Unidad 2: Nuestro lugar en el Universo 2.1. El universo

Unidad 2: Nuestro lugar en el
Universo
2.1. El universo
¿Cómo es el Universo?
Antigüedad:
Del Megalítico se conservan grabados en
piedra de las figuras de ciertas constelaciones:
la Osa Mayor, la Osa Menor y las Pléyades.
En ellos cada estrella está representada por
un alvéolo circular excavado en la piedra. Hay
construcciones megalíticas que sirven para
determinar solsticios, equinoccios, eclipses…
Sumerios
Elaboración de un calendario agrícola
basado en los movimientos celestes
¿Cómo es el Universo?
Egipcios
El calendario egipcio surge a principios del
tercer milenio antes de Cristo y es el primer
calendario solar conocido de la Historia, con
una duración del año de 365.25 días (como el
actual).
El calendario Juliano y, más tarde, el
Gregoriano - el que usamos actualmente -, no
son más que una modificación del calendario
civil egipcio.
Griegos
Eudoxio y su discípulo Calipo propusieron la teoría de las
esferas homocéntricas, capaz de explicar la cinemática del
sistema solar.
¿Cómo es el Universo?
Universo de Aristóteles
Modelo geocéntrico con muchas
esferas donde estaban el resto de
los objetos celestes.
Romanos
Los romanos adoptaron los conocimientos griegos y
adelantaron poco en astronomía. En el periodo cristiano del
imperio romano, se destruyeron los principales santuarios del
conocimiento clásico (biblioteca de Alejandría, academia de
Platón…
¿Cómo es el Universo?
Árabes
Los Árabes fueron quienes después de la
decadencia de los estudios Griegos y la entrada
de occidente en una fase de oscurantismo
durante los siglos X a XV, continuaron con las
investigaciones en astronomía dejando un
importante legado: tradujeron el Almagesto y
catalogaron muchas estrellas con los nombres
que se utilizan aun en la actualidad, como
Aldebarán, Rigel y Deneb.
Crearon observatorios astronómicos donde
realizaron importantes avances en el estudio de
los movimientos de los planetas y de la eclíptica.
¿Cómo es el Universo?
Reinos cristianos
•Alfonso X fomentó la traducción de libros astronómicos y
astrológicos, en especial de procedencia árabe y judía,
traducidos por lo general al latín y de esta lengua al
castellano. Entre éstos pueden citarse los Libros del saber de
astronomía.
•En Europa dominaron las teorías geocentristas promulgadas
por Ptolomeo y no se presentó ningún desarrollo importante
de la astronomía.
•En el siglo XV surgen dudas sobre la teoría de Tolomeo: el
filósofo y matemático alemán Nicolás de Cusa y el artista y
científico italiano Leonardo da Vinci cuestionan los supuestos
básicos de la posición central y la inmovilidad de la Tierra.
Había empezado el Renacimiento.
¿Cómo es el Universo?
Renacimiento
Las aportaciones de Nicolás
Copérnico supusieron un
cambio radical en la astronomía.
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.
¿Cómo es el Universo?
Galileo
En principio no se prestó mucha
atención al sistema de Copérnico
(heliocéntrico) hasta que Galileo
descubrió pruebas sobre el movimiento
de la Tierra cuando se inventó el
telescopio en Holanda.
En 1609 construyó un pequeño
telescopio, 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.
¿Cómo es el Universo?
El observador mas importante del siglo XVI fue
Tycho
Brahe,
un buen observador y con el dinero para
construir los equipos mas avanzados y precisos de su
época.
Desde 1580 hasta 1597, Tycho observó el Sol, la Luna y
los planetas en su observatorio situado en una isla
cercana a Copenhague y después en Alemania.
Realizó un catalogo estelar, dando la posición exacta de
mas de 70 estrellas.
Sus observaciones, que eran las mas exactas
disponibles, darían posteriormente las herramientas para
que se pudieran determinar las leyes del movimiento
celeste, dadas por su ayudante y uno de los mas grandes
científicos de la historia: Johannes Kepler
¿Cómo es el Universo?
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 velocidades, y que sus distancias relativas con respecto
al Sol están relacionadas con sus periodos de revolución.
¿Cómo es el Universo?
Isaac 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.
Newton además modificó los telescopios creando
los telescopios reflectores Newtonianos que
permitieron la observación mas claras de objetos
muy tenues.
El desarrollo de este y otros sistemas ópticos,
dieron a la astronomía un vuelco fundamental y se
comenzaron a descubrir, describir y catalogar
miles de objetos celestes nunca observados.
¿Cómo es el Universo?
Siglo XX
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
William de Sitter elabora un modelo de un universo en
expansión y Friedman y Lamaître llegan a las mismas
conclusiones:
Se comenzó a pensar que si el universo se encuentra en
expansión alguna vez todo debió estar unido en un punto de
luz al cual llamó singularidad o "átomo primordial" y su
expansión "Gran Ruido"
George Gamow bautizó este modelo como teoría del Big Bang.
¿De que está hecho el universo?
EL UNIVERSO OBSERVABLE ES UN INMENSO VACÍO EN EL QUE
FLOTAN MILLONES DE GALAXIAS, CONSTITUIDAS A SU VEZ POR
MILLONES DE ESTRELLAS, PLANETAS Y NEBULOSAS.
NEBULOSA DEL CANGREJO
http://www.astromia.com/fotouniverso/fotosnebulo
sas.htm
Es un remanente de una
supernova. Los astrónomos
japoneses y chinos registraron
este violento acontecimiento
alrededor del año 1.054. Esta es
una composición de 24 imágenes
individuales tomadas por el
Telescopio Hubble, NASA,.
¿De qué está hecho el universo?
Otros (O,C,Fe,etc.)
5%
Desde el punto de vista
químico,
el
universo
observable está formado por
los siguientes elementos
Helio
20%
Hidrógeno
75%
¿Cómo sabemos de qué está hecha una
estrella?
EL ESPECTRO DE LA LUZ DEL SOL NOS PROPORCIONA INFORMACIÓN
SOBRE LOS ELEMENTOS QUE LO COMPONEN
El espectro de la
radiación
ELEMENTOS QUÍMICOS EN EL ESPECTRO
ELECTROMAGNÉTICO DE LA RADIACIÓN SOLAR (vídeo)
¿Cómo está organizado el Universo?
UNIVERSO
SUPERCÚMULO DE VIRGO
GRUPO LOCAL DE GALAXIAS
VÍA LÁCTEA
SISTEMA SOLAR
EN EL UNIVERSO MEDIMOS LAS
DISTANCIAS EN AÑOS-LUZ:
DISTANCIA QUE RECORRE LA LUZ EN
UN AÑO, VIAJANDO A 300.000 KM/S.
EL UNIVERSO INFINITO: VÍDEO
http://www.youtube.com/watch?v=1iRQop85TL8
¿Cómo está organizado el Universo?
¿Se mueve la materia que constituye el
Universo?
•EN UNA GALAXIA, LAS ESTRELLAS GIRAN ALREDEDOR DEL NÚCLEO.
•EN EL SISTEMA SOLAR, LOS PLANETAS GIRAN ALREDEDOR DEL SOL.
•LA LUNA GIRA ALREDEDOR DE LA TIERRA. ¿?
LA FUERZA DE LA GRAVEDAD SEGÚN NEWTON
LOS CUERPOS SE ATRAEN, TANTO MÁS CUANTO MÁS
PRÓXIMOS ESTÉN Y MAYOR SEA SU MASA.
LA EXPLICACIÓN DE EINSTEIN
http://www.cienciaonline.com/?p=155
La curvatura del espaciotiempo es lo que produce
la gravedad.
El Sol deforma el espaciotiempo y por eso la Tierra
gira a su alrededor
¿Qué son los agujeros negros?
•SON CONCENTRACIONES DE MATERIA DE ALTÍSIMA DENSIDAD.
•SU CAMPO GRAVITATORIO ES TAN GRANDE QUE NI SIQUIERA LA
LUZ PUEDE ESCAPAR DE ÉL.
CONOCEMOS SU EXISTENCIA
POR LA RADIACIÓN EMITIDA
POR LA MATERIA AL
ACELERAR, JUSTO ANTES DE
CAER EN EL AGUJERO NEGRO
¿Cómo podemos explicar el origen del
Universo?
BIG BANG
¿Cuál es la edad del
Universo?
EL UNIVERSO SE ORIGINÓ HACE
UNOS 13.700 MILLONES DE AÑOS
EN UNA GRAN EXPLOSIÓN
Teoría del Big Bang?
La materia, hasta ese momento,
es un punto de densidad infinita,
que en un momento dado
"explota"
generando
la
expansión de la materia en todas
las direcciones y creando lo que
conocemos
como
nuestro
Universo.
La explosión provocó la
transformación de la energía
en materia según la ecuación
de Einstein.
Teoría del Big Bang
El hidrógeno y el helio habrían sido los productos
primarios del Big Bang
Al expandirse, el helio y el hidrógeno se enfriaron y se
condensaron en estrellas y en galaxias.
Según se expandía el Universo, la radiación residual del
Big Bang continuó enfriándose, hasta llegar a una
temperatura de unos 3 K (-270 °C). Estos vestigios de
radiación de fondo de microondas fueron detectados por
los radioastrónomos en 1965
¿Cómo surgió la idea del Big Bang?
Al analizar la luz de las galaxias, se comprobó que las
líneas espectrales de diferentes elementos estaban
desplazadas hacia la zona roja del espectro, las
galaxias se alejan unas de otras
EFECTO DOPPLER
Si las galaxias se alejan unas de otras, cabe pensar que
en el pasado estuvieron más cerca y que en el principio
toda la materia estaba concentrada en una zona muy
pequeña
Espectro de absorción de una estrella
EN REPOSO
SE ALEJA
SE ACERCA
LAS DOS LÍNEAS NEGRAS CORRESPONDEN A LA LUZ QUE FUE ABSORBIDA
POR ÁTOMOS EN LA ATMÓSFERA DE LA ESTRELLA
Pruebas del Big Bang
En 1948, Alpert, Herman y Gamow calcularon que, el el big bang
existió, la temperatura actual del universo sería de 3ºK
En 1965, Arno Penzias y Robert Wilson,
realizando experimentos con un radiotelescopio
muy sensible, captaron sin querer una
interferencia de microondas, que les llegaba desde
todas partes, no importaba hacia donde apuntaban
el aparato.
Concluyeron que la radiación que recibían tenía un
origen astronómico natural y que correspondía a la
radiación (luz) que emitiría un objeto con una
temperatura de 3 K. No podía ser otra cosa que el
resplandor del Big Bang. Se le llamó: Fondo
Cósmico de Microondas.
Pruebas del Big Bang
Diferencias en temperatura de la radiación cósmica de
fondo observada por la sonda WMAP, el rojo temperaturas
más calientes que la media y el azul más frías
El Big Bang y la historia del Universo
El Big Bang y la historia del Universo
Inflación
Formación de la materia:
Partículas
subatómicas: electrones, quarks y fotones
Al cabo de 3 minutos, baja la temperatura y se forman los
protones y neutrones a partir de los quarks
Los primeros átomos: al cabo de 300.000 años se forman los
primeros átomos (hidrógeno y helio)
El encendido del universo: al formarse los átomos los fotones
pueden viajar libremente por el espacio: surge la radiación
cósmica de fondo.
Formación de las estrellas y galaxias: al cabo de 400
millones de años.
La energía oscura: al cabo de 9.000 millones de años, las
galaxias se aceleran. Se cree que se debe a la acción de una
energía de naturaleza aún desconocida.
El Big Bang y la historia del Universo
El futuro del Universo
Materia, energía y evolución del Universo
EL MISTERIO DE LA ENERGIA OSCURA
LA MATERIA-ENERGÍA
EN EL UNIVERSO
El futuro del Universo
Densidad del universo mayor que la densidad
crítica
Densidad del universo igual que la densidad crítica
Ocurrirá un “Big Crunch”, (Big Bang a la inversa)
Al terminar la época de expansión, el Universo volvería a
contraerse y calentarse
El Universo se expandirá sin límite, hasta dejar a la Vía
Láctea aislada en el centro del Universo observable.
Densidad del universo menor que la densidad
crítica
El Universo se expandirá sin límite, a mayor velocidad cada
vez. Llegaremos al Big Rip
El futuro del Universo
El futuro del Universo
Muerte térmica del Universo
Todas las estrellas masivas explotarán
Las estrellas similares al Sol acabarán como enanas
blancas en unos pocos billones de años
Tanto éstas como el material intergaláctico acabará
alimentando agujeros negros gigantes
Los agujeros negros acabarán evaporándose, en
escalas de tiempo inimaginables
Métodos de estudio del universo
Se hace gracias a la radiación que emiten los cuerpos.
Los detectores de esta radiación pueden ser:
Radioastronomía
Detectan las radiaciones
de mayor longitud de onda.
Se localizan en la
superficie terrestre
Métodos de estudio del universo
Astronomía Infrarroja
Sirven para detectar regiones de
formación de estrellas, núcleos de
galaxias activas…
La atmósfera absorbe radiación IR,
luego las observaciones desde tierra
firme son limitadas.
Existen muchos satélites IR (además
de los dedicados a observatorios
meteorológicos) como : Spitzer,
Herschel, WISE, IRAS
Métodos de estudio del universo
Astronomía Visible
Mas antigua de todas.
Opera en la zona del visible.
Estudia objetos que emiten luz
(galaxias, estrellas, etc.)
Puede ser terrestre Very Large
Telescope o con satélites,
Hubble,
Métodos de estudio del universo
Astronomía Ultravioleta
Sirven para detectar galaxias activas, novas,
supernovas…
La atmósfera (capa de ozono) absorbe rad.
UV, luego las observaciones se hacen
desde satélites Explorador Ultravioleta
Internacional , telescopio espacial Hubble,
Explorador Ultravioleta Extremo.
Métodos de estudio del universo
Astronomía de rayos X y rayos gamma
Sirven para detectar procesos
muy violentos como formación de
agujeros negros o choques de
galaxias:
Se hace con satélites como:
Explorador Observatorio Einstein,
Chandra Observatorio de Rayos X.
Fermi Gamma-ray Space Telescope,
Astrorivelatore Gamma ad Immagini
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