Introduccion: el universo observable

Ángeles Díaz Beltrán
Dpto. de Física Teórica
Universidad Autónoma de Madrid
Módulo C15, 3ª Planta, 313
Tfno: 914975569
[email protected]
Curso 2011-12
Introducción a la Astronomía
Ángeles I. Díaz
1
Astronomía y Astrofísica
•  La Astronomía es la ciencia que trata del
origen, evolución, composición y distancia de
los cuerpos y la materia dispersos en el
Universo.
•  Incluye a la Astrofísica que estudia las
propiedades físicas y la estructura de la
materia cósmica
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•  La Astrofísica comienza con los descubrimientos
de la espectroscopía y la fotografía en el siglo
XIX, que permitieron medir la cantidad y
calidad de la luz emitida por los astros y
posibilitaron su análisis para obtener:
luminosidades, temperaturas, composición
química etc... de dichos objetos.
•  La tendencia a la aplicación de las leyes físicas
a la interpretación de los datos
observacionales cobró ímpetu durante la
primera mitad del siglo XX.
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Física (radiación ⇔ materia)
Matemáticas (tiempo ⇔ materia ⇔ energía)
Astrofísica
Computación (herramientas y métodos de análisis)
Química (constituyentes de la materia)
Geología (estructura de los planetas)
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La Astronomía difiere de otras ciencias en que:
•  No se pueden cambiar los parámetros de un
experimento
•  Las distancias son muy grandes
•  Las escalas temporales son muy largas
•  Incluye el estudio de fenómenos físicos bajo
condiciones que no se pueden reproducir en el
laboratorio
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6
Notación en potencias de diez: resulta de gran utilidad
cuando se usan números muy grandes (potencias positivas)
o muy pequeños (potencias negativas)
100 = 1
100 = 1
101 = 10
(deca)
10-1 = 0.1
(deci)
102 = 100
(hecto)
10-2 = 0.01
(centi)
103 = 1,000
(kilo)
10-3 = 0.001
(mili)
104 = 10,000
10-4 = 0.0001
106 = 1,000,000
(mega)
109 = 1,000,000,000
(giga)
1012= 1,000,000,000,000 (tera)
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10-6 = 0.000001
(micro)
10-9 = 0.000000001 (nano)
10-12 = 0.000000000001 (pico)
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7
Potencias de diez
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ESCALA LOGARÍTMICA
Escala lineal
Logaritmo
Escala lineal
Logaritmo
100 = 1
0
100 = 1
0
101 = 10
1
10-1 = 0.1
-1
102 = 100
2
10-2 = 0.01
-2
103 = 1,000
3
10-3 = 0.001
-3
104 = 10,000
4
10-4 = 0.0001
-4
106 = 1,000,000
6
10-6 = 0.000001
-6
109 = 1,000,000,000
9
10-9 = 0.000000001
-9
1012= 1,000,000,000,000 12
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10-12 = 0.000000000001 -12
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Escalas en la Tierra
(Importancia de los números en ciencia)
  Radio = 6.400 km (dos días para dar una vuelta en
jet).
–  Interesante:
 Superficie muy suave: montañas más altas, 8 km,
océano más profundo 8 km => aspereza 1/800
 Atmósfera delgada: ~100 km alto => 1/60 del radio.
  Masa = 6 x 1024kg => Densidad media = 6000 kg./
m3
Comparemos, agua 1000 kg./m3, rocas ~3000 kg./m3
 Corazón de la Tierra está hecho de hierro y
níquel
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El sistema Tierra- Luna
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VAMOS UN POCO MÁS LEJOS
EL SISTEMA SOLAR
EL SOL
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El Sol
 Radio: 700.000 km,
 Distancia: 1.5 x 108 km. (UA=Unidad Astronómica)
 Masa: 2 x 1030 kg. (300.000 veces la Tierra)
 Densidad: 1.4 veces el agua (hecho de gas)
unidades
✦ La masa del Sol → M
✦ La Unidad Astronómica → UA
✦ La densidad del agua → 1 g/cm3
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El Sol
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EL SOL COMO PATRÓN
El Sol es la estrella más cercana y por lo tanto la mejor
estudiada. Sus magnitudes se suelen usar como
patrones de medida.
Distancia Tierra-Sol
Radio Solar
Masa Solar
Luminosidad Solar
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UA
R
M
L
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1,49 x 10 8 Km
6,96 x 10 5 Km
1,99 x 10 30 Kg
3,82 x 10 26 W
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El Sistema Solar
✦  Hay nueve planetas en órbitas casi circulares
moviendose en un plano.
✦  El más pequeño y más lejano, Plutón, con una órbita
de 40UA, y una masa de 1/500 la de la Tierra (menos
que la luna). A partir de la última reunión de la Unión Astronómica
Internacional, celebrada en Praga en Agosto de 2007, Plutón ha dejado
de clasificarse como planeta. Plutón se considera ahora el prototipo de
una nueva clase: Planetas Enanos, dentro de los cuales se encuentran
también su satélite: Carón y Ceres, el objeto más masivo en el
Cinturón de Asteroides, entre otros.
✦  A la velocidad de la luz se necesitan 5.3 horas para
salir del Sistema Solar.
✦  Un avión tardaría 17 x 40 = 680 años
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Sistema Solar
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Imágenes reales de Venus y la Tierra captadas por el satélite Voyager I
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ESTRELLAS
¿Qué hay a continuación, después de dejar el Sistema Solar?
✦ Próxima de Centauro a 300.000 AU
◗  A esta escala las UA dejan de ser útiles
◗  Usaremos los años luz como unidad de distancia
◗  1 año luz = distancia que recorre la luz en un año
◗  velocidad luz en el vacío = 300.000 km./s
◗  1 año luz = 9.5 x 1012 km.
◗  1 AU = 8 minutos luz
◗  En un segundo la luz da 7 vueltas alrededor de la Tierra.
✦ Próxima de Centauro a 4.2 años luz
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Estrellas de la Vía Láctea
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La nebulosa de Orión
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26
Sistemas de estrellas
¿Están las estrellas distribuidas al azar en el cielo?
No, las estrellas se organizan bajo ciertos patrones.
La Vía Láctea es un ejemplo
Descripción de la Vía Láctea
" 
" 
" 
Distancia al centro = 25.000 - 30.000 años luz
Contiene mas de 100 mil millones de estrellas
Rota lentamente, 1 vuelta cada 200 millones de años.
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Galaxia espiral parecida a la Vía Láctea
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28
Esquema de la Vía Láctea
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Componentes de la Vía Láctea
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Galaxias y el Universo
n  La
galaxia más cercana a la nuestra, y más o menos de
las mismas dimensiones, es ANDROMEDA
⇒ 
Distancia = 2 millones de años luz, sólo 80 veces el diámetro de la VL.
n  En
relación a sus tamaños, en general, las galaxias están
más cercanas unas con otras que las estrellas.
n  Es
necesario usar telescopios para observar galaxias,
excepto para Andrómeda y las Nubes de Magallanes
n  Las
Galaxias se acumulan en grupos (decenas),
cúmulos (centenas) y supercúmulos (millones)
⇒ 
Tamaño de estructuras más grandes, 150 millones de años luz
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El Grupo Local
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33
Distintos tipos de galaxias
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34
Agrupaciones de galaxias
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35
Efecto de los grandes cúmulos de galaxias
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36
Galaxias Peculiares
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37
Galaxias en interacción
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Colisiones de galaxias
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39
Galaxias emisoras
en ondas de radio:
RADIOGALAXIAS
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40
Galaxias activas
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41
Cuásares: objetos casi estelares
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42
Estructura del Universo
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43
Galaxias en los confines del Universo, al comienzo del tiempo
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Tamaños en el Universo
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ESCALAS TEMPORALES
  Edad estimada del Universo
  Edad estimada de las estrellas
más viejas de la Galaxia
  Tiempo estimado de vida del Sol
  Tiempo que tarda el Sol en
completar una órbita alrededor
del centro galáctico
  Tiempo medio entre colisiones
de dos estrellas dentro de una
galaxia
  Tiempo que tarda una galaxia en
atravesar el cúmulo en que se
encuentra
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13.7 x 10 9 años
12 x 10 9 años
9 x 10 9 años
2,5 x 10 8 años
1 x 10 17 años
1 x 10 9 años
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LA VIDA DEL UNIVERSO EN UN AÑO
Si el tiempo de vida del Universo lo dividimos en un
calendario de 12 meses, esta es la secuencia de los
acontecimientos:
➨  Big-bang --- Medianoche del 1 de Enero
➨  Formación de la Vía Láctea --- 1 Mayo
➨  Formación del Sistema Solar --- 9 de Septiembre
➨  Formación de la Tierra --- 14 de Septiembre
➨  Origen de la vida --- Finales de Septiembre
➨  Células con núcleo --- Mediados de Noviembre
➨  Aumento del oxígeno en la atmósfera --- Primeros
de Diciembre
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➨  Primeros gusanos --- Mediados de Diciembre
➨  Las plantas colonizan la Tierra --- 20 de Diciembre
➨  Dinosaurios dominan la Tierra --- 25 de Diciembre
➨  Primeros primates --- 29 de Diciembre
➨  Primeros humanos --- 31 de Diciembre 22:30 h.
➨  Aparición de la agricultura --- 40 s antes de
medianoche del 31 de Diciembre
➨  Caída del Imperio Romano --- 3 s antes de
medianoche del 31 de Diciembre
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