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TEMA 1
EL UNIVERSO
1. Historia de la astronomía:
1.1 Primeros observadores
3. El origen del universo
3.1. Teoría del Big Bang
1.2 Orígenes de la astronomía científica
3.2. Observaciones científicas que confirman el Big Ban
1.3 Avances científicos: instrumentos de exploración.
3.3 Teoría de la inflación.
1.4 Astrofísica
4.- El sistema solar
1.5 La carrera espacial y las agencias espaciales.
4.1 El origen del sol
1.6 La importancia del estudio del universo.
4.2. La formación de los planetas
2. Niveles de agrupación del universo
4.3 Satélites y otros cuerpos del sistema solar.
2.1 Tipos de materia
5.-La astrobiología: La vida extraterrestre.
2.2 Las galaxias
2.3 Las Estrellas y la evolución estelar.
2.4 Los agujeros negros
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 Heliocentrismo
Copérnico (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
Einstein
VÍDEO (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
2.1. Tipos de materia
• 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
2.2 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)