Tema 6. Astronomía, el sistema solar..

PRIMERO. T-6. El Universo. Curso 2015-16
IES Santiago Grisolía. Prof.: Luis P. Ortega y José L. Fernández.
Tema 6. LA TIERRA, EL SISTEMA SOLAR
Y EL UNIVERSO.
CONCEPTOS BÁSICOS.
La Tierra no es más que una minúscula mota de polvo en la inmensidad del Universo.
Tendrás que saber como funciona el sistema Tierra-Luna , qué planetas nos acompañan y
cuáles son sus características; qué es una estrella y qué una galaxia.
Dejaremos en su lugar a los vendedores de humo (astrólogos).
Visto desde aquí el cielo es un espectáculo que se representa cada noche… y es GRATIS.
CONTENIDOS:
1.
La Tierra.
2.
Modelos del Sistema solar y el Universo
3.
La Luna.
4.
Una estrella (el Sol).
5.
Los planetas (El sistema solar).
6.
Otros objetos del sistema solar.
7.
Las Galaxias.
8.
Cómo localizar una estrella: las constelaciones.
Planeta: planet
Estrella: star
Satélite: satellite
Galaxia: Galaxy
Eclipse: eclipse
There are 8 planets traveling in elliptical orbits around the Sun
The Sun is a yellow star located in Milky Way galaxy.
Europa is a satellite of Jupiter and a continent on Earth
Andromeda is the biggest galaxy next to Milky Way.
solar eclipse take place when the Moon passes between the Earth and
the Sun.
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IES Santiago Grisolía. Prof.: Luis P. Ortega y José L. Fernández.
0. Introducción.
Si levantas la vista al cielo en una noche despejada puede que tengas la fortuna de ver
la mayoría de los objetos:
o
La Luna: nuestro satélite.
o
Estrellas.
o
Algún planeta, aunque probablemente no sepas distinguirlo pues "parece" una
estrella más.
o
Estrellas fugaces: estelas luminosas y rápidas que atraviesan el cielo a gran
velocidad y duran apenas un instante. En realidad se trata de pequeños granos
de roca que atraviesan nuestra atmósfera. Algo así como una mancha en
nuestras gafas cuando miramos el paisaje.
o
Cometas: con aspecto de borrón con cola (no te molestes en intentar verlos, si
en estas fechas se viera alguno nos darían la noticia en el telediario).
o
Galaxias: hay que saber dónde mirar para intuir alguna, se ven como "estrellas
borrosas".
o
Y si es de día, lógicamente, verás el Sol, la estrella alrededor de la que gira la
Tierra.
En la antigüedad no existía la contaminación lumínica. Hoy hay ciudades donde se
lleva a los niños a ver las estrellas porque algunos no han visto nunca un cielo
estrellado.
La distancia a las estrellas es tal que su posición en el cielo no varía con el tiempo, sin
embargo otros puntos en el cielo se mueven respecto a este fondo (planeta significa
“errante”) y algunos se mueven muy deprisa como los cometas.
Todos estos objetos forman parte del Universo, tienen tamaños, composición y
propiedades conocidas. De algunos de ellos vamos a hablar en este tema.
Sin embargo también habrás oído hablar de las Constelaciones. Éstas no son más que
figuras imaginadas por el hombre utilizando las estrellas como puntos luminosos al
modo en que se hace en los pasatiempos. No son objetos ni tienen propiedades, pero
tienen una utilidad de la que también hablaremos.
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1. LaTierra.
La Tierra es un planeta: cuerpo celeste de gran
tamaño que órbita (da vueltas) alrededor de una
estrella, en nuestro caso alrededor del Sol.
Tiene forma de esfera achatada por los polos.
Datos de interés:
Radio medio : 6370 km.
Perímetro aproximado: 40.000 km.
Distancia media al Sol : 150.000.000 km.
Distancia media a la Luna: 380.000 km.
Periodo de rotación 24 horas.
Periodo de traslación: 365 días, 6 horas. Los océanos cubren aproximadamente el 71%
de su superficie.
La profundidad media de los océanos es de 4 km., es decir, apenas una fina
lámina de agua sobre el fondo sólido.
La traslación de la Tierra alrededor del Sol describe una órbita ligeramente elíptica de
modo que en ocasiones estamos más cerca y otras más lejos, pero esto no tiene que ver
con el verano y el invierno. La razón de las estaciones es otra. Se debe a la inclinación
del eje de rotación que es de unos 23º y apunta siempre en la misma dirección.1
El verano en el hemisferio norte se produce cuando el eje está inclinado hacia el Sol
(visto desde el norte) y los rayos solares inciden muy perpendiculares y los días son
largos, por contra en invierno los rayos solares vienen muy inclinados y los días son
cortos.
La estaciones tienen que ver con el eje de rotación. Video
2. Modelos del Sistema solar y el Universo.
Las ideas más antiguas sobre el Universo suponían una Tierra plana con una cúpula
sobre la que se movían el resto de los objetos que podían verse: Luna, Sol, estrellas,
planetas…
Fue Eratóstenes (griego que vivía en Alejandría) uno de los primeros en asumir que la
Tierra era una esfera y medir el radio de la misma. En el solsticio de verano (21 de
junio) un obelisco situado en Alejandría producía sombra sobre el suelo, mientras que
en Asuán, más al sur, ese mismo día un obelisco no produce sombra. La explicación es
que la superficie del planeta es curva (esférica).
1
Realmente el eje gira como lo hace una peonza cuando empieza a perder fuerza y el eje va apuntando en diferentes
direcciones, solo que la Tierra tarda uno 27000 años en hacer esa vuelta de su eje. Así, como nuestra vida es un poco más corta
que eso podemos considerar que el eje “siempre” apuntará en la misma dirección.
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Ptolomeo (griego, siglo II). Propuso un modelo geocéntrico, con la Tierra en el centro
del Universo y los demás astros girando a su alrededor.
En tiempos de Cristóbal Colón la
mayoría de la población seguía
pensando que el planeta era plano.
Juan Sebastián Elcano terminó la
primera vuelta al mundo en 1522.
Nicolás Copérnico (polaco) propuso
en 1543 la idea de que el universo
conocido era heliocéntrico. Es decir,
el sol está en el Centro y los planetas
dan vueltas alrededor de él.
Galileo Galilei (italiano) en 1610 lo
confirmó, aunque la Inquisición le
hizo retractarse y lo mantuvieron de por vida bajo arresto domiciliario.
El descubrimiento del tamaño real del Universo, donde el Sol es sólo una estrella
corriente en el borde de una galaxia y que existen miles de millones de galaxias es un
descubrimiento del siglo XX.
Aceptar estas ideas no fue tan fácil, ni mucho menos intuitivo. Y si dijeramos que la
Tierra se desplaza a 30 km/s alrededor del Sol, o que un habitante del ecuador gira a
1700 km/h según la Tierra gira sobre si misma ¿admitirías fácilmente el modelo
heliocéntrico o te reirías?
La teoría más aceptada hoy es que el Universo que observamos se formó hace unos
14500 millones de años a partir de un fenómeno conocido como Big Bang y que hace
que las galaxias se alejen unas de otras.
El sistema solar se formó mucho después, hace unos 4500 millones de años y dio lugar
a una serie de planetas que giran alrededor de una estrella central, el Sol. Algunos
planetas tienen otros cuerpos menores que giran alrededor de ellos y a los que
conocemos como satélites.
Veamos el Sistema solar un poco más en detalle.
3. La Luna.
Un satélite es un cuerpo celeste que orbita (da vueltas) alrededor de un planeta.
Nuestro planeta sólo tiene una satélite: la Luna.
Características:
o
distancia a la Tierra: 380.000 km
o
Radio: 1.738 km.
o
Periodo de rotación: 28 días y 8 horas
o
Periodo de traslación: 28 días y 8 horas.
o
Fuerza de la gravedad : el 16% de la de la
Tierra, es decir, una sexta parte (1/6).
o
Sin atmósfera, luego no hay erosión.
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o
Su superficie está cubierta de cráteres por el impacto de meteoritos (asteroides
que cayeron sobre su superficie en el pasado).
o
Las superficies más planas se denominan "mares", pero, por supuesto, no hay
agua en ellos.Debido a que su periodo de rotación y traslación son iguales
siempre vemos la misma cara de la Luna. Llamamos cara oculta a aquella
parte de la Luna que nunca se ve desde la Tierra.
Este giro es el que produce las diferentes
fases: Luna nueva (no se ve pues se
encuentra entre el Sol y nosotros),
Creciente (va aumentando de tamaño),
Luna llena (toda la cara visible
iluminada), Menguante (va disminuyendo
la superficie iluminada).
Cuando la Luna se interpone entre el Sol y
la Tierra se produce un eclipse de Sol y
cuando es la Tierra la que se coloca entre
el Sol y la Luna nuestra sombra la
oscurece y decimos que hay un eclipse de
Luna.
Los relieves de la Luna tienen nombres de
científicos, filósofos, u otros que han
inspirado la imaginación de los
astrónomos, algunos ejemplos son:
o
Cráter Arquímedes ("Archimedes").
o
Cráter Eratóstenes (Eratosthenes").
o
Cráter Copérnico ("Cppernicus).
o
Cráter Ptolomeo ("Ptolomaeus").
o
Cráter Platón ("Plato").
o
Mar de la Serenidad ("Mare Serenitatis").
o
Mar de la Tranquilidad (Mare Tranquillitatis").
Como veremos luego, otros planetas tienen más de un satélite y algunos no tienen.
Mira este video sobre eclipses
4. Una estrella (el Sol).
Las estrellas son enormes masas gaseosas incandescentes porque en su interior tienen
lugar reacciones nucleares de fusión que generan una enorme cantidad de energía.
Los tamaños son muy variables y el color y temperatura de su superficie también. El
Sol es una estrella de tamaño intermedio-pequeño y de color amarillo-anaranjado.2
2
Observa el cielo desde un lugar lo más oscuro posible y te darás cuenta que no todas las estrellas tienen el mismo color. Esto
se ve aun más claro cuando se hace una fotografía del cielo y luego la observamos.
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Características del sol:
o
Radio: 700.000 km, o bien 1.400.000 km de diámetro.
o
Temperatura en la superficie: 5.500 ºC.
o
Masa: 300.000 veces la de la Tierra.
o
Composición: 75% hidrógeno, 23% helio, 2% otros.
o
Color: amarillo-anaranjado.
o
En su interior cabrían 1.300.000 planetas como la Tierra.
Compara el tamaño del Sol con el de otras estrellas:
Puedes ver el Sol en la imagen de la izquierda. Comparada con Arturo (una estrella
gigante roja). Ahora echa un vistazo a la derecha y compara Antares con Arturo y con
el Sol. Tan orgullosos estamos de nuestro Sol y ... mira que ridículamente pequeño es.
¿Cómo crees que es la Tierra comparada
con el Sol?
Vamos a verlo
.
5. Los planetas (El sistema solar).
El Sistema Solar consta de 8 planetas que
giran alrededor del Sol.
Por orden desde el Sol.
o
Mercurio
o
Venus
o
Tierra
o
Marte
o
Júpiter
o
Saturno
o
Urano
o
Neptuno.
Los ocho pueden dividirse en dos
grandes grupos:
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1. Planetas rocosos, pequeños e interiores: son los cuatro primeros de la lista y se
encuentran cerca del Sol. La superficie es sólida (rocosa), es decir, podrías caminar
por ella.
2. Planetas Gaseosos, gigantes y exteriores: son los otros cuatro. Su superficie es una
espesa atmósfera bajo la cual encontraríamos una masa líquida de sustancias como
Hidrógeno líquido (observa que líquido NO quiere decir AGUA).
Para comparar los planetas observa la Tabla. (DATOS REDONDEADOS PARA FACILITAR
SU COMPRENSIÓN).
MERCURIO
diámetro: 5.000 km
distancia al sol: 58.000.000
traslación: 3 meses
satélites: 0
VENUS
diámetro: 12.100 km
distancia al sol: 108.000.000
traslación 7 meses y medio
satélites: 0
TIERRA
diametro: 12.742 km
Dist al sol: 150.000.000 km
traslación: 1 año
satélites: 1
MARTE
diámetro: 6.800 km
Dist al sol: 225.000.000 km
traslación: 2 años
satélites: 2
JÚPITER
diámetro:142.000 km
dist al sol: 780.000.000 km
traslación: 12 años
satéls: 4 grandes + 58 peq
anillo: tenue
SATURNO
diámetro: 120.000 km
dist al sol: 1.400.000.000
traslación: 30 años
satélites: 7 grandes + 58 peq
anillo: muy visible
URANO
diámetro: 51.000 km
dist al sol: 2.900.000.000 km
traslación: 84 años
satélites: 4 grandes + 22 peq
anillo: tenue
NEPTUNO
diámetro: 50.000 km
dist al sol: 4.500.000.000 km
traslación: 164 año
satélites: 1 grande + 15 peq
anillo: tenue
Algunos de estos planetas son visibles a simple vista desde la Tierra: Venus, Marte,
Júpiter y Saturno (Mercurio es más difícil porque está cerca del Sol y sólo puede verse
en ocasiones al amanecer o atardecer)
Parecen estrellas pero se diferencian de ellas en que, mientras las estrellas ocupan
siempre posiciones fijas unas respecto a otras, es decir, forman "dibujos fijos" en el
cielo que son fácilmente reconocibles, los planetas se mueven sobre este fondo. Un
segundo detalle es que mientras la estrellas titilan (cambios aparentes de color muy
rápidos), los planetas no lo hacen.
Ejercicio: Transforma todas las medidas del sistema solar a una escala 1:1.000.000.000 Es
decir, divide el valor real por este número y luego cambia las unidades a m, por ejemplo) De
este modo por ejemplo, el diámetro de la Tierra es de 12.742 km a esa escala queda reducido a
0,0127 m, o lo que es lo mismo 12,7 mm (una bolita de poco más de 1'2 cm de diámetro, una
canica).
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Ejercicio: utilizando el mismo procedimiento anterior elabora a escala los distintos planetas
del sistema solar. Las pequeñas realízalas con papel aluminio, las mayores pueden estar
rellenas de papel de periódico y envuelta en papel aluminio. ¿Qué tamaño tendría el Sol? ¿A
qué distancia tendrías que colocar la Tierra?
6. Otros objetos del Sistema Solar.
.
Entre la órbita entre Marte y Júpiter existe un anillo de asteroides (rocas de diferente
tamaño desde milímetros hasta algunos kilómetros de diámetro.
Los cometas son los cuerpos formados por rocas e hielo que tiene una órbita muy
excéntrica (es decir, unas veces se encuentra muy cerca del sol y otras muy lejos).
Cuando se acercan al Sol parte de su materia se desprende y forma una cola muy
visible en algunos casos.
7. Las galaxias.
Las estrellas que observamos en el cielo se ven como puntos porque están muy lejos.
La estrella más brillante del cielo se llama Sirio, se encuentra a 8,5 años-luz; es decir,
aproximadamente 80 billones de km. (La luz tarda 8 años y medio en llegar aquí
viajando a 300000 km/s. La distancia entre las estrellas es inmensa. Calcula le valor en
km que recorre la luz en un año.
Si has resuelto el ejercicio anterior puedes hacerte una idea si consideras que Neptuno
estará a 4,5 km y la estrella más cercana estaría a 40.000 km (unas 10000 veces más
lejos).
Las estrellas se agrupan en galaxias.
Nuestra galaxia se llama Vía Láctea y está compuesta por 100.000.000.000 estrellas.
Todas las estrellas que puedes ver en el cielo son de nuestra galaxia. Como nuestra
galaxia tiene forma de plato y nosotros
vivimos dentro podemos ver una franja
blanquecina en el cielo que es nuestra galaxia
vista desde dentro. Si miras con unos
prismáticos hacia esa franja blanquecina te
darás cuenta que está formada por miles y
miles de estrellas.
¿Se ve algo de fuera de nuestra Galaxia?
Bueno,... desde donde nosotros vivimos
podemos ver con unos prismáticos algunos
"borrones" en el cielo. La que mejor se ve es
la galaxia de Andrómeda, conocida también
como M31 que está situada a 2.000.000 de
años luz. Es decir, la estás viendo tal como
era hace ese tiempo, EN DIRECTO. En
realidad esto no es tan sorprendente, cuando
miras a Júpiter lo estás viendo tal y como era hace 41 minutos.
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Se calcula que en el universo hay unos 100.000.000.000 de galaxias, cada una con unas
100.000.000.000 estrellas. Y surge la pregunta ¿estamos solos?
8.Cómo localizar una estrella: las constelaciones.
Las estrellas se mantienen en una
posición aparentemente fija, es
decir, mantienen su posición
relativa respecto a las demás.
Cada estrella tiene un nombre.
Para facilitar su localización el
cielo se divide en sectores que se
inventaron imaginando dibujos y
dándoles nombre de personajes
mitológicos, animales u objetos.
(Orion, Dragón, Leo, Osa mayor,
Lira, etc.).
De este modo si decimos que la
estrella Betelgausse está en la
constelación de Orión resulta más
fácil de encontrar, al igual que
decir que Tarancón está en la
provincia de Cuenca facilita su localización en el mapa. ¿la provincia de Cuenca
tiene unos límites que la distinguen de otra o es un invento? ¿si vas en el coche o
andando y cruzas el límite se nota el cambio de provincia o necesitas un cartel?
Las estrellas de una constelación no tienen relación física entre si, tan solo forman un
dibujo en nuestra imaginación.
Las constelaciones que quedan detrás del Sol en su movimiento aparente a lo largo
del año se denominan las constelaciones del Zodíaco.
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Compara estas dos imágenes. A la izquierda una fotografía de una zona del cielo, a
la derecha alguien imaginó una figura de un gigante que se defiende con un escudo
y levanta un brazo de forma amenazadora. Su cintura formada por tres estrellas. Le
pusieron el nombre de Orión (un gigante mitológico). La estrella roja de su hombro
es Betelgausse, una de las mayores estrella conocidas de nuestra galaxia. Búscala en
las imágenes del principio del tema y compárala con el Sol.
Las estrellas brillan más cuanto más cerca y cuanto más grandes. Observa el
siguiente cuadro de las estrellas más brillantes del cielo:
nombre
En la constelación D i s t a n c i a e n C o l o
de...
años-luz
(temperatura)
SIRIO
CAN MAYOR
8,6
blanco-azulada
ARTURO
BOYERO
36,7
anaranjada
VEGA
LIRA
25,3
blanca
CAPELLA
AURIGA
42,1
amarilla
RIGEL
ORION
900
blanco-azulada
BETELGAUSS
ORION
E
450
roja
r
Si puedes ver Betelgausse en el cielo la estás viendo tal y como era hace 450 años. La
luz salió de allí en 1563, lo mismo que tarda nuestra luz en llegar hasta ellos. Si
"alguien" allí estuviera mirando hacia la Tierra en estos momentos con un
potentísimo telescopio podría ver, en directo, como se construye el Escorial y a Felipe
II dándose un paseo para ver como van las obras.
El cielo es un espectáculo impresionante, y gratis. Levanta la mirada y alucina.
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Ejercicios:
1º ¿Cuál es el diámetro y el perímetro de la Tierra?
2º ¿Cuál es el periodo de rotación y el de traslación de la Tierra? ¿Por qué hay años bisiestos?
3º Explica cómo sabemos que la Tierra es una esfera.
4º ¿Qué dijeron Eratóstenes, Ptolomeo, Copérnico y Galileo?
5º ¿Qué edad estimamos que tiene el Universo conocido?
6º ¿Qué diferencia hay entre un planeta y un satélite?
7º ¿Por qué no vemos nunca la cara oculta de la Luna?
8ª ¿La cara Oculta de la Luna recibe la luz del sol?
9º ¿Por qué los cráteres de la Luna que se formaron hace 3000 millones de años siguen allí sin
erosionarse?
10º ¿Cuál es el orden de los planetas del Sistema solar?
11º Ordena los planetas por tamaños de mayor a menor.
12º ¿Qué planetas son rocosos y cuales son gaseosos?
13º ¿Cuanto tardan cada uno de los planetas en girar alrededor del sol.
14º ¿Qué es una galaxia?, ¿cuántas estrellas tiene?
15º ¿Qué es una constelación?
16º ¿Qué color tienen las estrellas? ¿son todas iguales?
17º ¿Qué es un cometa?
18º Da una explicación al hecho de que cuando en España es verano sea invierno en
Argentina.
19º Sabiendo que la Tierra tarda 365,25 dias en dar una vuelta al Sol; la longitud de un círculo
es 2⎍r y que r vale 150.000.000 km, calcula la velocidad a la que viajamos alrededor del Sol
en km/s.
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