Bloque  V

Conocimiento, sociedad & tecnología.

Tema 1. El Universo

 

Teoría de "La gran Explosión"

 

La humanidad ha estado sujeta a diversos cuestionamientos que con el paso del tiempo el hombre no ha podido resolver. Uno de estos grandes cuestionamientos es ¿Cómo surgió el universo? . Existen varias teorías que explican este fenómeno como la teoría de "La gran explosión" también conocida como la teoría del Big Bang.

 

El Big Bang,constituye el momento en que de la "nada" emerge toda la materia, es decir, el origen del Universo. La materia, hasta ese momento, es un punto de densidad infinita, que en un momento dado "explota" generando la expansión de la materia en todas las direcciones y creando lo que conocemos como nuestro Universo.

Inmediatamente después del momento de la "explosión", cada partícula de materia comenzó a alejarse muy rápidamente una de otra, de la misma manera que al inflar un globo éste va ocupando más espacio expandiendo su superficie. Los físicos teóricos han logrado reconstruir esta cronología de los hechos a partir de un 1/100 de segundo después del Big Bang. La materia lanzada en todas las direcciones por la explosión primordial está constituida exclusivamente por partículas elementales: Electrones, Positrones, Mesones, Bariones, Neutrinos, Fotones y un largo etcétera hasta más de 89 partículas conocidas hoy en día.

En 1948 el físico ruso nacionalizado estadounidense George Gamow modificó la teoría de Lemaître del núcleo primordial. Gamow planteó que el Universo se creó en una explosión gigantesca y que los diversos elementos que hoy se observan se produjeron durante los primeros minutos después de la Gran Explosión o Big Bang, cuando la temperatura extremadamente alta y la densidad del Universo fusionaron partículas subatómicas en los elementos químicos.

Cálculos más recientes indican que el hidrógeno y el helio habrían sido los productos primarios del Big Bang, y los elementos más pesados se produjeron más tarde, dentro de las estrellas. Sin embargo, la teoría de Gamow proporciona una base para la comprensión de los primeros estadios del Universo y su posterior evolución. A causa de su elevadísima densidad, la materia existente en los primeros momentos del Universo se expandió con rapidez. Al expandirse, el helio y el hidrógeno se enfriaron y se condensaron en estrellas y en galaxias. Esto explica la expansión del Universo y la base física de la ley de Hubble.

Según se expandía el Universo, la radiación residual del Big Bang continuó enfriándose, hasta llegar a una temperatura de unos 3 K (-270 °C). Estos vestigios de radiación de fondo de microondas fueron detectados por los radioastrónomos en 1965, proporcionando así lo que la mayoría de los astrónomos consideran la confirmación de la teoría del Big Bang.

Muchos de los trabajos habituales en cosmología teórica se centran en desarrollar una mejor comprensión de los procesos que deben haber dado lugar al Big Bang. La teoría inflacionaria, formulada en la década de 1980, resuelve dificultades importantes en el planteamiento original de Gamow al incorporar avances recientes en la física de las partículas elementales. Estas teorías también han conducido a especulaciones tan osadas como la posibilidad de una infinidad de universos producidos de acuerdo con el modelo inflacionario.

Algunas evidencias que la sustentan son:

B) Diagrama de Hubble

 

                          

 

C) Abundancia de elementos ligeros

D) Existencia de la radiación de fondo de microondas cósmica

E) Fluctuaciones en la RFMC

F) Estructura del universo a gran escala

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G) La edad de las estrellas

 

 

                         

 

 

 

 

H) La evolución de las galaxias

I) La dilatación del tiempo en las curvas de la luminosidad de las supernovas

J) Pruebas de Tolman

 

 

                          

 

 

K) El efecto Sunyaev-Zel'dovich

 

                       

 

 

 

 

 

 

 

 

L) Efecto integrado de SachsWolfe

M) Materia oscura

 

 

                                  

 

N) Energía oscura

 

 

                          

 

En 1916 Albert Einstein publicó la teoría de la Relatividad, donde decía que el universo estaría agrandándose o encogiéndose, contrariando la idea de que el universo sería estático o inerte, aceptada hasta entonces. A partir de ahí, diversas investigaciones fueron hechas con la ayuda de telescopios, y los científicos pudieron deducir que el universo realmente se expandía, pero de modo ordenado. Para entender la idea del Bing-Bang debemos tomar el camino contrario. Es decir, si en vez que el universo se agrandándose, fuera contrayéndose. Todo el universo se concentraría en un único punto de origen, el punto inicial de la materia. Hace unos 15 o 20 billones de años atrás el universo no existía, ni el espacio vacío, ni siquiera el tiempo. Todo lo que había era una esfera extremadamente pequeña, del tamaño de la punto de una aguja. Y ese puntito hace cerca de 18 billones de años habría explotado formando el universo actual. Esa explosión ocurrió en una fracción de segundos, inflando el universo a una velocidad muy superior a la de la luz. Esa explosión causó la expansión del universo, la cual es observada hasta los días de hoy, lo que trae grandes refuerzos a la teoría del Bing-Bang. Después del Bing-Bang y a partir de la materia proveniente de él, fueron formándose las constelaciones. Los planetas se habrían formado a partir de restos de nubes cósmicas que nacieron después de la gran explosión. Pero, a pesar de que se ataca esta teoría del Bing-Bang, debemos considerar que el argumento que transmite pueda ser un fenómeno regional. O sea, que esa expansión esté pasando apenas en los límites observados del universo, hasta el alcance los más potentes telescopios, el Hubble. Delante de eso, existe la posibilidad de que este fenómeno no ocurra en todo el universo. En ese caso, lo que hasta hoy fue contemplado sería solamente un proceso de dilatación regional de causa aún desconocida.

 

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                   Características de los cuerpos cósmicos

 

El fundamento de todas las ciencias físicas es la medición. En la Astronomía el avance logrado se debe a que se han podido medir cantidades como el tamaño, la masa y la distancia de los diferentes cuerpos que observamos en el Universo. 

 

Un cuerpo celeste (o cósmico) es un objeto de origen natural perteneciente al espacio.

 

Tipo de los cuerpos celestes o cósmicos: 

Estrellas:En sentido general, una estrella es todo objeto astronómico que brilla con luz propia; mientras que en términos más técnicos y precisos podría decirse que se trata de una esfera de plasma que mantiene su forma gracias a un equilibrio hidrostático de fuerzas.

Planetas:

• Mercurio
• Venus
• Tierra
• Marte
• Júpiter
• Saturno
• Urano
• Neptuno 

Asteroides: Objetos rocosos que orbitan alrededor del sol muy pequeños para considerarse planetas.

 

                                   

 

Satélites:Se denomina satélite natural a cualquier objeto que orbita alrededor de un planeta. Generalmente el satélite es mucho más pequeño y acompaña al planeta en su traslación alrededor de la estrella que orbita. El término satélite natural se contrapone al de satélite artificial, siendo este último, un objeto que gira en torno a la Tierra, la Luna o algunos planetas y que ha sido fabricado por el hombre

 

 

 

 

 

                            

 

 

 

 

 

 

 

 

Cometas:Los cometas son cuerpos celestes constituidos por hielo, polvo y rocas que orbitan alrededor del Sol siguiendo diferentes trayectorias elípticas, parabólicas o hiperbólicas. Los cometas, junto con los asteroides, planetas y satélites, forman parte del Sistema Solar. La mayoría de estos cuerpos celestes describen órbitas elípticas de gran excentricidad, lo que produce su acercamiento al Sol con un período considerable. A diferencia de los asteroides, los cometas son cuerpos sólidos compuestos de materiales que se subliman en las cercanías del Sol.

 

 

 

Nebulosas planetarias:Una nebulosa planetaria es una nebulosa de emisión consistente en una envoltura brillante en expansión de plasma y gas ionizado, expulsada durante la fase de rama asintótica gigante que atraviesan las estrellas gigantes rojas en los últimos momentos de sus vidas.

 

 

 

 

 

 

Hoyos negros:Un hoyo negro es uno de los objetos más extraños en el espacio. Es un área en el espacio donde la gravedad es tan fuerte que incluso la luz no puede escapar de él. Como la luz no puede escapar de un hoyo negro, éste aparece negro. La luz puede viajar más rápido que cualquier cosa que conozcamos, a una velocidad de 186,000 millas (300,000 kilómetros) por segundo. Si la luz no puede escapar de un hoyo negro, nada más que conozcamos puede. Un hoyo negro no es realmente un hoyo y no está vacío. Está lleno con una gran cantidad de material comprimido en un espacio extremadamente pequeño

Radiación electromagnética:

Todo cuerpo en el universo emite radiaciones infrarrojas, la emisión electromagnética de los cuerpos celestes es muy variada. Algunos cuerpos, como las estrellas, generan su propia emisión, otros emiten la luz que reflejan, pero todos se encuentran por encima del cero absoluto. 

Evolución de las estrellas:

Al iniciar la vida de una estrella (protoestrella) el calor de su interior procede de la energía gravitacional, cuando ya se le considera estrella se inicia la transmutación del hidrógeno en helio, después se convertirá en una gigante roja (de gran tamaño y más fría), el siguiente paso es ser una nebulosa planetaria y terminará como una enana blanca o como una supernova. 

Galaxia: Una galaxia es la agrupación de cuerpos celestes en un mismo entorno co mo planetas, estrellas, satélites, cometas entre otros.
Cuando se utilizan telescopios potentes, en la mayor parte de las galaxias sólo se detecta la luz mezclada de todas las estrellas; sin embargo, las más cercanas muestran estrellas individuales. Las galaxias presentan una gran variedad de formas.

En 1930 Hubble clasificó las galaxias en elípticas, espirales e irregulares, siendo las dos primeras las más frecuentes.

Galaxias elípticas

Algunas galaxias tienen un perfil globular completo con un núcleo brillante. Estas galaxias, llamadas elípticas, contienen una gran población de estrellas viejas, normalmente poco gas y polvo, y algunas estrellas de nueva formación. Las galaxias elípticas tienen gran variedad de tamaños, desde gigantes a enanas.

Hubble simbolizó las galaxias elípticas con la letra E y las subdividió en ocho clases, desde la E0, prácticamente esféricas, hasta la E7, usiformes. En las galaxias elípticas la concentración de estrellas va disminuyendo desde el núcleo, que es pequeño y muy brillante, hacia sus bordes.


 

Galaxias espirales

Las galaxias espirales son discos achatados que contienen no sólo algunas estrellas viejas sino también una gran población de estrellas jóvenes, bastante gas y polvo, y nubes moleculares que son el lugar de nacimiento de las estrellas. Generalmente, un halo de débiles estrellas viejas rodea el disco, y suele existir una protuberancia nuclear más pequeña que emite dos chorros de materia energética en direcciones opuestas.

Las galaxias espirales se designan con la letra S. Dependiendo del menor o mayor desarrollo que posea cada brazo, se le asigna una letra a, b ó c (Sa, Sb, Sc, SBa, SBb,SBc).

Existen otras galaxias intermedias entre elípticas y espirales, llamadas lenticulares o lenticulares normales, identificadas como SO y clasificadas en los grupos SO1, SO2 y SO3. A su vez, se distinguen las lenticulares barradas (SBO) que se clasifican en tres grupos, según presenten la barra más o menos definida y brillante.



Galaxias irregulares

Las galaxias irregulares se simbolizan con la letra I ó IR, aunque suelen ser enanas o poco comunes. Se engloban en este grupo aquellas galaxias que no tienen estructura y simetría bien definidas. Se clasifican en irregulares de tipo 1 o magallánico, que contienen gran cantidad de estrellas jóvenes y materia interestelar, y galaxias irregulares de tipo 2, menos frecuentes y cuyo contenido es difícil de identificar.

Las galaxias irregulares se sitúan generalmente próximas a galaxias más grandes, y suelen contener grandes cantidades de estrellas jóvenes, gas y polvo cósmico.

 

 

La vía Láctea

 

 

La Galaxia de la Vía Láctea, Camino de Santiago o simplemente Vía Láctea es la galaxia espiral en la que se encuentra el Sistema Solar y, por ende, la Tierra. Según las observaciones, posee una masa de 10 masas solares y es una espiral barrada; con un diámetro medio de unos 100.000 años luz, estos son aproximadamente 1 trillón de km, se calcula que contiene entre 200 mil millones y 400 mil millones de estrellas. La distancia desde el Sol hasta el centro de la galaxia es de alrededor de 27.700 años luz (8.500 pc, es decir, el 55 por ciento del radio total galáctico). La Vía Láctea forma parte de un conjunto de unas cuarenta galaxias llamado Grupo Local, y es la segunda más grande y brillante tras la Galaxia de Andrómeda (aunque puede ser la más masiva, al mostrar un estudio reciente que nuestra galaxia es un 50% más masiva de lo que se creía anteriormente.
El nombre Vía Láctea proviene de la mitología griega y en latín significa camino de leche. Ésa es, en efecto, la apariencia de la banda de luz que rodea el firmamento, y así lo afirma la mitología griega, explicando que se trata de leche derramada del pecho de la diosa Hera. (Rubens representó la leyenda en su obra El nacimiento de la vía láctea, sin embargo, ya en la Antigua Grecia un astrónomo sugirió que aquel haz blanco en el cielo era en realidad un conglomerado de muchísimas estrellas. Se trata de Demócrito (460 a. C. - 370 a. C.), quien sostuvo que dichas estrellas eran demasiado tenues individualmente para ser reconocidas a simple vista. Su idea, no obstante, no halló respaldo, y tan sólo hacia el año 1609 d. C., el astrónomo Galileo Galilei haría uso del telescopio para observar el cielo y constatar que Demócrito estaba en lo cierto, ya que adonde quiera que mirase, aquél se encontraba lleno de estrellas.

 

 

                                El sol

 

El Sol es la estrella más cercana a la Tierra y el mayor elemento del Sistema Solar. Las estrellas son los únicos cuerpos del Universo que emiten luz. El Sol es también nuestra principal fuente de energía, que se manifesta, sobre todo, en forma de luz y calor.

El Sol contiene más del 99% de toda la materia del Sistema Solar. Ejerce una fuerte atracción gravitatoria sobre los planetas y los hace girar a su alrededor.

El Sol se formó hace 4.650 millones de años y tiene combustible para 5.000 millones más. Después, comenzará a hacerse más y más grande, hasta convertirse en una gigante roja. Finalmente, se hundirá por su propio peso y se convertirá en una enana blanca, que puede tardar un trillón de años en enfriarse.

 

 

 

                                                         Astronomía

La astronomía ha estado unida al hombre desde siempre. En un principio interesaba debido a creencias religiosas. Las estrellas y planetas eran considerados dioses.

Después, cuando el hombre aprendió a cosechar y a domesticar animales, el cielo servía de calendario agrícola, e indicaba cuándo sembrar y cosechar.

En la actualidad, el interés por la astronomía es aún mayor, quizá porque sabemos mucho más, o por el deseo humano de explorar y comprender lo que todavía ignoramos.

Antiguamente, la astronomía (del griego "clasificación de las estrellas") iba unida a la astrología ("conocimiento de las estrellas"). Hoy, no debemos confundirlas: la astronomía es una ciencia, los astrónomos siguen el método científico, mientras la astrología es una pseudociencia.

Hoy podemos separar la astronomía en dos ámbitos. Uno sería el de los astrónomos profesionales. Utilizando la física y las matemáticas, utilizan telescopios y computadoras para estudiar los rincones desconocidos del universo. Distintas teorías vienen y van a medida que se demuestran imperfectas.

El otro ámbito sería el de los astrónomos aficionados. Está tan cerca de nosotros como el jardín de nuestra casa. Gracias al trabajo de los colegas profesionales, los astrónomos aficionados tienen a su alcance una comprensión del universo y su funcionamiento que supera los sueños de los antiguos observadores del cielo.

La astronomía utiliza diferentes métodos para obtener su información , se requiere mucha disciplina , razonamientos ,investigaciones y estudio. Se necesitan de modelos científicos para ayudar a comprender y estudiar el universo. Utilizan los antecedentes de investigaciones realizadas por otros científicos para poder apoyar su nueva teoría.

Historia de la Astronomía