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NUESTRO LUGAR EN EL
UNIVERSO
SISTEMA SOLAR
UNIVERSO
- Historia de la Astronomía.
- Conceptos básicos: Cosmología, astrofísica,
galaxia, nebulosa, constelación, estrella, planeta,
etc.
-Universo en expansión (Efecto Doppler, etc.)
-Big Bang
-Estructura del universo.
-Estrellas (evolución y tipos, formación elementos
químicos, diagrama HR, etc.)
-Sistema solar.
-Métodos de exploración espacial
Stonehenge
Complejo megalítico construido en la
noche de los tiempos, parece indicar el
punto de salida del Sol durante los
solsticios de verano, invierno, etc. Tal vez,
construido por interés por las cosechas,
religión, etc.
Stonehenge (neolítico)
Babilonia
- Los babilonios estudiaron los movimientos
del Sol y de la Luna para perfeccionar su
calendario.
- Observación de eclipses,
Su periodicidad, etc.
- Dieron nombre a las
constelaciones más importantes
Antiguo Egipto 1
- Los egipcios observaron que las estrellas
realizan un giro completo en poco más de
365 días. Además este ciclo de 365 días
del Sol concuerda con el de las
estaciones, y ya antes del 2500 a.C. los
egipcios usaban un calendario basado en
ese ciclo, por lo que cabe suponer que
utilizaban la observación.
Antiguo Egipto 2
La orientación de templos y pirámides es
otra prueba del tipo de conocimientos
astronómicos de los egipcios: se
construyeron pirámides como la de Gizeh,
alineada con la estrella polar, con la que
les era posible determinar el inicio de las
estaciones
- Herodoto, en sus Historias dice: "los
egipcios fueron los primeros de todos los
hombres que descubrieron el año, y
decían que lo hallaron a partir de los
astros".
-
Antiguo Egipto 3
El modelo aristotélico del mundo
-
La Tierra como un globo inmóvil alrededor del
cual giran los ligeros objetos celestes. Esta
teoría, conocida como sistema
geocéntrico, permaneció inalterada unos
2.000 años. Sus bases eran:
- Los Planetas, el Sol, la Luna y las Estrellas se
mueven en orbitas circulares perfectas.
-La velocidad de los Planetas, el Sol, la Luna y
las estrellas son perfectamente uniformes.
-La Tierra se encuentra en el centro exacto del
movimiento de los cuerpos celestes.
Grecia Antigua
- Aristarco de Samos. Creía que los
movimientos celestes se podían
explicar mediante la hipótesis de que
la Tierra gira sobre su eje una vez
cada 24 horas y que junto con los
demás planetas gira en torno al Sol
(modelo heliocéntrico).
Copérnico (modelo heliocéntrico)
- Las
ideas de Copérnico supusieron un
cambio radical y un nuevo impulso para
una ciencia que estaba dormida.
Copérnico analizó críticamente la teoría
de Tolomeo de un Universo geocéntrico y
demostró que los movimientos planetarios
se pueden explicar mejor atribuyendo una
posición central al Sol, más que a la Tierra
(modelo heliocéntrico).
Galileo (modelo heliocéntrico)
- Galileo, defendió el modelo heliocéntrico y
descubrió pruebas sobre el movimiento de la
Tierra cuando se inventó el telescopio en
Holanda. En 1609 construyó un pequeño
telescopio de refracción, lo dirigió hacia el cielo
y descubrió las fases de Venus, lo que indicaba
que este planeta gira alrededor del Sol.
También descubrió cuatro lunas girando
alrededor de Júpiter.
Kepler (Astronomía moderna)
- Johannes Kepler, formuló las leyes del movimiento
planetario, afirmando que los planetas giran alrededor
del Sol y no en órbitas circulares con movimiento
uniforme, sino en órbitas elípticas a diferentes. Las
leyes de Kepler se pueden resumir así:
1.- Los planetas giran alrededor del Sol en orbitas
elípticas estando este en uno de sus focos.
2.- Una línea dibujada entre un planeta y el sol barre
áreas iguales en tiempos iguales.
3.- El cubo de la distancia media de cada planeta al
Sol es proporcional al cuadrado del tiempo que tarda
en completar una órbita.
Newton
- A partir de las observaciones y
conclusiones de Galileo, Tycho Brahe y
Kepler, Newton llegó, por inducción, a sus
tres leyes simples del movimiento y a su
mayor generalización fundamental: la ley
de la gravitación universal.
- Además modificó los telescopios creando
los telescopios reflectores, etc.
Cosmología moderna (siglo XX)
- Los avances en astronomía (en realidad, en
todas las ciencias) durante el siglo XX superan
con creces las de todos los siglos anteriores. Se
construyeron telescopios de reflexión cada vez
mayores. Los estudios realizados con estos
instrumentos revelaron la estructura de enormes
y distantes agrupamientos de estrellas,
denominados galaxias, y de cúmulos de
galaxias.
EINSTEIN
- Albert Einstein propuso su Teoría de la
Relatividad General en la que se deduce
que el universo no debe ser estático sino
que se encuentra en expansión, sin
embargo, esto no coincidía con lo que se
creía era realmente un universo estático,
de esta manera Einstein introdujo en su
formula la constante cosmológica para
adecuarla a las teorías vigentes.
Vesto Slipher
Estudio la formación de estrellas, en las
nebulosas. Encontró aparte de la rotación de
dichas nebulosas un desplazamiento al rojo
persistente en sus espectros, este hallazgo se
debió a que el efecto Doppler indica que las
longitudes de onda emitidas por un objeto que
se aleja del observador, se alargan corriéndose
hacia el rojo en el espectro estudiado. Sin
embargo Slipher no encontró la explicación a su
hallazgo.
Efecto Doppler
.
EFECTO DOOPPLER
.
Desplazamiento hacia el rojo
.
Hubble
- Hubble, al medir las distancias de 25
galaxias encontró una correlación
directa entre su distancia y el grado
de desplazamiento hacia el rojo, o en
otras palabras la velocidad a la que
se alejan. Acababa de descubrir la
expansión del Universo.
- V = H0 * D
Georges Lemaitre
El Hombre que unió los hallazgos de
Slipher, Hubble y Einstein. Fue un
matemático sacerdote, quien en 1927
publicó un articulo donde
desarrollaba la relación del
desplazamiento al rojo con un
universo en expansión.
Después de Lemaitre
Posteriormente, la comunidad científica
comenzó a pensar que si el universo se
encuentra en expansión alguna vez todo debió
estar unido en un punto de al cual llamó
singularidad o "átomo primordial" y su
expansión "Gran Ruido". Mas tarde el
astrónomo Fred Hoyle, quien era opuesto a
esta propuesta, la llamo despectivamente "Big
Bang". Así es como se conoce a la teoría mas
aceptada actualmente como origen del
universo.
La radiación cósmica de fondo
- La radiación cósmica de fondo es la
energía remanente del Big Bang que dio
origen al universo. La predicción teórica
de esta radiación fue realizada por el
físico ruso George Gamow y dos colegas
suyos Robert C. Herman y Ralph A.
Alpher en 1946.
- La radiación cósmica de fondo fue
detectada por primera vez por los
radioastrónomos Arno Penzias y Robert
Wilson en 1964.
La radiación cósmica de fondo
ENERGÍA OSCURA
- La energía oscura es una forma
hipotética de materia que estaría
presente en todo el espacio,
produciendo una presión negativa y
que tiende a incrementar la
aceleración de la expansión del
Universo, resultando en una fuerza
gravitacional repulsiva.
Imagen WMAP
.
Origen del universo (big Bang)
.
Big Bang
.
Fases del Big Bang
Fase I. Era de Planck o de la singularidad (10-43
segundos)
Fase II. Era de la Gran Unificación (Hasta los 10-35
segundos)
Fase III. Era de la Gran Inflación (A partir de los 10-35
segundos)
Fase IV. Era electrodébil. (10-34 segundos)
Fase V. Era hadrónica Formación de partículas (10-6
segundos)
Fase VI. Era leptónica (10-4)
Fase VII. Era de la Nucleogénesis(10-3 seg.)
Fase VIII. Era de los átomos y de la radiación (1seg 300000 años)
Fase IX. Condensaciones de materia
Comienzo de la Historia del universo
La materia como la conocemos, no existía en el
momento del Big Bang, sólo energía. En los
primeros instantes, comenzaron a separarse
las 4 fuerzas fundamentales:
Gravedad (la atracción entre cuerpos).
Electromagnética (une los átomos en las
moléculas, pueden ser transmitida por los
fotones).
Nuclear fuerte (une protones y neutrones en el
núcleo).
Nuclear débil (rompe el núcleo de un átomo,
produciendo la desintegración radiactiva).
Historia temprana del universo
Instantes después, los protones y neutrones
comenzaron a fusionarse para formar los
núcleos de los átomos de hidrógeno y helio
(Nucleosíntesis, fase VII),
Cerca de 300.000 años más tarde, las
temperaturas eran lo suficientemente fría como
para formar los á tomos de hidrógeno y de
helio.
Los fotones escaparon de la materia, y la luz
existió por primera vez (transparencia). Era de
los átomos y la radiación, fase VIII
Cambiando la composición del universo
200 millones años más tarde, con la expansión se
producen, estrellas y galaxias formadas a partir de
hidrógeno y helio.
La fusión nuclear en las estrellas ha reducido la
composición original de 100% H y He a un 98%, al
formarse átomos más pesados.
Cuando una estrella moribunda explota, los
elementos más pesados creados por la fusión son
lanzados al espacio para ser reciclados en la
formación de nuevas estrellas.
La composición general de las galaxias está
cambiando gradualmente aumentando la proporción
de los elementos más pesados. Fase IX, actual.
Futuro del universo (UNIVERSO ABIERTO)
- El destino del Universo está determinado por
la densidad media de la materia existente en él.
- Si la cantidad de materia es relativamente poca,
la atracción gravitatoria mutua entre las
galaxias disminuirá y el Universo se
expandirá indefinidamente, es decir, si la
densidad del Universo es menor que lo que
llamamos densidad crítica, el Universo se
expande de forma indefinida, eternamente. Es
el Universo abierto.
UNIVERSO CERRADO
- Otro modelo de Universo planteado es el denominado
Universo cerrado. Si la densidad del cosmos fuera
superior a un determinado valor, llamado valor crítico,
el Universo sería de tipo cerrado, es decir, primero
sometido a una fase de expansión y luego de
contracción.
- El Universo cerrado puede representarse como una
esfera, formada por un área finita pero ilimitada (pues
podemos movernos por ella sin encontrar nunca un
fin): la esfera nace de un punto (el Big Bang) y se
expande durante un tiempo; se detiene, y después
empieza a contraerse hasta volver a un punto (el Big
Crunch).
UNIVERSO PULSANTE
- Si la densidad del Universo fuera exactamente
igual al valor crítico. Pasa por una fase de
expansión. Una vez finalizada la expansión, la
fuerza gravitatoria de las galaxias hará que el
Universo comience a contraerse hasta llegar a
un punto de infinita densidad (Big Crunch) y
posiblemente reiniciará un nuevo Big Bang. A
este modelo se le llama universo oscilante o
pulsante.
Futuro del universo
• BIG RIP (Línea azul): La expansión sigue
acelerándose hasta provocar un "desgarrón"
que desintegrará hasta las partículas
subatómicas.
• CONSTANT DARK ENERGY (Línea roja): La
expansión deja de acelerarse, pero la
expansión del Universo continúa
indefinidamente.
• BIG CRUNCH (Línea blanca): La expansión
cesa y el Universo empieza a contraerse
hasta convertirse de nuevo en una
singularidad.
Estructura del universo
- Basados en observaciones muy cuidadosas, los
astrónomos han podido determinar que el
universo está compuesto de aproximadamente
100 mil millones de galaxias. Las galaxias
normalmente se encuentran agrupadas en
cúmulos, estos se agrupan en supercúmulos,
que se disponen formando filamentos
Tipos de galaxias
.
Diagrama HR
.
Tipos de estrellas
-
Diagrama HR
.
Evolución de las estrellas
.
Reacciones de fusión 1
.
Reacciones de fusión 2
.
Nebulosas (Cangrejo/Andrómeda)
Colisión de galaxias (constelación de
Pegaso)
.
VÍA LÁCTEA
• Galaxia en espiral que contiene nebulosas , polvo
cósmico y entre 100.000 a 300.00 millones de
estrellas. En uno de cuyos brazos se localiza el
Sistema Solar a unos 300.000 años luz del centro.
• Está formada por:
– Bulbo o núcleo (con varios millones de estrellas y
tal vez un agujero negro en su centro)
– Disco (con estrellas más jóvenes, nebulosas y
polvo cósmico, distribuidas en cinco brazos
principales: Perseo, Orión, Sagitario, Centauro y
Cisne)
– Halo (con varias estrellas agrupadas en cúmulos
globulares y varias estrellas aisladas
Vía láctea
.
Sistema solar
.
Sistema solar 2
Nuestra estrella, el Sol
Planetas
Interiores o rocosos (Mercurio, Venus, Tierra y
Marte).
Exteriores o gaseosos (Júpiter, Saturno, Urano y
Neptuno).
Planetas enanos (Plutón y Ceres del cinturón
principal de asteroides, Ceres, Eris de los objetos
transneptunianos)
Asteroides (Cinturón principal situado entre Marte y
Júpiter)
Cinturón de Kuiper y Nube de Oort (asteroides,
cometas y planetas enanos)
Cometas
Meteoritos
Características Sistema Solar
Las órbitas de planetas y satélites se
sitúan en un plano común (eclíptica).
Casi todos los planetas y satélites giran en
la mismo sentido.
Los ejes de rotación de casi todos los
planetas y los satélites son casi
perpendicular al plano de la eclíptica
Propiedades de los planetas
Los planetas terrestres son pequeños,
tienen una alta densidad, y se compone
de rocas y elementos metálicos
Los planetas gaseosos son grandes,
tienen una baja densidad, y se componen
de gases y compuestos congelados
Sol
.
Planetas
.
Exploración universo
-
Telescopios
Radiotelescopios
Telescopios espaciales (T. Hubble)
Viajes espaciales
Transbordadores o lanzaderas espaciales.
Telescopio / T. E. Hubble
.