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Módulo 2:
Nuestro Sistema Planetario
194
El Sistema Solar
195
La Tierra Como un Planeta
Propiedades Básicas
(tamaño, densidad, composición)
Estructura interior
Dinámica interior
Atmósfera
Formación y Evolución
196
Cómo Encontrar los Parámetros
Básicos
197
Parámetros Básicos
Material
Densidad (g/cm3)
Oro
19.3
Plomo
11.4
Hierro
7.9
La Tierra (prom)
5.6
Rocas
2.5
Agua
1.0
Madera
0.8
Espuma
0.1
Encontramos que la densidad promedio de la Tierra es mucho mas
grande que la de las rocas superficiales. Por lo tanto, en el interior
deben existir cosas mas densas.
198
¿Por qué la Tierra Aún Está
Caliente?
El calor fue generado por la acumulación violenta de planetesimales los
cuales formaron la Tierra. Posteriormente, mas calor se fue acumulando por
el decaimiento de elementos radiactivos. La principal fuente es la
cristalización de nuestro núcleo de hierro de líquido a sólido. El calor
permanece debido al cociente (razón) grande volumen a área superficial.
Planetas más pequeños se enfrían mas rápido.
El calor es transportado del
interior hacia fuera vía
convección.
Las
rocas
calientes emigran hacia la
superficie donde radian su
energía
y
se
enfrían,
regresando otra vez al
interior. Esto produce la
dinámica
sobre
nuestra
corteza.
199
Estructura Interior de la Tierra
Podemos usar las ondas sísmicas
generadas en los terremotos para
“ver” el interior de la Tierra. Se ha
encontrado que la Tierra tiene un
núcleo “líquido” de hierro/niquel,
rodeado por un manto “plástico”. La
corteza de las rocas sólidas es
bastante delgada (como la cascarón
de un huevo, en términos relativos).
Entonces la Tierra es basicamente
aún un balon fundido.
Las partes mas densas están en
la parte de en medio debido a
que se han hundido, por lo que
se dice que hay “diferenciación”.
200
Movimiento de las Cortezas
Terrestres
201
La Atmósfera de la Tierra
Nuestra
atmósfera
está
constituida
aproximadamente
por un 80% de nitrógeno
molecular y un 20% de oxigeno
molecular, con agua y dióxido de
carbono
en
cantidades
pequeñas.
La
temperatura
cambia su dirección varias
veces como uno lo puede notar.
202
El Efecto Invernadero
1. En equilibrio, un planeta
deberá re-radiar toda la
energía que absorbe.
2. La energía solar tiende a
convertirse de radiación visible
a radiación infrarroja.
3. Algunos
gases
son
transparentes a la radiación
visible, pero opacos a la
radiación infrarroja.
4. Cuando la radiación es
bloqueada, se necesita un
gradiente de temperatura mas
grande para empujar la
energía hacia fuera.
203
El Dióxido de Carbono es un
Factor Crítico
Sin el agua y las corrientes
subterráneas, la atmósfera y el
clima de la Tierra podrían
haber sido muy diferentes. Un
poco mas de conversión de
CO2 en rocas, o la falta de
corrientes
subterráneas
o
vulcanismo, y podríamos tener
una Tierra como balón de
nieve.
Menos
convección
podría hacer a la Tierra mas
parecida a Venus (aunque con
los
gases
invernaderos
producidos por los humanos no
estamos lejos de que suceda
eso).
204
El Dióxido de Carbono es un
Factor Crítico
La vida ha jugado un papel importante en el uso del CO2
en la respiración de las plantas y en la producción de las
capas las cuales unden los oceanos hacia abajo.
205
Incremento del Dióxido de Carbono
por los Humanos
206
El Agujero de Ozono
Slide 21
Fig. 6-11b, p.105
El ozono bloquea los rayos solares UV, los cuales producen el
bronceado y el cancer de piel. El agujero de debido al CFC (un
químico) el cual ahora se ha estado controlando. Se espera que
la atmósfera se pueda recuperar en aproximadamente 50 años.
207
Satélites: La Luna
La superficie de la
Luna tiene cráteres,
elevaciones y rastros
de
lava.
Su
composición es similar
a la del manto de la
Tierra, con un núcleo
pequeño de hierro o tal
vez sin él. La Luna
brilla debido a que
refleja la luz del Sol
No lejos de la Tierra, a una distancia media de 384.000 km., orbita la Luna,
su único satélite. Debido a que el diámetro de la Luna con respecto al de
nuestro planeta es de poco menos de 1/3, inusual para un satélite, algunos
estudios han formulado la hipótesis de que el sistema Tierra-Luna sea un
planeta doble. Sin embargo, la diversidad de composición no apoya esta
idea y hoy se piensa sobre todo en un proceso de captura.
208
Satélites: La Luna
El plano de su órbita está inclinado unos 5 grados con respecto al plano de
la órbita que la Tierra realiza alrededor del Sol. Para dar una vuelta
completa en su órbita nuestro satélite emplea 27,3 días, el mismo tiempo
que la Luna emplea para realizar un giro sobre su propio eje. Por eso la
Luna dirige hacia la Tierra siempre la misma cara.
Mientras
la
Luna
gira
alrededor
de
la
Tierra,
nosotros
vemos
zonas
variables de su hemisferio
iluminado por el Sol, lo que
conduce a ese fenómeno
conocido como fases lunares:
Luna nueva, cuarto creciente,
luna llena y cuarto menguante.
209
Cráteres de la Luna
La mayoría de los cráteres de la Luna
son producidos por impactos. Esto nos
indica una historia temprana bastante
violenta, la cual también está grabada
alrededor del resto del Sistema Solar. El
primer medio billón de años fue llenado
con escombros voladores (algunos de
ellos del tamaño de los planetas.
210
Edades a Partir de la Vida Media
Material original
Nuevo producto
Si se conoce la composición
inicial de un material y se
sabe cual es el tiempo medio
que le toma en decaer
(cambiar) en otro producto,
uno puede saber que tan
viejo
es
ese
material
midiendo
la
razón
del
material original-producto del
decaimiento.
211
El Origen de la Luna
Enormes impactos a lo largo de su vida
212
Mareas
Ejemplos de mareas
213
Mareas
Todos los días hay 2 mareas altas y 2 mareas bajas.
214
Origen de las Mareas
215
Origen de las Mareas
Las mareas son producidas por la diferencia en el jalón de la fuerza de
gravedad sobre un cuerpo en el lado mas lejano y en el mas cercano
(1/r3). Las fuerzas de marea son importantes en todos los tipos de
contextos astronómicos. Ellas son las responsables de que la Tierra
retrase su velocidad y de que la Luna se acerque.
216
Fases de la Luna
217
Dónde Encontrar la Luna en el
Cielo
El ángulo entre el Sol y la Luna
determinan su fase.
Una Luna creciente deberá estar
mas cerca del Sol.
Una Luna media (primer o último
cuarto) deberá estar sobre
nuestra cabeza cuando el Sol se
está ocultando y deberá estar
sobre el meridiano cerca de la
media noche.
La Luna llena deberá salir
cuando el Sol se oculta y deberá
estar sobre el meridiano cerca de
la media noche.
La Luna decreciente tenderá a
218
ser vista durante el día.
Eclipse Lunar
Un eclipse lunar ocurre cuando la Luna
entra en la sombra de la Tierra. Todos
podemos ver la Luna cuando ocurre un
eclipse. La Luna se ve enrojecida
debido a que la Luz del Sol es
refractada a través del aire de la
atmósfera.
219
Eclipse Lunar
Un eclipse lunar ocurre cuando se tiene Luna llena y la Luna está bastante
cerca de la eclíptica que pasa parcial o completamente a través de la
sombra de la Tierra. Un eclipse lunar se puede observar desde cualquier
parte oscura de la Tierra
La parte mas oscura de la sombra de la Tierra se llama umbra, ésta es
donde la luz del Sol se bloquea completamente. La umbra no es totalmente
oscura, esto es debido a que la atmósfera de la Tierra dispersa luz roja
sobre la Luna.
La sombra parcial de la Tierra
se llama la penumbra. En ésta
fase la Tierra solo bloquea
parcialmente al Sol.
Cuando
la
Luna
entra
completamente en la umbra,
se dice que ocurre un eclipse
lunar total,
220
Eclipse Solar
Deberá ser Luna nueva
Los eclipse solares ocurren
cuando la Luna pasa entre
nosotros (la Tierra) y el Sol.
El eclipse se puede ver
solamente
donde
el
alineamiento es perfecto. El
cielo se oscurece, las
estrellas se llegan a ver y la
corona solar se hace
visible. Esto solamente
dura unos cuantos minutos.
Aunque hay uno o dos
eclipses por año, un lugar
dado tiene que esperar
bastante tiempo para poder
ver uno.
221
Las Sombras
La Luna tiene aproximadamente el mismo tamaño angular que el
Sol. Esto es solo una coincidencia reciente, la distancia del pasado
y del futuro no producirán eclipses tan perfectos debido a que la
distancia de la Luna está creciendo.
Los eclipses no ocurren
usualmente debido a que
la orbita de la Luna está
inclinada.
222
Eclipse Solar
Deberá ser Luna nueva
223
Eclipse Solar
Deberá ser Luna nueva
224
Los Planetas del Sistema Solar
El Sol es la estrella más
cercana a nosotros. Emite
luz y energía en virtud de
los procesos nucleares de
su interior. El Sol ocupa
una posición central en el
Sistema Solar y contiene el
99, 9 por 100 de su masa.
Con su potente gravedad,
fuerza el movimiento de los
nueve planetas y miles de
otros cuerpos menores a su
alrededor.
225
Mercurio
Mercurio es el planeta más
cercano al Sol. Se encuentra a
una distancia aproximada del Sol
de 58 millones de km y tiene un
diámetro de 4.875 km. Mercurio
orbita alrededor del Sol cada 88
días (año del planeta). Los
estudios de radar del planeta
muestran que gira sobre su eje
una vez cada 58, 7 días o cada
dos terceras partes de su periodo
orbital; por tanto, gira una vez y
media sobre su eje durante cada
periodo orbital. Dado que su
superficie es abrupta, porosa y
de roca oscura, Mercurio es un
mal reflector de la luz solar.
226
Mercurio
Mercurio tiene un diámetro de 4.880 km. pero su masa es casi la mitad de
la de Marte, lo que indica que su densidad es muy elevada. Las medidas
indican una densdad completamente análoga a la terrestre, haciendo
suponer un elevado porcentaje de hierro en la composición interior del
planeta.
227
Venus
Venus es el segundo planeta desde
el Sol. Es el objeto más brillante del
cielo, después del Sol y la Luna. A
este planeta se le llama el lucero del
alba cuando aparece por el Este al
amanecer y el lucero de la tarde
cuando está situado al Oeste al
atardecer. Debido a las distancias
de las órbitas de Venus y la Tierra
desde el Sol, Venus no es visible
nunca más de tres horas antes del
amanecer o tres horas después del
ocaso.
La temperatura de la superficie de Venus es muy uniforme y alcanza unos
462 °C; la presión de la superficie es 96 veces la de la Tierra. La atmósfera
está compuesta casi en su totalidad por dióxido de carbono. La base de las
nubes está a 50 km de la superficie y las partículas de estas nubes son
sobre todo ácido sulfúrico concentrado. El planeta Venus no tiene un campo228
magnético perceptible.
Venus
Venus es muy diferente de la Tierra. No tiene oceános y está rodeado por
una pesada atmósfera compuesta principalmente por dióxido de carbono
con casi nada de vapor de agua. Por su densidad, el interior de Venus debe
ser muy parecido al de la tierra
229
Marte
Marte recibe su nombre del dios
romano de la guerra, es el cuarto
desde el Sol y el séptimo en cuanto
a masa. Marte tiene dos pequeños
satélites con cráteres, Fobos y
Deimos, que algunos astrónomos
consideran que son asteroides
capturados por el planeta muy al
comienzo de su historia. Fobos
mide unos 21 km de diámetro y
Deimos sólo unos 12 kilómetros.
A simple vista, Marte es un objeto rojizo de brillo variable. Cuando se halla
más cerca de la Tierra (55 millones de kilómetros), es, después de Venus, el
objeto más brillante en el cielo nocturno. Puede observarse más fácilmente
cuando está en oposición y cuando se encuentra cerca de la Tierra. La
concurrencia de ambas circunstancias se produce cada 15 años, cuando el230
planeta llega a su mayor acercamiento al Sol.
Marte
El conocimiento que se tiene del interior de Marte sugiere que puede ser
modelado como una estrecha cáscara, similar a la de la Tierra, un manto y
un núcleo. Si el núcleo marciano es denso, compuesto de hierro como el de
la Tierra o de los meteoritos SNC que supuestamente proceden de Marte,
entonces el radio mínimo del núcleo es de unos 1.300 kilómetros
231
Jupiter
Júpiter es el quinto planeta desde el
Sol, y el mayor del Sistema Solar.
es el primero de los llamados
gigantes o exteriores. Júpiter es 1.
400 veces más voluminoso que la
Tierra, pero su masa es sólo 318
veces la de nuestro planeta. La
densidad media de Júpiter es una
cuarta parte de la densidad de la
Tierra, lo que indica que debe estar
formado por gases más que por
metales y rocas como la Tierra y
otros planetas interiores.
Júpiter tiene 16 satélites confirmados. Galileo descubrió los cuatro mayores:
Ío, Europa, Ganimedes y Calisto. Las densidades medias de las lunas
mayores siguen la tendencia aparente del propio Sistema Solar. Ío y
Europa, cercanos a Júpiter, son densos y rocosos como los planetas
interiores. Ganimedes y Calisto, que se encuentran a más distancia, están
compuestos principalmente de hielo de agua y tienen densidades más232
bajas.
Jupiter
La atmósfera de Júpiter es muy profunda, comprendiendo quizá al propio
planeta, y es de alguna manera como el Sol. Está compuesta principalmente
por hidrógeno y helio, con pequeñas cantidades de metano, amoníaco,
vapor de agua y otros compuestos. A grandes profundidades dentro de
Júpiter, la presión es tan grande que los átomos de hidrógeno se rompen
liberando sus electrones de tal forma que los átomos resultantes están
compuestos únicamente por protones. Esto da lugar a un estado en el que el
hidrógeno se convierte en metal.
233
Saturno
Saturno es el auténtico Señor de los
Anillos del Sistema Solar. Es el sexto
planeta desde el Sol y el segundo
más grande. La peculiaridad más
conocida de Saturno es la de estar
rodeado de un sistema de anillos,
descubierto en 1610 por Galileo
utilizando uno de los primeros
telescopios.
Saturno
tiene
18
satélites
reconocidos y otras seis lunas,
descubiertas en octubre y noviembre
de 2000, aún no confirmadas.
Los diámetros de sus 18 satélites van de 20 a 5.150 km.Constan,
fundamentalmente, de las sustancias heladas más ligeras que
predominaron en las partes externas de la nebulosa de gas y polvo de la
que se formó el Sistema Solar. Los cinco mayores satélites interiores Mimas, Encélado, Tetis, Dione y Rea -, son más o menos de forma esférica234
y compuestos en su mayor parte de hielo de agua.
Saturno
Saturno es el único planeta cuya densidad es inferior a la del agua,
aproximadamente un 30% menos. Si fuese posible encontrar un océano lo
suficientemente grande, Saturno flotaría en él. El color amarillo del nuboso
Saturno está marcado por anchas bandas atmosféricas similares, pero más
tenues, que las encontradas en Júpiter. La mayor parte del planeta debe
estar formado por sustancias poco densas y, en el caso de que exista un
núcleo sólido, es probable que no contenga elementos pesados, como
metales.
235
Urano
Urano es el séptimo planeta en
cuanto a distancia al Sol, que gira
fuera de la órbita de Saturno y
dentro de la órbita de Neptuno. Es
de sexta magnitud, por lo que es
poco observable a simple vista.
Urano
fue
descubierto
accidentalmente en 1781 por el
astrónomo
británico
William
Herschel.
Urano tiene un diámetro de 52.200 km y su distancia media al Sol es de
2.870 millones de kilómetros. Tarda 84 años en completar una órbita y 17
horas y 15 minutos en una rotación completa sobre su eje, que está
inclinado 8° con relación al plano de la órbita. Su atmósfera está compuesta
fundamentalmente de hidrógeno y helio, con algo de metano. A través del
telescopio, el planeta aparece como un disco verde azulado con un pálido
236
contorno verde.
Urano
La atmósfera de Urano está compuesta por un 83% de hidrógeno, 2% de
metano y pequeñas cantidades de acetileno y otros hidrocarburos. El
metano situado en la parte alta de la atmósfera absorbe la luz roja, dando a
Urano su color verde azulado. Urano tiene una densidad media de 1,3
gramos por centímetro cúbico. Su campo magnético indica que
probablemente tiene un núcleo sólido bastante pequeño. También podría
tener un océano de agua y amoníaco bajo una inmensa presión, entre el
237
núcleo y la atmósfera
Neptuno
Neptuno es el cuarto planeta en cuanto
a tamaño y el octavo en cuanto a
distancia al Sol. La distancia media de
Neptuno al Sol es de 4. 500 millones de
kilómetros y su diámetro lineal medio es
de aproximadamente 49.400 km, o sea,
cerca de 3,8 veces el de la Tierra. El
periodo de rotación es de cerca de 16
horas y el periodo sideral de revolución
es de 164,79 años.
La temperatura de la superficie de Neptuno es de unos -218 °C, parecida a
la de Urano, que está a más de 1.500 km más cerca del sol, por lo tanto, los
científicos suponen que Neptuno debe tener alguna fuente interna de calor.
La atmósfera se compone fundamentalmente de hidrógeno y helio, pero la
presencia de más del 3% de metano da al planeta su sorprendente color
azul. Se conocen ocho satélites que giran alrededor de Neptuno, dos de los
cuales se pueden observar desde la Tierra. El mayor y más brillante es
238
Tritón.
Neptuno
Los dos tercios interiores de Neptuno están compuestos por una mezcla de
roca fundida, agua, amoniaco y metano líquidos. El tercio exterior es una
mezcla de gases calientes compuestos por hidrógeno, helio, agua y
metano. El metano da a las nubes de Neptuno su característico color azul.
Neptuno es un planeta dinámico con varias manchas grandes y oscuras
que recuerdan las tormentas huracanadas de Júpiter. El campo magnético
de Neptuno indica que el planeta posee un núcleo sólido.
239
Plutón
Plutón es el único planeta que no
ha sido visitado por una nave
espacial,
aunque
se
está
obteniendo
una
creciente
cantidad de información sobre
este
peculiar
planeta.
La
singularidad de la órbita de
Plutón, su relación rotacional con
su satélite Caronte, su eje de
rotación y las variaciones de luz
hacen que el planeta tenga un
cierto atractivo.
Plutón está más lejos del Sol que cualquiera de los otros planetas del
sistema solar. Sin embargo, debido a la excentricidad de su órbita, está más
cerca que Neptuno durante 20 de los 249 años terrestres que dura su viaje
alrededor del Sol.
240
Sedna
Esta imagen muestra la relación existente entre el tamaño de nuestro
planeta, La Tierra, con la luna, Plutón y los nuevos cuerpos planetarios
descubiertos recientemente, Quaoar y Sedna, aunque el diámetro exacto de
este
último
todavía
no
ha
sido
confirmado.
Se sospecha que pueden haber muchos más cuerpos que orbitan como
planetas alrededor del Sol, en el cinturón de Kuiper o más alejados, aunque
la enorme distancia y su pequeño tamaño hacen muy dificil la detección de
241
estos posibles planetas.
Satélites
Ganimedes es el satélite más grande de Júpiter y el más grande de nuestro
sistema solar. Si Ganimedes orbitase alrededor del sol en vez de hacerlo
alrededor de Júpiter podría ser clasificada como un planeta. En esta imagen
se compara su diámetro con el de otros cuerpos del Sistema Solar, entre los
242
que se encuentran dos planetas, Mercurio y Plutón.
Ejercicio
1. En el átomo de hidrógeno, la transición del nivel 1 al 2 tiene una
longitud de onda en reposo de 121.6 nm. Suponga que ve esta línea a la
longitud de onda de 120.5 nm en la Estrella A, a 121.2 nm en la Estrella
B, a 121.9 en la estrella C y a 122.9 en la estrella D. ¿Cuáles estrellas se
están acercando hacia nosotros? ¿Cuáles se están alejando? ¿Cuál
estrella se está moviendo más rápido respecto a nosotros?
a) Explica tus respuestas sin hacer cálculos.
b) calcula las velocidades de las estrellas y menciona cuales están
corridas hacia el rojo y cuales hacia el azul.
2. Describe al menos dos instrumentos para hacer observaciones
astronómicas.
243