El nostre univers 1. De què està fet l’Univers • L’univers observable • Matèria fosca (1933) • Energia fosca (1998) L’univers observable • És el 4% de la densitat de l’Univers. • Format per galàxies. • Les galàxies estan constituïdes per: estels, planetes i nebuloses. • Des del punt de vista químic l’univers observable està constituït per: 75% d’hidrogen, 20% d’heli i 5% de la resta dels elements. La matèria fosca • 22% de la densitat de l’Univers • La seva existència va ser proposada en 1933 davant de l’evidència d’una “massa no visible” que exercia una atracció gravitacional molt major que la matèria que podem detectar • Es desconeix la seva composició i les seves propietats. L’Energia fosca • 74% de la densitat de l’univers. • Les galàxies es mouen cada vegada a velocitats majors, l’Univers s’està accelerant. • Es creu que la causa és una energia fosca de naturalesa desconeguda que actua de forma inversa a l’atracció gravitacional. De què estan fets els estels? Espectre electromagnètic L’espectre d’absorció • Cada element químic posseeix unes línies d’absorció per determinades longituds d’ona. • Aquestes són característiques de cada element químic. • Aquest espectre d’emissió s’utilitza per identificar els elements que componguin una determinada mostra. Les capes més exteriors del Sol estan formades sobretot per hidrogen i heli. Pàgina 19 activitat 1 i 2 Com sabem de quins elements està fet un estel ? Com podem mesurar distàncies tan grans? • Anys llum • Un any llum és la distància que recorre la llum en un any • La velocitat de la llum és de 300000 Kms/s • Un any són 31536000 segons • La llum recorre 9460800000000 km en un any La llum necessita recorre grans distàncies per arribar a nosaltres, per tant quan observem un estel molt llunyà l’estem veient com era fa milers d’anys. 2. Com està organitzat l’Univers 3. L’univers en moviment La força de la gravetat: • Isaac Newton: Llei de la gravitació universal Els cossos s’atreuen, tant més com més pròxims estiguin i més gran sigui la massa. • Albert Einstein: Teoria de la relativitat general Les grans masses actuen sobre l’espai del voltant i el deformen. Els forats negres • Es forma quan un estel es fa més petit com a resultat de la seva pròpia gravetat. Aquest procés rep el nom de col·lapse gravitacional. • Són concentracions de matèria d’altíssima densitat. • Tenen un camp gravitacional tan gran que ni tan sols la llum pot escapar. • La seva existència es coneix per la radiació emesa per la matèria que s’accelera abans de caure en ell. • Gairebé totes les galàxies que s’han pogut investigar tenen un forat negre. • El que ocupa el centre de la Via Làctia s’anomena sagitari A* • Com més cossos caiguin dintre d’un forat negre més gran serà la seva massa i per tant, incrementarà l’atracció gravitacional. • El punt de no retorn és de 7,7 milions de quilòmetres. • Es formen quan un estel es fa més petit com a resultat de la seva pròpia gravetat. Aquest procés s’anomena col·lapse gravitacional. 4. El Big Bang • L’Univers es va originar fa 13700 milions d’anys en una gran explosió coneguda com el Big Bang. Com coneixem aquest fet? • Al començament del s.XX van descobrir una cosa “estranya” en l’espectre de la llum que ens arribava de les galàxies. • Les línies de l’espectre que representaven els diferents elements químics no estaven col·locades al seu lloc, sinó que semblaven desplaçades cap a la zona del vermell de l’espectre. • Això significa que les galàxies s'allunyen les unes de les altres. • Efecte Doppler Si les galàxies s’allunyen es pot pensar que en el passat estaven més a prop i que en un principi tota la matèria estava concentrada en una zona més petita. L’efecte Doppler • Quan un objecte es mou emet ones, aquestes ones es distorsionen. • Si l’emissor s’acosta, l’ona es comprimeix (longitud d’ona més curta). • Si l’emissor s’allunya, l’ona s’estira (longitud d’ona més llarga). • Aquest fenomen s’anomena efecte Doppler. Pàgina 25 Act 9 • Quan es va conèixer el fet que les galàxies s’allunyen les unes de les altres va sortir la teoria del big bang ( la gran explosió) • Si les galàxies s’allunyen les unes de les altres, cal pensar que en el passat estaven més a prop i que al principi tota la matèria estava concentrada en una zona molt petita. • En realitat és l’espai el que s’expandeix i arrossega les galàxies. • Quan el globus s’expandeix, les galàxies s’allunyen les unes de les altres. Aquest és un bon símil per entendre l’expansió de l’espai. La confirmació del Big Bang • Arno Penzias i Robert Wilson van descobrir el 1964 que hi arribava una radiació molt feble des de tots els punts de l’Univers. • Com procedia de tots els punts de l’Univers la van anomenar còsmica. • I com era molt feble, havia de tractar-se d’alguna cosa molt llunyana. • Radiació còsmica de fons. • Fotografia obtinguda per la sonda WMAP 2003 • És la radiació generada fa uns 300000 anys després del Big Bang, quan van començar a formar-se els àtoms. • Els diferents colors representen diferències de densitat a l’Univers primitiu. El Big Bang i la història de l’Univers 1. Etapa d’inflació • L’univers supercomprimit es va expandir i va créixer a enormes velocitats. • La temperatura és d’uns 1027 graus K 2. Formació de la matèria • L’Univers estava format per partícules subatòmiques (electrons i quarks) i amb quantitats immenses d’energia, els fotons. • Al cap de tres minuts quan es va refredar aquesta “sopa de partícules subatòmiques” fins a mil milions de graus es van formar els neutrons i els protons. 3. Els primers àtoms • Uns 300.000 anys després del big bang, es van formar àtoms d’hidrogen i heli, en un % semblant al que observem actualment. 4. L’incendi de l’Univers • Les partícules carregades protons i electrons interfereixen amb els fotons, però en combinar-se amb els quarks i neutrons per formar els àtoms la llum va poder viatjar lliurement per l’espai. • L’Univers es va fer transparent i va sorgir la radiació còsmica de fons. 5. La formació d’estels i galàxies • Uns 400 milions d’anys després del big bang, zones de l'espai lleugerament més denses es van convertir en centres d’atracció gravitacional. Al voltant s’hi va agrupar matèria i es van formar nebuloses, planetes i estels. • Poc temps després van néixer les primeres galàxies. 6. L’energia fosca • Fa 9.000 milions d’anys les galàxies van començar a viatjar a velocitats cada vegada més grans. • Es pensa que la causa és l’energia fosca. 5. L’origen dels elements • En les reaccions de fusió dos o més àtoms reaccionen per donar un altre. • Aquestes reaccions succeeixen en els estels, ja que es troben a temperatures molt elevades. • La temperatura provoca que els àtoms es mouen a velocitats d’uns 1000 km/s. • Els àtoms col·lisionen i els nuclis es fusionen formant elements nous. • El ferro és l’últim element estable que es forma en els estels. • Quan arriben al ferro la fusió dels elements s’atura. • La gravetat fa que tones de matèria de l’estel cauen cap al nucli. • Les enormes pressions i temperatures provocades per aquest col·lapse gravitatori tan ràpid ocasionen una fusió nuclear instantània i es generen la resta d’elements de la taula periòdica. La vida d’un estel 6. L’origen del sistema solar • La nebulosa solar primitiva va començar a contraure’s a causa de l’explosió d’un estel proper (supernova) i adquireix forma de disc. • En el centre de la nebulosa, les partícules xoquen i augmenta la temperatura. • Els nuclis d’hidrogen es fusionen i formen heli. • Ha nascut un estel! La formació dels planetes 7. Un viatge pel sistema solar • Els planetes exteriors anomenats gegants, es van formar sobretot a partir de gas. • Júpiter i Saturn són principalment hidrogen i heli. • Urà i Neptú predomina l’aigua amb amoníac i metà dissolts. • Tots quatre tenen nuclis de roca. • Els planetes interiors anomenats terrestres, es van formar a partir de material sòlid: roca i metall. • La terra i venus tenen atmosfera perquè la gravetat permet retenir gasos. • Mercuri i la lluna en ser més petits no tenen atmosfera. • Mart és un cas intermedi amb una atmosfera molt tènue. Com es va formar la lluna ? • La lluna es va formar per la col·lisió d’un planeta menor contra la Terra. • Aquest origen està avalat per la composició de les roques lunars i terrestres. • Com que els compostos que la formen són els mateixos tot i que en percentatges diferents es dedueix que la Lluna procedeix dels materials de l’exterior terrestre. 8. Exoplanetes • Són planetes que orbiten en estels diferents del Sol. • El primer es va descobrir en 1995. • En l’actualitat es coneixen 809 però es creu que hi ha molts més. • La NASA té un programa per buscar altres planetes. Condicions per a la vida als planetes • La distància del planeta a l’estel: temperatura que permeti l’existència d’aigua en estat líquid. • Gravetat suficient en el planeta: si no té suficient gravetat, no pot retenir l’atmosfera com Mart. Si no té atmosfera, la falta de pressió atmosfèrica provoca que la hidrosfera es vaporitzi. • Nucli metàl·lic fos: quan gira, el nucli genera un camp magnètic que protegeix al planeta de les radiacions X i gamma de l’estel. • Presència d’un satèl·lit gran: l’amarratge gravitacional del satèl·lit (lluna) manté estable l’eix de rotació de la terra, sense això tindríem grans canvis en el clima. • Temps de vida de l’estel: els estels molt grans viuen menys temps que els mitjans. • Existència de planetes gegants propers: gràcies a la intensa atracció gravitacional que presenten, poden desviar els asteroides, protegint als planetes de possibles impactes. • Situació en la galàxia: lluny del centre galàctic on les explosions de les supernoves produeixen gran quantitat de radiació. Pàgina 40 Act 22 i 23 9. Observació del cel • Els estels i els planetes es mouen d’est a oest. • Hi ha factors que determinen quins astres podem veure cada nit: • La latitud: cada regió de la terra és una finestra a una regió de l’univers. • L’època de l’any: hi ha estels o constel·lacions que només podem veure a l’hivern com Orió, d’altres només a l’estiu com Lira i d’altres que les podem veure tot l’any com l’estel polar. Planisferi
