ASTRONOMIA • Distancias • Movimiento y el tiempo • Radiación

AST 0111
• Distancias
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• El Universo
ASTRONOMIA
Tarea semanal no oficial
Cada semana, dedicar unos
minutos a mirar el cielo nocturno.
Traten de ubicarse en un lugar
oscuro y lejos de luces brillantes, y
den unos minutos a sus ojos para
que se adapten a la oscuridad.
Comparen mapas de
constelaciones a lo que ven.
Pueden ver alguna? todas?
Apps: StarWalk App, Sky Map App,
Norton’s Star Atlas, Planisphere
Temario
1. Escalas de Tiempo
El Tiempo
Difícil de definir
El tiempo como variable física
Orígen del tiempo en el Big Bang: T=0
Sentido del tiempo: irreversibilidad
Espacio-tiempo
40
30
El tiempo y el espacio
T (minutos)
20
10
0
Tierra
Marte
Escala de Tiempo
➲
Creemos que el Universo tuvo un inicio, con la gran explosión o
BIG BANG
➲
Ese evento daría en principio t=0
1.4x1010
años.
Notación científica:
14.000.000.000
➲
El Big Bang ocurrió hace
➲
Esta es la escala más grande que cubriremos
➲
A partir de ahí, el Universo se está expandiendo, y t crece.
➲
Observamos el Universo: la luz que nos llega de todos lados.
➲
Nada puede viajar más rápido que la luz, podemos observar el
Universo hasta una cierta distancia.
➲
Como la luz demora en llegar hasta nosotros, estamos mirando
hacia el pasado…
Imagina que recibes transmisiones satelitales de dos personas que viven en
planetas distintos que orbitan estrellas distintas. Ambos dicen que celebran
su cumpleaños 21. Cuál es la interpretación más plausible de estas
transmisiones?
A.
B.
C.
D.
Ambas tienen la misma edad pero están a distintas distancias de ti.
Tienen distinta edad, pero están a la misma distancia de ti.
La persona más cercana es la que en realidad es mayor.
La persona más lejana es la mayor.
Astrónomos detectan una supernova brillante que explota en la galaxia
Andrómeda (la más cercana en nuestro grupo de galaxias, a unos 2.6
millones de años luz de distancia). El remanente de esa explosión se va a
dispersar en unos 10.000 años.
A. El remanente todavía existe y veremos cómo se dispersa durante los
próximos 10.000 años terrestres.
B. En realidad el remanente ya se dispersó, pero lo veremos dispersarse
durante los próximos 10.000 años terrestres.
C. La imagen de la supernova dispersándose no nos llegará hasta dentro
de 2.5 millones de años..
D. Nunca veremos el remanente porque este ya se dispersó.
Escala de Tiempo
-14000000000 yr Big Bang
-12000000000 yr Nace nuestra galaxia
-4500000000 yr
Nacen el Sol y la Tierra
-4000000000 yr
1a célula viva
-500000000 yr
1er vertebrado
-100000000 yr
Extinción de los dinos
-2000000 yr
1os humanos
-50000 yr
Organización social
-5000 yr
Escritura
-500 yr
Colón nos pisa
-100 yr
Radio
-50 yr
Computadoras
-40 yr
Profe
-18 yr
Alumnos
Cosmología
Teoría del Big Bang,
la gran explosión inicial
T (miles de millones de años)
0
Origen de la materia
n
Formación de la Vía Láctea
n
Evolución
Cósmica
5
10
Radiación
Materia
Galáctica
Estelar
Planetaria
Formación de la Tierra
Química
Nacimiento de la Vida
Biológica
n
n
Cultural
15
Presente
n
?
Temario
1. Escala de tiempo
2. Escala de distancia
Clusters and large scale
structure
Escala de
distnacia
(D ~ 10,000,000 lyr)
El salto en escala es del orden
de
500.000.000.000.000.000.000.
000 = 5x1023
(D=100,000 lyr)
1,000,000
(D=13000 km)
Hubble
Space
Telescope
(D=13m)
Escalas en la Tierra
Radio = 6380 km, circumferencia = 2πR = 40000 km
u dos días para dar una vuelta en jet.
u Superficie muy suave: montañas más altas, 8km,
océano más profundo 8km => aspereza 1/800 (bola
de billar)
u Atmósfera delgada: ~100km alto => 1/60 del radio
Masa = 6 x 1024kg => Densidad media = 6000 kg/m3
Comparativamente, el agua tiene una densidad de 1000
kg/m3, y las rocas ~3000 kg/m3
➨ El interior de la Tierra está hecho de metales
pesados como hierro y niquel.
Viaje a la Luna: D = 380000 km, tarda 3 días para llegar.
Sol
u
u
Radio, 700000 km,
Distancia, 1.5 x 108 km. (UA=Unidad Astronómica)
Cuánto demora la luz (c=300000 km/s) en llegar del Sol? 8m
Cuánto demoraría un avión (v=1000 km/h)? 1.5 x 105 hs = 17 años
u
u
n
Masa, 2 x 1030 kg. (300.000 veces la Tierra)
Densidad baja, 1400 kg/m3 (1.4 veces el agua)
hecho de gas
Convenciones: unidades
La masa del Sol (Mo)
La Unidad Astronómica (UA)
La densidad del agua
Tiempo: el año (yr) = 365 d
El Sistema Solar
Sistema Solar
n
n
n
n
n
La Tierra está a 1 UA (150.000.000km) del Sol
Hay ocho planetas en órbitas casi circulares
moviéndose en un plano.
Plutón es ahora un planeta menor, más pequeño
y más lejano, con una órbita de 40 UA, y una
masa de 1/500 la de la Tierra (menos que la
Luna).
A la velocidad de la luz (c = 300000 km/s) se
necesitan 5.3 horas para salir del Sistema Solar.
Un avión demoraría 680 años en recorrer 40 UA
Problema de las distancias: son tan grandes que dificultan
la comprensión y el estudio de los objetos astronómicos.
2D vs 3D
Mas Allá del Sistema Solar
n
Unidades de distancia (UA, año luz)
Las Estrellas:
➪ Próxima Centauro, D=300.000 AU
A esta escala las UA dejan de ser útiles.
Usamos los años luz (ly) como unidad de distancia.
Velocidad de la luz en el vacío = 300.000 km/s
=> 1 ly = 9.5 x 1012 km.
➪
➪
➪
Próxima Centauro, D=4.2 ly
Sol, D=1AU = 8 minutos luz
En un segundo la luz podría dar 7 vueltas alrededor de la
Tierra.
Estrellas más cercanas
Sistemas estelares: la Vía Láctea
m
Las estrellas no se distribuyen aleatoriamente
en el cielo.
m
m
Se forman en nubes moleculares densas.
La distribución de estas nubes da la distribución
de estrellas.
La Vía Láctea es un ejemplo
m Distancia al centro = 25.000 - 30.000 al
m Contiene unas 100.000.000.000 estrellas
m
★
m
solo ~2500 son visibles al ojo.
La VL rota lentamente, tal que una rotación
toma 200.000.000 de años.
Sistemas de Estrellas: La Vía Láctea
La Vía Láctea
Nuestra Galaxia
Satélites de la Vía Láctea
Las Nubes de Magallanes,
Satélites de Nuestra Galaxia
El grupo local de galaxias
La Galaxia Andrómeda (M31)
Las Galaxias y el Universo
Las galaxias se acumulan en:
Grupos de galaxias (decenas),
cúmulos de galaxias (centenas a miles),
filamentos y paredes...
El tamaño de estructuras más grandes
existentes en el Universo es de unos 150
millones de años luz.
Notar que hasta cúmulos, las estructuras son
estables en el tiempo, las paredes y
filamentos pueden cambiar en el futuro!
Cúmulo Abell 2218
El supercúmulo local
Estructura en gran escala
Estructura en gran escala de Galaxias
Qué puede pasar con los
filamentos y paredes?
n
n
n
Expandirse con el universo y
terminar separando las galaxias
que los forman.
Ser consumidas por los cúmulos y
grupos de galaxias.
Separarse entre sí y mantener su
forma.
El universo observable
Podemos ver una galaxia que está a 20.000 millones de al?
A. Si, con un telescopio lo suficientemente grande
B. No, está más allá del límite observable del universo.
C. No, una galaxia no puede estar tan lejos.
Supongan el sistema solar mide 10m de lado a lado, y el profe está en la
posición del sol. En esta escala, similar a esta sala:
Dónde está Plutón?
Qué tamaño tiene la Tierra?
A qué distancia está del sol?
Qué tan grande es el sol?
Y un humano?
Un átomo?
A qué distancia está la estrella más cercana?
Y el centro de nuestra galaxia?
A qué distancia está Andrómeda?
Qué tan grande puede ser un cúmulo de gxs?
6.0e9 km => ~5 m
1.3e4 km => 10 um
1.5e8 km => 10 cm
1.5e6 km => 1 mm
1.5e-3 km => 1 pm
0.3e-13 km => diminuto
9.5e12 km => 8 km
2.6e17 km => 2.2e5 km
3.1e19 km => 2.6e7 km
3.1e21 km => 2.6e9 km
Escala de
distancias
El salto puede ser tanto como
500.000.000.000.000.000.000.
000 = 5x1023
Comparación aproximada de tamaños
Sobre la comparación anterior:
Algunos radios solo se saben aproximadamente, dentro de un factor 2.
Solo se midió de forma directa el tamaño del Sol y de Betelgeuse. Así que
las imágenes son falsas. Para medir los tamaños se utilizaron técnicas que
no usan imagen directa, también para medir las masas de las otras estrellas.
También, las características de las superficies se basan en un entendimiento
de la física de superficies, así que también son falsas.
Ronda de conceptos clave:
Cuál es nuestro lugar en el universo? Qué tan grande es la Tierra respecto
al Sistema Solar, la Galaxia, un Cúmulo de Galaxias, Supercúmulos y el
Universo?
Cómo llegamos a existir? Cómo sabemos cómo era el Universo en el
pasado? Cuánto del universo podemos ver?
Cómo se compara nuestra expectativa de vida con las edades de objetos en
el universo?
Estamos estáticos o nos movemos?