El Universo y sus Misterios

1) El Universo: El universo es un vacío en el que flotan miles de millones de galaxias. En cada galaxia hay miles de millones de estrellas, planetas y nebulosas. La fórmula del cosmos observable es un 75% de hidrógeno, un 20% de helio y un 5% del resto de los elementos. La Materia Oscura: Las galaxias, con sus estrellas y planetas, constituyen solo una pequeña parte, quizá un 10%, de la materia total del universo. El 90% restante es materia cuya composición y propiedades desconocemos: como no emite radiación, la llamamos materia oscura.

2) ¿Cómo Sabemos de Qué Elementos Está Hecha una Estrella? Isaac Newton (1642-1727) descubrió con 22 años que la luz del Sol que incide en un prisma de cristal se descompone en franjas de colores. A este arco iris se le llama espectro de luz. Al mejorar la técnica se observaron unas líneas negras en el espectro. Significa que el Sol es la estrella más cercana y el espectro de su luz nos proporciona información sobre los elementos que lo componen. En el laboratorio, si hacemos pasar la luz blanca a través de recipientes con hidrógeno y helio, estos absorben parte de los colores que componen la luz blanca, obteniéndose los espectros de absorción. Comparando las líneas negras del espectro del Sol con las del hidrógeno y del helio podemos concluir que las capas más exteriores del Sol están compuestas fundamentalmente por hidrógeno y helio. Este procedimiento permite conocer qué elementos y compuestos químicos hay en las estrellas y en las galaxias.

El Interior de la Tierra y las Fuerzas Cósmicas

15) El Interior de la Tierra: Las Ondas Sísmicas: Las ondas sísmicas originadas en los terremotos atraviesan el interior del planeta y, al igual que ocurre con el sonido, modifican su dirección y velocidad cuando cambia el medio por el que se propagan. Además, las ondas S, no se propagan en fluidos. Recogiendo datos de velocidades de ondas sísmicas se ha podido obtener la gráfica. Por ejemplo, si las ondas S dejan de transmitirse a 2900km, indica que se ha encontrado una capa fluida llamada núcleo externo. Cada cambio brusco en la velocidad de las ondas indica una variación en la estructura terrestre y nos informa sobre las propiedades físicas (densidad, rigidez) de los materiales profundos.

4) La Fuerza de la Gravedad: A caballo entre los siglos XVII y XVIII Isaac Newton explicó los giros al formular su ley de la gravitación universal. La ley de la gravitación dice que los cuerpos se atraen, tanto más cuanto más próximos estén y mayor sea su masa.

5) Los Agujeros Negros: La atracción gravitatoria más intensa se da en los agujeros negros, que son concentraciones de materia de altísima densidad. Su campo gravitatorio es tan grande que ni siquiera la luz, con su extraordinaria velocidad, puede escapar de él. El que ocupa el centro de la Vía Láctea se llama Sagitario A*. La paradoja con los agujeros negros es que, cuanto más cuerpos caigan en él, mayor será su masa y, por tanto, su atracción gravitatoria se incrementará. DNI de Sagitario A*: -Tipo de objeto: agujero negro –Domicilio: centro de la Vía Láctea –Masa: 3 millones de soles. –Punto de no retorno (distancia actual de seguridad): 7,7 millones de km.

El Universo en Expansión y la Luz

6. ¿Cómo Sabemos que las Galaxias se Alejan?: El Efecto Doppler: Cuando un objeto, da igual que sea un coche o una galaxia, emite ondas mientras está moviéndose, estas ondas son distorsionadas. Si el emisor se acerca, la onda se comprime (longitud de onda más corta), y si se aleja, la onda se estira (longitud de onda más larga). A este fenómeno se le llama efecto Doppler. Si las galaxias se están alejando unas de otras, cabe pensar que en pasado estuvieron más cerca, y que en el principio toda la materia estaba concentrada en una zona muy pequeña.

7) Fotón: La luz y las demás radiaciones electromagnéticas están formadas por partículas denominadas fotones. Son partículas sin masa cuya energía depende de la frecuencia de la radiación. –Los fotones más energéticos corresponden a las frecuencias mayores (rayos X, rayos gamma) –Los fotones menos energéticos corresponden a las frecuencias más bajas (ondas de radio, microondas).

El Origen de los Elementos y el Sistema Solar

8) El Origen de los Elementos: (Las Estrellas: Fábricas de Elementos Químicos): El hierro es el último elemento estable que se forma en una estrella. Así que tras su formación, el horno nuclear se para, lo que significa que ya no hay energía saliendo de él. La gravedad actúa y trillones de toneladas de materia de la estrella caen miles de kilómetros hacia su núcleo. Las enormes presiones y temperaturas provocadas por este rápido colapso gravitatorio provocan una fusión nuclear instantánea que genera el resto de los elementos químicos de la tabla periódica: oro, plata, uranio… La energía producida en esta fusión causa una violenta explosión (supernova) que lanza al espacio casi toda la masa de la estrella con los elementos sintetizados. El brillo que alcanza esta supernova puede superar al de una galaxia entera.

10) Condiciones para la Vida en los Planetas:

• La distancia del planeta a la estrella: en los planetas muy cercanos o muy lejanos, la temperatura reinante no permite la existencia de agua en estado líquido.
• Una gravedad suficiente en el planeta.
• Un núcleo metálico fundido: al girar, el núcleo genera un campo magnético que protege al planeta de las radiaciones X y gamma de la estrella.
• La presencia de un satélite grande.
• El tiempo de vida de la estrella.
• La existencia de planetas gigantes cercanos.
• La situación dentro de la Vía Láctea.

La Observación del Cielo y la Deriva Continental

11) La Esfera Celeste: Hay dos factores que determinan qué astros podemos ver cada noche: –La latitud: cada región de la Tierra es una ventana a una región del universo. Así, la Estrella Polar no se puede observar desde el hemisferio sur. Y, por otra parte, astros como las galaxias llamadas Nubes de Magallanes no son visibles desde nuestras latitudes. –La época del año: hay estrellas o constelaciones de invierno, pues solo se ven de noche en invierno, como Orión. Otras solo se ven en verano, como Lira. Y otras se ven durante todo el año, como la Estrella Polar (constelación Osa Menor) en el hemisferio norte.

12) Los Mapas Celestes: Para observar el cielo son útiles los planisferios o mapas celestes. En un planisferio se representa la esfera celeste (estrellas, constelaciones, etc.) sobre un plano. Las estrellas más brillantes se dibujan más gruesas.

16) Pruebas de la Deriva Continental:

1. Pruebas geográficas: Wegener sospechó que los continentes podrían haber estado unidos en épocas pasadas al observar una gran coincidencia entre las formas de la costa de los continentes, especialmente entre Sudamérica y África.
2. Pruebas paleontológicas: Existen varios ejemplos de fósiles de organismos idénticos que se han encontrado en lugares que hoy distan miles de kilómetros, como la Antártida, África, India y Australia. Los estudios paleontológicos indican que estos organismos prehistóricos hubieran sido incapaces de cruzar los océanos que hoy separan esos continentes.
3. Pruebas geológicas y tectónicas: si se unen los continentes en uno solo, se puede observar que los tipos de rocas, la cronología de las mismas y las cadenas montañosas principales tendrían continuidad física, es decir, formarían un cinturón casi continuo.
4. Pruebas paleoclimáticas: Este tipo de pruebas eran para Wegener las más importantes debido a sus conocimientos sobre meteorología. El científico alemán descubrió que existían zonas en la Tierra cuyos climas actuales no coincidían con los que tuvieron en el pasado.

La Tectónica de Placas y sus Límites

17) La Litosfera Fragmentada: Terremotos: La energía del interior de la tierra se manifiesta no solo térmicamente, sino también en forma de terremotos. Si se localizan los focos sísmicos y los volcanes sobre un mapa, se observa que la mayoría de estos no se distribuyen al azar, sino que están alineados. Esto sugiere la idea de una litosfera fragmentada en grandes placas litosféricas, con la actividad volcánica y sísmica concentrada en los bordes de las mismas.

18) Límites de Placas: Son los bordes de una placa y es aquí donde se presenta la mayor actividad tectónica (sismos, formación de montañas, actividad volcánica), ya que es donde se produce la interacción entre placas. Hay tres clases de límite:

• Divergentes: son límites en los que las placas se separan unas de otras y, por lo tanto, emerge magma desde regiones más profundas (por ejemplo, la dorsal mesoatlántica). Son las zonas de la litosfera en que se forma nueva corteza oceánica y en las cuales se separan las placas. En los límites divergentes, las placas se alejan y el vacío que resulta de esta separación es rellenado por material de la corteza, que surge del magma de las capas inferiores.
• Convergentes: son límites en los que una placa choca contra otra, formando una zona de subducción (la placa oceánica se hunde bajo de la placa continental) o un cinturón orogénico (si las placas chocan y se comprimen). Son también conocidos como «bordes activos». Las características de los bordes convergentes dependen del tipo de litosfera de las placas que chocan. Con frecuencia las placas no se deslizan en forma continua; sino que se acumula tensión en ambas placas hasta llegar a un nivel de energía acumulada que sobrepasa el necesario para producir el deslizamiento brusco de la placa marina. La energía potencial acumulada es liberada como presión o movimiento; debido a la titánica cantidad de energía almacenada, estos movimientos ocasionan terremotos, de mayor o menor intensidad. Los puntos de mayor actividad sísmica suelen asociarse con este tipo límites de placas. —Cuando una placa oceánica (más densa) choca contra una continental (menos densa) la placa oceánica es empujada debajo, formando una zona de subducción. —Cuando dos placas continentales colisionan (colisión continental), se forman extensas cordilleras formando un borde de obducción.
• Transformantes: son límites donde los bordes de las placas se deslizan una con respecto a la otra a lo largo de una falla de transformación. Debido a la fricción, las placas no se deslizan en forma continua; sino que se acumula tensión en ambas placas hasta llegar a un nivel de energía acumulada que sobrepasa el necesario para producir el movimiento. La energía potencial acumulada es liberada como presión o movimiento en la falla. Debido a la titánica cantidad de energía almacenada, estos movimientos ocasionan terremotos, de mayor o menor intensidad. Un ejemplo de este tipo de límite es la falla de San Andrés.

El Origen del Sistema Solar y la Formación de la Luna

9) El Origen del Sistema Solar: El Origen del Sol: Hace 4570 millones de años, en un brazo de una galaxia espiral, una nube de gas y polvo comenzó a contraerse. Unos pocos millones de años más tarde esta nebulosa se había transformado en una estrella (nuestro Sol) y sus planetas.

1. Explota una supernova.
2. La explosión de la supernova genera una onda de choque.
3. La onda de choque se acerca a la nebulosa.
4. La onda de choque de esta explosión comprime la nebulosa, que colapsa.
5. En el centro de la nebulosa las partículas están más cerca unas de otras y, por tanto, hay más choques entre ellas. Debido a estos choques el centro de la nebulosa se calienta. A partir de una temperatura de unos 10 millones de grados, los núcleos de hidrógeno se mueven a enorme velocidad y pueden fusionarse fabricando helio y liberando energía. ¡Ha nacido una estrella, nuestro Sol!

Formación de los Planetas:

1. Hace 4570 millones de años, la nebulosa se comprime, colapsa y se transforma en un disco.
2. El disco está más caliente en el centro porque allí hay más partículas (más choques, más calor). Los elementos más ligeros emigran hacia la parte exterior, más fría.
3. En cada zona del disco comienza a crecer un planeta, atrayendo la materia cercana, la de su zona de influencia gravitatoria. Los planetas exteriores se formaron primero y tienen más masa porque se constituyen con los elementos más abundantes de la nebulosa.
4. En las zonas internas del disco se forman cuerpos pequeños (planetesimales, aproximadamente 1km de diámetro), que chocan entre sí, dando origen a planetas como la primitiva Tierra. Este proceso duró unos 10 millones de años. Los choques de los planetesimales fundieron el exterior de estos protoplanetas (planetas incipientes), generando océanos de magma de hasta 1000km de profundidad.
5. Con el material sobrante de la construcción de los planetas se formaron los 166 satélites conocidos (2008), excepto la Luna, que es un caso particular. Quedan también, muy lejos de los planetas, miles de millones de cometas, restos helados de la nebulosa.

No todos los planetas son iguales: -Los planetas exteriores (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno), llamados gigantes, se formaron sobre todo a partir de gas. –Los interiores (Mercurio, Venus, Tierra y Marte), llamados terrestres se originaron a partir de material sólido: roca y metal. Formación de la Luna: La luna se formó por la colisión de un planeta menor contra la tierra. Este origen está sólidamente apoyado por la composición de las rocas lunares y terrestres.

El Efecto Invernadero y la Presencia de Agua Líquida

13) Efecto Invernadero: Por ejemplo, el vapor de agua, el dióxido de carbono y el metano son gases de invernadero, transparentes para la radiación visible del Sol, aunque opacos para la infrarroja (calor), que es la que reemite nuestro planeta. Estos gases, que suman menos del 0,1% de la masa de la atmósfera, atrapan esta energía térmica que emite la Tierra, elevando la temperatura superficial del planeta más de 30º. Si ellos la temperatura media de la atmósfera no sería de 15º, sino de -18º. Dibujo->1.El sol nos envía radiación, tanto luz como radiación no visible (IR,UV). 2.Una parte de la energía del sol es reflejada por la atmósfera. 3. La superficie de la Tierra absorbe la mayor parte de la energía y se calienta. 4.La tierra caliente emite radiación infrarroja(calor). 5.Los gases de invernadero absorben parte de la radiación infrarroja y se calienta la atmósfera.

14) Un Planeta Oceánico: ¿Por Qué en la Tierra el Agua es Líquida en Superficie?-

• Por estar más cerca del sol que los satélites de Júpiter.
• Por la mayor masa de la Tierra, que implica mayor gravedad y le permite mantener una atmósfera.
• Por la presencia en su atmósfera de gases de invernadero, que impiden la congelación de la hidrosfera.

La Organización del Universo

3) ¿Cómo Está Organizado el Universo? La Vía Láctea forma parte de un grupo de unas 30 galaxias: el Grupo Local. A su vez, el Grupo Local se integra en un conjunto de grupos llamado Supercúmulo de Virgo, que comprende miles de galaxias: un total de mil billones (10^15) de estrellas. Quizá el Supercúmulo de Virgo forme parte de otra estructura aún mayor…Los astrónomos tienen dificultades en detectarla, por la misma razón que es difícil hacer un mapa de un bosque desde dentro del mismo. El Sol es una estrella mediana situada con sus planetas en una zona intermedia de una gran galaxia espiral que llamamos Vía Láctea. En la Vía Láctea hay unos 100.000 millones de estrellas, y quizá un número parecido de planetas. En las noches muy oscuras vemos la sección de nuestra galaxia. Todas las estrellas que vemos a simple vista forman parte de la Vía Láctea. Las constelaciones son estrellas con formas y nombres característicos. Pero la mayoría de las constelaciones no son grupos reales: no todas las estrellas de una misma constelación están a la misma distancia de la Tierra.