Métodos de Medición, Espacio y Tiempo

Métodos de Medición, Espacio y Tiempo
Colegio Santa María de la Cordillera
Espacio:
Centímetros, metros y en pocos casos kilómetros, son las unidades de medida de nuestras
vidas comunes, sin embargo estas unidades no son aplicables al espacio, ya que es un lugar
increíblemente poco denso donde el objeto mas cercano a nuestro sistema solar esta a
aproximadamente 4 años luz, es decir, se encuentra a 3,78432*1013 kilómetros lo cual
obviamente no es un numero muy cómodo para trabajar, es por eso que de manera estándar
se utilizan principalmente tres unidades de medida dentro de la astronomía:
Unidad astronómica (U.A.):
Es la distancia media de la tierra al sol, equivale a 149.600.000 Kilómetros o
aproximadamente 8 minutos-luz. Esta es la unidad de medida más antigua de las tres, ha sido
utilizada como concepto desde los tiempos clásicos. Por ser una unidad de medida tan
“pequeña” solo es usada dentro del sistema solar. (En el anexo hay una tabla con las
distancias del sistema solar)
Año Luz:
Distancia que recorre la luz en un año, como la velocidad de la luz es una constante
(aproximadamente 300.000 Km. /s) un año luz es 9,46*1012 kilómetros, o 63.235,3 U.A., esta
es la unidad mas practica de todas, ya que también indica la antigüedad del objeto o
fenómeno celeste observado.
Pársec (paralaje-segundo):
Debido al movimiento de traslación de la tierra podemos ver un movimiento en las estrellas
mas cercanas, a ese movimiento se le llama paralaje, a una distancia de un pársec el ángulo
que formaría la estrella respecto a los meses de enero y julio es de 2 segundos de arco. Esta
unidad de medida, equivale a 3,26 años luz, 206.265 U.A o 20,86*1012 kilómetros. Esta
técnica tiene un gran limitante, ya que como a mayor distancia, el ángulo será menor, es más
difícil calcular su distancia mediante el paralaje.
Fig. 1: El método de paralaje es una herramienta muy utilizada, pero solo funciona para
objetos relativamente cercanos, y es según se observa en la figura.
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Así, al observar los distintos ángulos respecto al fondo galáctico, y utilizando trigonometría
básica, se calcula la distancia entre el sol y la estrella.
La forma de determinar la unidad utilizada (en un principio, pues es fácilmente transformable
como ya vimos), dependerá del método utilizado para medir la distancia, dentro del sistema
solar serán las unidades astronómicas (ver anexo), si se calcula utilizando el método del
paralaje será en pársecs (aunque esta técnica solo es efectiva unos cuantos pársec o
kilopársecs, dependiendo de la potencia del telescopio observado), y si se utiliza el efecto
doppler podrá ser en pársec o año luz, aunque normalmente se utiliza esta última para
simplificar las unidades.
El efecto doppler es una de las mejores herramientas en la astrofísica, ya que permite calcular
la velocidad con que se aleja o acerca un cuerpo celeste, y luego, utilizando la ley de Hubble
se determina su distancia.
También se puede calcular las distancias a través de otros indicadores, tales como estrellas
cefeidas (cuya luminosidad oscila de forma constante, ver anexo) ya que la luminosidad decae
con el cuadrado de la distancia, al despejarla, se obtiene rápidamente, y también con
supernovas de tipo IA utilizando un método similar, ya que al parecer todas tienen
aproximadamente el mismo brillo intrínseco. Pero el más preciso de todos hasta ahora es el
efecto doppler y probablemente lo siga siendo por un tiempo bastante prolongado.
Anexos:
•
Ley de Hubble: La velocidad con que se aleja una galaxia es proporcional a su
distancia. v = H * d; siendo v su velocidad, H la constante de Hubble y d su distancia.
•
Distancias planetarias: en el siguiente cuadro se pueden apreciar las distancias medias
de los planetas al sol
Objeto
Distancia (en U.A.)
Planetas Terrestres
Mercurio
0.4
Venus
0.7
Tierra
1.0
Asteroides
2.8 (aprox.)
Marte
1.52
Planetas Jovianos
Júpiter
5.20
Saturno
9.54
Urano
19.18
Neptuno
30.06
Plutón
39.53
•
Medición por cefeidas: las cefeidas son estrellas cuyo brillo aparente oscila de forma
periódica, dependiendo de su luminosidad intrínseca, y como la luminosidad aparente
es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia se obtiene que: l = L / 4 p d²
(l es la luminosidad aparente; L la luminosidad intrínseca y p es pi)
Tiempo:
La medida más básica de todas, y la primera que pudieron observar nuestros antepasados
hace varios miles de años, fue el día y la noche (tiempo solar aparente), y luego de una
observación metódica, observaron que los días agrupados en conjuntos de 365 comprendían
un ciclo solar, el año, y en base a esto crearon sus calendarios normalmente haciendo coincidir
su inicio y final con equinoccios o solsticios. Luego, notaron que en el invierno, los días son
más cortos y en el verano, más largos, por lo que se creo el “tiempo medio local” el cual es el
promedio del movimiento solar a través del ecuador celeste, sin embargo, como este depende
de la ubicación geográfica, se creo el Tiempo universal, marcado por la hora según el
meridiano de Greenwich, y según la cual, se calculan las horas según cada región (una hora
de diferencia por cada 15° separación).
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Fig. 2: En la figura se
pueden apreciar los
distintos usos horarios en el
mundo en comparación a la
hora GMT (de Greenwich).
Sin embrago, y tal como sucedía con las distancias, estas unidades de medición solo son
validas en la tierra ya que en el espacio resultan completamente ineficientes, y es por ello que
se trabaja en:
Tiempo sideral:
Es el periodo de revolución de un objeto celeste medido en relación a las estrellas de fondo, de
esta forma se obtiene que el día sideral en la tierra es de 23 horas 36 minutos y 4.1 segundos,
un periodo sideral lunar son 27,3 días.
Periodo Sinódico:
Es el periodo de revolución de un cuerpo respecto a una geometría definida por dos o mas
objetos, generalmente se usa el sol y la tierra. El periodo sinódico de la luna es de 27,5 días.
Año sideral:
Tiempo transcurrido durante el paso consecutivo del sol por el mismo punto de la bóveda
celeste, en la tierra es aproximadamente 365 días y 6 horas.
Día estelar:
Tiempo transcurrido durante el paso consecutivo de una estrella por el mismo meridiano.
Periodo sideral planetario:
Periodo de traslación de los planetas alrededor del sol, así, por las leyes básicas de la
gravitación y movimiento planetario, el periodo sideral mas corto es el de mercurio (88 días) y
aumenta cada vez mas según la distancia que los separa del sol.
Pulsares:
Descubiertos en 1963, son estrellas de neutrones que giran a altas velocidades, sus periodos
son tan constantes que sólo los relojes más precisos pueden detectar un leve aumento en el
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intervalo del pulso medio y sólo en unos pocos púlsares. Este aumento indica que tardarían un
millón de años en duplicar su periodo característico
Bibliografía
Libros:
Cosmos-Carl Sagan
Internet:
http://almaak.tripod.com/temas/tiempo.htm
http://www.astropanama.org/mediciontime.html
http://natureduca.iespana.es/cosmos_ssolar.htm
http://es.wikipedia.org
http://www.das.uchile.cl/~jose/piazzi.html
http://www.astromia.com/universo/medidas.htm
http://astrobiologia.astroseti.org/astrobio/articulo.php?num=1766
http://www.fisicanet.com.ar/nove/n_011_020/nove_16.html
http://www.digitalreview.com.ar/planetasdelsistemasolar/
.
Glosario
-Pársec: (paralaje-segundo, en ingles) distancia a la cual, el radio de la orbita de la tierra
tendría una separación angular de 1 segundo de arco.
-Estrellas cefeidas: Estrellas cuya luminosidad aparente varia en periodos constantes de
tiempo y proporcionales a su luminosidad intrinseca.
-Segundo: esta definido como el tiempo que toma un átomo de Cesium -133 en emitir
9.192.631.770 ciclos de radiación microonda en un reloj atómico.
-Pulsar: Son estrellas de neutrones, vestigios de supernovas que giran a altas velocidades,
pulsando radiación en periodos determinados de tiempo.
-Supernova: Estrella muy masiva (mas de 25 masas solares), las cuales al haber
transformado todo su hidrogeno en hierro, colapsan y explotan dejando como resultado una
estrella de neutrones o un agujero negro.
-Planetas terrestres: Planetas interiores del sistema solar, poco masivos, rocosos y densos. Se
cuentan entre ellos a Mercurio, Venus, La Tierra y Marte, Plutón también coincide con la
descripción pero normalmente no es incluido en el grupo por ser considerado por muchos
como un planetoide y por estar tan alejado del sol.
-Planetas Jovianos: Planetas exteriores del sistema solar, muy masivos, poco densos,
abundantes en hidrogeno y helio. Este grupo esta constituido por Júpiter, Saturno, Urano y
Neptuno.
-Equinoccios: Punto en el cual, el sol, mientras se mueve por la bóveda celeste, atraviesa el
ecuador, es decir, el día de equinoccio, los rayos solares caerán de forma perpendicular al
ecuador. Los equinoccios marcan el inicio de la primavera y el otoño.
-Solsticios: Punto en el cual el sol llega a su punto máximo al norte o sur, estos puntos son
llamados trópicos. Los solsticios marcan el inicio del verano y el invierno.
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