TEMA 1

EL UNIVERSO

1. Historia de la astronomía

1.1. Los primeros observadores• Datan de culturas ancestrales que asociaban la observación del universo a

simple vista, a hechos religiosos, mágicos.

• No obstante por mera observación ya podían prever movimientos de los astros, estaciones, fenómenos naturales..

• A menudo sacerdotes y hechiceros usaban este conocimiento en su propio beneficio.

Stonehenge ( U.K.)(siglo XX a.C.)

Pirámides de Egipto (2500 a. C.)

Mayas (2000 – 250 a. C.)

Incas

1.2. Orígenes de la astronomía científica– Se inicia en la antigua Grecia con Aristóteles y Aristarco de Samos– Aparecen los primeros instrumentos de medición– Ideas:

• La Tierra y los demás astros están flotando en el cosmos• Se hacen las primeras mediciones del diámetro terrestre, lunar y solar y de las

distancias entre ellos• Los astros se mueven siguiendo órbitas circulares

(384-322 a.C)

Ptolomeo y el geocentrismo• Astronomo egipcio (Alejandría) S II (182-116 d. C) • Propone un modelo geocéntrico con los planetas y astros girando

alrededor de la tierra.• Los planetas con movimiento retrógrado(en ocasiones los planetas vistos

desde la T, se frenan y avanzan en sentido contrario), describían además de su órbita alrededor de la Tierra, un giro secundario llamado EPICICLO

1.3 Avances científicos : Instrumentos de exploración• Tras la edad media se hace un replanteamiento del modelo geocéntrico,

ya que se inventan nuevos intrumentos para medir tiempo y ángulos.

Copérnico y el HeliocentrismoCopérnico (Polonia S XV) plantea una hipótesis Heliocentrista- El sol en el centro- La Tierra y los planetas girando alrededor del sol- Las estrellas permanecen fijas

Tycho Brahe

• Abogado Danés S XVI-XVII muy interesado en la astronomía.• Gran observador del firmamento, construye mapas celestiales• Elabora una teoría de transición entre el geocentrismo y el

heliocentrismo:– La Tierra estáfija en el centro del universo– La Luna y el Sol giran alrededor de ella– Mercurio, Venus,Marte, Júpiter y Saturno giran alrededor del sol

Galileo Galilei

• Ingeniero y astrónomo italiano, S XVI-SVII• Desarrolla la teoría Heliocentrista pero encuentra muchos problemas

debido a la Inquisición.• No todo gira alrededor de la tierra, hay planetas con satélites propios

• Construyó un telescopio que le permitió observar:– Fases lunares– Manchas solares– Anillos de Saturno– Vía láctea

• Usó el método científico, publicando resultados

Keppler

• Matemático y astrónomo Aleman S XVI-XVII, colaborador de Tycho Brahe.• Hasta entonces, en todos los modelos se consideranban las órbitas

circulares, por considerare el círculo la figura geométrica perfecta• Keppler estudia las órbitas y el movimiento de los planetas y concluye que

son elípticas y no circulares.

Newton

• Físico, matemático e inventor ingles, siglo XVII-XVIII• Utilizó el método científico y enunció la Ley de la Gravitación Universal, lo

que permitió calcular los movimientos de los cuerpos celeste

EinsteinVÍDEO (T. relatividad general)15 frases de Einstein

-Físico alemán, siglo XIX – XX-Enuncia la teoría de la Relatividad (1905):

-“La velocidad de la luz es siempre la misma en todos los sistemas de referencia”-“La distancia y el tiempo dependen de la velocidad del observador”-Sostiene que la gravedad no es una fuerza como las otras, sino una consecuencia de que el espacio–tiempo se encuentra deformado por la presencia de una masa

 

 

E = mc2

Energía en reposo = Masa × (Constante de la luz)2

Los instrumentos de exploración• Evolución de los telescopios: • Vídeo sobre la evolución de los telescopios• Estudio de espectros de luz emitida: Imagen obtenida por descomposición

de la luz recibida en la tierra y emitida por otros astros que permite obtener información por ejemplo sobre la composición del astro y la distancia a la que se encuentran

• EL RADIOTELESCOPIO MÁS GRANDE DEL MUNDO• Radiotelescopios: Grandes antenas capaces de captar señales débiles,

como las ondas de radio

1.4 Astrofísica

• Como consecuencia de los avances técnicos (telescopios, espectros, radiotelescopios) y las nuevas teorías de la relatividad de Einstein, surge la astrofísica moderna.

• En ella se apoyan:– Teorías de formación del universo que veremos más adelante entre

las que destaca la famosa teoría del Big Bang.– Presencia de materia y energía oscuras– Agujeros negros– Evolución de la vida de las estrellas

• Todo ello coloca a la tierra lejos de ser el centro del Universo.

1.5 La carrera espacial y las agencias espaciales• La carrera espacial se pueden considerar otro instrumento de investigación • INICIOS DE LA CARRERA ESPACIAL– Comienza en el siglo pasado y los países participantes fueron principalmente la antigua Unión Soviética y USA

FECHA MISIÓN NACIONALIDAD CARACTERÍSTICAS

4/10/57 SPUTNIK 1 URSS Satélite artificial no tripulado

3/11/57 SPUTNIK 2 URSS Llevaba el primer ser vivo al espacio: Perra Laika

1/2/58 EXPLORER 1 EEUU Satélite no tripulado. Estuvo activo (mandando datos) 4 meses. Volvió a la Tierra el 31/3/70

12/4/61 VOSTOK 1 URSS Comandado por Gagarin. Dio una órbita a la Tierra a 315 Km

16/6/63 VOSTOK 6 URSS Comandado por Valentina Tereshkova, primera mujer y primer civil en viajar al espacio

16/7/69 APOLO 11 EEUU Tripulada por Armstrong, Aldrin y Collins.Se posó sobre la superficie de la luna el 21/7/69 y el 21 de julio de 1969, Neil Armstrong se convirtió en el primer hombre en pisar la luna

• Posteriormente surgen las diferentes agencias espaciales: Centros de investigación dedicados a la exploración del espacio

- ESA es la Europea- NASA es la americana

- ISS: Estación espacial internacional : Nace como colaboración entre ellas -Se empezó a construir en 1998 y quedó completada en 2013

- En ella residen astronautas, de forma permanente, durante

sus misiones espaciales - Actualmente en este proyecto

trabajan 16 países, entre ellos España (EEUU y Rusia colaboran)

• OBJETIVOS DE LA NUEVA ERA DE LA EXPLORACIÓN ESPACIAL:- Localización de otros planetas y satélites habitables -Envio de una nave tripulada a Marte- Explotación minera de planetas , satélites y asteroides y búsqueda de minerales- Búsqueda de formas de vida en otros planetas- Turismo espacial

1.6. Importancia del estudio del universo ¿Por qué estudiarlo?• Por mera curiosidad de conocer el origen y el entorno del hombre• Por el desarrollo de tecnología

– Satélites meteorológicos– Telecomunicaciones– GPS– Cartografía– Análisis de recursos terrestres– Spin-offs: Aplicaciones en la vida cotidiana y la industria de tecnologías previamente

desarrolladas para el espacio

2. Niveles de agrupación del universo

• Materia ordinaria: todo aquello detectable en las distintas longitudes de onda del espectro electromagnético. Galaxias, estrellas, planetas ( 4%)

• Materia Oscura: materia que no emite ni refleja radiación, pero que suponemos su existencia por los efectos gravitacionales generados (23%)

• Energía oscura: Supone el 73% y es la responsable de la velocidad de expansión del universo.

• VÍDEO SENCILLO (energia oscura 1:14)• VÍDEO DE PROFUNDIZACIÓN: El campo de Higgs• VÍDEO DE PROFUNDIZACIÓN: Órdenes de magnitud

2.1. Tipos de materia

2.2 Las galaxias• DEFINICIÓN: Son acumulaciones de materia ordinaria en las que hay estrellas, gas, polvo y

materia oscura todo ello unido gravitacionalmente. • VÍDEO

TIPOS DE GALAXIAS: Se clasifican según su forma– Elípticas:

• Forma de elipse• Compuestas por estrellas viejas• De este tipo son las más grandes

– Lenticulares• Forma de disco aplanado sin brazos• Las estrellas se concentran en el centro

– Espirales• Tienen un núcleo central con gran densidad de estrellas• Brazos espirales donde se generan nuevas estrellas

– Espirales barradas• Son espirales , pero con el núcleo en forma de barra ( banda alargada)• La Vía Láctea es de este tipo

– Irregulares• Sin estructura común• No tienen núcleo• Aspecto caótico• Compuestas por estrellas jóvenes• Contienen grandes cantidades de gas y polvo interestelar

• LA VÍA LÁCTEA.Nos encontramos inmersos en esta galaxia y es difícil describirlo ya que vemos la Galaxia desde dentro. VÍDEO

- Sabemos que es una espiral barrada.- Con un núcleo central de forma elíptica - Dos brazos principales que salen del núcleo El de Perseo y de Escudo Centauro- Cuatro brazos secundarios , el de Sagitario, el de Norma, el Exterior y el de Orión, donde está el Sol

- La vía láctea contiene entre 200.000 y 400.000 millones de estrellas- Forma parte, junto con un grupo de más de 30 galaxias, de un cúmulo de galaxias que se llama Grupo Local.- El Grupo Local y otros parecidos, forman el Supercúmulo

Local

(

2.3.LAS ESTRELLAS Y LA EVOLUCIÓN ESTELAR • DEFINICIÓN: Son cuerpos más o menos esféricos, compuestos por plasma (gas ionizado incandescente, sobre todo H y He), en cuyo

interior tienen lugar reacciones de fusión nuclear, por lo que emiten grandes cantidades de energía en forma de luz, calor y otras radiaciones

• ORIGEN: Las estrellas no son cuerpos estáticos, sino que se originan y evolucionan en diferentes etapas VÍDEO ORIGEN Y EVOLUCIÓN

- NEBULOSA --> Cuando superan una masa determinada --> colapso gravitatorio (se contraen y condensan) -- Hay distintos núcleos de condensación, cada uno de ellos --> PROTOESTRELLA - PROTOESTRELLA. En su centro, contracción más rápida--> mayor aumento de T. Cuando se alcanzan determinado valores (10.000.000 de grados) --> Se inician reacciones nucleares de FUSIÓN NUCLEAR H + H --> He y se desprenden enormes cantidades de Energía --> Ha nacido una ESTRELLA. Esta energía se opone al colapso gravitatorio y así la estrella alcanza una estabilidad, está en su SECUENCIA PRINCIPAL (el 90% de su vida)

VÍDEO: EVOLUCIÓN ESTELAR (Muy sencillo)La evolución de una estrella depende de la masa inicial de la estrella cuando entra en la secuencia principal.

Los átomos de H se fusionan dando átomo de He, liberándose luz y calor. Cuando se consume el H, van apareciendo otros elementos (H+H+H --> C), después Mg, Na ,Ne, O, S, P y finalmente Fe. Las reacciones son cada vez más energéticas y la estrella se hincha y enfría su superficie --> GIGANTE ROJA. Si la estrella es pequeña, se colapsa indefinidamente, disminuye de tamaño y se hace muy densa --> ENANA BLANCA. La temperatura cada vez es menor y se apaga --> ENANA NEGRA.

Si la estrella es más grande, continúan las reacciones termonucleares y se produce una explosión muy brillante --> SUPERNOVA. Al colapsarse el centro, los átomos se desintegran --> ESTRELLA DE NEUTRONES.

Si las estrellas son muy grandes, se comprimen más, alcanzando densidades próximas al infinito--> AGUJEROS NEGROS vídeo. AGUJEROS NEGROS VÍDEO , MÁS EVOLUCIÓN

CONSECUENCIAS DE LA EVOLUCIÓN ESTELAR:• El universo está lleno de una gran variedad de

elementos que proceden de los ciclos de la vida de las estrellas. (Mg, Na, S, P, Fe, O, N)

• Inicialmente todo sería H y He, pero en las reacciones nucleares que se producen en el interior de las estrellas, se van formando elementos cada vez más pesados, que se dispersan por el espacio o pasan a formar parte de las nubes moleculares (nebulosas), donde generarán nuevas estrellas

•TIPOS DE ESTRELLAS

– SEGÚN EL TIPO ESPECTRAL La clase espectral de una estrella es un código corto que resume el estado de ionización, dando una medida objetiva de la temperatura de la fotosfera y la densidad.

• SEGÚN TAMAÑO

Para visualizar varias características a la vez, se utiliza el diagrama de Hertzsprung-Russel : Relaciona luminosidad, tipo espectral y tamaño

3. El Origen del universo• La ciencia ha tratado de explicar el origen del universo utilizando observaciones y

cálculos matemáticos teóricos. Nada puede afirmarse con certeza en lo referente a

teorías del origen del universo. 3.1. TEORÍA DEL BIG BANG-Defiende que toda la materia del universo y la energía estaban concentradas en un punto de unos

milímetros con una alta temperatura y densidad.( hace 13.700 millones de años) -Hubo en un momento en el cual a partir de una “explosión” ( se cree), la materia y energía

empezaron a expandirse en todas direcciones dando lugar a parámetros ahora tan comunes para nosotros como son el espacio y el tiempo.

-A lo largo de esta expansión, al bajar la temperatura, la materia empezó a combinarse de diversas formas para dar lugar a la materia tal cual la conocemos ahora: ( protones, neutrones --> nucleos…)

-Con el paso del tiempo, aquellas zonas donde por azar se acumulaba más materia fueron generando fuerzas gravitacionales y se comportaron de forma diferente permitiendo que se diesen otro tipo de acumulaciones : ( Moléculas, estrellas, galaxias..)

-La expansión del universo continúa en la actualidad.

3.2 OBSERVACIONES Y BASES DEL BIG BANG

• La teoría del Big bang tiene como base la teoría de la relatividad de Einstein.

• Pero esta teoría en evolución no es atribuible a una única persona.• Aportaciones:

– Einstein: teoría de la relatividad– Hubble: observaciones sobre movimiento de las galaxias– George Gamow: propone el modelo del Big bang como explicación al

origen del universo.– Penzias y Wilson: descubren la radiación de fondo( radiación

electromagnética que viene de todas las partes del universo)

3.3 TEORÍA DE LA INFLACIÓN CÓSMICA (Respaldo del big bang)

- Postulada por Alan Guth 1980 ( bastante reciente) - Defiende que en los primeros momentos de expansión del

universo hubo un periodo de aceleración máxima en el que la velocidad de expansión superó a la velocidad de la luz( contradiciendo la teoría de la relatividad)

- Aunque lo que esta teoría defiende es que lo que se expandió más rápido que la velocidad de la luz fue el espacio y no la materia.

Otras teorías del origen del universo

• Teoría del universo estacionario: defiende como su nombre indica que el universo no evoluciona, si no que no tiene ni principio ni fin y que no tuvo un origen ni tendrá un fin. Defendida por Edward Milne.

• Teoría del universo oscilante: Defiende que nuestro universo sería el ultimo formado de una sucesión de universos previos. Esta teoría, postula también que nuestro universo llegará a colapsar en un “Big Crunch” dando lugar al inicio de un nuevo universo. Defendida por Paul Steindhart

4. EL SISTEMA SOLAR

4.1. ORIGEN Y ESTRUCTURA DEl SOL:• VÍDEO (El Sol 10:13)

Evolución del sol

4.2. LA FORMACIÓN DE LOS PLANETAS

4.3. ELEMENTOS DEL SISTEMA SOLAR

• Los planetas: son cuerpos celestes de forma esférica que orbitan alrededor del sol y que han limpiado su órbita. Se dividen en:– Planetas rocosos interiores: Mercurio, Venus, Tierra y Marte.– Planetas gigantes gaseosos exteriores: Júpiter, Saturno, Urano y

Neptuno

Los satélites son cuerpos que orbitan alrededor de los planetas y que los acompañan en su órbita de traslación

Los planetas enanos: se diferencian de los satélites en que orbitan alrededor del sol y tienen suficiente masa como para tener gravedad pero no han limpiado la vecindad de su órbita.

Asteroides o meteoritos: Fragmentos de roca y metal, que oscilan entre 100m y 800Km de anchura y están formados por restos de material procedente de la formación del Sistema Solar

Los cometas: cuerpos formados por roca, hielo,polvo y/o gases. Giran en órbita alrededor del sol.

• El cometa Halley: se aproxima a la tierra cada 76 años. Próximo avistamiento en 2061

5. ASTROBIOLOGÍA• La astrobiología es la disciplina que estudia la existencia de

vida en el universo.• La exobiología a su vez, estudia la posible existencia de vida

extraterrestre.• El profesor Carl Sagan, fue considerado el padre de esta

disciplina.• Con el fin de encontrar la vida estudiamos aquellos planetas o

satelites que tienen condiciones termodinámicas para que se desarrolle la vida tal y como la entendemos.

• Pero, ¿y si la vida extraterrestre se organizase de una forma diferente?. Por ejemplo no usando el carbono como base

Video astrobiología

Como buscamos vida

• Sondas no tripuladas: VÍDEO SOBRE MARTE

• Busqueda de exoplanetas con condiciones termodinámicas compatibles con la vida. Actualmente se estudia : Marte, Europa (satélite de Júpiter), Titán y Encelado ( satélites de Saturno)

• Busqueda de inteligencia: proyecto SETI ( Search for Extra Terrestrial Intelligence)