Origen del Universo y Sistema Solar

SOBRE EL UNIVERSO Y EL SISTEMA SOLAR
• En el Universo existen diversos tipos de objetos, entre otros: nebulosas, Galaxias, asteroides, estrellas,
constelaciones, pulsars, planetas, quasars, Cometas, meteoritos, agujeros negros, satélites,... Indica sus
caracterÃ-sticas, Incluyendo consideraciones sobre su tamaño y/o masa.
NEBULOSAS.−
Las nebulosas son estructuras de polvo y gas interestelar. Según su densidad, son visibles, o no, desde la
Tierra y se puede encontrar en cualquier lugar del espacio interestelar. Se pueden clasificar en dos grandes
grupos:
1.− Asociadas a estrellas evolucionadas, como las nebulosas planetarias y los remanentes de supernovas.
2.− Asociadas a estrellas muy jóvenes, algunas incluso todavÃ-a en proceso de formación, como los
objetos Herbig−Haro y las nubes moleculares.
También se pueden clasificar según su luz, como nebulosas de emisión, nebulosas oscura y nebulosas de
reflexión:
1.−Emisión: cuya radiación proviene del polvo y los gases ionizados como consecuencia del calentamiento
a que se ven sometidas por estrellas cercanas muy calientes.
2.−Oscuras: son nubes poco o nada luminosas, que se representan como una mancha oscura, a veces rodeada
por un halo de luz.
3.−Refexión: reflejan y dispersan la luz de estrellas poco calientes de sus cercanÃ-as.
GALAXIAS.−
Son enormes agrupaciones de estrellas y otros materiales. Nuestro Sistema Solar forma parte de una galaxia,
La VÃ-a Láctea.
Galaxias elÃ-pticas:
Contienen una gran población de estrellas viejas, normalmente poco gas y polvo, y algunas estrellas de
nueva formación. Las galaxias elÃ-pticas tienen gran variedad de tamaños, desde gigantes a enanas.
En las galaxias elÃ-pticas la concentración de estrellas va disminuyendo desde el núcleo, que es pequeño
y muy brillante, hacia sus bordes.
Galaxias espirales:
Las galaxias espirales son discos achatados que contienen algunas estrellas viejas y también una gran
población de estrellas jóvenes, bastante gas y polvo, y nubes moleculares que son el lugar de nacimiento de
las estrellas. Generalmente, un halo de débiles estrellas viejas rodea el disco, y suele existir una
protuberancia nuclear más pequeña que emite dos chorros de materia energética en direcciones
opuestas.
Galaxias irregulares:
Se engloban en este grupo aquellas galaxias que no tienen estructura y simetrÃ-a bien definidas. Se clasifican
1
en irregulares de tipo 1 o magallánico, que contienen gran cantidad de estrellas jóvenes y materia
interestelar, y galaxias irregulares de tipo 2, menos frecuentes y cuyo contenido es difÃ-cil de identificar. Las
galaxias irregulares se sitúan generalmente próximas a galaxias más grandes, y suelen contener grandes
cantidades de estrellas jóvenes, gas y polvo cósmico.
ASTEROIDES:
Son una serie de objetos rocosos o metálicos que orbitan alrededor del Sol, la mayorÃ-a en el cinturón
principal, entre Marte y Júpiter. Algunos asteroides, tienen órbitas que van más allá de Saturno, otros se
acercan más al Sol que la Tierra. Algunos han chocado contra nuestro planeta y cuando entran en la
atmosfera, se encienden y se transforman en meteoritos. A los asteroides también se les llama planetas
menores. El más grande es Ceres, con 1.000 Km. de diámetro. La masa total de todos los asteroides del
Sistema Solar es mucho menor que la de la Luna. Se pueden clasificar en varios tipos:
Tipo C: Condritos carbonáceos, que son los materiales más antiguos del Sistema Solar, con una
composición que refleja la de las primitivas nebulosas solares.
Tipo S: Relacionados con los meteoritos pétreos−ferrosos.
Tipo M: Corresponden a los meteoritos ferrosos, compuestos de una aleación de hierro y nÃ-quel.
Los acondritos: Parecen tener en su superficie una composición semejante a la lava terrestre.
ESTRELLAS:
Son masas de gases, principalmente hidrógeno y helio, que emiten luz. Se encuentran a temperaturas muy
elevadas. En su interior hay reacciones nucleares (El Sol es una de ellas).
Las diversas etapas en la secuencia de los espectros, designadas con las letras O, B, A, F, G, K y M, permiten
una clasificación completa de todos los tipos de estrellas:
Clase O: LÃ-neas del helio, el oxÃ-geno y el nitrógeno, además de las del hidrógeno. Comprende
estrellas muy calientes, e incluye tanto las que muestran espectros de lÃ-nea brillante del hidrógeno y el
helio como las que muestran lÃ-neas oscuras de los mismos elementos.
Clase B: LÃ-neas del helio alcanzan la máxima intensidad en la subdivisión B2 y palidecen
progresivamente en subdivisiones más altas. La intensidad de las lÃ-neas del hidrógeno aumenta de forma
constante en todas las subdivisiones.
Clase A: Comprende las llamadas estrellas de hidrógeno con espectros dominados por las lÃ-neas de
absorción del hidrógeno.
Clase F: En este grupo destacan las llamadas lÃ-neas H y K del calcio y las lÃ-neas caracterÃ-sticas del
hidrógeno.
Clase G: Comprende estrellas con fuertes lÃ-neas H y K del calcio y lÃ-neas del hidrógeno menos fuertes.
También están presentes los espectros de muchos metales, en especial el del hierro. El Sol pertenece a
este grupo y por ello a las estrellas G se les denomina "estrellas de tipo solar".
Clase K: Estrellas que tienen fuertes lÃ-neas del calcio y otras que indican la presencia de otros metales.
Clase M: Espectros dominados por bandas que indican la presencia de óxidos metálicos, sobre todo las del
óxido de titanio. El final violeta del espectro es menos intenso que el de las estrellas K.
CONSTELACIONES:
Las estrellas forman determinadas figuras que llamamos "constelaciones", y que sirven para localizar más
fácilmente la posición de los astros. En total, hay 88 agrupaciones de estrellas que aparecen en la esfera
2
celeste y que toman su nombre de figuras religiosas o mitológicas, animales u objetos. Este término
también se refiere a áreas delimitadas de la esfera celeste que comprenden los grupos de estrellas con
nombre.
PULSARS:
Púlsar es una estrella de neutrones pequeña que gira a gran velocidad. Las pulsares son estrellas de
neutrones fuertemente magnetizadas. La rápida rotación, por tanto, las hace poderosos generadores
eléctricos, capaces de acelerar las partÃ-culas cargadas hasta energÃ-as de mil millones de millones de
Voltios. El campo magnético, muy intenso, se concentra en un espacio reducido. Esto lo acelera y lo hace
emitir un haz de radiaciones que aquÃ- recibimos como ondas de radio. Su densidad es tan grande que, en
ellos, la materia de la medida de una bola de bolÃ-grafo tiene una masa de cerca de 100.000 toneladas.
Emiten una gran cantidad de energÃ-a. Estas partÃ-culas cargadas son responsables del haz de radiación en
radio, luz, rayos−X, y rayos gamma. Su energÃ-a proviene de la rotación de la estrella, que tiene por tanto
que estar bajando de velocidad. Esta disminución de velocidad puede ser detectada como un alargamiento
del perÃ-odo de los pulsos.
PLANETAS:
Los planetas giran alrededor del Sol. No tienen luz propia, sino que reflejan la luz solar. Los planetas tienen
diversos movimientos. Los más importantes son dos: el de rotación y el de translación.
Por el de rotación, giran sobre sÃ- mismos alrededor del eje. Esto determina la duración del dÃ-a del
planeta.
Por el de translación, los planetas describen órbitas alrededor del Sol. Cada órbita es el año del planeta.
Cada planeta tarda un tiempo diferente para completarla. Cuanto más lejos, más tiempo. Giran casi en el
mismo plano.
Los planetas tienen forma casi esférica, como una pelota un poco aplanada por los polos. Los
materiales compactos están en el núcleo. Los gases, si hay, forman una atmosfera sobre la superficie.
Mercurio, Venus, la Tierra, Marte y Plutón(Plutón se considera planeta enano) son planetas
pequeños y rocosos, con densidad alta. Tienen un movimiento de rotación lento, pocas lunas (o
ninguna) y forma bastante redonda. Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno, los gigantes gaseosos, son
enormes y ligeros, hechos de gas y hielo.
Estos planetas giran deprisa y tienen muchos satélites, más abultamiento ecuatorial y anillos.
QUASARS:
Los Cuásares son objetos lejanos que emiten grandes cantidades de energÃ-a, con radiaciones similares a las
de las estrellas. Los cuásares son centenares de miles de millones de veces más brillantes que las estrellas.
Posiblemente, son agujeros negros que emiten intensa radiación cuando capturan estrellas o gas interestelar.
La luz que percibimos ocupa un rango muy estrecho en el espectro electromagnético y no todos los cuerpos
cósmicos emiten la mayor parte de su radiación en forma de luz visible. Con el estudio de las ondas de
radio, los radio astrónomos empezaron a localizar fuentes muy potentes de radio que no siempre
correspondÃ-an a objeto visibles.
COMETAS:
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 partÃ-culas sólidas y forman la cabellera. Cuando se vuelven a alejar, se enfrÃ-an, los gases se
hielan y la cola desaparece. Hay cometas con periodos orbitales cortos y, otros, largos. Los hay que no
superan nunca la órbita de Júpiter y otros que se alejan mucho, hasta que abandonan el Sistema Solar y ya
3
no vuelven.
METEORITOS:
La palabra meteorito significa fenómeno del cielo y describe la luz que se produce cuando un fragmento de
materia extraterrestre entra a la atmosfera de la Tierra y se desintegra. Hay tres clases de meteoritos: los
litosideritos están formados por materiales rocosos y hierro. Constituyen apenas un uno por ciento de los
meteoritos. Los meteoritos rocosos, formados solamente por rocas, son los más abundantes. Los meteoritos
ferrosos, un 6% del total, contienen gran cantidad de hierro.
AGUJEROS NEGROS:
Son cuerpos con un campo gravitatorio extraordinariamente grande.
No puede escapar ninguna radiación electromagnética ni luminosa, por eso son negros. Están rodeados
de una "frontera" esférica que permite que la luz entre pero no salga.
Hay dos tipos de agujeros negros: cuerpos de alta densidad y poca masa concentrada en un espacio muy
pequeño, y cuerpos de densidad baja pero masa muy grande, como pasa en los centros de las galaxias.
Si la masa de una estrella es más de dos veces la del Sol, llega un momento en su ciclo en que ni tan solo los
neutrones pueden soportar la gravedad. La estrella se colapsa y se convierte en agujero negro.
SATELITES:
El término satélite se aplica en general a aquellos objetos en rotación alrededor de un astro, este
último es de mayor dimensión que el primero; ambos cuerpos están vinculados entre sÃ- por fuerzas de
gravedad recÃ-proca. Un satélite natural, es cualquier astro que se encuentra desplazándose alrededor de
otro; no es factible modificar sus trayectorias artificialmente. En general, a los satélites de los planetas
principales se les llama lunas, por asociación con el nombre del satélite natural de la Tierra. Los diferentes
planetas poseen distinta cantidad de lunas. El número total en el Sistema Solar es alto y aún se considera
incompleto, ya que se continúa encontrándose nuevas lunas. No se conocen lunas en Mercurio ni en Venus
y tampoco ningún satélite que posea una luna.
Datos de los Satélites más importantes
Planeta
Tierra
Marte
Júpiter
Saturno
Urano
Neptuno
Plutón
Satélite
Luna
Fobos
Deimos
GanÃ-medes
Io
Europa
Calixto
Leda
Atlas
Titán
Cordelia
Titania
Naiad
Nereida
Caronte
PS(dÃ-as)
27,32
0,31
1,26
7,15
1.77
3.55
16,69
239
0,60
15,95
0,33
8,71
0,3
360,2
6,38
D(km)
3.476
21
12
5.262
3.630
3.140
4.800
16
40
5.150
15
1.590
60
340
1.200
4
El perÃ-odo sidéreo PS está dado en dÃ-as y fracciones de dÃ-a (terrestres) y el diámetro D en
kilómetros.
• Los astrónomos hablan de años−luz y de unidades astronómicas ¿Qué significan ambas
expresiones?
AÑO LUZ:
Es una unidad de longitud empleada en astronomÃ-a para medir grandes distancias. Es igual a la distancia
recorrida por la luz en un año solar medio, o más especÃ-ficamente, la distancia que recorrerÃ-a un fotón
en el vacÃ-o a una distancia infinita de cualquier campo gravitacional o campo magnético, en un año
Juliano (365.25 dÃ-as de 86400 segundos).
El año luz no es una unidad de tiempo, sino de distancia. La luz tarda 8 minutos en viajar desde el Sol hasta
la Tierra. Nuestra galaxia, la VÃ-a Láctea, tiene 100 000 años luz de diámetro.
Tomando para la velocidad de la luz un valor de 300.000 km/s, un año luz equivale en números redondos a
9.461.000.000.000 km, o bien a 63.240 Unidades Astronómicas (UA), o también a 0,3066 parsecs.
UNIDADES ASTRONOMICAS:
Distancia media Tierra−Sol, equivalente a 149.597.910 km., elegida como unidad de medida en el ámbito
del sistema solar. Es la unidad de distancia utilizada en la medición de órbitas y trayectorias dentro del
Sistema Solar.
Expresadas en UA (forma abreviada), las distancias de los planetas del Sol son: Mercurio 0,387; Venus 0,723;
Tierra 1,00; Marte 1,524; Júpiter 5,203; Saturno 9,539; Urano 19,192; Neptuno 30,058; Plutón 39,44.
Esta medida se obtuvo midiendo distancias con radar de los objetos celestes próximos como Venus o
asteroides; estos estudios han permitido determinar la escala del Sistema Solar con una gran precisión.
• La Nebulosa del Ãguila se encuentra a 7.000 años luz de la Tierra; expresa la distancia en kilómetros.
Por otra parte, Neptuno se encuentra a una distancia aproximada del Sol de 4500 millones de kilómetros;
¿cuánto tarda en llegarle la luz del Sol? ¿a qué distancia se encuentra en unidades astronómicas
(UA)?
*La Nebulosa del Ãguila se encuentra a : 66.227.000.000.000.000 km.
1 año luz = 9.461.000.000.000 km;
7.000x9.461.000.000.000= 66.227.000.000.000.000
*Neptuno se encuentra a 30,058 UA
1.5−−−−−−−−− 8 min
45−−−−−−−−− x
360 : 1.5 = 240
• ¿Cómo nacen las estrellas? ¿En qué se diferencia esencialmente una
estrella de un planeta? ¿Qué procesos se producen en los núcleos estelares?
Las estrellas nacen en las nebulosas que se encuentran en grandes concentraciones de gas conocidas como
regiones HII en las galaxias. En un proceso que tarda millones de años y que aún no se comprende
5
completamente, grandes concentraciones de gases comienzan a colapsarse y comprimirse hasta dar lugar a
una protoestrella. Si esta concentración alcanza una masa crÃ-tica, puede dar lugar a los procesos de fusión
nuclear en el centro de la estrella que permitirá su nacimiento. Otras concentraciones de gases menores
pueden convertirse en los planetas.
Una de las regiones más fáciles de observar donde se encuentran en formación nuevas estrellas, es la
Gran Nebulosa en la constelación de Orión. A una distancia de 1500 años luz, la Gran Nebulosa es
incluso visible a simple vista en una noche sin Luna y lejos de las luces de la ciudad como una estrella borrosa
ubicada al sur del trÃ-o de estrellas brillantes del cinturón de la constelación de Orión, también
conocidas como los tres reyes. Con unos binoculares es posible percibir algo de nebulosidad en torno a
estrellas débiles. Cualquier telescopio revela una estructura de gases compleja con aparentes "huecos"
oscuros que son en realidad regiones donde el gas es muy denso. El telescopio espacial Hubble ha obtenido
excelentes imágenes de los capullos donde se están formando nuevas estrellas.
Diferencia entre estrella y planeta:
Una estrella es un astro que cuenta con una luz propia, como el Sol, pueden estar formados de helio, etc.
Existen 3 tipos de estrellas, rojas (chica), amarillas (mediana) y azules (grande), el sol es una amarilla. En la
noche, las estrellas se distinguen por los puntitos que parpadean.
En cuanto a los planetas, solo son astros, que no cuentan con luz propia al igual que los satélites (Luna). La
Tierra y los otros 7 planetas son ejemplos de planetas, éstos pueden estar formados de gas o roca, y en la
noche se distinguen como los puntitos que sÃ- aluzan, pero no parpadean, que tiene una luz fija.
En los núcleos estelares se producen grandes concentraciones de gases comienzan a colapsarse y
comprimirse hasta dar lugar a una protoestrella. Si esta concentración alcanza una masa crÃ-tica, puede dar
lugar a los procesos de fusión nuclear en el centro de la estrella que permitirá su nacimiento. Otras
concentraciones de gases menores pueden convertirse en los planetas.
• La composición quÃ-mica del Universo cambia constantemente, aunque sea
un cambio lento. ¿Cómo ocurre? ¿Cómo han ido apareciendo en el Universo cada vez más elementos
quÃ-micos? Indica la composición quÃ-mica actual.
La transformación del gas de hidrógeno (H) en helio (He) en el interior de las estrellas, se realiza
básicamente a través de uno de los dos procesos siguientes: la reacción protón−protón [PP], o bien el
ciclo del carbono [CC]; con cualquiera se obtiene el mismo resultado. También debe tenerse en cuenta una
tercera reacción de gran importancia, denominada proceso triple alfa.
Mediante la reacción "proton−proton", 4 átomos de hidrógeno se convierten directamente en 1 de helio.
A través del "Ciclo de carbono" se arriba a un resultado similar, sólo que además de los átomos de
hidrogeno es necesaria la presencia del carbono como elemento catalizador. Este ciclo tiene lugar cuando se
superan los 15 millones de grados, es decir en estrellas donde su temperatura central es mayor que la
correspondiente al Sol.
Finalmente sucede que la suma de la masa de los núcleos de los átomos de hidrogeno que participan en la
transformación, es mayor a la masa total del núcleo resultante helio. Esa diferencia de masa es la que se
convierte en energÃ-a y que luego, en forma de luz y calor, emergerá en todas las direcciones posibles,
desde el centro de la estrella hacia su superficie.
Después de la formación de helio, el proceso de las transformaciones nucleares continúa con la creación
sucesiva de otros elementos, más pesados que el hidrogeno, como el carbono, el nitrógeno, el oxÃ-geno,
etc., hasta finalizar en el hierro; en este fenómeno participa el proceso triple alfa. La producción de los
elementos más pesados que el hierro no es resultado de reacciones termonucleares; se producen sólo por
6
captura de neutrones en etapas muy violentas de la evolución de la estrella (por ejemplo, en los eventos de
supernova.
Se puede asimilar el núcleo de las estrellas a una caldera donde se originan los elementos quÃ-micos desde
el hidrogeno al hierro, todo lo que compone el universo.
A través del análisis de los espectros, se ha podido comprobar que todas las estrellas (incluido el Sol),
tienen aproximadamente la misma abundancia relativa de los diferentes elementos quÃ-micos. Siguen en
abundancia al hidrógeno y al helio: silicio, magnesio, hierro y aluminio. Esto indica que la abundancia de los
elementos presentes en la superficie de la Tierra, comparados con los observados en las estrellas, es
completamente diferente.
Pero no todas las estrellas presentan exactamente la misma composición quÃ-mica. En el caso de las
estrellas frÃ-as (con temperaturas menor que 2.000 ºC) se verifica que entre las mismas, existen sensibles
diferencias en las abundancias del carbono, el nitrógeno y el oxÃ-geno. Los astrónomos también
hallaron que en las estrellas más viejas existe una menor abundancia de elementos de mayor peso atómico a
más pesados en comparación con las estrellas más jóvenes. Esta evidencia confirmarÃ-a la hipótesis
que las estrellas son el lugar donde se originan los elementos que siguen al hidrógeno y al helio en la tabla
periódica.
Pero las estrellas, simultáneamente con la formación de los elementos siguientes al helio, experimentan
otras mutaciones: aumentan de tamaño al comienzo y luego disminuyen. Esos cambios son el resultado de
que la cantidad de energÃ-a emitida es variable, y que por consiguiente el astro cambia de brillo; es decir, se
convierte en lo que se ha denominado una estrella variable.
En ocasiones, las estrellas sufren cambios violentos y expulsan parte de sus capas exteriores a su espacio
circundante; en esas circunstancias, se producen los elementos quÃ-micos que siguen al hierro y terminan en
el uranio. El gas expulsado por la estrella, junto con las partÃ-culas de polvo diseminados en el espacio,
conforman nuevos astros con una composición quÃ-mica diferente a las estrellas de la generación anterior.
De este modo, mediante un lento proceso de recomposición de elementos, el universo recicla y modifica su
composición quÃ-mica, aumentando gradualmente la proporción de elementos más pesados que el
hidrógeno en las estrellas que se van formando.
• A veces se dice que somos hijos de las estrellas ¿Tiene algún fundamento
cientÃ-fico esta expresión?
Si porque nosotros hemos nacido de ellas y dependemos de ellas para nuestra supervivencia, como puede ser
la luz del Sol entre muchas otras.
• ¿Cómo obtenemos actualmente información de lo que sucede en el
Universo? Indica los medios/instrumentos de los que disponemos en la
Actualidad para ello.
Esencialmente, de la misma manera en que obtenÃ-an información acerca del Universo todas las culturas
anteriores a la nuestra desde quizás la edad de piedra, observando los cielos.
La diferencia es que en tanto la mayorÃ-a de las culturas antiguas sólo contaban con sus ojos para hacer esto
nosotros tenemos algunos cuantos instrumentos más sofisticados como los telescopios y otras clases de
instrumentos.
Ciertamente los telescopios ÓPTICOS más famosos, desde el telescopio de Galileo con el que descubrió
7
las 4 lunas más grandes de Júpiter hasta el ultramoderno Telescopio Espacial Hubble, son instrumentos que
literalmente "agrandan la imagen" para que podamos ver fenómenos y objetos muy lejanos con mayor
detalle.
Pero el telescopio evolucionó mucho, pues con los avances en nuestros conocimientos globales de
electromagnetismo, se pudo empezar a inventar una forma "diferente" de telescopio: el
RADIOTELESCOPIO... Un telescopio que no "ve" la luz visible ordinaria, sino que capta frecuencias
electromagnéticas en otros espectros, tales como las ondas de radio (de ahÃ- su nombre original), las
microondas, la luz infrarroja, la luz ultravioleta, los rayos X, etc.
Actualmente por tanto una gran cantidad de la información que obtenemos del Universo procede de estos
dispositivos radiotelescópicos, capaces de "ver" cosas que ni siquiera el Hubble podrÃ-a ver si fuera sólo
espejos y lentes: Podemos ver las emisiones de rayos X de las galaxias y el núcleo de nuestra propia galaxia,
podemos saber la composición quÃ-mica y edad aproximada de estrellas a miles de años luz de nosotros,
podemos percibir ligeras fluctuaciones en las estrellas cercanas que nos indican que probablemente tienen
planetas. También hemos podido ver (con un radiotelescopio especial orbital llamado COBE) el Universo
como era cuando estaba prácticamente "recién nacido".
También tenemos sondas y naves espaciales robóticas que se acercan a ellos para estudiarlos a mejor
detalle.
Los instrumentos son muchos; todos aquellos que tengan aplicación por el ingenio humano a explorar el
Universo: telescopios, antenas de radio, cámaras fotográficas y de video, robots, e incluso, todavÃ-a, "los
propios ojos de los astrónomos".
• Actualmente se habla de materia normal y materia oscura ¿Por qué? ¿Qué
es la materia oscura?
La materia oscura es aquella que no emite radiación electromagnética. Es decir, no emite ni en radio,
infrarrojo, visible, ultravioleta, rayos X o radiación gamma. Por lo tanto no puede ser detectada por ningún
equipo que observe en esos rangos. Sean telescopios ópticos, de infrarrojos, gamma, etc. Su existencia se
infirió indirectamente y no se conoce totalmente su naturaleza. El modo de inferirla fue a través de su
influencia gravitatoria. La materia oscura tiene masa; Un modo de determinar su existencia por ejemplo es a
través del fenómeno de lente gravitatoria o a través de modelos de rotación de galaxias. En el primer
caso la distorsión provocada por la lente gravitacional indica que hay presente una cantidad de masa superior
a la que se observa y en el segundo los efectos dinámicos no coinciden con los predichos teóricamente,
tiene que haber más masa de la que se ve para explicar los resultados observados.
La materia que sÃ- emite radiación electromagnética: estrellas, material interestelar, nosotros, etc., serÃ-a
lo que llamas materia normal.
• ¿Cuál es el modelo aceptado actualmente con respecto al origen del
Universo? Considera tanto la estructura como la composición quÃ-mica. ¿Qué
hipótesis se han propuesto sobre la futura evolución del mismo?
El Big Bang. La idea central del Big Bang es que la teorÃ-a de la relatividad general puede combinarse con
las observaciones de isotropÃ-a y homogeneidad a gran escala de la distribución de galaxias y los cambios
de posición entre ellas, permitiendo extrapolar las condiciones del universo antes o después en el tiempo.
El universo en sus primeros momentos estaba lleno homogénea e isótropamente de una energÃ-a muy
densa y tenÃ-a una temperatura y presión concomitantes. Se expandió y se enfrió, experimentando
cambios de fase análogos a la condensación del vapor o a la congelación del agua, pero relacionados con
las partÃ-culas elementales.
Aproximadamente 10−35 segundos después de la época de Planck un cambio de fase causó que el
8
Universo se expandiese de forma exponencial durante un perÃ-odo llamado inflación cósmica. Al terminar
la inflación, los componentes materiales del Universo quedaron en la forma de un plasma de
quarks−gluones, en donde todas las partes que lo formaban estaban en movimiento en forma relativista. Con
el crecimiento en tamaño del Universo, la temperatura descendió. A cierta temperatura, y debido a un
cambio aún desconocido denominado bario génesis, los quarks y los gluones se combinaron en bariones
tales como el protón y el neutrón, produciendo de alguna manera la asimetrÃ-a observada actualmente
entre la materia y la antimateria. Las temperaturas aún más bajas condujeron a nuevos cambios de fase, que
rompieron la simetrÃ-a, asÃ- que les dieron su forma actual a las fuerzas fundamentales de la fÃ-sica y a las
partÃ-culas elementales.
• El conocimiento sobre el Cosmos ha cambiado continuamente a lo largo de
la historia. ¿Puedes indicar brevemente los momentos principales y las causas de estos cambios
ideológicos?
El Universo ha sido un misterio hasta hace pocos años, de hecho, todavÃ-a lo es, aunque sabemos muchas
cosas. Desde las explicaciones mitológicas o religiosas del pasado, hasta los actuales medios cientÃ-ficos y
técnicos de que disponen los astrónomos, hay un gran salto cualitativo que se ha desarrollado, sobre todo,
a partir de la segunda mitad del siglo XX.
• El modelo propuesto por Ptolomeo dominó durante toda la Edad Media
¿Cómo era el modelo tolemaico?
Planteó un modelo del Universo muy semejante al de Aristóteles. En el modelo, la Tierra permanece en el
centro mientras los planetas, la Luna y el Sol describen complicadas órbitas alrededor de ella. A Tolomeo le
preocupaba que el modelo funcionara desde el punto de vista matemático, y no tanto que describiera con
precisión el movimiento planetario. Aunque posteriormente se demostró su incorrección, pero pese a esto
fue admitido durante catorce siglos hasta que fueron aceptadas las teorÃ-as de Copérnico.
• ¿Cuál fue la hipótesis planteada en el Renacimiento? ¿En qué se diferencia
esencialmente de la actual?
El universo es el conjunto de todas las cosas que existen (la Tierra, el sol, las estrellas, los planetas y todos los
astros) ordenados y sometidos a las leyes de la naturaleza. Las teorÃ-as cosmológicas más antiguas que
datan del 4000 a. C., dicen que la Tierra era el centro del Universo y que todos los demás cuerpos celestes
giraban alrededor de ella (Sistema Geocéntrico).
El concepto de que la Tierra era el centro del Universo permaneció inamovible hasta 1543, cuando el
astrónomo Nicolás Copérnico propuso un sistema en el que los planetas giraban en órbitas circulares
alrededor del Sol, el cual estaba situado en el centro del Universo (Sistema Heliocéntrico).Con el
perfeccionamiento de los instrumentos de investigación, y el descubrimiento de nuevas Leyes de la FÃ-sica,
las teorÃ-as cosmológicas fueron evolucionando hasta la del Universo en Expansión, formado por galaxias,
nebulosas, cúmulos estelares, estrellas, planetas, etc.
EXPLICACIONES CIENTIFICAS
EXPLICACIONES RELIGIOSAS
Las explicaciones cientÃ-ficas se basan en el
Lo que proclaman las explicaciones religiosas tienen
desarrollo del método cientÃ-fico y se caracterizan como caracterÃ-sticas comunes el ser:
por ser:
• Dogmáticas: lo que proclaman no se puede
negar ni discutir.
9
• Inciertas: las hipótesis cientÃ-ficas deben ser
confirmadas por la experimentación.
• Provisorias: van cambiando con el tiempo.
• Permanentes: no varÃ-an con el tiempo.
• Absolutas: son aceptadas incondicional−
mente por los creyentes, por su fe.
• Relativas: son válidas para los que sostienen
esa hipótesis.
• Explica brevemente la estructura del Universo según el modelo aceptado
actualmente.
El universo se compone de miles de millones de Galaxias una de las cuales es la VÃ-a Láctea. Se intenta
atribuir un modelo geométrico al Universo, el cual responda a las leyes fÃ-sica y matemáticas
establecidas. No se ha definido el centro del Universo, ya que no se ha determinado su forma.
• ¿Cómo dedujo Hubble que el Universo se estaba expandiendo? ¿Qué
significa que el universo se expande? ¿Qué relación existe entre el
descubrimiento de la expansión del Universo y el modelo del Big Bang?
En 1929 Hubble comparó las distancias que habÃ-a calculado para diferentes galaxias con los
desplazamientos hacia el rojo fijados por Slipher para las mismas galaxias. Descubrió que cuanto más lejos
estaba la galaxia, más alta era su velocidad de recesión. A esta relación se la conoce como la ley de los
desplazamientos hacia el rojo o ley de Hubble; determina que la velocidad de una galaxia es proporcional a su
distancia. La relación entre la velocidad de recesión de una galaxia y su distancia es la constante de Hubble.
El valor de esta constante se calcula que está entre los 50 y los 100 km/s por megaparsec (1 megaparsec
equivale a 1 millón de parsecs), aunque los datos más recientes apuntan a un valor comprendido entre los
60 y 70 km/s por megaparsec.
Como parece que las galaxias retroceden en todas direcciones desde la VÃ-a Láctea, se podrÃ-a pensar que
nuestra galaxia es el centro del Universo. Sin embargo, esto no es asÃ-. Imaginemos un globo con puntos
uniformemente separados. Al inflar el globo, un observador en un punto de su superficie verÃ-a cómo todos
los demás puntos se alejan de él, igual que los observadores ven a todas las galaxias retroceder desde la
VÃ-a Láctea. La analogÃ-a también nos proporciona una explicación sencilla de la ley de Hubble: el
Universo se expande como un globo.
Si los componentes del Universo se están separando, esto significa que en el pasado estaban más cerca, y
retrocediendo lo suficiente en el tiempo se llega a la conclusión de que todo salió de un único punto
matemático (lo que se denomina una singularidad), en una bola de fuego conocida como Gran Explosión o
Big Bang. El descubrimiento en la década de 1960 de la radiación de fondo cósmica, interpretada como
un eco del Big Bang, fue considerado una confirmación de esta idea y una prueba de que el Universo tuvo un
origen.
• Explica la formación del Sistema Solar según la teorÃ-a planetesimal.
Teniendo en cuenta la misma, ¿se puede esperar la existencia de otros
sistemas planetarios en el Universo?
10
Las teorÃ-as actuales conectan la formación del Sistema Solar con la formación del Sol, ocurrida hace unos
4.700 millones de años. La fragmentación y el colapso gravitacional de una nube interestelar de gas y
polvo, provocada quizá por las explosiones de una supernova cercana, puede haber conducido a la
formación de una nebulosa solar primordial. El Sol se habrÃ-a formado entonces en la región central, más
densa. La temperatura es tan alta cerca del Sol que incluso los silicatos, relativamente densos, tienen dificultad
para formarse allÃ-. Este fenómeno puede explicar la presencia cercana al Sol de un planeta como Mercurio,
que tiene una envoltura de silicatos pequeña y un núcleo de hierro denso mayor de lo usual. (Es más
fácil para el polvo y vapor de hierro aglutinarse cerca de la región central de una nebulosa solar que para
los silicatos más ligeros.) A grandes distancias del centro de la nebulosa solar, los gases se condensan en
sólidos como los que se encuentran hoy en la parte externa de Júpiter.
La evidencia de una posible explosión de supernova de formación previa aparece en forma de trazas de
isótopos anómalos en las pequeñas inclusiones de algunos meteoritos. Esta asociación de la formación
de planetas con la formación de estrellas sugiere que miles de millones de otras estrellas de nuestra galaxia
también pueden tener planetas. La abundancia de estrellas múltiples y binarias, asÃ- como de grandes
sistemas de satélites alrededor de Júpiter y Saturno, atestiguan la tendencia del colapso de la nube de gas,
fragmentándose en sistemas de cuerpos múltiples.
• ¿Cómo se formaron los planetas del Sistema Solar? Cita los planetas
exteriores e interiores del Sistema Solar, e indica algunas caracterÃ-sticas que los diferencian. ¿Por qué
los llamados planetas interiores son rocosos, mientras los exteriores son planetas gaseosos y lÃ-quidos?
Cerca de una estrella joven, el material más ligero del disco (fundamentalmente hidrógeno y helio
gaseosos) sale despedido debido al calor de la estrella. El material que queda está compuesto por miles de
millones de pequeños granos de polvo que colisionan y se agrupan formando partÃ-culas mayores. Cuando
la estrella empieza a brillar (convirtiendo hidrógeno en helio por fusión nuclear en su interior), las
partÃ-culas de materia pueden tener unos cuantos milÃ-metros de tamaño, y se empiezan a concentrar en un
disco más fino alrededor de la estrella. El proceso de acreción la acumulación de partÃ-culas que se van
quedando `pegadas' avanza hasta que los granos de polvo originales se han convertido en pedazos de roca de
aproximadamente 1 km de anchura, similares a los numerosos asteroides que orbitan en la actualidad en torno
al Sol entre las órbitas de Marte y Júpiter.Cuando los pedazos de roca alcanzan este tamaño, empiezan a
atraerse entre sÃ- por gravedad de forma significativa, lo que los reúne en grupos que orbitan juntos
alrededor de la estrella, chocando ocasionalmente entre sÃ-. La gravedad agrupa más y más los pedazos, y
los trozos más grandes (los que ejercen una mayor atracción gravitatoria) atraen cada vez más material, y
crecen convirtiéndose en planetas y lunas.
En la actualidad se conocen ocho planetas principales. Normalmente se dividen en dos grupos: los planetas
interiores (Mercurio, Venus, Tierra y Marte) y los planetas exteriores (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno ).
Los interiores son pequeños y se componen sobre todo de roca y hierro. Los exteriores son mayores y se
componen, principalmente, de hidrógeno, hielo y helio.
Mercurio es muy denso, en apariencia debido a su gran núcleo compuesto de hierro. Con una atmósfera
tenue, Mercurio tiene una superficie marcada por impactos de asteroides. Venus tiene una atmósfera de
dióxido de carbono (CO2) 90 veces más densa que la de la Tierra; esto causa un efecto invernadero que
hace que la atmósfera venusiana conserve mucho el calor. La temperatura de su superficie es la más alta de
todos los planetas: unos 477 °C. La Tierra es el único planeta con agua lÃ-quida abundante y con vida.
Existen sólidas pruebas de que Marte tuvo, en algún momento, agua en su superficie, pero ahora su
atmósfera de dióxido de carbono es tan delgada que el planeta es seco y frÃ-o, con capas polares de
dióxido de carbono sólido o nieve carbónica. Júpiter es el mayor de los planetas y el que más
satélites conocidos tiene orbitando a su alrededor. Su atmósfera de hidrógeno y helio contiene nubes de
color pastel y su inmensa magnetosfera, sus anillos y sus satélites, lo convierten en un sistema planetario en
11
sÃ- mismo. Saturno rivaliza con Júpiter, con una estructura de anillos más complicada y con un gran
número de satélites, entre los que se encuentra Titán, con una densa atmósfera. Urano y Neptuno tienen
poco hidrógeno en comparación con los dos gigantes; Urano, también con una serie de anillos a su
alrededor, se distingue porque su eje de rotación forma un ángulo de 8° con el plano de su órbita.
(Los interiores son rocosos por incidencia del sol que es mayor que la de los exteriores).
• ¿Cuándo y cómo se formaron los asteroides de los que proceden la
mayorÃ-a de los meteoritos que impactan en la Tierra?
Una de las teorÃ-as que mantienen algunos cientÃ-ficos es que los asteroides sean los restos de un planeta
que resultó destruido. La gran mayorÃ-a opta por la teorÃ-a que mantiene que los asteroides ocupan un
lugar en el Sistema Solar donde se podrÃ-a haber formado un planeta de tamaño considerable, lo que no
ocurrió por las influencias disruptivas de Júpiter. Quizá en un principio existieran unas pocas docenas de
asteroides que posteriormente se fragmentaron por colisiones mutuas hasta producir el número actual.
• ¿Por qué ya no se denomina a Plutón el noveno planeta del Sistema Solar?
¿Qué tipo de objeto es considerado? Por otra parte, si se descubriera en el
Cinturón de Kuiper un cuerpo celeste del tamaño de Marte, ¿deberÃ-a
Considerarse un planeta? Justifica tu respuesta.
Porque Plutón es mucho más pequeño que la Tierra (12.750 kilómetros) pero también que la Luna
terrestre (3.480 kilómetros). Otro argumento en contra de Plutón es la forma poco ortodoxa de su órbita,
cuya inclinación no es paralela a la de la Tierra y a los otros siete planetas del Sistema Solar y otras de las
razones es porque tiene que reunir tres categorÃ-as para que se considere un planeta:
Primera categorÃ-a: "Un planeta es un cuerpo celeste que está en órbita alrededor del Sol, que tiene
suficiente masa para tener gravedad propia para superar las fuerzas rÃ-gidas de un cuerpo de manera que
asuma una forma equilibrada hidrostática, es decir, redonda, y que ha despejado las inmediaciones de su
órbita".
Segunda categorÃ-a: "Un planeta enano es un cuerpo celeste que está en órbita alrededor del Sol, que
tiene suficiente masa para tener gravedad propia para superar las fuerzas rÃ-gidas de un cuerpo de manera que
asuma una forma equilibrada hidrostática, es decir, redonda; que no ha despejado las inmediaciones de su
órbita y que no es un satélite."
Tercera categorÃ-a: "Todos los demás objetos que orbitan alrededor del Sol son considerados
colectivamente como 'cuerpos pequeños del Sistema Solar'".
Por estas razones no es considerado planeta y pasa a la categorÃ-a de planeta enano.
Si se encontrase un cuerpo de mayor tamaño que Plutón, puede que, en su origen Plutón tal vez pudo
haber sido un planeta "normal" como puedan serlo Urano o Neptuno.
• Explica las pruebas que apoyan la hipótesis de formación de la Luna a
partir del impacto de un objeto contra la Tierra primitiva.
12
La Luna no se formó, como los demás mundos sólidos, como consecuencia de la acreción de materiales
en un Sistema Solar, sino a causa del gigantesco impacto de un cuerpo del tamaño del planeta Marte contra
la Tierra en plena formación y que aún no habÃ-a terminado el proceso que la llevarÃ-a a convertirse en un
cuerpo sólido. Dicho impacto, serÃ-a responsable del último 10% de materia que forma nuestro propio
mundo. Por esa razón, conocer con exactitud la edad de la Luna serÃ-a la mejor manera de saber, el
momento exacto de formación de la Tierra
• La superficie de la Luna está llena de cráteres producidos por impactos
meteorÃ-ticos, mientras que en la Tierra son poco frecuentes. ¿Cuál puede ser la causa?
Porque cuando un meteorito entra en contacto con la atmosfera de la Tierra, se desintegra.
• Por el momento no se conoce la existencia de Vida en otros puntos del
Sistema Solar. Se dice que la Tierra ocupa una posición privilegiada para ello. ¿Puedes explicar por
qué?
Es una posición privilegiada porque se encuentra a una distancia del Sol suficiente para que no haya una
temperatura demasiado alta ni demasiada baja para que sea posible la vida. Pero hay otro hecho que es
determinante para que haya vida en la Tierra, la inclinación del eje de la Tierra (66 grados, 33 minutos). Esta
inclinación y la distancia del Sol, asÃ- como el movimiento de rotación y traslación hacen posible la vida
en nuestro planeta.
EJERCICIOS
SOBRE EL UNIVERSO Y EL SISTEMA SOLAR
13