Unidad 2: El Universo y el Sistema solar

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En el mundo antiguo, 400 años antes de Cristo, la observación del cielo nocturno
proporcionó datos suficientes de los movimientos de los astros para establecer
diferentes teorías sobre el universo. Así surgió el primer modelo del universo: el
modelo geocéntrico.
La hipótesis más simple que explica el movimiento de los astros considera nuestro
planeta como el centro del universo y construye un sistema geocéntrico según el cual
la Tierra, fija e inmóvil, ocupa el centro de una esfera celeste en la que se encuentra
el firmamento, el Sol, la Luna, los planetas y las estrellas fijas.
Aristóteles (siglo IV a.C.) defendió que la Tierra es redonda y que se encuentra
inmóvil en el centro del universo. A su alrededor, el Sol, la Luna, los planetas y las
estrellas giran en círculos perfectos. En el siglo II d. C., Tolomeo desarrolló estas
ideas y construyó un modelo completo del universo: el modelo geocéntrico.
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La Tierra permanece inmóvil en el centro del universo.
Está rodeada por ocho esferas concéntricas que transportan al Sol, la Luna,
los cinco planetas conocidos en ese momento y las estrellas fijas.
Los planetas arrastrados por esas esferas se mueven en círculos perfectos,
que concuerdan con las trayectorias que se observan en el cielo.
La última esfera contiene las estrellas fijas, que siempre se encuentran en las
mismas posiciones unas respecto a las otras.
El universo es finito y acaba en la esfera de las estrellas fijas.
Este modelo fue aceptado hasta el siglo XVI y se convirtió en la esencia del dogma de
la Iglesia sobre la naturaleza del universo. Pero las predicciones teóricas cada vez se
ajustaban menos a las observaciones.
En la antigua Grecia se propuso un modelo en el que el Sol ocupaba el centro del
universo, es decir, un modelo heliocéntrico. Así, en el siglo III a.C., Aristarco de
Samos sostuvo que la Tierra posee un movimiento de rotación alrededor del Sol y
supuso este mismo movimiento para los demás planetas. También explicó el
movimiento de las Luna alrededor de la Tierra. Adelantó todo el sistema de
Copérnico, pero se encontró con la oposición insalvable de los filósofos helenos.
Copérnico (siglo XV) propuso un modelo mucho más simple: el Sol se encuentra
inmóvil en el centro del universo, y la tierra y los planetas se mueven a su alrededor.
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Este modelo no se tuvo en consideración hasta que en 1610 Galileo Galilei observó
con un telescopio que Júpiter tiene cuatro satélites a su alrededor. De este modo
dedujo que no es necesario que todos los cuerpos orbiten alrededor de la Tierra.
Modelo heliocéntrico:
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El Sol se encuentra inmóvil en el centro del universo.
La Tierra y los demás planetas conocidos giran alrededor del Sol en círculos
perfectos.
La Tierra describe dos tipos de movimientos: uno de rotación sobre sí misma y
otro de traslación alrededor del Sol.
Alrededor del sistema solar se encuentra una esfera con las estrellas fijas,
igual como sucedía en el modelo geocéntrico.
El universo es finito y acaba en la esfera de las estrellas fijas.
Las predicciones del modelo heliocéntrico sobre las posiciones de los planetas
mejoraron, pero seguían sin coincidir con las observaciones astronómicas. Kepler las
mejoró al comprobar que los planetas seguían órbitas elípticas y no circulares.
Ya en el siglo XVIII, Newton dedujo la ley de la gravitación universal, a partir de la
cual propuso un modelo de universo infinito y estático:
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La Tierra y los planetas giran alrededor del Sol.
El Sol es una estrella como otra cualquiera de las que forman el universo.
El universo está formado por una cantidad infinita de estrellas, que llenan un
espacio también infinito.
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Este modelo ha sido modificado por las aportaciones de diversos científicos como
Einstein o Hubble.
Nuestro planeta orbita alrededor del Sol en la región exterior de un sistema al que
llamamos galaxia. A menudo se identifica la galaxia con la Vía Láctea, aunque esta
última es la visión que tenemos de ella desde la Tierra.
El Sol se formó hace 5 000 millones de años y es una estrella de tamaño medio. La
energía solar se debe a las reacciones nucleares de fusión que tiene lugar en su
interior, y que transforman cuatro átomos de hidrógeno y un átomo de helio.
Al conjunto de los ocho planetas que orbitan alrededor del Sol, junto con otros astros
de menor tamaño se le conoce como sistema solar.
En 2006 la Unión Astronómica Internacional (UAI) clasificó los cuerpos en tres
categorías:
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Primera categoría: planeta, cuerpo celeste que está en órbita alrededor del
Sol, con suficiente masa como para tener gravedad propia con la que superar
las fuerzas rígidas de un cuerpo, de manera que asuma una forma esférica, y
que ha despejado las inmediaciones de su órbita.
Los planetas pueden clasificarse según la proximidad al Sol, en:
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Planetas interiores o rocosos: Mercurio, Venus, Tierra, Marte.
Planetas exteriores o gaseosos: Júpiter, Saturno, Urano, Neptuno.
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Segunda categoría: planeta enano, cuerpo celeste que no es un satélite u
otro cuerpo no estelar que está en órbita alrededor del Sol, con suficiente
masa para asumir una forma esférica y que no ha despejado las inmediaciones
de su órbita. Algunos de estos son Plutón y Ceres.
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Tercera categoría: astros menores.
o Satélites: astros que orbitan alrededor de los planetas.
o Asteroides: pequeños cuerpos rocosos.
o Cometas: pequeños astros formados por rocas y hielo, que tienen una
órbita muy excéntrica alrededor del Sol. Cuando se acercan a este,
aumenta su temperatura y desprenden partículas de gas, que forman
la cola del cometa.
o Meteoroides: fragmentos de planetas, cometas y asteroides a la deriva
en el espacio y que pueden caer sobre la superficie de los planetas y
convertirse en meteoritos.
El ser humano utiliza diferentes tipos de naves para lanzarlas al espacio exterior y
ampliar su conocimiento del universo. Desde el exterior de nuestro planeta podemos
observar fenómenos imposibles de estudiar en la superficie.
Las naves espaciales más empleados son:
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Transbordador espacial: vehículo espacial reutilizable, concebido para ser
puesto en órbita mediante cohetes y aterrizar posteriormente, una vez
cumplida su misión. En 1986 estalló el transbordador espacial Challenger.
Estación espacial: vehículo espacial de grandes dimensiones, habitable y que
orbita alrededor de la Tierra. Actualmente orbita alrededor de nuestro
planeta la Estación Espacial Internacional (ISS).
Sonda espacial: ingenio provisto de instrumentos de medición y
comunicaciones lanzado al espacio mediante un cohete.
Satélite artificial: ingenio que se pone en órbita alrededor de la Tierra
mediante cohetes o transportado por un transbordador espacial. Su función
consiste, desde estudiar el clima, hasta las comunicaciones, pasando por las
más diversas ramas de la ciencia.
El observatorio espacial Hubble consta de un gran telescopio y de otros
instrumentos auxiliares. Fue lanzado en 1990 mediante el transbordador espacial
Discovery y situado en órbita a 500 km de altura. Ha permitido observar procesos de
formación de estrellas, descubrir sistemas planetarios extrasolares y establecer la
existencia de miles de millones de galaxias.
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La exploración del sistema solar estuvo marcada al inicio por la rivalidad entre
Estados Unidos y la Unión Soviética, durante la denominada carrera espacial. Esta
rivalidad dio paso a una etapa de colaboración, que se plasma en el proyecto de la
Estación Espacial Internacional.
Algunos proyectos espaciales importantes realizados a lo largo de la carrera espacial
han sido:
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Los Sputnik fueron los primeros satélites artificiales lanzados por la antigua
URSS. En 1957 se lanzó el Sputnik 1 y el Sputnik 2, que llevó en su interior a
la perra Laika.
El proyecto estadounidense Apollo 11 permitió la llegada de un ser humano a
la Luna en 1969. El último Apollo, el Apollo 17, voló en 1972.
El programa estadounidense Voyager permitió la exploración de los planetas
exteriores mediante sondas no tripuladas. Actualmente siguen funcionando las
sondas Voyager 1 y 2.
Hoy en día la mayor parte de la comunidad científica acepta como correcta la teoría
del Big Bang, según la cual el universo se formó hace miles de millones de años en
una gran explosión inicial. Pocos segundos después de esta explosión, el universo
primitivo era muy pequeño y denso, y se encontraba a una temperatura
extraordinariamente elevada.
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Con el paso del tiempo, el proceso de expansión del universo provocó que su
temperatura descendiera. Al enfriarse, las partículas elementales de la materia
pudieron unirse para dar lugar a los átomos. Los átomos de hidrógeno y de helio, por
ser los más simples y pequeños, fueron los que se formaron en mayor cantidad. Estos
dos elementos son los que componen la mayoría de la materia del universo.
El universo actual sigue expandiéndose, y se ha enfriado tanto que solo quedan leves
indicios de su elevada temperatura inicial, como la radiación de fondo.
Las estrellas se forman a partir de las nebulosas, que son condensaciones de gas y
polvo interestelar. La masa de la nebulosa se va concentrando por efecto de la
atracción gravitatoria y la temperatura en su interior aumenta, lo que permite que se
inicien las reacciones nucleares de fusión que transforman el hidrógeno en helio.
Durante millones de años, las estrellas van quemando su combustible nuclear. El final
de una estrella depende de su masa:
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Las estrellas poco masivas, como el Sol, agota su combustible, aumenta de
tamaño hasta convertirse en una gigante roja. Luego se enfría hasta
convertirse en una enana blanca.
Las estrellas más masivas expulsan violentamente y se forma una supernova.
Si la estrella es muy masiva, su núcleo puede convertirse en un agujero negro,
un cuerpo tan denso que ni siquiera la luz puede escapar de él.
La posición de nuestro planeta en el sistema solar y, sobre todo, sus principales
características físicas, hacen que se diferencie notablemente del resto de los astros
que componen el sistema solar.
La teoría de los planetesimales es la que mejor explica el origen del sistema solar y,
por lo tanto, la formación de la Tierra. Según esta, hace 4 500 millones de años se
produjo en el borde de la Vía Láctea una concentración de materia en una inmensa
nube de gas y polvo que se colapsó gravitacionalmente. El gas se comprimió y se
calentó hasta alcanzar la temperatura suficiente para el inicio de las reacciones de
fusión: así nació el Sol. Alrededor de este protosol se formó un disco de gases y
partículas de polvo, que comenzaron a agregarse formando cuerpos sólidos: los
planetesimales. Como resultado de las colisiones entre planetesimales se formaron
los planetas.
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Cuando se formó, la Tierra era un simple conjunto de rocas cuyo interior se calentó y
fundió todo el planeta. Con el tiempo, la corteza empezó a solidificarse. La actividad
volcánica era muy intensa y se expulsaban grandes cantidades de lava al exterior, lo
que favorecía el aumento del espesor de la corteza.
Esta actividad volcánica generó una gran cantidad de gases que acabaron formando
una capa gaseosa por encima de la corteza. En las erupciones volcánicas, a partir del
oxígeno y del hidrógeno, se generó vapor de agua que, al ascender, se condensó y
dio lugar a las primeras lluvias. El agua se acumuló en las partes más bajas,
originándose la hidrosfera. Aquí surgieron las primeras algas, que consumían dióxido
de carbono y fabricaban oxígeno. Así, después de millones de años, las algas
consiguieron transformar la atmósfera primitiva en otra parecida a la actual.
El interior de la Tierra es inaccesible, por lo que su estudio debe realizarse tanto
mediante métodos directos como indirectos. Los directos tan sólo permiten el
estudio hasta unos pocos kilómetros de profundidad, mientras que los indirectos
permiten obtener información hasta el núcleo terrestre.
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Métodos directos. Consisten en el estudio de las rocas de la superficie y la
realización de sondeos (excavaciones de poco diámetro y varios kilómetros de
profundidad). Permiten obtener muestras de los materiales que componen las
capas más superficiales de la Tierra.
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Métodos indirectos. Son aquellos que se utilizan para estudiar el interior de
la Tierra, aunque sin acceder a éste. Uno de ellos es el método sísmico,
basado en el estudio de las ondas sísmicas. Las ondas sísmicas se clasifican en
ondas P y ondas S. las ondas P son longitudinales y rápidas, viajan por el
interior de la Tierra y pueden desplazarse por cualquier medio sólido o fluido.
Las ondas S son transversales, más lentas que las ondas P, no se propagan por
los fluidos y viajan por la superficie de la Tierra. Mediante estos métodos se
ha descubierto que el interior de la Tierra está formado por distintas capas,
separadas por discontinuidades.
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Existen dos modelos que explican la composición interna de la Tierra:
 Modelo estático. Se basa en la composición química de cada capa. Se
distinguen la corteza, el manto superior, el manto inferior, el núcleo externo
y el núcleo interno. La discontinuidad de Mohorovicic separa la corteza del
manto, y la de Gutenberg, el manto del núcleo.
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Modelo dinámico. Se basa en el comportamiento físico de las diferentes
capas:
o Litosfera: formada por la corteza y una pequeña franja del manto
superior, se comporta como un sólido rígido.
o Astenosfera: incluye una parte del manto superior que se encuentra
semifundida, y actúa como un material plástico.
o Mesosfera: la forman una parte del manto superior y todo el manto
inferior. Es una capa rígida.
o Endosfera: comprende el núcleo externo, fluido, y el interno, sólido.
El conjunto se comporta como un material plástico.
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Primeras observaciones: la deriva continental.
En 1915, Alfred Wegener propuso la idea de la deriva continental. Wegener afirmó
que hace unos 250 millones de años las tierras emergidas formaban un único
continente, al que denominó Pangea, rodeado de un único océano primitivo o
Pantalasa. El continente se fragmentó en varios bloques, que se fueron separando de
forma paulatina hasta llegar a la posición actual. Al fenómeno de la separación de los
bloques lo denominó deriva continental.
Aunque se demostró más tarde el acierto de esta teoría, en su momento no había
suficientes pruebas y fue arrinconada por la comunidad científica. El principal
obstáculo era la explicación de la causa de la deriva de los continentes.
Las corrientes de convección.
En 1929, el geólogo Arthur Holmes elaboró una teoría sobre la existencia de
corrientes de convección bajo la corteza terrestre. Sostuvo que en el interior de la
Tierra, y debido a las elevadas temperaturas, los materiales se encuentran fundidos,
en estado líquido. En las zonas más calientes, se forman corrientes de convección
que ascienden hacia la superficie; en zonas más frías, se forman corrientes
descendentes. Las corrientes producidas ejercen tensiones en la corteza terrestre, y
arrastran e incluso fragmentan grandes porciones de la superficie.
La expansión del fondo oceánico.
En 1960, el geólogo Harry Hess presentó la teoría de la expansión del fondo oceánico.
El conocimiento de la existencia de las dorsales oceánicas, cordilleras submarinas con
elevada actividad volcánica, fue utilizado por Hess para defender la idea de que la
materia que asciende desde el interior de la Tierra a través de las dorsales pasa a
formar parte de la corteza oceánica una vez que se enfría. De esta manera, la
corteza se extiende a ambos lados de la dorsal, a una velocidad de pocos centímetros
por año. Por tanto, las dorsales son las zonas donde se forma la litosfera. Por otro
lado, en las zonas de subducción, que son los límites entre placas, se destruye este
material y regresa al interior de la Tierra. La subducción consiste en la introducción
de una placa bajo otra.
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La tectónica de placas.
La teoría de la tectónica de placas o tectónica global es una teoría geológica que
intenta explicar globalmente los principales procesos dinámicos que se han producido
en la Tierra. Esta teoría, que une las ideas sobre la deriva continental y los estudios
sobre la expansión del fondo oceánico, sostiene que la litosfera está dividida en
fragmentos, las placas litosféricas, que se desplazan sobre la astenosfera, formada
por materiales más plásticos. La formación de la litosfera oceánica se produce en las
dorsales y su destrucción, en las zonas de subducción.
Las zonas más activas de la litosfera son aquellas en las que se producen los
contactos entre las placas, que se manifiestan en la superficie terrestre en la
formación de diversas estructuras geológicas (cordilleras, pliegues,…) y en la
aparición de fenómenos como el vulcanismo y los movimientos sísmicos.
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