Tema 1. Nuestro lugar en el universo 2011

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Tema 1. Nuestro lugar en el universo 2011

  1. 1. NUESTRO LUGAR EN EL UNIVERSO<br />
  2. 2. SISTEMA GEOCÉNTRICO<br />Hoy en día, la mayor parte de las personas saben que el planeta Tierra no es plano y que no es el centro de todo lo que existe (modelo geocéntrico)<br />Sin embargo, durante mucho tiempo es lo que se pensó al resultar más intuitivo<br />Ptolomeo (100-170) llegó a desarrollar todo un sistema matemático para predecir los movimientos de los planetas y del Sol<br />
  3. 3. Modelo de Ptolomeo<br />
  4. 4. SISTEMA HELIOCÉNTRICO<br />Hubo que esperar hasta el s. XV para que Copérnico (1473-1543) desarrollara el modelo heliocéntrico y negara la aparente evidencia de que el Sol sale por el E y se pone por el O<br />Otros defensores del heliocentrismo fueron Kepler y Galileo, y por ello fueron perseguidos por la Inquisición<br />
  5. 5. Modelo de Copérnico<br />
  6. 6. La Ciencia nos ha puesto en nuestro lugar ya que:<br />El Sistema Solar se encuentra en un brazo de la Vía Láctea, entre los cien mil millones de estrellas<br />El planeta Tierra no es más que el tercero de un sistema de planetas que giran alrededor del Sol (Sistema Solar)<br />El Sol no es más que una estrella corriente entre los miles de millones que forman nuestra galaxia (Vía Láctea)<br />El Sistema Solar ocupa una posición alejada del centro de la Vía Láctea, en uno de sus brazos espirales<br />La Vía Láctea no es más que una entre las cientos de miles de millones de galaxias existentes<br />Todo esto, en realidad, solo es una pequeña parte de lo que existe<br />
  7. 7. La Ciencia nos ha puesto en nuestro lugar ya que:<br />La edad de la tierra es de 4500 millones a. y la especie humana solamente lleva unos 100.000 años.<br />La evolución demostró que las especies cambian a lo largo del tiempo, que todas están emparentadas, incluida la nuestra. <br />
  8. 8. Nueva estructura del Sistema Solar<br />Nueva definición de planeta:<br />Su masa debe ser suficiente para ser casi esférica<br />Debe haber despejado su órbita; es decir domina su zona orbital<br />Plutón por tanto, deja de ser planeta<br />
  9. 9. Cinturón de Kuiper<br />
  10. 10. El Sistema Solar<br />El Sistema Solar está constituido por:<br />Una estrella (el Sol)<br />Ocho planetas (con sus satélites)<br />Planetas enanos<br />Cuerpos pequeños (asteroides y cometas)<br />Todos giran a su alrededor atraídos por su potente fuerza de la gravedad<br />
  11. 11. El Sistema Solar (planetas)<br />Los planetas son:<br />Astros que orbitan alrededor del Sol<br />Son los únicos cuerpos en sus órbitas porque han barrido sus alrededores<br />Tienen la suficiente masa para que su propia fuerza de la gravedad les confiera forma esférica<br />Muchos de ellos tienen satélites o lunas<br />Se pueden dividir en dos grupos:<br />Planetas interiores o rocosos<br />Planetas exteriores o gaseosos<br />
  12. 12. El Sistema Solar (planetas)<br />Planetas interiores o rocosos<br />Están cerca del Sol<br />Son rocosos y densos (formados por elementos pesados (Fe, Si, Mg, O,…)<br />Durante millones de años, los numerosos impactos contra asteroides produjeron tanto calor que los planetas permanecieron fundidos (en estado líquido)<br />En este estado se produjo una diferenciación geológica en distintas capas (atmósfera, corteza, manto y núcleo)<br />Son Mercurio, Venus, Tierra y Marte<br />
  13. 13. El Sistema Solar (planetas)<br />Planetas exteriores o gaseosos<br />Están más lejos del Sol<br />Son gaseosos y gigantes<br />Realmente son grandes esferas de gases (H y He) con núcleos de H líquido y rocas<br />Son Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno<br />
  14. 14. El Sistema Solar (planetas enanos)<br />Los planetas enanos son:<br />Astros que orbitan alrededor del Sol<br />No son los únicos cuerpos en sus órbitas porque no han barrido totalmente sus alrededores<br />Tienen una masa suficiente para que su propia fuerza de la gravedad les confiera forma casi esférica<br />Pueden tener satélites o lunas<br />Son Plutón (que tiene un satélite llamado Caronte), Eris (más allá de la órbita de Plutón) y Ceres (localizado en el cinturón de asteroides)<br />
  15. 15. El Sistema Solar (cuerpos pequeños)<br />Los cuerpos pequeños son:<br />Astros que orbitan alrededor del Sol<br />No son los únicos cuerpos en sus órbitas <br />Tienen una masa insuficiente para que su propia fuerza de la gravedad les confiera forma esférica; son pues irregulares<br />Los cuerpos pequeños aparecen en tres lugares principales:<br />Cinturón de asteroides<br />Cinturón de Kuiper<br />Nube de Oort<br />
  16. 16. El Sistema Solar (cuerpos pequeños)<br />Cinturón de asteroides:<br />Está situado entre las órbitas de Marte y Júpiter<br />Los asteroides pueden ser antiguos planetesimales que no pudieron dar lugar a un planeta por acreción por la distorsión gravitatoria ejercida por Júpiter<br />
  17. 17. El Sistema Solar (cuerpos pequeños)<br />Cinturón de Kuiper:<br />Está situado entre las órbitas de Neptuno y Plutón<br />Nube de Oort:<br />Está situada más allá de Plutón<br />Está formada por polvo cósmico, fragmentos de roca y hielo y moléculas orgánicas (restos de la nebulosa primigenia)<br />
  18. 18. El Sistema Solar (cuerpos pequeños)<br />Los cometas son fragmentos de hielo y rocas (junto con moléculas orgánicas) procedentes de la nube de Oort que se dirigen al interior del Sistema Solar<br />Describen órbitas muy elípticas e inclinadas alrededor del Sol<br />Cuando se acercan al Sol, se calientan y es entonces cuando se distinguen dos elementos:<br />Núcleo de roca y hielo<br />Cola de hielo vaporizado y pequeños fragmentos rocosos que refleja la luz del Sol<br />
  19. 19. Antiguo y nuevo sistema solar<br />
  20. 20. Formación del Sistema Solar<br />El modelo teórico que explica la formación del Sistema Solar es el de la teoría de la acreción.<br />Acreción significa crecimiento por adición. Se basa en la condensación de la materia y la fuerza de la gravedad.<br />Según la teoría, hace unos 5000 millones de años se produjo la explosión de una supernova en el extremo de uno de los brazos de la Vía Láctea.<br />La onda expansiva de la supernova pudo provocar el colapso y condensación de una nebulosa que, además, fue contaminada con el polvo cósmico de la supernova.<br />
  21. 21. Formación del Sistema Solar<br />Esta nebulosa comenzó a girar convirtiéndose en un inmenso disco.<br />El centro del disco se contrajo y comenzó a condensarse H y He hasta formarse una protoestrella.<br />Cuando en la protoestrella se alcanzó la temperatura adecuada empezaron a tener lugar las reacciones de fusión del H y, en este instante, el Sol se encendió.<br />El Sol comenzó a emitir una gran cantidad de energía radiante que expulsó a los elementos más ligeros (H, He, y, en menor medida, C y O) hacia el exterior del disco.<br />En la parte más cercana al Sol se concentraron elementos más pesados (C, O, Ne, Mg, Si, Fe)<br />
  22. 22. Formación del Sistema Solar<br />El sistema solar se formó a partir de una nebulosa por condensación gravitatoria.<br />Protosol<br />Disco<br />
  23. 23. Formación del Sistema Solar<br />Los vientos solares (energía radiante) empujan a los elementos más ligeros<br />
  24. 24. Formación del Sistema Solar<br />Se forma un anillo de H, He, H2O<br />Los elementos pesados permanecen en el interior (C, O, Ne, Mg, Si, Fe)<br />
  25. 25. Formación del Sistema Solar<br />En la parte del disco más cercana al Sol se formaron remolinos que irían atrapando al polvo cósmico desarrollándose 2 tipos de procesos:<br />Coagulación: las partículas de polvo se fueron pegando unas a otras hasta formar partículas mayores llamadas planetesimales.<br />Acreción: La fuerza de la gravedad actuó sobre los planetesimales y provocó el impacto de unos contra otros. Estos choques irían uniendo estos planetesimales formando estructuras cada vez mayores que irían ejerciendo mayor gravedad.<br />Fueron apareciendo protoplanetas que irían barriendo los fragmentos más pequeños que encontraban en su órbita (meteoritos).<br />Los protoplanetas irían creciendo y terminarían por dominar en su órbita constituyendo los planetas.<br />
  26. 26. Formación del Sistema Solar<br />Se forman planetesimales por coagulación<br />
  27. 27. Formación del Sistema Solar<br />Las colisiones de los planetesimales determinan la formación de los protoplanetas (acreción)<br />
  28. 28. Formación del Sistema Solar<br />En la parte más externa del disco se produciría la condensación del H y He expulsados por la radiación del Sol.<br />Esta condensación daría lugar a la formación de los planetas gaseosos externos del Sistema Solar.<br />A su alrededor se formarían sistemas de satélites con los elementos más pesados.<br />
  29. 29. FORMACION DE LA LUNA<br />LUNA:<br />VARIAS HIPÓTESIS<br />LA LUNA SE HABRIA FORMADO A LA VEZ QUE LA TIERRA<br />LA LUNA Y LA TIERRA SE HABIAN FORMADO A LA VEZ, PERO AL PRINCIPIO ESTABA MÁS ALEJADA Y SE VIO ATRAIDA POR LA GRAVEDAD DE LA TIERRA.<br />COLISION DE UN PLANETA CON LA TIERRA. LA ACRECIÓN DE LA NUBE DE RESIDUOS CREÓ LA LUNA.<br />
  30. 30. La estructura del Universo<br />El Universo tiene aspecto esponjoso constituido por una serie de filamentos de materia oscura.<br />Sobre estos filamentos aparecen las galaxias pero no distribuidas de manera uniforme.<br />Las galaxias aparecen en grupos denominados cúmulos de galaxias.<br />Los cúmulos de galaxias se agrupan a su vez en supercúmulos.<br />La galaxia en la que nos encontramos forma un grupo junto con otras: Andrómeda, Nube de Magallanes Grande, Nube de Magallanes Pequeña, Dragón, el Sistema de la Osa Menor y otras más.<br />Este cúmulo se llama el Grupo Local.<br />
  31. 31. La estructura del Universo<br />
  32. 32. La estructura del Universo<br />Las galaxias son enormes acumulaciones de polvo cósmico, nebulosas y cientos de miles de millones de estrellas.<br />En las galaxias, el espacio entre las estrellas no está vacío ya que contiene el medio interestelar.<br />Este medio interestelar está formado por una mezcla de gases (H y He) y polvo cósmico que contiene sustancias orgánicas sintetizadas por determinadas reacciones.<br />La galaxia a la que pertenecemos se llama Vía Láctea.<br />
  33. 33. La estructura del Universo<br />La Vía Láctea es una galaxia espiral en la que se distinguen las siguientes partes:<br />Bulbo o núcleo: formado por un agujero negro y varios millones de viejas estrellas<br />Disco: formado por polvo cósmico, nebulosas y estrellas jóvenes distribuidas en 5 brazos.<br />Halo: formado por viejas estrellas agrupadas en cúmulos y estrellas aisladas<br />
  34. 34. La estructura del Universo<br />En el brazo de Orión de la Vía Láctea se encuentra el Sol junto con un sistema de planetas que giran a su alrededor.<br />Estos constituyen el Sistema Solar.<br />El tercer planeta del Sistema Solar es la Tierra.<br />En la Tierra, gracias a un proceso evolutivo aparecimos nosotros con la conciencia suficiente como para plantearnos preguntas acerca de nuestra existencia.<br />
  35. 35. La estructura del Universo<br />
  36. 36. COMPOSICION DEL COSMOS <br />Elementos pesados0.03%<br />Neutrinos 0.3%<br />Estrellas 0,5%<br />Hidrogeno<br />y helio 4%<br />Materia oscura 25%<br />Energía oscura 70%<br />
  37. 37. Evolución de las estrellas<br />
  38. 38. Big Bang<br />Hace aproximadamente 13.700 millones de años toda la materia del Universo estaba condensada en una esfera relativamente pequeña (Huevo Cósmico).<br />Se produjo una gran explosión (Big-Bang) y como consecuencia de ésta se formó el actual Universo<br />
  39. 39. Big Bang<br />La teoría del Big-Bang se enunció para explicar una observación: Los espectros de las Galaxias más lejanas estaban desplazadas, presentaban un corrimiento hacia el rojo.<br />
  40. 40. Big Bang<br />El fenómeno del desplazamiento hacia el rojo de la luz procedente de casi todas las galaxias implica que todas se están separando unas de otras a gran velocidad<br />El Universo se expande<br />Cada minuto que pasa se hace más grande<br />Hace una hora el Universo era más pequeño y hace un mes era mucho más pequeño<br />Si llevamos el razonamiento al límite, extrapolando hacia atrás, hace miles de millones de años debió existir un momento en que todo el Universo estaba contenido en un único punto<br />Ese sería el origen del Universo<br />El modelo del Big Bang induce que según el actual ritmo de expansión el t = 0 tuvo que ser hace 13700 millones de años<br />
  41. 41. Big Bang<br />En el instante t = 0 toda la materia del Universo, todas las fuerzas que actúan sobre ella, la energía, el espacio y el tiempo se encontraban bajo la forma de una singularidad<br />Una singularidad es un punto infinitamente denso y caliente, de radio nulo que se encuentra en unas condiciones que la física actual no puede describir<br />Esta singularidad es tan inestable que produjo una gran explosión a partir de la cual surgió el espacio y el tiempo<br />Así el Universo empezó a expandirse empujado por la energía oscura y enfriándose cada vez más<br />Durante el primer segundo de existencia del Universo sucedieron tantas cosas que los físicos han tenido que dividirlo en eras<br />
  42. 42. Big Bang<br />Durante el primer segundo<br />Era de Planck<br />Era de la gran unificación<br />Era de la inflación<br />Era de los quarks<br />Era hadrónica<br />Era leptónica<br />Entre 1 segundo y 300000 años<br />Era de la nucleosíntesis<br />Entre 300000 años y 1 millón de años<br />Era de los átomos y de la radiación<br />Entre 1 millón de años y el presente<br />Era de las galaxias<br />
  43. 43. Big Bang<br />Era de Planck<br />La temperatura y la densidad eran tan altas que las 4 fuerzas que rigen el comportamiento de la materia estaban unidas en una única superfuerza<br />Toda la materia se encontraba en forma de energía<br />Era de la gran unificación<br />Se separó la fuerza de la gravedad de las otras 3 restantes que permanecieron unidas bajo la forma de la gran fuerza unificada<br />Era de la inflación<br />La temperatura sería de 1012 ºC, pero lo suficientemente baja como para que se separara la fuerza nuclear fuerte de las otras 2 (fuerza nuclear débil y electromagnética)<br />Esta separación desprendió una gran cantidad de energía que provocó un brusco aumento de tamaño del Universo<br />
  44. 44. Big Bang<br />Según la teoría de la inflación el crecimiento desmesurado e instantáneo del Universo fue la causa de que algunas regiones crecieran más rápidamente que otras<br />Se produjeron así irregularidades debidas a diferencias de temperatura y densidad entre unas zonas y otras<br />Estas irregularidades se llaman anisotropías y pudieron ser el germen de las galaxias<br />Estas anisotropías fueron detectadas por la sonda WMAP<br />
  45. 45. Big Bang<br />Era de los quarks<br />Se produjo la separación de la fuerza nuclear débil y la electromagnética<br />Esta separación liberó grandes cantidades de energía en forma de radiación fotónica<br />Ahora bien, según la ecuación de Einstein<br />E = mc2<br />E: energía<br />M: masa<br />C: velocidad de la luz<br />… la materia y la energía son intercambiables<br />Así, a partir de los fotones se producía la materialización de pares de partículas quark-antiquark<br />El choque de los quarks y los antiquarks volvía a producir fotones (energía)<br />
  46. 46. Big Bang<br />Era hadrónica<br />En esta era la temperatura del Universo ha descendido lo suficiente como para que la fuerza nuclear fuerte actuara sobre los quarks<br />La unión de 3 quarks producía protones y neutrones (llamados en general hadrones)<br />Era leptónica<br />Ahora la temperatura es tan “baja” que la radiación fotónica no puede materializarse en pares quark-antiquark pero si pueden aparecer otras partículas de menor masa: leptones-antileptones; estos son los electrones entre otras.<br />Sin embargo, la temperatura siguió descendiendo y llegó un momento en que los fotones ya no podían convertirse en materia<br />De aquí que sobrara una importante cantidad de energía fotónica sin convertir<br />
  47. 47. Big Bang<br />Era de la nucleosíntesis<br />Cuando el Universo tenía 1 segundo de edad, la temperatura alcanzó un valor suficientemente bajo como para permitir la unión entre protones y neutrones<br />Se fueron formado así núcleos de hidrógeno (H), helio (He) y algo de litio (Li)<br />Era de los átomos y la radiación<br />Entre 1 segundo y 300000 años toda la materia del Universo se encontraba en forma de plasma<br />El plasma es un estado físico en el que encontramos núcleos de átomos separados de los electrones y rodeado todo de fotones<br />Después de los 300000 años la temperatura llegó a2700º C de forma que la fuerza electromagnética pudo actuar uniendo los electrones a los núcleos formándose los primeros átomos<br />
  48. 48. Big Bang<br />Era de las galaxias<br />Comenzó cuando el Universo tenía 1 millón de años y se extiende hasta ahora<br />Los átomos de H, He y Li formaron una inmensa nebulosa primordial<br />La fuerza de la gravedad actuaría sobre las anisotropías de densidad y temperatura producidas durante la era de la inflación de forma que la nebulosa primordial se desgajó en filamentos y grumos<br />Sobre estos últimos se formaron las galaxias, organizadas en cúmulos, supercúmuos y filamentos.<br />
  49. 49. PROFESOR: LUIS RIESTRA/ IES JOVELLANOS.GIJÓN<br />Ahora<br />(13.700 millones de años)<br />Formación de lasestrellas<br />(1 millónaños)<br />Formación de atomos<br />(380000 años)<br />Formación de los núcleos <br />(180 segundos)<br />Formación de los nucleones <br />(10-10 segundos)<br />Diferenciación de quarks (10-34 segundos?)<br />??? (¿Antes de eso?)<br />
  50. 50. El futuro del Universo<br />Tres son los posibles escenarios del futuro del Universo:<br />Big Chill (el gran enfriamiento)<br />Big Crunch (la gran contracción)<br />Big Rip (el gran desgarramiento)<br />
  51. 51. Big Chill<br />Si la materia-energía del Universo es insuficiente no se alcanzará una densidad crítica para que la fuerza de la gravedad frene la expansión<br />El Universo se expandiría eternamente, enfriándose cada vez más hasta que todo su contenido se apagara<br />
  52. 52. Big Crunch<br />Si la materia-energía del Universo es suficiente para superar una densidad crítica, la fuerza de la gravedad frenaría la expansión<br />El Universo se expandiría hasta un punto en el que se produciría el proceso inverso, una gran contracción.<br />La gran contracción recorrería el camino inverso, la materia se iría juntando de nuevo y se llegaría de nuevo a concentrar en un único punto.<br />Aquí una posibilidad sería un Universo pulsante sometido a infinitos ciclos de expansión-contracción.<br />
  53. 53. Big Rip<br />Es la situación de un Universo próximo a la densidad crítica pero en el que la energía oscura superara con creces a la fuerza de la gravedad<br />Esto provocaría una expansión muy acelerada que en un instante determinado provocaría una voladura en pedazos (desgarramiento)<br />
  54. 54. El futuro del Universo<br />A. Big Crunch (Gran contracción)<br />B. Big Chill (Gran enfriamiento)<br />C. Big Rip (Gran desgarramiento)<br />
  55. 55. Condiciones para la vida en los planetas<br />Para que haya vida, tal y como la conocemos en La Tierra, se requiere: ENERGÍA, CARBONO, AGUA LÍQUIDA, ATMÓSFERA Y TIEMPO PARA EVOLUCIONAR HACIA FORMAS DE VIDA COMPLEJAS.<br />Para que esto sea posible se deben dar una serie de condiciones en los planetas que van a tener vida:<br />
  56. 56. Condiciones de vida en los planetas<br />Distancia adecuada a la estrella para que la temperatura sea la adecuada<br />Una gravedad suficiente en el planeta para que la atmósfera sea retenida.<br />Un núcleo metálico fundido para que al girar cree un campo magnético que proteja al planeta de los rayos X y los g emitidos por la estrella <br />Un satélite grande que fije el eje de giro del planeta e impida los grandes cambios asociados a las modificaciones de ese eje<br />El tiempo de vida de la estrella Sólo las estrellas medianas (como el Sol) tienen la estabilidad suficiente para permitir la evolución<br />Existencia de planetas gigantes cercanos que pueden servir de escudo evitando el impacto de asteroides<br />Situación dentro de la galaxia deben estar alejados del centro de la misma para evitar las radiaciones provenientes de las explosiones de novas y supernovas<br />
  57. 57. Formación de la tierra y el origen de la vida<br />
  58. 58. Origen de la vida<br />Síntesis prebiótica de Oparin:<br />Formación de moléculas orgánicas sencillas.<br />Formación de moléculas orgánicas complejas<br />Formación de coacervados.<br />Objeciones:<br />Atmósfera menos reductora<br />Sopa primordial más diluida<br />Chimeneas hidrotermales: <br /> Ambiente más reductor; sopa más concentrada; independiente de la energía solar.<br />Panspermia: La vida llegó a la tierra en un asteroide o cometa<br />

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