Unidad 3 Nuestro Hogar en el Universo

Unidad 3
Nuestro Hogar en el Universo
Objetivos:
 Analizará los aspectos astronómicos de la Tierra, considerando su origen, su relación con el
Sol y la Luna y la influencia de éstos sobre los hechos y fenómenos de la superficie
terrestre.
 Comprenderá que la Tierra, por su ubicación en el Sistema Solar, reúne características que
han hecho posible el desarrollo de la vida.
 Describirá los movimientos de la Tierra y los relacionará con acontecimientos de su vida
cotidiana.
Temas:
 Origen del Sistema Solar
 Teorías sobre el Origen del Sistema Solar
 Componentes del Sistema Solar
 Influencia del Sol y la Luna sobre la Tierra
 Origen del Planeta Tierra
 Teorías sobre el Origen de la Tierra
 Eras Geológicas
 Movimientos de la Tierra
 Movimiento de Rotación
 Movimiento de Traslación
 Movimientos de precesión y Nutación
3.1.- Origen del Sistema Solar
Entre los millones 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 cerca de ella y, en cierto modo, vivimos de ella. Se trata, naturalmente, del Sol. Esta
estrella singular, junto con los planetas y otros cuerpos que giran en órbitas a su alrededor,
constituyen lo que llamamos "El Sistema Solar".
Se llama Sistema Solar al conjunto de cuerpos celestes donde nos encontramos ubicados en el
universo estelar. En el centro de nuestro Sistema se encuentra el Sol y, girando a su alrededor se
encuentran los planetas, entre otros astros, que serán descritos más adelante.
Es difícil precisar el origen del Sistema Solar. Los científicos creen que puede situarse hace unos
4.600 millones de años y, lejos de permanecer estable, se trata de un sistema dinámico que
cambia y evoluciona constantemente. A continuación se hace una breve exposición de la teoría
actualmente aceptada en cuanto al origen del Sistema Solar.
En un principio, según los científicos, el Sistema Solar era sólo una nube de polvo y gas situada al
borde de una enorme galaxia llamada la Vía Láctea. La inmensa nube de gas y polvo interestelar
resultó perturbada y se colapsó por su propia fuerza gravitatoria comenzando a girar a gran
velocidad. La perturbación se debió, probablemente, a la onda de choque procedente de la
explosión de una estrella supernova cercana. A medida que esa nube de polvo se fue contrayendo
por la acción gravitatoria, gran parte de su gas y de su calor se fue concentrando en el centro.
La presión era tan elevada que los átomos comenzaron a partirse, liberando energía y formando
una protoestrella o protosol. Al mismo tiempo se iban definiendo algunos remolinos que, al
crecer, aumentaban su gravedad y recogían más materiales en cada vuelta.
Un disco plano de polvo y partículas sólidas giraban alrededor de la masa de gas denso, este
material chocaba y se agrupaba para formar masas rocosas. Los fragmentos de mayor tamaño
crecían a mayor velocidad ya que recogían el polvo que encontraban a su paso. El Joven Sol se
encendió y empezó a emanar corrientes de partículas llamadas vientos solares que dispersaban el
gas y el polvo. Los cuerpos que no desaparecieron constituyeron los satélites, los asteroides y los
planetas (entre ellos la Tierra) del naciente Sistema Solar. También había muchas colisiones.
Millones de objetos se acercaban y se unían o chocaban con violencia y se partían en trozos. Los
encuentros constructivos predominaron y, en sólo 100 millones de años, adquirió un aspecto
semejante al actual. Después cada cuerpo continuó su propia evolución.
Conclusiones:
1.- Han habido muchos intentos de desarrollar teorías sobre el origen del Sistema Solar, pero
ninguna de ellas puede describirse como totalmente satisfactoria, y es posible que se hagan
descubrimientos que desarrollen conocimientos nuevos que expliquen mejor los hechos
conocidos.
2.- Pensamos sin embargo, que entendemos el mecanismo general, que consiste en que el Sol y
los planetas se formaron a partir de la contracción de parte de una nube de gas y polvo, bajo su
propia atracción gravitacional, y que la rotación de la nube, fue responsable de la formación de un
disco alrededor de la condensación central.
3.- La condensación central eventualmente formó al Sol, mientras que las condensaciones
menores en el disco formaron los planetas y sus satélites. La energía del joven Sol sopló el
remanente de gas y polvo, dejando al Sistema Solar como lo vemos actualmente.
3.2.- Componentes del Sistema Solar
El Sistema Solar está formado por el Sol, ocho planetas, 74 satélites, miles de asteroides, cometas
y meteoritos.
El Sol es un globo de gas enorme (una estrella) ubicado en el centro del Sistema Solar. Está
constituido casi en su totalidad por un 73% de hidrógeno y un 25% de helio. En su núcleo se
produce energía, al transformarse hidrógeno en helio (reacción de fusión), la cual viaja en forma
de luz y calor, para llegar a la Tierra en ocho minutos veinte segundos. La edad del Sol es de unos
5,000 millones de años y afortunadamente tiene suficiente combustible para seguir brillando,
como hasta hoy, durante otros 5,000 millones de años más. Para estudiar el Sol se han inventado
telescopios especiales como el que se encuentra en Kitt Peak, Arizona, Estados Unidos de América
y la Estación de Observación Solar de la Universidad de Sonora (EOS).
Los planetas son cuerpos que giran alrededor del Sol en órbitas elípticas. Carecen de luz propia y
su brillo se debe a que reflejan la luz que les llega del Sol. De acuerdo con la distancia que tienen
en relación con el Sol, los planetas son: Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano y
Neptuno. A partir del año 2006, Plutón dejó de considerarse un planeta.
Los satélites son astros que acompañan a los planetas y giran alrededor de éstos. Tampoco tienen
luz propia y sólo reflejan la luz del Sol. La Luna, satélite de la Tierra, es uno de los más grandes del
Sistema Solar; Fobos, es el satélite del planeta Marte. Ganímedes e Io son satélites de Júpiter;
también lo son los satélites Calixto y Europa. Tetis y Titán son satélites de Saturno
Los asteroides son pequeños cuerpos rocosos de forma irregular que miden desde el tamaño de
una piedrecilla, hasta casi 1,000 Kilómetros de diámetro.
Se encuentran desde la órbita de la Tierra hasta más allá de la órbita de Júpiter. La mayoría están
entre Marte y Júpiter, giran alrededor del Sol y sus órbitas a veces cortan la órbita de algún
planeta y pueden ser atraídos por su gravedad estrellándose contra el mismo.
Un número pequeño de ellos, llamados asteroides de Apolo, tienen órbitas que cruzan la órbita de
la Tierra. Se desconocía su existencia hasta 1801, año en que fue descubierto Ceres, el más
grande. Se calcula su número entre 30,000 y 40,000.
Los cometas son grandes rocas cubiertas de hielo que se asemejan a enormes y polvorientas bolas
de nieve. Cuando su órbita los acerca al Sol, la superficie se vaporiza y el polvo mezclado con el
hielo se desprende para formar una cola, que brilla con la luz reflejada del Sol. Edmund Halley fue
el primero en demostrar que los cometas giran alrededor del Sol y que los vistos en los años 1531,
1607 y 1682 eran el mismo cometa, anunciando que volvería a aparecer en 1758. El cometa se
llama Halley en su honor. En el año de 1986 este cometa nos visitó y tuvimos la oportunidad única
de observarlo ya que su regreso será hasta el año de 2062. Los períodos entre las apariciones de
los cometas varían de pocos a millones de años.
Los meteoritos son cuerpos sólidos que resultan de la desintegración de cometas y otros astros
que cruzan el espacio a gran velocidad. Su nombre significa “piedra de los aires” y son esas
repentinas luces que atraviesan el cielo nocturno, a las que comúnmente le llamamos estrellas
fugaces. Frecuentemente llegan a la Tierra y al atravesar la atmósfera, por la fricción con el aire,
se incendian, y se ven como objetos luminosos. Algunos de ellos, de gran tamaño, han logrado
impactar la Tierra abriendo grandes cráteres, como el que muestra la figura, ubicado en el vecino
estado de Arizona en U.S.A.
Como podemos ver, la Tierra sólo ocupa un pequeño lugar en ese espacio infinito llamado
Universo. Es uno de los ocho planetas que giran en torno al Sol, el que a su vez forma parte, junto
con millones de estrellas, de la Vía Láctea, y ésta es sólo una de las millones de galaxias en el
cosmos. Sin embargo, por lo que sabemos hasta ahora, la Tierra es el único astro donde existe
vida.
3.3.- Influencia del Sol y la Luna sobre la Tierra.
El Sol es la estrella que proporciona luz y calor al Sistema Solar. La energía del Sol llega a la Tierra
en forma de ondas electromagnéticas, influyendo en diferentes fenómenos físicos, biológicos y
humanos.
El ciclo del agua es uno de los fenómenos físicos donde el Sol influye de manera directa ya que los
océanos absorben gran cantidad de la energía que proviene del Sol provocando cambios en la
temperatura del agua que ocasiona la evaporación de la misma, y la formación de nubes, iniciando
de esta manera el ciclo.
La formación de auroras polares es otro fenómeno físico que ocurre en la Tierra donde interviene
el Sol. Son un fenómeno natural que ocurre cerca de las regiones polares de la Tierra, por esta
razón algunos científicos las llaman “auroras polares”. En el hemisferio norte se conocen como
“auroras boreales”, y en el hemisferio sur como “auroras australes”. Ocurren cuando partículas
cargadas eléctricamente procedentes del Sol, son guiadas por el campo magnético de la Tierra
e inciden en la atmósfera cerca de los polos. Cuando esas partículas chocan con los átomos y
moléculas de oxígeno y nitrógeno, que constituyen los componentes más abundantes del aire,
la energía de la colisión se manifiesta en forma de luz visible de colores, verdes, amarillas, rojas y
azules que parece que danzan en el cielo.
La fotosíntesis es un fenómeno biológico mediante el cual las plantas, algas y algunas bacterias
captan y utilizan la energía del Sol para transformar la materia inorgánica de su medio externo en
materia orgánica que utilizarán para su crecimiento y desarrollo.
Fenómenos humanos o sociales ocurridos por influencia del Sol sobre la Tierra, son las
interrupciones que se presentan en los sistemas de telecomunicación cuando ondas
electromagnéticas de alta energía, producidas en el Sol, interfieren con las ondas emitidas por los
satélites artificiales de comunicación, instalados fuera de la atmósfera terrestre.
La Luna es el único satélite natural de la Tierra, y después del Sol, es el astro que ejerce mayor
influencia sobre la superficie terrestre debido a su proximidad con nuestro planeta. Los
fenómenos terrestres donde es notoria la influencia de la Luna sobre la Tierra son: Las mareas y
Los eclipses.
Las mareas son movimientos periódicos de ascenso y descenso del nivel de las aguas oceánicas. Su
principal causa es la atracción gravitatoria que la Luna ejerce sobre la Tierra. El Sol también
provoca mareas, pero como está lejos, son mucho menores que las provocadas por la Luna.
Los eclipses son sucesos en los cuales la luz procedente de un cuerpo celeste es bloqueada por
otro. Los eclipses del sistema Tierra-Luna sólo pueden ocurrir cuando el Sol, la Tierra y la Luna se
encuentran alineados. Estos eclipses se dividen en dos grupos: Eclipses de Sol y Eclipses de Luna.
Eclipse de Sol: La Luna oscurece el Sol, interponiéndose entre éste y la Tierra. Esto sólo puede
pasar en luna nueva. Los eclipses solares se dividen en totales y parciales.
Eclipse de Luna: La Tierra se interpone entre el Sol y la Luna, oscureciendo a esta última. La Luna
entra en la zona de sombra de la Tierra. Esto sólo puede ocurrir en luna llena.
3.4.- Origen de la Tierra
La Tierra es el tercer planeta desde el Sol y cuarto en cuanto a tamaño. Gira describiendo una
órbita elíptica alrededor del Sol, a unos 150 millones de km, en, aproximadamente, un año. Al
mismo tiempo gira sobre su propio eje cada día. Es el único planeta conocido que tiene vida,
aunque algunos de los otros planetas tienen atmósferas y contienen agua.
No podemos decir gran cosa de lo que ocurrió durante los dos primeros tercios de la historia de la
Tierra, sólo que, la Tierra que hoy conocemos tiene un aspecto muy distinto del que tenía poco
después de su nacimiento, hace unos 4 500 millones de años. En un principio, era una masa
incandescente que, lentamente, se fue enfriando y las capas exteriores empezaron a solidificarse,
pero el calor procedente del interior las fundía de nuevo. Después, la temperatura bajó lo
suficiente como para permitir la formación de una corteza terrestre estable.
Al principio no tenía atmósfera, y recibía muchos impactos de meteoritos. La actividad volcánica
era intensa, lo que motivaba que grandes masas de lava saliesen al exterior y aumentasen el
espesor de la corteza, al enfriarse y solidificarse. Esta actividad de los volcanes generó una gran
cantidad de gases, que al ascender formaron la atmósfera. Su composición era muy distinta de la
actual, pero fue la primera capa protectora de la Tierra. Presentes en la atmósfera primitiva
estaban el oxígeno y el hidrógeno, que a partir de ellos, se generaba vapor de agua, que después
se condensaba dando origen a las primeras lluvias.
Al cabo del tiempo, con la corteza más fría, el agua de las precipitaciones se pudo mantener
líquida en las zonas más profundas de la corteza, formando la hidrosfera. Agua, tierra y aire
empezaron a interactuar de forma bastante violenta, mientras la lava manaba en abundancia por
múltiples grietas de la corteza, la cual se enriquecía y transformaba gracias a toda esta actividad.
Este interactuar continua hasta nuestros días.
Conclusiones:
1.- Desde su formación hasta la actualidad, la Tierra ha experimentado muchísimos cambios.
2.- En las primeras etapas, desde que empezó la solidificación de la masa incandescente hasta la
aparición de una corteza permanente, las rocas que se iban generando, se volvían a fundir o,
simplemente, eran "tragadas" por una nueva erupción, por lo cual no dejaron evidencias de su
paso.
3.- Estas etapas primitivas son todavía un misterio para la ciencia, además, el paso del tiempo, la
erosión, los distintos cambios, etc., han ido borrando las señales, por lo que, cuanto más antiguo
es el periodo que se pretenda analizar, mayores dificultades vamos a encontrar.
4.- La Tierra, no lo olvidemos, sigue evolucionando y cambiando.
3.5.- Eras Geológicas
Desde su formación hasta la actualidad, la Tierra ha experimentado muchos cambios. Las primeras
etapas, desde que empezó la solidificación de la masa incandescente hasta la aparición de una
corteza permanente, no dejaron evidencias de su paso, ya que las rocas que se iban generando, se
volvían a fundir o, simplemente, eran "tragadas" por una nueva erupción. Estas etapas primitivas
son todavía un misterio para la ciencia. Además, el paso del tiempo, la erosión, los distintos
cambios, han ido borrando las señales, por lo que, cuanto más antiguo es el periodo que se
pretenda analizar, mayores dificultades vamos a encontrar. La Tierra, no lo olvidemos, sigue
evolucionando y cambiando.
Las unidades de tiempo geológico más grandes, para estudiar la historia de la Tierra, son las eras,
cada una de ella comprende algunos periodos los cuales están divididos en épocas. Los
acontecimientos más importantes que sucedieron en cada una de las eras, periodos y épocas son
descritos, de manera muy general, más adelante. Las divisiones de la escala de tiempos geológicos
resultante se basan, en primer lugar, en las variaciones de las formas fósiles encontradas en los
estratos o capas sucesivas de rocas formadas en la Tierra. Sin embargo, los primeros 4500 a 600
millones de años de la corteza terrestre están registrados en rocas que no contienen casi ningún
fósil, es decir, sólo existen fósiles de los últimos 600 millones de años. El descubrimiento de la
radiactividad permitió a los geólogos del siglo XX idear métodos de datación nuevos, pudiendo así
asignar edades más precisas, en millones de años, a las divisiones de la escala de tiempos.
3.6.- Movimiento de Rotación:
Si no estuvieras tan familiarizado con la idea de que la Tierra es una esfera que gira en el espacio,
creerías que estás en el centro del universo y en un planeta plano e inmóvil. Pasaron bastantes
años antes que el hombre encontrara una explicación satisfactoria a las interrogantes sobre el
movimiento aparente del Sol, la Luna y las estrellas alrededor de la Tierra. La Tierra realiza 4
movimientos de manera simultánea, siendo los más notables el de rotación y el de traslación.
Cuando viajas en un automóvil a gran velocidad parece que los árboles y las líneas blancas que
dividen los carriles de la carretera se mueven en sentido contrario, pero lo que en realidad sucede
que eres tú el que está en movimiento; mientras que los demás objetos continúan en su lugar;
algo parecido sucede con el Sol, la Luna y las estrellas; es la Tierra la que se mueve debido a la
rotación sobre su eje, mientras que los demás astros continúan en su lugar, aunque ellos también
tienen sus propios movimientos, pero no se perciben diariamente desde la Tierra.
El movimiento de rotación de la Tierra tiene las siguientes características:
1.- La dirección del movimiento es de Este a Oeste, en sentido contrario al movimiento aparente
del Sol y las estrellas, y es a este movimiento al que se deba que veas salir al Sol por el Este u
oriente y ocultarse por el Oeste o poniente.
2.- La duración. La Tierra realiza un giro completo sobre su eje en 23 horas, 56 minutos y 4
segundos; sin embargo, como durante ese tiempo se desplaza alrededor del Sol, necesita otros 3
minutos y 56 segundos para volver a estar en la misma posición respecto al Sol, completándose así
las 24 horas, al cual se le llama, día civil.
3.- La velocidad. Aunque todos los puntos de la Tierra tardan 24 horas en dar una vuelta de
rotación completa, cada uno gira a una velocidad diferente. Los lugares que están cerca de los
polos apenas se mueven, en cambio los que se hallan en el ecuador giran a mayor velocidad.
Como consecuencias del movimiento de rotación se tiene:
1.- La sucesión del día y la noche, donde la Tierra queda parcialmente expuesta y oculta al Sol.
2.- La fuerza deflexiva, que consiste en la desviación de los vientos y las corrientes marinas; que
en el hemisferio norte se desplazan hacia la derecha de su punto de partida y en el hemisferio sur
hacia la izquierda.
3.- Los cuerpos que caen libremente, no siguen una trayectoria vertical, sino que siempre
experimentan una desviación hacia el Este.
4.- La orientación, se basa en el movimiento de rotación ya que si la Tierra estuviera inmóvil, no
habría Norte ni Sur, puntos que están determinados por el eje sobre el cual gira el planeta; de
igual manera no existiría el Este ni el Oeste. Estos cuatro puntos llamados cardinales, son la base
del sistema de orientación.
5.- La diferencia de horas y de fechas, la cual determina el sistema de husos horarios.
3.7.- Movimiento de traslación:
Es aquel que realiza la Tierra alrededor del Sol. Tiene las siguientes características:
1.- La trayectoria que describe la Tierra alrededor del Sol es una órbita elíptica, donde el Sol no
está en el centro de la elipse, sino que ocupa uno de sus focos, por lo que la Tierra no se encuentra
siempre a la misma distancia del Sol. Cuando está más cerca del Sol se dice que está en su
perihelio y cuando está más alejada está en su afelio.
2.- La duración : el tiempo que emplea la Tierra en darle una vuelta completa al Sol es de 365 días,
5 horas, 48 minutos y 46 segundos (aproximadamente ¼ de día). A este lapso se le llama año
trópico o solar. No tiene aplicaciones prácticas en la vida cotidiana, porque su duración
fraccionaria haría difícil llevar la cuenta de los días. El año civil es una adaptación del año solar a
las necesidades humanas e inicia el 1 de enero al 31 de diciembre, por lo que tiene 365 días. Con el
fin de concordar con el año trópico, el cuarto de día incompleto se acumula y forma cada cuatro
años un año bisiesto de 366 días; es decir que cada cuatro años se le agrega al año civil un día en
el mes de febrero.
Consecuencias del movimiento de translación
La inclinación del eje terrestre (23°27’), y el movimiento de traslación tienen como consecuencia
las cuatro estaciones del año. Las cuatro estaciones están determinadas por cuatro posiciones
principales en la órbita terrestre, opuestas dos a dos, que reciben el nombre de solsticios y
equinoccios. Solsticio de invierno, equinoccio de primavera, solsticio de verano y equinoccio de
otoño. En los equinoccios (significan días y noches iguales), los rayos del Sol caen perpendiculares
al ecuador (primavera el 21 de marzo y otoño el 23 de septiembre). Las otras dos estaciones son
solsticios (significa Sol que se detiene) y corresponden a dos fechas del año en que los días y las
noches no tienen igual duración y los rayos solares caen perpendicularmente a los trópicos
(verano el 21 de junio e invierno el 22 de diciembre).
Como pruebas del movimiento de traslación de la Tierra están:
1.- El cambio aparente del tamaño del Sol en el curso del año (perihelio y afelio).
2.- El cambio del paisaje celeste en el curso del año haciendo que el Sol aparentemente pase por
las doce constelaciones zodiacales (signos del zodiaco), una por cada mes del año.
3.8.- Movimiento de Precesión y Nutación
Aparte del movimiento de rotación y el movimiento de traslación, nuestro planeta tiene otros dos
movimientos importantes: “precesión” y “nutación”.
El movimiento de "precesión“, se puede entender analizando lo que ocurre con un trompo
cuando gira; si damos un ligero golpe en la parte superior del trompo mientras éste baila,
entonces el trompo empezará a cabecear. Este cabeceo se denomina movimiento de "precesión".
En el caso de la Tierra, el movimiento de “precesión” se trata de un lento bamboleo que sufre el
eje imaginario de rotación de la Tierra. Como la Tierra es una esfera achatada en los polos y el eje
de rotación está inclinado, la fuerza de atracción gravitacional del Sol y de la Luna sobre una mitad
de la esfera terrestre, no es igual a la fuerza de atracción sobre la otra mitad; esto origina una
fuerza de torsión en el eje terrestre que lo hace cambiar de orientación. De esta forma se origina
el movimiento de "precesión". Por lo que podemos decir que el movimiento de “precesión” del eje
terrestre se debe a tres razones:
1.- A la inclinación del eje terrestre (23° 27).
2.- La Tierra no es exactamente una esfera, sino que está achatada en los polos.
3.- A la influencia de la fuerza gravitatoria combinada del Sol y la Luna sobre la Tierra.
La duración del movimiento de "precesión", es de 25765 años, por lo que sus efectos son
perceptibles a través de muchos años. Una de las consecuencias evidentes del movimiento de
"precesión", es la modificación del ciclo zodiacal; nosotros vemos la posición de las estrellas que
forman las constelaciones de zodiaco, diferentes a como las vieron hace 2200 años los antiguos
griegos.
Movimiento de nutación
Este movimiento también es debido al achatamiento de los polos y a la atracción de la Luna sobre
el eje ecuatorial. Es un movimiento de vaivén que consiste en perturbaciones en la dirección del
eje terrestre, que se traducen en pequeñas onditas durante el movimiento de precesión. El
movimiento de "nutación", se debe a que la órbita de la Luna, está inclinada respecto al plano de
la órbita de la Tierra. El movimiento de "nutación" completa un ciclo en 18.6 años y las amplitudes
que alcanzan las “onditas” son muy pequeñas. Esto hace que sea un movimiento imperceptible
para todas las personas, excepto para los astrónomos. Tanto la precesión como la nutación son
movimientos provocados por la influencia gravitatoria del Sol y la Luna. Son movimientos
complementarios, mientras la “precesión” dibuja una elipse la “nutación” hace que ese dibujo sea
ondulado.