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TEORIAS Y COMPOSICION DEL UNIVERSO

Las teorías que tratan de explicar sobre el origen y evolución del universo pueden ser agrupados en dos clases: las que plantean un Universo evolutivo y las que creen un Universo estacionario.

Pertenecen al primer grupo las teorías cosmológicas relativistas de Einstein y Friedmann.

Según las teorías relativistas el Universo esta en movimiento constante y se ha expandido a partir de un punto infinitesimal original.

La expansión se viene realizando en forma continua y significa el alejamiento mutuo de las galaxias, una velocidad proporcional a la distancias de ellas. A esta expansión o alejamiento mutuo de las galaxias se llama “recesión”

TEORIAS SOBRE EL ORIGEN DEL UNIVERSO

Teoría de la gran explosión o del Big Bang

George Gamow, físico norteamericano, fue el primero en enunciar esta teoría. Según esta teoría, en un tiempo finito pasado, la masa y energía del

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universo estaban concentradas en una esfera muy pequeña, por lo que la densidad y la temperatura eran elevadísimas. A esta esfera lo llamo Ylem.

Hace 18000 millones de años el Ylem estallo, expandiéndose su masa original. A medida que se expandía se hacía menos denso y su temperatura bajo. Sus neutrones se convirtieron en protones y electrones. La energía radiante hizo que las partículas se combinaran y formaran átomos de hidrogeno y de helio, que empezaron a formar estrellas y galaxias. Las estrellas y galaxias, así formadas, siguieron dispersándose a cierta velocidad.

Evidencias.- en general se consideran 3 evidencias empíricas que apoyan la teoría. Estas son:

-La expansión del Universo que se expresa en la ley Hubble y que se puede se puede apreciar en el corrimiento hacia el rojo de las galaxias.

-Las medidas detalladas del fondo cósmico de microondas, y la abundancia de elementos ligeros.

-La función de correlación de la estructura a gran escala del universo encaja con la teoría del Big Bang.

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Teoría del universo oscilante

Es una hipótesis propuesta por Richard Tolman, según el cual esta teoría parte de la concepción curva del espacio. Sostiene que si el espacio fuera curvo, como el globo, seria finito. Basado en esto las ecuaciones relativistas predicen que la expansión del Universo llegara a detenerse en un tiempo finito. “A partir de entonces, el Universo comenzara a contraerse, a creciente velocidad, hasta que llegue a su estado primitivo, de gran densidad y temperatura.

Si el espacio no fuera curvo, el Universo se expandiría eternamente.

Teoría del estado Constante o Estacionario

Fue esgrimida por un grupo de cosmólogos ingleses, encabezados por Freddy Hoyle.

Esta teoría considera que el Universo ha sido siempre igual y así seguirá eternamente, es decir, no ha tenido principio ni tendrá fin. El Universo es el mismo no solo en todas partes, sino en todo tiempo. Para mantener al Universo en tal constancia es preciso que se cree continuamente materia. La nueva materia crea presión, que hace que el Universo se expanda. A medida que unas galaxias se alejen unas de otras se crea una nueva materia entre ellas átomos de hidrogeno que se condensan para formar nuevas galaxias.

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Las galaxias así formadas sustituyen a las que se han desplazado y de esta manera la densidad espacial permanece constante o estacionaria con el tiempo.

COMPOSICION DEL UNIVERSO

El espacio

El universo sea quizá un espacio positivamente curvo, lo cual significa que “puede ser limitado, pero finito; es decir, puede extenderse infinitamente en todas direcciones, sin ser de masa infinita”

La expansión que surge del gran estallido y la concepción de la curvatura del espacio, hace sus dimensiones no precisadas aun, sean muy grandes. Sin embargo, esa expansión será detenida por la gravedad. Cuando se haya consumido las estrellas que gravitan en el, formando las galaxias, se contraerá y tras miles de millones de años, el Universo volverá a ser susperdenso y ostentara elevadísimas temperaturas; la materia se volverá protones y neutrones y habrá otro gran estallido.

Las Galaxias

Son agrupaciones masivas de estrellas, y son las agrupaciones más grandes en las que se organiza el universo.

Las galaxias están distribuidas por todo el universo y presentan características muy diversas. Las más pequeñas abarcan alrededor de 38000 millones de estrellas y las de mayor tamaño pueden llegar a abarcar más de un billón de astros.

Además de estrellas y sus astros asociados las galaxias contienen también “materia interestelar”, constituido por polvo y gas en una proporción que varía entre 1 y 10% de su masa.

Se estima que el Universo puede estar constituido por unos 100000 millones de galaxias, aunque estas cifras varían en función de los diferentes estudios.

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Formas de galaxias

Se han establecido así cuatro tipos de galaxias por su forma y estas son:

a.-Las Galaxias Espirales . Son aquellas que tienen un núcleo formado por un conglomerado de estrellas y material cósmico, desde el cual se abren en brazos espirales de gas y polvo. Parecen remolinos de fuego. Ejemplo: la Vía Láctea o la m-31 en Andrómeda.

b.-Las Espirales de Barras. Son aquellas que tienen dos grandes brazos que se proyectan hacia el exterior, a partir de una concentración de materia en forma de barra.

c.-Las galaxias Elípticas. Son aquellas conglomeraciones de estrellas y menor cantidad de polvo y gas interestelar, que tienen la forma de un eclipsoide o, a veces, una forma esférica. Se parecen a pelotas de gomas luminosas, algunas veces ahusadas como las pelotas de futbol americano.

d.-Las Galaxias Irregulares. Son aquellas que no tienen forma definida.

Las Estrellas

Son astros que tienen luz propia. A simple vista parecen tener un movimiento vibratorio llamado centello. Se encuentran a grandes distancias de la tierra. La más cercana es Alfa, de la constelación de Centauro a 4,3 años-luz.

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El tamaño de las estrellas es variable. Las hay muy grandes, como Antares, cuyo diámetro es 480 veces mayor que el del Sol. Otras son del tamaño del Sol o más pequeñas aun. El numero de estrellas que hay en el universo todavía no ha sido calculado.

Solo en la Vía Láctea, que es una galaxia, hay más de 100 mil millones de estrellas. En el resto del universo se estima que existan más de mil millones de de galaxias.

Desde el punto de vista de su brillantes las estrellas han sido clasificadas en 21 magnitudes. De todas ellas solo las 6 de las primeras son visibles a simple vista. Las estrellas más brillantes, son: Sirio, de la constelación Can Mayor, Canope, de Carina; Arturo, de Boyero; Vega, de Lira; Alfa de Centauro; etc. Hace unos 100 millones de años se habría formado las primeras estrellas por la condensación del hidrogeno. El Sol se formo hace unos 4500 millones de años.

Hay estrellas jóvenes, de color azul, como las que se encuentran en los brazos de las galaxias. Otras estrellas son viejas, que brillan con luz rojiza, como las situadas en el núcleo de las galaxias.

Las estrellas más rojas son las más frías y las azules son las más calientes. El espectroscopio nos permite conocer la temperatura y la composición de las estrellas. Una estrella azul produce un espectro diferente al de una estrella roja.

De acuerdo a su tamaño las estrellas pueden ser enanas, medianas, gigantes y super gigantes.

Las estrellas gigantes están en pleno proceso de expansión y son varios cientos de veces más grandes que el Sol. Estas estrellas han convertido ya el 50% de su hidrogeno en helio, mediante procesos termonucleares. A medida que esta fuente de energía se va agotando, la expansión de la estrella se detiene. Desde entonces empieza a contraerse, hasta convertirse en una

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estrella enana, que se caracteriza por su baja luminosidad, su temperatura superficial relativamente alta y una densidad elevadísima.

Las estrellas enanas blancas estañen proceso de extinción, es decir, se están enfriando para convertirse en enanas negras o pedazos de masas no luminosas. Se ha estimado que el Sol se convertirá en estrella enana dentro de mil millones de años.

Hay estrellas que aumentan súbitamente su luminosidad más de diez millones de veces. A esas estrellas se les llama “supernovas”, que adquieren esas características por la explosión que experimentan.

Las estrellas aparecen en el espacio agrupadas y formando figuras que permiten su identificación. A estas agrupaciones se les conoce como constelaciones.

Los pulsares

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Son objetos que fueron descubiertos en 1967 y que tienen la particularidad de emitir señales de radio con rapidez y regularidad. Es una estrella de neutrones. Los pulsares poseen un intenso campo magnético.

Los Cuásares

Son poderosas fuentes de radiación visible. Su radiación es varios millones de veces más intensa que la del Sol. Fueron descubiertos mediante radio-telescopia. Se trata de los objetos más lejanos del universo y son extremadamente luminosos permitiendo verlos a distancias muy lejanas. Se cree que se formaron en el centro de las galaxias, a unos 4000 millones de años después de la gran explosión. Son muy compactas, que serian la causa de los cambios rápidos en la magnitud de su brillo.

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Los agujeros negros

Es una región del espacio tiempo provocada por una gran concentración de masa en su interior, con enorme aumento de la densidad, lo que genera un campo gravitatorio, tal que ninguna partícula material, ni siquiera los fotones de luz pueden escapar de dicha región.

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Conocimiento del cosmos: su historia y evolución

EL UNIVERSO

Se conoce con el nombre de Universo, al espacio en el que gravitan los astros, organizados en sistemas, conservando una armonía inalterable.

Las dimensiones del Universo no han sido precisadas aun. La cantidad de cuerpos celestes que gravitan en el, tampoco. Su exploración se ha iniciado recientemente a mayor profundidad, aunque circunscrita por el momento a los astros que conforman el Sistema Solar mediante los viajes espaciales. De estos viajes se están recogiendo informaciones que nos ayudan a comprender un pequeño sector del cosmos

DE LA ASTRONOMIA PRIMITIVA A LA ASTRONOMIA CIENTIFICA

Desde los primeros albores el hombre dirigió sus miradas al inmenso espacio que nos rodea, especialmente durante las noches, para contemplar las estrellas. Vio a las estrellas agrupadas en formas de figuras a las que les dio nombres. Venero también las imágenes de algunos astros como el del sol y el de la luna, y observo el movimiento de los astros, precisando los conceptos del día, el mes y las estaciones. De este modo fue formándose la Astronomía primitiva que estuvo al servicio práctico del hombre. En efecto, el agricultor encontró en los movimientos de la luna y del sol las predicciones de las épocas de lluvias y siembras; el navegante, los puntos de referencia en las estrellas.

1.-La astronomía en la antigüedad

La astronomía primitiva empezó a tornarse en ciencia cuando el hombre descubrió que el movimiento de los astros marcaba el tiempo.

La astronomía evoluciono como las demás ciencias, al impulso de las exigencias humanas, en su deseo de saber su posición en el cosmos y explicar

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la serie de fenómenos relacionados con los astros y su incidencia en la vida humana.

En la antigua Mesopotamia se llevaba un grafico del movimiento del sol y de la luna y lo planetas. De este modo llegaron ellos a predecir los eclipses, sin conocer sus causas; llegaron a trazar el plano de la eclíptica del sol en el cielo; calcularon el tiempo entre dos lunas llenas consecutivas, en poco más de29 días y medio; etc.

En la China se llevo un registro minucioso de los eclipses que se sucedieron. Con este motivo construyeron numerosos observatorios.

Los Mayas, llegaron a precisar muchos fenómenos astronómicos. En efecto, predecían, con asombrosa precisión, la sucesión de los eclipses, la duración del año solar así como del mes lunar.

Fue en Grecia, en donde la Astronomía logro un desarrollo extraordinario por el apoyo que recibió de la Geometría. Por ejemplo Tales de Mileto concibió la redondez de la Tierra; Platón llego a sostener que la Tierra era esférica basándose en la forma de la sombra proyectada por este sobre la Luna, durante los eclipses.

Aristarco de Samos sostenía que la Tierra giraba, se trasladaba y no era el centro del Cosmos.

Seleuco observo que las mareas estaban relacionadas con las fases de la Luna.

Eratóstenes emprendió la gran hazaña de calcular la longitud de la circunferencia terrestre, en base a las observaciones del Sol efectuadas en dos puntos distantes en 800km.

Hiparco fue uno de los astrónomos de mayor prestigio. Llego a precisar, de acuerdo a sus observaciones, que la tierra era esférica y estaba fija. El sol, la luna y los demás planetas giraban en le espacio alrededor de su propio

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punto, pero a la vez, cada uno de estos orbitaban alrededor de la Tierra, que se encontraba estacionaria.

Claudio Tolomeo de Alejandría perfecciono el enunciado de Hiparco y lo propago por toda la edad media, en su obra titulada “Almagesto”. Según la teoría de Tolomeo la Tierra era el centro del Universo y los astros giraban a su alrededor. Las orbitas que seguían los astros eran circulares. Esa teoría era llamada “geocéntrica” primo a lo largo de 13 siglos durante toda la edad media.

2.-La astronomía durante la edad media

Las investigaciones astronómicas estuvieron encaminadas a la creación y perfeccionamiento del reloj y a la aceptación del sistema arábigo de numeración, que fue difundido en Europa, por los musulmanes. Correspondió a los árabes la responsabilidad d propagaren Europa los conocimientos astronómicos de los griegos, predecesores de Tolomeo. La teoría de Tolomeo fue aceptada por la religión cristiana y aceptada con verdad incontrastable.

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3.-La astronomía en los tiempos modernos

Al inicio de los tiempos Modernos se produjo una revolución en los conocimientos astronómicos. La teoría de Tolomeo cedió a otra nueva concebida por el astrónomo polaco Nicolás Copérnico. La teoría de Copérnico consideraba al Sol como el centro del Sistema planetario solar. En consecuencia, la Tierra giraba alrededor del Sol. Esta teoría llamada también “heliocéntrica” no fue bien recibida por el mundo eclesiástico.

Tico Brache, el mejor astrónomo de la época, acumulo información que sirvió que sirvió para con firmar la teoría copernicana.

En 1609 Galileo Galilei, astrónomo italiano, (1564-1642), enfoco al cielo por primera vez con su telescopio y confirmo la precisión del sistema copernicano. Descubrió luego cuatro estrellas de Júpiter y observo las las fases de Venus. Se convirtió, en consecuencia, en un seguidor de Copérnico. La Inquisición le obligo a retractarse, le ordeno a no salir jamás de su casa y le prohibió mencionar el asunto.

Correspondió a Juan Kepler (1571-1630), los avances más sobresalientes en el campo de la astronomía. Descubrió tres leyes sobre el movimiento de los planetas.

La primera ley sostiene que, “un planeta no sigue exactamente una órbita circular, sino ligeramente elíptica, con el Sol en un foco de la elipse.

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La segunda ley afirma que, “los cuadrados de los tiempos que tardan los planetas en recorrer su órbita, son proporcionales al cubo de su distancia media del Sol”

Las leyes de Kepler, junto con las observaciones de Galileo, sentaron las bases para el establecimiento de la ley general de gravitación de Isaac Newton.

Según esta “las fuerzas que mantienen a los planetas en sus orbitas deben ser reciprocas a os cuadrados de sus distancias a los centros, respecto a los que giran”.

Explico después que eran dos las fuerzas que actuaban sobre los planetas: la primera, manifestación de la inercia, que hace que los planetas se alejen hacia los espacios; y la segunda la gravedad, que mantiene a los planetas en sus orbitas, a una distancia del Sol. En consecuencia, la fuerza inercial de escape se contrarrestaba con la atracción gravitacional del propio Sol.

Además Newton observo que no solo el Sol sino todo objeto ejerce atracción y que esta concuerda con la cantidad de materia que contiene su masa. También observo que los objetos que caen al suelo es la fuerza de gravedad de la masa terrestre. De este modo, calculo también la influencia de la tierra sobre la luna y explico por qué esta se mueve tan de prisa y a la distancia en que lo hace, y como eleva la masa del agua, produciendo las mareas en los océanos.

Las observaciones de Newton permitieron determinar la masa de los planetas, la forma de la Tierra con su aplastamiento polar y su ensanchamiento ecuatorial.

Con posterioridad se reconoció que los astros giraban sobre sí mismos y se desplazan atraves del espacio, obedeciendo a las leyes newtonianas del movimiento. La existencia del planeta Neptuno fueron descubiertas basándose en los principios de newton, antes de ser observados.

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Como consecuencia de todas las investigaciones astronómicas se comprobó que el Sol y el conjunto de planetas y astros que forman el sistema solar, viajan en perfecta armonía en el espacio, hacia la constelación del Cisne. Así mismo, se comprobó que el centro de la órbita solar es el centro de un conglomerado de millones de estrellas que conforman la Vía Láctea y que muchas galaxias como esta, ocupan la inmensidad del Universo.

4.-La astronomía contemporánea

La astronomía ha evolucionado a extraordinaria velocidad en la época contemporánea. Los científicos Miguel Faraday (1791-1867) y Jacobo Maxwell (1831-1879), descubrieron que la luz visible forma solo una pequeña parte del espectro total. En efecto hay ondas ultravioletas invisibles, rayos x, rayos gamma y rayos de longitud más corta.

Con estos descubrimientos la astronomía contribuyo al desarrollo de la Astrofisica, inventándose como primer paso el espectroscopio. Mediante este instrumento se descompone la luz de las estrellas en un arco iris, cuyas líneas espectrales revelan la existencia de átomos vibrantes a miles de millones de kilómetros. En las líneas del espectro hay mucha información. Atraves de ella se tiene conocimiento de la velocidad de una estrella, que se acerca o se aleja del sistema planetario solar; la rapidez de su rotación; la temperatura de su superficie; la intensidad de su campo magnético y hasta la cantidad de gas que flota en el espacio existente entre la estrella y la Tierra.

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A los avances anteriores se agregaron después las placas fotográficas. Se empezó a fotografiar a las estrellas sustituyendo así al ojo humano como medio principal de observación del mundo sideral. De este modo, se empezó a fotografiar el pase de un cometa la sucesión de los eclipses, etc.

Posteriormente, la Astronomía se beneficio con la invención del telescopio Shmidt, en el que se combinan espejos esféricos y lentes correctores, que obran como gigantescas cámaras fotográficas de gran angular y los famosos programas computarizados que fijan los telescopios en ciertas estrellas.

El examen de los astros y del mundo estelar, en general, en las radiaciones de otras longitudes de ondas que están fuera de la angosta banda del espectro de la luz visible. El primer explorador de este campo fue Carlos Jansky, quien como técnico de los laboratorios Bell descubrió un ruido misterioso que interferían las comunicaciones telefónicas.

El “cuchicheo” del espacio sideral que le preocupo Jansky, resulto ser el ruido de radio que emana de la parte central de la Vía Láctea. Grote Reber continúo con las investigaciones de Jansky. Confirmo efectivamente la masa central de la Vía Láctea era una radioemisora de señales y encontró “puntos vibrantes” en el cielo.

Fue el científico Oort, de Holanda, quien procedió a instalar una cadena de antenas pro todo el mundo para escuchar a esos misteriosos ruidos. En esta forma se comprobó el descubrimiento de un nuevo campo de estudio: la Radioastronomía, que tiene en los radiotelescopios su principal instrumento de observación, actualmente son antenas gigantes que recogen señales débiles de radio procedentes del espacio.

Con el avance de la astronáutica, especialmente con el lanzamiento de los transbordadores espaciales, se irán montando observatorios que nos permitirá un conocimiento del Universo.

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