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APROXIMACIÓN DE LOS
CONTENIDOS DE ASTRONOMÍA AL
PROFESORADO
Agustín Sánchez Lavega
Grupo Ciencias Planetarias
Universidad del País Vasco
1. Técnicas de vanguardia en
Astronomía
Telescopios avanzados en Tierra
Radiotelescopios
Telescopios de partículas
Telescopios Espaciales
Naves espaciales (sondas interplanetarias)
La radiación electromagnética información del Universo (no única)
Longitud de Onda Electromagnética (m) Energía Naves interplanetarias
40.000 km/hr
2. Estructura del Universo
Conocer la estructura actual del Universo
Conocer su edad
Galaxias
Estrellas
Sistemas planetarios
El Universo en gran escala
4.000x106
años luz
Record: 13.000 millones años-luz de distancia
Número galaxias = 100.000 millones
Tamaño de una galaxia normal = 100.000 años-luz
1 año-luz = 300.000x3600x24x365 kms
= 9.500.000.000.000 kms
(9.5 billones de kms)
Número estrellas/galaxia = 50.000-200.000 millones
Espirales
Elípticas
Irregulares
Galaxias Normales
La Vía
Láctea
30.000 años luz
Tipos de estrellas (Masa)
Enanas
rojas
Sol
Supergigantes
azules
80-90%
Gigantes
rojas
Relación MasaMasa-Luminosidad
Relación Temperatura – Color
Nacen
Nacen--Evolucionan
Evolucionan--Mueren
Sistemas Planetarios Sistema Solar
58 millones de kms
25.000 kms
6.500 kms
70.000 kms
150 millones de kms
6000 millones de kms
Edad Sistema Solar= 4.650 millones de años
3. Origen Universo: “El Big Bang”
La expansión del Universo
Radiación de fondo de microondas
Abundancia elementos químicos
Contenido materia-energía
(1) Ley de Hubble: Expansión del Universo
λ0
∆λ
Corrimiento al rojo z (Velocidad)
Ley de Hubble
V = H0 d
(H0 =72 km/s/Mpc-1)
Edad del Universo (1/H0) =
13.700±400 millones años
Distancia (Mpc)
(2) Radiación de Fondo de Microondas
“Cuerpo Negro”
T= 2,74 K (-271,25ºC)
COBE
WMAP-Wilkinson
δT
T
≈ 10 −5
(3) Abundancia Elementos Ligeros
Abundancia de los elementos
ligeros en el Universo:
Hidrógeno (75%)
Deuterio
Helio (25%)
Litio, Berilio
formados a
T ~ 10.000 x 106 grados
Universo en Expansión
(experiencia del globo)
Origen:
Tiempo
Espacio
Del “Big Bang”
a la evolución del
Universo
Inflación (10-35 s)
Tiempo Planck
10-43 s
1 seg-3 min
Nucleosíntesis
primordial
Desacoplo R-M
380.000 años
Edad actual
aproximada13.400
millones años
Primeras Estrellas
200 millones años
Constituyentes del Universo
Átomos
Energía
Oscura
Materia
Oscura
Edad 13.500 millones años (hoy)
Cúmulo de Galaxias “Bala”
Materia
Oscura
Neutrinos
Luz
Átomos
Edad 380.000 años
Contenido Materia y Energía
Energía oscura: 73%
[Constante cosmológica Λ
“fuerza antigravitatoria”
“repulsiva” …]
Materia “común” (átomos): 4%
No luminosa:
Gas intergaláctico (3.6%)
Neutrinos (0.1%),
Agujeros negros (0.04%), Planetas…
Materia oscura: 23%
Partículas exóticas: “WIMPs”,
Neutralinos, axiones, …
Luminosa:
Estrellas y gas (0.4%)
Radiación (0.005%)
4. Origen Elementos Químicos
[Elementos básicos formados en el “Big Bang”
(H1, D, He, Li7, Be9)]
Nucleosíntesis estelar ( Fe56)
Procesos de agregación rápida/lenta de neutrones
elementos químicos hasta el 117.
FUSIÓN TERMONUCLEAR
4 H1 1He4 + ∆m
∆E = ∆m c2
5.640 millones Tn/s
P = 3,7x1025 vatios
T (núcleo) = 15 millones grados
1M (Sol) = 2x1030 kg
6.000 millones años
Nucleosíntesis: Evolución estelar
Gigante
Roja
SOL
Supernova II
117 Elementos Químicos
5. Origen Sistemas Planetarios
Discos de gas y polvo (“nebulosa protoplanetaria”)
Mecanismos de formación de planetas terrestres y
gigantes.
Discos protoplanetarios acrección
sistemas planetarios
Discos protoplanetarios
¿Planetas gigantes en formación?
6. Sistemas Planetarios
El Sistema Solar
322 Sistemas planetarios extrasolares
52 planetas por tránsitos (Masa y Radio determiandos)
Planetas terrestres y satélites
5.000 km
Venus: Un infierno calcinado y venenoso
Marte: Un mundo frío y seco…
TITAN: Cassini y descenso Huygens (14 Enero 2005)
Centenares de Lagos de hidrocarburos
(Área polar Norte)
Gigantes gaseosos y helados
H2
H+
¿Núcleo?
Hielos
H2O-CH4-NH3
Planetas Extrasolares
Brillo (Estrella / Planeta) ∼ 106-1010
Brillo Planetas Jóvenes (My)
∼ 10-103 Planetas Viejos (Gy)
“Planetas”
M < 13 MJ (1 MJ = 300 MEarth)
Efecto Doppler
λ0
Vr ≈
M p seni
a
∆λ
Vr = c
∆λ
λ0
≈
M p sen i
a
51 Pegaso b
¡Planetas Gigantes
a solo 6 millones kms!
55 Cancri (4 planetas)
322 Planetas – 30 Sistemas planetarios
múltiples (10 Nov. 2008)
Planetas en tránsito (eclipsan luz estelar)
• 34 Planetas en tránsito:
• “Hot Jupiters”
(6-7 mill km)
(P = 3-9 días)
• “Very Hot Jupiters”
(3-4 mill km)
[1/17 Mercurio]
(P = 1-3 días)
2,5 horas
T ∼ 1500 – 1800 K
Sodio en la atmósfera
0.001 mag
Planetas ocultados: eclipse luz IR
Detección de eclipses secundarios
Emisión IR de ambos astros superpuesta
decrece durante la ocultación del planeta
tras la estrella
Longitudes de onda IR: 3-20 µm
(Spitzer, Telescopios IR en Tierra)
7. Vida en el Universo
Origen de la vida
Necesidades básicas para su aparición y
desarrollo
Zona de Habitabilidad
Universo en Evolución La escala del tiempo
Formación Elementos en Estrellas
-12.000 millones
de años
Formación Sistemas Planetarios
El “Big Bang”
-13.400 millones
de años
-4.600 millones
de años
Formación Planetas Terrestres
Formación de Planetas Gigantes
-3.500
millones años
Química de la Vida
-6 millones de años
Neanderthal
(40.000 años)
Homo
Floreciensis
(18.000 años)
-500 millones
de años
-150.000 años
Bases de la vida en el Universo
Fuente de energía + Agua líquida + Carbono
(C, H, O, N, P, S)
[“condiciones apropiadas”] = ¿Vida?
Macromolécula orgánicas célula
Vida Planetaria
Condiciones apropiadas:
Estrella y su ubicación galáctica
Planeta
Entorno planetario
Zona de Habitabilidad Estelar
Zona de habitabilidad planetaria
Atmósfera apropiada
Estrella apropiada
Entorno apropiado
Gigantes: No migren
Zona de
Habitabilidad
Planeta apropiado
(Qint, Ω, B)
Sincronismo por mareas
Tierra un punto “azul“azul-verde” por ahora único
FIN
El Método Científico
Predicciones
OBSERVAR Y
EXPERIMENTAR
TEORÍA o
MODELO
LEYES
HIPOTESIS
Comunicación Científica Publicación Revistas - Congresos
Atmósferas de hidrógeno se “evaporan”
Evolución del Sol
Sistema Solar