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BLOQUE 2: EXPLICA LAS CONDICIONES ASTRONÓMICAS DEL PLANETA
Secuencia Didáctica 1: El origen del Sistema Solar
• Formación del Universo y sus componentes
• La formación del Sistema Solar
• Estructura del Sol y sus características
S.D. 1 FORMACIÓN DEL UNIVERSO Y SUS COMPONENTES.
El Sol y la Tierra, junto con el resto de los cuerpos que conforman el Sistema
Solar, tienen un origen y una evolución comunes con el Universo, por lo tanto no
pueden estudiarse como cuerpos aislados; por el contario, su estudio debe
realizarse considerando las relaciones que establecen con los elementos de ese gran
sistema llamado Universo.
El conocimiento del Universo y de la Tierra ha sido, desde la antigüedad, objeto de
estudio de muchas culturas que, incluso, se han esforzado para dar respuesta a
preguntas tales como:
¿Qué es el universo? ¿Cómo se originó? ¿Qué lugar ocupa la Tierra en él?
fue el origen de nuestro planeta como parte del Sistema Solar?
¿Cuál
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ORIGEN DEL UNIVERSO
EL BIG BANG
Formulada por Georges Lemaitre en 1931 y posteriormente complementada por George
Gamow en 1948.
Inicialmente la teoría maneja que toda la materia y la energía existente se
concentraron en un solo punto; en un átomo primitivo (primordial).
La materia tomó una forma esférica, alcanzó gran densidad y temperatura hasta que
finalmente explotó, se dispersó y se fue condensando hasta formar estrellas, las
cuales se agruparon y formaron galaxias y grupos de galaxias que se dirigieron
hacia todas las direcciones.
Se calcula que este hecho ocurrió hace unos 15,000 mil millones o 20,000 mil
millones de años. Debido a la gran distancia entre las galaxias, la atracción
gravitacional es baja, por lo que el Universo continúa con su expansión. Se cree
que al disminuir la fuerza de repulsión, el Universo se volverá a contraer y se
repetirá el proceso de la Gran Explosión. A esta teoría basada en esta creencia, se
le conoce como la del Universo Pulsante o Pulsátil.
EL BIG CRUNCH (Universo pulsante)
La teoría continúa asegurando que después del colapso total, seguirá una nueva
expansión, otro Big Bang, y así indefinidamente en una infinita serie de Big Bang
y Big Crunch que provocarían también un número infinito de universos. La teoría no
entra a explicar las causas del Big Bang
La prueba de esta teoría se debe al astrónomo Edwin Hubble, que en 1929 observó
que el universo está expandiéndose continuamente y que por tanto, todas las
galaxias se alejan entre sí. Pero el origen del Big Bang, es el mayor misterio de
todos los tiempos. A pesar de que la llamamos teoría del Big Bang; lo paradójico es
que no nos dice nada del Big Bang
Preguntas: ¿Tuvo el universo un inicio? ¿De dónde viene el universo? ¿Cómo y por
qué empezó? ¿Tendrá final? ¿Cómo será ese final? ¿Qué estalló en el Big Bang? ¿Por
qué estalló? ¿Qué había antes del gran estallido?
EL BIG RIP
El Gran Desgarramiento o Teoría de la expansión eterna, llamado en inglés Big Rip,
es una hipótesis cosmológica sobre el destino final del Universo.
El cumplimiento de esta hipótesis depende de la cantidad de energía oscura en el
Universo.
Si el Universo contiene suficiente energía oscura, podría acabar en un
desgarramiento de toda la materia. El valor clave es la razón entre la presión de
la energía oscura y su densidad energética. Si su valor es tal que el Universo
acabaría por ser desgarrado.
1º.
Primero, las galaxias se separarían entre sí, a 1000 millones de años
del final. Luego la gravedad sería demasiado débil para mantener integrada
cada galaxia, y 60 millones de años antes del fin, sólo habría estrellas
aisladas.
2º.
Aproximadamente tres meses antes del fin, los sistemas planetarios
perderían su cohesión gravitatoria. En los últimos minutos, se desbaratarían
estrellas y planetas.
3º.
El Universo quedaría en átomos, pero no se habría acabado todo. Los
átomos serían destruidos en una fracción de segundo antes del fin del tiempo
y sólo quedaría radiación.
A diferencia del Big Crunch, en el que todo se condensa en un solo punto, en el Big
Rip el Universo se convertiría en partículas subatómicas flotantes que
permanecerían para siempre separadas, sin cohesión gravitatoria ni energía alguna.
Los autores de esta hipótesis calculan que el fin del Universo, tal como lo
conocemos, ocurriría aproximadamente 3,5 × 1010 años (35 000 millones de años)
después del Big Bang, o dentro de 2,0 × 1010 años (20 000 millones de años).
Debido a que la materia (barionica y materia oscura) sólo representa el 27% del
Universo y el 73% restante está formado por la energía oscura, una energía que se
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opone a la gravitatoria, el Big Rip parece ser una de las teorías más aceptadas en
la actualidad del fin del Universo.
BIG BOUNCE,
El universo oscilante es una hipótesis propuesta por Richard Tolman, según la cual,
el universo sufre una serie infinita de oscilaciones, cada una de ellas iniciándose
con un Big Bang y terminando con un Big Crunch. Después del Big Bang, el universo
se expande por un tiempo antes de que la atracción gravitacional de la materia
produzca un acercamiento hasta llegar a un colapso y sufrir seguidamente un Gran
Rebote.
UNIVERSOS PARALEOS
En 1957 el físico Hugh Everett formuló una teoría que dice que existe un número
enorme, quizás infinito, de universos paralelos. Esto implica que lo que no ocurre
en nuestro mundo ocurre en otra realidad alternativa. Aunque existen muchas teorías
parecidas, esta es la más conocida y con mayor respaldo científico, aunque parezca
salida de la ciencia ficción.
La teoría de los universos paralelos habla sobre la existencia de universos
complementarios al nuestro, universos que no somos capaces de ver pero que
comparten espacio y tiempo con nosotros. La teoría ha sido desarrollada por muchos
científicos pero aún nada ha podido ser comprobado. Sin embargo, hoy vamos a
exponer algunos de los puntos centrales para poder entender un poco más de qué va
esto.
En nuestro mundo existen tres dimensiones aparentes: alto, ancho y profundidad. La
teoría de los universos múltiples dice que estas pequeñas cuerdas cuentan con más
dimensiones pero que por tratarse de elementos tan pequeños somos incapaces de
detectarlas.
La forma y el movimiento de estas cuerdas determinan todo lo que existe en el
universo, todas las propiedades de los elementos y sus fuerzas. Sin embargo,
desconocer la forma de estas cuerdas nos limita bastante.
La teoría de los universos paralelos dice que si conocemos la forma de aquellas
dimensiones presentes en estas cuerdas podríamos calcular datos significativos para
entender el universo como la cantidad de materia oscura.
LA TEORIA DE LAS SUPERCUERDAS
Hoy, la mejor candidata a convertirse en una teoría del todo es la teoría de
supercuerdas.
Esta teoría física considera los componentes fundamentales de la materia no como
puntos matemáticos, sino como entidades unidimensionales llamadas "cuerdas”, estas
cuerdas son muy pequeñas, pues no tienen más de 10-35 m de largo.
Todas las cuerdas son lazos donde los fermiones y los bosones, que son las
partículas elementales asociadas a la materia, y a las interacciones
respectivamente, corresponden a ondas que viajan en la dirección de las manecillas
del reloj para el caso de los fermiones y en dirección contraria, en el caso de los
bosones.
La teoría supone que las cuerdas son como minúsculos hilillos de energía que, según
como vibren, generarían las distintas partículas y las diversas fuerzas existentes.
LAS FUERZAS FUNDAMENTALES DEL UNIVERSO
Fuerzas fundamentales son aquellas fuerzas del Universo que no se pueden explicar
en función de otras más básicas.
Las fuerzas o interacciones fundamentales conocidas hasta ahora son cuatro:
gravitatoria, electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil.
La gravitatoria es la fuerza de atracción que un trozo de materia ejerce sobre
otro, y afecta a todos los cuerpos. La gravedad es una fuerza muy débil y de un
sólo sentido, pero de alcance infinito.
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La fuerza electromagnética afecta a los cuerpos eléctricamente cargados, y es la
fuerza involucrada en las transformaciones físicas y químicas de átomos y
moléculas. Es mucho más intensa que la fuerza gravitatoria, tiene dos sentidos
(positivo y negativo) y su alcance es infinito.
La fuerza o interacción nuclear fuerte es la que mantiene unidos los componentes de
los núcleos atómicos, y actúa indistintamente entre dos nucleones cualesquiera,
protones o neutrones. Su alcance es del orden de las dimensiones nucleares, pero es
más intensa que la fuerza electromagnética.
La fuerza o interacción nuclear débil es la responsable de la desintegración beta
de los neutrones; los neutrinos son sensibles únicamente a este tipo de
interacción. Su intensidad es menor que la de la fuerza electromagnética y su
alcance es aún menor que el de la interacción nuclear fuerte.
Todo lo que sucede en el Universo es debido a la actuación de una o varias de estas
fuerzas que se diferencian unas de otras porque cada una implica el intercambio de
un tipo diferente de partícula, denominada partícula de intercambio o
intermediaria.
Todas las partículas de intercambio son bosones, mientras que las partículas origen
de la interacción son fermiones.
El término "teoría del campo unificado" engloba a las nuevas teorías en las que dos
o más de las cuatro fuerzas fundamentales aparecen como si fueran básicamente
idénticas.
Esta teoría de la gran unificación, intenta unir en un único marco teórico las
interacciones nucleares fuertes y nucleares débiles, y la fuerza electromagnética.
Esta teoría de campo unificado se halla todavía en proceso de ser comprobada. La
teoría del todo es otra teoría de campo unificado que pretende proporcionar una
descripción unificada de las cuatro fuerzas fundamentales.
LA FORMA DEL UNIVERSO
La forma del Universo depende de su densidad, es decir, de la cantidad de masa y
energía que posee. El problema es que no sabemos qué tamaño tiene el Universo ni
cuánta energía y materia hay en total.
Asumiendo que el universo es homogéneo e isótropo, la curvatura del universo
observable, o de la geometría local, está descrita en una de las tres geometrías
"primitivas". La geometría local del universo se determina aproximadamente si Omega
es menos que, igual a o mayor de 1.
Las teorías de Einstein plantean tres posibles formas: cerrado, abierto, o plano.
Aunque la forma del Universo continúa siendo un enigma, la mayoría de científicos
opina que es casi plano.
Tipo de
Universo
Universo
cerrado
Universo
abierto
Universo
plano
Tipo de geometría
Geometría esférica de 3 dimensiones
con una pequeña curvatura, anotada
generalmente como S³; un universo
esférico ("riemanniano" o de
curvatura positiva),
Geometría hiperbólica de 3
dimensiones con una pequeña
curvatura, generalmente anotada como
H³; un universo hiperbólico
("lobachevskiano" o de curvatura
negativa).
Geometría euclidiana de 3
dimensiones, anotada generalmente
como E³; un universo plano o de
curvatura 0.
Densidad
Forma
Destino
final
Colapso y
Big Crunch
Alta
Esférica
Baja
Silla de
montar
Enfriamiento
y Big Chill
Crítica
Plana
Expansión
decelerada
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Universo cerrado: si hay demasiada materia y
energía, la densidad será muy alta. El Universo se
curvará hacia dentro y tendrá forma de esfera.
Será un Universo finito. La gravedad será más
fuerte que la expansión, toda la materia acabará
agrupándose y el Universo colapsará. Este final se
denomina Big Crunch.
Universo abierto: si la densidad de materia y energía es muy baja, el Universo se
curvará hacia afuera. Tendrá la forma de una silla de montar. Será un Universo
infinito, en infinita expansión. La gravedad será tan débil que no podrá haber
estrellas, ni planetas, ni siquiera átomos. La materia se separará y se
desintegrará hasta quedar reducida a partículas elementales. El Universo se
enfriará y morirá. Este final se llama Big Chill.
Universo plano: si la cantidad de materia y energía es la adecuada, la densidad
será equilibrada. Es lo que se llama densidad crítica. Entonces el Universo será
plano. La gravedad y la expansión estarán en equilibrio. El Universo se expandirá,
pero cada vez más despacio.
Hoy se cree que el Universo es casi plano, pero aún existen muchas dudas, ya que
está demostrado que el Universo se expande cada vez más rápidamente, y esto parece
una contradicción con la teoría.
Así fue como se formó el Universo, por ello existen un sinfín de galaxias; es
decir, inmensas agrupaciones de estrellas, planetas, satélites, asteroides,
cometas, nebulosas, polvo y gas cósmico.
ELEMENTOS DEL UNIVERSO
Galaxia: Todo el conjunto de astros que forman la vía láctea.
Nebulosa: Nube de materia cósmica que al concentrarse da origen a una estrella o a
un enjambre de estas.
Cúmulo: Es un grupo de estrellas atraídas entre sí por su gravedad mutua. La
clasificación tradicional incluye dos tipos de cúmulos estelares: cúmulos
globulares y cúmulos abiertos.
Estrella: Cuerpo celeste con luz propia.
Pulsar: Estrella de neutrones muy compacta y brillante que emite radiación intensa
a intervalos regulares.
Agujero Negro: es una región del espacio-tiempo provocada por una gran
concentración de masa en su interior, con enorme aumento de la densidad, lo que
provoca un campo gravitatorio tal que ninguna partícula ni la energía, por ejemplo
la luz, puede escapar de dicha región.
Planeta: Cuerpo celeste que no tiene luz propia y gira alrededor de una estrella.
Cometa: Cuerpo celeste formado por un núcleo poco denso y una cauda o cola que
refleja la luz del sol.
Asteroide: Es un cuerpo rocoso, carbonáceo o metálico más pequeño que un planeta y
que orbita alrededor del Sol.
Quasar: Objeto de apariencia estelar que emite radiaciones electromagnéticas y se
aleja de nosotros a gran velocidad.
Meteorito: Roca cósmica que cae sobre la tierra.
Satélite: Cuerpo celeste opaco que gira alrededor de la tierra.
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LAS GALAXIAS
Una galaxia es un conjunto de estrellas, nubes de gas, planetas, polvo cósmico,
materia oscura y energía unidos gravitatoriamente.
La palabra «galaxia» procede de los griegos, los cuales atribuían el nacimiento de
una galaxia a las gotas de leche derramadas en el universo por la diosa Helena
mientras alimentaba a su hijo Hércules.
La cantidad de estrellas que forman una galaxia es incontable, desde las galaxias
enanas, con 107, hasta las galaxias gigantes, con 1014 estrellas. Formando parte de
una galaxia existen subestructuras como las nebulosas, los cúmulos estelares y
los sistemas estelares múltiples.
Se estima que existen más de cien mil millones (100 000 000 000) de galaxias en el
universo observable. La mayoría de las galaxias tienen un diámetro entre cien y
cien mil parsecs y están usualmente separadas por distancias del orden de un millón
de parsecs.
El espacio intergaláctico está compuesto por un tenue gas cuya densidad media no
supera un átomo por metro cúbico.
La mayoría de las galaxias están dispuestas en una jerarquía de agregados, llamados
cúmulos, que a su vez pueden formar agregados más grandes, llamados supercúmulos.
Estas estructuras mayores están dispuestas en hojas o en filamentos rodeados de
inmensas zonas de vacío en el universo.
Históricamente, las galaxias se han clasificado de acuerdo a su forma aparente
(morfología visual, como se la suele nombrar). Una forma común es la de galaxia
elíptica que, como lo indica su nombre, tiene el perfil luminoso de una elipse. Las
galaxias espirales tienen forma circular pero con estructura de brazos curvos
envueltos en polvo. Galaxias inusuales se llaman galaxias irregulares y son,
normalmente, el resultado de perturbaciones provocadas por la atracción
gravitacional de galaxias vecinas. Estas interacciones entre galaxias vecinas, que
pueden provocar la fusión de galaxias, pueden inducir el intenso nacimiento de
estrellas. Finalmente, tenemos las galaxias pequeñas, que carecen de una estructura
coherente y también se las llama galaxias irregulares.
De acuerdo a su forma y características básicas, las galaxias que forman al
Universo se clasifican en:
a) Elípticas. Su forma varía desde circular hasta elíptica. Son de color
rojo, están formadas por estrellas y se consideran viejas en su etapa de evolución.
Sus masas van de 106 a 1013 veces la masa del sol los tamaños de 1 kiloparsec (kpc)
a 150 kpc de diámetro. El 70% del total de galaxias son elípticas pero la mayoría
son enanas.
b) Espirales. Son planas (excepto en el centro), con brazos que salen del
centro. Son de color azul, están formadas por estrellas y nubes de gases cósmicos,
y se encuentran en la madurez de su etapa de evolución. A este grupo pertenece
nuestra galaxia. Aproximadamente el 15% de las galaxias son espirales normales y
barradas. Sus masas van de 109 a 1012 masas solares y sus diámetros de 6 a 100 kpc
c) Irregulares. Carecen de forma definida. Son de color blanco y están
constituidas por algunas estrellas, pero predominan el polvo y el gas cósmico. Se
consideran jóvenes en cuanto a su etapa de evolución. Aproximadamente el 15% de las
galaxias son irregulares pero de baja masa, de 107 a 1010 masas solares.
d) Lenticulares. Una galaxia lenticular es un tipo de galaxia intermedia
entre una galaxia elíptica y una galaxia espiral. Tienen forma de disco y han
consumido la mayor parte de su materia interestelar. Carecen de brazos espirales.
e) Espiral barrada. Una galaxia espiral barrada es una galaxia que posee en
su núcleo una barra central de estrellas que abarca de un lado al otro de la
galaxia. Las barras son relativamente comunes en las galaxias y afectan al
movimiento de las estrellas, del gas interestelar, e incluso de los brazos
espirales.
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GALAXIAS ACTIVAS
Las galaxias activas son galaxias que liberan grandes cantidades de energía y/o
materia al medio interestelar mediante procesos que no están relacionados con los
procesos estelares ordinarios. Aproximadamente un 10 % de las galaxias pueden
clasificarse como galaxias activas.
La mayor parte de la energía emitida por las galaxias activas proviene de una
pequeña y brillante región del núcleo de la galaxia, y en muchos casos se observan
líneas espectrales de emisiones anchas y/o estrechas, que evidencian la existencia
de grandes masas de gas girando alrededor del centro de la galaxia.
Radiogalaxias
Las radiogalaxias suelen estar asociadas a galaxias tipo E con núcleo activo.
Emiten a longitudes de onda de radio y algunas pueden ser relativamente débiles.
Suelen ser galaxias que se extienden por amplias zonas del espacio. Presentan un
núcleo brillante y normalmente suelen estar rodeadas por dos chorros de partículas
de grandes dimensiones. Además, en muchas de ellas se ha detectado radiación
sincrotrón.
Cuásares
Los cuásares tienen aparentemente el mismo aspecto de una estrella; de ahí su
nombre, que proviene de la contracción inglesa quasi-stellar.
En esencia, los cuásares consisten en un núcleo no resuelto y muy luminoso con
fuertes líneas de emisión anchas y estrechas. En los cuásares más cercanos se
observa una nubosidad difusa, revelando que este tipo de objetos no son más que
núcleos de galaxias activas muy lejanas de las que únicamente somos capaces de
detectar su núcleo.
Se sabe que la masa de estos objetos es muy elevada y generalmente presentan una
forma estructurada.
Galaxias «Starburst»
Son galaxias en las que se están formando enormes cantidades
las cuales, tras morir, explotan produciendo supernova, pese
forma parte de la evolución estelar y formalmente este grupo
clasificación. Esta formación anormalmente alta de estrellas
mecanismos internos del núcleo de la galaxia.
de estrellas muchas de
a que este fenómeno
no estaría en nuestra
podría estar ligado a
La galaxia de Andrómeda, también conocida como Galaxia Espiral M31, Messier
31 o NGC 224, es una galaxia espiral gigante con un diámetro de doscientos veinte
mil años luz y que contiene aproximadamente un billón de estrellas. Es el objeto
visible a simple vista más lejano de la Tierra (aunque algunos afirman poder ver a
simple vista la Galaxia del Triángulo, que está un poco más lejos).
Está a 2,5 millones de años luz (775 kpc) en dirección a la constelación de
Andrómeda. Es una de la más grande y brillante de las galaxias del Grupo Local, que
consiste en aproximadamente 30 pequeñas galaxias más tres grandes galaxias
espirales:
La galaxia se está acercando a nosotros a unos 300 kilómetros por segundo, y se
cree que de aquí a aproximadamente 3.000 a 5.000 millones de años podría colisionar
con la nuestra y fusionarse ambas formando una galaxia elíptica supergigante.
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LA VIA LÁCTEA
La Galaxia de la Vía Láctea o simplemente Vía Láctea es la galaxia espiral en la
que se encuentra el Sistema Solar y, por ende, la Tierra.
CARACTERISTICAS
1º.
Posee una masa de 1012 masas solares y es una espiral barrada y presenta
varios brazos; con un diámetro medio de unos 100.000 años luz, estos son
aproximadamente 1 trillón de km, se calcula que contiene entre 200.000
millones y 400.000 millones de estrellas.
2º.
La distancia desde el Sol hasta el centro de la galaxia es de alrededor
de 27.700 años luz (8.500 pc, es decir, el 55 por ciento del radio total
galáctico).
3º.
Con un tamaño estimado en 100.000 años-luz de extensión, la Vía Láctea
posee unos 150.000 millones de estrellas, tiene un espesor de 10.000 años-luz
y su región central, el bulbo galáctico posee un tamaño de 16.000 años-luz.
4º.
Forma parte de un conjunto de unas cuarenta galaxias llamado Grupo
Local, y es la segunda más grande y brillante tras la Galaxia de
Andrómeda (aunque puede ser la más masiva, al mostrar un estudio reciente que
nuestra galaxia es un 50 % más masiva de lo que se creía anteriormente.)
5º.
Los astrónomos consideran que en la Vía Láctea existen más de 150 mil
millones de estrellas (70% en el centro y 30% en los brazos). Desde la
Tierra, solamente podemos ver aproximadamente 6,000 estrellas individuales.
Esta es una pequeña fracción de las estrellas de nuestra galaxia.
Movimiento galáctico:
El Sol, junto con el resto de las estrellas y el material interestelar de la
galaxia, se mueven en un mismo sentido alrededor de un centro común.
El material gira a una velocidad relativamente uniforme, así los objetos más
interiores cumplen una rotación en menor tiempo que los exteriores.
El Sistema Solar describe tres clases de movimientos, cada uno a una velocidad
específica y con una alternación limitada:
1º El movimiento más largo y rápido es el movimiento orbital del Sistema Solar
alrededor del núcleo de nuestra galaxia. La velocidad del movimiento orbital del
Sistema Solar alrededor del centro de la galaxia es de 217.215 kilómetros/s. El
Sistema Solar completa una vuelta alrededor de la galaxia cada 226 millones de
años.
Nuevos datos arrojan que la Vía Láctea se mueve en su órbita a la vertiginosa
velocidad de 965.000 kilómetros por hora, según se ha logrado observar desde una de
sus esquinas, que es donde se encuentra el Sistema Solar donde se ubica la Tierra,
es decir, a 28.000 años luz de su centro galáctico.
Con respecto a su entorno, nuestra galaxia se aleja de la Nube Mayor de Magallanes
a una velocidad de 280 Km/s, mientras que se acerca con la galaxia de Andrómeda, a
una velocidad de 300 Km/s.
2º El segundo movimiento, descrito en la mayor parte de libros de la astronomía,
es la oscilación del Sistema Solar de norte a sur y viceversa con respecto al plano
galáctico. Es una oscilación hacia arriba y hacia abajo, determinada principalmente
por el tirón gravitación entre los cuerpos celestes que forman el Sistema Solar. La
velocidad de este movimiento es de 7 kilómetros por segundo.
3º El tercer movimiento es en ruta hacia el centro de la galaxia y en el orden
inverso; es decir, moviéndose lejos del centro de la galaxia. Este también es un
movimiento de vaivén, pero influenciado por la gravitación de los cuerpos celestes
externos e internos de la galaxia cercanos al Sistema Solar. Este movimiento tiene
una velocidad de 20 km/s, y ahora está dirigido hacia la constelación de Hércules.
Los tres movimientos en conjunto le confieren al Sistema Solar un movimiento
aparente helicoidal alrededor del núcleo de la galaxia.
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La Vía Láctea pertenece a un grupo de galaxias que se conoce como Grupo Local. Es
un cúmulo de un total de 30 galaxias entre las cuales hay dos que mandan por
tamaño: la Via Láctea y Andrómeda. Ambas Galaxias se mueven una hacia la otra a una
velocidad de 468.000 km/h (130 km/s). Si continúan así, ambas galaxias chocarán en
el futuro, pero la distancia que las separa es tan grande que eso no sucederá hasta
dentro de 5.000 millones de años.
ESTRUCTURA
En la galaxia se distinguen cuatro tipos distintos de poblaciones de estrellas:
Del Bulbo, caracterizadas por estrellas viejas, ricas en metales.
Del disco galáctico, caracterizadas por estrellas de edades y metalicidad
intermedia.
De los brazos, caracterizadas por estrellas jóvenes.
Del halo galáctico, caracterizadas por estrellas viejas y pobres en metales.
Halo
El halo es una estructura esferoidal que envuelve la galaxia. En el halo la
concentración de estrellas es muy baja y apenas tiene nubes de gas, por lo que
carece de regiones con formación estelar. En cambio, es en el halo donde se
encuentran la mayor parte de los cúmulos globulares. La masa en estrellas de éste
componente es muy baja, de alrededor de 1.000 millones de masas solares; una gran
parte de la masa del halo galáctico está en la forma de materia oscura. Las
estrellas que forman los cúmulos globulares son las más antiguas de la galaxia. Es
el componente menos conocido de la Vía Láctea y se supone que su estructura es
gigantesca.
Disco
El disco se compone principalmente de estrellas jóvenes de población I. Es la parte
de la galaxia que más gas contiene y es en él donde aún se dan procesos de
formación estelar. Lo más característico del disco son los brazos espirales.
El disco de la vía láctea no es compacto, tiene una región central que se llama el
componente esférico. Las estrellas incluidas en este son jóvenes y viejas y se
distribuyen uniformemente. Esta región está rodeada por el halo.
Bulbo
El bulbo o núcleo galáctico se sitúa en el centro. Es la zona de la galaxia con
mayor densidad de estrellas. Sin embargo, a nivel local se pueden encontrar
algunos cúmulos globulares con densidades superiores. El bulbo tiene una forma
esferoidal achatada y gira como un sólido rígido.
También al parecer, en nuestro centro galáctico, hay un gran agujero negro de unas
2,6 millones de masas solares que los astrónomos denominaron Sagittarius A,
o Sagitario A*. Su detección fue posible a partir de la observación de un grupo de
estrellas que giraban en torno a un punto oscuro a más de 1.500 km/s.
Los brazos espirales
Hasta 1953 nadie conocía la existencia de los brazos espirales de la Vía Láctea. La
estructura espiral estaba oculta debido al polvo interestelar y es difícil observar
desde dentro de la propia galaxia.
Son ocho los brazos. Los dos brazos principales, Centauro y Perseo, contienen una
alta concentración de estrellas jóvenes y brillantes, así como dos secundarios Sagitario y Escuadra- (en vez de cuatro brazos similares entre sí, como se pensaba
antes).
La Vía Láctea está clasificada como una galaxia espiral y sus ramas están en el
movimiento de rotación alrededor del núcleo. Es en la parte inferior del brazo de
Orión que se encuentra nuestro Sistema Solar. El Sol efectúa una rotación completa
cada doscientos millones de años y se encuentra a unos 27000 años luz del centro
galáctico.
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OTRAS CARACTERISTICAS
Tiene más de 200 mil millones de estrellas
Los científicos estiman que en toda la Vía Láctea deben de haber entre 400 mil y al
menos 200 mil millones de estrellas en total. A simple vista, en la noche más
despejada que puedas disfrutar, desde la Tierra solo se pueden apreciar 2500 en
total. Se estima que unas 7 nuevas estrellas surgen cada año en la Vía Láctea.
La Vía Láctea tiene forma de espiral
Poco tiempo atrás estuve explicándote qué es la sucesión de Fibonacci, ¿recuerdas?
Pues como te conté en aquella oportunidad, la Vía Láctea, tal como la enorme
mayoría de las galaxias del universo que conocemos, tienen una perfecta forma de
espiral. Se trata de un disco de unos 120.000 años luz de diámetro, con una gran
protuberancia central de un diámetro de 12.000 años luz.
Está repleta de cenizas y gases
Además de miles de millones de estrellas y de otras galaxias menores, la Vía Láctea
cuenta con enormes cantidades de polvo, cenizas y gases en su composición. Los
expertos aseguran que una capa de un diámetro de 6000 años luz de polvo y cenizas
puede observarse apenas en el espectro visible de la Vía Láctea. Claro, no olvides
que su tamaño es de unos 120.000 años luz de diámetro...
La Vía Láctea es tan antigua como el universo mismo
Existe un consenso en la estimación, sugiriendo que la edad del universo se
comprende entre los 13.761 y los 13.835 millones de años, aproximadamente. Por otra
parte, se cree también que la Vía Láctea tiene al menos 13.600 millones de años.
Todos estos cálculos se realizan analizando las edades de las estrellas y su
relación con el Big Bang.
Tiene unos 100 mil millones de planetas en su interior
La Vía Láctea tiene también unos 100.000 millones de estrellas en su interior y que
por cada una de ellas, existe al menos 1 planeta orbitando a su alrededor. Esto
significa que sólo en este pequeño rincón del universo que damos en llamar la Vía
Láctea, hay entre unos 100 mil y 200 mil millones de planetas alienígenas.
Unos mil millones son muy similares a la Tierra
Existen docenas de tipos de planetas diferentes, algunos formados por gases, otros
por roca y otros en los que hasta llueven ciertos tipos de metal. Un estudio
científico reciente, en donde se investigaron unas 42.000 estrellas muy similares
al Sol, demostró que entre 11 mil millones y 40 mil millones de planetas las
orbitan con muchísimas similitudes a la Tierra con el Sol y cerca de mil millones
son tan similares como para poder albergar diversos tipos de vida alienígena. La
zona que alberga estos planetas tan prometedores es conocida como “zona de Ricitos
de oro”, pues son regiones no muy frías y tampoco muy calientes, capaces de
albergar la vida.
La Vía Láctea se mueve todo el tiempo
La Tierra, como todo en el Sistema Solar, gira alrededor del Sol, el Sol alrededor
de la Vía Láctea y ésta, que forma parte del grupo de galaxias conocido como Grupo
Local: un gran conjunto de galaxias que se mueven gracias a las microondas de
radiación que quedaron en el universo como resultado del Big Bang.
El Grupo Local se mueve a una velocidad de 600 km/s, es decir, a unos 2.200.000
km/h.
Existe una galaxia prácticamente igual a la Vía Láctea
Existen nada menos que unas 170 mil millones de galaxias visibles ahí afuera y hay
una en particular, la galaxia NGC 1073, que tiene enormes similitudes con la
nuestra, por ejemplo, tiene dos galaxias satélites más pequeñas, tal como la
nuestra, algo que sí es particularmente excepcional. Es solo un ejemplo, pues la
NGC 1073 tiene tantas similitudes con la Vía Láctea que los científicos comúnmente
le llaman “la gemela”.
http://www.todoelsistemasolar.com.ar/vlactea.htm
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LA FORMACIÓN DEL SISTEMA SOLAR.m
En torno a Sol se formó un sistema planetario conocido como Sistema Solar, el cual,
como ya se apreció, es integrante de una galaxia.
La Tierra forma parte del Sistema Solar, que es el conjunto de planetas y otros
astros que giran alrededor del Sol.
El Sistema Solar es tan sólo una pequeñísima parte de la Vía Láctea; el Sol es tan
sólo una de las más de cien mil millones de estrellas que se encuentran en ella;
mide aproximadamente 1,392,000 km de diámetro y está en el centro del Sistema
Solar. A su alrededor giran los planetas siguiendo un curso determinado al que se
le llama órbita.
Algunos planetas tienen uno o varios satélites naturales que giran en torno a
ellos. En el Sistema Solar hay otros miles de astros de menor tamaño: los
asteroides, meteoritos y cometas.
Se estima que la formación y evolución del sistema solar comenzó hace unos 4600
millones de años con el colapso gravitacional de una pequeña parte de una nube
molecular gigante. La mayor parte de la masa colapsante se reunió en el centro,
formando el Sol, mientras que el resto se aplanó en un disco protoplanetario a
partir del cual se formaron los planetas, satélites, asteroides y otros cuerpos
menores del sistema solar.
Este modelo ampliamente aceptado, conocido como la hipótesis nebular, fue
desarrollado por primera vez en el siglo XVIII por Emanuel Swedenborg, Emanuel Kant
y Pierre-Simón Laplace. Su desarrollo posterior ha entretejido una variedad de
disciplinas científicas como la astronomía, la física, la geología y las ciencias
planetarias.
A lo largo de la historia, muchos científicos han elaborado diversas hipótesis y
teorías sobre el origen del Sistema
Solar, las cuales se pueden clasificar en dos tipos: catastróficas y nebulares o
evolutivas.
1) Las teorías catastróficas aceptan la idea de que el Sistema Solar se originó
por una colisión estelar o por el desprendimiento de masa de una estrella, de
la cual surgieron los planetas y el resto de los astros que lo integran. En
la actualidad, la mayor parte de estas teorías están superadas.
2) Las teorías nebulares o evolutivas coinciden en que el Sol, los planetas y el
resto de los astros del Sistema Solar se formaron por el desprendimiento de
materia de una enorme nube de gas y polvo, provocado por el incremento de la
velocidad de rotación. René Descartes fue el primero en formular una teoría
nebular para explicar la formación de los planetas, en 1644. Propuso la idea
de que el Sol y los planetas se formaron al unísono a partir de una nube de
polvo estelar. Esta es la base de las teorías nebulares.
Problemas a ser encarados por cualquier teoría sobre la formación del Sistema
Solar:
Cualquier teoría tiene que explicar algunos hechos bastante problemáticos sobre el
Sistema Solar.
Esto, adicionalmente al hecho obvio de que el Sol está en el centro con los
planetas orbitando a su alrededor.
Hay 5 de estas áreas de problemas:
1. El Sol gira lentamente y sólo tiene 1 por ciento del momento angular del
Sistema Solar, pero tiene el 99,9 por ciento de su masa. Los planetas tienen
el resto del momento angular.
2. La formación de los planetas terrestres con núcleos sólidos.
3. La formación de los planetas gaseosos gigantes.
4. La formación de los satélites planetarios.
5. Una explicación de la ley de Bode, que dice que las distancias de los
planetas al Sol siguen una sencilla progresión aritmética.
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La 'ley' de Bode toma la forma de una serie en la que el primer término es cero, el
segundo es 3, y luego cada término es el doble del anterior, y se le suma 4, y el
resultado es divido entre 10. Esto resulta en la serie:
0,4, 0,7, 1,0, 1,6, 2,8, 5,2, 10,0, 19,6, 38,8
que puede ser comparada con las distancias promedio de los planetas al Sol en U.A.:
0,39, 0,72, 1,0, 1,52, 5,2, 9,52, 19,26, 30,1, 39,8
La concordancia para todos, salvo Neptuno y Plutón, es notable.
La falta de un planeta en 2,8 llevó al descubrimiento de los asteroides.
OTRAS TEORÍAS
Teoría nebular de la Acreción
Propuesta por W. Cameron, es la más aceptada para explicar el origen del Sol y el
Sistema Solar.
Propone que todo inició hace aproximadamente 4,500 millones de años con la
presencia de una nube de gas y polvo cósmico en una región de nuestra galaxia,
cuyos giros y fuerza gravitacional se vieron provocados por una onda expansiva de
la explosión de una supernova, que consiste en una estrella más masiva que el Sol,
que estalla y lanza a todo su alrededor la mayor parte de su masa a altísimas
velocidades.
La rotación de la nebulosa aumentó considerablemente provocando a su vez la
contracción gravitacional de la materia nebular, que adquirió la forma de un disco.
En el centro de la nube se formó un núcleo o protosol, donde predominó el hidrógeno
y el helio, y debido a las condiciones de atracción gravitacional y la elevada
densidad, se originaron el roce de átomos y con ello la fusión de núcleos hasta
desencadenar en reacciones nucleares, donde núcleos de hidrógeno se fundían para
formar helio, produciendo con ello, además, la liberación de una gran cantidad de
energía en forma de luz y calor, surgiendo así la estrella que actualmente llamamos
Sol.
De forma simultánea, en las regiones externas del disco nebular, se formaron otros
pequeños núcleos por un proceso de acreción, el cual consiste en el impacto de
partículas de polvo y gas que se incorporaron a otras, incrementando su masa y
rotación, formándose así los protoplanetas.
Conforme éstos se fueron enfriando, las partículas más pesadas se concentraron en
el centro y los gases se acumularon en las zonas externas; de esta manera se
formaron las atmósferas de los planetas. Los de menor masa perdieron atmósfera,
debido a que no tenían la fuerza de gravedad suficiente para retenerla, mientras
que los de mayor masa, además de conservar su atmósfera, atraparon por su fuerza de
gravedad astros más pequeños y los convirtieron en sus satélites.
Esta asume que el Sol pasó a través de una densa nube interestelar, y emergió
rodeado de un envoltorio de polvo y gas. Separa entonces la formación del Sol, de
la de los planetas, obviando el problema 1.
El problema que permanece, es el de lograr que la nube forme los planetas.
Los planetas terrestres pueden formarse en un tiempo razonable, pero los planetas
gaseosos tardan demasiado en formarse.
La teoría no explica los satélites, o la ley de Bode, y debe considerarse como la
más débil de las aquí descritas.
La teoría de los Proto-planetas:
Esta asume, que inicialmente hay una densa nube interestelar, que eventualmente
producirá un cúmulo estelar.
Densas regiones en la nube se forman y prevalecen; como las pequeñas gotas tienen
velocidades de giro aleatorias, las estrellas resultantes tienen bajas ratas de
rotación.
Los planetas son gotas más pequeñas capturadas por la estrella. Las pequeñas gotas
tendrían velocidades de rotación mayores que las observadas en los planetas, pero
la teoría explica esto, haciendo que las 'gotas planetarias' se dividan,
produciendo un planeta y sus satélites.
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De esta forma se cubren muchas de las áreas problemáticas, pero no queda claro cómo
los planetas fueron confinados a un plano, o por qué sus rotaciones tienen el mismo
sentido.
La teoría de Captura:
Esta teoría es una versión de la de Jeans, en la que el Sol interactúa con una
proto-estrella cercana, sacando un filamento de materia de la proto-estrella.
La baja velocidad de rotación del Sol, se explica cómo debida a su formación
anterior a la de los planetas.
Los planetas terrestres se explican por medio de colisiones entre los protoplanetas cercanos al Sol.
Y los planetas gigantes y sus satélites, se explican cómo condensaciones en el
filamento extraído.
La teoría Laplaciana Moderna:
Laplace en 1796 sugirió primero, que el Sol y los planetas se formaron en una
nebulosa en rotación que se enfrió y colapsó. Se condensó en anillos que
eventualmente formaron los planetas, y una masa central que se convirtió en el Sol.
La baja velocidad de rotación del Sol no podía explicarse.
La versión moderna asume que la condensación central contiene granos de polvo
sólido que crean roce en el gas al condensarse el centro. Eventualmente, luego de
que el núcleo ha sido frenado, su temperatura aumenta, y el polvo es evaporado. El
centro que rota lentamente se convierte en el Sol. Los planetas se forman a partir
de la nube, que rota más rápidamente.
Las observaciones de estrellas muy jóvenes, indican que están rodeadas de densos
discos de polvo.
Aunque todavía hay dificultades para explicar algunas de las áreas problemáticas
esbozadas arriba, en particular la forma de disminuir la rotación del Sol, se
piensa que los planetas se originaron a partir de un denso disco, formado a partir
del material de la nube de polvo y gas, que colapsó para formar el Sol.
La densidad de este disco debe ser suficientemente alta como para permitir la
formación de los planetas, y suficientemente baja, como para que la materia
residual sea soplada hacia afuera por el Sol, al incrementarse su producción de
energía.
Teorías catastróficas
En 1745 el conde de Buffon. Suponía que otra estrella había chocado contra el Sol
haciendo que se desprendiera la materia necesaria para formar los planetas. Esta es
la base de las teorías catastrofistas.
En 1905 T. C. Chamberlin y F. R. Moulton supusieron que el Sol era una estrella
aislada y que otra estrella, en movimiento, pasó muy cerca de él. Las fuerzas que
se establecieron entre ellos provocaron que parte de la materia del Sol se
desprendiese y diese lugar a los planetas.
En 1916 James Jeans creyó que el Sol interactúa con una protoestrella cercana,
sacando un filamento de materia de la protoestrella, forma de cigarro puro, que al
irse fragmentando dio origen a los planetas.
Los planetas terrestres se explican por medio de colisiones entre los protoplanetas
cercanos al Sol.
Los planetas gigantes y sus satélites, se explican cómo condensaciones en el
filamento extraído.
En 1929 H. Jefferys Esta teoría también se llama Planetesimal porque supone que la
materia desprendida del sol tomó la forma de partículas sólidas que quedaron en
rotación en torno al Sol.
En 1949 Gerard P. Kuiper formuló una teoría según la cual habría una estrella doble
en la que la segunda estrella no logró a consolidarse y degeneró hasta formar los
planetas.
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http://www.astrofisicayfisica.com/2010/06/clasificacion-de-las-galaxias-segunla.html
http://infobservador.blogspot.mx/2011/02/la-clasificacion-de-las-galaxias.html
http://www.natureduca.com/cosmos_galaxias3.php
http://www.astromia.com/universo/lasgalaxias.htm
http://legacy.spitzer.caltech.edu/espanol//edu/askkids/index.shtml
https://www.youtube.com/watch?v=qJZVbrJZ55s&feature=youtu.be
La teoría física que explica este puzzle y cómo las partículas interaccionan es el
Modelo Estándar. Según esta teoría existen dos tipos de partículas elementales: los
fermiones y los bosones. El modelo explica las fuerzas entre dos partículas
(fermiones) como resultado de un intercambio de partículas mediadoras (bosones).
1. Los fermiones
Los Fermiones están asociados con la idea que tenemos de materia. Obedecen la
estadística de Fermi-Dirac. Cumplen el principio de exclusión de Pauli (dos
fermiones no pueden ocupar el mismo estado cuántico a la vez). Tienen espín semi
entero. Cada fermión posee su propio anti-fermión. Hay 12 fermiones diferentes: 6
son quarks y 6 son leptones. Los fermiones se agrupan en tres familias o tres
generaciones: cada uno consistente en una pareja de quarks y una pareja de
leptones.
1.1. Los quarks
Los quarks son portadores de carga de color y por ello interaccionan con la llamada
fuerza fuerte. También poseen carga eléctrica e isospín débil, por lo que también
interaccionan con la fuerza electromagnética y la fuerza débil. Hay 6 tipos de
quarks llamados up, down, charm, strange, top and bottom (o beauty).
La fuerza fuerte les confina de forma que se encuentran siempre agrupados formando
compuestos sin carga de color: los hadrones. Éstos pueden estar constituidos por 3
quarks (y se llaman entonces bariones) o por una pareja de quark y antiquark (los
mesones, que en realidad son bosones). Nuestros bien conocidos protones y neutrones
son un tipo de bariones, y están por tanto compuestos por 3 quarks.
1.2. Los leptones
Los leptones no tienen carga de color, por lo que no interaccionan con la fuerza
fuerte. A este grupo pertenecen el electrón, el muón y el tau, además de los
neutrinos que cada uno lleva asociado, el neutrino electrónico, el muónico y el
tauónico.
El electrón, el muón y el tau tienen carga eléctrica e interaccionan con la fuerza
electromagnética y la fuerza débil. Los neutrinos no tienen carga eléctrica, por lo
que sólo interaccionan con la fuerza débil, una de las razones por las que son
difíciles de detectar.
2. Los bosones
Los bosones obedecen la estadística de Bose-Einstein. Tienen espín entero y no
siguen el principio de exclusión de Pauli. Cinco de ellos son elementales: los 4
bosones gauge (que son portadores de fuerza) y el bosón de Higgs. Otros son bosones
compuestos como los mesones.
Entre los bosones gauge encontramos a los fotones (portadores de la fuerza
electromagnética), los gluones (portadores de la fuerza fuerte) y los bosones W+,
W- y Z (portadores de la fuerza débil).
Además está teoria la existencia del bosón de Higgs (de espín cero), que es una
partícula elemental que explicaría el origen de la masa de las partículas
elementales. Es la única partícula del Modelo Estándar de la que no hay todavía
evidencia experimental. El gran colisionador de hadrones (LHC) del CERN espera
descubrir pronto a este escurridizo bosón.
Hadrón, leptón, muón, barión, fermión …. ¡Vaya lío!. No te desanimes con tan
variada fauna, sólo quería presentarte a sus principales componentes, así podrás
identificarlos en sus grupos cuando oigas hablar de ellos y hacerte una idea de sus
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propiedades y de cómo interaccionan. Escucharás muchos más nombres raros llamados
con letras griegas (lambda, sigma, delta…), no te alarmes, muy probablemente serán
tipos de hadrones.
EL BIG BANG
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