El universo. Aproximación conceptual a la Cosmología

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El universo. Aproximación conceptual a la Cosmología
¿Qué es? ¿Qué significa?: universo, galaxia, estrella, Vía Lactea, Sistema Solar, planetas, satélites...
Martes 08/11/2011, por Àngels Varó Peral
¿Dónde estoy? En mi pueblo. Y, mi pueblo, ¿dónde está? En la Tierra. Esta es un planeta del Sistema Solar. Y tiene un
satélite, la Luna. El sistema solar se encuentra en un extremo de la galaxia Vía Láctea. Las galaxias están formadas por
miles de millones de estrellas. Todo es el universo.
Y, ¿cómo se originó el universo? Ahora nos dicen que comenzó con una gran explosión que dio lugar a todo lo que
existe.
Universo
El universo es todo lo que hay, sin excepciones: Materia, energía, espacio y tiempo.
En general, llamamos "universo" a todo lo que existe, sea o no conocido; y dejamos el término "cosmos" para
nombrar el universo conocido, un sistema ordenado y armonioso.
El universo es el objeto de estudio de la cosmología, que está basada en la física y la astronomía. [1]
Cosmología
A lo largo de la historia se han propuestos diversas cosmologías, fruto de la observación del universo.
1. Origen y formación del universo
1.1 Explicaciones mitológicas
Casi todas las culturas explican el origen y la estructura del universo con narraciones orales o escritas
protagonizadas por héroes o dioses y estrechamente vinculadas a la religión.
Explicaciones mitológicas, las hay de diferentes tipos:
Las que sostienen que el mundo nace a partir de un huevo cósmico:
el poema épico finlandés Kalevala,
la historia china de Pangu o
la historia india de Brahmanda Purana.
Las que dicen que el mundo emana de una entidad que lo excreta:
el concepto de Adi-Buddha del budismo tibetano,
la historia griega de Gaia (Madre Tierra),
la diosa azteca Coatlicue o
el dios Atum o Ra del antiguo Egipto.
Hay otros que cuentan el origen del mundo apelando a la unión de un par de deidades masculina y
femenina, como el mito maorí de Rangi and Papa.
En otras historias, el universo se origina a partir de materiales preexistentes, como el cuerpo de un dios
muerto. Por ejemplo:Tiamat en el poema épico babilónico Enuma Elish o del gigante Ymir en la mitología
nórdica. O, de materiales caóticos, como pasa con Izanagi i Izanami en la mitología japonesa.
Otras manera de contar el origen del universo afirman que el mundo es creado por una divinidad, como
en la historia egipcia de Ptah o el mito bíblico del Génesis.
En otras historias, el universo emana del principios fundamentales como el Brahman y el Prakrti, o el
yin y el yang del Tao. [2]
1.2 Explicaciones filosóficas
Los modelos filosóficos más antiguos conocidos del Universo se encuentran en los Vedas,
los primeros textos de la filosofía india e hindú de finales del segundo milenio a.C. Describen la cosmología hindú
según la cual el universo padece ciclos repetitivos de creación, destrucción y renacimiento, teniendo cada ciclo
unos 4.320.000 años. La antigua filosofía hindú y budista también desarrolló el mito de la distinción de los cinco
elementos clásicos: Vayu (aire), Ap (agua), Agni (fuego), Prithvi/Bhumi (tierra) y Akasha (éter).
En el siglo -VI Kanada, fundador de la escuela Vaisheshika, desarrolló el modelo del atomismo y propuso que
la luz y el calor eran variedades de la misma sustancia. En el siglo -V, el filósofo atomista budista Dignāga
propuso que el átomo era un punto hecho de energía duradera. Negaba la existencia de materia substancial y
propuso que el movimiento consistía en flashes momentáneos de corrientes de energía.
La primera cosmología viene de la antigua Grecia. Proponía que el universo posee infinitos espacios y que ha
existido eternamente pero contiene un único conjunto de esferas concéntricas de medida finita -correspondiente a
las estrellas fijas, el Sol y planetas diversos- girando alrededor de una esférica pero inmóvil planeta Tierra.
Desde el siglo -VI, los filósofos presocráticos desarrollaron los primeros modelos conocidos del universo del
mundo occidental. Los primeros filósofos griegos percibieron que las apariencias pueden ser engañosas y
estudiaron la realidad subyacente tras las apariencias. En particular, se dieron cuenta de la habilidad de la
materia para cambiar de forma (por ejemplo, hielo-agua-vapor de agua) y diversos filósofos propusieron que todos
los aparentes materiales diferentes del mundo (madera, metal, etc...) eran diferentes manifestaciones de un mismo
material, el arkhé.
A lo largo de los siglos, observaciones más precisas y teorías mejoradas de la gravedad llevaron a la teoría de
Copérnico, el modelo heliocéntrico y al modelo Newtoniano del sistema solar, que puedes ver en el siguiente
vídeo:
1.3 Explicaciones filosóficas y científicas actuales
A principios del siglo XX, Einstein propone una nueva manera de entender el universo, la teoría de la
relatividad, que cuestiona la gravedad de Newton, como podemos ver en el vídeo
siguiente:
La explicación más aceptada actualmente, sobre el origen del universo, es la teoría del Big Bang para
explicar el origen y la expansión del universo: La teoría del Big Bang era un intento de explicar la historia del
universo a partir de un fenómeno observado determinado, en particular, el hecho de que se puedan ver galaxias
retrocediendo unas detrás de otras. Esto ha hecho pensar a la mayoría de los astrónomos que estos grupos de
estrellas estaban más cerca en el pasado. Si rebobinamos hacia atrás la película, entonces toda la materia, el
espacio y el tiempo habrían surgido a partir de un punto después de una gran explosión, en la que habrían estado
implicadas unas cantidades asombrosas de energía.
Para saber más puedes ver el vídeo EL UNIVERSO. Big Bang, La gran explosión. 1/5
Una alternativa a la teoría del Big Bang
El modelo cosmológico más aceptado es el llamado modelo inflacionario; el universo nació a
partir de una creación instantánea de materia y energía. Es el equivalente moderno del antiguo
dogma religioso de la creación del mundo a partir de la nada. El Big Bang supuestamente sería el
principio del espacio, la materia y el tiempo. Desde entonces el universo se ha hinchado, desde
entonces la materia y la energía se han esparcido en grupos. La expansión potencialmente podría
continuar para siempre.
... Steinhardt y Turok señalan que el modelo aceptado tiene varios defectos. No nos puede decir
lo que ocurrió antes del Big Bang o explicar el destino final del universo. ¿Se expandirá siempre o se
detendrá y contraerá?
... Ellos proponen que el cosmos atraviesa un ciclo sin fin, de Big Bang, expansión y
estancamiento, guiado (todavía sin explicar) por la “materia oscura”.
... El nuevo modelo ofrece una alternativa aerodinámica al modelo estándar. Trata el Big Bang
no como el momento de la creación, sino como una transición entre dos ciclos en un proceso sin fin
de renacimiento cosmológico. Según el modelo, al Big Bang le siguió un período de expansión lenta
y acumulación gradual de materia oscura. Como la materia oscura es dominante, estimula la
aceleración cósmica. Según mantienen los autores la época actual está cerca de la transición entre
estas etapas.
... el nuevo modelo parece ser una gran mejora con relación al existente, que afirma que el Big
Bang fue el principio del tiempo, la materia, el espacio y la energía, una concepción mística y
acientífica. La nueva teoría parte de que el universo no tiene principio ni final, es infinito tanto en el
tiempo como en el espacio."
... Steinhardt añade: “En la imagen estándar, se presuponía que el Big Bang es realmente el
principio del espacio y el tiempo; antes no había nada y después, repentinamente, de la nada surgió
el espacio, el tiempo, la radiación, etc.,”
... Este modelo pone fin al disparate de la creación del universo a partir de la nada:
“En este nuevo dibujo proponemos que el Big Bang no es el principio del tiempo, sino que sólo es
la última de una serie infinita de ciclos, en los cuales el universo pasa a través de períodos de
calentamiento, expansión, enfriamiento, estancamiento, vacío, y después una nueva expansión”.
(BBC).” [3]
Entre las últimas aportaciones sobre el origen del universo, cabe destacar la de Stephen Hawking, que
podemos ver en el siguiente vídeo:
Estructura del universo
El Universo está formado por millones de astros: estrellas, planetas, satélites...
Las estrellas están agrupadas formando galaxias. Las galaxias forman cúmulos y supercúmulos que están
separados por un inmenso vacío. En el espacio hay millones de galaxias. En una de ellas, la Vía Láctea, está el Sol.
[4]
ACTIVIDAD 1. Haz un diaporama con las definiciones de: universo, cosmos, estrella, galaxia, nebulosa, Vía
Láctea, Sistema Solar, planeta, satélite, asteroide, cometa, meteorito. Inserta una imagen en cada diapositiva.
Elige imágenes que se correspondan con el texto de la diapositiva.
Estrellas
Una estrella es un astro que brilla en el firmamento con luz propia. Las estrellas son grandes masas de gas que
queman continuamente, llegando a temperaturas muy altas, de millones de grados centígrados (ºC). El Sol es la
estrella más próxima a la Tierra y no es ni muy grande ni muy pequeña. [5]
Las estrellas no son eternas, también tienen su periodo de vida y su extinción. La evolución de una estrella
[6] suele ser la siguiente:
Se forma una estrella a partir de una nube de gas y polvo.
Se hace gigante. Se producen reacciones nucleares. Masas de gas y polvo se condensan a su alrededor
(protoplanetas).
En su secuencia principal tenemos la estrella con planetas. La estrella sigue estable mientras se
consume su materia.
Desde la tierra seguimos observando la estrella durante un tiempo, aunque ésta haya desaparecido.
La estrella empieza a dilatarse y enfriarse.
Crece, engullendo los planetas, hasta convertirse en un Gigante Rojo.
Se vuelve inestable y empieza a dilatarse y encogerse alternativamente hasta que explota.
Se transforma en una nova. Lanza materiales hacia el exterior.
Lo que queda, se contrae considerablemente.
Deviene una nana. Se hace muy pequeña y densa y brilla con luz blanca o azul, hasta que se apaga.
Al final deviene una nana negra.
En este vídeo nos cuentan brevemente la evolución de las estrellas.
Galaxias
Las galaxias son inmensas colecciones de miles de millones de estrelles. Están tan lejos de la Tierra que
resulta muy difícil verlas. Incluso con el telescopio parecen pequeñas y poco brillantes. Para localizarlas, primero
debemos encontrar alguna estrella próxima que nos sirva de referencia.
Tienen diferentes formas:
elípticas (forma de melón)
lenticulares (forma de lente)
espirales (tienen brazos en forma de espiral)
espirales barradas (con una barra atravesando el centro) irregulares.
Para saber más:
Puedes ver algunas imágenes de galaxias en la página web National Geographic. Photo Gallery:
Galaxies.
Mira también el vídeo EL UNIVERSO. Big Bang, La gran explosión. 2/5
Una galaxia que podemos ver a simple vista es la Gran Galaxia de Andrómeda (M31). Tiene forma de espiral,
y es dos veces más grande que la nuestra. A simple vista parece una pequeña nube de luz alargada. Sorprende
saber que, aunque es la galaxia más cercana a la nuestra, se encuentra en realidad a la enorme distancia de
23.841.000.000.000.000.000 de km. Si pudiésemos viajar a la velocidad de la luz, ¡¡tardaríamos 2,5 millones de
años en llegar!!
En el siguiente vídeo nos presentan 8 curiosidades sobre Andrómeda
Nebulosas
Una nebulosa es una nube de gas o polvo en el espacio. Las nebulosas pueden ser oscuras o, si son iluminadas
por estrellas cercanas o estrellas inmersas en ellas, pueden ser brillantes.
Las nebulosas se localizan el los discos de las galaxias espirales y en cualquier zona de las galaxias irregulares,
pero no suelen encontrarse en galaxias elípticas, pues poseen fenómenos de formación estelar y están dominadas
por estrellas muy viejas.
Generalmente son lugares donde se produce la formación de estrellas y discos planetarios, por lo que se suele
hallar en su interior estrellas muy jóvenes. [7]
En el vídeo siguiente podemos ver imágenes de las nebulosas más impactantes:
Vía Láctea
Nuestra galaxia, la Vía Láctea, es probablemente una espiral barrada. Si vais a un lugar completamente
oscuro, la podréis ver como una nube muy larga que atraviesa el cielo de punta a punta, a través de las
constelaciones del Auriga, Perseo, Casiopea, Cisne, Águila, Sagitario, Escorpión,... Pero si la miráis con
prismáticos, os daréis cuenta de que en realidad no es una nube, sino una agrupación de miles de pequeñas
estrellas.
Para saber más, visionemos este vídeo :
Sistema solar
Alrededor del Sol, que es una estrella, giran continuamente nueve planetas (desde agosto de 2010, son ocho
planetas). El Sistema Solar es un sistema planetario de la Vía Láctea que se encuentra en uno de los brazos de
ésta, conocido como el Brazo de Orión. Según las últimas estimaciones, el Sistema se encuentra a unos 28 mil
años luz del centro de la Vía Láctea. Está formado por una única estrella llamada Sol, que da nombre a este
Sistema, más ocho planetas que orbitan alrededor de la estrella: Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter, Saturno,
Urano y Neptuno; más un conjunto de otros cuerpos menores: planetas enanos (Plutón, Eris, Makemake, Haumea
y Ceres), asteroides, satélites naturales, cometas, así como el espacio interplanetario comprendido entre ellos. [8]
Para saber más:
Visita la web "Sistema Solar Básico"
Mira este vídeo
ACTIVIDAD 2 Haz las actividades del paquete JClic "El Sistema Solar" de Francisco Sancho Bautista y José
Gallardo Vigil:
zonaClic - activitats - El sistema solar
Planetas
Los planetas son astros sin luz propia que giran alrededor de una estrella. Según la definición adoptada por la
U.A.I. (Unión Astronómica Internacional), el 24/08/2006, un planeta es un cuerpo celeste que:
Gira alrededor de una estrella (el Sol para los planetas del Sistema Solar).
Tiene suficiente masa para que su gravedad supere las fuerzas del cuerpo rígido, de manera que asuma
una forma en equilibrio hidrostático (prácticamente esférica).
Ha despejado la zona de su órbita.
Los planetas tienen diversos movimientos. Por el de rotación, giran sobre sí mismos alrededor de un eje
(determinando los días). Por el de translación, describen órbitas alrededor del Sol (determinando los años).
Según la definición mencionada, el Sistema Solar consta de ocho planetas: Mercurio, Venus, Tierra, Marte,
Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Plutón, que hasta 2006 se consideraba un planeta, ha pasado a clasificarse
como planeta enano. [9]
Para saber más mira el vídeo "Comparación del tamaño de los planetas en el sistema solar"
La Tierra
La Tierra es nuestro planeta. Tiene un movimiento de translación alrededor del Sol y tarda un año (365 días)
en dar una vuelta completa. La Tierra también gira sobre sí misma en un movimiento de rotación y tarda un día
entero en hacer un giro completo. Este movimiento origina la sucesión del día y de la noche.
Haz clic en el enlace para ver el movimiento de rotación de La Tierra
La Tierra tiene un satélite: la Luna.
Para saber más sobre La Tierra, clica aquí. También puedes ver este vídeo:
Satélites
Los satélites son astros que giran alrededor de un planeta y que no tienen luz propia, se ven cuando los ilumina
el Sol. Hay planetas que tienen satélites y hay que no. Mercurio y Venus no tienen ningún satélite, en cambio
Saturno, tiene una veintena.
La Luna
Es el único satélite natural de la Tierra y el único cuerpo del Sistema Solar que podemos ver en detalle a
simple vista o con instrumentos sencillos.
La Luna refleja la luz solar de manera diferente según donde se encuentre. Gira alrededor de la Tierra y sobre
su eje en el mismo tiempo: 27 días, 7 horas y 43 minutos. Esto hace que nos muestre siempre la misma cara.
La luna no tiene atmósfera ni agua, por eso su superficie no se deteriora con el tiempo, si no es por el impacto
ocasional de algún meteorito. La Luna se considera fosilizada.
Dado que la Luna gira alrededor de la Tierra, la luz del Sol le llega desde posiciones diferentes, que se repiten
en cada vuelta. Cuando ilumina toda la cara que vemos se llama luna llena. Cuando no la vemos es la luna nueva.
Entre estas dos fases sólo se ve un trozo de la luna, un cuarto, creciente o menguante.
Para saber más:
Haz clic en el enlace si quieres ver imágenes de la cara oculta de la Luna enviadas por naves espaciales.
Mira el vídeo "La Luna - El Universo"
Eclipse de Luna, eclipse de Sol. A veces, el Sol, la Luna y la Tierra se sitúan formando una línea recta.
Entonces se producen sombras, de forma que la de la Tierra cae sobre la Luna o al revés. Son los eclipses. [10]
Una explicación sobre cómo se producen los eclipses, la tenemos en este vídeo de Eduteca "Los eclipses"
ACTIVIDAD 3. Haz las actividades del paquete JClic "De viaje por el sistema solar" de Marta Meilán Fuentes:
zonaClic - activitats - De viaje por el sistema solar<
Asteroides
Un asteroide es un cuerpo rocoso, carbonáceo o metálico más pequeño que un planeta y mayor que un
meteoroide, que orbita alrededor del Sol en una órbita interior a la de Neptuno. Los asteroides también se llaman
planetoides o planetas menores.
La mayoría de los asteroides de nuestro Sistema Solar poseen órbitas semiestables entre Marte y Júpiter,
conformando el llamado cinturón de asteroides, pero algunos son desviados a órbitas que cruzan las de los
planetas mayores. Este cinturón está a una distancia del Sol comprendida entre 2 y 3,5 unidades astronómicas
(ua), y sus periodos de revolución están entre 3 y 6 años. Algunos asteroides tienen satélites a su alrededor como
(243) Ida y su satélite Dactyl [11]
Para saber más, mira el vídeo "Rocas Espaciales: Diferencia entre cometas, asteroides, meteoros y meteoritos
"
Cometas
Parecen manchas de luz, a menudo borrosas, que van dejando un rastro o cabellera. Esto los hace atractivos y
los rodea de magia y misterio. Los cometas son cuerpos frágiles y pequeños, de forma irregular, formados por una
mezcla de substancias duras y gases congelados. Cuando los cometas se acercan al Sol y se calientan, los gases se
evaporan, desprenden partículas sólidas y forman la cabellera. Cuando se vuelven a alejar, se enfrían, los gases se
hielan y la cola desaparece. [12]
Para saber más, tenim el vídeo "Cometas y el cinturón de asteroides"
Meteoritos
La palabra meteorito significa fenómeno del cielo y describe la luz que se produce cuando un fragmento de
materia extraterrestre entra a la atmósfera de la Tierra y se desintegra. También hay corrientes de meteoroides,
que se han formado por la desintegración de núcleos de cometas. Cuando coinciden con la Tierra se origina una
lluvia de meteoritos (o, si es muy intensa, una tempestad) que puede durar unos cuantos días. [13]
A continuación tenemos una compilació de vídeos que recogieron la caída de un meteorito en Rússia, el 15 de
febrero de 2013
ACTIVIDAD DE REFUERZO: Haz la tarea propuesta en esta BuscaWeb (webquest) Sistema Solar WebQuest
realizada por Juan José Ruiz Manzanedo.
Notas
[1] Visita "Universo" Wikipedia
[2] Del artículo "univers" de la Vikipèdia (traducido al castellano por Àngels Varó Peral
[3] Tret de UNA ALTERNATIVA AL BIG BANG “El universo no tuvo principio ni tendrá final Alan Woods en nodo50,
Ciencia Popular.
[4] De Què hi ha a l’univers en Edu365 traducido al castellano por Àngels Varó Peral
[5] De Què hi ha a l’univers en Edu365
[6] Tret de "Estrella" Viquipèdia
[7] De Nebuloses a la nostra galàxia
[8] De Sistema Solar Wikipedia.
[9] De Planeta en Wikipedia
[10] De La Luna. Fases y Eclipses en Sistema Solar Básico
[11] De Asteriode. Wikipedia.
[12] De Los Cometas en Sistema Solar Básico. Astronomía Educativa
[13] De Los Meteoritos. Sistema Solar Básico. Astronomía educativa