Formación y Componentes del Universo

Cosmología. Sistema solar. Galaxias. Constelaciones. Estrellas

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1.: EL UNIVERSO

1.a: ¿Qué es?

El Universo es el conjunto de cuerpos celestes, nebulosas y espacios intermedios. Los millones de estrellas que se contemplan en el cielo forman parte de la Vía láctea o Galaxia, a la que pertenece nuestro Sol. Tiene forma de una lente biconvexa, de unos 80.000 años luz de diámetro y un grosor de unos 15.000 años luz.

1.b: ¿Cómo es de grande?

Respecto al volumen, se podría hallar aplicando la fórmula que se deriva del producto de una circunferencia máxima 2R por el área del círculo máximo R2, o sea V = 22R3 : (años luz)3. En el interior y exterior de esta superficie esférica no existiría nada y el Universo todo se limitaría a esa superficie esférica.

1.c: ¿Cuántos años tiene?

Ha podido determinarse, mediante el estudio de la desintegración de uranio, la teoría del proceso evolutivo de las estrellas y la expansión del Universo, lo que ha dado origen, entre otras, a dos teorías:

Escala corta: La edad sería de 1010 años.

Escala larga: La edad sería de 1014 años (10000 veces mayor).

En 1972 el astrónomo estadounidense Allan Sangade estableció un nuevo computo en cuanto a la edad del Universo. Según sus investigaciones podría establecerse en 13 billones de años, pudiendo llegar a los 18 billones de años.

1.1: COMPONENTES DEL UNIVERSO.

El Universo, aun a pesar de parecer prácticamente vacío, está compuesto por multitud de sistemas, conjuntos, etc... Existe una tenue nube material de gases y polvo entre las estrellas , por lo general invisible, pero que en la cercanía de los astros brilla por fluorescencia, dando lugar a las nebulosas regulares. Los astros forman las constelaciones. Los astros y las nebulosas pertenecen a las galaxias. Existen muchos millones de sistemas estelares, que reciben el nombre de universos islas o espirales. Las galaxias se unen en hipergalaxias. Y existe la radiación cósmica, de naturaleza aún incierta, pero que se sabe que no tiene su origen ni en el Sol ni en las estrellas y que parece venir de todas las regiones del espacio.

A continuación desarrollo algunos de los componentes que acabo de nombrar.

1.1a: LAS ESTRELLAS.

· ¿Qué son?

Las estrellas son cada uno de los numerosos cuerpos celestes esencialmente análogos al Sol, que es uno de ellos, dotados de luz propia y aparentemente inmóviles, unos respecto de otros, en el firmamento. Debido a esto, los antiguos distinguieron bien las estrellas fijas o soles, de las estrellas errantes o planetas. Para localizarlas mejor, el hombre las ha agrupado en constelaciones.

· Dimensiones.

Las estrellas tienen unas dimensiones tan reducidas respecto a las enormes distancias que las separan, que a pesar del volumen de sus masas, la primera impresión que se tiene del Universo es la de estar vacío. La distancia entre ellas se tiene que medir en años luz y en parsecs.

· Movimiento.

Las estrellas no están en reposo; la observación ha demostrado que sus posiciones aparentes varían, las velocidades estelares medidas espectroscópicamente por el principio de Doppler-Fizeau son casi siempre enormes, y la estrella más rápida es la Flecha de Barnard, que tiene un desplazamiento aparente de más de 10 segundos por año. El conocimiento de sus distancias ha permitido traducir esas variaciones insignificantes en velocidades.

Respecto al tipo de movimiento de las estrellas, tienen movimiento de rotación, alrededor de sí mismas, y de traslación, en torno al centro de la Galaxia.

· Brillan y emiten calor.

En una estrella, lo que provoca la emisión de luz y calor son las reacciones nucleares de fusión, que consisten en la unión de varios núcleos atómicos para formar un nuevo núcleo. Para esto se necesitan temperaturas muy elevadas, y en el caso de las estrellas, esta reacción se produce entre los isótopos del hidrógeno.

Con arreglo a su brillo, se clasifican en magnitudes, obteniendo las más brillantes los números más bajos. El ojo humano puede distinguir hasta de sexta magnitud, y con ayuda de aparatos se pueden llegar a distinguir hasta las de vigésima primera magnitud. La estrella más luminosa es la Dorada, y la menos luminosa es Wolf, 359, 40.000 veces menos que el Sol.

Al igual que la temperatura de un cuerpo incandescente, la de las estrellas puede deducirse de su color. Más preciso es el espectro luminoso. La actual clasificación de las clases espectrales es la de Harvard (tabla 1).

Tabla 1:

TIPO ESPECTRAL

TEMPERATURA

SUPERFICIAL

COLOR

W

100.000 a 50.000° C

Azul

O

40.000

Azul

B

20.000

Blanco azulado

A

11.000

Blanco

F

7.500

Blanco amarillento

G

6.000

Amarillo

K

4.200

Amarillo anaranjado

M

3.100

Anaranjado

R

3.000

Rojo anaranjado oscuro

N

3.000

Rojo anaranjado oscuro

S

2.000

Rojo

P

---

---

Q

---

---

· Masa y densidad.

Las masas estelares no presentan las grandes discrepancias que ofrecen las luminosidades y los tamaños. La estrella Kuiper 60, por ejemplo, llega a alcanzar una densidad de 36.000.000. Tan tremendas densidades sólo son posibles porque las elevadas temperaturas que reinan en estas estrellas enanas ha destruido las cortezas electrónicas de los átomos y han dejado libres sus núcleos y electrones, que así han podido aproximarse mucho más que en la materia terrestre.

· ¿Cómo son y de qué están hechas?

Una estrella es una masa gaseosa en la que actúan dos fuerzas, una atractiva, la gravitación, y otra expansiva, la presión de radiación, y ambas limitan la masa de la estrella . Para que la masa estelar no se desplome es preciso que en el centro de la estrella reinen temperaturas enormes, de millones de grados, que produzcan una presión capaz de contrarrestar el peso de las capas exteriores. Es obvio decir que en el centro de las estrellas han de existir presiones enormes.

Las estrellas, tan distintas a los planetas, están integradas por los mismos elementos simples que hay en la Tierra y obedecen a las mismas leyes que nuestro planeta. El análisis espectral muestra que la composición química del Universo es uniforme. El elemento más abundante es el hidrógeno, que forma el 55% del total de su masa, seguido de un 44% de helio y el 1% restante corresponde a los demás elementos, distribuidos casi en las mismas proporciones que en la Tierra.

· ¿Cómo es su vida?

Las estrellas se forman, emiten energía durante millones de años y finalmente se extinguen. Se cree que las estrellas se forman continuamente por concentración del gas y del polvo interestelar, y que comienzan a hacerse luminosas cuando la temperatura debida a la concentración ha alcanzado un valor suficiente. Mientras contienen abundancia de hidrógeno que convertir en helio, permanecen en la serie principal. A medida que el combustible termonuclear disminuye en el centro, las reacciones alcanzan los niveles más externos y la estrella aumenta de tamaño hasta convertirse en una gigante roja. A partir de este momento su volumen se reduce, pierde masa y acaba por convertirse en una enana blanca, que continúa brillando, principalmente por la energía liberada en la contracción gravitatoria, hasta que esa producción cesa, y la estrella se extingue. Algunas, sin embargo, sufren explosiones cataclísmicas que las rejuvenecen por algún tiempo.

· El Sol, nuestra estrella.

-- El Sol se formó hace 5.000 millones de años.

--Ahora mismo está en la mitad de su vida.

-- Está a casi 150 millones de kilómetros de la Tierra.

--Tarda 25 días en realizar una rotación completa y 220 millones de años en completar su traslación alrededor de la galaxia.

--Es del tipo G, tiene color amarillo y una temperatura superficial alrededor de 6.000°C. Su diámetro es de 1.393.000 Km.

--Al final de su vida se convertirá en una enana blanca.

1.1b: LAS GALAXIAS.

· ¿Qué son?

Las galaxias son formaciones de estrellas, que se suelen juntar formando agregados, gas y polvo análogas a la Vía Láctea, también conocidas por nebulosas, espirales y universos islas.

· Movimiento

Las galaxias están dotadas de un movimiento de rotación en torno a su eje, sin girar en bloque como lo haría un sólido.

· ¿Cuántas hay?

El número de galaxias conocido es enorme: el observatorio de Harvard ha catalogado 1.249 hasta la magnitud 13, y el número de las registradas en las placas del Observatorio del Monte Wilson es del orden del millón. Todas distribuidas regularmente por todo el Universo.

· ¿Son muy grandes?

El diámetro de una galaxia variaría entre los 1.500 y los 300.000 años luz y contienen un número de estrellas del orden de 1011.

· ¿Son todas iguales?

Según su forma se dividen en tres clases:

--Irregulares: Este tipo de galaxia presenta una forma desordenada ya que los agregados están revueltos y rodeados por abundantes nebulosas. Lo son un 3% de las galaxias.

--Elípticas: Presentan forma de elipse, ya que los agregados se colocan de dicha forma. Tienen núcleo, pero no brazos y contienen pocas nebulosas. No encierran nubes de polvo ni estrellas azules gigantes O y B, pero sí gigantes rojas, lo que indica que deben tener una antigüedad de más de 1.000 millones de años . Constituyen un 17% de las galaxias.

--Espirales: Parte de los agregados se concentran en el centro formando el núcleo de la galaxia, el resto forman prolongaciones del núcleo llamadas brazos. En estos son abundantes las estrellas azules y blancas, de lo que se deduce que éstas galaxias son más recientes e incluso algunas están en formación. Las hay atravesadas centralmente por una barra luminosa. Estas forman el 80%.

· La masa.

La masa de las galaxias varía entre 109 y 3·1011 veces la del Sol, unos 2·1030 kg. por término medio.

· Luminosidad.

Su luminosidad viene a ser 5·109 veces mayor que la solar; y algunas, como Andrómeda, son similares a la Vía Láctea, mientras que otras son hasta 100.000 veces menos luminosas.

· Características de algunas galaxias conocidas (tabla 2).

Las dos Nubes de Magallanes son las únicas galaxias distinguibles a simple vista . Son verdaderos satélites de la Vía Láctea, y la de Andrómeda, está a 750.000 años luz de nosotros. La más lejana hasta hoy conocida parece estar a 6.000 millones de años luz.

Tabla 2:

GALAXIAS

NÚMERO DE ESTRELLAS

FORMA

DIÁMETRO MEDIO (años luz)

Pequeña Nube de Magallanes

1.500 millones

Irregular

20.000

Gran Nube de Magallanes

5.000 millones

Irregular

30.000

Vía Láctea

200 billones

Espiral

100.000

Andrómeda

400 billones

Espiral

150.000

1.1c. LAS CONSTELACIONES.

¿Qué son?

Las constelaciones son conjuntos de estrellas identificables a simple vista por su configuración y cuyo nombre alude con más o menos exactitud a esta última.

¿Quién las llamó así?

El hombre formó las constelaciones para poder localizar mejor las estrellas. Modernamente, los astrónomos han dividido el firmamento en 88 parcelas. Las del cielo boreal, las zodiacales y las australes que se divisan desde los países mediterráneos son conocidas desde la antigüedad, y llevan nombres de la mitología grecolatina. Las de las altas latitudes fueron bautizadas al iniciarse la era de los descubrimientos, y hay menos unidad en sus denominaciones. Además del nombre vulgar, cada constelación lleva un nombre científico internacional en latín. Entre ellas se distinguen las 28 siguientes:


-Andrómeda

-Águila

-Aries

-Auriga

-Casiopea

-Corona Boreal

-Cuervo

-Cisne

-Delfín

-Dragón

-Escorpión

-Gemelos

-Hércules

-León

-Libra

-Lira

-Ofiuco

-Orión

-Osa Mayor

-Osa Menor

-Pegaso

-Perseo

-Saeta

-Sagitario

-Serpiente

-Toro

-Triángulo

-Virgo


1.1d. EL SISTEMA SOLAR.

¿Qué es?

El Sistema Solar es un sistema planetario, que tiene por centro de atracción a la estrella llamada Sol, y del que forman parte:

-9 planetas: Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano, Neptuno y Plutón.

-32 satélites: Giran en torno a los planetas. 1 corresponde a la Tierra, 2 a Marte y a Neptuno, 5 a Urano y 12 a Júpiter.Existen los satélites regulares, que giran en órbitas casi circulares y de Oeste a Este en torno a su planeta. También existen los irregulares,, que describen órbitas elípticas y de Oeste a Este.

-1.600 asteroides: Estos catalogados y algunos más que giran entre Marte y Júpiter.

-55 cometas periódicos: De los que se ha observado, al menos, un regreso.

Cerca de medio centenar de cometas no periódicos: De los que sólo se conoce una aparición.

Esta es una representación de los planetas del Sistema Solar y del Sol (dib1).

Se distinguen dos tipos de planetas:

-Los interiores: Los más cercanos al Sol. Son Mercurio, Venus, la Tierra y Marte. Son más pequeños y densos. Tienen pocos o ningún satélite.

-Los exteriores: Los planetas más alejados del Sol. Son Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Son poco densos y grandes. Al contrario que los otros, tienen un gran número de satélites.

Plutón, por su lejanía del Sol, debería ser exterior, pero sus características se parecen más a las de un planeta interior.

Casi todos los planetas (menos Mercurio) tienen atmósfera, debido a las fuerzas gravitatorias. Mercurio está demasiado cerca del Sol, lo que le hace alcanzar unas temperaturas que le impiden crear atmósfera.

2: TEORÍAS SOBRE LA FORMACIÓN DEL UNIVERSO.

Existen muchas y variadas teorías sobre la formación del Universo, muchas de ellas antiguas y ya rechazadas, sin embargo, todas ofrecen dudas y, aunque cada vez son más cercanas a la que pudo ser la real, no podemos estar seguros. Desde siempre el hombre se ha preguntado cómo y porqué se formo el Universo, y aunque las teorías más conocidas históricamente fueron la teoría geocéntrica y la heliocéntrica, antes hubo otras.

2.1: TEORÍAS ANTERIORES A LA GEOCÉNTRICA Y HELIOCÉNTRICA.

· Los caldeos adivinaron la existencia de los planetas, y para explicar su movimiento, se imaginaron otros tantos dioses que los gobernaban.

· Los egipcios creían que los siete astros vagaban por el Nilo celeste.

Los griegos pensaban que los planetas iban en carros.

Siglo VII a. C. :

· Tales de Mileto que pensaba que la Tierra era un disco circular.

Siglo VI a. C. :

· Anaximandro. Para él la Tierra era un cilindro con dos caras planas, una de las cuales habitamos.

Siglo VI a. C. :

· Anaxímedes, para quien la Tierra era un disco plano y los astros, otros que flotaban dentro de una esfera en la que están clavadas las estrellas.

Siglo VI a. C. :

· Pitágoras y sus discipulos inicaron la teoría de la esfericidad de la Tierra, así como la doctrina de los astros.

409 a 356 a. C. :

· Euxodio. Para explicar los movimientos de los astros en el firmamento, supuso a la Tierra inmóvil, e imaginó un sistema de esferas con un centro común, el mismo de la Tierra.

Siglo III a. C. :

· Aristarco de Samos, que expuso, por primera vez, la teoría heliocéntrica, declarada contraria a la física por near principios absolutos, a la astronomía por no salvar las apariencias y, a la religión, por ofender a los dioses.

240 a. C. :

· Apolonio, que para explicar los movimientos de los planetas, ideó los epiciclos, que eran el círculo que recorría un planeta con movimiento uniforme y alrededor de un centro, y los deferentes, donde este centro giraba alrededor de otro círcculo de mayor diámetro.

2.2 : TEORÍA GEOCÉNTRICA.

· ¿En qué consiste?

Esta teoría tiene como punto más característico en la idea de que la Tierra es el centro del Universo, idea que se ajustaba de forma bastante esacta a las observaciones que se hacían del cielo a simple vista. Las estrellas forman una fina capa celeste alrededor de la Tierra llamada bóveda celeste, y entre ella y la Tierra, se encuentran el resto de los planetas (excepto Urano , Neptuno y Plutón ) el Sol y la Luna en el siguiente orden: la Luna, Mercurio, Venus, el Sol, Marte, Júpiter y Saturno, tal y como se muestra en la representación gráfica del model geocéntrico (dib2).

dib2:

· ¿Quién la ideó?

En el siglo II a. C., Tolomeo propuso esta teoría que perduró hasta el siglo XV.

2.3: LA TEORÍA HELIOCÉNTRICA.

· ¿En qué consiste?

La teoría heliocéntrica, se puede decir que es la opuesta a la geocéntrica, ya que la característica más notable en esta es que el Sol es el centro del sistema y no del la Tierra. Ésta sólo gira a su alrededor como el resto de los planetas, describiendo órbitas elípticas. El Universo es infinitamente grande, y los planetas están más cerca de la Tierra que las estrellas, según ésta teoría, y todos los cuerpos del Universo se atraen entre sí.

· ¿Quién la ideó?

Participaron varios físicos en su creación y perfeccionamiento:

Siglo XV:

-Copérnico, resucitando la idea heliocéntrica de Aristarco, colocó al Sol en el centro del mundo y a los planetas girando a su alrededor. Como la teoría del griego, la copernicana halló no poca oposición.

-Uno de los oponentes a la teoría de Copérnico fue Tycho Brahe. Propuso que la Tierra estaba en el centro del sistema, a su alrededor, la Luna y el Sol, y, alrededor de éste, el resto de los planetas.

-Kepler, discípulo de Tycho, consagró el sistema copernicano al formular las tres leyes siguientes:

! : Los planetas describen elípses, en uno de cuyos focos está el Sol.

! : El radio vector de cada planeta barre áreas proporcionales a los tiempos empleados en recorrerlas.

! : Los cuadrados de los tiempos empleados en recorrer las órbitas, son proporcionales a los cubos de sus distancias medias al Sol.

Estas leyes permitieron a Newton descubrir la ley de gravitación universal.

2.3 : OTRAS TEORÍAS ACTUALES SOBRE EL ORIGEN DEL UNIVERSO.

2.3a : TEORÍA DE HOYLE.

· ¿En qué consiste?

Defiende un Universo estático, sin principio ni fin, que permanece inalterable. Cuando una galaxia envejece y muere, otra nueva le sustituye.

· ¿Es válida?

Algunos cálculos realizados parecen indicar que las galaxias se originaron al mismo tiempo, lo cual echa por tierra esta teoría.

2.4 : EL BIG BANG (gran explosión).

El Universo está en un cambio contínuo. Su estudio permite reconstruir la historia y suponer cuál fue su origen. Las galaxias se desplazan separándose, lo que permite asegurar que el Universo se expande en todas direcciones, es decir, que aumenta de volumen progrsivamente.

· ¿Quién la ideó y en qué consiste?

Edwin Huble descubrió en 1929 que el Universo está en expansión, en lo que se apoyo para formular la teoría de Big Bang: Al principio, toda la masa que hoy se encuentra dispersa en las galaxias, se concentraba en un punto llamado el superátomo. Este tenía, obviamente, un densidad enorme, lo que provocó la gran explosión, que causó la expulsión de toda la materia en todas direcciones, hace, más o menos, 15.000 millones de años.

En los primeros instantes, la materia esparcida consistía en protones, electrones y neutrones independientes. A medida que se alejaban se fue produciendo un enfriamiento que permitió que estas partículas se organizaran:

Protones

Electrones

Neutrones

Masas de hidrógeno y helio + fuerzas gravitatorias = Galaxias

Y en el interior de las galaxias se produjo el proceso de formación de las estrellas( ver “1.1a Las estrellas, ¿Cómo son y de qué están hechas?” ).

· Planetas: Los agregados se unieron formando los planetas.

· Satélites: Algunos discos de materia quedaron girando alrededor de los planetas.

· Asteroides: Agregados que no llegaron a unirse los formaron.

1.2 : UNIDADES DE MEDIDA EN EL UNIVERSO.

· El año luz.

El año luz es la distancia que recorre la luz en el vací durante un año. Sirve para medir dimensiones enormes como las de las galaxias.

· Pero, ¿cuánto es eso?

Para averiguar cuántos kilómtros serían un año luz, averiguaremos cuantos segundos tiene un año:

* 365 *24

1 año 365 días 8.760 horas

*60 *60

8.760 horas 525.600 minutos 31.536.000 segundos

Así que, si la luz recorre 300.000 kilómetros cada segundo, en un año:

31.536.000 * 300.000 = 9.460.800.000.000 km

En respuesta a la pregunta, un año luz, son 9.460.800.000.000 km.

ÍNDICE:

1. EL UNIVERSO.

1.a · ¿Qué es ?

1.b · ¿Cómo es de grande?

1.c · ¿Cuántos años tiene?

1.1: COMPONENTES DEL UNIVERSO.

1.1a: LAS ESTRELLAS.

1.1b: LAS GALAXIAS.

1.1c: LAS CONSTELACIONES.

1.1d: EL SISTEMA SOLAR.

1.2: UNIDADES DE MEDIDA EN EL UNIVERSO.

2. TEORÍAS SOBRE LA FORMACIÓN DEL UNIVERSO.

2.1: TEORÍAS ANTERIORES A LA GEOCÉNTRICA Y HELIOCÉNTRICA.

2.2: TEORÍA GEOCÉNTRICA.

2.3: LA TEORÍA HELIOCÉNTRICA.

2.4: OTRAS TEORÍAS ACTUALES SOBRE EL ORIGEN DEL UNIVERSO.

2.5: EL BIG BANG(gran explosión)