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Ciencias para el mundo contemporáneo
           1º Bachillerato
     ©José María Olmos Nicolás
De qué está hecho el universo




 El Universo es un vacío en el que “flotan” miles
 de millones de galaxias. En cada galaxia, a su
                 galaxias
 vez, hay miles de millones de estrellas,
                                        estrellas
 planetas y nebulosas (formadas por nubes de
 gas y par-tículas sólidas a la que denominamos
 polvo).
De qué está hecho el universo



 La fórmula del cosmos, desde un punto de
 vista químico, es la siguiente:

  75 % de hidrógeno.
  20 % de helio.
  5 % del resto de elementos.
De qué está hecho el universo



 Algunos de los cuerpos que hay en el universo
 pueden verse a simple vista, otros son
 invisibles al ojo humano (se observan con
 telescopios).

 Además, hay materia no observable: la materia
 oscura.
De qué está hecho el universo




 El gas y el polvo del universo parecen estar
 sujetos a atracciones gravitacionales mucho
 ma-yores que las causadas por la materia que
 pode-mos detectar.
De qué está hecho el universo



 Las galaxias, con sus estrellas y planetas,
 constituyen sólo una pequeña parte (10 %) de
 la materia total del universo.

 El 90 % restante es materia cuya composición y
 propiedades desconocemos y que llamamos
 materia oscura porque no emite radiación.
Prueba indirecta de la existencia de materia
 oscura
                                   Estos grupos de galaxias chocan
                                   debi-do a la atracción gravitatoria que
                                   hay entre ellas y se calientan.




Sin embargo, la máxima densidad de materia
visible (puntos blancos o luminosos) se
encuentra en la zona de color azul.

Algo que no vemos está provocando su acercamiento y, por tanto, su
calentamiento. A esa materia invisible que interacciona gravitatoriamente
la llamamos materia oscura.                                  Actividad 15
¿Cómo sabemos de qué elementos
está hecha una estrella?



 Comparando los espectros de la luz del Sol con
 los de los elementos que hay en la Tierra.

 El Sol es nuestra estrella más cercana y el
 espec-tro de su luz nos proporciona
 información sobre los elementos que lo
 componen.
¿Cómo sabemos de qué elementos
está hecha una estrella?


          Imagen detallada del espectro visible del sol




             Espectro de absorción del hidrógeno



 Las rayas del espectro del hidrógeno y del
 helio coinciden con bastantes de las que
 encontramos en el espectro del Sol, por lo que
 deducimos que en su atmósfera se encuentran
 básicamente esos elementos químicos.
                                                          Espectros
                                                            atómicos
¿Cómo sabemos de qué elementos
está hecha una estrella?



 Mediante este sistema se identificaron los
 gases y elementos que constituyen la
 superficie del sol y de muchas estrellas.
 Por ejemplo, de esta manera se descubrió la
 existencia del gas helio, mucho antes de que
 fuera encontrado en la tierra.


                                    Actividades
                                     1,2,16,17
El tamaño del universo


Nadie conoce con exactitud el tamaño del uni-
verso. Los científicos no cesan de discurrir
nue-vas formas de calcularlo, para lo cual
intentan descubrir la distancia de la Tierra a la
que están situadas las estrellas más lejanas.
Pero en el universo las distancias son tan gran-
des que las medidas que empleamos habitual-
mente quedan fuera de lugar.
                              Distancias en el Universo (I)
                              Distancias en el Universo (II)
El tamaño del universo



 Por eso se utiliza el año luz como unidad de
 medida.
 Se define como la distancia que recorre la luz
 durante un año (la velocidad de la luz es de
 300.000 km/s).


          La velocidad de la luz
          Viajes interestelares        Actividad 3
¿Cómo está organizado el universo?




 Es muy difícil hacerse una idea coherente del
 universo, de sus tamaños y de su organización.
¿Cómo está organizado el universo?
¿Cómo está organizado el universo?



 La Vía Láctea forma parte de un grupo de unas
 treinta galaxias: el Grupo Local.
                            Local
 A su vez, el Grupo Local se integra en un
 conjunto de grupos llamado Supercúmulo de
 Virgo, que comprende miles de galaxias: un
 Virgo
 total de mil billones de estrellas.
 Quizá el Supercúmulo de Virgo forme parte de
 otra estructura aún mayor …
¿Cómo está organizado el universo?


 El Sol es una estrella mediana situada con sus
 planetas en una zona intermedia de una gran
 espiral que llamamos Vía Láctea.
                             ctea
 En la Vía Láctea hay unos 100.000 millones de
 estrellas, y quizá un número parecido de plane-
 tas. Todas las estrellas que vemos forman
 parte de ella.
 Las constelaciones son agrupaciones de
 estrellas cercanas pertenecientes a nuestra
 galaxia.
¿Cómo está organizado el universo?


                 Tierra

                  Sol

               Vía Láctea

              Grupo Local

         Supercúmulo de Virgo

       estructuras desconocidas...
                                     Actividad 18
El Universo en un radio de 14 mil millones de Años Luz
                                  El Universo Visible




                                                                                  Aproximarse
                                                                                      x 14


Este mapa intenta mostrar el Universo visible. Las galaxias en el Universo tienden a juntarse en lo que
llamamos Superclusters que a su vez estan rodeados por gigantescos voids, dándole al universo una
apariencia celular. Debido a que la luz en el Universo viaja a una velocidad constante, podemos ver
objetos en el borde del Universo cuando este era muy joven hace mas de 14 mil millones de años.
El Universo en un radio de mil millones de Años Luz
                               Los Superclusters vecinos




                                                                                     Aproximarse
                                                                                         x 10


Galaxias y clusters de galaxias no estan distribuidos uniformemente en el Universo, ellos se juntan en
clusters enormes y en paredes de galaxias dispersas en grandes vacios (o voids) en donde muy pocas
galaxias existen. El mapa de arriba muestra muchos de estos superclusters incluyendo el Virgo
supercluster - uno de los mas chicos, en donde nuestra galaxia es solo un diminuto miembro. El mapa
entero es aproximadamente el 7 porciento del diametro del Universo visible. Las galaxias individuales son
muy pequeñas para aparecer en este mapa, cada punto representa un grupo de galaxias.
El Universo en un radio de cien millones de Años Luz
                                 El Supercluster Virgo




                                                                                      Aproximarse
                                                                                          x 20


Nuestra galaxia es solo una en miles que se encuentran en el radio de 100 millones de años luz. El mapa
de arriba muestra como las galaxias tienden a juntarse en grupos o clusters, el mas grande y cercano es
el Virgo, una concentración de muchos cientos de galaxias que se impone frente a los demas grupos.
Juntos, todos estos grupos son conocidos como el Supercluster Virgo. El segundo cluster en riqueza es
el cluster Fornax, pero ni siquiera se acerca al Virgo. Solo las galaxias mas brillantes aparecen en el
mapa, la nuestra es un punto justo en el centro.
El Universo en un radio de cinco millones de Años Luz
                             El Grupo Local de galaxias




                                                                                     Aproximarse
                                                                                         x 10




La Vía Láctea es una de las tres grandes galaxias que pertenecen al grupo de galaxias llamado el Grupo
Local que también posee muchas galaxias enanas. Muchas de estas galaxias están marcadas en el mapa,
sin embargo muchas otras son poco brillantes, por eso es probable que se descubran mas en el futuro.
El Universo en un radio de 500.000 Años Luz
                                    Las galaxias satélite




                                                                                         Aproximarse
                                                                                             x 10




La Vía Láctea esta rodeada de algunas galaxias enanas, que contienen típicamente unas veintena de
millones de estrellas, que comparadas con la poblacion estelar de la Vía Láctea es insignificante. El mapa
de arriba muestra las galaxias enanas mas cercanas, que están atadas gravitacionalmente y les lleva
miles de millones de años orbitarla.
El Universo en un radio de 50.000 Años Luz
                                       La Vía Láctea




                                                                                        Aproximarse
                                                                                            x 10



Este mapa muestra la Vía Láctea, una galaxia espiralada con al menos 200 mil millones de estrellas.
Nuestro Sol esta en lo profundo del brazo de Orión, a 26.000 años luz del centro galáctico. En el centro,
las estrellas están mucho mas juntas que en nuestro sector. Observa la presencia de pequeños clusters
globulares que están ubicados fuera de nuestra galaxia y a la pequeña galaxia vecina (Sagittarius Dwarf)
que está siendo tragada por nuestra galaxia.
El Universo en un radio de 5.000 Años Luz
                                     El brazo de Orión




                                                                                          Aproximarse
                                                                                              x 20




Este es un mapa de una de las puntas de la Vía Láctea. El Sol esta ubicado en el brazo de Orión, un brazo
pequeño comparado con el de Sagitario, que está ubicado más cerca del centro galáctico. El mapa
muestra muchas estrellas visibles a simple vista que están ubicadas en lo profundo del brazo de Orión. El
grupo mas notable de estrellas allí, son las estrellas principales de la constelación de Orión (de donde el
brazo espiralado recibe el nombre). Todas estas estrellas son gigantes brillantes o supergigantes, cientos
de veces mas luminosas que el Sol. La estrella mas luminosa del mapa es Rho Cassiopeia (ρ Cas), para
nosotros es solo una diminuta estrella si la vemos a simple vista pero que es una estrella supergigante
100.000 veces mas luminosa que el Sol ubicada a 4.000 años luz de nosotros.
El Universo en un radio de 250 Años Luz
                                     El vecindario solar




                                                                                       Aproximarse
                                                                                           x 20




Este mapa es un dibujo de las 1.500 estrellas más luminosas en un radio de 250 años luz. Todas estas
estrellas son mucho más luminosas que el Sol y muchas de ellas pueden verse a simple vista.
Aproximadamente un tercio de las estrellas visibles a simple vista están a un radio de 250 años luz, sin
embargo esta es una pequeñísima parte de nuestra galaxia.
El Universo en un radio de 12,5 Años Luz
                                 Las estrellas más cercanas




Este mapa muestra todas las estrellas que están a una distancia de 12,5 años luz de nuestro Sol. Muchas
de estas estrellas son enanas rojas, estrellas que poseen una masa diez veces inferior a la del Sol y
menos de cien veces su luminosidad. El 80 % de las estrellas del Universo son enanas rojas, y la estrella
mas cercana, Proxima Centaur, es un ejemplo.
El universo en movimiento



 Aparentemente el universo es estático; solo
 vemos moverse al Sol, la Luna y los planetas.
 Pero, aunque parezca estático, todas las estre-
 llas se mueven; y las galaxias, también.
El universo en movimiento



 Aparentemente el universo es estático; solo
 vemos moverse al Sol, la Luna y los planetas.
 Pero, aunque parezca estático, todas las estre-
 llas se mueven; y las galaxias, también.
El universo en movimiento


 Isaac       Newton      (1.643-1.727)
 compren-dió muchas de las leyes
 del movi-miento que vemos en
 acción todos los días y escribió
 sobre ellas.
 Para explicar cómo un cuerpo
 puede estar en órbita alrededor de
 otro, le pidió a sus lectores que se
 imagina-ran un cañón sobre la cima
 de una montaña muy, PERO MUY
 ALTA.
 ALTA
El universo en movimiento



 El cañón se carga con pólvora y se dispara. La
 bala del cañón sigue una curva, cayendo más y
 más rápidamente como resultado de la grave-
 dad de la Tierra, y choca con la Tierra a una
 cierta distancia.



                             Cañón de Newton
El universo en movimiento


 ¿Qué sucedería si usáramos más pólvora?

 Esto es lo que podría suceder:


(Ten en cuenta que estas cantidades
de pólvora son sólo imaginarias, ¡no
se supone que sean precisas!
Además, no hemos tenido en cuenta
el hecho de que el aire generaría
rozamiento en la bala del cañón y la
retardaría).
Cantidad de
                                 Lo que sucede
  pólvora

              La bala del cañón se mueve más rápidamente y se
2 bolsas de
              aleja más antes de que la gravedad la atraiga hacia la
  pólvora
              Tierra.

3 bolsas de   La bala del cañón se está moviendo tan rápidamente
  pólvora     que cae del otro lado del mundo. ¡Está en órbita!

              La bala del cañón otra vez está en órbita alrededor de
4 bolsas de
              la Tierra, pero se desplaza aún más alto en el pico de
  pólvora
              su arco.

              La bala del cañón se está moviendo con tanta rapidez
5 bolsas de   que se escapa completamente de la gravedad de la
  pólvora     Tierra y se dirige al espacio, ¡tal vez a un asteroide o
              a Marte o Júpiter!
El universo en movimiento



 Sucede lo mismo cuando se pone en órbita el
 Transbordador Espacial o un satélite. El cohete
 impulsa la nave espacial hasta la altura de una
 "montaña muy alta" y también le otorga a la
 nave espacial su velocidad de movimiento
 hacia adelante (tal como lo hace la pólvora a la
 bala del cañón).
El universo en movimiento




 Por lo tanto, la nave espacial simplemente con-
 tinúa cayendo alrededor de la Tierra, sin tocar
 nunca su superficie. La curva de la trayectoria
 de la nave espacial es aproximadamente igual a
 la curva de la superficie de la Tierra.
El universo en movimiento




 La gravedad ha tenido un papel importante en
 convertir al Universo en lo que es. La gravedad
 es lo que hace que se unan entre sí trozos de
 materia, para formar planetas, lunas y estrellas.
El universo en movimiento



 La gravedad es lo que hace que los planetas
 entren en órbita alrededor de las estrellas
 (como la Tierra que está en órbita alrededor de
 nuestra estrella, el Sol). La gravedad es lo que
 hace que las estrellas se junten entre sí para
 formar enormes galaxias giratorias.
El universo en movimiento



 Albert Einstein (1.879-1.955), tuvo
 una nueva idea con respecto a la
 gravedad.
 Pensó que la gravedad es lo que
 sucede cuando el espacio en sí se
 curva alrededor de una masa, tal
 como una estrella o un planeta.
El universo en movimiento




 Por lo tanto, una estrella o un planeta causaría
 una especie de hueco en el espacio de modo
 que cualquier objeto que se acercara
 demasiado tendería a caerse dentro del hueco.




                                      Actividades 4,5,8
Del big bang al big rip




 El universo se originó hace unos 13.700
 millones de años en una gran explosión: el big
 bang.
 bang




                                     Actividades 4,5,8
Del big bang al big rip


 En 1.920 el astrónomo Edwin Hubble demostró
 que las galaxias se separaban unas de otras, y
 llegó a la conclusión que el Universo está en
 expansión.
Del big bang al big rip


 Analizando la luz emitida
 por las estrellas de distin-
 tas galaxias observó que
 las líneas del espectro que
 representan diferentes ele-
 mentos químicos no esta-
 ban colocadas en su sitio,
 sino que aparecían despla-
 zadas.
 Cosmos. Capítulo 10. “El filo de la eternidad” (10’ 56’’ – 22’
 45’’)                                                            Desplazamiento al rojo
Del big bang al big rip


  Esto significa que las galaxias se están
  alejando unas de otras.
  Realmente es el espacio el que se expande
  arras-trando a las galaxias.




Fíjate en las galaxias dibujadas en el globo: al expandirse el globo,
las galaxias se alejan unas de otras.
Del big bang al big rip



De este hecho surgió la teoría del big bang:

 Si las galaxias se están alejando unas de otras,
 cabe pensar que en el pasado estuvieron más
    cerca, y que en el principio toda la materia
 estaba concentrada en una zona muy pequeña
Del big bang al big rip




 Esta teoría dice que existía un átomo primor-
 dial, de masa infinita, donde, a la hora cero,
 toda la materia del Universo estaba concen-
 trada.
Del big bang al big rip


Entonces no existía ni el espacio ni el tiempo:
no existía un “antes” o un “después” de este
átomo.

El átomo explotó y comenzó a crecer el Univer-
so.


                                Big Bang
                                Historia del Universo
Del big bang al big rip


 Al cabo de un segundo, el Universo continuaba
 siendo increíblemente denso y tenía 300.000
 km de radio.
 Al cabo de dos segundos, su radio era de
 600.000 km.
 Después de veinte mil millones de años, tiene
 un radio de 1,8 · 1027 km.
Del big bang al big rip


 En 1.965 los americanos Robert Woodrow
 Wilson y Arno Penzias descubrieron con el ra-
 diotelescopio de Holmdel la radiación de fondo
 cósmica.




 Cosmos. Capítulo 10. “El filo de la eternidad” (10’ 56’’ – 22’
 45’’)
Del big bang al big rip




 Contemplada por la mayoría de los científicos
 como una radiación residual de la explosión
 inicial, es considerada como la prueba de la au-
 tenticidad de la teoría del Big Bang.




 Orígenes.“El origen del universo” (8’ 24’’ – 14’ 36’’)
                                                          Actividad 9
Fotografía de la radiación cósmica de
             fondo (Wmap, 2.003)




Los distintos colores representan diferencias de densidad en el
universo primitivo que dieron lugar a la formación de galaxias.
El big bang y la historia del universo




LA ETAPA DE INFLACCIÓN. El big bang. El universo supercomprimido se expandió, creciendo a
enorme velocidad: es la etapa de inflacción.
El big bang y la historia del universo




FORMACIÓN DE LA MATERIA. Este universo que se hinchaba estaba formado por partículas
subatómicas bañadas en cantidades inmensas de energía (fotones). Al cabo de tres minutos, al
enfirarse esta sopa de partículas subatómicas hasta mil millones de grados, se formaron neutrones y
protones. Las condiciones del universo primitivo se estudian también en los aceleradores de
partículas, donde protones, electrones, etc., se aceleran hasta alcanzar velocidades cercanas a la
velocidad de la luz.
El big bang y la historia del universo




LOS PRIMEROS ÁTOMOS. Unos 300.000 años después del big bang se formaron átomos de hidrógeno
y helio en un porcentaje muy semejante al que observamos actualmente
El big bang y la historia del universo




EL ENCENDIDO DEL UNIVERSO. Al acoplarse quarks, protones, neutrones y electrones para formar los
átomos, el número de partículas cargadas libres disminuyó en picado, y la luz pudo viajar libremente
por el espacio. Fue entonces cuando nació la radiación cósmica de fondo y el universo se hizo
“transparente”.
El big bang y la historia del universo




LA FORMACIÓN DE ESTRELLAS Y GALAXIAS. Unos 400 millones de años tras el big bang, zonas del
espacio ligeramente más densas se convirtieron en centros de atracción gravitacional. En torno a ellos
se reunión materia, formándose nebulosas, planetas y estrellas. Poco después se originaron las
primeras galaxias.
El big bang y la historia del universo




LA ENERGÍA OSCURA. Hacia los 9.000 millones de años, las galaxias empiezan a viajar a velocidades
cada vez mayores. ¿Qué fuerza las está acelerando? Se cree que la causa es una energía oscura de
naturaleza desconocida, pero que actúa contra la atracción gravitatoria.

                                                                             Actividades
                                                                              10,11,12
Big crunch / Big rip


Hace solo unos años se
pensaba que la fuerza de la
gravedad frenaba la expansión
de las ga-laxias, de forma que
existían dos escenarios: se
acabaría       fre-nando     la
expansión y empezaría una
contracción (la fuerza de la
gravedad atrae las masas)
hasta un big crunch.
             crunch
Big crunch / Big rip




 La fuerza de la gravedad seguiría frenando la
 expansión, pero al estar cada vez más lejos es
 cada vez más débil; y si no hubiese suficiente
 masa, nunca se frenaría del todo.
Big crunch / Big rip



 Lo sorprendente ha sido descubrir que el
 universo    se   sigue      expandiendo,      pero
 acelerada-mente. La famosa energía oscura
 que no cono-cemos hará que se separen las
 galaxias cada vez más hasta desmembrarse del
 todo: se producirá el big rip (el gran picadillo).
Big crunch / Big rip

     1019 segundos antes los átomos se
                                  rasgan
       30 minutos antes la tierra explota


 3 meses antes se parte el sistema solar




60 millones de años antes se destruye la
                              Vía Láctea




               22 billones de años antes
El origen de los elementos


 Todos los objetos que nos rodean están forma-
 dos por elementos químicos.

 Las estrellas     son    las   fábricas    de   esos
 elementos:
   El Sol produce 695.000.000 T/s de He a partir de H2,
   Otras estrellas mayores producen C, Si, Al o Fe,
   En las explosiones de las supernovas se origina el
   resto de elementos.
El origen de los elementos


En el interior de las estrellas la temperatura es
tan alta que los núcleos de hidrógeno se mue-
ven muy rápidamente (≈1.000 km/s), producién-
dose choques que logran vencer a la repulsión
eléctrica de las cargas: los núcleos se fusionan
y constituyen otros nuevos.
El origen de los elementos


 Cuando una estrella muy masiva forma un
 núcleo de hierro, ya no puede seguir fusionan-
 do núcleos para obtener energía. Trillones de
 toneladas de materia caen miles de kilómetros
 hacia su núcleo.
 Las enormes presiones y temperaturas
 provoca-das por este colapso gravitatorio
 provocan una fusión nuclear instantánea
 generándose el resto de elementos químicos.
El origen de los elementos
NEBULOSA             DEL
CANGREJO (resto de una
explosión de supernova
observada en el año 1.054
en China.




La energía producida en esta fusión causa una violenta
explosión (supernova) que lanza al espacio casi toda la
masa de la estrella con los elementos sintetizados.
El origen del Sistema solar
El origen del Sol




  Hace algo más de 4.500 millones de años co-
  menzó a concentrarse una nube de gas y polvo
  en una galaxia espiral.

  Unos pocos millones de años más tarde esta
  nebolosa se había transformado en una estrella
  (el Sol) y sus planetas.
El origen del Sistema solar
El origen del Sol


                    Con los datos obtenidos en
                    la misión Stardust, sabemos
                    que la nebulosa de la que
                    surgió     el    Sol     fue
                    contaminada      por    una
                    supernova.

                    Una estrella de este tipo (qui-
                    zá más de una) explotó cerca
                    de la nebulosa. Y esta super-
                    nova cercana provocó la con-
                    tracción de la nebulosa que
                    originó el sistema solar.
                                   Actividades 13,14
El origen del Sistema solar
          La formación de los planetas



                Hace 4.570 millo-
                nes de años, la ne-
                bulosa se compri-
                me, colapsa y se
                transforma en un
                disco.
El origen del Sistema solar
          La formación de los planetas



                El disco está más
                caliente en el cen-
                tro porque allí hay
                más       partículas.
                Los       elementos
                más          li-geros
                emigran ha-cia la
                parte      exte-rior,
                más fría.
El origen del Sistema solar
          La formación de los planetas

                En cada zona del
                disco comienza a
                “crecer” un plane-
                ta, atrayendo la
                materia cercana, la
                de su zona de
                influencia gravita-
                toria. Los planetas
                exteriores se for-
                maron primero y
                tienen más masa
                porque           se
                constitu-yen con
                los      ele-mentos
                más abun-dantes
                de la nebu-losa.
El origen del Sistema solar
          La formación de los planetas



               En las zonas inter-
               nas se forman cuer-
               pos pequeños que
               chocan entre sí,
               dan-do origen a
               planetas como la
               incipiente Tierra.
               Este proceso duró
               unos 10 millones de
               años.
El origen del Sistema solar
          La formación de los planetas




               Los choques de es-
               tos planetesimales
               fundieron el exte-
               rior de estos proto-
               planetas, generan-
               do océanos de mag-
               ma de hasta 1.000
               km de profundidad.
El origen del Sistema solar
          La formación de los planetas




               Con el material so-
               brante de la cons-
               trucción de los pla-
               netas se formaron
               los 166 satélites co-
               nocidos, excepto la
               Luna.
               También     quedan,
               muy lejos de los
               pla-netas, miles de
               mi-llones          de
               cometas,       restos
               helados     de      la
               nebulosa.
El origen del Sistema solar
                            La formación de los planetas




No todos los planetas son iguales.
El origen del Sistema solar               Neptuno
La formación de los planetas


                                               Urano
                                Saturno




                      Júpiter



    Los planetas exteriores, llamados gigantes, se
    formaron sobre todo a partir de gas.
    Júpiter y Saturno son sobre todo hidrógeno y
    helio, y en Urano y Neptuno predomina el amo-
    níaco y el metano líquidos.
    Los cuatro tienen núcleos de roca.
El origen del Sistema solar        Tierra
La formación de los planetas

      Venus




Mercurio
                                            Marte

  Los planetas interiores, llamados terrestres, se
  ori-ginaron a partir de material sólido (roca y
  metal).
  Se diferencian sobre todo por su masa. Los mayo-
  res (Venus y la Tierra) tienen atmósfera porque su
  gravedad retiene gases. Mercurio (y la Luna), más
  pequeños, no tienen atmósfera. Marte tiene una
  atmósfera muy tenue.
El origen del Sistema solar
La formación de los planetas




 Hay muchísimos planetas en el universo. Actual-
 mente se conocen más de 270.
 Este hecho demuestra que la mayoría de las
 nebulosas tienden a contraerse para formar
 estrellas con su cortejo de planetas.
Un viaje científico por el sistema
solar



 Solemos pensar que “todo está inventado”.

 Aunque conocemos una gran cantidad de
 datos de nuestros vecinos sin haberles
 visitado (salvo la Luna), son aún más las
 incógnitas que su estudio nos ha planteado, y
 no solo por los sempiternos “marcianos” ...
Un viaje científico por el sistema
solar


 ¿Por qué Venus perdió su agua?
 ¿Cómo pudo Venus guardar tanta energía
 como para producir un nuevo océano de
 magma casi al final de su historia?
 ¿Por qué cayeron casi todos los asteroides en
 la cara visible de la Luna?
 ¿A dónde fue a parar el agua de Marte?
 ¿Fue Marte, en su infancia, un gemelo de la
 Tierra?
 ¿Podría Júpiter albergar vida?
Exoplanetas


 En 1.995, Michel Mayor y Didier Queloz descu-
 brieron el primer exoplaneta, un planeta en ór-
 bita alrededor de una estrella distinta del sol.
Exoplanetas


 Un método de detección de estos exoplanetas
 es el siguiente:
                          El exoplaneta gira alrededor de
                          la estrella, pero la atracción es
                          mutua y, debido a ello, si el
                          exoplaneta es grande y está
                          cerca de la estrella, provoca
                          que podamos detectar el giro
                          de la estrella alrededor del
                          planeta        (un       pequeño
                          bamboleo). Como la estrella
                          emite luz, esta llega a la Tierra
                          informándonos sobre si se
                          acerca o se aleja en su giro
                          (efecto Dopler).
Exoplanetas


 Otro método de detección es el siguiente:




                           Cuando el planeta pasa por
                           delante de la estrella, el brillo
                           de esta disminuye, ya que el
                           planeta es más oscuro.
Exoplanetas



 La mayoría de los exoplanetas detectados son
 planetas gigantes.
 Solo en 2.007 comenzaron a detectarse lo que
 se denominaron supertierras (cuerpos con
 masas poco mayores que la de nuestro
 planeta).
Exoplanetas


 Los exoplanetas ponen de manifiesto las
 diferencias de nuestro sistema planetario con
 otros, con planetas gigantes muy próximos a la
 estrella (mucho más cerca de lo que está
 Mercurio del Sol).
 Es casi seguro que esos planetas no pudieron
 formarse a tan corta distancia, ya que la
 intensa radiación de la estrella los habría
 destruido. Se cree que migraron desde órbitas
 más lejanas. Tal vez están a punto de caer
 sobre su estrella.
Observar el cielo


 Si observamos el cielo nocturno, parece que
 las estrellas, la Luna o los planetas se mueven
 de este a oeste. Este efecto se debe a la
 rotación terrestre.

 En un día, la “esfera celeste” da una vuelta
 completa, aunque los astros visibles cada
 noche no son los mismos.
Movimiento aparente de las estrellas en el cielo
Todos los astros describen                   A lo largo del día, la estrella
arcos     de      circunferencia             sigue un arco sobre el cielo en la
alrededor del polo Norte celeste             direc-ción este → oeste




                                               De noche, el sol se encuentra
                                               bajo el horizonte
Los astros alcanzan la máxima altura cuando están justo en el sur.
La inclinación de los arcos depende de la latitud. En el Ecuador los astros sólo
suben y bajan, no describen arcos.
Algunos astros permanecen poco tiempo sobre el horizonte.
Movimiento aparente de las estrellas en el cielo
Observar el cielo


 Aunque las posiciones de unas estrellas res-
 pecto a otras no cambian, el conjunto del cielo
 que vemos a una hora determinada de la noche
 adelanta a lo largo del año, dos horas cada
 mes, debido al movimiento de traslación de la
 Tierra y a la inclinación de su eje: el cielo que
 vemos desde nuestra casa a las 11 de la noche
 el día 3 de octubre lo veremos dos horas antes,
 a las 9 de la noche el día 3 de noviembre.
Observar el cielo



 Hay dos factores que determinan qué as-tros
 podemos ver cada noche:


   La LATITUD.

   La ÉPOCA DEL AÑO.
Observar el cielo


 LATITUD:

 Cada región de la Tierra es una ventana a una
 región del universo:

   Desde el hemisferio Sur no se puede observar la
   estrella Polar,
   Desde nuestras latitudes no son visibles astros
   como las galaxias llamadas Nubes de Magallanes.
Observar el cielo



 ÉPOCA DEL AÑO:

 Hay constelaciones “de invierno”, pues sólo se
 ven de noche en invierno (Orión).
 Otras sólo se ven en verano.
 Y otras se ven durante todo el año (Osa Mayor).
 Reciben el nombre de circumpolares.
Observar el cielo


 Clasificamos las constelaciones en 4 grupos:
   Las que no se ven desde nuestra latitud en ninguna
   época del año.
   Las que se ven desde nuestra latitud en cualquier
   época del año y a cualquier hora (llamadas
   circumpolares).
   Las que se ven todos los días del año, pero que
   salen y se ponen a distintas horas, según la fecha en
   que nos encontremos.
   Las que sólo se pueden observar en una parte del
   año, porque en la otra salen y se ponen de día.
Observar el cielo


 Para observar el cielo utilizamos los
 planisferios o mapas celestes (buscadores de
 estrellas).
                       En un planisferio se representa la
                       esfera      terrestre       (estrellas,
                       constelacio-nes, etc.) sobre un plano,
                       dibujando las estrellas más brillantes
                       más gruesas.

                       Una parte exterior de dicho planis-
                       ferio que puede girar sobre el mapa
                       celeste permite saber qué constela-
                       ciones son visibles en un momento
                       determinado.
Observar el cielo


 En internet puedes encontrar también multitud
 de programas informáticos astronómicos
 gratui-tos con los que ir desarrollando la
 afición.

 Uno de los mejores es "Cartes du ciel", que
 aparte de ser gratuito y muy completo, lo pue-
 des bajar en multitud de idiomas. Si quieres
 obtener este programa, está disponible en:
        http://cartes-du-ciel.iespana.es
Observar el cielo


 Otro programa gratuito muy interesante es
 "Stellarium". Te va a ayudar a conocer las
 cons-telaciones, a ver el movimiento de la
 tierra... Es un programa muy sencillo y fácil de
 manejar, pero que visualmente es muy
 atractivo. Puedes descargarlo en la siguiente
 dirección:
         http://www.stellarium.org/es/
Observar el cielo

 SkyMap: (la version 3 es shareware)
 TheSky: Junto con el anterior es el mas utilizado
 Starry Night: Con versiones para Windows y Mac
 The Earth Centered Universe: el mas conocido entre los shareware
 StarCalc: (Freeware) Muy rapido y consume pocos recursos. Posibilidad de introducir catalogo
 NGC, IC, cometas y meteoros (formato skymap)
 MyStars!
  SkyGlobe 3.6: (ftp) Para Ms-Dos. Todo un clasico. Para un portatil sin altas prestaciones
  SkyMaps: No es un programa sino una pagina web que genera on-line un mapa estelar del mes
 en curso con indicaciones de los objetos mas interesantes
 SkyGlass: convierte la pantalla en un mapa interactivo. Muy rapido (el enlace de momento no
 esta disponible)
 Hallo northern sky. (Freeware). En ingles. Con interface tipo UNIX y versiones de W95/98 y W31.
 400Kb en la versión básica
 Celestia: (freew.) Mas que un planetario es un simulador que permite viajar por el universo con
 una extraordinaria calidad grafica. Permite realizar "scripts" con recorridos a traves de estrellas
 y planetas.
 Orbiter. (freew.) Parecido al anterior, mas orientado a la simulacion de viajes espaciales.
 Excelente presentacion grafica.

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Nuestro lugar en el universo

  • 1. Ciencias para el mundo contemporáneo 1º Bachillerato ©José María Olmos Nicolás
  • 2. De qué está hecho el universo El Universo es un vacío en el que “flotan” miles de millones de galaxias. En cada galaxia, a su galaxias vez, hay miles de millones de estrellas, estrellas planetas y nebulosas (formadas por nubes de gas y par-tículas sólidas a la que denominamos polvo).
  • 3. De qué está hecho el universo La fórmula del cosmos, desde un punto de vista químico, es la siguiente: 75 % de hidrógeno. 20 % de helio. 5 % del resto de elementos.
  • 4. De qué está hecho el universo Algunos de los cuerpos que hay en el universo pueden verse a simple vista, otros son invisibles al ojo humano (se observan con telescopios). Además, hay materia no observable: la materia oscura.
  • 5. De qué está hecho el universo El gas y el polvo del universo parecen estar sujetos a atracciones gravitacionales mucho ma-yores que las causadas por la materia que pode-mos detectar.
  • 6. De qué está hecho el universo Las galaxias, con sus estrellas y planetas, constituyen sólo una pequeña parte (10 %) de la materia total del universo. El 90 % restante es materia cuya composición y propiedades desconocemos y que llamamos materia oscura porque no emite radiación.
  • 7. Prueba indirecta de la existencia de materia oscura Estos grupos de galaxias chocan debi-do a la atracción gravitatoria que hay entre ellas y se calientan. Sin embargo, la máxima densidad de materia visible (puntos blancos o luminosos) se encuentra en la zona de color azul. Algo que no vemos está provocando su acercamiento y, por tanto, su calentamiento. A esa materia invisible que interacciona gravitatoriamente la llamamos materia oscura. Actividad 15
  • 8. ¿Cómo sabemos de qué elementos está hecha una estrella? Comparando los espectros de la luz del Sol con los de los elementos que hay en la Tierra. El Sol es nuestra estrella más cercana y el espec-tro de su luz nos proporciona información sobre los elementos que lo componen.
  • 9. ¿Cómo sabemos de qué elementos está hecha una estrella? Imagen detallada del espectro visible del sol Espectro de absorción del hidrógeno Las rayas del espectro del hidrógeno y del helio coinciden con bastantes de las que encontramos en el espectro del Sol, por lo que deducimos que en su atmósfera se encuentran básicamente esos elementos químicos. Espectros atómicos
  • 10. ¿Cómo sabemos de qué elementos está hecha una estrella? Mediante este sistema se identificaron los gases y elementos que constituyen la superficie del sol y de muchas estrellas. Por ejemplo, de esta manera se descubrió la existencia del gas helio, mucho antes de que fuera encontrado en la tierra. Actividades 1,2,16,17
  • 11. El tamaño del universo Nadie conoce con exactitud el tamaño del uni- verso. Los científicos no cesan de discurrir nue-vas formas de calcularlo, para lo cual intentan descubrir la distancia de la Tierra a la que están situadas las estrellas más lejanas. Pero en el universo las distancias son tan gran- des que las medidas que empleamos habitual- mente quedan fuera de lugar. Distancias en el Universo (I) Distancias en el Universo (II)
  • 12. El tamaño del universo Por eso se utiliza el año luz como unidad de medida. Se define como la distancia que recorre la luz durante un año (la velocidad de la luz es de 300.000 km/s). La velocidad de la luz Viajes interestelares Actividad 3
  • 13. ¿Cómo está organizado el universo? Es muy difícil hacerse una idea coherente del universo, de sus tamaños y de su organización.
  • 14. ¿Cómo está organizado el universo?
  • 15. ¿Cómo está organizado el universo? La Vía Láctea forma parte de un grupo de unas treinta galaxias: el Grupo Local. Local A su vez, el Grupo Local se integra en un conjunto de grupos llamado Supercúmulo de Virgo, que comprende miles de galaxias: un Virgo total de mil billones de estrellas. Quizá el Supercúmulo de Virgo forme parte de otra estructura aún mayor …
  • 16. ¿Cómo está organizado el universo? El Sol es una estrella mediana situada con sus planetas en una zona intermedia de una gran espiral que llamamos Vía Láctea. ctea En la Vía Láctea hay unos 100.000 millones de estrellas, y quizá un número parecido de plane- tas. Todas las estrellas que vemos forman parte de ella. Las constelaciones son agrupaciones de estrellas cercanas pertenecientes a nuestra galaxia.
  • 17. ¿Cómo está organizado el universo? Tierra Sol Vía Láctea Grupo Local Supercúmulo de Virgo estructuras desconocidas... Actividad 18
  • 18. El Universo en un radio de 14 mil millones de Años Luz El Universo Visible Aproximarse x 14 Este mapa intenta mostrar el Universo visible. Las galaxias en el Universo tienden a juntarse en lo que llamamos Superclusters que a su vez estan rodeados por gigantescos voids, dándole al universo una apariencia celular. Debido a que la luz en el Universo viaja a una velocidad constante, podemos ver objetos en el borde del Universo cuando este era muy joven hace mas de 14 mil millones de años.
  • 19. El Universo en un radio de mil millones de Años Luz Los Superclusters vecinos Aproximarse x 10 Galaxias y clusters de galaxias no estan distribuidos uniformemente en el Universo, ellos se juntan en clusters enormes y en paredes de galaxias dispersas en grandes vacios (o voids) en donde muy pocas galaxias existen. El mapa de arriba muestra muchos de estos superclusters incluyendo el Virgo supercluster - uno de los mas chicos, en donde nuestra galaxia es solo un diminuto miembro. El mapa entero es aproximadamente el 7 porciento del diametro del Universo visible. Las galaxias individuales son muy pequeñas para aparecer en este mapa, cada punto representa un grupo de galaxias.
  • 20. El Universo en un radio de cien millones de Años Luz El Supercluster Virgo Aproximarse x 20 Nuestra galaxia es solo una en miles que se encuentran en el radio de 100 millones de años luz. El mapa de arriba muestra como las galaxias tienden a juntarse en grupos o clusters, el mas grande y cercano es el Virgo, una concentración de muchos cientos de galaxias que se impone frente a los demas grupos. Juntos, todos estos grupos son conocidos como el Supercluster Virgo. El segundo cluster en riqueza es el cluster Fornax, pero ni siquiera se acerca al Virgo. Solo las galaxias mas brillantes aparecen en el mapa, la nuestra es un punto justo en el centro.
  • 21. El Universo en un radio de cinco millones de Años Luz El Grupo Local de galaxias Aproximarse x 10 La Vía Láctea es una de las tres grandes galaxias que pertenecen al grupo de galaxias llamado el Grupo Local que también posee muchas galaxias enanas. Muchas de estas galaxias están marcadas en el mapa, sin embargo muchas otras son poco brillantes, por eso es probable que se descubran mas en el futuro.
  • 22. El Universo en un radio de 500.000 Años Luz Las galaxias satélite Aproximarse x 10 La Vía Láctea esta rodeada de algunas galaxias enanas, que contienen típicamente unas veintena de millones de estrellas, que comparadas con la poblacion estelar de la Vía Láctea es insignificante. El mapa de arriba muestra las galaxias enanas mas cercanas, que están atadas gravitacionalmente y les lleva miles de millones de años orbitarla.
  • 23. El Universo en un radio de 50.000 Años Luz La Vía Láctea Aproximarse x 10 Este mapa muestra la Vía Láctea, una galaxia espiralada con al menos 200 mil millones de estrellas. Nuestro Sol esta en lo profundo del brazo de Orión, a 26.000 años luz del centro galáctico. En el centro, las estrellas están mucho mas juntas que en nuestro sector. Observa la presencia de pequeños clusters globulares que están ubicados fuera de nuestra galaxia y a la pequeña galaxia vecina (Sagittarius Dwarf) que está siendo tragada por nuestra galaxia.
  • 24. El Universo en un radio de 5.000 Años Luz El brazo de Orión Aproximarse x 20 Este es un mapa de una de las puntas de la Vía Láctea. El Sol esta ubicado en el brazo de Orión, un brazo pequeño comparado con el de Sagitario, que está ubicado más cerca del centro galáctico. El mapa muestra muchas estrellas visibles a simple vista que están ubicadas en lo profundo del brazo de Orión. El grupo mas notable de estrellas allí, son las estrellas principales de la constelación de Orión (de donde el brazo espiralado recibe el nombre). Todas estas estrellas son gigantes brillantes o supergigantes, cientos de veces mas luminosas que el Sol. La estrella mas luminosa del mapa es Rho Cassiopeia (ρ Cas), para nosotros es solo una diminuta estrella si la vemos a simple vista pero que es una estrella supergigante 100.000 veces mas luminosa que el Sol ubicada a 4.000 años luz de nosotros.
  • 25. El Universo en un radio de 250 Años Luz El vecindario solar Aproximarse x 20 Este mapa es un dibujo de las 1.500 estrellas más luminosas en un radio de 250 años luz. Todas estas estrellas son mucho más luminosas que el Sol y muchas de ellas pueden verse a simple vista. Aproximadamente un tercio de las estrellas visibles a simple vista están a un radio de 250 años luz, sin embargo esta es una pequeñísima parte de nuestra galaxia.
  • 26. El Universo en un radio de 12,5 Años Luz Las estrellas más cercanas Este mapa muestra todas las estrellas que están a una distancia de 12,5 años luz de nuestro Sol. Muchas de estas estrellas son enanas rojas, estrellas que poseen una masa diez veces inferior a la del Sol y menos de cien veces su luminosidad. El 80 % de las estrellas del Universo son enanas rojas, y la estrella mas cercana, Proxima Centaur, es un ejemplo.
  • 27. El universo en movimiento Aparentemente el universo es estático; solo vemos moverse al Sol, la Luna y los planetas. Pero, aunque parezca estático, todas las estre- llas se mueven; y las galaxias, también.
  • 28. El universo en movimiento Aparentemente el universo es estático; solo vemos moverse al Sol, la Luna y los planetas. Pero, aunque parezca estático, todas las estre- llas se mueven; y las galaxias, también.
  • 29. El universo en movimiento Isaac Newton (1.643-1.727) compren-dió muchas de las leyes del movi-miento que vemos en acción todos los días y escribió sobre ellas. Para explicar cómo un cuerpo puede estar en órbita alrededor de otro, le pidió a sus lectores que se imagina-ran un cañón sobre la cima de una montaña muy, PERO MUY ALTA. ALTA
  • 30. El universo en movimiento El cañón se carga con pólvora y se dispara. La bala del cañón sigue una curva, cayendo más y más rápidamente como resultado de la grave- dad de la Tierra, y choca con la Tierra a una cierta distancia. Cañón de Newton
  • 31. El universo en movimiento ¿Qué sucedería si usáramos más pólvora? Esto es lo que podría suceder: (Ten en cuenta que estas cantidades de pólvora son sólo imaginarias, ¡no se supone que sean precisas! Además, no hemos tenido en cuenta el hecho de que el aire generaría rozamiento en la bala del cañón y la retardaría).
  • 32. Cantidad de Lo que sucede pólvora La bala del cañón se mueve más rápidamente y se 2 bolsas de aleja más antes de que la gravedad la atraiga hacia la pólvora Tierra. 3 bolsas de La bala del cañón se está moviendo tan rápidamente pólvora que cae del otro lado del mundo. ¡Está en órbita! La bala del cañón otra vez está en órbita alrededor de 4 bolsas de la Tierra, pero se desplaza aún más alto en el pico de pólvora su arco. La bala del cañón se está moviendo con tanta rapidez 5 bolsas de que se escapa completamente de la gravedad de la pólvora Tierra y se dirige al espacio, ¡tal vez a un asteroide o a Marte o Júpiter!
  • 33. El universo en movimiento Sucede lo mismo cuando se pone en órbita el Transbordador Espacial o un satélite. El cohete impulsa la nave espacial hasta la altura de una "montaña muy alta" y también le otorga a la nave espacial su velocidad de movimiento hacia adelante (tal como lo hace la pólvora a la bala del cañón).
  • 34. El universo en movimiento Por lo tanto, la nave espacial simplemente con- tinúa cayendo alrededor de la Tierra, sin tocar nunca su superficie. La curva de la trayectoria de la nave espacial es aproximadamente igual a la curva de la superficie de la Tierra.
  • 35. El universo en movimiento La gravedad ha tenido un papel importante en convertir al Universo en lo que es. La gravedad es lo que hace que se unan entre sí trozos de materia, para formar planetas, lunas y estrellas.
  • 36. El universo en movimiento La gravedad es lo que hace que los planetas entren en órbita alrededor de las estrellas (como la Tierra que está en órbita alrededor de nuestra estrella, el Sol). La gravedad es lo que hace que las estrellas se junten entre sí para formar enormes galaxias giratorias.
  • 37. El universo en movimiento Albert Einstein (1.879-1.955), tuvo una nueva idea con respecto a la gravedad. Pensó que la gravedad es lo que sucede cuando el espacio en sí se curva alrededor de una masa, tal como una estrella o un planeta.
  • 38. El universo en movimiento Por lo tanto, una estrella o un planeta causaría una especie de hueco en el espacio de modo que cualquier objeto que se acercara demasiado tendería a caerse dentro del hueco. Actividades 4,5,8
  • 39. Del big bang al big rip El universo se originó hace unos 13.700 millones de años en una gran explosión: el big bang. bang Actividades 4,5,8
  • 40. Del big bang al big rip En 1.920 el astrónomo Edwin Hubble demostró que las galaxias se separaban unas de otras, y llegó a la conclusión que el Universo está en expansión.
  • 41. Del big bang al big rip Analizando la luz emitida por las estrellas de distin- tas galaxias observó que las líneas del espectro que representan diferentes ele- mentos químicos no esta- ban colocadas en su sitio, sino que aparecían despla- zadas. Cosmos. Capítulo 10. “El filo de la eternidad” (10’ 56’’ – 22’ 45’’) Desplazamiento al rojo
  • 42. Del big bang al big rip Esto significa que las galaxias se están alejando unas de otras. Realmente es el espacio el que se expande arras-trando a las galaxias. Fíjate en las galaxias dibujadas en el globo: al expandirse el globo, las galaxias se alejan unas de otras.
  • 43. Del big bang al big rip De este hecho surgió la teoría del big bang: Si las galaxias se están alejando unas de otras, cabe pensar que en el pasado estuvieron más cerca, y que en el principio toda la materia estaba concentrada en una zona muy pequeña
  • 44. Del big bang al big rip Esta teoría dice que existía un átomo primor- dial, de masa infinita, donde, a la hora cero, toda la materia del Universo estaba concen- trada.
  • 45. Del big bang al big rip Entonces no existía ni el espacio ni el tiempo: no existía un “antes” o un “después” de este átomo. El átomo explotó y comenzó a crecer el Univer- so. Big Bang Historia del Universo
  • 46. Del big bang al big rip Al cabo de un segundo, el Universo continuaba siendo increíblemente denso y tenía 300.000 km de radio. Al cabo de dos segundos, su radio era de 600.000 km. Después de veinte mil millones de años, tiene un radio de 1,8 · 1027 km.
  • 47. Del big bang al big rip En 1.965 los americanos Robert Woodrow Wilson y Arno Penzias descubrieron con el ra- diotelescopio de Holmdel la radiación de fondo cósmica. Cosmos. Capítulo 10. “El filo de la eternidad” (10’ 56’’ – 22’ 45’’)
  • 48. Del big bang al big rip Contemplada por la mayoría de los científicos como una radiación residual de la explosión inicial, es considerada como la prueba de la au- tenticidad de la teoría del Big Bang. Orígenes.“El origen del universo” (8’ 24’’ – 14’ 36’’) Actividad 9
  • 49. Fotografía de la radiación cósmica de fondo (Wmap, 2.003) Los distintos colores representan diferencias de densidad en el universo primitivo que dieron lugar a la formación de galaxias.
  • 50. El big bang y la historia del universo LA ETAPA DE INFLACCIÓN. El big bang. El universo supercomprimido se expandió, creciendo a enorme velocidad: es la etapa de inflacción.
  • 51. El big bang y la historia del universo FORMACIÓN DE LA MATERIA. Este universo que se hinchaba estaba formado por partículas subatómicas bañadas en cantidades inmensas de energía (fotones). Al cabo de tres minutos, al enfirarse esta sopa de partículas subatómicas hasta mil millones de grados, se formaron neutrones y protones. Las condiciones del universo primitivo se estudian también en los aceleradores de partículas, donde protones, electrones, etc., se aceleran hasta alcanzar velocidades cercanas a la velocidad de la luz.
  • 52. El big bang y la historia del universo LOS PRIMEROS ÁTOMOS. Unos 300.000 años después del big bang se formaron átomos de hidrógeno y helio en un porcentaje muy semejante al que observamos actualmente
  • 53. El big bang y la historia del universo EL ENCENDIDO DEL UNIVERSO. Al acoplarse quarks, protones, neutrones y electrones para formar los átomos, el número de partículas cargadas libres disminuyó en picado, y la luz pudo viajar libremente por el espacio. Fue entonces cuando nació la radiación cósmica de fondo y el universo se hizo “transparente”.
  • 54. El big bang y la historia del universo LA FORMACIÓN DE ESTRELLAS Y GALAXIAS. Unos 400 millones de años tras el big bang, zonas del espacio ligeramente más densas se convirtieron en centros de atracción gravitacional. En torno a ellos se reunión materia, formándose nebulosas, planetas y estrellas. Poco después se originaron las primeras galaxias.
  • 55. El big bang y la historia del universo LA ENERGÍA OSCURA. Hacia los 9.000 millones de años, las galaxias empiezan a viajar a velocidades cada vez mayores. ¿Qué fuerza las está acelerando? Se cree que la causa es una energía oscura de naturaleza desconocida, pero que actúa contra la atracción gravitatoria. Actividades 10,11,12
  • 56. Big crunch / Big rip Hace solo unos años se pensaba que la fuerza de la gravedad frenaba la expansión de las ga-laxias, de forma que existían dos escenarios: se acabaría fre-nando la expansión y empezaría una contracción (la fuerza de la gravedad atrae las masas) hasta un big crunch. crunch
  • 57. Big crunch / Big rip La fuerza de la gravedad seguiría frenando la expansión, pero al estar cada vez más lejos es cada vez más débil; y si no hubiese suficiente masa, nunca se frenaría del todo.
  • 58. Big crunch / Big rip Lo sorprendente ha sido descubrir que el universo se sigue expandiendo, pero acelerada-mente. La famosa energía oscura que no cono-cemos hará que se separen las galaxias cada vez más hasta desmembrarse del todo: se producirá el big rip (el gran picadillo).
  • 59. Big crunch / Big rip 1019 segundos antes los átomos se rasgan 30 minutos antes la tierra explota 3 meses antes se parte el sistema solar 60 millones de años antes se destruye la Vía Láctea 22 billones de años antes
  • 60. El origen de los elementos Todos los objetos que nos rodean están forma- dos por elementos químicos. Las estrellas son las fábricas de esos elementos: El Sol produce 695.000.000 T/s de He a partir de H2, Otras estrellas mayores producen C, Si, Al o Fe, En las explosiones de las supernovas se origina el resto de elementos.
  • 61. El origen de los elementos En el interior de las estrellas la temperatura es tan alta que los núcleos de hidrógeno se mue- ven muy rápidamente (≈1.000 km/s), producién- dose choques que logran vencer a la repulsión eléctrica de las cargas: los núcleos se fusionan y constituyen otros nuevos.
  • 62. El origen de los elementos Cuando una estrella muy masiva forma un núcleo de hierro, ya no puede seguir fusionan- do núcleos para obtener energía. Trillones de toneladas de materia caen miles de kilómetros hacia su núcleo. Las enormes presiones y temperaturas provoca-das por este colapso gravitatorio provocan una fusión nuclear instantánea generándose el resto de elementos químicos.
  • 63. El origen de los elementos NEBULOSA DEL CANGREJO (resto de una explosión de supernova observada en el año 1.054 en China. La energía producida en esta fusión causa una violenta explosión (supernova) que lanza al espacio casi toda la masa de la estrella con los elementos sintetizados.
  • 64. El origen del Sistema solar El origen del Sol Hace algo más de 4.500 millones de años co- menzó a concentrarse una nube de gas y polvo en una galaxia espiral. Unos pocos millones de años más tarde esta nebolosa se había transformado en una estrella (el Sol) y sus planetas.
  • 65. El origen del Sistema solar El origen del Sol Con los datos obtenidos en la misión Stardust, sabemos que la nebulosa de la que surgió el Sol fue contaminada por una supernova. Una estrella de este tipo (qui- zá más de una) explotó cerca de la nebulosa. Y esta super- nova cercana provocó la con- tracción de la nebulosa que originó el sistema solar. Actividades 13,14
  • 66. El origen del Sistema solar La formación de los planetas Hace 4.570 millo- nes de años, la ne- bulosa se compri- me, colapsa y se transforma en un disco.
  • 67. El origen del Sistema solar La formación de los planetas El disco está más caliente en el cen- tro porque allí hay más partículas. Los elementos más li-geros emigran ha-cia la parte exte-rior, más fría.
  • 68. El origen del Sistema solar La formación de los planetas En cada zona del disco comienza a “crecer” un plane- ta, atrayendo la materia cercana, la de su zona de influencia gravita- toria. Los planetas exteriores se for- maron primero y tienen más masa porque se constitu-yen con los ele-mentos más abun-dantes de la nebu-losa.
  • 69. El origen del Sistema solar La formación de los planetas En las zonas inter- nas se forman cuer- pos pequeños que chocan entre sí, dan-do origen a planetas como la incipiente Tierra. Este proceso duró unos 10 millones de años.
  • 70. El origen del Sistema solar La formación de los planetas Los choques de es- tos planetesimales fundieron el exte- rior de estos proto- planetas, generan- do océanos de mag- ma de hasta 1.000 km de profundidad.
  • 71. El origen del Sistema solar La formación de los planetas Con el material so- brante de la cons- trucción de los pla- netas se formaron los 166 satélites co- nocidos, excepto la Luna. También quedan, muy lejos de los pla-netas, miles de mi-llones de cometas, restos helados de la nebulosa.
  • 72. El origen del Sistema solar La formación de los planetas No todos los planetas son iguales.
  • 73. El origen del Sistema solar Neptuno La formación de los planetas Urano Saturno Júpiter Los planetas exteriores, llamados gigantes, se formaron sobre todo a partir de gas. Júpiter y Saturno son sobre todo hidrógeno y helio, y en Urano y Neptuno predomina el amo- níaco y el metano líquidos. Los cuatro tienen núcleos de roca.
  • 74. El origen del Sistema solar Tierra La formación de los planetas Venus Mercurio Marte Los planetas interiores, llamados terrestres, se ori-ginaron a partir de material sólido (roca y metal). Se diferencian sobre todo por su masa. Los mayo- res (Venus y la Tierra) tienen atmósfera porque su gravedad retiene gases. Mercurio (y la Luna), más pequeños, no tienen atmósfera. Marte tiene una atmósfera muy tenue.
  • 75. El origen del Sistema solar La formación de los planetas Hay muchísimos planetas en el universo. Actual- mente se conocen más de 270. Este hecho demuestra que la mayoría de las nebulosas tienden a contraerse para formar estrellas con su cortejo de planetas.
  • 76. Un viaje científico por el sistema solar Solemos pensar que “todo está inventado”. Aunque conocemos una gran cantidad de datos de nuestros vecinos sin haberles visitado (salvo la Luna), son aún más las incógnitas que su estudio nos ha planteado, y no solo por los sempiternos “marcianos” ...
  • 77. Un viaje científico por el sistema solar ¿Por qué Venus perdió su agua? ¿Cómo pudo Venus guardar tanta energía como para producir un nuevo océano de magma casi al final de su historia? ¿Por qué cayeron casi todos los asteroides en la cara visible de la Luna? ¿A dónde fue a parar el agua de Marte? ¿Fue Marte, en su infancia, un gemelo de la Tierra? ¿Podría Júpiter albergar vida?
  • 78. Exoplanetas En 1.995, Michel Mayor y Didier Queloz descu- brieron el primer exoplaneta, un planeta en ór- bita alrededor de una estrella distinta del sol.
  • 79. Exoplanetas Un método de detección de estos exoplanetas es el siguiente: El exoplaneta gira alrededor de la estrella, pero la atracción es mutua y, debido a ello, si el exoplaneta es grande y está cerca de la estrella, provoca que podamos detectar el giro de la estrella alrededor del planeta (un pequeño bamboleo). Como la estrella emite luz, esta llega a la Tierra informándonos sobre si se acerca o se aleja en su giro (efecto Dopler).
  • 80. Exoplanetas Otro método de detección es el siguiente: Cuando el planeta pasa por delante de la estrella, el brillo de esta disminuye, ya que el planeta es más oscuro.
  • 81. Exoplanetas La mayoría de los exoplanetas detectados son planetas gigantes. Solo en 2.007 comenzaron a detectarse lo que se denominaron supertierras (cuerpos con masas poco mayores que la de nuestro planeta).
  • 82. Exoplanetas Los exoplanetas ponen de manifiesto las diferencias de nuestro sistema planetario con otros, con planetas gigantes muy próximos a la estrella (mucho más cerca de lo que está Mercurio del Sol). Es casi seguro que esos planetas no pudieron formarse a tan corta distancia, ya que la intensa radiación de la estrella los habría destruido. Se cree que migraron desde órbitas más lejanas. Tal vez están a punto de caer sobre su estrella.
  • 83. Observar el cielo Si observamos el cielo nocturno, parece que las estrellas, la Luna o los planetas se mueven de este a oeste. Este efecto se debe a la rotación terrestre. En un día, la “esfera celeste” da una vuelta completa, aunque los astros visibles cada noche no son los mismos.
  • 84. Movimiento aparente de las estrellas en el cielo Todos los astros describen A lo largo del día, la estrella arcos de circunferencia sigue un arco sobre el cielo en la alrededor del polo Norte celeste direc-ción este → oeste De noche, el sol se encuentra bajo el horizonte Los astros alcanzan la máxima altura cuando están justo en el sur. La inclinación de los arcos depende de la latitud. En el Ecuador los astros sólo suben y bajan, no describen arcos. Algunos astros permanecen poco tiempo sobre el horizonte.
  • 85. Movimiento aparente de las estrellas en el cielo
  • 86. Observar el cielo Aunque las posiciones de unas estrellas res- pecto a otras no cambian, el conjunto del cielo que vemos a una hora determinada de la noche adelanta a lo largo del año, dos horas cada mes, debido al movimiento de traslación de la Tierra y a la inclinación de su eje: el cielo que vemos desde nuestra casa a las 11 de la noche el día 3 de octubre lo veremos dos horas antes, a las 9 de la noche el día 3 de noviembre.
  • 87. Observar el cielo Hay dos factores que determinan qué as-tros podemos ver cada noche: La LATITUD. La ÉPOCA DEL AÑO.
  • 88. Observar el cielo LATITUD: Cada región de la Tierra es una ventana a una región del universo: Desde el hemisferio Sur no se puede observar la estrella Polar, Desde nuestras latitudes no son visibles astros como las galaxias llamadas Nubes de Magallanes.
  • 89. Observar el cielo ÉPOCA DEL AÑO: Hay constelaciones “de invierno”, pues sólo se ven de noche en invierno (Orión). Otras sólo se ven en verano. Y otras se ven durante todo el año (Osa Mayor). Reciben el nombre de circumpolares.
  • 90. Observar el cielo Clasificamos las constelaciones en 4 grupos: Las que no se ven desde nuestra latitud en ninguna época del año. Las que se ven desde nuestra latitud en cualquier época del año y a cualquier hora (llamadas circumpolares). Las que se ven todos los días del año, pero que salen y se ponen a distintas horas, según la fecha en que nos encontremos. Las que sólo se pueden observar en una parte del año, porque en la otra salen y se ponen de día.
  • 91. Observar el cielo Para observar el cielo utilizamos los planisferios o mapas celestes (buscadores de estrellas). En un planisferio se representa la esfera terrestre (estrellas, constelacio-nes, etc.) sobre un plano, dibujando las estrellas más brillantes más gruesas. Una parte exterior de dicho planis- ferio que puede girar sobre el mapa celeste permite saber qué constela- ciones son visibles en un momento determinado.
  • 92. Observar el cielo En internet puedes encontrar también multitud de programas informáticos astronómicos gratui-tos con los que ir desarrollando la afición. Uno de los mejores es "Cartes du ciel", que aparte de ser gratuito y muy completo, lo pue- des bajar en multitud de idiomas. Si quieres obtener este programa, está disponible en: http://cartes-du-ciel.iespana.es
  • 93. Observar el cielo Otro programa gratuito muy interesante es "Stellarium". Te va a ayudar a conocer las cons-telaciones, a ver el movimiento de la tierra... Es un programa muy sencillo y fácil de manejar, pero que visualmente es muy atractivo. Puedes descargarlo en la siguiente dirección: http://www.stellarium.org/es/
  • 94. Observar el cielo SkyMap: (la version 3 es shareware) TheSky: Junto con el anterior es el mas utilizado Starry Night: Con versiones para Windows y Mac The Earth Centered Universe: el mas conocido entre los shareware StarCalc: (Freeware) Muy rapido y consume pocos recursos. Posibilidad de introducir catalogo NGC, IC, cometas y meteoros (formato skymap) MyStars! SkyGlobe 3.6: (ftp) Para Ms-Dos. Todo un clasico. Para un portatil sin altas prestaciones SkyMaps: No es un programa sino una pagina web que genera on-line un mapa estelar del mes en curso con indicaciones de los objetos mas interesantes SkyGlass: convierte la pantalla en un mapa interactivo. Muy rapido (el enlace de momento no esta disponible) Hallo northern sky. (Freeware). En ingles. Con interface tipo UNIX y versiones de W95/98 y W31. 400Kb en la versión básica Celestia: (freew.) Mas que un planetario es un simulador que permite viajar por el universo con una extraordinaria calidad grafica. Permite realizar "scripts" con recorridos a traves de estrellas y planetas. Orbiter. (freew.) Parecido al anterior, mas orientado a la simulacion de viajes espaciales. Excelente presentacion grafica.