TEMA 2: NUESTRO LUGAR EN EL UNIVERSO

1. ¿DE QUÉ ESTÁ HECHO EL UNIVERSO?

2. ¿CÓMO ESTÁ ORGANIZADO EL UNIVERSO?

3. EL UNIVERSO EN MOVIMIENTO

4. DEL BIG BANG AL BIG RIP

5. EL ORIGEN DE LOS ELEMENTOS

6. EL ORIGEN DEL SISTEMA SOLAR

7. UN VIAJE CIENTÍFICO POR EL SISTEMA SOLAR

8. EXOPLANETAS: LA GRAN SORPRESA

9. OBSERVAR EL CIELO

IES Alcántara Dpto. Física y Química

1. ¿DE QUÉ ESTÁ HECHO EL UNIVERSO? El Universo es un inmenso vacío en el que hay millones de cuerpos visibles (galaxias, estrellas,

planetas, nebulosas, etc…) y una cantidad desconocida de materia oscura.

º MATERIA TOTAL 10% VISIBLE 90% OSCURA Galaxias, estrellas, planetas 75% H2 20% He 5% otros

La materia oscura no es observable sino a través de sus efectos, es decir, de la atracción

gravitatoria que ejerce sobre la materia visible.

2. ¿CÓMO ESTÁ ORGANIZADO EL UNIVERSO? A pesar de que existe constancia de la existencia de que la materia oscura constituye la mayor

parte el Universo, como hemos visto, el estudio del mismo se ha limitado a la materia visible.

MATERIA VISIBLE

GALAXIAS

ESTRELLAS NEBULOSAS PLANETAS

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2.1. LAS GALAXIAS Son sistemas masivos de estrellas, nubes de gas, planetas, polvo, materia oscura y energía oscura

unidos gravitacionalmente.

Las galaxias se clasifican según

su configuración en:

* Elípticas: Perfil luminoso

de una elipse.

* Espiral: Forma circular con

brazos curvos envueltos en

polvo.

* Irregular: Por perturbación

de otras galaxias.

2.2. LAS ESTRELLAS Son cúmulos de materia en estado de plasma, en un proceso de equilibrio hidrostático que genera

energía en su interior. Dicha energía se emite al espacio en forma de radiación electromagnética.

Se forman en las regiones más densas de las nubes moleculares como consecuencia de las

inestabilidades gravitatorias causadas, principalmente, por supernovas o colisiones galácticas.

ESTRELLAS

AGRUPACIÓN DISTRIBUCIÓN Galaxias no uniformes LIGADAS AISLADAS

- con lazos gravitatorios estables.

- Viajan solitarias, separándose de la agrupación inicial.

- Obedecen al campo gravitatorio global de la galaxia (Ej. Sol)

-unidas gravitacionalmente entre sí, formando sistemas binarios, ternarios…

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2.3. LOS PLANETAS Son cuerpos celestes que orbitan alrededor del Sol. Tienen suficiente masa como para que su

gravedad supere las fuerzas del sólido rígido, sin objetos sólidos en sus órbitas.

Los principales planetas de nuestro sistema estelar se clasifican según diversos criterios:

CLASIFICACIÓN DE LOS PLANETAS según cercanía al estructura movimiento celeste Sol principales terrestres jovianos superiores inferiores o telúricos secundarios enanos

2.3.1. SEGÚN SU CERCANÍA AL SOL 2.3.1.1. Denominamos planetas PRINCIPALES a aquellos más cercanos al Sol:

-MERCURIO: Planeta rocoso sin satélites. Es el más pequeño y cercano al Sol.

-VENUS: Es el planeta más similar a la Tierra en cuanto a tamaño, masa y composición.

Se puede observar desde la Tierra antes del ocaso.

-TIERRA: El único planeta en el que sabemos que existe vida. Se encuentra a una

temperatura superficial media de 15º C.

-MARTE: Planeta rocoso, rojo (debido a su gran concentración de óxidos de hierro) y con

una atmósfera similar a la solar.

-JÚPITER: Planeta gaseoso, sin una superficie interior definida.

2.3.1.2. Denominamos planetas SECUNDARIOS a aquellos más alejados del Sol:

-SATURNO: Planeta gaseoso. Único planeta con un sistema de anillos visible desde la

Tierra.

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-URANO: Es el planeta de superficie más uniforme. Presenta color azul-verdoso debido a

los gases que componen su atmósfera (metano, hidrógeno, helio…). Sus anillos no se ven a simple

vista.

-NEPTUNO: El gigante gaseoso que fue descubierto matemáticamente.

2.3.1.3. Denominamos planetas ENANOS a aquellos que no han limpiado la vecindad de su

órbita:

-CERES: El más grande dentro de esta categoría.

-ERIS: Es un plutoide (más grande que Plutón).

-PLUTÓN: Forma un sistema planetario con Caronte.

2.3.2. SEGÚN SU ESTRUCTURA

2.3.2.1. Denominamos planetas TERRESTRES / TELÚRICOS a aquellos planetas que se

caracterizan por ser pequeños, rocosos, sólidos y con alta densidad. Son terrestres Mercurio,

Venus, Tierra y Marte.

2.3.2.2. Denominamos planetas JOVIANOS a aquellos planetas que se caracterizan por ser

grandes, gaseosos y con baja densidad. Son jovianos Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno.

2.3.3. SEGÚN SU MOVIMIENTO CELESTE

2.3.3.1. Denominamos planetas SUPERIORES a aquellos planetas que se oponen al Sol en su

movimiento. Son superiores Tierra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno.

2.3.3.2. Denominamos planetas INFERIORES a aquellos planetas que no se oponen al Sol en su

movimiento. Son inferiores Mercurio y Venus.

2.4. EL SISTEMA SOLAR

Es el sistema planetario al que pertenece la Tierra.

Está formado por 9 planetas que giran alrededor de

una estrella: El Sol. Se encuentra situado en un

brazo de la galaxia Vía Láctea (el brazo de Orión), a

27000 años luz.

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SISTEMA SOLAR

SOL PLANETAS -estrella central PRINCIPALES -Mercurio, Venus, Tierra, SECUNDARIOS Marte, Júpiter -Saturno, Urano Neptuno ENANOS -Ceres, Plutón, Eris

3. EL UNIVERSO EN MOVIMIENTO Los astros que forman el Universo están en continuo movimiento. La fuerza que rige ese

movimiento es la gravedad, y se puede demostrar mediante:

- LA LEY DE LA GRAVITACIÓN UNIVERSAL (Newton): Defiende que la atracción entre

dos cuerpos en el Universo es proporcional al producto de sus masas e inversamente

proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.

- LA TEORÍA DE LA RELATIVIDAD (Einstein): Masas grandes actúan deformando el

espacio a su alrededor (efecto red).

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Además de los astros, en el Universo existen AGUJEROS NEGROS, que son concentraciones

de materia de altísima densidad, cuyo campo gravitatorio es tan grande que ni la luz escapa de

él. Tienen un punto de NO- RETORNO de 7,7 millones de Kilómetros: A menor distancia, todo

es absorbido por el agujero.

Son detectables mediante los rayos X que emite la materia al precipitarse a gran velocidad

sobre ellos. Se considera que en el centro de la Vía Láctea existe un agujero negro llamado

SAGITARIO A, cuya masa es 3 millones de veces la masa del Sol.

4. DEL BIG BANG AL BIG RIP La idea del Big Bang surge al observarse que las galaxias se separan unas de otras (efecto

Doppler).

Pero, ¿en qué consiste el efecto Doppler? Es la distorsión que sufren las ondas emitidas por un cuerpo cuando este se encuentra en

movimiento. Así, cuando el emisor de ondas se acerca al receptor, las ondas se comprimen

(menor longitud de la onda). Ej. cuando el coche de la figura (emisor) se acerca al sujeto 2

(receptor) la onda sonora se comprime.

Sin embargo, cuando el coche

(emisor) se aleja del sujeto 1

(receptor), la onda sonora se

expande pues su longitud de onda

aumenta.

La luz emitida por los cuerpos celestes

también es una onda, cuya longitud está

relacionada con el color observado mediante

la relación de la figura.

La luz de las galaxias tiende al rojo, por tanto

a altas longitudes de onda: Esto significa que

la onda está en expansión o lo que es lo

mismo, que EL UNIVERSO SE EXPANDE.

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El efecto Doppler se confirma cuando Penzias y Wilson descubren la radiación cósmica de fondo,

que llega a todos los puntos del Universo: Es el ECO DEL BIG BANG.

La historia del Universo se divide en diversas etapas:

1. Etapa de INFLACIÓN o fluctuación cuántica.

2. Etapa oscura, de FORMACIÓN DE LA MATERIA (primeros quarks).

3. Etapa de ENCENDIDO DEL UNIVERSO (formación de las primeras estrellas).

4. Etapa de FORMACIÓN DE GALAXIAS.

5. Etapa de EXPANSIÓN ACELERADA del Universo.

5. EL ORIGEN DE LOS ELEMENTOS

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Las estrellas son “fábricas” de elementos químicos, entre los que el

hidrógeno es el más abundante. A partir de éste han surgido el

resto de los elementos conocidos.

Por ejemplo, la fusión de dos átomos de hidrógeno genera un

átomo de helio.

Esto se debe a que en el interior de una estrella la temperatura es

tan alta que los núcleos, que se mueven a velocidades cercanas a

los 1000 km / s, colisionan entre sí.

Al colisionar se fusionan produciendo los elementos químicos. El hierro es el último elemento

estable que se forma en una estrella. Tras su formación el “horno” se para, no hay energía saliente,

la gravedad actúa y trillones de toneladas de materia estelar caen hacia el núcleo de la misma a

altas presiones y temperaturas. Esto provoca una fusión nuclear de una enorme magnitud y la

liberación de una gran energía, que genera una SUPERNOVA capaz de lanzar al espacio casi toda

la masa de la estrella.

¿Cuál es el futuro del Universo? Existen tres teorías que postulan diferentes evoluciones del Universo:

FUTURO DEL UNIVERSO

ABIERTO ABIERTO-PLANO CERRADO dens = dens crítica

La energía oscura supera a la gravedad. El Universo vuela en pedazos (BIG RIP).

dens > dens crítica La gravedad frena la expansión y en un momento dado el proceso se invierte hasta producirse un COLAPSO (BIG CRUNCH)

dens < dens crítica Se expande indefinidamente a ritmo lento, frenado por la gravedad. Muerte lenta y fría en la oscuridad (BIG CHILL)

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BIG RIP

BIG CHILL

BIG CRUNCH

6. EL ORIGEN DEL SISTEMA SOLAR

Hace algo más de 4500 millones de años, en una galaxia espiral una nube de polvo y gas comenzó

a contraerse hasta colapsarse y formar un disco, afectada por la explosión de una supernova. El

disco estaba más caliente en el centro porque presentaba más partículas en continua colisión con

otras. Los elementos más ligeros se encontraban en la parte más externa y fría del disco.

En cada zona del disco comenzó a formarse un planeta como consecuencia del aumento de la

densidad del disco, atrayendo la materia cercana (en primer lugar al exterior del mismo). En las

zonas internas se formaron cuerpos de menor tamaño que chocaron entre sí formando planetas

como la Tierra durante 10 millones de años. La materia sobrante formó 166 satélites (excepción:

La Luna).

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7. UN VIAJE CIENTÍFICO POR EL SISTEMA SOLAR. Actividad 1.1: En grupos de 4, elaboraremos una presentación en Power Point acerca de uno

de los planetas del Sistema Solar. Especificaciones: 5 Diapositivas que deben incluir una

introducción, clasificación del planeta según los criterios estudiados, características del

planeta, descubrimientos o noticias relevantes y conclusión.

8. EXOPLANETAS Son planetas en órbitas alrededor de una estrella distinta al Sol. Se descubrieron en 1995. En

2007 se conocían 271 exoplanetas, la mayoría más grandes que la Tierra. En 2009, la cifra

aumentó a 382. También existen planetas libres, que no orbitan en torno a estrellas.

Pero, ¿qué condiciones son necesarias para la vida en los planetas?

1. Distancia planeta-estrella lo

suficientemente grande como

para que exista una temperatura

adecuada.

2. Gravedad planetaria suficiente

para retener la atmósfera.

3. Núcleo metálico fundido para

proteger frente a los rayos γ.

4. Satélite grande para evitar la

inclinación del eje de rotación

planetario, y por tanto la

variación climática extrema.

5. Tiempo medio de vida estelar para que se desarrolle vida.

6. Existencia de planetas gigantes cercanos, para desviar asteroides.

7. Situación en la Vía Láctea, lejos del centro galáctico (explosión).

9. OBSERVAR EL CIELO Las estrellas, los planetas o la Luna se mueven de este a oeste debido a la rotación terrestre.

Sin embargo, la visibilidad de éstos depende de dos factores:

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La representación de la esfera celeste sobre un plano se denomina PLANISFERIO. Se emplea

para localizar estrellas o constelaciones, y para orientarse. El astrolabio utilizado por los antiguos

griegos es un predecesor del moderno planisferio.

-La LATITUD o distancia que hay desde un punto

cualquiera de la superficie terrestre al ecuador.

Determina la inclinación de los arcos.

-La EPOCA DEL AÑO, que hace visibles ciertas

constelaciones (ej. La constelación de Orión sólo es

visible en invierno. Se sitúa en medio del ecuador

celeste, por lo que es visible desde todos los puntos

de la Tierra.)

Astrolabio Planisferio Ahora sólo nos queda disfrutar de las vistas…