La Tierra. La Luna Observación celeste y técnicas de orientación

Transcripción

1 1 La Tierra en el Universo Contenidos Índice El Universo El Sistema Solar La Tierra La Luna Observación celeste y técnicas de orientación 1. El Universo Entendemos por Universo todo aquello que existe físicamente. Sin embargo, habitualmente utilizamos esta palabra para referirnos a los cuerpos celestes (estrellas, planetas, satélites, asteroides, cometas, etcétera). Por otra parte, la astronomía es la ciencia encargada del estudio de los cuerpos celestes, sus movimientos, los fenómenos relacionados con ellos, su seguimiento y la investigación de su origen. La mayoría de los estudios astronómicos apoyan la idea de que el Universo se formó durante el llamado Big Bang, una explosión gigante que ocurrió aproximadamente hace unos 15 ó 20 mil millones de años. En ese momento, todo el Universo estaba concentrado en un único punto y era más caliente y más denso que cualquier cosa que podamos imaginar. Esta explosión gigante lanzó materia en todas direcciones y, en una fracción de segundo, el Universo pasó de ser más pequeño que un átomo a más grande que una galaxia. Durante millones de años, la materia se fue agrupando primero en pequeñas partículas y posteriormente en grandes estrellas, que a su vez se agruparon originando galaxias. En la actualidad, se cree que este crecimiento tras el Big Bang mantiene al Universo aún en expansión. Los cuerpos celestes que podemos observar actualmente se formaron hace miles de millones de años a medida que el Universo se enfriaba tras esa enorme explosión. Hoy en día, muchos aspectos relativos al Universo son todavía un misterio para el ser humano. 1

2 Las grandes dimensiones del Universo hacen necesaria la utilización de unas unidades de longitud muy distintas de las que empleamos normalmente. Las principales unidades astronómicas de longitud son: > > La Unidad Astronómica (UA) equivale a la distancia media entre la Tierra y el Sol, es decir, unos 150 millones de km ( km). > > Un año luz equivale a la distancia recorrida por la luz en un año, es decir, unos 9,5 billones de km (9, km) Modelos históricos del Universo Cómo se establece un modelo científico? El método científico es una forma de emplear los conocimientos científicos siguiendo una serie de pasos ordenados, y de esta forma llegar a conclusiones que nos permitan explicar los fenómenos naturales. Evolución histórica de las teorías astronómicas Luna Tierra Venus Sol Saturno Júpiter Marte Esfera exterior de las Estrellas Fijas Saturno Júpiter Marte Venus Mercurio Sol Tierra Luna Geocentrismo El término Geo significa Tierra. El modelo geocéntrico ubicaba la Tierra en el centro del Universo, y explicaba el movimiento aparente de los astros alrededor de la Tierra. Este modelo fue formulado por Aristóteles y completado y ratificado por Ptolomeo. Fue la teoría predominante hasta el Renacimiento. Heliocentrismo El término Helio significa Sol. Esta teoría explicaba que los movimientos de los cuerpos celestes se producían alrededor del Sol. Fue formulada por los antiguos griegos y retomada por Copérnico en el siglo xv. Este modelo explicaba con facilidad la alternancia de las estaciones en la Tierra Teorías actuales sobre el Universo El modelo del Universo más aceptado actualmente es el que sitúa a nuestro planeta dentro de un sistema solar, con una sola estrella, el Sol, localizado en un extremo de una galaxia. El tamaño de esa galaxia es insignificante comparado con el tamaño total del Universo. Así pues, nuestra galaxia no es más que una de las miles de millones que forman el Universo, y que se mueven siguiendo el modelo de expansión del Big Bang. 2

3 Las galaxias Una galaxia es una gran aglomeración de estrellas, gas y polvo que se mantiene unida por fuerzas gravitatorias. Las galaxias más pequeñas contienen unos pocos millones de estrellas, mientras que las mayores poseen billones. Las galaxias se agrupan formando cúmulos, y estos, a su vez, forman grupos llamados supercúmulos. Existen galaxias de diversos tipos: elípticas, espirales e irregulares. El sistema solar pertenece a una galaxia espiral, la Vía Láctea. La Vía Láctea se estima que está formada por unos millones de estrellas. Su diámetro es de unos años luz. Estrellas Una estrella es una esfera de gas, principalmente hidrógeno y helio, que genera en su interior gran cantidad de energía. Dado que una parte de esa energía se emite al espacio en forma de luz, las estrellas se observan en el cielo nocturno como puntos luminosos. Las estrellas más frías pueden tener temperaturas en su superficie de aproximadamente ºC mientras que las más calientes pueden llegar a unos ºC. El Sol es una estrella mediana de color amarillo situada a años luz del centro de la Vía Láctea y a 8,3 minutos luz de la tierra ( km). Se formó hace millones de años a partir de la nube de materia interestelar de la que nació todo el Sistema Solar. Además, se trata de la única estrella cuya superficie podemos estudiar en detalle, por estar relativamente cerca. Genera energía mediante un tipo de reacción denominada fusión nuclear que tiene lugar en su núcleo. Esta reacción consiste en la transformación de hidrógeno en helio, la cual libera grandes cantidades de energía. En el núcleo se llegan a alcanzar 15 millones de grados, aunque su temperatura superficial es de ºC. Zona convectiva Zona radiante Núcleo interno Fotosfera Manchas solares Cromosfera Protuberancia solar Corona Estructura del Sol. 3

4 La masa del Sol es de kg, lo que supone el 99% de toda la masa del Sistema Solar. Su volumen es un millón de veces más grande que la Tierra y gira sobre su eje cada 27 días terrestres. 2. El Sistema Solar Un sistema planetario es un conjunto formado por una estrella (a veces dos) y todos los planetas y cuerpos menores que orbitan a su alrededor. Además del nuestro, se conocen otros sistemas planetarios con más de 300 planetas (exoplanetas) girando alrededor de otras estrellas. El Sistema Solar, por tanto, es el sistema planetario formado por los planetas, planetoides, satélites, asteroides, cometas y meteoritos que orbitan de forma regular alrededor del Sol. Los componentes del Sistema Solar desde el interior hacia al exterior son: > > Sol: es el único con luz propia. El resto de componentes son visibles debido a que reflejan la luz procedente del Sol. > > Planetas: son ocho cuerpos con forma esférica que giran alrededor del Sol y cuyo tamaño es mayor que el del resto de cuerpos celestes. Se dividen en: Planetas interiores: Mercurio, Venus, Tierra y Marte. Son rocosos, de pequeño tamaño y los más próximos al Sol. Planetas exteriores: Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Son los más alejados del Sol. Están formados en su mayor parte por gases. Dado su gran tamaño se denominan gigantes gaseosos. > > Satélites: son cuerpos de tamaño variable que giran alrededor de los planetas. Se conocen más de 160 satélites en el Sistema Solar. > > Cinturón de asteroides: es una concentración de asteroides que se encuentra entre las órbitas de los planetas interiores y exteriores. > > Planetoides: cuerpos de forma esférica de menor tamaño que los planetas. En esta categoría se incluye a Plutón (antiguo planeta), Eris y Ceres. Pueden tener sus propios satélites. > > Cometas: proceden de las zonas más alejadas del Sistema Solar o incluso de fuera de este. Tienen periodos orbitales entre 70 y 1000 años. Los planetas realizan dos movimientos fundamentales: > > Traslación: es el giro alrededor del Sol que determina la duración del año del planeta. Las órbitas de todos los planetas están situadas prácticamente en un mismo plano y son elípticas. Los planetas giran alrededor del Sol en sentido antihorario. > > Rotación: es un movimiento de giro sobre sí mismo alrededor de un eje imaginario que determina la duración del día. Casi todos los planetas tienen su eje perpendicular al plano de traslación. La única excepción la constituye Urano, cuyo eje de rotación es paralelo a este plano. La rotación es también antihoraria para casi todos los planetas menos para Venus y Urano. 4

5 Mercurio 0,1º Venus 177º Tierra 23º Marte 25º Júpiter 3º Saturno 27º Urano 98º Neptuno 30º Planeta Mercurio Venus Tierra Marte Júpiter Saturno Urano Neptuno Satélites Distancia al Sol (UA) 0,39 0,72 1 1,52 5,2 9,54 19,2 30,1 Diámetro (km) Temperatura media (ºC) -170 a Masa (*) 0,055 0, , ,7 95,15 14,53 17,15 Rotación (*) 58,6 días 243 días 23,93 horas 24,62 horas 9,84 horas 10,23 horas 17,9 horas 16,11 horas Traslación (*) 87,97 días 224,7 días 365,22 días 686,98 días 11,86 años 29,46 años 84,01 años 164,8 años Atmósfera No tiene Dióxido de carbono, nitrógeno y agua Dióxido de carbono, nitrógeno, oxígeno y agua Dióxido de carbono, nitrógeno y agua Hidrógeno, helio, metano y amoniaco Hidrógeno, helio, metano y amoniaco Hidrógeno, helio y metano Hidrógeno, helio y metano (*) Relativa a los valores terrestres. 3. La Tierra La Tierra es el tercer planeta del Sistema Solar. Su forma es esférica aunque achatada por los polos (lo que se conoce como forma geoide), por lo que su perímetro mayor ( km) se sitúa en el ecuador. Tiene km de diámetro y su distancia al Sol es de 1 UA. Es el mayor de los planetas interiores y su situación y su tamaño la convierten en un planeta privilegiado con condiciones imprescindibles para el desarrollo de la vida: > > Tiene una temperatura media de unos 15 ºC. > > El agua está presente en los tres estados (sólida, líquida y gaseosa). > > Su atmósfera es densa y contiene oxígeno. 5

6 3.1. Movimiento de rotación terrestre La rotación es el movimiento que realiza la Tierra al girar sobre su propio eje, de oeste a este, en sentido contrario a las agujas del reloj si lo observáramos desde un globo aerostático que sobrevolara el Polo Norte. El planeta da una vuelta completa cada 24 horas, lo que constituye un día terrestre completo. Durante la rotación, la mitad de la Tierra permanece iluminada por el Sol y la otra mitad permanece a la sombra. De esta forma se suceden periodos de iluminación y de sombra llamados días y noches. La duración de los días y las noches tampoco es la misma en distintas latitudes Movimiento de traslación terrestre La traslación es el movimiento que realiza la Tierra al girar alrededor del Sol a una velocidad de km/h. Una vuelta completa dura 365 días y 6 horas, lo que se conoce como año terrestre. Cada cuatro años se suman las 6 horas formando un día completo que se agrega al mes de febrero, obteniéndose un año bisiesto. La combinación de la traslación de la Tierra alrededor del Sol y de la inclinación del eje terrestre produce las estaciones del año. Estas estaciones son contrarias en los dos hemisferios y comienzan o finalizan en posiciones características de la órbita terrestre. 4. La Luna La Luna es el satélite de la Tierra y el único cuerpo del Sistema Solar visible en detalle a simple vista. No tiene luz propia y se puede observar gracias a que en ella se refleja la luz del Sol. Su superficie es de rocas y polvo. No tiene atmósfera, ni agua líquida, aunque se ha descubierto agua congelada en su superficie. Al igual que el resto de cuerpos celestes, la Luna tiene dos tipos de movimientos distintos: > > Rotación: la Luna completa una vuelta alrededor de su eje en un periodo de tiempo de 27 días, 7 horas y 43 minutos (periodo lunar). > > Traslación: describe un giro alrededor de la Tierra a una distancia media de km y a una velocidad de 3700 km/h Fases lunares La Luna refleja la luz solar de manera diferente según el lugar en el que se encuentre. Como a lo largo del movimiento de traslación la posición respecto al Sol y la Tierra va cambiando, la imagen que tenemos de la Luna desde la Tierra varía según las posiciones en su órbita lunar. Cada una de estas posiciones se denomina fase lunar. 6

7 4.2. Mareas Al igual que entre el resto de objetos celestes, entre la Tierra y la Luna se establecen fuerzas de atracción. Por tanto, la Luna y la Tierra están unidas por fuerzas gravitatorias que forman un sistema (Tierra-Luna). Así, llamamos gravitación a la fuerza de atracción mutua que se ejerce a distancia entre las masas de los cuerpos, especialmente los celestes. Fue enunciada por Isaac Newton ( ) en su Teoría de la gravitación universal: Dos cuerpos se atraen con una fuerza directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. F G = Gm T m L 2 r TL Las mareas son los cambios periódicos del nivel del mar causados por las fuerzas gravitacionales que ejercen la Luna y el Sol sobre nuestros mares y océanos. Cuando el nivel del mar sube se denomina marea alta o pleamar, mientras que la retirada del mar se llama marea baja o bajamar. Cada 6 horas aproximadamente se produce un cambio de marea Eclipses Como la Tierra gira en torno al Sol, y la Luna en torno a la Tierra, cada cierto tiempo uno de ellos se interpone entre los otros dos. Esta interposición es la que da lugar a los eclipses. Dependiendo de la posición de la Luna con respecto a la Tierra y el Sol, se pueden producir dos tipos de eclipse: > > Eclipse de Luna: la Luna se sitúa justo en la zona de sombra que proyecta la Tierra al tapar la iluminación del Sol. De esta forma, en cuestión de horas, la Luna desaparece y vuelve a aparecer. > > Eclipse de Sol: la Luna se sitúa justo entre el Sol y la Tierra, por lo que genera una zona de sombra sobre la superficie de la Tierra. En esa zona el Sol aparece como un disco negro con un borde iluminado. Al cabo de varios minutos el Sol vuelve a recuperar su aspecto normal. Penumbra Sombra Fases de un eclipse parcial de Luna. Eclipse total de Sol. 7

8 5. Observación celeste y técnicas de orientación La salida del Sol por un punto del horizonte y su desaparición por el punto opuesto permite disponer de dos puntos de referencia para establecer nuestra ubicación. De ahí surge la palabra orientación, que significa literalmente localización del oriente, es decir, lugar por donde sale el Sol (este). Al lugar por donde se pone el Sol se le denomina occidente (oeste). Haciendo coincidir nuestra mano derecha con el este y la izquierda con el oeste, los otros dos puntos cardinales quedan inmediatamente situados. El norte quedará al frente y el sur a nuestra espalda. Por la noche, si está despejado, también es posible guiarse por las estrellas de manera eficaz y sencilla. Basta con localizar el norte. Para localizarlo nos servimos de la Estrella Polar, que indica siempre el norte en el hemisferio norte del planeta. Esta es la única estrella que permanece fija, ya que se alinea con el eje de rotación de la Tierra. Todas las estrellas parecen girar alrededor de ella. Además de la observación del Sol o las estrellas, con el transcurso del tiempo el ser humano ha utilizado distintos métodos y elementos para poder orientarse como la brújula, el radar y más recientemente el sistema GPS. 8