- Documental Cosmos: una odisea espacio tiempo. Capítulo 1. - El Universo. - La galaxias. La Vía Láctea. - Otras estructuras en el universo. - Las estrellas. El Sol. - El sistema solar. - Cuestiones.

1. Tema 1. El Universo y el
Sistema Solar.
4ºESO. Cultura Científica.
Roseta ionizada. www.astromia.com

2. Índice.
 Documental Cosmos: una odisea
espacio tiempo. Capítulo 1.
 El Universo.
 La galaxias. La Vía Láctea.
 Otras estructuras en el universo.
 Las estrellas. El Sol.
 El sistema solar.
 Cuestiones.

3. El Universo.
 El Universo es la totalidad del espacio
y del tiempo, de todas las formas de
materia, la energía, las leyes y
constantes físicas que las gobiernan.
 Su estudio es el objeto de la
cosmología, disciplina basada en la
astronomía y la física.
¡CUIDADO! No confundas astronomía con astrología.
Busca la diferencia entre ciencia y pseudociencia.

4. Composición del Universo.
MATERIA
ORDINARIA
4%
MATERIA
OSCURA
23%
ENERGÍA
OSCURA
73%
TIPOS DE MATERIA
El análisis del Universo se
realiza mediante métodos de
estudio DIRECTOS e
INDIRECTOS.

5. Composición del Universo.
 Materia ordinaria: 4% del total, formada
principalmente por hidrógeno. El resto lo
constituyen otros elementos.
 Materia oscura: 23%, y se desconoce
su composición. Se le otorga un
importante efecto gravitacional. (la masa
de las galaxias no explica las fuerzas
gravitacionales en y entre ellas).
 Energía oscura: 73%, de naturaleza
también desconocida, y de distribución
homogénea.

6. Teorías sobre el Universo.
 Geocentrismo. Aristóteles y Ptolomeo
la apoyaban. Vigente hasta el siglo
XVI.

7. Teorías sobre el Universo.
 Heliocentrismo. Enunciada por
Copérnico, demostrada por Galileo y
por Newton. Es mucho más sencilla
que la anterior.

8. Teorías sobre el Universo.
 La cosmología según
Giordano Bruno.
Sus teorías cosmológicas superaron
el modelo copernicano, ya que
propuso que el Sol era
simplemente una estrella; que las
estrellas eran pues soles como el
nuestro, a las que orbitan otros
planetas. El universo debía
contener un infinito número de
mundos habitados por animales y
seres inteligentes.
Además, el Universo era homogéneo,
compuesto por los 4 elementos
(¿cuáles son?), en lugar de tener
las estrellas una quintaesencia
separada.

9. Teorías sobre el Universo.
1. El origen de la
energía que
continuamente se
gasta, y la
importancia de las
distintas formas de
energía que circulan
por él.
2. El origen de las
distintas
concentraciones
de materia,
galaxias, estrellas…
y la relación que
existe entre ellas.
 Las teorías actuales deben dar respuesta a dos aspectos
fundamentales:
Núcleo de un cúmulo de estrellas globular.
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10. El origen del Universo.
A. TEORÍA DEL ESTADÍO ESTABLE O
ESTACIONARIO: Formulada por F. Holey,
T. Gold y H. Bondi: Principio Cosmológico
Perfecto. El Universo es uniforme espacial
y temporalmente, no existe verdadero
centro del espacio o un origen en el tiempo.
La expansión del Universo continua, iría
acompañada de la generación de materia
que compensase la posible pérdida de
densidad. Así el Universo presentaría
siempre el mismo aspecto.

11. El origen del Universo
B. HIPÓTESIS DEL UNIVERSO EN
EXPANSIÓN: Hubbert descubrió la
manifestación de la expansión del
Universo. Si se invirtiese ese movimiento
durante un tiempo igual a al edad del
Universo, todas las galaxias estarían en el
mismo punto en el mismo instante: el
Origen del Universo.

12. ¿Cómo sabemos que las
galaxias se mueven?
No entra en el examen.
Sabiendo que:
◦ Un cuerpo negro (estrella) emite longitudes de onda en todo el
espectro.
◦ Determinados elementos en las estrellas, actúan como filtros
frente a longitudes de onda concretas, absorbiendo esa radiación
y creando espectros de absorción característicos.
◦ El Efecto Doppler: Las ondas emitidas por un objeto en
movimiento respecto a un receptor fijo, modifican su longitud de
onda en función de su aproximación o alejamiento (Ej. El sonido
de una moto al acercarse (más agudo poco a poco) y al alejarse
(más grave progresivamente).
Hubbert descubrió que los espectros de absorción del calcio de
algunas galaxias, aparecían cada vez más desplazados
hacia el rojo (longitudes de onda más largas), y convirtió ese
desplazamiento crómico, a velocidad de alejamiento de
galaxias.

13. Efecto Doppler
Cambio de
frecuencia
aparente de una
onda producida por
el movimiento
relativo de la
fuente respecto a
su observador.

14. Una fuente de audio fija produce ondas de
sonido a una frecuencia constante f, y los
frentes de onda se propagan de forma
simétrica alejándose de la fuente a una
velocidad constante c. La distancia entre
los frentes de onda es la longitud de onda.
Todos los observadores escucharán la
misma frecuencia, que será igual a la
frecuencia real de la fuente donde f = f0
La misma fuente de sonido está irradiando
ondas de sonido a una frecuencia constante en
el mismo medio. Sin embargo, ahora la fuente
de sonido se mueve , y el centro de cada nuevo
frente de onda está ligeramente desplazado a
la derecha. Como resultado, los frentes de
ondas comienzan a acumularse en el lado
derecho (por delante) y quedan más
distanciados en el lado izquierdo (detrás) de la
fuente. Un observador frente a la fuente
escuchará una frecuencia más alta, y un
observador detrás de la fuente escuchará una
frecuencia más baja.

16. Líneas de absorción en el espectro
visible de un supercúmulo de
galaxias distantes (BAS11)
(derecha), comparadas con
aquellas en el espectro visible del
sol (izquierda). Las flechas indican
el corrimiento al rojo.
El efecto Doppler no es
simplemente funcional al sonido,
sino también a otros tipos de ondas
(aunque los humanos tan solo
podemos ver reflejado el efecto en
la realidad cuando se trata de
ondas de sonido).

17. El origen del Universo
C. TEORÍA DEL BIG BANG: Toda la
materia y energía del Universo en
tiempo cero se encontraba bajo una
forma infinitamente condensada y
caliente. En ese estado se produjo
una explosión, dio lugar a la
expansión actual.

18. El origen del Universo
D. TEORÍA DE LA INFLACIÓN: se la
considera parte del modelo del Big
Bang, ya que explica cuestiones que
éste no resuelve.
Aboga por que tras el Big Bang, el
universo multiplicó su tamaño
rápidamente millones de veces de
manera uniforme. La inflación produjo
ondas de densidad, ondas
gravitaciones, que generaron una
concentración de materia.

21. El futuro del Universo.
 BIG CHILL/ BIG FREEZE: Materia es
insuficiente para alcanzar la densidad crítica
precisa para que la fuerza de la gravedad frene
la expansión.
 BIG CRUNCH: Cantidad suficiente de materia
para alcanzar la densidad crítica que permita a la
fuerza de cohesión frenar el movimiento de
expansión. Se invertiría ese movimiento.
 BIG RIP: Si la densidad fuera próxima a la crítica
y la energía oscura superara a la fuerza de la
gravedad, se produciría una expansión muy
acelerada que terminaría por separar los
cuerpos unidos por gravedad.

23. El Universo, ¿una ilusión?
 Científicos del King’s College de Londres
lograron recrear las condiciones
inmediatamente seguidas al Big Bang a
través del conocimiento adquirido
durante dos años de la partícula de
Higgs y llegaron a la conclusión de que,
posiblemente, el Universo colapsó, hasta
dejar de existir casi tan pronto cuando
empezó, lo que plantea la idea de que
todo lo que vemos no existe y solo es el
pasado de los astros.
Fuente: wikipedia (y referencias incluidas).

24. Las galaxias. La vía Láctea.
 Son enormes grupos de estrellas (con
polvo y gas disperso entre ellas) que se
mantienen agrupadas por su mutua
atracción gravitatoria.
 Tienen formas variadas y ha sido
clasificadas en tres tipos, (elíptica, espiral y
espiral barrada), a los que habría que
añadir las irregulares que suponen el 4%
del total.

27. Las galaxias. La vía Láctea.
 La hipótesis más aceptada sobre el movimiento de
las galaxias es la siguiente: Tras el Big Bang, el
descenso de temperatura hizo que la gravedad
agrupara diferencialmente la materia según su
densidad. Estas diferencias generarían una distinta
velocidad de concentración y desencadenaría
movimientos turbulentos, que a causa de la fuerza
centrífuga mantendría las nueves de gas y polvo
alejadas unas de otras. Mientras se producía la
concentración, la velocidad de giro aumentaba.

28. Las galaxias. La vía Láctea.
 Las fases de evolución están en
discusión. Unos autores consideran que
las irregulares serían la 1ª etapa,
posteriormente la rotación determinaría
su forma generando galaxias elípticas,
seguidas de las espirales.
 Para otros autores, a las irregulares las
seguirían las elípticas, cuyos brazos se
irían incorporando al disco central por su
alta velocidad de giro, conformando las
elípticas.

30. Las Galaxias. La Vía Láctea.
 La Vía Láctea es nuestra
galaxia, de tamaño medio.
Tiene unos 100 millones de
estrellas, y pertenece a la
supergalaxia denominada
“grupo local”, de 17
galaxias.
 Las nebulosas están
formadas por gas y polvo, y
poseen el 2% de la masa
total de nuestra galaxia. Se
cree que a partir de ellas se
han formado las galaxias y
las estrellas, por procesos de
contracción.

31. Se cuenta que el dios griego
Zeus, que era infiel a su esposa,
tuvo un hijo llamado Hércules de
su unión con Alcmena. Al
enterarse, Hera hizo que
Alcmena llevara en el vientre a
Hércules por 10 meses, y trató
de deshacerse de éste
mandando dos serpientes para
que mataran al bebé cuando
tenía ocho meses. Sin embargo,
Hércules pudo librarse
fácilmente de ellas
estrangulándolas con sus
pequeñas manos. Hércules
resultó ser el favorito de Zeus.
Sin embargo, el Oráculo decía
que Hércules solo sería un
héroe, puesto que era mortal.
Para ser un dios inmortal debía
de demostrar una valentía digna
de un dios.

32. Una vez que llega el mito hasta este punto, hay dos versiones distintas.
Una de ellas dice que Hermes, el mensajero de los dioses, puso a Heracles
en el seno de Hera, mientras ella dormía, para que mamara la leche divina
pero, al despertar y darse cuenta, lo separó bruscamente y se derramó la
leche, formando la Vía Láctea.
Otra dice que Atenea, la diosa de la sabiduría, convenció a Hera de que
Heracles mamara de ella, ya que era un niño muy lindo, pero resulta que
Heracles succionó la leche con tal violencia, que lastimó a Hera, y le hizo
derramar la leche
En algunas culturas está asociada a caminos, por ejemplo, los vikingos
creían que llevaba al Valhalla, destino de las almas de los muertos,
mientras que los celtas aseguraban que se dirigía al castillo de la reina
de las hadas.
En España, la Vía Láctea también recibe el nombre popular de Camino
de Santiago, pues era usada como guía por los peregrinos de ese lugar.

35. Las galaxias. La Vía Láctea.

36. Las nebulosas son regiones constituidas por gases (principalmente
hidrógeno y helio) además de elementos químicos en forma de polvo
cósmico.
Muchas de ellas son los lugares donde nacen las estrellas por fenómenos de
condensación y agregación de la materia; en otras ocasiones se trata de los
restos de estrellas ya extintas o en extinción.
Nebulosa “Trompa de elefante”. www.astromia.com
Otras estructuras en el Universo.

37. Cúmulo NGC 6397. www.astromia.com
Un cúmulo estelar es un grupo de estrellas atraídas entre sí por su
gravedad mutua. La clasificación tradicional incluye dos tipos de cúmulos
estelares: los cúmulos globulares y los cúmulos abiertos (o galácticos).
Cúmulo G1
Otras estructuras en el Universo.

38. Otras estructuras en el Universo.
Un agujero negro​ es una región finita del espacio en cuyo interior
existe una concentración de masa lo suficientemente elevada y densa
como para generar un campo gravitatorio tal que ninguna partícula
material, ni siquiera la luz, puede escapar de ella
Agujero negro en Virgo. www.astromia.com

39. https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/cc/El_Universo_y_sus_componentes.
png
Otras estructuras en el Universo.

40.  Las estrellas son masas de gases,
principalmente hidrógeno y helio, que emiten
luz. Se encuentran a temperaturas muy
elevadas. En su interior hay reacciones
nucleares.
Las estrellas

41.  La formación estelar es el proceso por el cual grandes masas
de gas, a veces denominadas como "guarderías estelares" o
"regiones de formación estelar", colapsan para formar
estrellas.
 La masa, inicialmente homogénea, acaba por formar una
esfera de gas en el centro. Dicha esfera se contrae más
deprisa diferenciándose del resto de la nube. Esta estructura
es el embrión estelar denominado protoestrella.
Las estrellas
Estrella
mediana
Gigante
roja
Nebulosa
planetaria
Enana
blanca
Estrella
masiva
Supergigante
roja
Supernova
Estrella de
neutrones o
púlsar
Agujero
negro
10.000 ma
10-20 ma

42. GÉNESIS DE ELEMENTOS QUÍMICOS.
Las reacciones termonucleares que se producen
en las estrellas dependen de su masa y de su
composición, y como consecuencia se forman
los elementos químicos conocidos.
 Formación de elementos químicos ligeros en
el interior de la estrella. El H mediante
reacciones de fusión nuclear, forma núcleos de
He, que al ser más denso que el H se sitúan en
el centro de la estrella. Por el mismo proceso se
forman, sucesivamente, sucesivamente, otros
elementos químicos.
 Formación de elementos químicos más
pesados que el hierro en los momentos
explosivos de una estrella: la formación de una
supernova.
Las estrellas

43.  Las estrellas más grandes que se conocen son las supergigantes,
con diámetros unas 400 veces mayores que el del Sol, en tanto que
las estrellas conocidas como "enanas blancas" pueden tener
diámetros de sólo una centésima del Sol.
 Sin embargo, las estrellas gigantes suelen ser difusas y pueden
tener una masa apenas unas 40 veces mayor que la del Sol,
mientras que las enanas blancas son muy densas a pesar de su
pequeño tamaño.
Las estrellas

45.  Estrellas de la población I: son estrellas
jóvenes con cantidades significativas de
elementos más pesados que el helio
(denominados metales por astrónomos)., que
fueron creados en anteriores generaciones de
estrellas y emitidos al espacio por explosiones
de supenovas.
 Estrellas de la población II: son estrellas viejas,
de vida larga, que se formaron hace unos 10.000
m.a. cuando las galaxias comenzaban a
condensarse. La mayoría tienen poca
abundancia de metales.
 Estrellas de la población III (hipotétita): de la
primera generación, formadas tras el Big Bang.
Las estrellas

46.  Se sitúa a 33.000 años luz del centro de la Vía Láctea,
alrededor del cual gira en un lapso de tiempo denominado
año cósmico (225-250 millones de años).
 El Sol contiene más del 99,8% de toda la materia del
Sistema Solar. De hecho, "casi todo" el Sistema Solar está
en el Sol. Ejerce una fuerte atracción gravitatoria sobre los
planetas y los hace girar a su alrededor. Junto con los
asteroides, meteoroides, cometas y polvo forman el Sistema
Solar.
Las estrellas. El Sol.

47.  Constituye una esfera de gases incandescentes: 70%
H, 27% HE y 3% de otros elementos o compuestos.
 Su radio es 109 veces el de la Tierra, y su temperatura
superficial 5680 ºC.
 Presenta un movimiento de rotación.
Las estrellas. El Sol.

48.  La estructura del Sol presenta varias capas
concéntricas.
◦ NÚCLEO
◦ FOTOSFERA
◦ CROMOSFERA
◦ CORONA
◦ VIENTO SOLAR O HELIOSFERA
Las estrellas. El Sol.

49. NÚCLEO: La energía del Sol procede del núcleo, donde
se producen reacciones termonucleares de fusión de H
para formar He. Temperatura de 14.106 ºC.
◦ Z. Radiactiva: La energía se irradia hacia el exterior.
◦ Z. convectiva: Corrientes ascendentes y descendentes
transportan el calor hacia la fotosfera
Las estrellas. El Sol.

50. FOTOSFERA: Emite la mayor parte de la radiación electromagnética
solar. Presenta estructura granular.
CROMOSFERA: Su temperatura se eleva conforme asciende. Color
rosado muy luminoso. Emite unos salientes (espículas) que
parecen estar relacionados con los gránulos de la capa inferior
Las estrellas. El Sol.

51.  CORONA: Aureola blanca e irregular. Irradia menos energía
que la fotosfera. Formada por nubes de electrones y átomos
metálicos altamente ionizados. Se observa durante los
eclipses. Se han detectado algunas perturbaciones cíclicas:
Manchas solares, erupciones solares, protuberancias.
Las estrellas. El Sol.

52.  VIENTO SOLAR O HELIOSFERA: Gas ionizado de
protones y electrones libres, que barre la atmósfera
del astro y cubre prácticamente todo el Sistema
Solar. La energía del gas ionizado es tan alta, que
no puede ser retenido por el campo gravitatorio.
Las estrellas. El Sol.

54. Las estrellas. El Sol.
 El Sol lleva brillando 5000 millones de
años, cuando alcance 11000, habrá
consumido todo el H, pasando a
combustionar el He. Se convertirá
entonces en una gigante roja,
expandiéndose a las órbitas de
Mercurio, Venus y probablemente la
Tierra. Tras disolver sus capas exteriores
en el espacio, se convertirá en una
enana blanca, y se irá desvaneciendo
hasta dar una enana negra.

55. El sistema solar.
 Nuestra estrella, el Sol, junto con los
planetas y otros cuerpos que giran a su
alrededor, constituyen lo que llamamos el
Sistema Solar. Se formó hace unos 4.600
millones de años y, lejos de permanecer
estable, se trata de un sistema dinámico que
cambia y evoluciona constantemente.

56. El sistema solar.
 Los planetas, asteroides y cometas describen
órbitas elípticas alrededor del Sol casi en el mismo
plano en el que gira la Tierra, llamado eclíptica, y
en el mismo sentido antihorario, si se observasen
desde el polo norte solar. Hay pocas excepciones y
suelen ser objetos muy alejados del Sol.
 Vídeo: El sistema Solar a escala.
https://www.youtube.com/watch?v=uNqvDwavnKI

57.  Responde a las cuestiones sobre el
sistema Solar.
a) ¿Por qué el Sol ocupa el centro del sistema
solar? ¿Cómo es el tamaño del Sol
comparado con el de los planetas?
b) ¿Qué es una órbita? ¿Qué ventaja tiene
que la órbita de la Tierra sea casi circular?
c) ¿Qué es la eclíptica?
d) ¿Qué es el cinturón de asteroides y dónde
está situado?
e) ¿Cuáles son los planetas interiores?
f) ¿Qué planeta es más grande?
g) ¿De dónde proceden los cometas? ¿Por
qué pueden impactar contra un planeta?

58. h) ¿Qué diferencia a los planetas y satélites
de los cometas?
i) ¿Qué ocurrirá en el Sistema Solar cuando
el Sol se convierta en una gigante roja?
j) ¿En qué se diferencian las estrellas jóvenes
de las estrellas viejas?
k) ¿Dónde se han formado los elementos
químicos que existen en el Universo?
l) ¿Dónde está situado el Sistema Solar en el
Universo?
m) ¿Cómo puede demostrarse que las
galaxias se alejan en el espacio?
n) ¿Qué diferencia existe entre planetas y
planetas enanos?