El Origen del Universo y el Sistema Solar

1. Los Primeros Astrónomos

Desde hace más de 9000 años, se han ido sucediendo unas culturas a otras, pero fueron los babilonios quienes desarrollaron la astrología y establecieron las bases de la moderna astronomía. Describieron con precisión el movimiento del sol, la luna y los planetas, inventaron el sistema sexagesimal (los 360 grados de la circunferencia) y establecieron el zodiaco y los primeros calendarios.

Pseudociencia

Es un término que da cuenta de un conjunto de supuestos conocimientos, metodologías, prácticas o creencias no científicas, pero que reclaman dicho carácter. Este concepto es utilizado en los enfoques epistemológicos preocupados por el criterio de demarcación de la ciencia para diferenciarlas claramente de las ciencias exactas, las naturales y las sociales.

Aristóteles

Filósofo griego referente máximo del saber, imaginó un universo geocéntrico, donde la Tierra se encontraba en el centro y el sol, la luna, los planetas y las estrellas giraban a su alrededor. Desarrolló un instrumento matemático que permite predecir el movimiento aparente de los planetas.

Aristóteles de Samos

Científico jonio, investigó la naturaleza de los astros, estableció por primera vez el modelo del universo heliocéntrico, y afirmó que el sol era mayor que la Tierra y que esta, junto a los demás planetas, giraba a su alrededor.

Eratóstenes

Realizó mediciones aproximadas para establecer la esfericidad de la Tierra y calcular con gran precisión el perímetro de radio terrestre.

Hiparco de Nicea

Matemático y astrónomo, elaboró el primer mapa estelar, un catálogo que contenía cerca de 850 estrellas.

2. La Cosmología Moderna

Cosmología

Parte de la astronomía que estudia la estructura, origen y desarrollo de la totalidad del universo, el cosmos.

Astronomía

Ciencia que estudia los astros componentes del universo a partir de la información que recibimos de la radiación electromagnética que nos llega de ellos: luz visible, infrarrojos, ultravioleta, rayos X.

Astrofísica

Parte de la astronomía que aplica las leyes de la física para estudiar la naturaleza de los astros y su comportamiento. Estudia la composición, la estructura y evolución de los astros.

Definición de Modelos Matemáticos

Conjunto de ecuaciones para describir sistemas físicos, como el universo, que ayudan a profundizar en el estudio de las propiedades del sistema y a predecir las propiedades de nuevos estados cuando se cambia alguna de sus variables.

Modelo del Universo Estático e Infinito

Modelo cosmológico eterno e infinito. Albert Einstein, en 1917, expone la teoría de la relatividad general, proporcionando la descripción matemática más completa del universo hasta entonces. Sus ecuaciones predecían un modelo de universo en expansión. Einstein tenía una idea del cosmos eterno e inmóvil, e introdujo en ellas la constante cosmológica para obligar a su modelo a permanecer estático.

Modelo del Universo Dinámico y Finito: El Big Bang

Hubble, en 1929, demostró que las galaxias se alejan unas de otras y que el universo está en expansión. El modelo Big Bang sostiene que el universo es dinámico y finito, y se creó en una explosión a partir de un punto inmaterial infinitamente denso y caliente hace 15 millones de años, y no ha parado de expandirse, impulsado por una energía invisible conocida como energía oscura.

Control del Universo Dinámico e Infinito: El Estado Estacionario

Fred Hoyle, Thomas Gold y Herman Bondi, en 1948, propusieron un modelo que admite la expansión del universo, pero concibe un universo infinito, que no tiene principio definido y en el que se genera materia continuamente mediante mecanismos desconocidos.

3. La Expansión del Universo

La Ley de Hubble

Establece que la velocidad de alejamiento de una galaxia es directamente proporcional a su distancia: V = H0 * D.

Desplazamiento hacia el Rojo

De las líneas espectrales, se debe al efecto Doppler y significa que las galaxias se alejan unas de otras. Es similar al fenómeno que percibimos cuando las ondas sonoras del silbato de un tren en movimiento se alargan y se hacen más graves cuando el tren se aleja.

Cefeida

Es un tipo de estrella muy brillante, cuyo brillo oscila rítmicamente describiendo un ciclo regular, desde que se oscurece hasta que recupera su luminosidad.

4. El Big Bang: La Gran Explosión

Modelo del Big Bang

Deducido a partir del actual ritmo de expansión, en el instante t=0, hace 13,700 millones de años, toda la materia del universo, las cuatro fuerzas que actúan sobre ella (la gravedad, la fuerza electromagnética, la fuerza nuclear fuerte y la nuclear débil), la energía, el espacio, el tiempo y el vacío, se encontraban bajo la forma de una singularidad.

1. Era de Planck

Periodo imposible de describir.

2. La Gran Unificación

Se separa la fuerza de la gravedad.

3. Era de la Inflación

El universo se expandió bruscamente.

4. Era Electrodébil

Se separa la fuerza nuclear fuerte.

5. Era Hadronica

Se separa la fuerza nuclear débil.

6. Era Leptónica

Se forman los leptones, los electrones y los neutrones.

7. Era de la Nucleosíntesis

Los protones y los neutrones se asocian para formar núcleos de hidrógeno.

8. Era de los Átomos y de la Radiación

Se forman los átomos de hidrógeno, helio y una pequeña cantidad de litio.

9. Era de las Galaxias

Se forman las galaxias. Los primeros átomos aparecieron hace 300,000 años.

5. Recreación del Universo Primitivo

A la era de Planck se la llamó “la frontera de la física” porque todavía no hay ninguna teoría que permita describir con exactitud las características y las propiedades de este instante fugaz. Cuando el universo tiene 10-32 segundos, se materializa por la expansión del espacio-tiempo y el enfriamiento. En el universo no se ha detectado antimateria por una simetría en la ciencia.

A partir de los quarks se formaron los protones y los neutrones (partículas adronas). En la era de la nucleosíntesis, la temperatura bajó y permitió la unión de protones y neutrones, formando pequeños núcleos de hidrógeno, helio y litio.

Los Aceleradores de Partículas y los Radiotelescopios

Son los instrumentos básicos utilizados por los científicos para interpretar los sucesos ocurridos en los instantes previos al gran estallido. Se localizan cerca de Ginebra, y su misión es acelerar y colisionar protones, utilizando la energía de las colisiones para calentar la materia hasta alcanzar la temperatura que la Tierra tenía un microsegundo después del Big Bang.

La Radiación Cósmica de Fondo de Microondas

Cuando disminuye la intensidad de la radiación, y por tanto, aumenta su longitud de onda hasta las frecuencias de microondas.

La Estructura de las Galaxias

Viene dada por la fuerza de la gravedad que actuó sobre las fluctuaciones o irregularidades iniciales en la densidad y temperatura de la materia.

La Materia Oscura

Forma una tela invisible que sirve como una especie de esqueleto cósmico o árbol de Navidad en el que se engarzan los racimos de galaxias como guirnaldas brillantes, es decir, toda la materia oscura que podemos ver.

La Energía Oscura

Es responsable de la aceleración de la expansión, ha planteado otros escenarios posibles para el destino del universo: el Big Rip.

Big Chill

El gran enfriamiento. Un universo abierto donde la materia-energía es insuficiente y no se alcanza la densidad crítica necesaria para que la fuerza de la gravedad frene la expansión. El espacio se expandiría indefinidamente, aunque lentamente. El universo estaría condenado a una muerte lenta y fría en una oscuridad absoluta.

Big Crunch

La gran contracción. Universo cerrado donde la cantidad de materia-energía es suficiente para superar la densidad crítica y genera una atracción gravitatoria tan fuerte que frena la expansión y comienza el proceso inverso, la contracción, hasta llegar a un punto de singularidad inicial. Otra posibilidad sería el universo pulsante, sometido a infinitos ciclos de expansión-compresión.

Big Rip

El gran desgarramiento, un universo próximo a la densidad crítica, donde la fuerza repulsiva de una enloquecida energía oscura superaría a la fuerza de la gravedad. Esto provocaría una expansión tan acelerada que, en un instante, el universo se destruiría y se produciría un desgarramiento de todo; la materia se evaporaría y el tiempo se detendría.

6. Estructura del Universo: Distancias y Escalas

Los Supercúmulos

Son agrupamientos de cúmulos.

El Grupo Local

Está formado por la Vía Láctea, Andrómeda, Nube de Magallanes Grande, Nube de Magallanes Pequeña, Dragón, el sistema de la Osa Menor y otros más.

La Vía Láctea

Tiene 5 brazos, y nosotros nos encontramos en el de Orión. Los otros cuatro son: Perseo, Sagitario, Centauro y Cisne. Tardaríamos en llegar a Andrómeda 2 millones de años.

7. Las Estrellas: Fraguas Donde se Forjan los Elementos Químicos

Las Reacciones de Fusión Termonuclear

Entre dos isótopos del hidrógeno: deuterio y tritio. Los dos núcleos de deuterio y tritio se fusionan en un núcleo más pesado de helio, se desprenden neutrones y se libera gran cantidad de energía.

Una Estrella como el Sol

Se convierte en gigante roja cuando desaparece su hidrógeno, se pierde masa y, por tanto, disminuye la componente gravitatoria y aumenta su expansión. La superficie de la estrella cada vez es mayor. Después se convierte en una nebulosa planetaria, cuyas capas externas se desprenden formando un anillo de humo estelar. Después pasa a ser una enana blanca, que es el núcleo desnudo de la gigante roja. Y por último, en enana negra, hasta que se apaga por completo, originando una estrella de carbono, oscura y fría.

Las Nebulosas

Son nubes gaseosas de hidrógeno, helio, elementos químicos pesados en forma de polvo cósmico y cierta cantidad de compuestos orgánicos.

Las Estrellas

Son enormes esferas gaseosas de hidrógeno y helio.

El Destino Final de una Estrella Gigante de Gran Masa

Cuando consumen todo su hidrógeno y se hinchan, se convierten en gigantes rojas.

Los Elementos Químicos Más Pesados que el Hierro

Se forman cuando una estrella explota en su holocausto final. Se sintetizan los elementos químicos más pesados que el hierro, que se dispersan por el espacio intergaláctico, junto con el resto de los elementos originados en el interior de la estrella, y constituyen el polvo cósmico.

8. Formación del Sistema Solar

La Formación del Sistema Solar

Tuvo lugar con la explosión de una supernova que marcó la muerte de una estrella gigante, situada en el extremo de uno de los brazos de la Vía Láctea.

Un Planeta

Son astros que orbitan alrededor del sol, poseen una masa suficiente para que su propia gravedad les permita tener una forma casi redonda y son los cuerpos dominantes. La mayoría poseen uno o varios satélites o lunas.

Planeta Enano

Son cuerpos celestes que orbitan alrededor del sol y poseen una masa suficiente para que su propia gravedad les permita tener una forma casi redonda, pero tienen otros cuerpos en sus órbitas. Los planetas enanos describen órbitas alrededor del sol muy elípticas e inclinadas.

El Origen de la Primitiva Atmósfera

Fue por emanación de gases, por el vapor de agua que se formaron los mares y océanos, y por las emanaciones de gases de los volcanes.

El Cinturón de Asteroides

Se sitúa entre las órbitas de Marte y Júpiter. Los asteroides son cuerpos rocosos de tamaño variable en órbita alrededor del sol.

La Nube de Oort

Se encuentra en los confines del sistema solar, donde se acumulan fragmentos de hielo, moléculas orgánicas y polvo cósmico residuales de la primitiva nebulosa que dio origen al sistema solar.

La Aparición de la Tierra

Se debió al contenido de agua, la filtración de radiación solar nociva, porque sus gases generan efecto invernadero, y por su posición, ni muy lejos ni muy cerca del sol, manteniendo una temperatura suave. La presencia de agua líquida ha propiciado la aparición de vida.

9. La Exploración del Espacio

Los Observatorios

Se suelen situar en las cumbres de las montañas o en órbitas alrededor de la Tierra porque el aire de la atmósfera difumina las imágenes y entorpece la visión.

Las Naves Espaciales

Están dotadas de motores para poder escapar de la enorme atracción gravitatoria que ejerce la Tierra. Los transbordadores están dotados de motores y pueden permanecer varios días en órbita y volver cuando finalice su misión. Se pueden reutilizar varias veces. El transbordador está recubierto de un sistema aislante que lo protege de las altas temperaturas.

Las Naves Pioneras 10 y 11

Contenían datos sobre los seres humanos y trataban de explicar quiénes somos y dónde estamos a algún tipo de inteligencia extraterrestre.

La Sonda Mars Climate Orbiter

Lo que provocó su destrucción fue que olvidaron convertir las millas en kilómetros, es decir, convertir los datos de navegación del sistema anglosajón al sistema métrico decimal.

El Sistema GPS

Es un sistema de navegación que permite localizar nuestra posición en la superficie terrestre. El GPS consta de 24 satélites en órbita. El GPS es un satélite artificial.