cosmología aristotélica.
Aristóteles(, Macedonia, 384 a. C. Greci a, 322 a. C.), reconocido como uno de los más grandes pensadores que ha habitado la Tierra, hizo varias observaciones equivocadas acerca del Universo. Instituyó un sistema geocéntrico, en el cual la Tierra se encontraba inmóvil en el centro mientras a su alrededor giraba el Sol con otros planetas, los cuáles se mueven en un movimiento circular uniforme, que corresponde al éter: la sustancia de la cuál proceden todas las sustancias que forman el universo, hay un único
elemento; sin embargo los elementos que forma la tierra son cuatro la tierra, el fuego, el agua y el aire, así pues en la tierra hay un movimiento considerado por los griegos de gran imperfecto, el rectilíneo acelerado.. Esta teoría de la Tierra como centro del universo —que a su vez era considerado finito— perduró por varios siglos hasta Copérnico en el siglo XV.
1.2. Cosmología de Ptolomeo (c. 100 – Cánope, c. 170)
Planteó un modelo del Universo muy semejante al de Aristóteles. En el modelo, la Tierra permanece en el centro mientras los planetas, la Luna y el Sol describen complicadas órbitas alrededor de ella (epicicloso bucles de retroceso) y las estrellas están fijas en la bóveda celeste. Ptolomeo le preocupaba que el modelo funcionara desde el punto de vista matemático, y no tanto que describiera con precisión el movimiento planetario. Aunque posteriormente se demostró su incorrección, pero pese a esto fue admitido durante catorce siglos hasta que fueron aceptadas las teorías de Copérnico.
2. Sistema heliocéntrico.
2.1. Aristarco de Samos. (310 a. C. - 230 a. C.)
Fue el primer filósofo griego que considero un sistema heliocéntrico en el que la tierra giraba alrededor del sol, esta teoría no tuvo mucho éxito pese a su mayor acercamiento hacia
la certeza pues el sistema geocéntrico se hallaba completamente arraigado en la sociedad de la época.
2.2. Copérnico.
Fue en 1453 cuando Nicolás Copérnico propuso un modelo heliocéntrico es decir, que sitúa al sol en centro del universo. Copérnico intercambio la posición del sol y de la tierra del modelo aristotélico para explicar el movimiento planetario, así considera que la tierra y los demás planetas (excepto la luna que gira alrededor de la tierra), se trasladan en órbitas circulares del sol. Las estrellas están fijas en la bóveda celeste. La tierra además gira sobre sí misma, mientras que el sol permanece inmóvil. Este modelo explicaba de forma más sencilla las irregularidades de los planteas (movimiento retrógrado, cambios de brillo, etc.).
2.3. Tycho Brahe (1546-1601).
Propuso un modelo geoheliocéntrico, según el cuál la Tierra está en el centro del universo pero todos los demás planetas (excepto la luna) giran alrededor del sol, y este alrededor de la tierra.
2.4. Galileo Galilei
Construyó un telescopio hacia el año 1610 y enfoco con este el firmamento. Fue el primero en darse cuenta de la verdadera magnitud del universo; así pues descubrió estrellas nunca vistas hasta entonces, los cuatros satélites de Júpiter y constató que giran alrededor de dicho planeta y por tanto la tierra no es el centro de todos los movimientos de los cuerpos celestes; descubrió los cráteres de la luna y las manchas solares, lo que ponía en duda que los astros estuvieran compuestos por un éter inmutable distinto de los elementos terrestres.
Además descubrió las fases de Venus. Para sus explicaciones, casi a costa de su vida, adoptó el modelo heliocéntrico de Copérnico, pero siguió suponiendo órbitas circulares para los planetas.
2.5. Johannes Kepler.
Colaboró con el astrónomo Tycho Brahe durante los últimos años de vida de este último. Kepler se percató de que las teorías de Brahe no encajaban con una supuesta órbita circular, aunque si con un modelo heliocéntrico. Así pues, Kepler llegó a la conclusión de que los planetas giran entorno al sol describiendo órbitas elípticas en vez de circulares y el sol se sitúa en uno de focos de la elipse. Enunció entonces las leyes sobre el movimiento de los planetas:
1. Todos los planetas describen órbitas elípticas con el Sol situado en uno de los focos
2. La recta que une un planeta con el sol barre áreas iguales en tiempos iguales.
Velocidad areolar constante.
3. Los planetas más alejados tardan más tiempo en describir una órbita completa, y orbitan a menor velocidad. El periodo de revolución depende de la distancia al Sol.
2.7. Isaac Newton
Definió las leyes de tipo matemático iniciadas por Galileo. Newton aplicó las leyes de la dinámica al estudio de los fenómenos naturales para elaborar su explicación de la realidad.
Supuso que el hecho de que la luna gire alrededor de la tierra en lugar de salir despedida en línea recta se debe a la presencia de una fuerza que la empuja hacia la tierra y la hace describir una circunferencia.
Llamó a esta fuerza gravedad y supuso que actuaba a distancia, pues no hay nada que conecte físicamente la tierra y la luna. Newton demostró que hace caer un objeto sobre la tierra mantiene a la luna en su órbita.
A partir de las leyes de Kepler, dedujo la ley de gravitación universal: “Todo par de partículas se atraen con una fuerza inversamente proporcional al cuadrado de su distancia y directamente proporcional al producto de sus masas. 2
G= 6,67 10-11 M= masa de un cuerpo(kg), m masa de otro cuerpo(kg), d= distancia entre los dos cuerpos en m.
3.- EL SISTEMA SOLAR
El Sistema Solar es un sistema planetario de la galaxia Vía Láctea que se encuentra en uno de los brazos de ésta, conocido como el Brazo de Orión. Según las últimas estimaciones, el Sistema Solar se encuentra a unos 28 mil años-luz del centro de la Vía Láctea.1 Está formado por una única estrella llamada Sol,.
Sol. Una estrella de tipo espectral G2 que
contiene más del 99% de la masa del sistema. Con un diámetro de 1.400.000 km, se compone, de un 75% de hidrógeno, un 24% de helio y el 0.77 % de oxígeno, carbono, hierro y otros elementos.
Planetas. Divididos en planetas interiores (también llamados terrestres o telúricos) y planetas exteriores o gigantes. Entre estos últimos Júpitery Saturno se denominan gigantes gaseosos mientras que Urano y Neptuno suelen nombrarse como gigantes helados. Todos los planetas gigantes tienen a su alrededor anillos.
Planetas enanos. Esta nueva categoría inferior a planeta la creó la Unión Astronómica Internacional en agosto de 2006. Se trata de cuerpos cuya masa les permite tener forma esférica, pero no es la suficiente para haber atraído o expulsado a todos los cuerpos a su alrededor. Cuerpos como Plutón (hasta 2006 considerado noveno planeta del Sistema Solar), Ceres, Makemake y Eris están dentro de esta categoría.
Satélites. Cuerpos mayores orbitando los planetas, algunos de gran tamaño, como la Luna, en la Tierra, Ganímedes, en Júpiter o Titán, en Saturno.
Asteroides. Cuerpos menores concentrados mayoritariamente en el cinturón de asteroides entre las órbitas de Marte y Júpiter, y otra más allá de Neptuno. Su escasa masa no les permite tener forma regular.
Objetos del cinturón de Kuiper. Objetos helados exteriores en órbitas estables, los mayores de los cuales serían Sedna y Quaoar.
Cometas. Objetos helados pequeños provenientes de la Nube de Oort.
Estrella central
El Sol es la estrella del sistema planetario en el que se encuentra la Tierra; por tanto, es la más cercana a la Tierra y el astro con mayor brillo aparente. Su brillo se debe a reacciones nucleares de fusión ( Los átomos de hidrógeno se unen para formar Helio) Su presencia o su ausencia en el cielo determinan, respectivamente, el día y la noche. La energía radiada por el Sol es
aprovechada por los seres fotosintéticos, que constituyen la base de la cadena trófica, siendo así la principal fuente de energía de la vida. También aporta la energía que mantiene en funcionamiento los procesos climáticos. El Sol es una estrella que se encuentra en la fase denominada secuencia principal, con un tipo espectral G2, que se formó hace unos 5000 millones de años y permanecerá en la secuencia principal aproximadamente otros 5000 millones de años. El Sol, junto con la Tierra y todos los cuerpos celestes que orbitan a su alrededor, forman el Sistema Solar.
El equilibrio en la estrella continúa mientras exista hidrógeno en cantidad suficiente; si éste disminuye, se rompe el equilibrio y aumenta la presión gravitatoria. La presión puede hacer que el Helio formado se fusione entre sí y con el H para formar nuevos elementos cada vez más complejos, como Carbono o Hierro.
La temperatura de la superficie determina su color. 7 tipos, de mayor a menor temperatura y edad:
Planetas
El 24 de agosto de 2006, en Praga, en la XXVI Asamblea General la Unión Astronómica Internacional (UAI), se excluyó a Plutón como planeta del Sistema Solar. Tras una larga controversia sobre esta resolución, se tomó la decisión por unanimidad. Con esto se reconoce el error de haber otorgado la categoría de planeta a Plutón en 1930, año de su descubrimiento. Desde ese día el Sistema Solar queda compuesto por 8 planetas.
Los 8 planetas del Sistema Solar, de acuerdo con su cercanía al Sol, son: Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Los planetas son astros que describen trayectorias llamadas órbitas al girar alrededor del Sol, tienen suficiente masa para que su gravedad supere las fuerzas del cuerpo rígido, de manera que asuman una forma en equilibrio hidrostático (prácticamente esférica) y han limpiado la vecindad de su órbita de planetesimales.
Actividad 2. ¿Qué interés puede tener el conocimiento del firmamento?
2.- Si ves alejarse de la costa a un barco, observarás que desaparece primero el casco, después las velas. Según este hecho: ¿La tierra es plana?, ¿la tierra es esférica?, ¿la tierra es cilíndrica?
¿De qué crees tú que depende el tiempo que tarda en desaparecer el barco?
¿Dependerá del tamaño de la Tierra?
Actividad 3: Un día y una noche de observación. Planear una observación tanto de día como de noche y plantear las siguientes preguntas.
Actividad 4:
¿De dónde viene el Sol a la mañana?
¿Hacia dónde se dirige por la tarde?
¿Cómo es nuestro mundo?
¿Habrá otros mundos semejantes?
¿Qué son las Estrellas?
Actividad 5: Observa las características de algunos calendarios primitivos
BABILONIA EGIPTO CHINA
Se basaba en la Luna; el mes comenzaba con el cuarto creciente. Tenía meses de 29 y 30 días alternativamente. Este calendario lunar tenía grandes dificultades para ser ajustado con el ciclo de las estaciones.
Tenía un año de 360 días, compuesto de 12 meses aunque luego se introdujeron 5 días intercalables. Como se trataba de un año desplazado respecto de las estaciones pronto hallaron que en realidad el año debía de ser 365 y un cuarto.
Los días se agrupaban por sesentavas y el año fue de 366 días; aunque luego pudieron comprobar que se trataba de 365 y cuarto. Era un calendario esencialmente lunar; pero se ajusto por medio de meses intercalables. El año estaba dividido en 12 partes iguales.
ACTIVIDAD 6.- - Si la distancia promedio de Júpiter al Sol es de 778.3 millones de km. y la distancia de la Tierra al Sol es de 149.5 millones de kms. - ¿Cuánto tiempo tarda en llegar la luz de Júpiter hasta nosotros?
1.-4 LA FORMACIÓN DELS SISTEMA SOLAR
La hipótesis actual sobre la formación del sistema solar es la hipótesis nebular, propuesta por primera vez por Emanuel Swedenborg. En 1775 Immanuel Kant, desarrolló la teoría más ampliamente. La teoría nebular sostiene que hace 4,6 mil millones de años el sistema solar se formó por un colapso gravitacional de una nube molecular gigante. Esta nube inicial tenía probablemente varios años luz de largo y fue la sede del nacimiento de varias estrellas.
Una de estas regiones de gas colapsante (conocida como nebulosa protosolar)) pudo haber formado lo que llegó a ser el sol. Tan pronto como la nebulosa colapsó significó que girara más rápido. Tan pronto como el material dentro de la nebulosa se condensó, los átomos en su interior comenzaron a colisionar con frecuencia creciente, causando que liberaran energía en forma de calor. En este punto el Sol se volvió una estrella completamente nueva.
De esta nube y su gas y polvo (la "nebulosa solar")se piensa que se formaron los varios planetas. El método actualmente aceptado por el cual los planetas se formaron es conocido como acrecentamiento, en el que los planetas comenzaron como granos de polvo en órbita alrededor de la protoestrella central, que inicialmente se formaron por el contacto directo
entre grupos, gradualmente incrementados por colisiones adicionales de 15cm por año durante el transcurso de los siguientes pocos millones de años.
Problemas con el modelo de nebulosa solar
La hipótesis predice que la gran mayoría del rotación del sistema debería acumularse en ese mismo lugar, en el sol al contener la mayor cantidad de masa, sin embargo, la rotación del sol es mucho más lenta de lo presupuestado- Una resolución a este problema es que las partículas de polvo del disco original crearon fricción, lo que disminuyó la velocidad de rotación en el centro.
Planetas en el "lugar equivocado" son un problema para el sistema de la nebulosa solar. Urano y Neptuno están ubicados en una región donde su formación es muy poco plausible debido a la baja densidad de la nebulosa solar y los largos tiempos orbitales en su región.
La hipótesis de la nebulosa solar predice que todos los planetas se formarán exactamente en el plano elíptico. teniendo Urano una inclinación de 98º. La Luna, siendo relativamente grande en comparación a la Tierra,
1.5-- El ORIGEN DE LA TIERRA Y LA LUNA.- 1..5.1 la formación de la Tierra:
Considerando la teoría de la nebulosa, tal como hemos visto La masa central se convirtió en una esfera incandescente, una estrella, nuestro Sol. Las pequeñas también se condensaron mientras describían órbitas alrededor del Sol, formando los planetas y algunos satélites. Entre ellos, uno quedó a la distancia justa y con el tamaño adecuado para tener agua en estado líquido y retener una importante envoltura gaseosa. Naturalmente, este planeta es la Tierra.
Sólido, líquido y gaseoso
Después de un periodo inicial en que la Tierra era una masa incandescente, las capas exteriores empezaron a solidificarse, pero el calor procedente del interior las fundía de nuevo.
Finalmente, la temperatura bajó lo suficiente como para permitir la formación de una corteza terrestre estable. Al principio no tenía atmósfera, y recibía muchos impactos de meteoritos. La actividad volcánica era intensa, lo que motivaba que grandes masas de lava saliesen al exterior y
aumentasen el espesor de la corteza, al enfriarse y solidificarse………
Esta actividad de los volcanes generó una gran cantidad de gases que acabaron formando una
capa sobre la corteza. Su composición era muy distinta de la actual, pero fue la primera capa protectora y permitió la aparición del agua líquida. Algunos autores la llaman "Atmósfera I".
En las erupciones, a partir del oxígeno y del hidrógeno se generaba vapor de agua, que al ascender por la atmósfera se condensaba, dando origen a las primeras lluvias. Al cabo del tiempo, con la corteza más fría, el agua de las precipitaciones se pudo mantener líquida en las zonas más profundas de la corteza, formando mares y océanos, es decir, la hidrosfera.
La formación de la luna:
Hay varias teorías sobre el origen de la luna:
1.- Era un astro independiente que, al pasar cerca de la Tierra, quedó capturado en órbita. H.
Captura
2.- La luna surgió de una especie de "hinchazón" de la Tierra que se desprendió por la fuerza centrífuga. H. de fisión.
3.- La Tierra y la Luna nacieron de la misma masa de materia que giraba alrededor del Sol.
Hipótesis de acreción binaria.
Actualmente se admite una cuarta teoría que es como una mezcla de las otras tres: cuando la Tierra se estaba formando, sufrió un choque con un gran cuerpo del espacio. Parte de la masa salió expulsada y se aglutinó para formar nuestro satélite. H. de impacto
Hipótesis de captura
Una segunda hipótesis denominada 'de captura', supone que la Luna era un astro planetesimal independiente, formado en un momento distinto al nuestro y en un lugar alejado. La Luna viajó durante mucho tiempo por el espacio hasta aproximarse a la Tierra y fue capturado por la gravitación terrestre. Sin embargo, es difícil explicar cómo sucedió la importante desaceleración de la Luna, necesaria para que ésta no escapara del campo gravitatorio terrestre.
Hipótesis de fisión
La hipótesis de fisión supone que originariamente la Tierra y la Luna eran un sólo cuerpo y que parte de la masa fue expulsada, debido a la inestabilidad causada por la fuerte aceleración rotatoria Una vuelta en tan sólo 3 horas que en aquel momento experimentaba nuestro planeta.
Se cree que la zona que se desprendió corresponde al Océano Pacífico, Hipótesis de acreción binaria
La hipótesis de la acreción binaria supone la formación al mismo tiempo tanto de la Tierra como de la Luna, a partir del mismo material y en la misma zona del Sistema solar. A favor de esta teoría se encuentra la datación radioactiva de las rocas lunares traídas a nuestro planeta por las diversas misiones espaciales, las cuales fechan entre 4.500 y 4.600 millones de años la edad lunar, aproximadamente la edad de la Tierra.
Como inconveniente tenemos que, si los dos se crearon en el mismo lugar y con la misma materia: ¿cómo es posible que ambos posean una composición química y una densidad tan diferentes?. En la Luna abunda el titanio y los compuestos exóticos, elementos no tan abundantes en nuestro planeta al menos en la zona más superficial.
Hipótesis de impacto
La hipótesis del impacto parece la preferida en la actualidad.
Supone que nuestro satélite se formó tras la colisión contra la Tierra de un cuerpo de aproximadamente un séptimo del tamaño de nuestro planeta. El impacto hizo que bloques gigantescos de materia saltaran al espacio para posteriormente y, mediante un proceso de acreción similar al que formó los planetas rocosos próximos al Sol, generar la Luna.
Lo más dudoso de esta teoría es que tendrían que haberse dado demasiadas coincidencias juntas. La probabilidad de impactar con un astro errante era muy alta al inicio del Sistema Solar.
Más dificil es que la colisión no desintegrase totalmente el planeta y que los fragmentos fuesen lo suficientemente grandes como para poder generar un satélite.
La teoría del impacto ha sido reproducida con ayuda de ordenadores, simulando un choque con un objeto cuyo tamaño sería equivalente al de Marte, y que, con una velocidad inferior a los 50.000 km/h, posibilitaría la formación de un satélite.
1.6- -Galaxias. Tipos de Galaxias:
Las galaxias son acumulaciones enormes de estrellas, gases y polvo. El gas se encuentra relativamente caliente y ejerce, por lo tanto, una presión que tiende a dilatarlo; por otra parte, la propia atracción gravitacional del gas tiende a contraerlo.
La teoría más aceptada en la actualidad es que, las galaxias se formaron por la contracción gravitacional de regiones del Universo que estaban más densas que el promedio.
Una vez que esta contracción empieza no hay modo de que se detenga, y se formará, finalmente, una gran condensación de materia ¡Es decir! Una galaxia.
Las primeras galaxias se empezaron a formar 1.000 millones de años después del Big- Bang. Las estrellas que las forman tienen un nacimiento, una vida y una muerte. El Sol, por ejemplo, es una estrella formada por elementos de estrellas anteriores muertas.
En el Universo hay centenares de miles de millones de galaxias. Cada una puede estar formada por centenares de miles de millones de estrellas y otros astros.
En el centro de las galaxias es donde se concentran más estrellas. Nuestra galaxia se llama la Vía Láctea. El Sol está situado en unos de sus brazos ( en el brazo de Orion), es una galaxia espiral.
Tipos de galaxias, según su forma pueden ser:
Galaxias espirales: Las galaxias espirales son discos planos de estrellas con brillantes bulbos en su centro. Tienen preciosos brazos espirales que se enrollan alrededor de los bulbos. Hoy en día se cree que los brazos espirales se forman como resultado de ondas que se propagan por el disco galáctico.
Galaxias elípticas: Su nombre proviene de su forma: parecen huevos o melones - matemáticamente hablando, elipsoides. Sus estrellas, en vez de formar un disco delgado envuelven el núcleo de la galaxia en todas direcciones.
Galaxias de sobrero: forma de sombrero Galaxias irregulares: forma irregular.
Galaxias vecinas:
GALAXIA Años Luz
Nubes de Magallanes 200.000
El Dragón 300.000
Osa Menor 300.000
Andrómeda (M31) 2.200.0
Recreación de la vía láctea
Galaxia elíptica Galáxia Irregular
1.7.—EL ORIGEN DEL UNIVERSO:
Se entiende habitualmente por Big Bang el estado de alta densidad y temperatura que dio origen al universo observable. Hay una confusión habitual y es pensar en el Big Bang como en una singularidad inicial, como un punto del que surgió el universo entero. El modelo del Big Bang es mucho más modesto que eso y sólo es una extrapolación de nuestro universo en el pasado durante un tiempo finito.
El punto de partida depende de la física que uno esté dispuesto a admitir y de las garantías que uno tenga de que sus conclusiones están respaldadas por las observaciones. Todo el universo que podemos observar en la actualidad estaba concentrado en unos pocos años luz cúbicos y era sólo una sopa de electrones, fotones, neutrinos y ligeras trazas de protones y neutrones.
El calificativo de Big Bang (Gran Explosión) fue creación del astrónomo británico ya fallecido Fred Hoyle en los años cincuenta como término descalificativo a este modelo de universo.
Inicio del Universo, hace unos 15x109 años.
Toda la energía concentrada en un punto.???
Tras la ―explosión‖ se forman partículas subatómicas.
Su interacción forma núcleos atómicos y, más tarde, átomos de hidrógeno y helio.
En cuanto al futuro del universo existen varias hipótesis sobre los futuros posibles dependiendo de la densidad del Universo.
Si es mayor que cierto valor crítico, la atracción gravitatoria terminará frenando la expansión, haciendo que el Universo se contraiga de nuevo. Big Crunch.
Si es menor que ese valor crítico, no habrá colapso y la expansión continuará indefinidamente. La materia no podrá ―sujetar‖ sus componentes. Big Rip.
Si es igual al valor crítico, la expansión es contínua pero cada vez más lenta. Universo plano.
