La Tierra en el universo · El universo y el sistema solar
El origen del universo
Una noche despejada junto al lago de Atitlán, sin luces alrededor, Ixchel mira una estrella y pregunta: «¿Qué edad tiene esa luz?». La luz de las estrellas tarda años, siglos o millones de años en llegar a tus ojos: mirar el cielo es mirar el pasado. Y si miramos lo bastante lejos, ¿hasta cuándo en el pasado podemos llegar?
El modelo del Big Bang
Al medir la luz de galaxias lejanas, los astrónomos notaron algo raro: casi todas se alejan de nosotros, y las más lejanas se alejan más rápido. ¿Por qué se separan las galaxias entre sí en vez de moverse al azar?
Practica★☆☆Sin empezar
Explica en qué consiste la teoría del Big Bang e indica hace cuánto tiempo, aproximadamente, se sitúa el origen del universo.
Explica en qué consiste la teoría del Big Bang e indica hace cuánto tiempo, aproximadamente, se sitúa el origen del universo.
Una analogía útil: dibuja puntos en un globo e ínflalo. Cada punto se aleja de todos los demás, y desde cualquier punto parece que los demás se alejan de él. Ninguno es el centro.
Practica★★☆Sin empezar
Hubble observó que la luz de las galaxias lejanas se desplaza hacia el rojo. Explica qué es el corrimiento al rojo y qué conclusión sobre el universo se deduce de esta…
Hubble observó que la luz de las galaxias lejanas se desplaza hacia el rojo. Explica qué es el corrimiento al rojo y qué conclusión sobre el universo se deduce de esta observación.
Un compañero de clase afirma: «Como desde la Tierra observamos que casi todas las galaxias se alejan de nosotros en cualquier dirección, la Vía Láctea debe ocupar el…
Un compañero de clase afirma: «Como desde la Tierra observamos que casi todas las galaxias se alejan de nosotros en cualquier dirección, la Vía Láctea debe ocupar el centro físico exacto del universo donde ocurrió el Big Bang».
a) Apóyate en la analogía de la superficie de un globo con puntos dibujados que se infla para rebatir su afirmación: deduce qué observaría un astrónomo situado en cualquiera de las otras galaxias.
b) Identifica una limitación importante de esta analogía: explica por qué situar el Big Bang en el «centro interior hueco» del globo es un error conceptual sobre la expansión del espacio.
El universo se organiza por niveles. Los planetas (con sus lunas) giran alrededor de una estrella: el conjunto es un sistema solar, y el nuestro tiene al Sol como estrella. Las estrellas se agrupan en galaxias; la nuestra es la Vía Láctea, y el Sistema Solar está en uno de sus brazos espirales, lejos del centro. La Vía Láctea forma parte de un grupo de galaxias cercanas asociado al Cúmulo de Virgo, y los cúmulos de galaxias se reúnen en estructuras aún mayores, separadas por vacíos inmensos.
Entre las estrellas hay gas y polvo cósmico; las nebulosas son enormes nubes de ambos donde nacen nuevas estrellas. También hay asteroides y otros cuerpos pequeños. Las constelaciones no son objetos reales: son figuras que imaginamos al unir estrellas que se ven juntas desde la Tierra.
Todo lo que vemos (estrellas, planetas, gas, tú) es materia ordinaria, pero es una parte pequeña del total. Un avance reciente de la astronomía es que la mayor parte del universo no se ve:
Componente
Aproximadamente
Materia ordinaria
5 %
Materia oscura
27 %
Energía oscura
68 %
La materia oscura no emite luz, pero su gravedad se nota en cómo giran las galaxias. La energía oscura se relaciona con que la expansión del universo se esté acelerando. Aún no sabemos qué son.
Esa aceleración condiciona el destino final del universo: si continúa, las galaxias se irán separando cada vez más y el universo seguirá expandiéndose y enfriándose. Es lo que hoy parece más probable, pero sigue en estudio.
Cómo exploramos el cosmos: ondas electromagnéticas
Las estrellas y galaxias están demasiado lejos para visitarlas. Lo que nos llega es luz, y la luz visible es solo una parte del espectro electromagnético: ondas de radio, microondas, infrarrojo, luz visible, ultravioleta, rayos X y rayos gamma. Cada tipo muestra cosas distintas.
Telescopios ópticos: captan luz visible (como los de los observatorios astronómicos de universidades y centros de estudio).
Radiotelescopios: captan ondas de radio y milimétricas; en Chile funciona el conjunto ALMA, en el desierto de Atacama.
Telescopios infrarrojos: ven el polvo y las estrellas que nacen dentro de las nebulosas.
Los datos se procesan en computadora: los detectores registran cuánta radiación llega y la computadora la convierte en imágenes con colores asignados. Además, al separar la luz en un espectro se detecta el corrimiento al rojo y se sabe de qué está hecho un objeto.
Formación de estrellas y elementos químicos
Al enfriarse el universo, la gravedad juntó el hidrógeno y el helio en nubes cada vez más densas. Cuando el centro de una nube se calienta y comprime lo suficiente, comienza la fusión nuclear y nace una estrella. Estrellas, gas y polvo unidos por la gravedad forman una galaxia.
El Sistema Solar se formó hace unos 4,600 millones de años a partir de una nebulosa ya enriquecida con esos elementos. Primero, una nube de gas y polvo colapsó por su propia gravedad. En el centro se concentró la mayor parte de la masa y nació el Sol. El resto del material, girando, se aplanó en un disco protoplanetario, donde los granos de polvo se unieron poco a poco y formaron los planetas. Lo que no llegó a formar planetas quedó como asteroides, cometas y polvo cósmico.
Practica★★☆Sin empezar
Describe las etapas principales de la formación del sistema solar a partir de una nebulosa: colapso de la nube de gas y polvo, formación del Sol en el centro y disco…
Describe las etapas principales de la formación del sistema solar a partir de una nebulosa: colapso de la nube de gas y polvo, formación del Sol en el centro y disco protoplanetario.
La radiación cósmica de fondo se emitió cuando el universo tenía unos 380,000 años. Antes era una niebla caliente y opaca de partículas cargadas; al enfriarse se formaron átomos neutros y la luz pudo viajar libremente. Esa luz, estirada por la expansión durante 13,800 millones de años, hoy llega como microondas. Se detecta con antenas y radiotelescopios.
Practica★☆☆Sin empezar
Cita dos evidencias que apoyan la teoría del Big Bang y explica brevemente cada una.
Cita dos evidencias que apoyan la teoría del Big Bang y explica brevemente cada una.
Los 13,800 millones de años son difíciles de imaginar. Una forma de verlos es comprimirlos en un «calendario cósmico» de un año: el Big Bang es el 1 de enero a las 00:00 h y el presente es el 31 de diciembre a las 24:00 h. Para ubicar un hecho, calcula qué fracción de la historia ha pasado hasta él.
Practica★☆☆Sin empezar
Observa la línea del tiempo del universo (no está a escala): las letras A, B, C y D señalan cuatro acontecimientos — Big Bang, formación del Sol, formación de la Tierra…
Observa la línea del tiempo del universo (no está a escala): las letras A, B, C y D señalan cuatro acontecimientos — Big Bang, formación del Sol, formación de la Tierra y aparición de la vida — sin indicar cuál es cuál. Identifica qué acontecimiento corresponde a cada letra, ordénalos de más antiguo a más reciente e indica hace cuánto tiempo ocurrió cada uno, aproximadamente.
En el «calendario cósmico», los $13\,800$ millones de años del universo se condensan en un solo año de 365 días (el 1 de enero a las 00:00 h es el Big Bang y el 31 de…
En el «calendario cósmico», los $13\,800$ millones de años del universo se condensan en un solo año de 365 días (el 1 de enero a las 00:00 h es el Big Bang y el 31 de diciembre a las 24:00 h es el momento presente).
a) Calcula en qué fecha aproximada (mes y día) se formó la Tierra (hace $4\,600$ millones de años) y en qué fecha y hora aproximadas apareció el género humano (Homo, hace unos $2.8$ millones de años). Muestra los cálculos.
b) A la vista de estos resultados, rebate el argumento antropocéntrico de que el universo existe con el propósito principal de albergar a la especie humana, comparando la fracción temporal que ocupa nuestra existencia frente a la del cosmos.
Vuelve al principio: lo que Ixchel veía en el lago de Atitlán era luz del pasado, y mirar lejos es mirar al pasado. La luz más antigua que podemos observar es la radiación cósmica de fondo, que nos muestra el universo cuando tenía apenas 380,000 años.
Resumen
¡A practicar! 3 ejercicios de nivel medio en este apartado