Tema 1. Nuestro lugar en el universo 2011

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