Ángel Carmelo Prieto Colorado

Transcripción

1 Ángel Carmelo Prieto Colorado Física de la Materia Condensada, Cristalografía y Mineralogía. Facultad de Ciencias. Universidad de Valladolid. 1 Tutorias (Facultad de Ciencias, Despacho B204) Origen y Evolución de la Tierra Formación y estructura del Universo Sol, planetas y otros cuerpos del Sistema Solar. Formación del Sistema Solar y del planeta Tierra. Estructura y composición de la Tierra Tiempo Geológico. Métodos de Datación. Acontecimientos más destacados en la evolución de la Tierra.

2 2 El Universo tiene x10 6 años con un margen de error de aproximadamente 1%. Las primeras estrellas se formaron 200x10 6 años después del Big Bang. La luz de WMAP (Radiación de Fondo Cósmico) inicia su viaje años después del Big Bang. La edad del Sistema Solar (SS) se estima en 4.600x10 6 años, a partir de datos obtenidos de los meteoritos.

3 3 Las ideas científicas sobre el Sistema Solar se desarrollan, con la astronomía moderna, en el renacimiento. El renacimiento de la astronomía occidental no es extraña a la situación económica y política. Como todo a lo largo de su historia, la astronomía siempre ha estado completamente ligada no sólo a las otras disciplinas, también a la evolución social y política. Cinco nombres han marcado el renacimiento de la astronomía en occidente: Copérnico ( ), Tycho Brahé ( ), Kepler ( ), Galileo ( ) y Newton ( ). Se pueden considerar como los padres de la astronomía moderna.

4 4 Copérnico dedujo un sistema heliocentrista muy simple. En su época, ninguna experiencia le permitió decidir si la tierra estaba en reposo o en movimiento. Este sistema heliocéntrico permite encontrar fácilmente las distancias de los planetas. Venus y Mercurio acompañan al Sol en su ciclo anual y los movimientos retrógrados de Venus, Marte, Júpiter y Saturno, se resuelven colocando al Sol en el centro del Universo. Para Copérnico al igual que para Aristóteles, el universo estaba limitado por esferas fijas y el movimiento circular se consideraba natural para los astros. El sol sólo juega el papel óptico de fuente luminosa y se ignora su papel dinámico de causa de movimiento. La tierra continúa, en este sistema, jugando un papel privilegiado porque los movimiento se refieren al centro de la órbita terrestre y no al sol. Su obra, puesta en el INDEX por la iglesia católica tardo dos siglos en conocerse, y sufrió la misma hostilidad por parte protestante.

5 5 Tycho Brahé, discrepo sobre las órbitas circulares de Copérnico y realizo una magnifica descripción de los movimientos planetarios alrededor del sol. Contrato como ayudante al mejor matemático europeo de la época: Johannes Kepler. Kepler, descubrió tres leyes intentando geometrizar la visión del Universo: 1. La órbita terrestre y las planetarias son elípticas donde el Sol ocupa uno de los focos. 2. La tierra y los planetas se mueven sobre curvas planas y sus radios vectoriales describen áreas proporcionales al tiempo. 3. El cuadrado de los periodos de revolución sideral (P) alrededor del Sol son proporcionales al cubo de los ejes de las órbitas (a): P 2 = ka 3.

6 6 Galileo fundador de la física moderna, inventó la cinemática, el microscopio, la termometría y estableció la ley de la caída de los cuerpos y del movimiento del péndulo. Encontró las manchas del sol y su rotación, los cráteres y las montañas de la luna, los cuatro satélites más grandes de Júpiter, los anillos de Saturno y una multitud de estrellas antes invisibles y numerosos cúmulos de estrellas. Newton fundó la mecánica, la óptica moderna y el cálculo diferencial. Inventó el telescopio y el análisis espectral. Su teoría de la gravitación universal, que sería superada por la teoría de la relatividad de Einstein, es el punto de partida de la astronomía matemática. La mecánica celeste ha conocido su apogeo en 1846 con el descubrimiento por el cálculo del planeta Neptuno. Conoció sus límites cuando no pudo explicar el movimiento del gran eje de la órbita de Mercurio.

7 7 En el siglo XX se produce el nacimiento de la Astrofísica. En el transcurso del siglo XIX, el desarrollo de la fotografía, la espectroscopia y la fotometría ha proporcionado a los astrónomos los útiles necesarios para estudiar la naturaleza física de los astros. Se sabe por qué el sol y las estrellas brillan y se ha comprendido que el corazón de las estrellas eran gigantes reactores nucleares donde se estaban fabricando un gran número de átomos. Los astros ahora son visibles en todos los dominios de longitudes de onda desde las ondas radio a los rayos pasando por la radiación milimétrica, infrarroja, óptica, ultravioleta y X. Con el estudio in situ de los planetas por robots viviremos la edad de oro de la exploración del sistema solar. Los planetas y los satélites han dejado de ser puntos de luz de los que hay que estudiar solo su movimiento, sino que la geoquímica y geofísica se ocupan de conocer su formación, constitución y evolución.

8 8 El Sistema Solar es el conjunto del espacio gobernado por la atracción gravitatoria del Sol. Esta constituido por: Ocho planetas y sus 170 satélites conocidos. Repartidos en cuatro Telúricos (rocosos): Mercurio, Venus, Tierra y Marte y cuatro Gigantes (gaseosos): Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Seis planetas enanos: Ceres y los plutoides Plutón y Eris junto con Haumea, Makemake y Sedna (Unión Astronómica Internacional 2009). El cinturón principal de asteroides (entre Marte y Júpiter, con alrededor de en 2008, UAI). Los Cometas (más de en 2008, UAI). Los pequeños cuerpos del SS externo (cerca de en 2008, los centauros y los cuerpos transneptúnicos, TNO). Polvo interplanetario, plasma,...

9 9 Con esta estructura los componentes del Sistema Solar: El Sol Mercurio, Venus, Tierra, Marte Ceres Cinturón Principal de Asteroides Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno Cinturón de Edgeworth-Kuiper Plutón, Eris Cometas Conductos de Polvo, Meteoros y Meteoritos Planetas (170): Tierra-1, Marte-2, Júpiter-63, Saturno-60, Urano-27, Neptuno-13, Plutón-3, Eiris-1

10 10 El centro del Sistema Solar lo ocupa el Sol, que es una de las pocas estrellas solitarias, y en sus proximidades se encuentran los planetas rocosos, denominados Telúricos (mercurio, Venus, Tierra y Marte). Son muy pequeños, respecto del Sol, y de densidades muy elevadas. Mercurio y Venus se conocen como Planetas Inferiores, dado que sus órbitas se encuentran contenidas en la órbita terrestre.

11 11 Después de la órbita de Marte, se encuentra el Cinturón Principal de Asteroides (CPA). Son centenares de miles de fragmentos que se encuentran confinados hasta la órbita de Júpiter. El principal asteroide es Ceres, que fue descubierto el 01/01/1801, pasando hasta entonces desapercibido por su pequeño tamaño de apenas 959 Km. El asteroide Eros (1898), cuya trayectoria cruza las órbitas de Marte y de la Tierra, junto con otros asteroides que se acercan a la Tierra (NEA: Near Earth Asteroid) y los que acompañan al planeta Júpiter en su recorrido -denominados Griegos y Troyanos- amplían la banda del CPA.

12 12 Después del Cinturón Principal de asteroides, vienen los planetas Gigantes gaseosos o Jovianos : Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Sus órbitas no se encuentran contenidas en el CPA, y se denominan Planetas Superiores. Su principal característica en común es tu gran tamaño y su baja densidad. Júpiter y Saturno se conocen desde la antigüedad. Urano fue catalogado en 1791 y Neptuno en 1846.

13 13 En 1930, el aparente equilibrio del Sistema Solar -cuatro planetas rocosos y cuatro planetas gaseosos- se rompe con el descubrimiento de Plutón. Plutón es poco mayor que la mitad de la luna y de naturaleza pétrea. Esta situado en los confines del Sistema Solar y su estructura es mas un granulado de hielo y rocas, que un objeto compacto como los telúricos. Esta estructura permaneció inalterada hasta 1977, cuando se descubre a Quirón, entre las órbitas de Saturno y Urano. Inicialmente se le catalogo como Cometa (95P/Quirón) pero análisis posteriores determinaron que era un asteroide (2060 Quirón). Que hace un asteroide tan lejos del CPA?.

14 14 Se comenzó a sospechar de la existencia de un 2º cinturón de asteroides, tal como lo postularon Kenneth Edgeworth y Gerard Kuiper, en En 1992 se descubre un objeto más allá de la órbita de Plutón QB1. Mas tarde se identifica a toda una familia de objetos que poseen órbitas similares: Cubewanos (de Q B one). Se descubre el Cinturón Edgeworth - Kuiper, ya previsto por estos dos astrónomos. Inmediatamente, un grupo importante de astrónomos pusieron en entredicho el status de planeta de Plutón. Los objetos que se han descubierto en el Cinturón E-K, se asemejan mucho a Plutón. La Unión Astronómica Internacional (IAU) en su XXVI Asamblea General, (Praga, 21-25/08/2006) cambió el status de Plutón a "planeta enano"

15 15 Tomando como base las observaciones de los discos de polvo de otras estrellas similares a nuestro Sol, junto con las detecciones de objetos en las profundidades de nuestro sistema planetario, se puede trazar un perfil aproximado del Cinturón Edgeworth - Kuiper y de la aglomeración de objetos y polvo en la eclíptica del Sistema Solar. Cinturón Edgeworth - Kuiper se extiende entre 31 y 50 AU (Unidades Astronómicas -1AU=149.6x10 6 Km- Distancia media del Sol a la Tierra), por lo que el Cinturón de Kuiper tiene un diámetro aproximado de 13.3 Horas-Luz.

16 16 Si continuamos alejandonos del Sol, nos encontramos con una aglomeración de objetos, conocida como Nube de Oort, en honor al astrónomo que la previo en el año 1959, Jan Oort. Esta nube, marca el límite del Sistema Solar y se puede extender entre las y UA. Desde la Nube de Oort se precipitan los cometas hacia el Sol, debido a las interacciones con campos gravitatorios de otras estrellas y satélites cercanos.

17 La Nube de Oort es un hipotético conjunto de cerca de pequeños asteroides y cometas, situados más allá de la órbita de Plutón en el extremo del Sistema Solar. Se habrían formado en las primeras fases de la acreción y en las proximidades del Sol. Posteriormente son expulsados hacia sus confines por el efecto de la gravedad. Los que no escaparon totalmente, constituyen la nube de Oort. Algún objeto altera su órbita por efectos gravitacionales de los planetas Júpiter y Saturno y se transforman en cometas que se aproximan al sol en órbitas de largo periodo. 17

18 18

19 Toda hipótesis sobre la formación del Sistema Solar debe de contemplar las siguientes características: 19 Las órbitas de los planetas son prácticamente coplanarias en el plano ecuatorial del Sol, excepto Plutón que levanta 17º de la eclíptica. Los planetas describen órbitas casi circulares (elipses de muy baja excentricidad) La dirección de translación de los planetas en sus órbitas es progrado (en el mismo sentido que la rotación del Sol). El sentido de la rotación de una gran parte de los planetas es progrado, excepto Venus que es retrogrado. Las densidades de los planetas disminuye desde el interior hacia el exterior, igual que en los satélites de Júpiter, Saturno y Urano. El giro de los satélites es en la misma dirección que en los planeta, excepto Urano.

20 20

21 El Sol representa el 99.8% de la masa del Sistema, pero solo contiene el 2% de su momento angular. Los planetas, con el 0.2% de la masa del Sistema poseen el 98% del momento angular del sistema. Cumplimiento de la Ley de Titius-Bode sobre espaciamiento orbital: Relaciona la distancia de un planeta al Sol mediante una sucesión matemática -a=(n+4)/10- donde n=0, 3, 6, 12, 24, 48..., cada valor de n es doble del anterior y a representa el semieje mayor de la órbita. Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter y Saturno distan del Sol: 0,38; 0,72; 1; 1,52; 5,2; 9,54 UA, respectivamente. Las proporciones de Deuterio, Hidrogeno, Silicio y Litio, son similares en los planetas y en el medio interestelar, pero 100 veces superiores a las concentraciones analizadas en el Sol. 21

22 22

23 23

24 Cuerpos del Sistema Solar 24

25 25 El Sol Fulguración Solar

26 Viento Solar 26

27 Mercurio 27 Es el planeta más cercano al sol, aproximadamente a Km y el segundo más pequeño del sistema solar. Su movimiento de traslación dura 88 días y su movimiento de rotación lo realiza una vez cada 58,7 días, respecto a la Tierra. Su inclinación del eje se encuentra entre 5º-7 º aproximadamente. La sonda Mariner 10 en los años 1974 y 1975, mas las investigaciones hechas por telescopios, dan una composición atmosférica compuesto por Na, He y O, con una temperatura que oscila entre los 430º en la zona iluminada y unos -180º en su zona oscura. La composición atmosférica de este planeta no es considerada en los cálculos globales debido a que su densidad y estructura es tan débil que no afecta a su superficie. El 29/11/2012 la Nasa da a conocer la posible existencia de [H 2 O] en sus polos. En comparación a la Tierra, tiene una masa de 0,06 (Tierra=1), un radio de 0,38 (Tierra=1) y una densidad media de 5,4 (agua=1).

28 Mercurio 28

29 Venus 29 Es el segundo planeta más cercano al sol ( Km) y el cuarto más pequeño del sistema solar. Su traslación dura 224 días 16 horas y 49 minutos, su rotación es retrógrada y muy lenta, que dura 243 días. Su inclinación del eje se encuentra en los 2 º. Se ha investigado por las sondas Venera 4 y 5 (1967), Pioneer 1 y 2 (1978), Vega 1 y 2 (1984) y Magallanes (1990). Su composición atmosférica posee un 90% de CO 2, 3,5% N y un 0,5% de otros gases, con una temperatura que oscila entre en los 452º. Tiene una estructura dividida en troposfera y termosfera, la troposfera es de CO 2 en su mayoría y la termosfera una neblina de (H 2 SO 4 ) en su parte inferior y en la superior de H 2 SO 4 líquido. El acido sulfúrico produce un efecto invernadero y una luminosidad que le hace el mas brillante del sistema solar. Tiene un núcleo sólido de silicatos, Fe y Ni, un manto de rocas y una corteza de silicatos. Tiene una masa de 0,82 (Tierra=1), un radio de 0,95 (Tierra=1) y una densidad media de 5,3 (H 2 O=1).

30 30 Venus Imagen de la superficie de venus con y sin nubes Imagen de la superficie de venus tomada por la sonda Venera

31 La Tierra 31 Es el tercer planeta más cercano al sol ( Km) y el quinto más grande del sistema solar. Su inclinación, es de unos 23,45º. La atmósfera esta compuesta de un 77% de N, 22% de O y 1% de otros gases, una temperatura que oscila entre 58 ºC en Libia y unos -90ºC en la Antártica. La estructura atmosférica esta dividida en: Troposfera (0-11 Km), Estratosfera (12,9-19,3 Km), Ionosfera ( hasta los 640 Km) y Exosfera (comienza a unos 500 Km. y su limite superior es el espacio interplanetario). La estructura interna de la tierra esta dividida en las siguientes capas: 1. Corteza. 2. Manto superior 3. Manto inferior. 3. Núcleo externo. 4. Núcleo interno. La Tierra presenta uno satélite La Luna, con una gravedad muy baja y masa 1/80 parte en comparación con la tierra.

32 La Tierra y la Luna 32

33 Marte 33 Es el cuarto planeta más cercano al sol ( Km) y el séptimo en tamaño en el sistema solar. Su inclinación, es de unos 25,2º. Su movimiento de traslación dura 1,88 años y su rotación no difiere mucho con el de la Tierra 24,6 h. Las sondas Mariner 4, 6 y 7 en 1964; las sondas Vikings en 1976, los vehículos que llegaron a su superficie y la ayuda de los telescopios, nos señalan que esta compuesto en su atmósfera por CO 2 un 95%, N un 2,7%, Ar 1,8% y otros gases en 0,7%. La temperatura oscila entre los 17 y los -33ºC. Su estructura esta compuesta por una troposfera, una estratosfera y una termosfera. En su composición y estructura interna, Marte esta dividido en un núcleo compuesto por roca sólida y Fe, un manto compuesto por rocas siliceas y una corteza compuesta por roca sólida y hielo. En sus características físicas en comparación con la Tierra, tiene una masa de 0,11 (Tierra=1), un radio de 0,53 (Tierra=1) y una densidad media de 3,9 (agua=1).

34 Marte 34

35 Cinturon de asteroides 35

36 Júpiter 36 Es el quinto planeta más cercano al sol y el más grande del sistema solar. Su inclinación es de unos 31,6º. Su movimiento de traslación tarda 11,9 años y su rotación dura unas 9,9 horas. Las sondas Voyager 1 y 2 de 1979 y las observaciones espectroscópicas y telescópicas, presentan que su composición atmosférica es de 86% H, 13% He y 1% otros gases. Su estructura atmosférica la dividen en troposfera (particularmente la de Júpiter esta muy inestable debido a las continuas y grandes tormentas que tiene este planeta) y estratosfera. En cuanto a su composición interna se apunta a que tiene un núcleo compuesto por roca sólida y un manto compuesto por rocas e hidrogeno liquido metálico. Hay que destacar que a Júpiter no se le divisa una superficie ya que después del hidrogeno liquido, solo se da la existencia de gases. Posee 61 satélites, entre los cuales están Io, Europa, Ganímedes y Calisto, formados por roca y grandes cráteres (Io y Europa) y también por grandes cantidades de hielo y agua (Ganímedes y Calixto). Tiene una masa de 317,8 (Tierra=1), un radio de 11,2 (Tierra=1) y una densidad media de 1,3 (agua=1)

37 Júpiter 37

38 38 Satélites de Júpiter Io Calisto Ganímedes Europa

39 Satélites de Júpiter 39

40 Saturno 40 Es el sexto planeta más cercano al sol ( Km) y el segundo en tamaño del sistema solar. Su inclinación es de 26,73 º. Su periodo de traslación tarda 29,46 años y su rotación dura unas 10,23 horas. Las sondas Pioneer 1, Voyager 1 y 2 y la utilización de telescopios con tecnología ultravioleta e infrarroja revelan que una composición atmosférica de 94% H, 6% He y rastros de NH 3, CH 4 y (H 2 O). Posee una temperatura de -176ºC. En su estructura, la atmósfera saturnina la dividen en troposfera y estratosfera. En cuanto a la composición y estructura interna, esta conformada por un núcleo compuesto por roca y hielo, un manto interior compuesto por hidrogeno no metálico liquido, un manto exterior compuesto por hidrogeno no metálico sin poseer corteza sólida. Saturno posee 31 satélites conocidos. Los mas importantes son Mimas, Encélado, Tetis, Dione y Rea, son más o menos de forma esférica y compuestos en su mayor parte de hielo de agua. En cuanto a sus anillos, Saturno posee alrededor de anillos, astronómicamente se clasifican en zonas: A, B, C, D, E, F y G.

41 Saturno 41

42 Urano 42 Es el séptimo planeta más cercano al sol y el tercero más grande del sistema solar. Fue descubierto en 1781 por el astrónomo británico William Herschel. Su periodo de traslación es de aproximadamente 84,01 años y el de rotación de 17,24 horas. En cuanto a su composición y estructura interna posee un núcleo de roca sólida y un manto compuesto por hielo, H 2 O, NH 3, CH 4. No posee corteza. Tiene 25 satélites. Las dos lunas mayores, Oberon y Titania fueron descubiertas en 1787, las dos siguientes, Umbriel y Ariel, lo fueron en 1851 y Miranda, el satélite más interior conocido, fue descubierto en Posee 9 anillos de grosor muy pequeño descubiertos durante el viaje espacial interplanetario del Voyager 2 en Sus características físicas respecto a las terrestres son: masa de 14,5 (Tierra=1), radio de 4,1 veces el de la Tierra y una densidad media de 1,2.

43 Urano 43

44 Neptuno 44 Es el octavo planeta más lejano al sol y el cuarto más grande del sistema solar. El astrónomo alemán Johann Gottfried Galle lo descubrió el 23 de septiembre de Realiza su movimiento de traslación en 164,79 años y su periodo de rotación dura 16 horas. Presenta una inclinación de su eje de 29,6º. Dista al sol Km. La sonda Voyager 2 en 1989 y el telescopio espacial Hubble en 1996, permiten decir que su atmósfera presenta una composición basada en un 85% de H, un 13% He y un 2% de CH 4. El metano, al igual que sucede con Urano le da el color azulado. La temperatura es alrededor de -230ºC. En su composición y estructura interna encontramos un núcleo de roca sólida y una corteza compuesta por agua hielo, H 2 O, NH 3, CH 4. Se conocen 13 satélites, siendo los mas importantes Tritón y Nereo, y presenta 5 anillos a su alrededor. En comparación con la Tierra, tiene una masa de 17,2 veces superior, un radio de 3,88 el terrestre y una densidad media de 1,7 g.cm -3.

45 Neptuno 45

46 Neptuno 46

47 47

48 Plutón 48 Es el principal planeta enano del sistema solar. Plutón fue descubierto a raíz de una búsqueda telescópica iniciada en 1905 por el astrónomo estadounidense Percival Lowell, quien supuso la existencia de un planeta situado más allá de Neptuno como el causante de ligeras perturbaciones en los movimientos de Urano. A pesar del descubrimiento de Plutón, los astrónomos quedaron insatisfechos debido a que el tamaño de Plutón es muy reducido como para causar dichas perturbaciones y no es capaz de modificar el movimiento de Urano siendo Plutón un planeta tan pequeño. Tiene una inclinación de 122,5 grados. Su distancia al sol es de Km. Se ha podido investigar a través de telescopios de alta potencia y con los cálculos numéricos se ha podido concluir que posee una atmósfera compuesta por CH 4 que posiblemente esta mezclado con nitrógeno sumando un 100%, posee una temperatura de unos 250ºC. En su composición atmosférica se ha deducido que posee un núcleo de roca y posiblemente hielo, un manto de hielo y una corteza compuesta por agua helada y metano. Posee un solo satélite, Caronte, que es bastante grande y parecido a su planeta. En comparación con la Tierra, tiene una masa de 0,004 (Tierra=1), un radio de 0,18 (Tierra=1) y una densidad media de 1,99 (agua=1).

49 Plutón 49

50 Plutón 50

51 51

52 Luna 52 La Luna es excepcionalmente grande en relación con la Tierra: 0.25 del diámetro del planeta y 1/81 de su masa. Es el satélite más grande del Sistema Solar en relación al tamaño de su planeta (aunque Caronte es más extensa en relación a Plutón). La superficie de la Luna es menos del 10% de la corteza terrestre; cerca de un cuarto del área continental de la Tierra. La Tierra y la Luna siguen siendo consideradas un sistema planeta-satélite, en lugar de un sistema doble planetario, ya que su baricentro, está ubicado cerca de 1700 km (aproximadamente 0.25 del radio terrestre) bajo la superficie de la Tierra. La Luna tiene una atmósfera insignificante debido a su baja gravedad, incapaz de retener moléculas de gas en su superficie. La totalidad de su composición aún se desconoce. El programa Apolo identificó átomos de He y Ar, y más tarde (en 1988), observaciones desde la Tierra añadieron iones de Na + y K +. La mayor parte de los gases en su superficie provienen de su interior. El 13/11/2009 la NASA anunció el hallazgo de agua en la Luna. El proyecto consistió en hacer explotar en el fondo del cráter Cabeus la sonda LCROSS y su cohete propulso. La colisión levanto materia del fondo del cráter, detectando moléculas de H 2 O.

53 Luna 53 Radio Orbital medio km Periodo de rotacion 27d 7h 43.7min Inclinación º Superficie 38millons de Km 3 Masa x Kg. Gravedad de rotación 1.62m/s 2 TªSuperficial 40K Presión Atmósferica 3x Pa Composición Atmosfera: Oxígeno 43% Helio 25% Neón 25% Hidrogeno 23% Silicio 21% Argón 20% Ca, Fe, Mg, K, Na y Cr Teorias Fisión Captura Acreción binaria Precipitación De disco orbital Impacto

54 54

55 55 Mimas Puck Proteus Charon Luna Io Enceladas Thethys Miranda Ariel Triton Europa Dione Rhea Umbriel Titania Nereld Ganymedes Titan Oberon Hyperion Iapetus Calixto Phoebe