TEMA 1 EL UNIVERSO 1 Historia de la

TEMA 1 EL UNIVERSO

1. Historia de la astronomía: 1. 1 Primeros observadores 1. 2 Orígenes de la astronomía científica 1. 3 Avances científicos: instrumentos de exploración. 1. 4 Astrofísica 1. 5 La carrera espacial y las agencias espaciales. 1. 6 La importancia del estudio del universo. 2. Niveles de agrupación del universo 2. 1 Tipos de materia 2. 2 Las galaxias 2. 3 Las Estrellas y la evolución estelar. 2. 4 Los agujeros negros 3. El origen del universo 3. 1. Teoría del Big Bang 3. 2. Observaciones científicas que confirman el Big Ban 3. 3 Teoría de la inflación. 4. - El sistema solar 4. 1 El origen del sol 4. 2. La formación de los planetas 4. 3 Satélites y otros cuerpos del sistema solar. 5. -La astrobiología: La vida extraterrestre.

1. Historia de la astronomía 1. 1. Los primeros observadores • Datan de culturas ancestrales que asociaban la observación del universo a simple vista, a hechos religiosos, mágicos. • No obstante por mera observación ya podían prever movimientos de los astros, estaciones, fenómenos naturales. . • A menudo sacerdotes y hechiceros usaban este conocimiento en su propio beneficio.

Stonehenge ( U. K. )(siglo XX a. C. )

Pirámides de Egipto (2500 a. C. )

Mayas (2000 – 250 a. C. )

Incas

1. 2. Orígenes de la astronomía científica – Se inicia en la antigua Grecia con Aristóteles y Aristarco de Samos – Aparecen los primeros instrumentos de medición – Ideas: • La Tierra y los demás astros están flotando en el cosmos • Se hacen las primeras mediciones del diámetro terrestre, lunar y solar y de las distancias entre ellos • Los astros se mueven siguiendo órbitas circulares (384 -322 a. C)

Ptolomeo y el geocentrismo • Astronomo egipcio (Alejandría) S II (182 -116 d. C) • Propone un modelo geocéntrico con los planetas y astros girando alrededor de la tierra. • Los planetas con movimiento retrógrado(en ocasiones los planetas vistos desde la T, se frenan y avanzan en sentido contrario), describían además de su órbita alrededor de la Tierra, un giro secundario llamado EPICICLO

1. 3 Avances científicos : Instrumentos de exploración • Tras la edad media se hace un replanteamiento del modelo geocéntrico, ya que se inventan nuevos intrumentos para medir tiempo y ángulos. Copérnico y el Heliocentrismo Copérnico (Polonia S XV) plantea una hipótesis Heliocentrista - El sol en el centro - La Tierra y los planetas girando alrededor del sol - Las estrellas permanecen fijas

Tycho Brahe • Abogado Danés S XVI-XVII muy interesado en la astronomía. • Gran observador del firmamento, construye mapas celestiales • Elabora una teoría de transición entre el geocentrismo y el heliocentrismo: – La Tierra estáfija en el centro del universo – La Luna y el Sol giran alrededor de ella – Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno giran alrededor del sol

Galileo Galilei • Ingeniero y astrónomo italiano, S XVI-SVII • Desarrolla la teoría Heliocentrista pero encuentra muchos problemas debido a la Inquisición. • No todo gira alrededor de la tierra, hay planetas con satélites propios • Construyó un telescopio que le permitió observar: – – Fases lunares Manchas solares Anillos de Saturno Vía láctea • Usó el método científico, publicando resultados

Keppler • Matemático y astrónomo Aleman S XVI-XVII, colaborador de Tycho Brahe. • Hasta entonces, en todos los modelos se consideranban las órbitas circulares, por considerare el círculo la figura geométrica perfecta • Keppler estudia las órbitas y el movimiento de los planetas y concluye que son elípticas y no circulares.

Newton • Físico, matemático e inventor ingles, siglo XVII-XVIII • Utilizó el método científico y enunció la Ley de la Gravitación Universal, lo que permitió calcular los movimientos de los cuerpos celeste

Einstein VÍDEO (T. relatividad general) 15 frases de Einstein -Físico alemán, siglo XIX – XX -Enuncia la teoría de la Relatividad (1905): -“La velocidad de la luz es siempre la misma en todos los sistemas de referencia” -“La distancia y el tiempo dependen de la velocidad del observador” -Sostiene que la gravedad no es una fuerza como las otras, sino una consecuencia de que el espacio–tiempo se encuentra deformado por la presencia de una masa E = mc 2 Energía en reposo = Masa × (Constante de la luz)2

Los instrumentos de exploración • Evolución de los telescopios: • Vídeo sobre la evolución de los telescopios • Estudio de espectros de luz emitida: Imagen obtenida por descomposición de la luz recibida en la tierra y emitida por otros astros que permite obtener información por ejemplo sobre la composición del astro y la distancia a la que se encuentran • EL RADIOTELESCOPIO MÁS GRANDE DEL MUNDO • Radiotelescopios: Grandes antenas capaces de captar señales débiles, como las ondas de radio

1. 4 Astrofísica • Como consecuencia de los avances técnicos (telescopios, espectros, radiotelescopios) y las nuevas teorías de la relatividad de Einstein, surge la astrofísica moderna. • En ella se apoyan: – Teorías de formación del universo que veremos más adelante entre las que destaca la famosa teoría del Big Bang. – Presencia de materia y energía oscuras – Agujeros negros – Evolución de la vida de las estrellas • Todo ello coloca a la tierra lejos de ser el centro del Universo.

1. 5 La carrera espacial y las agencias espaciales • La carrera espacial se pueden considerar otro instrumento de investigación • INICIOS DE LA CARRERA ESPACIAL – Comienza en el siglo pasado y los países participantes fueron principalmente la antigua Unión Soviética y USA FECHA MISIÓN NACIONALIDAD CARACTERÍSTICAS 4/10/57 SPUTNIK 1 URSS Satélite artificial no tripulado 3/11/57 SPUTNIK 2 URSS Llevaba el primer ser vivo al espacio: Perra Laika 1/2/58 EXPLORER 1 EEUU Satélite no tripulado. Estuvo activo (mandando datos) 4 meses. Volvió a la Tierra el 31/3/70 12/4/61 VOSTOK 1 URSS Comandado por Gagarin. Dio una órbita a la Tierra a 315 Km 16/6/63 VOSTOK 6 URSS Comandado por Valentina Tereshkova, primera mujer y primer civil en viajar al espacio 16/7/69 APOLO 11 EEUU Tripulada por Armstrong, Aldrin y Collins. Se posó sobre la superficie de la luna el 21/7/69 y el 21 de julio de 1969, Neil Armstrong se convirtió en el primer hombre en pisar la luna

• Posteriormente surgen las diferentes agencias espaciales: Centros de investigación dedicados a la exploración del espacio - ESA es la Europea - NASA es la americana - ISS: Estación espacial internacional : Nace como colaboración entre ellas -Se empezó a construir en 1998 y quedó completada en 2013 - En ella residen astronautas, de forma permanente, durante sus misiones espaciales - Actualmente en este proyecto trabajan 16 países, entre ellos España (EEUU y Rusia colaboran) • OBJETIVOS DE LA NUEVA ERA DE LA EXPLORACIÓN ESPACIAL: - Localización de otros planetas y satélites habitables -Envio de una nave tripulada a Marte - Explotación minera de planetas , satélites y asteroides y búsqueda de minerales - Búsqueda de formas de vida en otros planetas - Turismo espacial

1. 6. Importancia del estudio del universo ¿Por qué estudiarlo? • Por mera curiosidad de conocer el origen y el entorno del hombre • Por el desarrollo de tecnología – – – Satélites meteorológicos Telecomunicaciones GPS Cartografía Análisis de recursos terrestres Spin-offs: Aplicaciones en la vida cotidiana y la industria de tecnologías previamente desarrolladas para el espacio

2. Niveles de agrupación del universo 2. 1. Tipos de materia • Materia ordinaria: todo aquello detectable en las distintas longitudes de onda del espectro electromagnético. Galaxias, estrellas, planetas ( 4%) • Materia Oscura: materia que no emite ni refleja radiación, pero que suponemos su existencia por los efectos gravitacionales generados (23%) • Energía oscura: Supone el 73% y es la responsable de la velocidad de expansión del • • • universo. VÍDEO SENCILLO (energia oscura 1: 14) VÍDEO DE PROFUNDIZACIÓN: El campo de Higgs VÍDEO DE PROFUNDIZACIÓN: Órdenes de magnitud

2. 2 Las galaxias • • DEFINICIÓN: Son acumulaciones de materia ordinaria en las que hay estrellas, gas, polvo y materia oscura todo ello unido gravitacionalmente. VÍDEO TIPOS DE GALAXIAS: Se clasifican según su forma – Elípticas: • Forma de elipse • Compuestas por estrellas viejas • De este tipo son las más grandes – Lenticulares • Forma de disco aplanado sin brazos • Las estrellas se concentran en el centro – Espirales • Tienen un núcleo central con gran densidad de estrellas • Brazos espirales donde se generan nuevas estrellas – Espirales barradas • Son espirales , pero con el núcleo en forma de barra ( banda alargada) • La Vía Láctea es de este tipo – Irregulares • • • Sin estructura común No tienen núcleo Aspecto caótico Compuestas por estrellas jóvenes Contienen grandes cantidades de gas y polvo interestelar

• LA VÍA LÁCTEA. Nos encontramos inmersos en esta galaxia y es difícil describirlo ya que vemos la Galaxia desde dentro. VÍDEO - Sabemos que es una espiral barrada. - Con un núcleo central de forma elíptica - Dos brazos principales que salen del núcleo El de Perseo y de Escudo Centauro - Cuatro brazos secundarios , el de Sagitario, el de Norma, el Exterior y el de Orión, donde está el Sol - La vía láctea contiene entre 200. 000 y 400. 000 millones de estrellas - Forma parte, junto con un grupo de más de 30 galaxias, de un cúmulo de galaxias que se llama Grupo Local. - El Grupo Local y otros parecidos, forman el Supercúmulo Local

2. 3. LAS ESTRELLAS Y LA EVOLUCIÓN ESTELAR • DEFINICIÓN: Son cuerpos más o menos esféricos, compuestos por plasma (gas ionizado incandescente, sobre todo H y He), en cuyo interior tienen lugar reacciones de fusión nuclear, por lo que emiten grandes cantidades de energía en forma de luz, calor y otras radiaciones • ORIGEN: Las estrellas no son cuerpos estáticos, sino que se originan y evolucionan en diferentes etapas VÍDEO ORIGEN Y EVOLUCIÓN - NEBULOSA --> Cuando superan una masa determinada --> colapso gravitatorio (se contraen y condensan) -- Hay distintos núcleos de condensación, cada uno de ellos --> PROTOESTRELLA - PROTOESTRELLA. En su centro, contracción más rápida--> mayor aumento de T. Cuando se alcanzan determinado valores (10. 000 de grados) --> Se inician reacciones nucleares de FUSIÓN NUCLEAR H + H --> He y se desprenden enormes cantidades de Energía --> Ha nacido una ESTRELLA. Esta energía se opone al colapso gravitatorio y así la estrella alcanza una estabilidad, está en su SECUENCIA PRINCIPAL (el 90% de su vida)

VÍDEO: EVOLUCIÓN ESTELAR (Muy sencillo) La evolución de una estrella depende de la masa inicial de la estrella cuando entra en la secuencia principal. Los átomos de H se fusionan dando átomo de He, liberándose luz y calor. Cuando se consume el H, van apareciendo otros elementos (H+H+H --> C), después Mg, Na , Ne, O, S, P y finalmente Fe. Las reacciones son cada vez más energéticas y la estrella se hincha y enfría su superficie --> GIGANTE ROJA. Si la estrella es pequeña, se colapsa indefinidamente, disminuye de tamaño y se hace muy densa --> ENANA BLANCA. La temperatura cada vez es menor y se apaga --> ENANA NEGRA. Si la estrella es más grande, continúan las reacciones termonucleares y se produce una explosión muy brillante --> SUPERNOVA. Al colapsarse el centro, los átomos se desintegran --> ESTRELLA DE NEUTRONES. Si las estrellas son muy grandes, se comprimen más, alcanzando densidades próximas al infinito--> AGUJEROS NEGROS vídeo. AGUJEROS NEGROS VÍDEO , MÁS EVOLUCIÓN

CONSECUENCIAS DE LA EVOLUCIÓN ESTELAR: • El universo está lleno de una gran variedad de elementos que proceden de los ciclos de la vida de las estrellas. (Mg, Na, S, P, Fe, O, N) • Inicialmente todo sería H y He, pero en las reacciones nucleares que se producen en el interior de las estrellas, se van formando elementos cada vez más pesados, que se dispersan por el espacio o pasan a formar parte de las nubes moleculares (nebulosas), donde generarán nuevas estrellas

• TIPOS DE ESTRELLAS – SEGÚN EL TIPO ESPECTRAL La clase espectral de una estrella es un código corto que resume el estado de ionización, dando una medida objetiva de la temperatura de la fotosfera y la densidad.

• SEGÚN TAMAÑO Para visualizar varias características a la vez, se utiliza el diagrama de Hertzsprung-Russel : Relaciona luminosidad, tipo espectral y tamaño

3. El Origen del universo • La ciencia ha tratado de explicar el origen del universo utilizando observaciones y cálculos matemáticos teóricos. Nada puede afirmarse con certeza en lo referente a teorías del origen del universo. 3. 1. TEORÍA DEL BIG BANG -Defiende que toda la materia del universo y la energía estaban concentradas en un punto de unos milímetros con una alta temperatura y densidad. ( hace 13. 700 millones de años) -Hubo en un momento en el cual a partir de una “explosión” ( se cree), la materia y energía empezaron a expandirse en todas direcciones dando lugar a parámetros ahora tan comunes para nosotros como son el espacio y el tiempo. -A lo largo de esta expansión, al bajar la temperatura, la materia empezó a combinarse de diversas formas para dar lugar a la materia tal cual la conocemos ahora: ( protones, neutrones --> nucleos…) -Con el paso del tiempo, aquellas zonas donde por azar se acumulaba más materia fueron generando fuerzas gravitacionales y se comportaron de forma diferente permitiendo que se diesen otro tipo de acumulaciones : ( Moléculas, estrellas, galaxias. . ) -La expansión del universo continúa en la actualidad.

3. 2 OBSERVACIONES Y BASES DEL BIG BANG • La teoría del Big bang tiene como base la teoría de la relatividad de Einstein. • Pero esta teoría en evolución no es atribuible a una única persona. • Aportaciones: – Einstein: teoría de la relatividad – Hubble: observaciones sobre movimiento de las galaxias – George Gamow: propone el modelo del Big bang como explicación al origen del universo. – Penzias y Wilson: descubren la radiación de fondo( radiación electromagnética que viene de todas las partes del universo)

3. 3 TEORÍA DE LA INFLACIÓN CÓSMICA (Respaldo del big bang) - Postulada por Alan Guth 1980 ( bastante reciente) - Defiende que en los primeros momentos de expansión del universo hubo un periodo de aceleración máxima en el que la velocidad de expansión superó a la velocidad de la luz( contradiciendo la teoría de la relatividad) - Aunque lo que esta teoría defiende es que lo que se expandió más rápido que la velocidad de la luz fue el espacio y no la materia.

Otras teorías del origen del universo • Teoría del universo estacionario: defiende como su nombre indica que el universo no evoluciona, si no que no tiene ni principio ni fin y que no tuvo un origen ni tendrá un fin. Defendida por Edward Milne. • Teoría del universo oscilante: Defiende que nuestro universo sería el ultimo formado de una sucesión de universos previos. Esta teoría, postula también que nuestro universo llegará a colapsar en un “Big Crunch” dando lugar al inicio de un nuevo universo. Defendida por Paul Steindhart

4. EL SISTEMA SOLAR

4. 1. ORIGEN Y ESTRUCTURA DEl SOL: • VÍDEO (El Sol 10: 13)

Evolución del sol

4. 2. LA FORMACIÓN DE LOS PLANETAS

4. 3. ELEMENTOS DEL SISTEMA SOLAR • Los planetas: son cuerpos celestes de forma esférica que orbitan alrededor del sol y que han limpiado su órbita. Se dividen en: – Planetas rocosos interiores: Mercurio, Venus, Tierra y Marte. – Planetas gigantes gaseosos exteriores: Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno

Los satélites son cuerpos que orbitan alrededor de los planetas y que los acompañan en su órbita de traslación

Los planetas enanos: se diferencian de los satélites en que orbitan alrededor del sol y tienen suficiente masa como para tener gravedad pero no han limpiado la vecindad de su órbita.

Asteroides o meteoritos: Fragmentos de roca y metal, que oscilan entre 100 m y 800 Km de anchura y están formados por restos de material procedente de la formación del Sistema Solar Los cometas: cuerpos formados por roca, hielo, polvo y/o gases. Giran en órbita alrededor del sol.

• El cometa Halley: se aproxima a la tierra cada 76 años. Próximo avistamiento en 2061

5. ASTROBIOLOGÍA • La astrobiología es la disciplina que estudia la existencia de vida en el universo. • La exobiología a su vez, estudia la posible existencia de vida extraterrestre. • El profesor Carl Sagan, fue considerado el padre de esta disciplina. • Con el fin de encontrar la vida estudiamos aquellos planetas o satelites que tienen condiciones termodinámicas para que se desarrolle la vida tal y como la entendemos. • Pero, ¿y si la vida extraterrestre se organizase de una forma diferente? . Por ejemplo no usando el carbono como base

Video astrobiología

Como buscamos vida • Sondas no tripuladas: VÍDEO SOBRE MARTE • Busqueda de exoplanetas condiciones termodinámicas compatibles con la vida. Actualmente se estudia : Marte, Europa (satélite de Júpiter), Titán y Encelado ( satélites de Saturno) • Busqueda de inteligencia: proyecto SETI ( Search for Extra Terrestrial Intelligence)