1 La Tierra en el Universo

Contenidos
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La Tierra
en el Universo
Índice
1 El Universo
2 El Sistema Solar
3 La Tierra
4 La Luna
5 Observación celeste y técnicas de orientación
1. El Universo
Entendemos por Universo todo aquello que existe físicamente. Sin embargo, habitualmente utilizamos esta palabra para referirnos a los cuerpos celestes (estrellas, planetas, satélites, asteroides, cometas, etcétera).
Por otra parte, la astronomía es la ciencia encargada del estudio de los cuerpos
celestes, sus movimientos, los fenómenos relacionados con ellos, su seguimiento y la
investigación de su origen.
La mayoría de los estudios astronómicos apoyan la idea de que el Universo se formó
durante el llamado Big Bang, una explosión gigante que ocurrió aproximadamente
hace unos 15 ó 20 mil millones de años. En ese momento, todo el Universo estaba
concentrado en un único punto y era más caliente y más denso que cualquier cosa
que podamos imaginar.
Esta explosión gigante lanzó materia en todas direcciones y, en una fracción de
segundo, el Universo pasó de ser más pequeño que un átomo a más grande que una
galaxia. Durante millones de años, la materia se fue agrupando primero en pequeñas
partículas y posteriormente en grandes estrellas, que a su vez se agruparon originando
galaxias.
En la actualidad, se cree que este crecimiento tras el Big Bang mantiene al Universo
aún en expansión. Los cuerpos celestes que podemos observar actualmente se formaron hace miles de millones de años a medida que el Universo se enfriaba tras esa
enorme explosión. Hoy en día, muchos aspectos relativos al Universo son todavía un
misterio para el ser humano.
algaida
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Las grandes dimensiones del Universo hacen necesaria la utilización de unas unidades de longitud muy distintas de las que empleamos normalmente. Las principales
unidades astronómicas de longitud son:
>>La Unidad Astronómica (UA) equivale a la distancia media entre la Tierra y el Sol,
es decir, unos 150 millones de km (150 · 106 km).
>>Un año luz equivale a la distancia recorrida por la luz en un año, es decir, unos 9,5
billones de km (9,46 · 1012 km).
1.1. Modelos históricos del Universo
¿Cómo se establece un modelo científico?
El método científico es una forma de emplear los conocimientos científicos siguiendo una serie de pasos ordenados, y de esta forma llegar a conclusiones que nos permitan explicar los fenómenos naturales.
Evolución histórica de las teorías astronómicas
Tierra
Luna
Sol
Venus
Saturno
Júpiter
Es
Marte
a
fer
rior de las Estrella
exte
sF
ija
s
Saturno
Júpiter
Marte
Venus
Mercurio
Tierra
Sol
Luna
Geocentrismo
Heliocentrismo
El término “Geo” significa Tierra. El modelo geocéntrico ubicaba la Tierra en el
centro del Universo, y explicaba el movimiento aparente de los astros alrededor
de la Tierra. Este modelo fue formulado
por Aristóteles y completado y ratificado por Ptolomeo. Fue la teoría predominante hasta el Renacimiento.
El término “Helio” significa Sol. Esta teoría explicaba que los movimientos de los
cuerpos celestes se producían alrededor
del Sol. Fue formulada por los antiguos
griegos y retomada por Copérnico en el
siglo xv. Este modelo explicaba con facilidad la alternancia de las estaciones en
la Tierra.
1.2. Teorías actuales sobre el Universo
El modelo del Universo más aceptado actualmente es el que sitúa a nuestro planeta
dentro de un sistema solar, con una sola estrella, el Sol, localizado en un extremo de
una galaxia. El tamaño de esa galaxia es insignificante comparado con el tamaño total
del Universo. Así pues, nuestra galaxia no es más que una de las miles de millones que
forman el Universo, y que se mueven siguiendo el modelo de expansión del Big Bang.
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Las galaxias
Una galaxia es una gran aglomeración de estrellas, gas y polvo que se mantiene
unida por fuerzas gravitatorias. Las galaxias más pequeñas contienen unos pocos
millones de estrellas, mientras que las mayores poseen billones. Las galaxias se
agrupan formando cúmulos, y estos, a su vez, forman grupos llamados supercúmulos.
Existen galaxias de diversos tipos: elípticas, espirales e irregulares.
El sistema solar pertenece a una galaxia espiral, la Vía Láctea. La Vía Láctea se estima que está formada por unos 200 000 millones de estrellas. Su diámetro es de unos
100 000 años luz.
Estrellas
Una estrella es una esfera de gas, principalmente hidrógeno y helio, que genera
en su interior gran cantidad de energía. Dado que una parte de esa energía se
emite al espacio en forma de luz, las estrellas se observan en el cielo nocturno
como puntos luminosos. Las estrellas más frías pueden tener temperaturas en su
superficie de aproximadamente 2 000 ºC mientras que las más calientes pueden
llegar a unos 50 000 ºC.
El Sol es una estrella mediana de color amarillo situada a 27 000 años luz del
centro de la Vía Láctea y a 8,3 minutos luz de la tierra (150 · 106 km). Se formó
hace 4 600 millones de años a partir de la nube de materia interestelar de la que
nació todo el Sistema Solar.
Además, se trata de la única estrella cuya superficie podemos estudiar en detalle, por
estar relativamente cerca. Genera energía mediante un tipo de reacción denominada
fusión nuclear que tiene lugar en su núcleo. Esta reacción consiste en la transformación
de hidrógeno en helio, la cual libera grandes cantidades de energía. En el núcleo se llegan
a alcanzar 15 millones de grados, aunque su temperatura superficial es de 5 500 ºC.
Zona convectiva
Zona radiante
Núcleo interno
Fotosfera
Manchas
solares
Cromosfera
Protuberancia solar
Corona
Estructura del Sol.
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La masa del Sol es de 2 · 1030 kg, lo que supone el 99% de toda la masa del Sistema
Solar. Su volumen es un millón de veces más grande que la Tierra y gira sobre su eje
cada 27 días terrestres.
2. El Sistema Solar
Un sistema planetario es un conjunto formado por una estrella (a veces dos) y todos los planetas y cuerpos menores que orbitan a su alrededor. Además del nuestro,
se conocen otros sistemas planetarios con más de 300 planetas (exoplanetas) girando
alrededor de otras estrellas.
El Sistema Solar, por tanto, es el sistema planetario formado por los planetas, planetoides, satélites, asteroides, cometas y meteoritos que orbitan de forma regular
alrededor del Sol.
Los componentes del Sistema Solar desde el interior hacia al exterior son:
>>Sol: es el único con luz propia. El resto de componentes son visibles debido a que
reflejan la luz procedente del Sol.
>>Planetas: son ocho cuerpos con forma esférica que giran alrededor del Sol y cuyo
tamaño es mayor que el del resto de cuerpos celestes. Se dividen en:
• Planetas interiores: Mercurio, Venus, Tierra y Marte. Son rocosos, de pequeño
tamaño y los más próximos al Sol.
• Planetas exteriores: Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Son los más alejados del
Sol. Están formados en su mayor parte por gases. Dado su gran tamaño se denominan gigantes gaseosos.
>>Satélites: son cuerpos de tamaño variable que giran alrededor de los planetas. Se
conocen más de 160 satélites en el Sistema Solar.
>>Cinturón de asteroides: es una concentración de asteroides que se encuentra entre
las órbitas de los planetas interiores y exteriores.
>>Planetoides: cuerpos de forma esférica de menor tamaño que los planetas. En esta
categoría se incluye a Plutón (antiguo planeta), Eris y Ceres. Pueden tener sus propios satélites.
>>Cometas: proceden de las zonas más alejadas del Sistema Solar o incluso de fuera
de este. Tienen periodos orbitales entre 70 y 1 000 años.
Los planetas realizan dos movimientos fundamentales:
>>Traslación: es el giro alrededor del Sol que determina la duración del año del pla-
neta. Las órbitas de todos los planetas están situadas prácticamente en un mismo
plano y son elípticas. Los planetas giran alrededor del Sol en sentido antihorario.
>>Rotación: es un movimiento de giro sobre sí mismo alrededor de un eje imaginario
que determina la duración del día. Casi todos los planetas tienen su eje perpendicular al plano de traslación. La única excepción la constituye Urano, cuyo eje de
rotación es paralelo a este plano. La rotación es también antihoraria para casi todos
los planetas menos para Venus y Urano.
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Mercurio Venus
0,1º
177º
Tierra
23º
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Marte
25º
Urano
98º
Neptuno
30º
Saturno
27º
Júpiter
3º
Planeta
Mercurio
Venus
Tierra
Marte
Júpiter
Saturno
Urano
Neptuno
Satélites
0
0
1
2
63
33
27
13
Distancia al
Sol (UA)
0,39
0,72
1
1,52
5,2
9,54
19,2
30,1
Diámetro
(km)
4 879
12 104
12 756
6 794
142 984
120 536
51 118
49 528
-170 a 430
460
15
-40
-140
-180
-210
-220
0,055
0,815
1
0,107
317,7
95,15
14,53
17,15
Rotación (*)
58,6 días
243 días
Traslación (*)
87,97 días
224,7 días
Temperatura
media (ºC)
Masa (*)
Atmósfera
No tiene
23,93 horas 24,62 horas 9,84 horas 10,23 horas 17,9 horas
16,11
horas
365,22 días 686,98 días 11,86 años 29,46 años 84,01 años 164,8 años
Dióxido de
Dióxido de
Dióxido de
carbono,
carbono,
carbono,
nitrógeno,
nitrógeno y
nitrógeno y
oxígeno y
agua
agua
agua
Hidrógeno, helio,
metano y
amoniaco
Hidrógeno, helio,
metano y
amoniaco
Hidróge- Hidrógeno, helio y no, helio y
metano
metano
(*) Relativa a los valores terrestres.
3. La Tierra
La Tierra es el tercer planeta del Sistema Solar. Su forma es esférica aunque achatada por los polos (lo que se conoce como forma geoide), por lo que su perímetro
mayor (40 000 km) se sitúa en el ecuador. Tiene 12 750 km de diámetro y su distancia al Sol es de 1 UA. Es el mayor de los planetas interiores y su situación y su
tamaño la convierten en un planeta privilegiado con condiciones imprescindibles
para el desarrollo de la vida:
>>Tiene una temperatura media de unos 15 ºC.
>>El agua está presente en los tres estados (sólida, líquida y gaseosa).
>>Su atmósfera es densa y contiene oxígeno.
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3.1. Movimiento de rotación terrestre
La rotación es el movimiento que realiza la Tierra al girar sobre su propio eje, de
oeste a este, en sentido contrario a las agujas del reloj si lo observáramos desde un
globo aerostático que sobrevolara el Polo Norte. El planeta da una vuelta completa cada 24 horas, lo que constituye un día terrestre completo.
Durante la rotación, la mitad de la Tierra permanece iluminada por el Sol y la otra
mitad permanece a la sombra. De esta forma se suceden periodos de iluminación y
de sombra llamados días y noches. La duración de los días y las noches tampoco es la
misma en distintas latitudes.
3.2. Movimiento de traslación terrestre
La traslación es el movimiento que realiza la Tierra al girar alrededor del Sol a una
velocidad de 108 000 km/h. Una vuelta completa dura 365 días y 6 horas, lo que
se conoce como año terrestre. Cada cuatro años se suman las 6 horas formando
un día completo que se agrega al mes de febrero, obteniéndose un año bisiesto.
La combinación de la traslación de la Tierra alrededor del Sol y de la inclinación del
eje terrestre produce las estaciones del año. Estas estaciones son contrarias en los dos
hemisferios y comienzan o finalizan en posiciones características de la órbita terrestre.
4. La Luna
La Luna es el satélite de la Tierra y el único cuerpo del Sistema Solar visible en
detalle a simple vista. No tiene luz propia y se puede observar gracias a que en ella
se refleja la luz del Sol. Su superficie es de rocas y polvo. No tiene atmósfera, ni
agua líquida, aunque se ha descubierto agua congelada en su superficie.
Al igual que el resto de cuerpos celestes, la Luna tiene dos tipos de movimientos
distintos:
>>Rotación: la Luna completa una vuelta alrededor de su eje en un periodo de tiempo
de 27 días, 7 horas y 43 minutos (periodo lunar).
>>Traslación: describe un giro alrededor de la Tierra a una distancia media de 384 000
km y a una velocidad de 3 700 km/h.
4.1. Fases lunares
La Luna refleja la luz solar de manera diferente según el lugar en el que se encuentre. Como a lo largo del movimiento de traslación la posición respecto al Sol y
la Tierra va cambiando, la imagen que tenemos de la Luna desde la Tierra varía según
las posiciones en su órbita lunar. Cada una de estas posiciones se denomina fase lunar.
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4.2. Mareas
Al igual que entre el resto de objetos celestes, entre la Tierra y la Luna se establecen
fuerzas de atracción. Por tanto, la Luna y la Tierra están unidas por fuerzas gravitatorias que forman un sistema (Tierra-Luna).
Así, llamamos gravitación a la fuerza de atracción mutua que se ejerce a distancia entre las masas de los cuerpos, especialmente los celestes. Fue enunciada por
Isaac Newton (1643-1727) en su Teoría de la gravitación universal: “Dos cuerpos
se atraen con una fuerza directamente proporcional al producto de sus masas e
inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa”.
FG =
GmT mL
2
rTL
Las mareas son los cambios periódicos del nivel del mar causados por las fuerzas
gravitacionales que ejercen la Luna y el Sol sobre nuestros mares y océanos. Cuando
el nivel del mar sube se denomina marea alta o pleamar, mientras que la retirada del
mar se llama marea baja o bajamar. Cada 6 horas aproximadamente se produce un
cambio de marea.
4.3. Eclipses
Como la Tierra gira en torno al Sol, y la Luna en torno a la Tierra, cada cierto tiempo
uno de ellos se interpone entre los otros dos. Esta interposición es la que da lugar a los
eclipses. Dependiendo de la posición de la Luna con respecto a la Tierra y el Sol, se
pueden producir dos tipos de eclipse:
>>Eclipse de Luna: la Luna se sitúa justo en la zona de sombra que proyecta la Tierra
al tapar la iluminación del Sol. De esta forma, en cuestión de horas, la Luna desaparece y vuelve a aparecer.
>>Eclipse de Sol: la Luna se sitúa justo entre el Sol y la Tierra, por lo que genera una
zona de sombra sobre la superficie de la Tierra. En esa zona el Sol aparece como
un disco negro con un borde iluminado. Al cabo de varios minutos el Sol vuelve a
recuperar su aspecto normal.
Penumbra
Sombra
Fases de un eclipse parcial de Luna.
Eclipse total de Sol.
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5.Observación celeste y técnicas de orientación
La salida del Sol por un punto del horizonte y su desaparición por el punto opuesto
permite disponer de dos puntos de referencia para establecer nuestra ubicación. De
ahí surge la palabra orientación, que significa literalmente localización del oriente, es
decir, lugar por donde sale el Sol (este). Al lugar por donde se pone el Sol se le denomina occidente (oeste).
Haciendo coincidir nuestra mano derecha con el este y la izquierda con el oeste,
los otros dos puntos cardinales quedan inmediatamente situados. El norte quedará al
frente y el sur a nuestra espalda.
Por la noche, si está despejado, también es posible guiarse por las estrellas de manera eficaz y sencilla. Basta con localizar el norte. Para localizarlo nos servimos de la
Estrella Polar, que indica siempre el norte en el hemisferio norte del planeta. Esta es
la única estrella que permanece fija, ya que se alinea con el eje de rotación de la Tierra. Todas las estrellas parecen girar alrededor de ella.
Además de la observación del Sol o las estrellas, con el transcurso del tiempo el ser
humano ha utilizado distintos métodos y elementos para poder orientarse como la
brújula, el radar y más recientemente el sistema GPS.
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