Unidad muestra

El sistema solar y el
universo
¿En qué lugar del universo vivimos?
178
Tema
Universo
9
Características
del universo............. 181
Tema
10
El sistema solar,
la Tierra y la Luna.... 200
• Establezco relaciones entre las características
macroscópicas y microscópicas de la materia
y las propiedades físicas y químicas de las
sustancias que la constituyen.
• Evalúo el potencial de los recursos naturales,
la forma como se han utilizado en desarrollos
tecnológicos y las consecuencias de la acción
del ser humano sobre ellos.
179
Nuestro maravilloso planeta
Existen muchas formas de mirar y admirar
nuestro planeta. Desde el fondo del mar, por
ejemplo, aunque puede parecer oscuro y desconocido, o desde las entrañas de un bosque o
una selva, donde apenas entrevemos y sentimos
los rayos solares. Pero existe una alternativa
que cada día resulta más útil para descubrir y
analizar lo que ocurre en la Tierra: es la mirada
desde el espacio. Así es, la tecnología satelital y
de observación terrestre han puesto a nuestro
alcance imágenes satelitales que muestran
tanto la belleza del planeta como algunos problemas ambientales como la deforestación, el
retroceso de los glaciares, la agricultura intensiva, la contaminación, la erosión, etc.
La Hipótesis Gaia es una teoría científica
que, en esencia, dice que toda la biosfera del
planeta puede considerarse como un único
superorganismo vivo y autorregulado, en el
que todas sus partes se relacionan entre sí
e influyen las unas en las otras. El siguiente
calendario nos recuerda cómo podemos colaborar a lo largo del año al cuidado del planeta,
que es la protección de la vida. Cada fecha
es una invitación a ahorrar energía y agua, a
contribuir inteligentemente por el ambiente,
a mantener limpio nuestro entorno, a proteger las especies, etc. Algunos de esos días
no tienen una fecha específica, pero sí se
celebran en el mes indicado.
Calendario del Desarrollo Sostenible
Enero
30 Día mundial de la no violencia
Febrero
2 Día Internacional de los
Humedales
Abril
7 Día Mundial de la Salud
22 Día Mundial de la Tierra
Día de la Conservación del
Suelo
11 Día Mundial de la Población
Octubre
16 Día Mundial de la Alimentación
17 Día Internacional para la
Erradicación de la Pobreza
24 Día Mundial de Información
sobre el Desarrollo
Día Mundial del Hábitat
Día Internacional para la
Reducción de los Desastres
Naturales
180
9 Día
21 Día
22 Día
3l Día
Mayo
5 Día Mundial del Medio Ambiente
8 Día Mundial del Océano
17 Día Mundial de Lucha contra la
Desertificación y la Sequía
Agosto
Internacional de las Aves
Forestal Mundial
Mundial del Agua
Meteorológico Mundial
Junio
4 Día Internacional del
Combatiente Forestal
31 Día Mundial sin Tabaco
Julio
Marzo
Septiembre
Día de la Paz
Día Internacional de las
Poblaciones Indígenas
16 Día Internacional de la
Protección de la Capa de Ozono
Día Marítimo Mundial
Noviembre
Diciembre
Día Internacional de la Paz
6 Día Internacional para la
Prevención de la Explotación
del Medio Ambiente durante
Guerras y Conflictos Armados
29 Día Internacional de la
Biodiversidad
Reflexiona
1. Si pudieras crear un día para proteger alguna
especie, ¿cuál escogerías y porqué?
2. ¿Cuáles de las ideas mencionadas en la lectura
te resultan más interesantes?
Te m a
Características
del universo
Competencias
Comprensión de
información
• Identifico, interpreto y
explico las teorías más
importantes acerca del
origen del universo.
• Explico las diferentes
organizaciones materiales
que constituyen el
universo.
Indagación y
experimentación
• Indago en diferentes
medios de información
visual acerca de los
componentes del
universo.
Promoción de
compromisos
personales y sociales
• Valoro el aporte de la
ciencia al conocimiento
del universo.
• Promuevo una actitud
positiva y de respeto
por el trabajo de los
astrónomos.
Resuelve los siguientes ejercicios en tu cuaderno de actividades:
1. Elabora un dibujo sobre el universo.
2. ¿Qué importancia crees que tiene el conocimiento del
origen y la evolución del universo?
3. ¿Qué crees que son las galaxias y cómo están constituidas?
4. ¿Qué sabes de las estrellas?
5. Comparte tus conocimientos sobre los viajes espaciales,
satélites artificiales y los observatorios astronómicos.
Descríbelos brevemente.
Manejo conocimientos propios
de las ciencias naturales
• Describo el proceso de formación y extinción de estrellas.
• Indago sobre los adelantos científicos y tecnológicos que
han hecho posible la exploración del universo.
181
Me aproximo al conocimiento como científico(a) natural
• Formulo explicaciones posibles, con base en el conocimiento cotidiano,
teorías y modelos científicos, para contestar preguntas.
Explora
¿Cómo se construye un modelo
de expansión del universo?
¿Cómo proceder?
1 Dibuja en la superficie del globo aros pequeños, puntos,
agrupaciones de puntos y estrellas, dejando unos 2 cm
entre uno y otro.
2 Infla el globo hasta obtener un tamaño mediano. Escribe lo
que observes en los cambios de distancia que se presentan entre los diferentes dibujos.
3 Infla de nuevo el globo hasta obtener un tamaño mayor y
comprueba las nuevas distancias que hay entre los dibujos.
Razona y concluye
1 Imagina que cada punto que dibujaste es una estrella o
una galaxia: ¿qué le ocurre a cada punto cuando inflas el
globo?
2 ¿Cómo varían las distancias entre los puntos a medida que
inflas el globo?
3 Teniendo en cuenta el modelo de universo que has utiliza-
do, formula una hipótesis acerca de la evolución del universo. Comenta tu hipótesis con el resto del grupo, y descríbela brevemente.
Explora algo más
Qué ocurriría si en vez de expandirse, el universo se
contrajera?
182
Materiales
• 1 globo de color negro
o azul oscuro y 1
rotulador blanco
Idea principal
Los científicos intentan explicar el
origen del universo mediante el
estudio de diversas teorías. Las
más aceptadas son la Teoría del
Big Bang y la Teoría de Fred Hoyle
o de la creación continua.
Vocabulario
Universo, 183
Astrónomo, 183
Teoría del Big Bang, 184
Galaxia, 184
Neutrones, 185
Protones, 185
Protogalaxia, 185
Supernova, 185
Universo estacionario, 186
Teorías acerca del origen
del universo
Materia, energía, espacio y tiempo, todo lo que existe, forma
parte del universo. Es, por tanto, un sistema cerrado que contiene energía y materia en un espacio y tiempo, que se rige
fundamentalmente por principios de causa y efecto. Además
de materia intergaláctica, el universo contiene galaxias, cúmulos de galaxias y estructuras de mayor tamaño, llamadas
supercúmulos. A pesar de la avanzada tecnología disponible
en la actualidad, todavía no sabemos con exactitud la magnitud del universo. Sin embargo, se estima que el 90% está
constituido por una masa oscura que no podemos observar,
dentro de la cual hay muchos elementos, entre ellos el hidrógeno como elemento predominante. También se estima que
por cada millón de átomos de hidrógeno existe un número de
átomos de los otros nueve elementos más abundantes del universo. Esa relación se muestra en la tabla 9.1.
Tabla 9.1. Número de átomos de cada elemento en el universo.
Símbolo
Elemento químico
Átomos
H
Hidrógeno
1.000.000
Año luz, 188
He
Helio
Expansión isótropa, 188
O
Oxígeno
690
Vía Láctea, 191
C
Carbono
420
Estrella, 191
N
Nitrógeno
87
Diagrama H-R, 195
Si
Silicio
45
Mg
Magnesio
40
Ne
Neón
37
Fe
Hierro
32
S
Azufre
16
Universo oscilante, 187
Gigante roja, 195
Agujero negro, 196
Nova, 196
Lectoescritura
Elabora un cuadro comparativo
de las teorías sobre el origen del
universo. Utiliza el contenido del
tema y otras fuentes de consulta
como:
www.spitzer.caltech.edu/espanol/
edu/askkids/universe.shtml
www.circuloastronomico.cl/cosmologia/universo.html
63.000
Una de las preguntas que se hace el ser humano desde que
empezó su evolución como Homo sapiens se refiere al origen
del universo. A medida que aumentan sus explicaciones se
van ampliando las teorías, desde las mitológicas y religiosas
del pasado, hasta las basadas en los estudios y avances tecnológicos que disponen los astrónomos y científicos cuya área de
investigación es la astronomía o la astrofísica.
Es así como se reconocen varias teorías, entre ellas las del
Big Bang y la Teoría del Modelo Estacionario, que se describirán
a continuación.
183
Teoría de la Gran Explosión o
del Big Bang (Evolutiva)
1. Hubo un momento en que toda la materia
y energía estuvieron comprimidas en una
densa región del espacio, estado que duró
muy poco porque la masa inicial se disgregó
por una descomunal explosión que lanzó al
espacio la materia y la energía radiante y
desde entonces ha estado expandiéndose.
En 1948, el físico ruso nacionalizado en Estados Unidos, George Gamow, postuló la
teoría sobre el origen del universo, denominada teoría del Big Bang (literalmente Gran
Explosión), según la cual constituye el mo2. De acuerdo con los datos de medición
mento en que de la "nada" emerge toda la
sobre la velocidad de expansión del unimateria, es decir, el origen del universo. Para
verso, y con los deducidos en otros cálculos,
Gamow, este hecho tuvo lugar hace 15 mil
se estima que dicho acontecimiento debió
millones de años, en un momento de “ tiempo
producirse hace 15 mil millones de años.
cero” en el que toda la materia y la energía
3. La masa inicial era indiferenciada y aún no
del universo se hallaban comprimidas en una
estaba constituida en elementos químicos,
grande y densa región del espacio llamada
que se formaron cuando se reunieron en
superátomo o átomo primigenio.
número diferente los protones y los neuLa teoría de Gamow proporciona una base
trones, los cuales adicionaron la cantidad
sólida para comprender los primeros moadecuada de electrones para cada conjunto.
mentos del universo y su posterior evolución.
A causa de su elevadísima densidad,
la materia existente al comienzo del
universo se expandió con rapidez. Al
producirse esta expansión, el helio
y el hidrógeno, formados instantes
después de la explosión, se enfriaron
y se condensaron en galaxias, es
decir, sistemas masivos de estrellas,
polvo interestelar, gases y partículas.
A medida que el universo se expandía, la radiación residual de la
Gran Explosión continuó enfriándose
hasta llegar a una temperatura de
unos 3 ºK (–270 ºC). Vestigios de radiación de este gran estallido fueron
detectados por los radioastrónomos
en 1965, hecho que la mayoría de los
astrónomos consideran la confirmación de la teoría de la Gran Explosión.
A continuación se presentan los
aspectos más sobresalientes de la
Figura 9.1. Representación gráfica de la Gran Explosión.
teoría del Big Bang:
184
4. A partir de la explosión, y durante los
primeros minutos, muchos neutrones
(partículas masivas sin carga eléctrica)
se desintegraron en protones y electrones, de cuya combinación se formó el
hidrógeno. Los protones son partículas
subatómicas con carga eléctrica positiva,
que constituye el núcleo de los átomos
junto con los neutrones, cuyo número,
denominado número atómico, determina
las propiedades químicas del átomo; los
electrones, por su parte, constituyen las
partículas elementales más ligeras que
forman parte de los átomos y contienen
la mínima carga posible de electricidad
negativa.
5. Todos los elementos químicos se formaron
entre los 5 y los 30 minutos siguientes a la
explosión. Durante este período, la velocidad de expansión debió tener un valor
crítico, pues si hubiese sido muy alta, no se
habrían formado grandes grupos de protones y neutrones y el universo actual estaría constituido solamente por elementos
livianos, mientras que si la velocidad de
expansión hubiese sido menor, habrían
tenido tiempo de formarse conjuntos de
protones y neutrones más complejos, por
lo cual el universo actual constaría principalmente de elementos pesados.
6. Durante millones de años la materia y la
energía impelidas por la expansión inicial
se dispersaron a gran velocidad sin permitir la formación de grandes agregados
materiales, ya que la energía radiante era
tal, que rompía y dispersaba todos los
agregados materiales a medida que se
formaban.
7. Aproximadamente 250 millones de años
después de la explosión, la gravitación
pudo afirmarse y una vez que las fuerzas
gravitacionales se hicieron sentir, empezaron a formarse las protogalaxias,
enormes nubes de gas caóticas y oscuras,
a partir de las cuales se formaron las galaxias primitivas y cuyo tamaño es superior al de una galaxia madura.
8. La gran cantidad de energía radiante emitida durante los primeros momentos se
fue enfriando durante la expansión, observándose hoy como radiación de fondo.
La materia se condensó en nubes y polvo
y posteriormente en galaxias.
9. La evolución de una protogalaxia hacia
una verdadera galaxia implica la formación de estrellas, sistemas de estrellas y,
por consiguiente, su organización sistemática y la acumulación de luz y calor en
su interior.
10. Los elementos químicos se sintetizan termonuclearmente en el interior de las estrellas, de acuerdo con el período evolutivo
de éstas, ya sea en su momento de estrellas
normales, gigantes rojas, pasando por las
supernovas, conocidas como la explosión
de una estrella en la que se libera gran cantidad de energía que después va a dar lugar
a nuevas generaciones de estrellas.
11. Como consecuencia de esa explosión inicial, el universo está en expansión, lo cual
da lugar a pensar en dos posibilidades respecto a su futuro, desde el punto de vista de
su “masa crítica”: en primer lugar, expandiéndose indefinidamente para tener así
un modelo de universo abierto e infinito, y
en segundo lugar, que llegue un momento
en que la expansión se frene y el universo
se contraiga de nuevo para generar un modelo de universo finito oscilante.
185
Teoría de Fred Hoyle o de la
“creación continua”
En 1948, los astrónomos británicos Hermann
Bondi, Thomas Gold y Fred Hoyle presentaron un modelo de universo completamente
distinto de los planteados hasta entonces. El
modelo es conocido como la teoría del universo estacionario, según la cual “el aspecto
general del universo es el mismo en cualquier
punto y en cualquier época”.
De acuerdo con este modelo, el número
de galaxias contenidas en un determinado
volumen del universo es constante. Como se
admite la expansión del universo, el espacio
dejado por las galaxias en recesión se llena
cuando se forman espontáneamente nuevas
galaxias. Según esta teoría, por mucho que
retrocedamos en el tiempo, siempre habrá
galaxias en expansión y, por tanto, el universo no tendría principio ni fin; sería eterno
y uniforme.
Los aspectos más sobresalientes de la
teoría de la creación continua son:
1. A diferencia de la teoría de Gamow, no
supone acontecimiento especial alguno
en el tiempo ni en el espacio. Supone una
creación continua, es decir, que el proceso de la creación no tuvo lugar en un
momento, sino que se produce en forma
constante.
2. El universo actual presenta todas las fases
de formación, crecimiento y muerte de
estrellas y galaxias, puesto que de un
modo incesante y continuo surgen nuevos
mundos al tiempo que desaparecen
otros.
3. La materia aparece primero en masas extremadamente enrarecidas de gas hidrógeno, en lugares del espacio donde hay
pocas estrellas, alejadas unas de otras.
186
4. El hidrógeno aparece como resultado de la
recuperación de la radiación que pierden
las estrellas en grandes zonas del universo donde convergen partículas y otras
formas de radiación.
5. Una vez formado un agregado de gas
hidrógeno de masa suficiente, comienza
a hacerse sentir la fuerza gravitatoria: la
masa se contrae y se inicia la rotación, con
lo cual comienza la evolución de la galaxia
como una masa rotatoria oscura y sin
estrellas, en forma aplanada y en espiral
como consecuencia de su giro.
6. Los elementos químicos no son el producto de un cataclismo inicial, sino que se
han originado como productos normales
de fenómenos que pueden observarse y
medirse. Estos fenómenos ocurren en el
interior de las estrellas.
La mayoría de los cosmólogos no aceptan
la teoría del universo estacionario, al menos
en esta forma, en especial después del descubrimiento aparentemente incompatible de
la radiación de fondo de microondas en 1965
y reconfirmada en la década de los años
ochenta y noventa. Igualmente, el descubrimiento de quasares aportó pruebas que contradicen la Teoría del Estado Estacionario.
Por tanto, los quasares son objetos de un
pasado remoto, lo cual indica que hace unos
cientos de miles de años la constitución del
universo era muy distinta de lo que es hoy
en día.
Las teorías analizadas aún no explican suficientemente el origen de la energía y la materia, que en aparencia surgieron de manera
espontánea de la nada. Por tanto, es necesario
seguir investigando en este campo.
Reflexiones sobre el origen
del universo
Con respecto al origen del universo existen
dos posibilidades: o bien el universo siempre
existió y no tuvo principio ni tendrá fin, o bien
todo el universo tuvo su comienzo en algún
momento del pasado y está evolucionando,
lo mismo que las estrellas y las galaxias individuales, las cuales no pueden durar para
siempre. Las estrellas están gastando su combustible de hidrógeno y algún día tendrán que
terminar en el montón de escoria celeste como
desecho cósmico. Lo mismo puede decirse de
las galaxias: en algún momento se tiene que
acabar su capacidad de formar nuevas estrellas a partir de polvo y gas.
Hipótesis del universo oscilante
Esta hipótesis, propuesta por Richardson Tolmanansom, sostiene que el universo está en
expansión y que el espacio entre las galaxias
aumenta cada vez más. En un futuro, dentro
de miles de millones de años, nuestra galaxia
podrá dar la impresión de estar sola en el es-
pande
El universo se ex
El universo se co
Figura 9.2a. Modelo de universo oscilante.
Figura 9.2b. Modelo de universo en expansión.
ntrae
pacio. ¿Se detendrá la expansión y las galaxias
volverán a acercarse hasta aplastarse unas
contra otras, estallar y comenzar el proceso
de nuevo? Este tipo de universo sería un universo oscilante, es decir, que sufre una serie
infinita de oscilaciones, cada una de ellas iniciándose con un Big Bang y terminando con
un Big Crunch. El universo se contrae y se
expande sucesivamente, como un pulmón gigantesco o un globo, tal como se ilustra en la
figura 9.2.
Hipótesis del universo
estacionario o en expansión
Teoría presentada en 1948 por los astrónomos
británicos Hermann Bondi, Thomas Gold y
Fred Hoyle, que supone una creación continua del universo. Si el universo continúa
expandiéndose, las galaxias se alejarán más
y más hasta que cada una quede “sola” en el
espacio. La teoría evolucionista o de la Gran
Explosión afirma que cuando comenzó el
universo no existían galaxias ni estrellas y la
materia estaba confinada en un espacio reducido. La materia, al estallar y expandirse,
se enfrió formando gigantescos agregados
que se convirtieron en galaxias, y finalmente
se formaron estrellas individuales dentro de
las diferentes galaxias. Aún siguen formándose estrellas dentro de nuestra galaxia, pero
llegará el día en que todo el material quede
convertido en estrellas. Según esta teoría,
¿qué le sucede a una galaxia vieja? Al parecer,
sus estrellas siguen su curso evolutivo y al
final la galaxia se convierte en una vasta colección de estrellas gastadas.
Si es correcta la teoría de la gran explosión,
si pudiéramos observar lo más lejos posible
en el espacio y lo más atrás que podamos en
el tiempo, veríamos galaxias más jóvenes que
las cercanas. Estaríamos, literalmente, obser187
vando el pasado y viendo las galaxias tal y
como eran hace miles de millones de años.
Si es correcta la teoría del estado fijo,
encontraríamos en promedio, adonde quiera
que miráramos, la misma proporción de
nuevas y viejas galaxias que observamos en
nuestros alrededores. La teoría del estado fijo
es atrayente para muchos, pero la ciencia no
depende de su atractivo. Aunque las pruebas
de observación distan mucho de ser perfectas
hoy, los indicios a favor de la teoría evolucionista o de la gran explosión aumentan
de manera considerable. Quizá resulte que
la teoría correcta es la de oscilación y que
nuestro universo es eterno como en la teoría
del estado fijo, además de ser evolutivo como
en la teoría de la Gran Explosión.
Conocimiento actual
del universo
La investigación del universo es muy antigua,
pero su conocimiento más preciso ocurrió
aproximadamente en 1920, cuando Edwin P.
Hubble demostró que el universo era mucho
mayor que lo que se creía hasta entonces y
probó cómo el conjunto de galaxias observables se movía ordenadamente. Hoy se sabe con
certeza que este movimiento es de expansión.
Luego de hacer una serie de observaciones y mediciones, Hubble demostró que
la velocidad con que una galaxia se aleja es
proporcional a la distancia que hay entre ella
y el observador, de modo que puede calcularse el cociente constante entre distancia y
velocidad. La razón es de forma tal que una
galaxia distante 10 millones de años luz de
nosotros, se aleja con una velocidad de 170
kilómetros por segundo; otra galaxia doblemente distante, se aleja a doble velocidad, es
decir a 340 kilómetros por segundo. Un año
luz es la distancia recorrida por la luz en un
188
año. Se utiliza para medir distancias entre
estrellas y galaxias.
Otra característica de la expansión del universo es su isotropía. La expansión isótropa
se mantiene igual en todas las direcciones,
lo que nos indica que el universo posee una
simetría muy notable y que nosotros estamos
en el mismo centro. Esto lo entenderemos
fácilmente con un modelo sencillo: imaginemos un globo como se muestra en la figura
9.3a., en el que cada letra representa una galaxia. Al inflar el globo, aumenta la distancia
entre los puntos cualquiera (A y B, A y C, o
B y C), con una velocidad proporcional a la
distancia que hay entre ellos. Cualquiera que
sea el punto que designemos como centro, los
demás puntos se alejan del mismo en todas
las direcciones, de manera uniforme.
Al igual que en la figura 9.3a., en la figura
9.3b. se esquematiza la naturaleza de la expansión, algo que se puede entender si comparamos el universo con un globo con estrellas
pintadas en su superficie, cada uno de los
cuales representa una galaxia. A medida que
el globo se infla, la distancia entre cualquiera
B
A
B
A
C
C
a.
A
B
A
B
b.
Figuras 9.3a. y 9.3b. Expansión isótropa del universo.
Personajes y contextos
Edwin Hubble
Edwin Powell Hubble (1889-1953)
fue uno de los más importantes astrónomos estadounidenses del siglo XX.
Se hizo famoso por haber demostrado
la expansión del universo al medir el
desplazamiento de galaxias distantes.
Hubble es considerado el padre de la
Cosmología observacional, aunque su
influencia en Astronomía y Astrofísica toca muchos
otros campos.
Cursó estudios en la Universidad de Chicago,
centrándose en Matemáticas y Astronomía. Se licenció en 1910 y los tres años siguientes los dedicó
a estudiar Derecho en Oxford. Retornó al campo de
la Astronomía y se incorporó al Observatorio Yerkes
de la Universidad de Chicago, donde obtuvo el doctorado en Física en 1917. George Hale, el fundador
y director del Observatorio Monte Wilson en las cercanías de Pasadena (California), dependiente del Instituto Carnegie, le ofreció un puesto de trabajo en el
que permaneció hasta su muerte en 1953 luego de
sufrir un accidente. Hubble fue el primero en utilizar
el telescopio Hale del Observatorio Palomar.
Erwin Hubble dedicó su vida a la observación de
las galaxias, los objetos más lejanos que conocían
de sus puntos, por ejemplo A y B, aumenta
a una velocidad proporcional a la distancia
entre ellos al inflarse el globo. Igual ocurre con
el universo: la distribución no cambia.
Constitución del
universo
El universo está formado por galaxias, nebulosas, estrellas, agujeros negros y quasares,
además de planetas, satélites naturales y
cometas.
los astrónomos en aquellos tiempos. Determinó las
distancias de muchas de ellas, empujando eventualmente hacia fuera centenares de millones de años
luz las fronteras del universo. Comparó, entonces,
las distancias de las galaxias en función de la velocidad con que se alejaban unas de otras, y dedujo
que cuanto más lejanas se encontraban las galaxias,
más rápidamente se movían. Esta relación, conocida
como ley de Hubble, era una prueba observacional
de que el universo se expandía. Bajo su dirección, la
Cosmología de observación se convirtió en ciencia.
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La formación de las galaxias
Una vez que se reúne en un lugar del espacio
una considerable cantidad de material cósmico,
ya sea porque se hace sentir la atracción gravitatoria según la teoría de Gamow y Lemaître,
o por la aparición de grandes masas enrarecidas de gas hidrógeno, según la teoría de Fred
Hoyle, se forman las protogalaxias, entendidas
como grandes masas gaseosas, frías, caóticas
y oscuras, las cuales entran en un proceso de
evolución. La formación de estrellas en el seno
de una protogalaxia es lo que caracteriza su
evolución hasta constituirse en una galaxia,
189
Figura 9.4. Representación del universo con varias galaxias.
figura 9.4. Los diferentes fenómenos que ocurren en el interior de una protogalaxia en su
proceso evolutivo se pueden resumir así:
• La masa entra en un movimiento inicialmente caótico de sus componentes, pero
en la medida de su evolución, se va imponiendo un movimiento en cada una de
sus partículas constitutivas, que inicia un
movimiento rotacional.
• Este movimiento rotacional hace que la
gran masa vaya adquiriendo diferentes
formas durante su proceso evolutivo y que
en su interior se vayan segregando nuevas
masas o núcleos de desigual densidad.
• La inestabilidad gravitatoria es la que determina la segregación de la materia gaseosa
en unidades menores, cada una de las cuales
190
posee la masa y el material necesario para
constituir una estrella o un sistema solar.
• La atracción gravitatoria comprime de un
modo constante la materia central de la
masa gaseosa, a la vez que las colisiones
entre los átomos y moléculas elevan la temperatura interior.
• Al principio sólo se produce calor, pero al
aumentar la presión se reduce su volumen
millones de veces generando temperaturas
tan altas que hacen que la masa explote y
se convierta en una estrella luminosa.
Este proceso se da en los cientos de miles
de millones de núcleos de materiales gaseosos posibles, hasta generar los cientos de
miles de millones de estrellas que hoy se sabe
posee una galaxia joven.
Las galaxias están constituidas por agrupaciones de miles de millones de estrellas.
Algunas de las principales son la Pequeña y
la Gran Nube de Magallanes, Andrómeda, el
Triángulo y la Vía Láctea.
La Vía Láctea es la galaxia en la que se encuentra el Sistema Solar. Su diámetro medio
es de unos 100.000 años luz y se calcula que
contiene entre 200.000 y 400.000 millones de
estrellas. Se conocen galaxias de diferentes
formas, como se muestra en la figura 9.5.: en
espiral, elípticas, circulares e irregulares.
Galaxias espirales
Sa
Sb
Sc
sación y agregación de la materia, aunque en
otras ocasiones se tratan de los restos de una
estrella que ha muerto (figura 9.6.).
Las nebulosas se localizan en los discos de
las galaxias espirales y en cualquier zona de
las galaxias irregulares, pero no se suelen encontrar en galaxias elípticas puesto que éstas
apenas poseen fenómenos de formación estelar
y están dominadas por estrellas muy viejas.
Antes de la invención del telescopio, el
término nebulosa se aplicaba a todos los objetos celestes de apariencia difusa. Por esta
razón, en ocasiones las galaxias (conjunto de
miles de millones de estrellas, gas y polvo
unidos por la gravedad) son llamadas impropiamente nebulosas; se trata de una herencia de la Astronomía del siglo XIX que ha
dejado su signo en el lenguaje astronómico
contemporáneo.
Galaxia lenticular
E0
E4
E7
S0
Galaxias elípticas
SBa
SBb
SBc
Galaxias espirales barradas
Figura 9.5. Diversas formas de galaxias.
Las distancias entre los cuerpos celestes
en el espacio se miden en años luz. Como
decíamos anteriormente, un año luz es la distancia que recorre la luz en un año, a la velocidad de 300 mil kilómetros por segundo.
Las nebulosas
Son regiones del medio interestelar constituidas por gases (principalmente hidrógeno y
helio) y polvo. Tienen una importancia cosmológica notable porque son los lugares donde
nacen las estrellas, por fenómenos de conden-
Figura 9.6. Nebulosas.
Las estrellas
Una estrella es una esfera de plasma que
genera energía en su interior de manera sostenida mediante reacciones termonucleares. La
191
gido, de manera que asuma una forma en
equilibrio prácticamente esférica.
Figura 9.7. Estrella.
energía generada se emite al espacio en forma
de radiación electromagnética, neutrinos y
viento estelar.
Las estrellas se observan en el cielo nocturno como puntos luminosos que titilan debido a las distorsiones ópticas que produce la
turbulencia y las diferentes densidades de la
atmósfera terrestre. El Sol, al estar tan cerca,
se observa no como un punto, sino como un
disco luminoso cuya presencia o ausencia en
el cielo terrestre provoca el día y la noche,
respectivamente.
Son objetos de masas enormes comprendidas entre 0.08 y 120-200 masas solares. Los
objetos de masa inferior se llaman enanas
marrones, mientras que las estrellas de masa
superior se llaman gigantes azules. Su luminosidad también tiene un rango muy amplio
que va desde una diezmilésima hasta tres millones de veces la luminosidad del Sol.
c) Ha despejado las inmediaciones de su
órbita.
Ciertamente, desde los años setenta existía
un amplio debate sobre el concepto de planeta a la luz de los nuevos datos referentes al
tamaño de Plutón, menor de lo calculado en
un principio. Este debate aumentó en los años
siguientes al descubrirse nuevos objetos que
podían tener tamaños similares (figura 9.8.).
De esta forma, la nueva definición de planeta
introduce el concepto de planeta enano, denominación que, además de Plutón, incluye
a Ceres, anteriormente considerado un asteroide. Un planeta enano tiene la diferencia
de definición en el literal c), ya que no ha
despejado la zona local de su órbita y no es
un satélite de otro cuerpo.
Los cuerpos que giran en torno a otras estrellas se denominan generalmente planetas
extrasolares o exoplanetas. Las condiciones
que han de cumplir para ser considerados
como tales son las mismas que señala la definición de planeta para el Sistema Solar, si
bien giran en torno a sus respectivas estrellas. Incluyen, además, una condición más en
cuanto al límite superior de su tamaño.
Los planetas
Un planeta es, según la definición adoptada
por la Unión Astronómica Internacional el 24
de agosto de 2006, un cuerpo celeste que:
a) Orbita alrededor del Sol.
b) Tiene suficiente masa para que su gravedad supere las fuerzas del cuerpo rí-
192
Figura 9.8. Los planetas.
Etimológicamente la palabra planeta proviene del latín plan ta, que la tomó del griego
, que significa “vagabundo, errante”. El
origen de este término proviene del movimiento aparente de los planetas con respecto
al fondo fijo de las estrellas que, a pesar de moverse por el firmamento según las diferentes
estaciones, mantienen sus posiciones relativas.
Los satélites naturales
En Astronomía, el término satélite se aplica
en general a aquellos objetos en rotación alrededor de un astro, este último de mayor
dimensión que el primero. Ambos cuerpos
están vinculados entre sí por fuerzas de gravedad recíproca.
Existe una diferenciación entre satélites
naturales y artificiales. Los artificiales son los
construidos por el ser humano, lo que hace
factible, de alguna manera, modificar su trayectoria. En las últimas décadas se han puesto
en órbita una gran variedad de satélites artificiales alrededor de la Tierra y también de
varios planetas.
Figura 9.9. Satélites naturales.
Figura 9.10. Los cometas.
Un satélite natural, en cambio, es cualquier astro que se encuentra desplazándose
alrededor de otro, y no es factible modificar
su trayectoria.
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 cometas
El término cometa viene del latín com ta, que
significa "cabellera". Es un cuerpo celeste de
hielo y roca, relativamente pequeño, que gira
alrededor del Sol (figura 9.10.). Cuando un
cometa se acerca al Sol, parte del hielo se convierte en gas. Este gas, junto con las partículas
de polvo, se desprende y origina la cola larga y
luminosa que caracteriza a los cometas.
La mayoría de estos cuerpos celestes describen órbitas elípticas de gran excentricidad,
lo que produce su acercamiento al Sol con
un período considerable. A diferencia de los
asteroides, los cometas son cuerpos sólidos
compuestos de materiales que se subliman en
las cercanías del Sol. A gran distancia (a partir
de 5-10UA) desarrollan una atmósfera que
envuelve al núcleo, llamada coma. Esta coma
está formada por gas y polvo. Conforme el
193
cometa se acerca al Sol, el viento solar azota
la coma y se genera la cola o cabellera característica. La cola está formada por polvo y gas
ionizado.
Las estrellas: su origen,
evolución y muerte
acaba. Las estrellas del tamaño del Sol acaban
su vida como enanas blancas, que son extremadamente pequeñas, densas y cálidas. Las
estrellas mayores acaban en explosiones espectaculares llamadas supernovas, causadas
por el choque violento de las estrellas. Una
estrella que muere emite en pocos segundos
más energía que el Sol en millones de años.
La vida de una estrella puede considerarse
iniciada cuando se hace visible la protoestrella
a través del halo luminoso que la rodea. Su
aspecto en esta etapa y su posterior evolución
Magnitud absoluta
Admitiendo la hipótesis inicial de que existen
nubes de gases de polvo y que las estrellas se
forman a partir de ellas, el proceso, tal
y como se explica hoy, es el siguiente:
una estrella comienza la vida como
-6
Brillo
una masa de gas, relativamente fría y
Supergigantes
-4
grande, que parte de una nebulosa.
Es
tre
-2
Como la gravedad hace que se
lla
sd
Estrellas
es
contraiga el gas, su temperatura auazules
0
ec
ue
nc
menta, haciéndose tan elevada que
ia
Gigantes
+2
pr
inc
provoca una reacción nuclear en sus
ipa
l
+4
átomos. El brillo de una estrella de secuencia principal se debe a la energía
+6
producida por la fusión de los núcleos
Enanas
+8
Enanas blancas
de hidrógeno para formar núcleos
rojas
+10
de helio (figura 9.11.). Se cree que la
+12
fase de secuencia principal de una
Tenue
20.000oC 12.000oC 8.000oC 6.000oC 4.500oC 3.000oC
estrella de tamaño medio dura 10.000
Temperatura oC
millones de años (se considera que el
Sol tiene 5.000 millones de años). FiFigura 9.12. Diagrama de Hertzsprung-Russell.
nalmente, el suministro de energía se
Pulsar
Supernova
Nebulosa planetaria
Figura 9.11. Evolución y muerte de una estrella.
194
dependen de la masa. Las estrellas grandes
estarían produciendo reacciones nucleares
desde hace mucho tiempo, apareciendo azules
y brillantes, como se ve en el diagrama de la
figura 9.12., por encima de la secuencia principal. Las estrellas medianas y rojizas como el
Sol, quizá no las han iniciado aún, teniendo
que alcanzar en su centro los 10 millones de
grados necesarios para comenzar a "quemar"
el hidrógeno, y seguirían contrayéndose en
una etapa llamada contracción gravitacional
de la secuencia principal. Estas estrellas están
situadas a la derecha de la secuencia principal
y, al seguir su contracción, describirán en el
diagrama un "camino evolutivo" hasta llegar
a un punto de la secuencia principal determinado por su masa. El diagrama H-R es, entonces, una gráfica que muestra el resultado
de numerosas observaciones sobre la relación
existente entre la magnitud absoluta de una
estrella y su temperatura superficial.
Dimensiones y propiedades
de las estrellas
En razón a la temperatura superficial, las estrellas se clasifican en ocho tipos: O, B, A, F,
G, K, M y N.
Las de los tipos O y B, azules, tienen temperaturas que oscilan entre 40.000 y 15.000
°K; las A, blancas, entre 15.000 y 7.000 °K; las
F, G y K van del amarillo (7.000 ºK) al amarillo
anaranjado (4.000 ºK); por último, las M y N
son las rojas, con menos de 4.000 °C.
Atributos de una estrella
El Sol es una estrella que pertenece a la
clase V y al tipo G.
Estrella normal
Una estrella normal comienza como tal
cuando su secuencia principal tiene una composición aproximadamente de:
• 1% de oxígeno, nitrógeno y carbono
• 1% de elementos pesados como el bismuto,
hierro, níquel, etc.
• 5% de helio
• 93% de hidrógeno (su componente esencial)
Gigantes rojas
Una gigante roja es una estrella de masa baja
o intermedia que, tras haber consumido el
hidrógeno en su núcleo durante su etapa en
la secuencia principal, comienza un aumento
del volumen y un enfriamiento de la superficie que hace que el color de la estrella se
vuelva más rojizo (figura 9.13.). Esto significa
que una vez que la estrella ha agotado aproxi-
Las estrellas poseen los siguientes atributos:
• Masa
• Radio
• Luminosidad o brillo
• Clase espectral
• Composición química
Cada tipo se divide en 5 clases:
I. Supergigantes
II. Gigantes brillantes
III. Gigantes
IV. Subgigantes
V. La secuencia principal
Figura 9.13. Con el tiempo el Sol evolucionará hacia una
estrella gigante roja.
195
madamente el 15% del hidrógeno inicial, deja
de "arder" al ritmo casi constante que caracterizaba su estadio de secuencia principal,
para entrar a "arder" con mayor rapidez. A
partir de este momento su tamaño se expande
hasta alcanzar 100 veces su tamaño original,
por lo que se enfría y se convierte en una gigante roja, pudiendo llegar a ser mil millones
de veces más grande que nuestro Sol.
A medida que se consume el hidrógeno
en el centro de la estrella, disminuye su concentración y aumenta la de helio. Cuando éste
representa el 12% de la masa estelar, empiezan
a escasear las reacciones termonucleares, la
estrella se contrae y el núcleo se calienta, prosiguiendo la combustión de hidrógeno en una
capa que le rodea.
Esta envoltura se dilata, enfriándose, y el
radio del astro aumenta haciendo que la luz
se torne rojiza. Su punto representativo en el
diagrama H-R se desplaza hacia la derecha y
arriba, evolucionando la estrella hacia la zona
de las gigantes rojas. Si la estrella es mediana,
se dilatará extraordinariamente, con lo que su
luminosidad aumenta y la luz se enrojece. Las
estrellas con mayor masa concentrada, que en
la secuencia principal eran gigantes azules,
también se vuelven gigantes rojas, pero su
luminosidad no cambia.
la masa: si su masa es menor 1,5 veces que
la masa solar, se transformará en una enana
blanca; si la masa es muy grande, el final será
espectacular y explotará violentamente expulsando la mayoría de sus materiales, quedando
un núcleo muy denso, llamado estrella de neutrones, y otro aún más denso, que conducirá a
la formación de un agujero negro, una región
finita del espacio-tiempo provocada por una
gran concentración de masa en su interior.
Durante esta explosión, la estrella formará una
nova (estrella enana de brillo repentino por
una explosión termonuclear en su seno) o una
supernova.
Etapas posteriores a gigantes rojas
El núcleo, en el que ya no se producen reacciones termonucleares, sigue contrayéndose
hasta alcanzar los 100 millones de grados. En
este momento, el helio del núcleo, que hasta
entonces permanecía inerte, también se vuelve
combustible, originándose nuevas reacciones
nucleares de fusión, para transformarse en
elementos más pesados, como el carbono, el
oxígeno y el neón.
A partir de este momento la estrella puede
seguir dos posibles evoluciones distintas según
196
Figura 9.14. Explosión de una supernova.
Geometría
Primeras mediciones astronómicas
La primera medición científica de una distancia
cósmica fue realizada hacia el año 240 a. C. por
Eratóstenes de Cirene, director de la biblioteca de
Alejandría, por aquel entonces la institución científica más avanzada del mundo. Eratóstenes apreció
que el 21 de junio al mediodía, cuando el Sol se
hallaba exactamente en su cenit en la ciudad de
Siena (Egipto), no lo estaba también, a la misma
hora, en Alejandría, ubicada unos 750 km al norte
de Siena. El científico concluyó que la explicación
debía residir en que la superficie de la Tierra, al ser
redonda, estaba siempre más lejos del Sol en unos
puntos que en otros.
Tomando por base la longitud de la sombra
de Alejandría, al mediodía en el solsticio, la ya
avanzada geometría pudo responder a la pregunta
relacionada con la magnitud en que la superficie
de la Tierra se curvaba en el trayecto de los 750
km entre Siena y Alejandría. A partir de este valor
pudo calcularse la circunferencia y el diámetro de
la Tierra, suponiendo que ésta tenía una forma
esférica, hecho que los astrónomos griegos de
entonces aceptaban sin vacilación.
Eratóstenes hizo los correspondientes cálculos
(en unidades griegas) y, por lo que podemos
juzgar, sus cifras aproximadas fueron de 12.000
km para el diámetro y unos 40.000 km para la circunferencia de la Tierra, valores que resultan muy
cercanos a los establecidos hoy en día.
Por desgracia, este valor no prevaleció para el
tamaño de la Tierra. Aproximadamente 100 años
a. C, otro astrónomo griego, Posidonio de Apamea,
repitió la experiencia de Eratóstenes, llegando a la
muy distinta conclusión de que la Tierra tenía una
circunferencia aproximada de 29.000 km.
Este último valor fue el que aceptó Ptolomeo y,
por tanto, el que se consideró válido durante los
tiempos medievales. Colón también aceptó esta
cifra y por esta razón consideró que un viaje de
3.000 millas hacia Occidente lo conduciría al Asia.
Si hubiese conocido el tamaño real de la Tierra,
tal vez no se habría aventurado. Finalmente, entre
los años 1521 y 1523, el último barco que quedaba de la flota de Magallanes circunnavegó por
primera vez la Tierra, lo cual permitió restablecer
el valor correcto descubierto por Eratóstenes.
Basándose en el diámetro de la Tierra, Hiparco
de Nicea, aproximadamente 150 años a. C., calculó la distancia entre la Tierra y la Luna. Para
ello utilizó el método que había sido sugerido un
siglo antes por Aristarco de Samos, el más osado
de los astrónomos griegos, los cuales habían
supuesto ya que los eclipses lunares se debían a
que la Tierra se interponía entre el Sol y la Luna.
Aristarco descubrió que la curva de la sombra de
la Tierra, al cruzar por delante de la Luna, indicaba
los tamaños relativos del planeta y su satélite. A
partir de esto, los métodos geométricos ofrecían
una forma para calcular la distancia en que se hallaba la Luna, en función del diámetro de la Tierra.
Hiparco, repitiendo este trabajo, calculó que esa
distancia era 30 veces el diámetro de la Tierra, lo
cual significaba que la Luna debía hallarse a unos
348.000 km. Este cálculo es también bastante
cercano al conocido en la actualidad.
Pero hallar la distancia que nos separa de la Luna
fue todo cuanto pudo conseguir la astronomía
griega para resolver el problema de las dimensiones
del universo, por lo menos correctamente. Aristarco también realizó un intento por determinar
la distancia entre la Tierra y el Sol. El método
geométrico que usó era absolutamente correcto en
teoría, pero implicaba la medida de diferencias tan
pequeñas en los ángulos que, sin el uso de los instrumentos modernos, resultó ineficaz para proporcionar un valor
Rayos solares que llegan verticales
aceptable.
Según esta
Alejandría
Siena
medición, el
(sin sombra)
(con sombra)
Sol se hallaba
Ángulo
Radio
unas 20 veces
terrestre
más alejado
de nosotros
Ángulo
que la Luna,
cuando en
realidad lo
está unas 400
veces más.
197
En lo relacionado al tamaño del Sol, Aristarco
dedujo que dicho tamaño debía de ser, por lo
menos, unas siete veces mayor que el de la Tierra,
cifra también errónea, señalando a continuación
que era ilógico suponer que el Sol, de tan grandes
dimensiones, girase en torno de nuestra pequeña
Tierra. Finalmente decidió que nuestro planeta
giraba en torno al Sol.
Por desgracia, nadie aceptó sus ideas. Posteriores astrónomos, empezando por Hiparco y
acabando por Claudio Ptolomeo, emitieron toda
clase de hipótesis acerca de los movimientos celestes, basándose siempre en la noción de una
Tierra inmóvil en el centro del universo, con la
Luna a 384.000 km de distancia y otros cuerpos
situados más allá de ésta, a una distancia indeterminada. Este esquema se mantuvo hasta 1543,
año en que Nicolás Copérnico publicó su libro,
el cual volvió a dar vigencia al punto de vista de
Aristarco y destronó para siempre a la Tierra de su
posición como centro del universo.
Comprensión de la lectura
Identifica tres situaciones mencionadas en la
lectura sobre el uso de la geometría para hacer
mediciones.
Lee diagramas
Luminosidad (Sol = l)
Temperatura de superficie (K)
La luminosidad, el color y la
0
B
A
F
G
K
M
temperatura superficial de una
30.000
20.000
10.000
7.000
6.000
4.000
3.000
1.000.000
estrella están correlacionados.
La mayoría de las estrellas rojas
10.000
son frías y con poca luz, mientras
Polaris
que la mayoría de las blancas
Antares
son calientes y luminosas. Sin
100
Aldebaran
embargo, hay excepciones importantes. El diagrama HertzsAltair
Sol
1
prung-Russell marca el color de
61 Cygni
la estrella según la luminosidad.
Su característica fundamental es
Sirius B
0.01
la secuencia principal, la esEstrella de
trecha banda diagonal en la que
Bamard
0.0001
una estrella pasa la mayor parte
de su vida. El 90% de las estrellas se encuentran dentro de la secuencia principal, con estrellas más luminosas y azules en la parte superior izquierda de la banda y más débiles y
rojas abajo a la derecha. El Sol, una estrella de luminosidad media, se encuentra entre esos
dos extremos.
¿Cuáles son las estrellas que en el diagrama forman parte de la secuencia principal?
Ayuda: en el diagrama hay otras estrellas que han dejado la secuencia principal y se acercan
al final de sus vidas. Las estrellas frías, gigantes rojas y supergigantes, en la esquina derecha
superior, tienen una gran superficie que las hace muy luminosas.
Las enanas calientes y blancas, en la esquina inferior izquierda, son débiles porque apenas
alcanzan el tamaño de la Tierra.
198
Ciencia, tecnología, sociedad y ambiente
Manejo conocimientos propios de las ciencias naturales
• Identifico y caracterizo algunas tecnologías actuales para estudiar
los cuerpos celestes.
El telescopio espacial Hubble
Las primeras ideas acerca de
en razón de las dificultades asomantener en funcionamiento
ciadas con el transporte del
un observatorio astronómico
telescopio, así como con la
ubicado en el espacio coposible contaminación dumenzaron a gestarse hacia
rante el viaje a través de
1940. Su consolidación, dila atmósfera, se cambiaron
seño y construcción se llevó
los planes iniciales y se dea cabo en los años setenta y
cidió organizar un programa
ochenta, en lo que hoy se code mantenimiento del telescopio
noce como el telescopio
en su órbita con una periodiFigura 9.15. Telescopio espacial Hubble.
espacial Hubble.
cidad de tres años.
La idea fundamental del proyecto es manComprensión de la lectura
tener un observatorio astronómico perma1. Elabora un diagrama conceptual destanente libre de las interferencias que producen
cando las ideas centrales del texto.
los componentes de la atmósfera para la
producción de imágenes de objetos astronó2. De acuerdo con la lectura, ¿qué cambios
micos con alta resolución. En efecto, las imáexperimentó la construcción del telescopio
genes obtenidas con este telescopio, que se
Hubble con relación a su vida útil?
encuentra en una órbita a 600 km de la Tierra,
3. Describe en un párrafo las fuentes de
son cerca de 10 veces más nítidas que las obenergía que mantienen en funcionatenidas a través de telescopios ubicados en la
miento el telescopio.
superficie terrestre, incluso bajo las mejores
condiciones atmosféricas.
social y ambiental
El telescopio espacial Hubble, instalado
Analiza el impacto
el 25 de abril de 1990, es un programa conla región donde
instituciones de
las
e
br
so
ga
da
In
ción del universo,
junto de la Agencia Espacial Europea (ESA)
can a la investiga
di
de
se
e
qu
es
viv
astrofísica.
y la Agencia Espacial de los Estados Unidos
la astronomía o la
(NASA), cuyo fin es mantener un observatorio
permanente en el espacio para el beneficio de
os
rrollo de compromis
sa
de
el
a
ci
ha
…
la comunidad internacional de astrónomos.
personales y sociales
Cuando se concibió inicialmente, la consen mayor
trucción de este observatorio se hizo con una
nsideras que merec
co
s
ne
cio
ga
sti
ve
problemas
¿Qué in
vida útil de 15 años y un servicio de mantenidel universo o los
to
ien
cim
no
co
el
apoyo:
qué?
miento, para lo cual debía traerse nuevamente
ambientales y por
a la Tierra cada cinco años. Posteriormente, y
199
Tem a
El sistema solar,
la Tierra y la Luna
Competencias
Comprensión de
información
• Identifico, interpreto y
explico las teorías más
importantes acerca del
origen del sistema solar.
• Explico y relaciono las
diferentes características
de los planetas, satélites
y cometas como
componentes del sistema
solar.
Indagación y
experimentación
• Indago en diferentes
medios de consulta visual
los componentes del
sistema solar.
Promoción de
compromisos
personales y sociales
• Valoro el aporte de la
ciencia al conocimiento
del sistema solar y del
planeta Tierra.
• Promuevo una actitud
positiva y de respeto
por el trabajo de los
astrónomos.
Resuelve los siguientes ejercicios en tu cuaderno de actividades:
1. Escribe un párrafo en el que incluyas los componentes del
sistema solar. Ilustra tu texto con un dibujo.
2. Explica algunos fenómenos causados por los movimientos
de la Tierra.
Manejo conocimientos propios
de las ciencias naturales
• Relaciono masa, peso y densidad con la aceleración de la
gravedad en distintos puntos del sistema solar.
• Explico el modelo planetario desde las fuerzas
gravitacionales.
• Indago sobre los adelantos científicos y tecnológicos que
han hecho posible la exploración del universo.
200
Me aproximo al conocimiento como científico(a) natural
• Formulo explicaciones posibles, con base en el conocimiento cotidiano,
teorías y modelos científicos.
Explora
Materiales
¿Qué características identificas en los
cuerpos celestes del sistema solar?
• Ilustración que aparece
en esta página
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
¿Cómo proceder?
1 Observa detenidamente cada uno de los cuerpos celestes de la ilustración.
2 Elabora una tabla en la que asignes a cada número que aparece en la ilustración, el nombre
correcto del cuerpo del sistema solar: Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Asteroide, Júpiter, Saturno,
Urano, Neptuno y Plutón.
3 Describe alguna característica que observes de cada cuerpo celeste.
Razona y concluye
1 ¿Cuáles de los cuerpos celestes reconociste fácilmente? ¿Cuáles fueron los más difíciles de reconocer?
2 ¿Cuáles son sólidos y cuáles gaseosos? ¿Cuál es el llamado planeta gigante y cuál el planeta rojo?
Explora algo más
1 Plantea dos preguntas más acerca del contenido de la ilustración.
2 Describe brevemente un plan para responder estas preguntas.
3 Indaga acerca de los avances tecnológicos que permiten fotografiar estos cuerpos celestes.
Descríbelos.
4 Indaga qué es una teoría científica. Descríbela brevemente.
201
201
Idea principal
Diferentes interacciones entre
el Sol, la Tierra y la Luna permiten explicar fenómenos como
las estaciones, las mareas y la
sucesión día y noche.
Vocabulario
Objetos celestes, 202
Teoría de la acreción, 203
Momento angular, 203
Nebulosa, 203
Telescopio, 204
Teorías sobre el origen del
sistema solar
El sistema solar consta del Sol y los planetas, que son Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano, Neptuno y
Plutón; también incluye los satélites de los planetas, numerosos
cometas, asteroides, meteoroides y el medio interplanetario.
Las diferentes teorías propuestas para explicar el origen
del sistema solar se pueden clasificar en dos grupos, según se
admita o no la intervención de una catástrofe. Las teorías que
no aceptan la actuación de fuerzas exteriores al sistema solar
son las unitarias o de un solo cuerpo celeste, mientras que las
que se basan en la intervención accidental de otros cuerpos
celestes son las binarias, o de dos cuerpos, ya que reconocen
la acción de otros objetos celestes, además del Sol, en la formación del sistema solar.
Planetesimal, 204
Teorías unitarias
Estrellas dobles, 205
Estas teorías se pueden resumir en dos grandes corrientes: una
que explica la formación simultánea del Sol y los planetas –lo
que significa que el Sol y los planetas son "hermanos"– y otras
que sostienen que el sistema planetario nació del Sol, originándose éste primero y a partir de él los planetas, o sea que
éstos son "hijos" del Sol.
Fusión, 205
Fotosfera, 206
Planeta, 207
Satélite, 207
Asteroides, 208
Cometas, 208
Lectoescritura
Luego, del desarrollo de este
tema, escribe un texto en el que
expreses tus nuevos conocimientos sobre el aporte de los descubrimientos y teorías científicas en
el conocimiento del sistema solar.
Figura 10.1. El sistema solar.
202
Teoría de la acreción
La teoría de la acreción (crecimiento por adición de materia) se remonta a Kant (17241804). Según ésta, los planetas se formaron a
partir de la acreción de planetesimales que, a
su vez, se formaron por acreción de hielos. El
sistema solar sería entonces el resultado de
la acreción de nubes de polvo cósmico, frías
y en reposo. Según la teoría, las partículas tenían las mismas velocidades, pero sucedieron
colisiones o choques entre ellas, lo que hizo
que las velocidades variaran y las partículas
empezaran a rotar con diferentes momentos
angulares, entendiendo por momento angular
la magnitud física relacionada con las simetrías
rotacionales de los sistemas físicos. Por gravitación, se formaron centros de atracción: el Sol y
los planetas.
Esta teoría, que también podríamos llamar
de contracción, está en contradicción con la
tendencia que presentan los gases a dispersarse. El alejamiento de las nebulosas espirales también indica que el universo no está
en contracción, sino en expansión. Entendemos por nebulosa las regiones del medio
interestelar constituidas por gases y polvo.
Las variantes de estas teorías de la acreción son numerosas, pero jamás dan cuenta
de la estructura detallada del sistema solar ni
de las características geológicas y geoquímicas
que estamos en capacidad de comprobar en
la actualidad.
Teoría de Laplace
Pierre Simón de Laplace sostiene que el sistema solar se formó a partir de una nebulosa
caliente, una especie de esfera inmensa animada por un movimiento de rotación sobre sí
misma que, al contacto con el espacio exterior,
produjo en aquella esfera una disminución
lenta de su temperatura. Todo cuerpo animado
por movimiento rotatorio, si disminuye su volumen, aumenta su velocidad de rotación. Esto,
según Laplace, fue lo que sucedió con la nebulosa; por efecto de la contracción y aumento
de velocidad, se formaron zonas circulares
2. Los protoplanetas se forman
y orbitan el protosol.
1. Un disco de gas y polvo en
rotación comienza a contraerse.
3. El sistema solar actual.
Figura 10.2. Teoría de Laplace sobre el origen del sistema solar.
203
débiles alrededor de la masa, lo cual produjo
separación de anillos. Después de esta primera
separación hubo aumento de velocidad y una
nueva separación, seguida de otras semejantes.
Cada anillo fue el origen de un planeta. Según
esto, los planetas más apartados se formaron
primero. A Mercurio, como el más cercano, le
correspondió el último lugar en la separación.
La Luna se debió formar, de acuerdo con esta
teoría, de un anillo desprendido de la Tierra
cuando ésta era todavía una masa gaseosa.
Hasta finales del siglo XIX esta hipótesis
fue considerada como la explicación "definitiva" del sistema solar. De hecho, parece que
el nombre del ilustre Laplace tuvo mucho que
ver en la aceptación de esta teoría, que posteriormente levantó numerosas críticas que la
hicieron insostenible.
En efecto, Laplace no explica la excentricidad de las diversas órbitas ni su inclinación,
y parece no haber previsto, que para que la
realidad se ajustara a su teoría, sería preciso
que el Sol girara 213 veces más velozmente
sobre sí mismo. Además, los últimos anillos
habrían tenido que ser liberados a una temperatura tal que su masa se habría evaporado.
Esta teoría tampoco explica por qué Urano
y Neptuno tienen satélites retrógrados y no
en sentido directo como lo requiere la teoría
de Laplace. Igualmente, los planetas deben
poseer un movimiento rotatorio más veloz
que sus satélites, aunque se ha comprobado
en varios casos lo contrario. Así mismo, el
borde interior del anillo de Saturno va más
rápido que el núcleo del planeta. Todas estas
consideraciones no son explicadas por la
teoría de Laplace, aunque es una de las teorías más aceptadas. En definitiva, son muchas
las dudas que subsisten, a la luz de esta teoría,
que hacen que sea preciso abandonar la idea
de planetas formados a partir de desprendimientos de un Sol primitivo.
204
Teorías binarias
Lois Lederc
En 1746 se postuló la teoría basada en que
otro cuerpo celeste motivó la formación de
los planetas cuando un gran cometa colisionó con el Sol primitivo. Esta teoría no es
bien aceptada, ya que desde que se fabricó y
se perfeccionó el telescopio, herramienta o
instrumento que permite ver objetos lejanos,
nunca se han observado formaciones de planetas y es poco probable que puedan ocurrir
colisiones entre cuerpos celestes.
Chamberlin y Moulton
También llamada teoría planetesimal, esta
teoría propone que el material necesario para
la formación de los planetas fue proyectado al
exterior por la erupción de un sol primitivo que
alcanzó la intensidad suficiente al cruzarse a
escasa distancia con otro sol o estrella de gran
volumen. Sus poderosas y mutuas atracciones
elevaron en ambos astros mareas intensas
que ocasionaron la salida de grandes canti-
Figura 10.3. Planetas en formación.
dades de materia en forma de corpúsculos
denominados planetesimales, generados por
condensación de los materiales. Estos cuerpos
formaron centros de condensación que empezaron a ejercer una acción física y dinámica,
pues además de retener cantidades de materia,
se juntaban con otros incrementando su masa
y volumen, dando lugar a los planetas.
Fred Hoyle
Sostiene que primitivamente debieron existir
dos soles, siendo el nuestro uno de ellos. El
otro hizo explosión y originó un anillo parecido al de Saturno, el cual fue enfriado por
franjas paralelas cada una de las cuales se
convirtió en un planeta.
Otras teorías
cerca de cuerpos provenientes de otros lugares de la galaxia. Para otros, el Sol habría
sido, hace cinco mil millones de años, una
nova, y los planetas serían el resultado de la
explosión. Según la Hipótesis de Bufón, un
cometa gigantesco habría entrado en colisión
con el Sol.
El sistema solar y sus
componentes
Entre los miles de estrellas que forman nuestra
galaxia hay una de tamaño mediano, situada
en uno de los brazos de la espiral de la Vía
Láctea, que tiene un interés especial para nosotros, ya que vivimos relativamente cerca de
ella y, en cierto modo, dependemos de ella
para existir. Se trata del Sol.
Esta singular estrella, junto con los planetas y otros cuerpos que giran en órbitas
a su alrededor, constituyen lo que llamamos
sistema solar, formado hace unos 4.600 millones de años. Este sistema dinámico, lejos
de permanecer estable, cambia y evoluciona
constantemente.
La teoría llamada de los planetas gemelos explica que el Sol habría nacido en el centro del
núcleo de nuestra galaxia y que el sistema solar
sería el resultado de una colisión "rasante".
Al expulsar el núcleo central, el sistema solar
se habría desplazado en nuestra galaxia hasta
ocupar en ella la posición excéntrica que posee
en la actualidad. La formación del sistema solar
El Sol
sólo sería un caso particular de la
formación de las estrellas dobles,
El Sol es una estrella de color amaaquellas que se mantienen
rillo en la cual el hidrógeno se
unidas por la fuerza de la
fusiona en su núcleo a migravitación y giran en torno
llones de grados para formar
a su centro común. Algo
partículas alfa de helio, dessimilar ocurre cuando un
prendiendo la cantidad de
planeta "doble" engendra
energía suficiente para manun sistema satélite.
tener la vida sobre la Tierra,
Entre otras teorías que
distante 150 millones de kihan sido propuestas, ésta
lómetros. Esta fusión es una
sostiene que los elementos
reacción nuclear producida por la
del sistema solar serían cuerunión de dos núcleos ligeros, que da
pos celestes extraños a este
lugar a un núcleo más pesado.
sistema, capturados al pasar
Figura 10.4. Cometa próximo a colisionar.
205
Sol
Figura 10.5. El Sol es la estrella más cercana a nuestro planeta
y hace parte de la Vía Láctea.
El Sol constituye el centro del sistema solar
alrededor del cual giran los planetas con sus
satélites, los asteroides y algunos cometas. Se
cree que el Sol ha estado ardiendo unos 5.000
millones de años y si la velocidad de combustión continuara, como lo hace hasta hoy,
Venus
Mercurio
Marte
Plutón
Tierra
Urano
Júpiter
Figura 10.6. Familia solar.
206
seguirá brillando otros 5.000 millones de años
más. La familia solar está constituida por ocho
grandes planetas, siete de ellos acompañados
de 62 satélites en total, y también se encuentran más de 1.600 asteroides e innumerables
cometas y meteoritos.
En el Sol se distinguen varias regiones: el
núcleo, donde la temperatura alcanza unos
15 millones de grados centígrados; la fotosfera, capa externa del Sol formada por gases
ionizados que emiten luz y cuya temperatura
asciende a unos 6.000 ºC; la cromosfera, que
se presenta como un anillo de color rojo brillante solamente visible durante los eclipses;
las protuberancias solares, que son proyecciones de gases que salen de la cromosfera
hacia el exterior; la corona, que forma la parte
externa de la cromosfera y está compuesta de
gases calientes y fragmentos de átomos, y el
viento solar, constituido por iones, protones,
neutrones y otras partículas que se alejan del
Sol y llegan hasta la Tierra.
• El 24 de agosto de 2006, la IAU (International Astronomical Union) introdujo una
nueva clasificación de cuerpos celestes del
sistema solar, la de planetas menores o
Saturno
Neptuno
enanos, en la que, además de Plutón, se
incluye a Ceres, Caronte y el denominado
cuerpo 2003 UB313, que algunos astrónomos llaman Xena.
Otros componentes del sistema solar son:
• Satélites. También llamados "lunas", son
cuerpos mayores que orbitan los planetas.
• Asteroides. Son cuerpos menores concentrados en su mayoría en un cinturón de asteroides ubicado entre las órbitas de Marte
y Júpiter.
• Nube de Oort. Enorme capa esférica que
envuelve el sistema solar, compuesta por
cometas.
• Cinturón de Kuiper. Es una región en
forma de disco, compuesta por pequeños
cuerpos helados que orbitan el Sol más allá
de la órbita de Neptuno.
• Cometas. Objetos helados pequeños provenientes de la nube de Oort y del Cinturón de Kuiper.
• Meteoritos. Fragmentos de materia extraterrestre que a veces llegan a la Tierra.
Afortunadamente, la mayoría de ellos se desintegran al entrar en contacto con la atmósfera terrestre.
Forma y tamaño de los planetas
Los planetas tienen forma casi esférica, como
una pelota un poco aplanada por los polos.
Los materiales compactos están en el núcleo, mientras que los gases, si los hay, forman
una atmósfera sobre la superficie. Mercurio,
Venus, la Tierra y Marte son planetas pequeños
y rocosos, con densidad alta. Tienen un movimiento de rotación lento, pocas lunas (o ninguna) y su forma es 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. (Ver Tabla 10.1.).
Los satélites
Un satélite es un cuerpo celeste que gira alrededor de un planeta. La Tierra tiene un
satélite que es la Luna, mientras que Júpiter
posee 16 satélites, de los cuales Io, Europa,
Calixto y Ganímedes son los más grandes
y se conocen con el nombre de lunas galileanas. Con el progreso de la humanidad no
solamente se ha aumentado el conocimiento
del sistema solar, sino que también se han
podido construir satélites artificiales, muchos
Tabla 10.1. Algunas características de los planetas.
Radio
al Sol No. de Período de
Planetas ecuatorial Distancia
(km)
lunas
rotación
(km)
Órbita
Inclinación Inclinación
del eje
orbital
Mercurio
2.440
57.910.000
0
58,6 días
87,97 días
0,00º
7,00 º
Venus
6.052
108.200.000
0
-243 días
224,7 días
177,36º
3,39º
Tierra
6.378
149.600.000
1
23,93 horas
365,256
días
23,45º
0,00º
Marte
3.397
227.940.000
2
24,62 horas
686,98 días
25,19º
1,85º
Júpiter
71.492
778.330.000
16
9,84 horas
11,86 años
3,13º
1,31º
Saturno
60.268
1.429.400.000
18
10,23 horas
29,46 años
25,33º
2,49º
Urano
25.559
2.870.990.000
15
17,9 horas
84,01 años
97,86º
0,77º
Neptuno
24.746
4.504.300.000
8
16,11 horas
164,8 años
28,31º
1,77º
207
Figura 10.7. La Luna es el satélite natural de la Tierra.
de los cuales son utilizados para la predicción
del clima, las comunicaciones, el estudio de la
atmósfera y el conocimiento del cosmos.
Asteroides, meteoritos
y cometas
Los asteroides son cuerpos rocosos más pequeños que un planeta. Constituyen anillos de
materia semejante a la que forman los planetas y su tamaño varía desde diminutas
partículas hasta cuerpos con cerca de 700 kilómetros de diámetro. Entre Marte y Júpiter
se encuentra un cinturón de asteroides.
Los meteoritos son trozos de materia
con un alto contenido de metales y rocas de
Figura 10.8. Cometa pasando cerca del Sol.
208
tamaño mediano que viajan a grandes velocidades invadiendo el espacio del sistema
solar. Al entrar en contacto con la atmósfera
terrestre algunos se desintegran. A su paso
dejan estelas brillantes que en las noches
claras se observa como lluvia de estrellas.
Los cometas describen órbitas elípticas de
gran excentricidad. Se consideran formados por
restos de materia que quedaron en el espacio
desde las primeras etapas de formación del sistema solar y que por alguna razón no entraron
a constituir grandes cuerpos celestes como los
planetas. Son masas gaseosas formadas por
agua, amoniaco, metano, dióxido de carbono,
monóxido de carbono, que contienen en su
estructura materiales rocosos y metálicos. Se
desplazan siguiendo grandes órbitas elípticas
alrededor del Sol. De la cabeza de un cometa,
que es siempre brillante, se desprende la cola,
en dirección opuesta al Sol.
La Tierra
en el sistema solar
La Tierra es el tercer planeta del sistema solar
y el único conocido hasta el momento en el
que se ha desarrollado la vida. Debió originarse hace unos 4.500 millones de años
a partir de la nebulosa original del sistema
solar. Tiene un diámetro ecuatorial de 12.756
km y un diámetro polar de 12.713 km, lo que
supone un achatamiento a su esfericidad. Este
achatamiento está condicionado, como en
otros planetas, por la fuerza de la gravedad
entre masas y por la propia rotación.
Se desplaza alrededor del Sol a una distancia que oscila entre los 147 y los 152 millones de kilómetros, en una órbita elíptica de
poca excentricidad. La Tierra recorre esta órbita
en un período que dura exactamente 365 días,
6 horas, 9 minutos y 9,5 segundos, a una velocidad orbital de 29,80 km/s (106.000 km/h).
Sobre el eje polar realiza su
clinara alternativamente cada
movimiento de rotación en un
uno de sus hemisferios hacia
tiempo de 23 horas, 56 miel Sol, lo que da lugar a que
nutos y 4 segundos, lo que
las estaciones se representen
significa que en una hora
en forma inversa en cada
recorre un arco de 15°, que
uno de los hemisferios.
representan en el ecuador
Además de estos dos
una velocidad periférica de
movimientos, la Tierra se
1.665 km/ h y de 0 km en los
desplaza junto a los demás
polos.
planetas del sistema a través del
Esta rotación la realiza con una
espacio, dentro de la galaxia a la
Figura 10.9 La Tierra.
inclinación de 23°26’ de la Línea del
que pertenece, a 20 km/s en direcEcuador respecto al plano de la eclíptica. Esta
ción a la estrella Vega de la constelación Lira,
inclinación resulta fundamental para la vida en
y participa de otro movimiento, alrededor del
la Tierra, pues de lo contrario no habría estacentro galáctico, de unos 250 km/h.
ciones y el clima sería todo el año igual para un
El volumen de nuestro planeta es de
punto determinado del planeta. Si el recorrido
1.083.302.000.000 km³ y su masa de 5,98 X
de la Tierra alrededor del Sol fuera marcado
1024 kg (casi 6.000 trillones de toneladas),
con un alambre, y si a este alambre lo cubriéunas 324.000 veces menor que la del Sol. De
ramos con un papel, se tendría el plano de la
esta relación se deduce que su densidad es
eclíptica. La inclinación de la Tierra también
alta, de 5,52 (cinco veces y media la densidad
hace que el planeta se exponga de forma desdel agua, que es uno), debido a la presencia
igual a los rayos solares, algo así como si inde materiales pesados en su composición.
La Luna
Rayos solares en el solsticio de verano
Polo Norte
Círc
ulo
Tróp
i
a de
Figura 10.10. Inclinación terrestre.
nce
r
23˚27' N
pola
e Ca
r an
prico
rnio
tárti
co
66˚33' S
Polo Sur
66˚33' N
ador
co d
ulo
ico
e Ca
l Ecu
Tróp
i
Círc
r árt
co d
Líne
23˚27' S
pola
Rayos solares en el solsticio de invierno
La Tierra tiene un satélite, la
Luna, que describe su órbita
a una distancia de 406.610
km en el apogeo y 356.334
km en el perigeo, con una
media de 384.400 km, que
le dan en el firmamento un
diámetro aparente que oscila entre 33° 29’ y 29° 22’.
La Luna es el satélite más
grande del sistema solar en
relación con el planeta al que
pertenece. Su diámetro, una
cuarta parte del de la Tierra,
es de 3.476 km, su masa es
de 7,35 X 1022 kg y su volumen de 2,2 X 1019 m³,
209
lo que significa que su
que un mes atrás y, por tanto,
gravedad es sólo el 0,165
en dar una vuelta a la Tierra.
respecto de la de la Tierra.
Es por esta razón por la que
Por esta razón no ha podido
siempre observamos la misma
retener su atmósfera y cacara de la Luna. Sin embargo,
rece de ella.
tarda 29 días, 12 horas, 44
Las teorías sobre la forminutos y 2,9 segundos en
mación del sistema solar
presentar dos fases lunares
señalan que su origen es iniguales, en lo que llamamos
cierto y ninguna de las hipómes sinódico o lunación.
tesis apuntadas hasta ahora
Como consecuencia de un
Figura 10.11. La Luna.
ha sido descartada. Se ha
relativo aminoramiento de la
dicho que quizá la Luna y la Tierra se formaron
velocidad de rotación terrestre, hacia finales
como un planeta doble, o que probablemente
de siglo el tiempo de rotación será 0,0016 sese desprendiera de la Tierra por la rotación o por
gundos más largo, mientras la Luna se aleja
otros efectos (mareas, estrellas, etc.), aunque
unos 2 m por siglo. El movimiento propio de
esto parece poco posible dados los resulla Luna se traduce en un desplazamiento de
tados de las rocas analizadas; también se conOeste a Este, pero su movimiento aparente se
sidera que quizá fue capturada por la Tierra,
produce a la inversa, consecuencia del movihabiéndose formado en otra región espacial.
miento de rotación de la Tierra.
La Luna es el cuerpo celeste con mayor
La máxima superficie de la Luna visible
albedo, es decir, el más brillante en el cielo
desde la Tierra no es exactamente el 50%, sino
nocturno; a pesar de que sólo refleja el 7%
que llega hasta el 59%, por un efecto conocido
de la luz solar que recibe, nos ilumina 2.000
como libración, puesto que la velocidad de roveces más que Venus y 2.500 más que Sirio.
tación de la Luna no es uniforme. Influyendo
En su desplazamiento describe una órbita
también la posición del observador terrestre
inclinada 5°9’ respecto de la eclíptica terrestre,
y la inclinación de la órbita lunar. El satélite
en uno de cuyos focos está la Tierra. Al cruterrestre, al no tener atmósfera, experimenta
zarse estos planos, la línea que los une señala
una gran amplitud térmica que alcanza los
los nodos ascendente y descendente. Esta
150 °C, aunque se han registrado variaciones
línea, que es retrógrada y con un período de
extremas de hasta 250 °C.
18,6 años, es muy importante para determinar
la fecha de los eclipses.
Fases lunares
Movimientos lunares
La Luna realiza su movimiento de rotación
sobre su propio eje en 27 días, 7 horas, 43 minutos y 11,6 segundos, que es el mismo tiempo
que tarda en cubrir, durante la traslación sobre
la Tierra, un mes sidéreo, es decir, en quedar
alineada junto a la Tierra con la misma estrella
210
La Luna no siempre presenta el mismo porcentaje de su superficie iluminada y visible
desde la Tierra. El disco lunar presenta diferentes grados de iluminación que se repiten
en ciclos conocidos como lunaciones o meses
sinódicos. Los grados de iluminación o fases
dependen de la posición relativa del Sol, la
Tierra y la propia Luna.
Para realizar el seguimiento de las fases
debe partirse de la llamada Luna nueva o
novilunio, que se da cuando la Luna, entre el
Sol y la Tierra, no es visible porque nos ofrece
su cara no iluminada. A medida que pasan los
días, la Luna aparece comenzando por una
mínima lúnula que va creciendo hasta que a
los 7 días, 9 horas, 11 minutos y 0,75 segundos
los tres astros forman un ángulo recto, con lo
cual la Luna se ve en cuarto creciente. En otro
período igual de edad de la Luna (período que
ha transcurrido desde la Luna nueva), se llega
a la fase de Luna llena o plenilunio, para lo
cual ha tardado 14 días, 18 horas, 22 minutos
y 1,5 segundo; desde la Tierra, entre la Luna y
el Sol, se puede ver todo el disco lunar iluminado. Desde esta posición, el proceso inverso
hará disminuir la parte iluminada hasta llegar
al cuarto menguante en 22 días, 3 horas, 33
minutos y 2,2 segundos; en esta fase, la parte
iluminada es la que no se veía en el cuarto
creciente, porque en el ángulo recto que los
tres astros vuelven a formar la posición de
la Luna no es la misma. Finalmente, a los 29
días, 12 horas, 44 minutos y 2,9 segundos se
llega al término del mes sinódico y se inicia
otra lunación (figura 10.12.).
Eclipses
a
an
se
na
Fa
s
s
Fas
es
m
Por la combinación del movimiento de los
tres astros (la Luna, el Sol y la Tierra) se producen a veces situaciones en que la Luna,
observada desde la Tierra, queda oscurecida
cuando debería ser bien visible en el cielo.
Si la Tierra fuera observada
desde la Luna, lógicamente
Cuarto menguante
el proceso se produciría igual,
pero con la Tierra oscurecida.
Quinto octante
Séptimo octante
Hemos visto que en la fase de
e
c
d
e
u
r
r
c
ante
e
Luna llena la Tierra está emes : d
d os
ant
u
s
plazada entre la Luna y el Sol,
g
e
en
m
y en la fase de Luna nueva,
es la Luna la que se halla en
Vista de la Luna
medio de los otros dos astros.
desde la Tierra
De ello podría deducirse que
Rayos
se produce un eclipse de Sol
del Sol
y otro de Luna cada mes, pero
Luna
en realidad esto no sucede así,
Luna llena
Tierra
nueva
14½ días
ya que la órbita lunar no co14½ días
incide con la eclíptica (puesto
que, como se mencionó, está
a
sc
re c
em
s
5° 9’ inclinada). Es por eso que
ie n
dos
t e s: c
rece dura nte
los eclipses sólo pueden producirse cuando la Luna nueva
Tercer octante
Quinto octante
o la Luna llena tienen lugar en
los nodos, o sea en los puntos
Cuarto creciente
en donde la órbita lunar corta
la eclíptica.
Figura 10.12. Fases lunares.
211
Eclipses solares
Las mareas
Los eclipses solares se producen cuando la
Luna se interpone entre la Tierra y el Sol proyectando su sombra sobre la superficie terrestre. La Luna, por ser mucho más pequeña
que la Tierra, produce una sombra también
mucho más pequeña; en otras palabras, el
cono umbral que produce es más corto que el
producido por la Tierra. Por eso, a diferencia de
los eclipses lunares, cuando la Luna es prácticamente opacada por la sombra terrestre, los
solares solo pueden ser visibles desde lugares
muy específicos de la Tierra (por donde pasa el
cono umbral de la Luna), el cual puede medir
entre 0 y 50 km de diámetro (figura 10.13.).
El nivel del agua de los océanos oscila a lo
largo del día. Las mareas consisten en un
movimiento alternativo cíclico de ascenso y
descenso del nivel del agua, originado en especial por la influencia gravitatoria de la Luna,
aunque también del Sol en menor medida.
Las mareas se deben a la atracción gravitatoria de un cuerpo masivo sobre otro. Comúnmente pensamos en las mareas como un
fenómeno que vemos en el mar. Hay otros
ejemplos de los efectos de la fuerza de las
mareas, como el de una estrella enana blanca
sobre su compañera cercana, en donde dichas
fuerzas son suficientes para arrastrar materia
de la compañera hacia la superficie de la enana
blanca, donde puede causar un repentino y
drástico incremento en el brillo, visto como la
explosión de una nova.
Eclipses lunares
Un eclipse lunar se produce cuando la Tierra
se interpone entre la Luna y el Sol. Cuando
esto ocurre, la Tierra tapa los rayos
del Sol que inciden sobre la Luna,
Eclipse solar total
eclipsándola. Durante un eclipse
Umbra
Tierra
de Luna se presentan dos eventos
muy llamativos. El primero de ellos
Sol
Luz solar
es cuando la Luna se torna de color
Luna
rojo. Esto ocurre cuando el satélite
Penumbra
Eclipse solar parcial
pasa por la zona de la penumbra,
Trayectoria de la luz en un eclipse solar
que es justo cuando los rayos solares
atraviesan la atmósfera terrestre y Figura 10.13. Eclipse solar.
producen una difracción que sólo
deja pasar las ondas de luz correspondientes al color rojo. El otro
Tierra
Umbra
momento importante de un eclipse
lunar es cuando la Luna entra en la
Sol
Luz solar
umbra (sombra). En ese momento
se observa cómo una sombra curva
Luna
(demostración de que la Tierra es
un esferoide) comienza a oscurecer
Penumbra
Trayectoria de la luz en un eclipse lunar total
la superficie lunar, hasta el punto
de hacerla totalmente invisible (fiFigura 10.14. Eclipse lunar.
gura 10.14.).
212
Mareas oceánicas
Las mareas que vemos en los océanos son
ocasionadas por la atracción de la Luna y del
Sol. La explicación más simple es que el agua
en el lado de la Tierra más cercano a la Luna
es atraída por la fuerza gravitatoria de la Luna,
más intensamente que el cuerpo de la Tierra,
mientras que el agua del lado de la Tierra más
alejado de la Luna es atraída en forma menos
intensa que la Tierra. El efecto es hacer salientes en el agua en lados opuestos de la
Tierra. El efecto de la atracción del Sol es similar, aunque las mareas que observamos son
el efecto resultante de las dos atracciones.
Cuando la atracción del Sol se suma a la de
la Luna, las mareas son grandes y las llamamos
mareas vivas, pero cuando las atracciones están
a 90 grados las mareas son pequeñas y las llamamos mareas muertas. Las alturas de las
mareas vivas están gobernadas por la distancia
de la Luna a la Tierra, siendo más grandes en
el perigeo (cuando la Luna está más cerca de la
Mareas vivas
Luna nueva
Tierra) y más pequeñas en el apogeo (cuando
la Luna está más lejos).
Como la atracción del Sol está alineada
con la de la Luna en Luna nueva y Luna llena,
es en esos días cuando se presentan mareas
vivas. Esto porque la atracción del Sol es
menos que la mitad de la de la Luna, así que la
frecuencia de las mareas está determinada por
el pasaje aparente de la Luna alrededor de la
Tierra, lo que toma apenas un poco más de un
día. Entonces, en la mayoría de los lugares de
la Tierra tenemos dos mareas por día, con poco
menos de una hora de retraso con respecto a
la hora del día siguiente. El período verdadero,
por supuesto, está determinado por la rotación
de la Tierra y la órbita de la Luna.
La altura de la marea está determinada
por la forma de la línea de la costa y la plataforma continental cercana. La presencia de
terrenos inclinados y bahías le da mucho más
rango a las mareas que lo que ocurre en alta
mar. Un fenómeno que por lo general pasa
inadvertido es que el aire y las masas sólidas
Luna llena
Sol
Marea alta
Las mareas altas son mayores de
lo usual. Las mareas bajas son
menores de lo usual. Esto sucede
dos veces al mes en las fases
mostradas.
Marea baja
Luna de cuarto menguante
Mareas muertas
Marea alta
Sol
Marea baja
Las mareas altas son menores de
lo usual. Las mareas bajas son
mayores de lo usual. Esto sucede
dos veces al mes en las fases
mostradas.
Luna de cuarto creciente
Figura 10.15. Mareas vivas y mareas muertas.
213
Figura 10.16. La Luna influye en las mareas, las cuales son más determinantes por el pasaje aparente de la Luna
alrededor de la Tierra. Las flechas horizontales resaltan el pasaje aparente de la Luna de la costa al interior del océano,
y las flechas verticales el levantamiento del agua o aumento de la marea.
de la Tierra también se mueven hacia arriba y
hacia abajo debido a la fuerza de las mareas.
Aunque el movimiento es mucho menor en
el terreno que en el mar, puede llegar a ser de
un metro de desplazamiento vertical.
Se esperaría que el momento de marea alta
ocurra cuando la Luna está en el meridiano,
pero esto no es así. La razón es que, por la rotación y fricción de la Tierra, las salientes de la
marea se quedan un poco atrás. El efecto cerca
de líneas costeras complejas como las de Gran
Bretaña es muy difícil de calcular.
Los movimientos de la
Tierra y sus consecuencias
La órbita de la Tierra es elíptica: hay momentos en que se encuentra más cerca del Sol
y otros en que está más lejos. Además, el eje
de rotación del planeta está un poco inclinado
respecto al plano de la órbita. Al cabo del año
parece que el Sol sube y baja.
214
El camino aparente del Sol se llama eclíptica, y pasa sobre la Línea del Ecuador de la
Tierra a principios de la primavera y del otoño.
Estos puntos son los equinoccios. En ellos, el
día y la noche duran igual. Los puntos de la
eclíptica más alejados de la Línea del Ecuador
se llaman solsticios, y señalan el principio del
invierno y del verano.
Cerca de los solsticios, los rayos solares caen
más verticales sobre uno de los dos hemisferios, calentándolo más. Es el verano. Mientras tanto, el otro hemisferio de la Tierra
recibe los rayos más inclinados. Al atravesar
más trozos de atmósfera, se enfrían antes de
llegar a tierra. Es el invierno.
Al igual que todo el sistema solar, la Tierra
se mueve por el espacio a unos 20,1 km/s o
72,360 km/h hacia la constelación de Hércules.
Sin embargo, la Vía Láctea, como un todo, se
mueve hacia la constelación de Leo a 600 km/s.
Traslación. La Tierra y la Luna giran
juntas en una órbita elíptica alrededor del Sol.
La excentricidad de la órbita es pequeña, tanto
Primavera
Invierno
Verano
Otoño
Figura 10.17. Las estaciones.
que la órbita es prácticamente un círculo. La
circunferencia aproximada de la órbita de la
Tierra es de 938.900.000 km y nuestro planeta
viaja a lo largo de ella a una velocidad de unos
106.000 km/h.
Rotación. La Tierra gira sobre su eje una
vez cada 23 horas, 56 minutos y 4,1 segundos.
Por tanto, un punto del ecuador gira a poco
más de 1.600 km/h y un punto de la Tierra a
45° de altitud N gira a unos 1.073 km/h.
Otros movimientos. Además de estos
movimientos primarios, hay otros componentes en el movimiento total de la Tierra,
como la precesión de los equinoccios y la
nutación, una variación periódica en la inclinación del eje de la Tierra provocada por la
atracción gravitacional del Sol y de la Luna.
Ley de gravitación
de Newton
La fuerza gravitatoria o gravitación es la interacción que experimentan los objetos en función de su masa. Se trata de una de las cuatro
fuerzas fundamentales observadas hasta el
momento en la naturaleza. El efecto de la
fuerza de gravedad sobre un cuerpo suele
asociarse en lenguaje cotidiano con el concepto de peso. Es por eso que siempre se ha
enseñado que la fuerza de gravedad atrae los
cuerpos hacia el centro de la Tierra, pues sus
efectos son siempre atractivos.
No hay que confundir el término fuerza
gravitatoria o fuerza de la gravedad con el de
gravedad, ya que son términos conceptualmente distintos que muchas veces confunden
incluso en escritos especializados. Todos los
cuerpos experimentan una fuerza atractiva
por el simple hecho de tener masa. En el ámbito cotidiano, esta fuerza equivale al peso, el
cual es, según las leyes de Newton, directamente proporcional a la masa del objeto y a
la aceleración de la gravedad.
Isaac Newton fue la primera persona en
explicar que la fuerza que mantiene en movimiento a los planetas y a las estrellas es la
misma. A él se debe la ley de la gravitación
universal, expuesta en su obra Philosophiae
Naturalis Principia Mathematica.
La interacción gravitatoria determina la
responsabilidad de los movimientos a gran
escala y cohesión del propio universo. Así,
esta interacción hace, por ejemplo, que los
planetas del sistema solar sigan órbitas predeterminadas alrededor del Sol.
En su teoría de la gravitación universal, Isaac
Newton (1642-1727) explicó las leyes de Kepler
y, por tanto, los movimientos celestes, a partir
de la existencia de una fuerza, la fuerza de la
gravedad, que actuando a distancia produce
una atracción entre masas. Esta fuerza de gravedad demostró que es la misma fuerza que en
la superficie de la Tierra denominamos peso.
Newton demostró que la fuerza de la gravedad tiene la dirección de la recta que une
los centros de los astros y el sentido corresponde a una atracción. Es una fuerza directamente proporcional al producto de las masas
que interactúan e inversamente proporcional
al cuadrado de la distancia que las separa
[d]. La constante de proporcionalidad, G, se
denomina constante de gravitación universal,
Ms la masa solar y mp la masa del planeta.
215
Lee diagramas
Fases de la Luna
¿En qué fase se encuentra la Luna que se muestra en la
fotografía?
La Luna es un cuerpo opaco que brilla al reflejar la luz del
Sol. A medida que esta se mueve en su órbita alrededor
de la Tierra presenta siempre la misma cara hacia nuestro
planeta, por lo que desde la Tierra sólo puede apreciarse
la parte de su hemisferio iluminado que mira hacia
nuestro planeta.
Ayuda: revisa la figura 10.12., ten en cuenta que las fases lunares se producen como
consecuencia del cambio de las posiciones relativas de la Tierra, la Luna y el Sol. El porcentaje
de la superficie lunar iluminada por el Sol que podemos ver desde la Tierra cambia y el ciclo se
repite periódicamente cada 29,5 días.
Personajes y contextos
Johannes Kepler
Nació en 1571, en el
sureste de Alemania.
Fue profesor de Astronomía y Matemáticas
en la Universidad de
Graz desde 1594 hasta
1600.
La primera etapa
de su obra se centró en los problemas relacionados con las órbitas planetarias, así como en
las velocidades variables con que los planetas las
recorren, para lo que partió de la concepción pitagórica según la cual el mundo se rige con base en
una armonía preestablecida.
Además, realizó una notable labor en el campo de
la óptica: enunció una primera aproximación satisfactoria de la ley de la refracción; distinguió por
primera vez claramente entre los problemas físicos
de la visión y sus aspectos fisiológicos, y analizó el
aspecto geométrico de diversos sistemas ópticos.
Su trabajo más importante fue la revisión de los
esquemas cosmológicos, labor que desembocó en la
216
publicación, en 1609, de la Nueva astronomía, obra
que contenía las dos primeras leyes llamadas de
Kepler, relativas a la elipticidad de las órbitas y a la
igualdad de las áreas barridas, en tiempos iguales,
por los radios vectores que unen a los planetas con
el Sol.
Culminó su obra enunciando la tercera de sus
leyes, que relaciona numéricamente los períodos
de revolución de los planetas con sus distancias
medias al Sol, la cual publicó en 1619 en Sobre la
armonía del mundo.
ráfica
ha biog
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Amplí
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ortancia
aspectos
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re
p
2. ¿Qué
a com
ayudaron
ciencia?
Laboratorio
Me aproximo al conocimiento como
científico(a) natural
• Busco información en diferentes fuentes, escojo la pertinente y
doy el crédito correspondiente.
Una mirada virtual al sistema solar
Referente teórico
Hoy día, las sondas o los sistemas de observación terrestre y espacial permiten ampliar el
conocimiento humano sobre el universo. Las
imágenes observadas a través de los telescopios son otro instrumento de gran aplicación
en la astronomía. Estos elementos combinados
con la difusión de la información a través de la
web son ayudas muy interesantes para aprender más sobre nuestro planeta, el sistema solar
y el universo en general.
Materiales
• Internet.
• Libreta de apuntes para tus indagaciones.
¿Cómo proceder?
Grado de confiabilidad de la información
Calidad de las imágenes
Claridad de los contenidos
Facilidad de navegación
Otros aspectos positivos
Aspectos negativos
4.Entra a la página www.astronomia.com/
astronomia/index.htm, luego escoge una de
las lecturas sobre el sistema solar y prepara
un informe de una página sobre las ideas
relevantes y decórala con dibujos alusivos al
tema. Coloca el título y la fuente de consulta.
Junto a los informes del curso preparen un
cuadernillo sobre el tema.
1.Entra a la siguiente página web:
www.solarviews.com/span/edu/comets.htm
http://www.solarviews.com/span/edu/
comets.htm.
a. Observa el vídeo y prepara un breve informe sobre los aspectos que no conocías
del sistema solar.
b. Construye un modelo de un cometa con
base en la información que encuentres al
respecto y la asesoría de tu profesor.
2.Navega libremente en la siguiente página
web de acuerdo a tus inquietudes o curiosidad en el tema:
http://www.windows.ucar.edu/spanish.html
Evalúa los siguientes aspectos de la página
(E = Excelente, B=Bueno, R= Regular,
D= Deficiente).
5.Si te gusta el tema del universo y tienes habilidades en el manejo del computador, intenta
bajar el programa celestia de la siguiente
página web. Se trata de un simulador de viajes espaciales que muestra todos los componentes del sistema solar en tiempo real.
http://sourceforge.net/projects/celestia/
Registro de datos e información
Organiza los resultados de cada numeral de la
sección anterior.
Análisis de datos y conclusiones
Analiza las dificultades que enfrentaste en esta
actividad y las estrategias para superarlas.
217
Ciencia, tecnología, sociedad y ambiente
Manejo conocimientos propios de las ciencias naturales
• Identifico y caracterizo algunas tecnologías actuales para estudiar
los cuerpos celestes.
Las naves espaciales exploran los planetas del sistema solar
Antes de la era espacial, el ser huEn los planetas gaseosos o líquidos,
mano, para la exploración de
como Júpiter, Saturno y Urano,
los planetas, sólo contaba
la exploración se realiza bácon telescopios ópticos y
sicamente desde las alde radiofrecuencia. Estos
turas de las atmósferas
aparatos le proporcioplanetarias.
naban una información
Los instrumentos a
no muy nítida debido,
bordo de las naves de
en parte, por las distanlas cápsulas utilizaron
cias de centenas y hasta
principalmente para la
de miles de millones de
exploración de las atmóskilómetros existentes entre
feras y su composición, así
los planetas observados y la Figura 10.18. Esta fotografía muestra el robot
como del campo magnético,
Spirit
sobre
la
superficie
de
Marte.
Tierra.
la magnetosfera, los anillos
Con el advenimiento de la era espacial
de Van Allen, los vientos planetarios, la inteel hombre logró enviar al espacio múltiples
racción con el viento solar y la presencia de
naves dotadas de instrumentos para realizar
rayos cósmicos.
misiones de exploración de los planetas del
Otros de los instrumentos de exploración
sistema solar. Tanto las naves como los insutilizados fueron los relacionados con los que
trumentos fueron totalmente automatizados,
exploraban las superficies planetarias, los sasin presencia ni participación de astronautas.
télites de dichos planetas, los asteroides y meLa exploración de los planetas se realizó con
teoritos. Las naves también estaban equipadas
diversos métodos. Para ello, las naves algunas
con instrumentos indispensables para la televeces solamente pasaban por las cercanías de los
comunicación con la Tierra a través de radio,
planetas y algunas otras tenían una permanencia
imagen televisiva y, por supuesto, aparatos
relativamente larga en la órbita planetaria.
para la toma y envío de datos y fotografías.
En el caso de la exploración de los planetas
Para terminar con los métodos de explode suelo sólido, se usó además el método de
ración planetaria el hombre aprovechó los
impacto con el suelo planetario, utilizando
"instrumentos naturales". Usó la fuerza de
instrumentos para la exploración del mismo
gravedad de algunos planetas para impulsar
y del medio ambiente. Se usó también, desde
y encaminar las naves hacia otros planetas,
la nave en órbita, un descenso suave de una
ya sea para enviarlas en dirección perpen“cápsula” que se depositaba en el suelo pladicular a la eclíptica o bien para dirigirlas
netario y ejecutaba la exploración también
hacia la frontera del espacio interplanetario
mediante instrumentos automatizados.
– desconocida hasta ahora– y para que éstas
218
posteriormente se adentraran en el espacio
interestelar.
De esta forma, también existen proyectos
espaciales a largo plazo para asegurar las
fuentes de energía para la Tierra y se planea
un “sistema de satélites de energía solar”
que coleccionaría y enviaría la energía solar
a la Tierra. Este proyecto resultaría factible,
siempre y cuando se pudiera solucionar el
deterioro del medio espacial inducido por los
materiales de propulsión de dichos satélites.
Se propone también la elaboración en el espacio de estructuras altamente ligeras para
usos múltiples.
Finalmente, se prevé en un futuro no
muy lejano, la construcción e instalación de
múltiples estaciones espaciales en donde se
creen artificialmente las condiciones necesarias para que el ser humano pueda vivir.
Comprensión de la lectura
1. Elabora un diagrama conceptual destacando las ideas centrales acerca de la
exploración del sistema solar.
2. De acuerdo con la lectura, ¿qué cambios
experimentaron la ciencia y la tecnología
para el conocimiento del sistema solar?
3. Describe en un párrafo la importancia
del conocimiento de las leyes del movimiento, fuerza y energía en la exploración
del sistema solar.
de
...hacia el desarrollo
nales y sociales
compromisos perso
fijarle objetivos
mar la decisión de
to
e
qu
s
se
vie
tu
Si
1.
stre, ¿cuáles
l espacio extraterre
a la exploración de
é?
escogerías y por qu
n las razones
mpañeros y discuta
co
s
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co
e
et
ún
Re
ren un plan
2.
ción anterior y elabo
expuestas en la situa
ción del espacio.
ideal para la explora
Tecnología
Fuentes de energía
Un científico israelí creó un nuevo sistema de
producción de energía solar que podría reemplazar a los sistemas tradicionales de energía en
los hogares. El investigador lleva treinta años experimentando en este campo, con la esperanza
de conseguir una forma de producción energética tan competitiva como la tradicional.
Lo mejor de todo es que, según su propio
inventor, David Feiman, los precios de estas
nuevas placas, serian “muy razonables”. El secreto para conseguir que una instalación solar
no dispare los precios hasta costos imposibles,
radica en la sustitución de silicio por placas
fotovoltaicas.
El empleo de silicio hace que el precio de las
actuales placas solares se dispare, a la vez que
complica su explotación comercial. Una celda fotovoltaica de cien centímetros cuadrados genera
un watio de electricidad. El nuevo sistema de
Feiman produce, según sus explicaciones, hasta
1500 watios de electricidad con una sola placa.
El avance consiste en habilitar una gran
placa de vidrio en forma de parábola que,
además de absorber la luz del Sol, la concentra
en un único punto, lo que eleva su potencia
hasta más de mil veces.
Comprensión de la lectura
1.¿Qué sabías acerca de este tema antes de
esta lectura?
2.¿Qué impresión te ha causado? Explica brevemente y coméntalo con tus compañeros.
Analiza el impacto social y ambiental
• ¿Qué ventajas produce el avance en la exploración
espacial para la sociedad moderna?
• ¿Crees que los aparatos utilizados en la exploración del espacio producen contaminación?
219
Conoce tu país
Nuestros observatorios astronómicos
Aunque los muiscas tenían un calendario
con base en los ciclos de la agricultura, fue
después del descubrimiento (1492) cuando
se presentó el gran desafío de construir un
observatorio en América que ayudara a los
nuevos navegantes del océano.
En 1805, América tuvo el primer observatorio astronómico, en Bogotá, dirigido por el
astrónomo Francisco José de Caldas; en 1840
se anexó al Colegio Militar, pero no prosperó.
Posteriormente, Jorge Arias de Greiff comenzó a trabajar en un nuevo proyecto de
observatorio, ubicado en la vecindad del
Parque Natural de Los Nevados. Diferentes
problemas obligaron a los astrónomos del
Observatorio Astronómico Nacional a pensar
en una alternativa, por lo cual dieron inicio a
programas de posgrado en tres líneas de investigación: Astronomía Fundamental, Astronomía Estelar y Astronomía Galáctica. Como
resultado de estas actividades, el Observatorio Astronómico cuenta ahora con una Especialización y una Maestría en Astronomía,
además de un importante número de publicaciones en revistas indexadas. Actualmente,
en Colombia están activos los siguientes observatorios astronómicos:
Observatorio Astronómico
Universidad Sergio Arboleda,
Bogotá
Desde allí se lidera el proyecto "Colombia en
órbita", y se adelantan investigaciones en Astrofísica estelar, particularmente sobre estrellas
compactas rotantes en el área de Relatividad
General. Adicionalmente, se hace astrofoto220
grafía de objetos de cielo profundo, como
cúmulos de estrellas, galaxias y nebulosas, y de
objetos del sistema solar.
Centro de Estudios Astrofísicos,
Gimnasio Campestre, Bogotá
En el año 2000 se fundó el Centro de Astrofísica, donde se desarrollan y asesoran procesos
de investigación de estudiantes y profesores
del colegio y otras instituciones.
Observatorio Astronómico de
Manizales, Caldas
Este observatorio enfoca sus actividades en la
fotografía astronómica, observación del cielo,
atención a grupos de estudio y cubrimiento
de eventos astronómicos para los interesados
en la Astronomía. Su labor es fundamentalmente de extensión y docencia.
Comprensión de la
lectura
observatorios en
la construcción de
1. ¿Qué motivó
América?
para elaborar sus
cuenta los muiscas
2. ¿Qué tenían en
calendarios?
E x p l or a
en Internet
Amplía en las siguientes referencias de Internet u
otras fuentes la labor que realizan los diferentes
observatorios.
www.usergioarboleda.edu.co/observatorio/
investigacion.htm, www.campestre.edu.co,
www.geocities.com/oam_manizales/
Carreras afines con el
universo
Tus intereses y competencias laborales
Las personas que se interesan por conocer el
universo indagan sobre las características y
propiedades de los cuerpos celestes; además,
formulan explicaciones a fenómenos como la
lluvia de meteoritos y los eclipses. Se plantean preguntas como las siguientes: ¿por qué
brillan las estrellas?, ¿cómo se forman las galaxias y otras estructuras del universo?, ¿cómo
es la evolución del universo?
Si entre tus planes para el futuro está adelantar estudios en estas áreas, es importante
que desarrolles destrezas científicas como la
observación, la formulación de hipótesis, el
diseño de experimentos y la elaboración de
modelos. Así mismo, es importante que en tus
actividades académicas te preocupes por adquirir competencias laborales generales como
las que se mencionan en el siguiente cuadro:
Personales
Intelectuales
Interpersonales
les,
Valores éticos y espiritua
otod
au
actitud positiva,
minio, flexibilidad.
Toma de decisiones, creatividad, solución de proria,
blemas, atención, memo
n.
concentració
Buena comunicación,
go,
trabajo en equipo, lideraz
manejo apropiado de
conflictos.
Lealtad, buen manejo de
Organizacionales recursos.
Tecnológicas
Emprendimiento
y
Manejo de procedimientos
s.
ica
herramientas tecnológ
Capacidad de producir, sa.
innovar, construir empre
Algunas carreras afines con el universo son la
Astronomía y la Astrofísica.
• La Astronomía es una especialización de
la Física dedicada al gigantesco laboratorio
que es el universo. Para estudiarla debes
terminar una carrera en Física. El astrónomo indaga acerca del movimiento de los
cuerpos celestes y sobre diferentes fenómenos que se manifiestan en el universo.
• La Astrofísica también es una especialización de la Física con la que se busca explicar el origen, la estructura, composición
y evolución del universo. Los astrofísicos
utilizan conceptos y teorías de las demás
ciencias naturales y exactas.
Oportunidades laborales
Los astrónomos y los astrofísicos desempeñan
su carrera en universidades, institutos de investigación y observatorios. La mayoría se dedica
principalmente a la investigación y docencia.
Algunos personajes que se destacaron
mundialmente en la Astronomía y la Astrofísica son Copérnico, Johannes Kepler y Carl
Sagan. En Colombia se destacan Julio Garavito Armero, José María González Benito y
Rosendo Naranjo.
E x p l or a
en Internet
Amplía tu información sobre el campo de acción de los astrónomos y los astrofísicos en:
www.planetariodebogota.gov.co
http://www.iafe.uba.ar/difusion/dedicacion.html
http://www.astro.uson.mx
http://www.noao.edu/education/astfaqspan.html
www.das.uchile.cl; www.fisicahoy.com
221
Desarrolla en tu cuaderno de Ciencias las secciones de la evaluación. Si lo consideras necesario, pide orientación
a tu maestro.
Prepárate para el Icfes y las Pruebas Saber
1. En el siguiente dibujo se observan las posiciones de la Tierra y la Luna con respecto al Sol, en un
eclipse solar:
De acuerdo con el dibujo, si una persona quiere observar el eclipse total solar, debe estar ubicada
en la Tierra en la posición número:
a) 1
b) 2
c) 3
d) 4
2. Andrés elaboró una cartelera en la que mostraba un resumen de las dos teorías del origen del universo. Camino al colegio se le despegaron cuatro carteles, y la cartelera quedó así:
Teorías del origen del universo
1
3
Hubo un tiempo cero
El proceso de creación no tuvo lugar en un solo momento, se produce en forma constante.
Toda la materia y la energía del universo se hallaban
comprimidas en un superátomo.
El aspecto general del universo es el mismo desde
cualquier punto y cualquier época.
2
4
5 a 30 minutos después aparecieron los elementos
químicos actuales.
Siempre habrá galaxias en expansión.
El universo está en expansión.
El aspecto general del universo es el mismo en cualquier punto y cualquier época.
Los carteles que se le cayeron a Andrés son los siguientes:
R
W
X
S
Big Bang
La creación
continua
El número de galaxias contenidas
en un determinado volumen del
universo es constante.
La explosión gigantesca lanzó
al espacio toda la materia y la
energía.
222
De acuerdo con la información anterior, el orden correcto de los carteles para llenar los espacios del
1 al 4 es:
a) W, X, R, S
b) R, X, W, S
c) W, S, R, X
d) R, S, W, X
3. La profesora le pidió a cuatro alumnos que dibujaran el Sol, la Luna y la Tierra, con su eje de rotación. Los dibujos realizados por los alumnos son los siguientes:
1
2
3
4
De acuerdo con lo anterior, el dibujo en el que se muestra la representación correcta de los tres
astros es:
a) el 1
b) el 2
c) el 3
d) el 4
4. En el siguiente dibujo se observan cuatro posibles posiciones de la Luna con respecto a la Tierra y al Sol.
De acuerdo con el dibujo, es correcto afirmar que hay marea grande o viva cuando la Luna se
encuentra en la posición:
a) 1, porque la Tierra es atraída con mayor fuerza al sumar las fuerzas de atracción gravitatorias
de la Luna y del Sol.
b) 4, porque el agua en la superficie de la Tierra es atraída con mayor fuerza gravitatoria al sumar
la atracción del Sol y de la Luna.
c) 3, porque el agua en la superficie de la Tierra es atraída con mayor fuerza solamente por la Luna.
d) 2, porque la fuerza de atracción de la Luna es menor sobre el agua que está en la superficie de
la Tierra.
223
5. La profesora le pidió a cuatro estudiantes que dibujaran la dirección correcta que tiene la cola de un
cometa al acercarse al Sol. Los dibujos son los siguientes:
1
2
3
4
De acuerdo con los dibujos de los alumnos, la posición correcta de la cola del cometa es la:
a) 1
b) 2
c) 3
d) 4
6. A continuación se observa el diagrama de Hertzprsung-Russell:
Brillo
Magnitud absoluta
Gigantes
Tenue
Calientes
Temperatura (oC)
Frías
De acuerdo con el diagrama, cuando el Sol llegue al final de su vida se convertirá en una Enana
Blanca. Cuando esto suceda, su luminiscencia va a disminuir y su magnitud absoluta va a ser:
a) menor, porque se contrae, por lo cual su temperatura va a aumentar.
b) mayor, porque se expande, por lo cual su temperatura va a disminuir.
c) menor, porque se contrae, por lo cual su temperatura va a disminuir.
d) mayor, porque se expande, por lo cual su temperatura va a aumentar.
224
7. En el siguiente dibujo se observan las posiciones del Sol, la Tierra y la Luna, en un momento
determinado.
De acuerdo con el dibujo, si un observador está parado en el sitio X de la Tierra, verá la Luna como
se muestra en la figura:
a) 1
b) 2
c) 3
d) 4
8. En el siguiente dibujo se observan las órbitas que tienen cuatro planetas del sistema solar.
De acuerdo con el dibujo, es correcto afirmar que el período de traslación dura menos en el planeta:
a) S, porque es un planeta pequeño y se demora menos tiempo en realizar la rotación sobre su eje.
b) R, porque la órbita descrita por este planeta es más grande, y se demora más tiempo en su
movimiento de traslación alrededor del Sol.
c) X, porque la órbita descrita por este planeta es más pequeña, y se demora menos tiempo en su
movimiento de traslación alrededor del Sol.
d) W, porque es un planeta grande y se demora más tiempo en realizar la rotación sobre su eje.
9. En el siguiente dibujo se observan varias posiciones de la Luna con respecto a la Tierra.
De acuerdo con el dibujo, la posición de la Luna en la que probablemente ocurre un eclipse de Luna
es la:
a) 1
b) 2
c) 3
d) 4
225
Genera explicaciones
En la columna izquierda del cuadro encontrarás tres afirmaciones, y en la columna derecha cuatro
explicaciones. Selecciona una explicación correcta para cada afirmación.
Afirmaciones
Explicaciones
1. Aunque no titile en el cielo noctur- a) su composición es básicamente hielo y roca. Cuando el cuerpo celeste se acerca al Sol, parte del hielo se convierte en gas, que se une
no, es verdad que el Sol es una
con partículas de polvo y generan la cola.
estrella, porque… ( )
2. Es verdad que la Luna no produce b) este cuerpo celeste refleja la luz del Sol, que depende de la posición
relativa de la Tierra, el Sol y la Luna.
su propia luz, porque… ( )
c) es un objeto de masa enorme, que tiene alta luminosidad y al estar
tan cerca de la Tierra no se observa como un punto luminoso en el
cielo, sino como un disco luminoso, por lo cual no se afecta por las
3. Es verdad que la cola que se obser-
distorsiones ópticas debidas a la turbulencia y las diferentes densiva en los cometas no es fuego,
dades
en la atmósfera terrestre.
porque…( )
d) se compone básicamente de minerales de color blanco, por lo cual
se observa en el cielo de color claro y luminoso.
Representa y aplica conceptos
Cada una de las imágenes corresponde a uno de los conceptos enumerados. Selecciona el concepto
más adecuado para cada imagen, y colócalo debajo de ésta.
1. Satélite natural
2. Cometa
3. Estrella
a) ___________
b) ___________
c) ___________
d) ___________
e) ___________
f) ___________
4. Asteroide
5. Galaxia
6. Planeta
226
Argumenta tus respuestas
Comenta con un compañero la siguiente situación, y justifica tu respuesta:
Imagina que eres del tamaño de una hormiga y que estás parado sobre un globo que un niño está
inflando. En el globo está estampada la imagen de Mickey Mouse, y tú estás parado sobre la nariz de
él. Si miraras hacia los ojos de Mickey y sus alrededores, ¿qué crees que observarías a medida que
el globo se infla más y más? ¿Cómo puedes asociar esta “experiencia” con las teorías que explican el
origen y expansión del universo?
Diseña modelos científicos
Completa con tus propias palabras la información de las casillas que están en blanco, con respecto a
los avances científicos que conociste en la unidad:
Avance científico
Características
(forma, tamaño)
Utilidad para la humanidad
Telescopio espacial Hubble
Naves espaciales
Observatorios astronómicos
Reflexiona sobre las relaciones de ciencia, tecnología, sociedad y ambiente
En la columna izquierda de la tabla encontrarás diferentes hábitos que debes adquirir para preservar
el medio ambiente. En la columna derecha se describe uno de los posibles impactos para cada buen
hábito. Relaciona el hábito que debes afianzar en tu vida, con su correspondiente impacto.
Hábito
1.Mi familia y yo deberíamos proteger nuestra salud,
yendo al médico regularmente. ( )
2.Debería prevenir el mal uso del agua en mi hogar,
con diferentes acciones como: regar las plantas de
mi jardín con regadera y no usar la manguera para
lavar el carro. ( )
3.Debería conocer y proteger los humedales que
se encuentran en mi región para evitar que se
contaminen y que se haga un uso indebido de
ellos. ( )
Impacto
a)Ayudaría a ahorrar agua, porque es un recurso
natural no renovable, del cual depende nuestra
vida y la vida de los animales. Así mismo, de
ella depende el cultivo de los alimentos que
consumimos todos los días.
b)Mi familia y yo tendríamos buena salud, ya que
con el chequeo regular se puede prevenir el
desarrollo de enfermedades o detectar a tiempo
inconvenientes de salud, con lo cual se recibiría
atención médica antes de que el problema
empeore.
c)Ayudaría a mantener el ecosistema de muchas
especies nativas de los humedales y además tendría
un sitio en el cual se puede disfrutar de una
recreación pasiva sin afectar el ecosistema.
227