Tema 1. Nuestro lugar en el universo 2011
- 1. NUESTRO LUGAR EN EL UNIVERSO
- 2. SISTEMA GEOCÉNTRICOHoy en día, la mayor parte de las personas saben que el planeta Tierra no es plano y que no es el centro de todo lo que existe (modelo geocéntrico)Sin embargo, durante mucho tiempo es lo que se pensó al resultar más intuitivoPtolomeo (100-170) llegó a desarrollar todo un sistema matemático para predecir los movimientos de los planetas y del Sol
- 4. SISTEMA HELIOCÉNTRICOHubo que esperar hasta el s. XV para que Copérnico (1473-1543) desarrollara el modelo heliocéntrico y negara la aparente evidencia de que el Sol sale por el E y se pone por el OOtros defensores del heliocentrismo fueron Kepler y Galileo, y por ello fueron perseguidos por la Inquisición
- 6. La Ciencia nos ha puesto en nuestro lugar ya que:El Sistema Solar se encuentra en un brazo de la Vía Láctea, entre los cien mil millones de estrellasEl planeta Tierra no es más que el tercero de un sistema de planetas que giran alrededor del Sol (Sistema Solar)El Sol no es más que una estrella corriente entre los miles de millones que forman nuestra galaxia (Vía Láctea)El Sistema Solar ocupa una posición alejada del centro de la Vía Láctea, en uno de sus brazos espiralesLa Vía Láctea no es más que una entre las cientos de miles de millones de galaxias existentesTodo esto, en realidad, solo es una pequeña parte de lo que existe
- 7. La Ciencia nos ha puesto en nuestro lugar ya que:La edad de la tierra es de 4500 millones a. y la especie humana solamente lleva unos 100.000 años.La evolución demostró que las especies cambian a lo largo del tiempo, que todas están emparentadas, incluida la nuestra.
- 8. Nueva estructura del Sistema SolarNueva definición de planeta:Su masa debe ser suficiente para ser casi esféricaDebe haber despejado su órbita; es decir domina su zona orbitalPlutón por tanto, deja de ser planeta
- 10. El Sistema SolarEl Sistema Solar está constituido por:Una estrella (el Sol)Ocho planetas (con sus satélites)Planetas enanosCuerpos pequeños (asteroides y cometas)Todos giran a su alrededor atraídos por su potente fuerza de la gravedad
- 11. El Sistema Solar (planetas)Los planetas son:Astros que orbitan alrededor del SolSon los únicos cuerpos en sus órbitas porque han barrido sus alrededoresTienen la suficiente masa para que su propia fuerza de la gravedad les confiera forma esféricaMuchos de ellos tienen satélites o lunasSe pueden dividir en dos grupos:Planetas interiores o rocososPlanetas exteriores o gaseosos
- 12. El Sistema Solar (planetas)Planetas interiores o rocososEstán cerca del SolSon rocosos y densos (formados por elementos pesados (Fe, Si, Mg, O,…)Durante millones de años, los numerosos impactos contra asteroides produjeron tanto calor que los planetas permanecieron fundidos (en estado líquido)En este estado se produjo una diferenciación geológica en distintas capas (atmósfera, corteza, manto y núcleo)Son Mercurio, Venus, Tierra y Marte
- 13. El Sistema Solar (planetas)Planetas exteriores o gaseososEstán más lejos del SolSon gaseosos y gigantesRealmente son grandes esferas de gases (H y He) con núcleos de H líquido y rocasSon Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno
- 14. El Sistema Solar (planetas enanos)Los planetas enanos son:Astros que orbitan alrededor del SolNo son los únicos cuerpos en sus órbitas porque no han barrido totalmente sus alrededoresTienen una masa suficiente para que su propia fuerza de la gravedad les confiera forma casi esféricaPueden tener satélites o lunasSon Plutón (que tiene un satélite llamado Caronte), Eris (más allá de la órbita de Plutón) y Ceres (localizado en el cinturón de asteroides)
- 15. El Sistema Solar (cuerpos pequeños)Los cuerpos pequeños son:Astros que orbitan alrededor del SolNo son los únicos cuerpos en sus órbitas Tienen una masa insuficiente para que su propia fuerza de la gravedad les confiera forma esférica; son pues irregularesLos cuerpos pequeños aparecen en tres lugares principales:Cinturón de asteroidesCinturón de KuiperNube de Oort
- 16. El Sistema Solar (cuerpos pequeños)Cinturón de asteroides:Está situado entre las órbitas de Marte y JúpiterLos asteroides pueden ser antiguos planetesimales que no pudieron dar lugar a un planeta por acreción por la distorsión gravitatoria ejercida por Júpiter
- 17. El Sistema Solar (cuerpos pequeños)Cinturón de Kuiper:Está situado entre las órbitas de Neptuno y PlutónNube de Oort:Está situada más allá de PlutónEstá formada por polvo cósmico, fragmentos de roca y hielo y moléculas orgánicas (restos de la nebulosa primigenia)
- 18. El Sistema Solar (cuerpos pequeños)Los cometas son fragmentos de hielo y rocas (junto con moléculas orgánicas) procedentes de la nube de Oort que se dirigen al interior del Sistema SolarDescriben órbitas muy elípticas e inclinadas alrededor del SolCuando se acercan al Sol, se calientan y es entonces cuando se distinguen dos elementos:Núcleo de roca y hieloCola de hielo vaporizado y pequeños fragmentos rocosos que refleja la luz del Sol
- 19. Antiguo y nuevo sistema solar
- 20. Formación del Sistema SolarEl modelo teórico que explica la formación del Sistema Solar es el de la teoría de la acreción.Acreción significa crecimiento por adición. Se basa en la condensación de la materia y la fuerza de la gravedad.Según la teoría, hace unos 5000 millones de años se produjo la explosión de una supernova en el extremo de uno de los brazos de la Vía Láctea.La onda expansiva de la supernova pudo provocar el colapso y condensación de una nebulosa que, además, fue contaminada con el polvo cósmico de la supernova.
- 21. Formación del Sistema SolarEsta nebulosa comenzó a girar convirtiéndose en un inmenso disco.El centro del disco se contrajo y comenzó a condensarse H y He hasta formarse una protoestrella.Cuando en la protoestrella se alcanzó la temperatura adecuada empezaron a tener lugar las reacciones de fusión del H y, en este instante, el Sol se encendió.El Sol comenzó a emitir una gran cantidad de energía radiante que expulsó a los elementos más ligeros (H, He, y, en menor medida, C y O) hacia el exterior del disco.En la parte más cercana al Sol se concentraron elementos más pesados (C, O, Ne, Mg, Si, Fe)
- 22. Formación del Sistema SolarEl sistema solar se formó a partir de una nebulosa por condensación gravitatoria.ProtosolDisco
- 23. Formación del Sistema SolarLos vientos solares (energía radiante) empujan a los elementos más ligeros
- 24. Formación del Sistema SolarSe forma un anillo de H, He, H2OLos elementos pesados permanecen en el interior (C, O, Ne, Mg, Si, Fe)
- 25. Formación del Sistema SolarEn la parte del disco más cercana al Sol se formaron remolinos que irían atrapando al polvo cósmico desarrollándose 2 tipos de procesos:Coagulación: las partículas de polvo se fueron pegando unas a otras hasta formar partículas mayores llamadas planetesimales.Acreción: La fuerza de la gravedad actuó sobre los planetesimales y provocó el impacto de unos contra otros. Estos choques irían uniendo estos planetesimales formando estructuras cada vez mayores que irían ejerciendo mayor gravedad.Fueron apareciendo protoplanetas que irían barriendo los fragmentos más pequeños que encontraban en su órbita (meteoritos).Los protoplanetas irían creciendo y terminarían por dominar en su órbita constituyendo los planetas.
- 26. Formación del Sistema SolarSe forman planetesimales por coagulación
- 27. Formación del Sistema SolarLas colisiones de los planetesimales determinan la formación de los protoplanetas (acreción)
- 28. Formación del Sistema SolarEn la parte más externa del disco se produciría la condensación del H y He expulsados por la radiación del Sol.Esta condensación daría lugar a la formación de los planetas gaseosos externos del Sistema Solar.A su alrededor se formarían sistemas de satélites con los elementos más pesados.
- 29. FORMACION DE LA LUNALUNA:VARIAS HIPÓTESISLA LUNA SE HABRIA FORMADO A LA VEZ QUE LA TIERRALA LUNA Y LA TIERRA SE HABIAN FORMADO A LA VEZ, PERO AL PRINCIPIO ESTABA MÁS ALEJADA Y SE VIO ATRAIDA POR LA GRAVEDAD DE LA TIERRA.COLISION DE UN PLANETA CON LA TIERRA. LA ACRECIÓN DE LA NUBE DE RESIDUOS CREÓ LA LUNA.
- 30. La estructura del UniversoEl Universo tiene aspecto esponjoso constituido por una serie de filamentos de materia oscura.Sobre estos filamentos aparecen las galaxias pero no distribuidas de manera uniforme.Las galaxias aparecen en grupos denominados cúmulos de galaxias.Los cúmulos de galaxias se agrupan a su vez en supercúmulos.La galaxia en la que nos encontramos forma un grupo junto con otras: Andrómeda, Nube de Magallanes Grande, Nube de Magallanes Pequeña, Dragón, el Sistema de la Osa Menor y otras más.Este cúmulo se llama el Grupo Local.
- 31. La estructura del Universo
- 32. La estructura del UniversoLas galaxias son enormes acumulaciones de polvo cósmico, nebulosas y cientos de miles de millones de estrellas.En las galaxias, el espacio entre las estrellas no está vacío ya que contiene el medio interestelar.Este medio interestelar está formado por una mezcla de gases (H y He) y polvo cósmico que contiene sustancias orgánicas sintetizadas por determinadas reacciones.La galaxia a la que pertenecemos se llama Vía Láctea.
- 33. La estructura del UniversoLa Vía Láctea es una galaxia espiral en la que se distinguen las siguientes partes:Bulbo o núcleo: formado por un agujero negro y varios millones de viejas estrellasDisco: formado por polvo cósmico, nebulosas y estrellas jóvenes distribuidas en 5 brazos.Halo: formado por viejas estrellas agrupadas en cúmulos y estrellas aisladas
- 34. La estructura del UniversoEn el brazo de Orión de la Vía Láctea se encuentra el Sol junto con un sistema de planetas que giran a su alrededor.Estos constituyen el Sistema Solar.El tercer planeta del Sistema Solar es la Tierra.En la Tierra, gracias a un proceso evolutivo aparecimos nosotros con la conciencia suficiente como para plantearnos preguntas acerca de nuestra existencia.
- 35. La estructura del Universo
- 36. COMPOSICION DEL COSMOS Elementos pesados0.03%Neutrinos 0.3%Estrellas 0,5%Hidrogenoy helio 4%Materia oscura 25%Energía oscura 70%
- 37. Evolución de las estrellas
- 38. Big BangHace aproximadamente 13.700 millones de años toda la materia del Universo estaba condensada en una esfera relativamente pequeña (Huevo Cósmico).Se produjo una gran explosión (Big-Bang) y como consecuencia de ésta se formó el actual Universo
- 39. Big BangLa teoría del Big-Bang se enunció para explicar una observación: Los espectros de las Galaxias más lejanas estaban desplazadas, presentaban un corrimiento hacia el rojo.
- 40. Big BangEl fenómeno del desplazamiento hacia el rojo de la luz procedente de casi todas las galaxias implica que todas se están separando unas de otras a gran velocidadEl Universo se expandeCada minuto que pasa se hace más grandeHace una hora el Universo era más pequeño y hace un mes era mucho más pequeñoSi llevamos el razonamiento al límite, extrapolando hacia atrás, hace miles de millones de años debió existir un momento en que todo el Universo estaba contenido en un único puntoEse sería el origen del UniversoEl modelo del Big Bang induce que según el actual ritmo de expansión el t = 0 tuvo que ser hace 13700 millones de años
- 41. Big BangEn el instante t = 0 toda la materia del Universo, todas las fuerzas que actúan sobre ella, la energía, el espacio y el tiempo se encontraban bajo la forma de una singularidadUna singularidad es un punto infinitamente denso y caliente, de radio nulo que se encuentra en unas condiciones que la física actual no puede describirEsta singularidad es tan inestable que produjo una gran explosión a partir de la cual surgió el espacio y el tiempoAsí el Universo empezó a expandirse empujado por la energía oscura y enfriándose cada vez másDurante el primer segundo de existencia del Universo sucedieron tantas cosas que los físicos han tenido que dividirlo en eras
- 42. Big BangDurante el primer segundoEra de PlanckEra de la gran unificaciónEra de la inflaciónEra de los quarksEra hadrónicaEra leptónicaEntre 1 segundo y 300000 añosEra de la nucleosíntesisEntre 300000 años y 1 millón de añosEra de los átomos y de la radiaciónEntre 1 millón de años y el presenteEra de las galaxias
- 43. Big BangEra de PlanckLa temperatura y la densidad eran tan altas que las 4 fuerzas que rigen el comportamiento de la materia estaban unidas en una única superfuerzaToda la materia se encontraba en forma de energíaEra de la gran unificaciónSe separó la fuerza de la gravedad de las otras 3 restantes que permanecieron unidas bajo la forma de la gran fuerza unificadaEra de la inflaciónLa temperatura sería de 1012 ºC, pero lo suficientemente baja como para que se separara la fuerza nuclear fuerte de las otras 2 (fuerza nuclear débil y electromagnética)Esta separación desprendió una gran cantidad de energía que provocó un brusco aumento de tamaño del Universo
- 44. Big BangSegún la teoría de la inflación el crecimiento desmesurado e instantáneo del Universo fue la causa de que algunas regiones crecieran más rápidamente que otrasSe produjeron así irregularidades debidas a diferencias de temperatura y densidad entre unas zonas y otrasEstas irregularidades se llaman anisotropías y pudieron ser el germen de las galaxiasEstas anisotropías fueron detectadas por la sonda WMAP
- 45. Big BangEra de los quarksSe produjo la separación de la fuerza nuclear débil y la electromagnéticaEsta separación liberó grandes cantidades de energía en forma de radiación fotónicaAhora bien, según la ecuación de EinsteinE = mc2E: energíaM: masaC: velocidad de la luz… la materia y la energía son intercambiablesAsí, a partir de los fotones se producía la materialización de pares de partículas quark-antiquarkEl choque de los quarks y los antiquarks volvía a producir fotones (energía)
- 46. Big BangEra hadrónicaEn esta era la temperatura del Universo ha descendido lo suficiente como para que la fuerza nuclear fuerte actuara sobre los quarksLa unión de 3 quarks producía protones y neutrones (llamados en general hadrones)Era leptónicaAhora la temperatura es tan “baja” que la radiación fotónica no puede materializarse en pares quark-antiquark pero si pueden aparecer otras partículas de menor masa: leptones-antileptones; estos son los electrones entre otras.Sin embargo, la temperatura siguió descendiendo y llegó un momento en que los fotones ya no podían convertirse en materiaDe aquí que sobrara una importante cantidad de energía fotónica sin convertir
- 47. Big BangEra de la nucleosíntesisCuando el Universo tenía 1 segundo de edad, la temperatura alcanzó un valor suficientemente bajo como para permitir la unión entre protones y neutronesSe fueron formado así núcleos de hidrógeno (H), helio (He) y algo de litio (Li)Era de los átomos y la radiaciónEntre 1 segundo y 300000 años toda la materia del Universo se encontraba en forma de plasmaEl plasma es un estado físico en el que encontramos núcleos de átomos separados de los electrones y rodeado todo de fotonesDespués de los 300000 años la temperatura llegó a2700º C de forma que la fuerza electromagnética pudo actuar uniendo los electrones a los núcleos formándose los primeros átomos
- 48. Big BangEra de las galaxiasComenzó cuando el Universo tenía 1 millón de años y se extiende hasta ahoraLos átomos de H, He y Li formaron una inmensa nebulosa primordialLa fuerza de la gravedad actuaría sobre las anisotropías de densidad y temperatura producidas durante la era de la inflación de forma que la nebulosa primordial se desgajó en filamentos y grumosSobre estos últimos se formaron las galaxias, organizadas en cúmulos, supercúmuos y filamentos.
- 49. PROFESOR: LUIS RIESTRA/ IES JOVELLANOS.GIJÓNAhora(13.700 millones de años)Formación de lasestrellas(1 millónaños)Formación de atomos(380000 años)Formación de los núcleos (180 segundos)Formación de los nucleones (10-10 segundos)Diferenciación de quarks (10-34 segundos?)??? (¿Antes de eso?)
- 50. El futuro del UniversoTres son los posibles escenarios del futuro del Universo:Big Chill (el gran enfriamiento)Big Crunch (la gran contracción)Big Rip (el gran desgarramiento)
- 51. Big ChillSi la materia-energía del Universo es insuficiente no se alcanzará una densidad crítica para que la fuerza de la gravedad frene la expansiónEl Universo se expandiría eternamente, enfriándose cada vez más hasta que todo su contenido se apagara
- 52. Big CrunchSi la materia-energía del Universo es suficiente para superar una densidad crítica, la fuerza de la gravedad frenaría la expansiónEl Universo se expandiría hasta un punto en el que se produciría el proceso inverso, una gran contracción.La gran contracción recorrería el camino inverso, la materia se iría juntando de nuevo y se llegaría de nuevo a concentrar en un único punto.Aquí una posibilidad sería un Universo pulsante sometido a infinitos ciclos de expansión-contracción.
- 53. Big RipEs la situación de un Universo próximo a la densidad crítica pero en el que la energía oscura superara con creces a la fuerza de la gravedadEsto provocaría una expansión muy acelerada que en un instante determinado provocaría una voladura en pedazos (desgarramiento)
- 54. El futuro del UniversoA. Big Crunch (Gran contracción)B. Big Chill (Gran enfriamiento)C. Big Rip (Gran desgarramiento)
- 55. Condiciones para la vida en los planetasPara que haya vida, tal y como la conocemos en La Tierra, se requiere: ENERGÍA, CARBONO, AGUA LÍQUIDA, ATMÓSFERA Y TIEMPO PARA EVOLUCIONAR HACIA FORMAS DE VIDA COMPLEJAS.Para que esto sea posible se deben dar una serie de condiciones en los planetas que van a tener vida:
- 56. Condiciones de vida en los planetasDistancia adecuada a la estrella para que la temperatura sea la adecuadaUna gravedad suficiente en el planeta para que la atmósfera sea retenida.Un núcleo metálico fundido para que al girar cree un campo magnético que proteja al planeta de los rayos X y los g emitidos por la estrella Un satélite grande que fije el eje de giro del planeta e impida los grandes cambios asociados a las modificaciones de ese ejeEl tiempo de vida de la estrella Sólo las estrellas medianas (como el Sol) tienen la estabilidad suficiente para permitir la evoluciónExistencia de planetas gigantes cercanos que pueden servir de escudo evitando el impacto de asteroidesSituación dentro de la galaxia deben estar alejados del centro de la misma para evitar las radiaciones provenientes de las explosiones de novas y supernovas
- 57. Formación de la tierra y el origen de la vida
- 58. Origen de la vidaSíntesis prebiótica de Oparin:Formación de moléculas orgánicas sencillas.Formación de moléculas orgánicas complejasFormación de coacervados.Objeciones:Atmósfera menos reductoraSopa primordial más diluidaChimeneas hidrotermales: Ambiente más reductor; sopa más concentrada; independiente de la energía solar.Panspermia: La vida llegó a la tierra en un asteroide o cometa