Unidad 2: Nuestro lugar en el Universo El universo

Transcripción

1 Unidad 2: Nuestro lugar en el Universo 2.1. El universo

2 Cómo es el Universo? Antigüedad: Del Megalítico se conservan grabados en piedra de las figuras de ciertas constelaciones: la Osa Mayor, la Osa Menor y las Pléyades. En ellos cada estrella está representada por un alvéolo circular excavado en la piedra. Hay construcciones megalíticas que sirven para determinar solsticios, equinoccios, eclipses Sumerios Elaboración de un calendario agrícola basado en los movimientos celestes

3 Cómo es el Universo? Griegos Egipcios El calendario egipcio surge a principios del tercer milenio antes de Cristo y es el primer calendario solar conocido de la Historia, con una duración del año de días (como el actual). El calendario Juliano y, más tarde, el Gregoriano - el que usamos actualmente -, no son más que una modificación del calendario civil egipcio. Eudoxio y su discípulo Calipo propusieron la teoría de las esferas homocéntricas, capaz de explicar la cinemática del sistema solar.

4 Cómo es el Universo? Universo de Aristóteles Modelo geocéntrico con muchas esferas donde estaban el resto de los objetos celestes. Romanos Los romanos adoptaron los conocimientos griegos y adelantaron poco en astronomía. En el periodo cristiano del imperio romano, se destruyeron los principales santuarios del conocimiento clásico (biblioteca de Alejandría, academia de Platón

5 Cómo es el Universo? Árabes Los Árabes fueron quienes después de la decadencia de los estudios Griegos y la entrada de occidente en una fase de oscurantismo durante los siglos X a XV, continuaron con las investigaciones en astronomía dejando un importante legado: tradujeron el Almagesto y catalogaron muchas estrellas con los nombres que se utilizan aun en la actualidad, como Aldebarán, Rigel y Deneb. Crearon observatorios astronómicos donde realizaron importantes avances en el estudio de los movimientos de los planetas y de la eclíptica.

6 Cómo es el Universo? Reinos cristianos Alfonso X fomentó la traducción de libros astronómicos y astrológicos, en especial de procedencia árabe y judía, traducidos por lo general al latín y de esta lengua al castellano. Entre éstos pueden citarse los Libros del saber de astronomía. En Europa dominaron las teorías geocentristas promulgadas por Ptolomeo y no se presentó ningún desarrollo importante de la astronomía. En el siglo XV surgen dudas sobre la teoría de Tolomeo: el filósofo y matemático alemán Nicolás de Cusa y el artista y científico italiano Leonardo da Vinci cuestionan los supuestos básicos de la posición central y la inmovilidad de la Tierra. Había empezado el Renacimiento.

7 Cómo es el Universo? Renacimiento Las aportaciones de Nicolás Copérnico supusieron un cambio radical en la astronomía. Copérnico analizó críticamente la teoría de Tolomeo de un Universo geocéntrico y demostró que los movimientos planetarios se pueden explicar mejor atribuyendo una posición central al Sol, más que a la Tierra.

8 Cómo es el Universo? Galileo En principio no se prestó mucha atención al sistema de Copérnico (heliocéntrico) hasta que Galileo descubrió pruebas sobre el movimiento de la Tierra cuando se inventó el telescopio en Holanda. En 1609 construyó un pequeño telescopio, lo dirigió hacia el cielo y descubrió las fases de Venus, lo que indicaba que este planeta gira alrededor del Sol. También descubrió cuatro lunas girando alrededor de Júpiter.

9 Cómo es el Universo? El observador mas importante del siglo XVI fue Tycho Brahe, un buen observador y con el dinero para construir los equipos mas avanzados y precisos de su época. Desde 1580 hasta 1597, Tycho observó el Sol, la Luna y los planetas en su observatorio situado en una isla cercana a Copenhague y después en Alemania. Realizó un catalogo estelar, dando la posición exacta de mas de 70 estrellas. Sus observaciones, que eran las mas exactas disponibles, darían posteriormente las herramientas para que se pudieran determinar las leyes del movimiento celeste, dadas por su ayudante y uno de los mas grandes científicos de la historia: Johannes Kepler

10 Cómo es el Universo? Johannes Kepler, formuló las leyes del movimiento planetario, afirmando que los planetas giran alrededor del Sol y no en órbitas circulares con movimiento uniforme, sino en órbitas elípticas a diferentes velocidades, y que sus distancias relativas con respecto al Sol están relacionadas con sus periodos de revolución.

11 Cómo es el Universo? Isaac Newton: A partir de las observaciones y conclusiones de Galileo, Tycho Brahe y Kepler, Newton llegó, por inducción, a sus tres leyes simples del movimiento y a su mayor generalización fundamental: la ley de la gravitación universal. Newton además modificó los telescopios creando los telescopios reflectores Newtonianos que permitieron la observación mas claras de objetos muy tenues. El desarrollo de este y otros sistemas ópticos, dieron a la astronomía un vuelco fundamental y se comenzaron a descubrir, describir y catalogar miles de objetos celestes nunca observados.

12 Cómo es el Universo? Siglo XX Albert Einstein propuso su Teoría de la Relatividad General en la que se deduce que el universo no debe ser estático sino que se encuentra en expansión William de Sitter elabora un modelo de un universo en expansión y Friedman y Lamaître llegan a las mismas conclusiones: Se comenzó a pensar que si el universo se encuentra en expansión alguna vez todo debió estar unido en un punto de luz al cual llamó singularidad o "átomo primordial" y su expansión "Gran Ruido" George Gamow bautizó este modelo como teoría del Big Bang.

13 De que está hecho el universo? EL UNIVERSO OBSERVABLE ES UN INMENSO VACÍO EN EL QUE FLOTAN MILLONES DE GALAXIAS, CONSTITUIDAS A SU VEZ POR MILLONES DE ESTRELLAS, PLANETAS Y NEBULOSAS. NEBULOSA DEL CANGREJO sas.htm Es un remanente de una supernova. Los astrónomos japoneses y chinos registraron este violento acontecimiento alrededor del año Esta es una composición de 24 imágenes individuales tomadas por el Telescopio Hubble, NASA,.

14 De qué está hecho el universo? Desde el punto de vista químico, el universo observable está formado por los siguientes elementos 5% 20% 75% Otros (O,C,Fe,etc.) Helio Hidrógeno

15 Cómo sabemos de qué está hecha una estrella? EL ESPECTRO DE LA LUZ DEL SOL NOS PROPORCIONA INFORMACIÓN SOBRE LOS ELEMENTOS QUE LO COMPONEN El espectro de la radiación ELEMENTOS QUÍMICOS EN EL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO DE LA RADIACIÓN SOLAR (vídeo)

16 Cómo está organizado el Universo? UNIVERSO SUPERCÚMULO DE VIRGO GRUPO LOCAL DE GALAXIAS VÍA LÁCTEA SISTEMA SOLAR EL UNIVERSO INFINITO: VÍDEO EN EL UNIVERSO MEDIMOS LAS DISTANCIAS EN AÑOS-LUZ: DISTANCIA QUE RECORRE LA LUZ EN UN AÑO, VIAJANDO A KM/S.

17 Cómo está organizado el Universo?

18 Se mueve la materia que constituye el Universo? EN UNA GALAXIA, LAS ESTRELLAS GIRAN ALREDEDOR DEL NÚCLEO. EN EL SISTEMA SOLAR, LOS PLANETAS GIRAN ALREDEDOR DEL SOL. LA LUNA GIRA ALREDEDOR DE LA TIERRA.? LA FUERZA DE LA GRAVEDAD SEGÚN NEWTON LOS CUERPOS SE ATRAEN, TANTO MÁS CUANTO MÁS PRÓXIMOS ESTÉN Y MAYOR SEA SU MASA.

19 LA EXPLICACIÓN DE EINSTEIN La curvatura del espaciotiempo es lo que produce la gravedad. El Sol deforma el espaciotiempo y por eso la Tierra gira a su alrededor

20 Qué son los agujeros negros? SON CONCENTRACIONES DE MATERIA DE ALTÍSIMA DENSIDAD. SU CAMPO GRAVITATORIO ES TAN GRANDE QUE NI SIQUIERA LA LUZ PUEDE ESCAPAR DE ÉL. CONOCEMOS SU EXISTENCIA POR LA RADIACIÓN EMITIDA POR LA MATERIA AL ACELERAR, JUSTO ANTES DE CAER EN EL AGUJERO NEGRO

21 Cómo podemos explicar el origen del Universo? BIG BANG Cuál es la edad del Universo? EL UNIVERSO SE ORIGINÓ HACE UNOS MILLONES DE AÑOS EN UNA GRAN EXPLOSIÓN

22 Teoría del Big Bang? 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. La explosión provocó la transformación de la energía en materia según la ecuación de Einstein.

23 Teoría del Big Bang El hidrógeno y el helio habrían sido los productos primarios del Big Bang Al expandirse, el helio y el hidrógeno se enfriaron y se condensaron en estrellas y en galaxias. 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

24 Cómo surgió la idea del Big Bang? Al analizar la luz de las galaxias, se comprobó que las líneas espectrales de diferentes elementos estaban desplazadas hacia la zona roja del espectro, las galaxias se alejan unas de otras EFECTO DOPPLER Si las galaxias se alejan unas de otras, cabe pensar que en el pasado estuvieron más cerca y que en el principio toda la materia estaba concentrada en una zona muy pequeña

25 Espectro de absorción de una estrella EN REPOSO SE ALEJA SE ACERCA LAS DOS LÍNEAS NEGRAS CORRESPONDEN A LA LUZ QUE FUE ABSORBIDA POR ÁTOMOS EN LA ATMÓSFERA DE LA ESTRELLA

26 Pruebas del Big Bang En 1948, Alpert, Herman y Gamow calcularon que, el el big bang existió, la temperatura actual del universo sería de 3ºK En 1965, Arno Penzias y Robert Wilson, realizando experimentos con un radiotelescopio muy sensible, captaron sin querer una interferencia de microondas, que les llegaba desde todas partes, no importaba hacia donde apuntaban el aparato. Concluyeron que la radiación que recibían tenía un origen astronómico natural y que correspondía a la radiación (luz) que emitiría un objeto con una temperatura de 3 K. No podía ser otra cosa que el resplandor del Big Bang. Se le llamó: Fondo Cósmico de Microondas.

27 Pruebas del Big Bang Diferencias en temperatura de la radiación cósmica de fondo observada por la sonda WMAP, el rojo temperaturas más calientes que la media y el azul más frías

28 El Big Bang y la historia del Universo

29 El Big Bang y la historia del Universo Inflación Formación de la materia: Partículas subatómicas: electrones, quarks y fotones Al cabo de 3 minutos, baja la temperatura y se forman los protones y neutrones a partir de los quarks Los primeros átomos: al cabo de años se forman los primeros átomos (hidrógeno y helio) El encendido del universo: al formarse los átomos los fotones pueden viajar libremente por el espacio: surge la radiación cósmica de fondo. Formación de las estrellas y galaxias: al cabo de 400 millones de años. La energía oscura: al cabo de millones de años, las galaxias se aceleran. Se cree que se debe a la acción de una energía de naturaleza aún desconocida.

30 El Big Bang y la historia del Universo

31 El futuro del Universo

32 Materia, energía y evolución del Universo EL MISTERIO DE LA ENERGIA OSCURA LA MATERIA-ENERGÍA EN EL UNIVERSO

33 El futuro del Universo Densidad del universo mayor que la densidad crítica Ocurrirá un Big Crunch, (Big Bang a la inversa) Al terminar la época de expansión, el Universo volvería a contraerse y calentarse Densidad del universo igual que la densidad crítica El Universo se expandirá sin límite, hasta dejar a la Vía Láctea aislada en el centro del Universo observable. Densidad del universo menor que la densidad crítica El Universo se expandirá sin límite, a mayor velocidad cada vez. Llegaremos al Big Rip

34 El futuro del Universo

35 El futuro del Universo Muerte térmica del Universo Todas las estrellas masivas explotarán Las estrellas similares al Sol acabarán n como enanas blancas en unos pocos billones de añosa Tanto éstas como el material intergaláctico acabará alimentando agujeros negros gigantes Los agujeros negros acabarán n evaporándose, en escalas de tiempo inimaginables

36 Métodos de estudio del universo Se hace gracias a la radiación que emiten los cuerpos. Los detectores de esta radiación pueden ser: Radioastronomía Detectan las radiaciones de mayor longitud de onda. Se localizan en la superficie terrestre

37 Métodos de estudio del universo Astronomía Infrarroja Sirven para detectar regiones de formación de estrellas, núcleos de galaxias activas La atmósfera absorbe radiación IR, luego las observaciones desde tierra firme son limitadas. Existen muchos satélites IR (además de los dedicados a observatorios meteorológicos) como : Spitzer, Herschel, WISE, IRAS

38 Métodos de estudio del universo Astronomía Visible Mas antigua de todas. Opera en la zona del visible. Estudia objetos que emiten luz (galaxias, estrellas, etc.) Puede ser terrestre Very Large Telescope o con satélites, Hubble,

39 Métodos de estudio del universo Astronomía Ultravioleta Sirven para detectar galaxias activas, novas, supernovas La atmósfera (capa de ozono) absorbe rad. UV, luego las observaciones se hacen desde satélites Explorador Ultravioleta Internacional, telescopio espacial Hubble, Explorador Ultravioleta Extremo.

40 Métodos de estudio del universo Astronomía de rayos X y rayos gamma Sirven para detectar procesos muy violentos como formación de agujeros negros o choques de galaxias: Se hace con satélites como: Explorador Observatorio Einstein, Chandra Observatorio de Rayos X. Fermi Gamma-ray Space Telescope, Astrorivelatore Gamma ad Immagini Leggero