J. Mariano Merino

EL ORIGEN DEL UNIVERSOEL ORIGEN DEL UNIVERSO

Hace unos 15000 millones de aHace unos 15000 millones de añños tuvo lugar una gran explosios tuvo lugar una gran explosióón. Se formaron enormes n. Se formaron enormes cantidades de partcantidades de partíículas a expensas de la energculas a expensas de la energíía. Esas parta. Esas partíículas se unieron formando culas se unieron formando nnúúcleos atcleos atóómicos ... (micos ... (TeorTeoríía del a del BigBig BangBang, , Edwin Edwin HubbleHubble, 1929, 1929))

FORMACION DEL COSMOS

HISTORIA DEL UNIVERSO15 BILLONES DE AÑOS

(Presente)

5 BILLONES DE AÑOS(Formación de estrellas y galaxias)

1 BILLÓN DE AÑOS(El universo de hace transparente)

10^13 SEGUNDOS

(Formación de átomos grandes)

10^2 SEGUNDOS(Formación de hidrógeno y Helio)

10^-10 SEGUNDOS(Formación de protones y neutrones)

10^-34 SEGUNDOS(Aparición de electrones)

10^-43 SEGUNDOS

EL UNIVERSO EN EXPANSIONEL UNIVERSO EN EXPANSION

StephenStephen HawkingHawking

El astrónomo norteamericano Edwin Hubble descubrió en 1929 que el Universo se expande a gran velocidad, lo que le permitió formular la Teoría del Big Bang.

A. Einstein considera el tiempo como una cuarta coordenada, y de acuerdo con esta idea, se comprende el esquema inferior (del libro “Historia del tiempo” de S. Hawkins)

EL ORIGEN DE LA VIDA

Desde tiempo inmemorial, el ser humano se ha sentido fascinado por la contemplación del cielo nocturno. La imaginación y la fantasía de cientos de generaciones de observadores ha creado conjuntos de estrellas que evocan formas de animales (Osa Mayor, Cisne, Perro, Camello, Escorpión, etc.) o figuras míticas (Casiopea, Orión, Pléyades, Sagitario, etc.).

Las estrellas y las galaxias se mueven a grandes velocidades, de forma que el aspecto que hoy tienen las constelaciones no es el que tuvieron en tiempos pretéritos.

Mes de Junio

De los nueve planetas conocidos, los cuatro primeros forman el grupo de los “interiores”. Entre estos y los “exteriores” hay una extensa franja de asteroides orbitando en torno al Sol. Los planetas de mayor tamaño son Júpiter formado fundamentalmente por hidrógeno, y Saturno, caracterizado por su anillo de millones de rocas.

Júpiter, el mayor de los planetas, es claramente visible en cualquier noche despejada. Con unos simples prismáticos puede verse sus satélites.

Este planeta es una enorme acumulación de hidrógeno que casi da el tamaño para que en él se dieran las reacciones nucleares de fusión que le convertirían en una estrella emisora de energía.

De hecho, él y sus satélites conforman un sistema planetario completo dentro del Sistema Planetario solar

Los cometas son cuerpos de pequeño tamaño provenientes de zonas próximas al Sistema Solar, donde aún quedan restos de materiales formados tras el Big Bang. Son auténticos fósiles de la Historia del Universo, por lo que su estudio es sumamente interesante.

Su cola es gaseosa y se forma por interacción de la radiación solar con el cuerpo cometario. Por tanto, esta sólo es visible cuando el cometa se aproxima al Sol.

Generalmente, los cometas describen órbitas muy excéntricas, siendo periódica su aparición. El más famoso es el Halley, que se hace visible cada 76 años.

El eje de rotación de la Tierra pasa por los polos Norte y Sur del planeta y sus prolongaciones imaginarias apuntan hacia la Estrella Polarpor el lado Norte y a la Cruz del Sur por el lado Sur.

Esto significa que la identificación de la Estrella Polar en el hemisferio boreal y de la Cruz del Sur en el Hemisferio austral proporcionan una buena orientación.

La combinación de los movimientos de traslación y rotación determina que en las distintas épocas del año el Sol y la Tierra se encuentran en conjunción con una determinada constelación. En esas condiciones, dicha constelación solo es visible al alba y al atardecer, estando en el zénit al mediodía.

En la antigüedad, el “paso del Sol” por delante de ciertas constelaciones determinó la aparición de los distintos meses como unidades fragmentarias del año. Hoy, la forma de esas constelaciones ha variado, así como su posición, si bien los signos y épocas del Zodiaco constituyen una arraigada tradición.

Al contemplar el cielo en el hemisferio Norte, la Polar aparece con una declinación sobre el horizonte que es exactamente igual a la latitud geográfica.

Debido a la rotación terrestre, a lo largo de la noche, las estrellas parecen girar en torno a la Polar.

La observación del cielo requiere una previa orientación geográfica por la cual los puntos cardinales han de ser perfectamente localizados.

De acuerdo con ello, la posición de un cuerpo celeste quedarácorrectamente definida por medio de su altitud sobre el horizonte (ángulo que forma la dirección visual del cuerpo celeste con la horizontal) y su azimut (ángulo que forma la proyección de la visual sobre el plano horizontal con la dirección Sur)

La Tierra se asemeja a un gran trompo. La Tierra se asemeja a un gran trompo. Recorre su eclRecorre su eclííptica en torno al Sol a la ptica en torno al Sol a la velocidad de 30 velocidad de 30 KmKm/s /s ¡¡106.000 106.000 KmKm/h! /h! invirtiendo 365 dinvirtiendo 365 díías, 5 horas, 48 minutos as, 5 horas, 48 minutos y 46 segundos (y 46 segundos (movimiento de movimiento de traslacitraslacióón)n)

AdemAdemáás, la Tierra gira sobre ss, la Tierra gira sobre síí misma misma ((movimiento de rotacimovimiento de rotacióónn) invirtiendo 23 ) invirtiendo 23 h, 56h, 56’’ y 4y 4”” en efectuar una vuelta en efectuar una vuelta completa.completa.

El eje de rotaciEl eje de rotacióón terrestre no es n terrestre no es perpendicular al plano de la eclperpendicular al plano de la eclííptica ptica sino que forma un sino que forma un áángulo de 23ngulo de 23ºº 55’’ con con dicha direccidicha direccióón perpendicular. El eje de n perpendicular. El eje de rotacirotacióón gira (n gira (movimiento de precesimovimiento de precesióónn) ) invirtiendo 25.765 ainvirtiendo 25.765 añños en completar os en completar una vuelta.una vuelta.

Finalmente, la acciFinalmente, la accióón gravitatoria lunar n gravitatoria lunar desvdesvíía peria perióódicamente el eje de rotacidicamente el eje de rotacióón n terrestre (terrestre (movimiento de nutacimovimiento de nutacióónn), de ), de forma que este oscila cada 18,6 aforma que este oscila cada 18,6 añños. os.

Cuando en su giro en torno a la Tierra, la Luna se interpone entCuando en su giro en torno a la Tierra, la Luna se interpone entre el Sol y nuestro planeta, re el Sol y nuestro planeta, se produce el eclipse solar, el cual puede ser parcial o total sse produce el eclipse solar, el cual puede ser parcial o total segegúún que la Luna oculte n que la Luna oculte parcial o totalmente el disco solar.parcial o totalmente el disco solar.

Durante la ocultaciDurante la ocultacióón del Sol, la luz diurna se reduce notablemente.n del Sol, la luz diurna se reduce notablemente.

Representación de un eclipse solar visto desde el Sol:

Al pasar la Luna entre el Sol y la Tierra proyecta su sombra sobre esta última. Esta sombra barre la superficie terrestre. Aquellas zonas que se hallan en el centro (color más oscuro) de la sombra son las afectadas por eclipse total. Las restantes zonas se ven afectadas por el eclipse parcial, tanto más intenso cuanto más próximas se hallen del centro de la sombra.

En ocasiones, la Tierra se interpone entre el Sol y la Luna. Si además el satélite se halla en la fase de “luna llena”, se ve claramente la sombra de la Tierra proyectada sobre la cara iluminada de la Luna

Eclipse lunar visto desde la Luna:

La Tierra se interpone entre el Sol y la Luna. Este fenómeno sólo lo observan quienes se hallan en la cara oscura de la Tierra (de noche)

Constante solar = 1,37 Kw/m2 =1,37 .106 Kw/Km2

Secc. Transv. Terrestre=π (6366)2=1,27.108 Km2

Potencia recibida por la Tierra=1,37.106 x1,27.108=

=1,74.1014 Kw

148.000.000 Km

Sup. Sup. Esfera Geosolar =4π (1,48.108)2=2,75.1017 Km2 Potencia solar =1,74.1014(2,75.1017/1,27.108)=3,77.1034 Kw

Como los restantes planetas, la Tierra describe una órbita elíptica, ocupando el Sol uno de sus focos. La distancia Tierra-Sol no es constante de forma que es en invierno cuando ambos se encuentran más próximos.

En consecuencia, hay que pensar que las variaciones climáticas estacionales no se deben a la distancia al Sol sino a la inclinación de los rayos solares durante el día.

La trayectoria que describe el Sol a lo largo del día depende de la estación. En el hemisferio Norte, la inclinación de los rayos solares en invierno es mayor que en verano, lo que también afecta a la duración del día. Una y otra causa determinan las diferencias de temperaturas medias en ambas estaciones.

Cuando la Tierra se encuentra en el equinocio de verano, los rayos solares inciden perpendicularmente a las 12 h (mediodía) en todos los puntos situados en un círculo imaginario del hemisferio Norte, llamado Trópico de cáncer. Por igual razón, cuando la Tierra se halla en el equinocio de invierno, los rayos solares inciden a las 12 h (mediodía) en los puntos situados en el trópico de capricornio, en el hemisferio Sur.

A lo largo del año, la orientación del eje de rotación terrestre cambia respecto de la línea recta Tierra-Sol. El resultado es una variación del número de horas de iluminación solar (duración del día) y de la inclinación media de los rayos solares respecto de la superficie terrestre.

Esta variación, inapreciable en el Ecuador, es muy intensa en los polos, de forma que a un semestre de noches interminables (invierno polar) le sigue otro de días igualmente largos (verano polar)

La variación de la orientación del eje de rotación terrestre a lo largo del año determina variaciones en la duración de los días y en la inclinación media de los rayos solares. La consecuencia directa es la variación climática de las estaciones, inapreciable en el ecuador y muy intensa en los polos.

La orientación del eje de rotación terrestre respecto de los rayos solares determina la existencia de zonas climáticas, simétricas en los hemisferios Norte y Sur.

En esta vista animada de la eclíptica terrestre se aprecian las cuatro posiciones equinocciales correspondientes a la primavera, el verano, el otoño y el invierno.

Nótese que las estaciones son contrapuestas en los hemisferios Norte y Sur.

En su giro en torno a la Tierra, la Luna puede verse total o parcialmente iluminada según el ángulo que formen las líneas Tierra-Sol y Tierra-Luna. Las fases de la Luna se repiten cada 29,53 días y desde tiempo inmemorial han proporcionado al ser humano la medida del tiempo que llamamos mes.

La acciLa accióón gravitacional de la Luna, y en n gravitacional de la Luna, y en menor medida del Sol, provocan menor medida del Sol, provocan ““deformacionesdeformaciones”” en la masa len la masa lííquida ocequida oceáánica nica que se manifiestan como variaciones del que se manifiestan como variaciones del nivel del mar que se repiten cada 12 h 24nivel del mar que se repiten cada 12 h 24’’

Cuando la Luna y el Sol se encuentran Cuando la Luna y el Sol se encuentran alineados (luna llena y luna nueva) se alineados (luna llena y luna nueva) se suman o se restan sus efectos suman o se restan sus efectos gravitatorios originando las mareas gravitatorios originando las mareas vivas vivas y y muertasmuertas

Cuando la Luna y el Sol se hallan en Cuando la Luna y el Sol se hallan en cuadratura (cuarto creciente y cuarto cuadratura (cuarto creciente y cuarto menguante) los efectos gravitatorios no menguante) los efectos gravitatorios no se suman ni se restan y las mareas son se suman ni se restan y las mareas son mediasmedias

MAREA VIVA

MAREA MUERTA

MAREA MEDIA

MAREA MEDIA

La plataforma circular gira en sentido levLa plataforma circular gira en sentido levóógiro al tiempo que un cuerpo se mueve giro al tiempo que un cuerpo se mueve recorriendo un radio con velocidad constante. Juzgando las cosasrecorriendo un radio con velocidad constante. Juzgando las cosas desde la plataforma, desde la plataforma, parece que una fuerza (llamada parece que una fuerza (llamada ““de de corioliscoriolis””) empuja al cuerpo hacia su derecha ) empuja al cuerpo hacia su derecha provocando que este siga el camino rojo. Realmente, tal fuerza nprovocando que este siga el camino rojo. Realmente, tal fuerza no existe y, visto desde o existe y, visto desde el exterior, el cuerpo sigue la lel exterior, el cuerpo sigue la líínea recta (azul), conforme prevnea recta (azul), conforme prevéé el Primer Principio de el Primer Principio de Newton.Newton.

Cuando se camina desde el borde hasta el centro sobre una platafCuando se camina desde el borde hasta el centro sobre una plataforma giratoria, se nota un empuje hacia orma giratoria, se nota un empuje hacia la derecha debido a la pla derecha debido a la péérdida de velocidad lateral. Al caminar por el radio en sentido crdida de velocidad lateral. Al caminar por el radio en sentido contrario la inercia ontrario la inercia se deja sentir hacia el otro lado, es decir, siempre hacia la dese deja sentir hacia el otro lado, es decir, siempre hacia la derecha de quien camina.recha de quien camina.

Por esa misma razPor esa misma razóón, cuando un objeto se mueve por un meridiano terrestre en el hen, cuando un objeto se mueve por un meridiano terrestre en el hemisferio Norte, misferio Norte, experimenta un empuje hacia su derecha. En el hemisferio Sur el experimenta un empuje hacia su derecha. En el hemisferio Sur el empuje es hacia la izquierdaempuje es hacia la izquierda

Por causa de la rotación terrestre, cuando un vehículo se mueve a lo largo de un meridiano, experimenta un empuje de coriolis dirigido hacia la derecha de su avance si está en el hemisferio Norte y hacia su izquierda si está en el hemisferio Sur.

En la animación se muestra una vez más el carácter virtual de esta fuerza. Un observador externo a la Tierra vería cómo el vehículo se desplaza en línea recta (azul) según prevé el Primer Principio de Newton.

La trayectoria roja es la que se percibe juzgando los hechos desde la superficie de la Tierra.

Compárese este fenómeno con el descrito en la diapositiva anterior.

Cuando en un punto de la atmCuando en un punto de la atmóósfera del hemisferio Norte se produce una fuerte depresisfera del hemisferio Norte se produce una fuerte depresióón, las n, las masas de aire adyacente se precipitan sobre ese punto y por causmasas de aire adyacente se precipitan sobre ese punto y por causa del efecto a del efecto CoriolisCoriolis son son empujadas hacia su derecha. El resultado es la apariciempujadas hacia su derecha. El resultado es la aparicióón de un cicln de un ciclóón o monzn o monzóón. Esto sucede en n. Esto sucede en zonas tropicales (zonas tropicales (p.ep.e., Caribe, Golfo de Bengala, Mar de Filipinas, etc.)., Caribe, Golfo de Bengala, Mar de Filipinas, etc.)

Imagen obtenida por satImagen obtenida por satéélite del lite del hurachuracáán n KatrinaKatrina (Agosto de 2005)(Agosto de 2005)

Por causa del efecto Coriolis, en el hemisferio Norte los senos de bajas presiones (borrascas) determinan la aparición de remolinos levógiros y las zonas de altas presiones (anticiclones) se manifiestan con circulaciones dextrógiras de los vientos.

Cuando una carga describe un movimiento Cuando una carga describe un movimiento circular crea un campo magncircular crea un campo magnéético.tico.

En ciertos materiales, los electrones de los En ciertos materiales, los electrones de los áátomos, en su giro en torno al ntomos, en su giro en torno al núúcleo, suman cleo, suman sus efectos y el resultado es la presencia de sus efectos y el resultado es la presencia de un campo magnun campo magnéético. Tal es el caso de los tico. Tal es el caso de los imanes.imanes.

El interior de la Tierra estEl interior de la Tierra estáá formado por magma formado por magma a muy alta temperatura, en el que abundan las a muy alta temperatura, en el que abundan las cargas de uno y otro signo.cargas de uno y otro signo.

La rotaciLa rotacióón de la Tierra arrastra al magma y sus n de la Tierra arrastra al magma y sus cargas. El resultado es la presencia de un cargas. El resultado es la presencia de un campo magncampo magnéético terrestre cuya intensidad y tico terrestre cuya intensidad y direccidireccióón varn varíían con la distribucian con la distribucióón de cargas n de cargas en el planeta. A lo largo del tiempo, el campo en el planeta. A lo largo del tiempo, el campo magnmagnéético terrestre ha sufrido bastantes tico terrestre ha sufrido bastantes cambios.cambios.

El campo magnético terrestre permite la orientación geográfica con el uso de la brújula y es la causa de la aparición de las auroras boreales y australes. http://www.youtube.com/watch?v=zoYiPul1WvI&NR=1

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