EL UNIVERSO

LUZ RODRÍGUEZ PINA

Distintas teorías sobre el origen del Universo. Leyes de movimiento y atracción planetarios Teoría de la relatividad. Origen y futuro del Universo.

EL UNIVERSO

Hay cuatro teorías del Universo

fundamentales: La teoría del Big Bang. La teoría Inflacionaria. La teoría del estado estacionario. La teoría del Universo oscilante.

En la actualidad la más aceptada es la del Big Bang y la Inflacionaria

TEORIAS SOBRE EL ORIGEN DEL UNIVERSO

Es la más popular y aceptada en la actualidad. A partir de una seria de soluciones de ecuaciones de relatividad

general, supone que hace entre unos 14.000 y 15.000 millones de años, toda la materia del Universo estaba concentrada en una zona extraordinariamente pequeña, hasta que explotó en un violento evento a partir del cual comenzó a expandirse.

Toda esa materia, comprimida y contenida en un único lugar, fue impulsada tras la explosión, comenzó a expandirse y a acumularse en diferentes partes. En esa expansión, la materia se fue agrupando y acumulando para dar lugar a las primeras estrellas y galaxias, formando así lo que conocemos como el Universo. Los fundamentos matemáticos de ésta teoría, incluyen la teoría general de la relatividad de Albert Einstein junto a la teoría estándar de partículas fundamentales. Todo esto, no sólo hace de ésta la teoría más respetada, sino que da lugar a nuevas e interesantísimas cuestiones, como por ejemplo si el universo seguirá en constante expansión por el resto de los tiempos o si por el contrario, un evento similar al que le dio origen puede hacer que el universo entero vuelva contraerse, entre otras.

LA TEORÍA DEL BIG BANG

Ésta es otra de las más aceptadas y mejor fundamentadas. Ésta esta formulada por el gran cosmólogo y físico teórico

norteamericano Alan Guth, intenta explicar los primeros instanes del Universo basándose en estudios sobre campos gravitatorios fortísimos, como los que hay cerca de un agujero negro.

Esta teoría supone que una fuerza única se dividió en las cuatro que ahora conocemos ( las cuatro fuerzas fundamentales del universo: gravitatoria, electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil), provocando el origen del universo.El empuje inicial duró un tiempo prácticamente inapreciable, pero fue tan violenta que, a pesar de que la atracción de la gravedad frena las galaxias, el Universo todavía crece.

TEORÍA INFLACIONARIA

La teoría del estado estacionario se opone a la tesis de un

universo evolucionario. Los seguidores de esta teoría consideran que el universo es una entidad que no tiene principio ni fin: no tiene principio porque no comenzó con una gran explosión ni se colapsará en un futuro lejano, para volver a nacer. El impulsor de esta idea fue el astrónomo inglés Edward Milne y según ella, los datos recabados por la observación de un objeto ubicado a millones de años luz, deben ser idénticos a los obtenidos en la observación de la Vía Láctea desde la misma distancia. Milne llamó a su tesis principio cosmológico.

En 1948, algunos astrónomos retomaron este principio y e añadieron nuevos conceptos como el principio cosmológico perfecto. Este establece, en primer lugar, que el Universo no tiene un génesis ni un final, ya que la materia interestelar siempre ha existido y en segundo término, que el aspecto general del universo no sólo es idéntico en el espacio sino también en el tiempo.

TEORÍA DEL ESTADO ESTACIONARIO

La teoría del universo oscilante sostiene que

nuestro Universo sería el último de muchos surgidos en el pasado, luego de sucesivas explosiones y contracciones.

El momento en que el universo se desploma sobre sí mismo atraído por su propia gravedad es conocido como el Big Crunch, marcaría el fin de nuestro Universo y el nacimiento de otro nuevo.

Esta teoría fue planteada por el profesor Paul Steinhardt, profesor de física teórica en la Universidad de Princeton.

TEORÍA DEL UNIVERSO OSCILANTE

Leyes de Kepler: Se trata de tres leyes acerca de los

movimientos de los planetas formuladas por el astrónomo alemán Johannes Kepler a principios del siglo XVII. Kepler basó sus leyes en los datos planetarios reunidos por el astrónomo danés Tycho Brahe, de quien fue ayudante. Sus propuestas rompieron con una vieja creencia de siglos de que los planetas se movían en órbitas circulares.

LEYES DE MOVIMIENTO Y ATRACCIÓN PLANETARIO

Los planetas giran alrededor del Sol en

órbitas elípticas en las que el Sol ocupa uno de los focos de la elipse.

PRIMERA LEY:

Las áreas barridas por el segmento que une al

Sol con el planeta (radio vector) son proporcionales a los tiempos empleados para describirlas. Como consecuencia, cuanto más cerca está el planeta del Sol con más rapidez se mueve.

SEGUNDA LEY:

Los cuadrados de los periodos siderales de

revolución de los planetas alrededor del Sol son proporcionales a los cubos de los semiejes mayores de sus órbitas elípticas. Esto permite deducir que los planetas más lejanos al Sol orbitan a menor velocidad que los cercanos; dice que el período de revolución depende de la distancia al Sol.

TERCERA LEY:

Albert Einstein publicó en 1905 la teoría especial

de la relatividad, que sostiene que lo único constante en el universo es la velocidad de la luz en el vacío y todo lo demás (velocidad, longitud, masa y paso del tiempo) varía según el marco referencial del observador.

La teoría resolvió muchos de los problemas que habían preocupado a los científicos hasta entonces.

La famosa ecuación resultante de la teoría E=mc2 establece que la energía(E es iigual a la masa (m) por la velocidad de la luz(c) al cuadrado

TEORÍA ESPECIAL DE LA RELATIVIDAD

200 años antes de que Albert Einstein formulara

sus teorías sobre la relatividad, el matemático inglés Isaac Newton sugirió que el espacio y el tiempo eran absolutos (fijo) y que el primero estaba totalmente separado del segundo.

Según la teoría de la relatividad, sin embargo, el tiempo y las tres dimensiones del espacio (longitud, altura y profundidad) constituyen un marco de cuatro dimensiones que recibe el nombre espacio-temporal.

ESPACIO-TIEMPO

Einstein estableció la ecuación E=mc2 para

explicar que masa y energía son equivalentes. Hoy se sabe que masa y energía son formas

distintas de una msima cosa que recibe el nombre de masa-energía

Si la energía de un objeto disminuye una cantidad E, su masa también se reduce una cantidad igual a E/c2.

Pero la masa-energía no desaparece, sino que se libera en forma de la llamada energía radiante.

MASA Y ENERGÍA

El físico irlandés George FitzGerald sugirió que

la materia se contrae en la dirección de su movimiento. Por ejemplo, desde el punto de vista de un observador estático un cohete que viajara casi a la velocidad de la luz parecería más corto que si estuviera estático, aunque los ocupantes no notarían diferencia.

Einstein demostró que cualquier objeto que viajara a la velocidad de la luz se encogería hasta una longitud cero.

LONGITUD RELATIVA

La teoría especial de la relatividad sostiene que el tiempo

no es absoluto (fijo).Según Einstein, el tiempo de un objeto visto por un observador externo pasa más lentamente a medida que aumenta su movimiento lineal, lo que se ha demostrado con relojes atómicos sincronizados: mientras uno permanece en la Tierra, el otro es sometido a un viaje muy rápido (por ejemplo, en un reactor); al compararlos, el estacionario está algo más avanzado que el móvil.

Einstein puso de ejemplo la famosa paradoja de los gemelos, en la que se explica que un hombre viaja al espacio casi a la velocidad de la luz dejando en la tierra a su hermano gemelo, al volver en la Tierra han pasado 50 años pero para el viajero solo han pasado unos 20.

TIEMPO RELATIVO

Albert Einstein formuló su teoría general de la relatividad. Demostró que el espacio es finito pero ilimitado, como si se tratara de

un universo bidimensional que tuviera la forma de la superficie de una esfera; sería finito, pero no tendría límites.

Todo esto significa que todo objeto con masa produce o genera gravedad hacia los objetos que le rodean, generalmente cuanto más grande es la masa, más gravedad produce. Éste hecho se rompe ante la presencia de un agujero negro o ante una estrella de neutrones cuyas masas son muy pequeñas sin embargo la fuerza de la gravedad es enorme.

La teoría general de la relatividad sostiene que las fuerzas gravitatorias son consecuencia de la curvatura del espacio-tiempo. Al pasa cerca de un objeto masivo, la luz describe una trayectoria curva al seguir la curvatura del espacio-tiempo causada por la masa del objeto.

TEORÍA DE LA RELATIVIDAD GENERAL

El Universo nació en una gran explosión

llamada Bi Bang, hace unos 13 mil millones de años, y ha cambiado y crecido desde entonces. En una minúscula fracción de tiempo, imposible de medir. Era una cantidad inmensa de energía comprimida en un espacio inconcebiblemente pequeño, pero en una fracción de segundo se infló. Pasó de ser menos que una cabeza de alfiler a se mayor que una Galaxia.

EL ORIGEN DEL UNIVERSO

Los astrónomos que estudian el origen del Universo se llaman

cosmólogos. También les interesa el futuro del Universo. Algunos creen que el Universo seguirá expandiéndose y se volverá más grande y frío. A la larga, todas las estrellas morirán y el Universo será frío y oscuro. Sabemos que, conforme se alejan las galaxias, la gravedad de una atrae a la otra y hace más lenta esta expansión. Algunos cosmólogos creen que dentro de bollones de años, la gravedad habrá frenado por completo a las galaxias hasta hacerlas estacionarias.

Al llegar a esa fase, la gravedad volverá a atraer a las galaxias entre sí. El Universo se contraerá hasta estar todo reunido en un solo punto. Conforme el material se vaya acercando, se calentará. Finalmente, el Universo se colapsará violentamente, en una implosión llamada el Big Crunch. Todo se destruirá y será el fin del Universo. Sin embargo, quizás esto vaya seguido por otro Big Bang y la creación de un nuevo Universo.

FUTURO DEL UNIVERSO

¿Qué es una estrella? Fases de la vida de una estrella

COMPONENTES DE LAS ESTRELLAS

Las estrellas están hechas de gas de hidrógeno

que se ha calentado a una temperatura de más de 15 millones de grados Fahrenheit (8.333.315 ºC) y se convierten en una masa estable de helio debido a la fuerza gravitacional y la fusión nuclear. La vida de una estrella se determina por la cantidad de masa que la estrella tiene. Una mayor masa significa un ciclo de vida de una estrella que es más corto que el de una estrella más pequeña.

FASES DE LA VIDA DE UNA ESTRELLA

La fase protoestrella es el comienzo del ciclo de vida de la

estrella. Una nube de gas de hidrógeno llamada una nube molecular comienza a girar debido a la atracción gravitacional de las partículas de hidrógeno y el polvo que se encuentra en el espacio. La presión térmica y el incremento del calor causan que la temperatura de la nube aumente. Una vez que la temperatura alcanza alrededor de 15 millones de grados Fahrenheit (8.333.315 ºC), se produce un proceso llamado fusión nuclear. El calor y la actividad rápida de las moléculas debido al calor, hacen que la nube se contraiga y se convierta en una materia estable. La fusión nuclear hace que las moléculas de hidrógeno se conviertan en moléculas de helio. Esta etapa del ciclo de vida de la estrella dura aproximadamente 100.000 años.

PRIMERA FASE: PROTOESTRELLA

Una vez que la materia se ha estabilizado, la masa se

le llama una estrella de secuencia principal. La principal etapa de la secuencia de una estrella dura cientos de millones de años. El balance de calor interno creando una presión térmica y la presión gravitacional exterior es clave para la longitud de esta etapa de la vida de la estrella. La cantidad de helio en la masa, el tamaño de la estrella, determina la longitud de la etapa de secuencia principal. El sol de la Tierra es una estrella de tamaño promedio. A medida que el helio en el núcleo de la estrella se quema, la estrella comienza a evolucionar hacia la siguiente etapa del ciclo de vida.

SEGUNDA FASE: SECUENCIA PRINCIPAL

Una estrella que ha pasado a la fase de secuencia post-principal está

en constante expansión debido al consumo de helio y a la presión del núcleo de la estrella. A medida que se consume el helio, la estrella se convierte en uno de los pocos tipos de estrellas. Una estrella de menor masa se convierte en una enana blanca. Una estrella de tamaño medio se convierte en una gigante roja y las estrellas con mayor masa pueden convertirse en supernovas. Una enana blanca es una estrella que no tiene temperaturas suficientemente altas como para fundir carbono y oxígeno y deja de quemar. Una gigante roja es una estrella donde las temperaturas alcanzaron un nivel lo suficientemente alto como para fusionar los dos elementos, creando más helio en las cortezas exteriores a medida que el núcleo interior se enfriaba y dejaba de quemar. Una supernova es cuando el núcleo de la estrella cesa repentinamente su quema y la presión de las capas exteriores se derrumba en en el núcleo, causando una explosión masiva.

TERCERA FASE: SECUENCIA POST-PRINCIPAL

Un colapso de una estrella es el fin del ciclo de vida de la

estrella. Una estrella colapsará cuando el núcleo ya no tiene ningún tipo de fusión nuclear o reacciones moleculares y las capas externas todavía se están quemando. Una nova es el final de una estrella que explota cuando el núcleo se colapsa cuando la presión de las capas exteriores de la estrella no es contrarrestada por la presión suficiente de la fusión nuclear en el núcleo. Esto ocurre cuando el núcleo deja de quemar más rápidamente que las capas externas. Una supernova es este tipo de colapso sólo a una escala mayor, a medida que las estrellas con la mayor masa se han expandido tan lejos del núcleo que la explosión del colapso es más brillante que la del colapso de una enana blanca que ha estado ardiendo lentamente todo su helio.

CUARTA FASE: COLAPSO

Composición Situación en la galaxia Características principales de los planetas del

sistema solar.

EL SISTEMA SOLAR

El Sol contiene el 99.85% de toda la materia

en el Sistema Solar. Los planetas, los cuales están condenados del mismo material del que está formado el Sol, contienen sólo el 0.135% de la masa del Sistema Solar. Júpiter contiene más de dos veces la materia de todos los otros planetas juntos. Los satélites de los planetas, cometas, asteroides, meteoroides y el medio interplanetario constituyen el restante 0.015%

COMPOSICIÓN DEL SISTEMA SOLAR

La única estrella de nuestro sistema

planetario. Tiene un tamaño medio. Es una esfera de gases incandescentes. Debe de su energía a las reacciones

termonucleares que se producen en su núcleo, alcanzando una temperatura de 15 millones de grados centígrados.

El sol gira entorno a su eje.

SOL

De acuerdo con sus características y posición

se diferencian: Planetas interiores o terrestres: Incluyen Mercurio, Venus, la Tierra y Marte. Tienen un tamaño pequeño. Su superficie es rocosa. Tienen una atmósfera gaseosa poco extensa o

inexistente.

PLANETAS

Planetas exteriores o gigantes.

Incluyen Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Tienen un tamaño grande. Sus superficies no son rocosas. Su atmósfera se encuentra fundamentalmente en

estado gaseoso y líquido.

PLANETAS ENANOS

Son cuerpos celestes que orbitan alrededor del Sol y tienen una masa suficientemente grande para adoptar una forma casi esférica pero no para haber barrido su órbita

SATÉLITES

Son cuerpos celestes que giran en torno a los planetas. La Luna es el satélite de la Tierra. Exceptuando Mercurio y Venus, todos los planetas tienen satélite. En torno a Júpiter se han encontrado ya 63 satélites, en torno a Saturno 60 y la lista no deja de aumentar.

Asteroides. Son cuerpos rocosos menores, generalmente con forma irregular. La mayoría se encuentra en el cinturón de asteroides, entre Marte y Júpiter. Otros grupos importantes son los troyanos, situados en la órbita de Júpiter, y los centauros, en la órbita de Saturno.

Cometas. Son pequeños cuerpos celestes, orbitan más allá de Neptuno, en el cinturón de Kuiper. Están constituidos por el helio y particular de polvo; es frecuente llamados «bolas de nieve sucia»

CUERPOS MENORES DEL SISTEMA SOLAR

Según la UAI son todos los cuerpos celestes que orbitan en torno al Sol y que no son planetas, ni planetas enanos, ni satélites. Fundamentalmente incluye:

El brazo de Orión o brazo local es un brazo espiral de

nuestra galaxia, la Vía Láctea, donde se encuentra el Sistema Solar y la Tierra. Su nombre se debe a su proximidad a la constelación de Orión, entre el brazo de Sagitario y el brazo de Perseo, los dos más grandes de nuestra galaxia. Nuestro Sistema Solar se encuentra cercano al borde interno de la Burbuja Local, aproximadamente a 8.000 pársecs (25.000 años luz) del centro galáctico. Aunque habitualmente se le considere un brazo espiral menor, investigaciones presentadas a mediados de 2013 sugieren que puede ser una estructura de bastante entidad, bien siendo un segmento del brazo de Perseo ó incluso independiente de éste.

SITUACION EN LA GALAXIA/VÍA LÁCTEA

Nuestro sistema solar tiene ocho planetas

reconocidos, cada uno con sus características únicas. Hay dos tipos principales de planetas en el sistema solar —gigantes terrestres y gaseosos. Los cuatro planetas más cercanos al Sol —Mercurio, Venus, Tierra y Marte— son los planetas terrestres. Son más pequeños con superficies rocosas y ambientes relativamente poco profundos. Los gigantes gaseosos —Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno— son planetas más grandes, pero a la mayoría de este tamaño se les atribuye una atmósfera increíblemente grande con núcleos pequeños y helados.

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE LOS PLANETAS DEL SISTEMA SOLAR.

Mercurio es el planeta más cercano al sol. Su

superficie llena de cráteres puede alcanzar más de 800 °F (426 °C), debido a su proximidad al sol y a su lenta rotación. Sólo un poco más grande que la luna de la Tierra, es el planeta más pequeño del sistema solar. No tiene lunas, anillos, y tiene una atmósfera muy delgada.

MERCURIO

El segundo planeta desde el Sol, Venus, es

ligeramente más pequeño que la Tierra. Debido a su relativa proximidad a la Tierra, es el planeta más grande visto en el cielo nocturno. La superficie llena de cráteres del planeta está caliente, con temperaturas de su superficie de alrededor de 900 °F (482 °C). Venus tiene una atmósfera espesa de ácido sulfúrico y dióxido de carbono. La densidad de su atmósfera hace que la presión del aire sea 90 veces la de la Tierra. Esto hace decididamente que el planeta sea inhóspito para la vida.

VENUS

La Tierra, el tercer planeta desde el Sol y el

planeta más grande terrestre, es el único planeta conocido que tiene los seres vivos y el único con agua líquida en su superficie. La atmósfera compuesta principalmente de nitrógeno, oxígeno y dióxido de carbono es crucial para la capacidad de la Tierra de sustentar la vida. La superficie de la tierra es principalmente agua, pero con grandes masas de tierra y una variedad sorprendente de diferentes ecosistemas.

LA TIERRA

Marte, también llamado el Planeta Rojo, es el cuarto

planeta del Sistema Solar. Su superficie se caracteriza por tormentas de polvo, volcanes grandes y profundos valles. El color rojo de la superficie proviene del óxido de hierro u óxido en el suelo. Algunas de las características de la superficie de Marte, como lechos de ríos secos, insinúan la existencia de agua anteriormente en el planeta. La atmósfera es muy delgada en Marte, con sólo 1/100 de la presión de aire de la Tierra, y el planeta es relativamente frío con temperaturas superficiales que van desde 171 hasta 32 °F (77 hasta 0 °C).

MARTE

Más lejos del sol, más allá de un anillo de

asteroides, se encuentra el planeta más grande de nuestro sistema solar —Júpiter— el primero de los planetas gaseosos gigantes. Sus patrones característicos de nubes de colores son causados por las tormentas de enormes remolinos en su atmósfera. El más grande y más distintivo de estos, la Gran Mancha Roja, es lo suficientemente grande como para tragarse la Tierra. El interior de este gran planeta es principalmente hidrógeno y helio. Júpiter tiene 63 lunas y un sistema de anillos débil.

JÚPITER

Saturno, el sexto planeta desde el Sol y el

gigante de gas en segundo lugar, es único porque un conjunto amplio y complejo de anillos órbita el planeta en una banda delgada. Saturno es grande, de alrededor de 9,5 veces el radio de la Tierra. Tiene 62 lunas en su órbita. El interior de Saturno, como Júpiter, se compone principalmente de hidrógeno y helio en estado líquido a causa de la fuerte presión.

SATURNO

Aunque la mayoría de los planetas giran sobre

su eje con una ligera inclinación, el gigante gaseoso Urano gira sobre un plano con la órbita del sol. Esto crea cambios únicos estacionales. Este planeta frío es de cuatro veces el diámetro de la Tierra, y está hecho de una atmósfera de metano con un núcleo denso de metano congelado. Urano tiene un sistema de anillos débil y 27 lunas en su órbita.

URANO

El planeta azul Neptuno es el más alejado del

sol, y al igual que Urano, es un lugar muy frío. Debido a su distancia del Sol, un año en Neptuno es de 165 años terrestres. La gran cantidad de metano en la atmósfera da al planeta su color azul, y el interior frío del planeta es principalmente hielo de metano. Es un planeta relativamente grande. Al igual que Urano, tiene un diámetro aproximadamente cuatro veces mayor que el de la Tierra. Trece lunas y un débil sistema de anillos órbitan alrededor del planeta.

NEPTUNO

FIN