Estructura y Evolución del Universo: De las Teorías Clásicas a las Observaciones Modernas

¿Qué es el Universo?

Es el conjunto de todo lo existente: espacio-tiempo, materia-energía.

¿Cómo Estudian los Científicos el Universo?

Mediante el método científico:

• Observan con telescopios.
• Obtienen datos por métodos teóricos.
• Extrapolan al universo.
• Interpretan resultados.
• Sacan conclusiones.
• Elaboran predicciones.

Teorías sobre la Estructura del Universo

Teoría Geocéntrica

Defiende que la Tierra es el centro del universo. Aristóteles interpretó el universo de la siguiente manera:

• La Tierra permanece inmóvil en el centro del universo.
• Está rodeada de planetas.
• Los planetas se movían en círculos.
• Las estrellas están fijas respecto a otras.
• El universo es finito.

Ptolomeo también defendió la teoría geocéntrica.

Teoría Heliocéntrica

El Sol es el centro del universo.

Copérnico

• El Sol se encuentra inmóvil en el centro del universo.
• La Tierra y los demás planetas conocidos giran alrededor del Sol.
• Alrededor del sistema solar hay una esfera que contiene las estrellas fijas.

Kepler

El movimiento de los planetas alrededor del Sol no es en círculos, sino en elipses.

Newton

Descubrió la gravitación universal. Su ley de gravitación universal es una fórmula que permite hallar la fuerza con que se atraen dos cuerpos entre sí.

Teorías Actuales

Teoría de la Relatividad

Albert Einstein. Las leyes de Newton permanecieron vigentes hasta finales del siglo XIX, pero había errores que era necesario subsanar, de lo que se ocupó Einstein con la teoría de la relatividad. Fue el científico que cambió la manera de ver el universo, así lo recoge en sus teorías de la relatividad:

• El universo tiene cuatro dimensiones: espacio, tiempo, los planetas, el universo.

Teorías Cosmológicas o Cosmogónicas

Explican el origen del Universo.

Big Bang o Gran Explosión

Defiende que: “El Universo se formó en una gran explosión inicial denominada Big Bang que expandió toda la energía y toda la materia”. El modelo de Universo según esta teoría consta de cuatro etapas:

1. Inflación: todo el contenido del universo estaba concentrado en un punto llamado átomo primigenio o huevo cósmico, cuya densidad y temperatura eran muy elevadas.
2. Confinamiento de quarks: una cienmillonésima de segundo después del instante inicial, la temperatura era suficientemente baja para que todas las partículas se agruparan en protones y neutrones.
3. Nucleosíntesis: las partículas subatómicas que componían la materia a más baja temperatura empezaron a unirse mediante fuerzas nucleares y electromagnéticas, formándose los átomos más sencillos.
4. Recombinación: continúa la expansión, baja la temperatura, la materia se condensa y se forman todas las estructuras astronómicas.

El Futuro del Universo

• Universo abierto: el universo seguirá expandiéndose indefinidamente.
• Universo cerrado: las fuerzas gravitatorias frenarán la expansión del universo.

Formas del Universo

• Universo esférico: es un universo cerrado y finito en el que la masa aumenta y se contrae por la fuerza de la gravedad.
• Universo hiperbólico: es un universo abierto e infinito, en el que la gravedad disminuye y se expande.
• Universo plano: es un universo abierto e infinito, en el que la gravedad y la expansión están en equilibrio, de tal modo que no se contraería ni se expansionaría.

¿Con cuál nos quedamos? Con el plano, que se curva por la acción de la gravedad, y lo mismo le pasa a la luz, que adquiere una trayectoria curva.

Composición del Universo

El universo está compuesto por: materia atómica, materia oscura y energía oscura.

Componentes del Universo

Galaxias

Son acumulaciones de materia en el universo formadas por estrellas, planetas, otros cuerpos, y materia interestelar unida por la fuerza de la gravedad.

Clasificación de las Galaxias

1. Según su Forma

• Espirales: contienen una zona central de núcleo y una zona variable de brazos.
• Elípticas: son las más grandes del universo, no tienen brazos y son más o menos regulares. Están formadas por estrellas viejas.
• Irregulares: no tienen forma definida y son las más abundantes.

2. Según su Tamaño

• Grandes: son las elípticas.
• Pequeñas: son las irregulares.

Nebulosas

Son gigantescas nubes de gases y polvo con diversas formas.

Tipos

• Nebulosas de emisión: tienen relación con la formación de nuevas estrellas.
• Nebulosas de reflexión: están iluminadas por estrellas.
• Nebulosas planetarias: son nubes de gas y polvo expulsadas por estrellas.
• Nebulosas de novas y supernovas: son el resultado de grandes explosiones que se producen al final de la vida de estrellas.

Agujeros Negros

Son objetos que no emiten luz ni ninguna otra radiación debido a su enorme atracción gravitatoria. Se forman a partir de estrellas muy masivas que no producen energía porque han consumido su combustible y se colapsan por la gravedad.

Cuásares

Son objetos estelares que emiten mucha energía en forma de ondas. Son objetos que se encuentran muy alejados. Se cree que son núcleos de galaxias. Su energía proviene de grandes cantidades de materia que captan de su alrededor. Su luminosidad es muy elevada, igualando la que tendrían muchas estrellas juntas.

Cúmulos Estelares

Son grupos de estrellas asociadas por atracción gravitatoria.

• Abiertos: ocupan regiones sin forma determinada.
• Globulares: son muchas estrellas con forma esférica.

Estrellas

Son cuerpos formados principalmente por átomos de hidrógeno y helio en estado gaseoso que se concentran por efecto gravitatorio. Se clasifican según su color y la temperatura:

• Azules (30000ºC)
• Blancas (9000ºC)
• Amarillas (5500ºC, un ejemplo es el Sol)
• Naranjas (4000ºC)
• Rojas (3000-1500ºC)

La Vida de una Estrella

1ª Etapa Inicial

La estrella está formada inicialmente por hidrógeno a altas temperaturas.

2ª Gigante o Supergigante Roja

Depende de la masa de la estrella.

Planetas

Son cuerpos celestes que carecen de luz propia y describen órbitas un poco elípticas alrededor del Sol u otras estrellas.

Movimientos de los Planetas

1. De rotación: giran sobre sí mismos alrededor de su eje.
2. De traslación: hace que describa órbitas un poco elípticas.

Clasificación de los Planetas

Según su Composición

  ://INTERIORES Y ROCOSOS (telúricos) Mercurio, Venus, la Tierra y Marte tienen sunúcleo formado por hierro y níquel,superficie rocosa formada por aluminio, calcio, oxígeno,alta densidad ,rotación lenta, pocos satélites a su alrededor,más cerca del sol y alta temperatura. //EXTERIORES Y GASEOSOS (jovianos) Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. (caracteristicas contrarias a los otros)//PLANETAS ENANOS:

Plutón, Ceres y Heris. son cuerpos con la masa suficiente para girar en torno al Sol pero no para estar solos en su órbita. sus órbitas son muy elípticas e inclinadas no son satélites de un planeta u otro cuerpo no estelar. //PLANETAS EXTRASOLARES O EXOPLANETAS Son planetas que giran alrededor de estrellas distintas al Sol.

SISTEMA SOLAR. Es el conjunto formado por una estrella (el Sol) en el centro y otra serie de cuerpos que giran a su alrededor atraídos por su a gravedaz

Componentes del sistema solar: el Sol, 8 planetas, los planetas enanos,  los exoplanetas, Cuerpos pequeños: satélites,  asteroides, cometas y meteoritos.

Formación del sistema solar:

1. La teoría de la condensación //2. La teoría de los planetesimales Consideran que el sistema solar se formó hace 4500 millones de años, a partir del gas y del polvo de una nebulosa situada en la Vía Láctea, El sol es la estrella y más grande del sistema solar y contiene el 98% de la materia aunque tiene un tamaño medio con respecto a las demás estrellas.

SATÉLITES:Son cuerpos que giran alrededor de los planetas./Formación de la Luna A partir de los restos  que quedaron de la gigantesca colisión que sufrió la Tierra con otro planeta parecido a Marte durante la formación del sistema solarFases Lunares:luna llena, cuarto menguante, luna nueva, cuarto creciente, y luna llena.

ASTEROIDES Son cuerpos rocosos metálicos de distintos tamaños que orbitan alrededor del sol// Localización Cinturón principal de asteroides,Cinturón de Kuiper,  Nube de Oort.

COMETAS Son cuerpos pequeños e irregulares, alargados, y formados por mezcla de rocas, metales  hielo y gases congelados //Características:

Giran en órbitas muy alargadas Su forma (cabeza-cola) la va perdiendo a medida que:se va acercando al Sol (el hielo se convierte en gas),Se va alejando (se enfría y los gases se convierten en hielo)//¿Cómo se forman?:De restos de la nebulosa solar de condensación

METEORITOS Son partículas generalmente pequeñas que desde el espacio pueden caer a la Tierra//¿Cómo se forman?:Al entrar en contacto con la atmósfera, la fricción hace que suba mucho su temperatura emitiendo luz (ESTRELLAS FUGACES)//¿De dónde proceden?: Algunos de la Luna, de Marte y la mayoría de Asteroides o Cometas