Download IA07mod2a.pps
Document related concepts
Transcript
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