Ángeles Díaz Beltrán Dpto. de Física Teórica Universidad Autónoma de Madrid Módulo C15, 3ª Planta, 313 Tfno: 914975569 angeles.diaz@uam.es Curso 2011-12 Introducción a la Astronomía Ángeles I. Díaz 1
Astronomía y Astrofísica La Astronomía es la ciencia que trata del origen, evolución, composición y distancia de los cuerpos y la materia dispersos en el Universo. Incluye a la Astrofísica que estudia las propiedades físicas y la estructura de la materia cósmica Curso 2011-12 Introducción a la Astronomía Ángeles I. Díaz 2
La Astrofísica comienza con los descubrimientos de la espectroscopía y la fotografía en el siglo XIX, que permitieron medir la cantidad y calidad de la luz emitida por los astros y posibilitaron su análisis para obtener: luminosidades, temperaturas, composición química etc... de dichos objetos. La tendencia a la aplicación de las leyes físicas a la interpretación de los datos observacionales cobró ímpetu durante la primera mitad del siglo XX. Curso 2011-12 Introducción a la Astronomía Ángeles I. Díaz 3
Física (radiación materia) Matemáticas (tiempo materia energía) Astrofísica Computación (herramientas y métodos de análisis) Química (constituyentes de la materia) Geología (estructura de los planetas) Curso 2011-12 Introducción a la Astronomía Ángeles I. Díaz 4
La Astronomía difiere de otras ciencias en que: No se pueden cambiar los parámetros de un experimento Las distancias son muy grandes Las escalas temporales son muy largas Incluye el estudio de fenómenos físicos bajo condiciones que no se pueden reproducir en el laboratorio Curso 2011-12 Introducción a la Astronomía Ángeles I. Díaz 5
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Notación en potencias de diez: resulta de gran utilidad cuando se usan números muy grandes (potencias positivas) o muy pequeños (potencias negativas) 10 0 = 1 10 0 = 1 10 1 = 10 (deca) 10-1 = 0.1 (deci) 10 2 = 100 (hecto) 10-2 = 0.01 (centi) 10 3 = 1,000 (kilo) 10-3 = 0.001 (mili) 10 4 = 10,000 10-4 = 0.0001 10 6 = 1,000,000 (mega) 10-6 = 0.000001 (micro) 10 9 = 1,000,000,000 (giga) 10-9 = 0.000000001 (nano) 10 12 = 1,000,000,000,000 (tera) 10-12 = 0.000000000001 (pico) Curso 2011-12 Introducción a la Astronomía Ángeles I. Díaz 7
Potencias de diez Curso 2011-12 Introducción a la Astronomía Ángeles I. Díaz 8
ESCALA LOGARÍTMICA Escala lineal Logaritmo Escala lineal Logaritmo 10 0 = 1 0 10 0 = 1 0 10 1 = 10 1 10-1 = 0.1-1 10 2 = 100 2 10-2 = 0.01-2 10 3 = 1,000 3 10-3 = 0.001-3 10 4 = 10,000 4 10-4 = 0.0001-4 10 6 = 1,000,000 6 10-6 = 0.000001-6 10 9 = 1,000,000,000 9 10-9 = 0.000000001-9 10 12 = 1,000,000,000,000 12 10-12 = 0.000000000001-12 Curso 2011-12 Introducción a la Astronomía Ángeles I. Díaz 9
Escalas en la Tierra (Importancia de los números en ciencia) Radio = 6.400 km (dos días para dar una vuelta en jet). Interesante: Superficie muy suave: montañas más altas, 8 km, océano más profundo 8 km => aspereza 1/800 Atmósfera delgada: ~100 km alto => 1/60 del radio. Masa = 6 x 10 24 kg => Densidad media = 6000 kg./ m 3 Comparemos, agua 1000 kg./m 3, rocas ~3000 kg./m 3 Corazón de la Tierra está hecho de hierro y níquel Curso 2011-12 Introducción a la Astronomía Ángeles I. Díaz 10
El sistema Tierra- Luna Curso 2011-12 Introducción a la Astronomía Ángeles I. Díaz 11
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VAMOS UN POCO MÁS LEJOS EL SISTEMA SOLAR EL SOL Curso 2011-12 Introducción a la Astronomía Ángeles I. Díaz 13
El Sol Radio: 700.000 km, Distancia: 1.5 x 10 8 km. (UA=Unidad Astronómica) Masa: 2 x 10 30 kg. (300.000 veces la Tierra) Densidad: 1.4 veces el agua (hecho de gas) unidades La masa del Sol M La Unidad Astronómica UA La densidad del agua 1 g/cm 3 Curso 2011-12 Introducción a la Astronomía Ángeles I. Díaz 14
El Sol Curso 2011-12 Introducción a la Astronomía Ángeles I. Díaz 15
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EL SOL COMO PATRÓN El Sol es la estrella más cercana y por lo tanto la mejor estudiada. Sus magnitudes se suelen usar como patrones de medida. Distancia Tierra-Sol UA 1,49 x 10 8 Km Radio Solar R 6,96 x 10 5 Km Masa Solar Luminosidad Solar M L 1,99 x 10 30 Kg 3,82 x 10 26 W Curso 2011-12 Introducción a la Astronomía Ángeles I. Díaz 18
El Sistema Solar Hay nueve planetas en órbitas casi circulares moviendose en un plano. El más pequeño y más lejano, Plutón, con una órbita de 40UA, y una masa de 1/500 la de la Tierra (menos que la luna). A partir de la última reunión de la Unión Astronómica Internacional, celebrada en Praga en Agosto de 2007, Plutón ha dejado de clasificarse como planeta. Plutón se considera ahora el prototipo de una nueva clase: Planetas Enanos, dentro de los cuales se encuentran también su satélite: Carón y Ceres, el objeto más masivo en el Cinturón de Asteroides, entre otros. A la velocidad de la luz se necesitan 5.3 horas para salir del Sistema Solar. Un avión tardaría 17 x 40 = 680 años Curso 2011-12 Introducción a la Astronomía Ángeles I. Díaz 19
Sistema Solar Curso 2011-12 Introducción a la Astronomía Ángeles I. Díaz 20
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Imágenes reales de Venus y la Tierra captadas por el satélite Voyager I Curso 2011-12 Introducción a la Astronomía Ángeles I. Díaz 23
ESTRELLAS Qué hay a continuación, después de dejar el Sistema Solar? Próxima de Centauro a 300.000 AU A esta escala las UA dejan de ser útiles Usaremos los años luz como unidad de distancia 1 año luz = distancia que recorre la luz en un año velocidad luz en el vacío = 300.000 km./s 1 año luz = 9.5 x 10 12 km. 1 AU = 8 minutos luz En un segundo la luz da 7 vueltas alrededor de la Tierra. Próxima de Centauro a 4.2 años luz Curso 2011-12 Introducción a la Astronomía Ángeles I. Díaz 24
Estrellas de la Vía Láctea Curso 2011-12 Introducción a la Astronomía Ángeles I. Díaz 25
La nebulosa de Orión Curso 2011-12 Introducción a la Astronomía Ángeles I. Díaz 26
Sistemas de estrellas Están las estrellas distribuidas al azar en el cielo? No, las estrellas se organizan bajo ciertos patrones. La Vía Láctea es un ejemplo Descripción de la Vía Láctea " Distancia al centro = 25.000-30.000 años luz " Contiene mas de 100 mil millones de estrellas " Rota lentamente, 1 vuelta cada 200 millones de años. Curso 2011-12 Introducción a la Astronomía Ángeles I. Díaz 27
Galaxia espiral parecida a la Vía Láctea Curso 2011-12 Introducción a la Astronomía Ángeles I. Díaz 28
Esquema de la Vía Láctea Curso 2011-12 Introducción a la Astronomía Ángeles I. Díaz 29
Componentes de la Vía Láctea Curso 2011-12 Introducción a la Astronomía Ángeles I. Díaz 30
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Galaxias y el Universo n La galaxia más cercana a la nuestra, y más o menos de las mismas dimensiones, es ANDROMEDA Distancia = 2 millones de años luz, sólo 80 veces el diámetro de la VL. n En relación a sus tamaños, en general, las galaxias están más cercanas unas con otras que las estrellas. n Es necesario usar telescopios para observar galaxias, excepto para Andrómeda y las Nubes de Magallanes n Las Galaxias se acumulan en grupos (decenas), cúmulos (centenas) y supercúmulos (millones) Tamaño de estructuras más grandes, 150 millones de años luz Curso 2011-12 Introducción a la Astronomía Ángeles I. Díaz 32
El Grupo Local Curso 2011-12 Introducción a la Astronomía Ángeles I. Díaz 33
Distintos tipos de galaxias Curso 2011-12 Introducción a la Astronomía Ángeles I. Díaz 34
Agrupaciones de galaxias Curso 2011-12 Introducción a la Astronomía Ángeles I. Díaz 35
Efecto de los grandes cúmulos de galaxias Curso 2011-12 Introducción a la Astronomía Ángeles I. Díaz 36
Galaxias Peculiares Curso 2011-12 Introducción a la Astronomía Ángeles I. Díaz 37
Galaxias en interacción Curso 2011-12 Introducción a la Astronomía Ángeles I. Díaz 38
Colisiones de galaxias Curso 2011-12 Introducción a la Astronomía Ángeles I. Díaz 39
Galaxias emisoras en ondas de radio: RADIOGALAXIAS Curso 2011-12 Introducción a la Astronomía Ángeles I. Díaz 40
Galaxias activas Curso 2011-12 Introducción a la Astronomía Ángeles I. Díaz 41
Cuásares: objetos casi estelares Curso 2011-12 Introducción a la Astronomía Ángeles I. Díaz 42
Estructura del Universo Curso 2011-12 Introducción a la Astronomía Ángeles I. Díaz 43
Galaxias en los confines del Universo, al comienzo del tiempo Curso 2011-12 Introducción a la Astronomía Ángeles I. Díaz 44
Tamaños en el Universo Curso 2011-12 Introducción a la Astronomía Ángeles I. Díaz 45
ESCALAS TEMPORALES Edad estimada del Universo Edad estimada de las estrellas más viejas de la Galaxia Tiempo estimado de vida del Sol Tiempo que tarda el Sol en completar una órbita alrededor del centro galáctico Tiempo medio entre colisiones de dos estrellas dentro de una galaxia Tiempo que tarda una galaxia en atravesar el cúmulo en que se encuentra 13.7 x 10 9 años 12 x 10 9 años 9 x 10 9 años 2,5 x 10 8 años 1 x 10 17 años 1 x 10 9 años Curso 2011-12 Introducción a la Astronomía Ángeles I. Díaz 46
LA VIDA DEL UNIVERSO EN UN AÑO Si el tiempo de vida del Universo lo dividimos en un calendario de 12 meses, esta es la secuencia de los acontecimientos: Big-bang --- Medianoche del 1 de Enero Formación de la Vía Láctea --- 1 Mayo Formación del Sistema Solar --- 9 de Septiembre Formación de la Tierra --- 14 de Septiembre Origen de la vida --- Finales de Septiembre Células con núcleo --- Mediados de Noviembre Aumento del oxígeno en la atmósfera --- Primeros de Diciembre Curso 2011-12 Introducción a la Astronomía Ángeles I. Díaz 47
Primeros gusanos --- Mediados de Diciembre Las plantas colonizan la Tierra --- 20 de Diciembre Dinosaurios dominan la Tierra --- 25 de Diciembre Primeros primates --- 29 de Diciembre Primeros humanos --- 31 de Diciembre 22:30 h. Aparición de la agricultura --- 40 s antes de medianoche del 31 de Diciembre Caída del Imperio Romano --- 3 s antes de medianoche del 31 de Diciembre Curso 2011-12 Introducción a la Astronomía Ángeles I. Díaz 48