Exploración del Universo: Composición, Origen y Evolución

El Universo

El universo es un inmenso vacío en el que se encuentran miles de millones de galaxias con sus estrellas, planetas y nebulosas (nubes de polvo y gas).

Componentes del Universo

La mayoría del universo es vacío. Hay dos tipos de materia:

• Materia observable: es la que podemos ver a simple vista o con distintos instrumentos.
• Materia no observable: la que no podemos ver. Ocupa el 90% de la materia.

Sabemos que existe la materia no observable por su manifestación: entre toda la materia existen fuerzas de atracción y en esos choques se libera gran cantidad de energía. Esta liberación de energía se encuentra en zonas en que no hay materia observable.

Elementos Químicos

Hidrógeno (75%) / Helio (20%) / Resto (5%)

Sabemos que existen estos elementos por el espectro de radiación. Cuando la luz blanca atraviesa un prisma se descompone en una serie de colores, esto es lo que llamamos el espectro de la luz.

Cada elemento químico tiene un espectro característico. Cuando la luz atraviesa un gas, este gas absorbe determinadas radiaciones que se reflejan en el espectro con franjas negras.

Organización del Universo

Unidades mayores: supercúmulos / grupos / galaxias

Unidades menores: galaxias / estrellas / planetas / satélites / cometas.

Movimientos en el Universo

Todos los componentes del universo están en movimiento.

Ley de gravitación universal (Newton): todas las masas se atraen con una fuerza que es directamente proporcional al cuadrado de la distancia. (F=G· (m·m/d²)) G de gravitación universal = 6'67 · 10^-11 N·m²/kg²

¿Cómo poner un objeto en órbita?

Para poner un objeto en órbita tenemos que comunicar una gran velocidad (velocidad de escape). Al girar, la fuerza de atracción se iguala a la fuerza centrífuga.

Agujeros Negros

Son zonas con mucha masa en muy poco espacio (densidad muy elevada). Fuerza de atracción enorme, ni la luz puede escapar. Al ser atraídos hacia el agujero, los objetos aceleran mucho, emiten radiación (rayos X) que es lo que observamos. Hay una distancia, llamada de seguridad, que es la mínima para no ser atrapado. Cuanto más atrapa el agujero mayor fuerza tiene y más atrae.

Origen del Universo

Se dice que fue una gran explosión: Big Bang. Toda la materia estaba concentrada en un espacio muy pequeño. Las galaxias se separan, si retrocedemos en el tiempo, están más juntas, hasta llegar un momento en que toda la materia estaba unida (huevo cósmico).

Efecto Doppler: si el foco está quieto todas las ondas llegan al observador siempre con la misma longitud de onda. Si el foco se acerca, la longitud de onda es más pequeña. Si el foco se aleja, la longitud de onda es mayor. Este efecto se aplica al movimiento de las galaxias. Las galaxias emiten radiación y al recoger esta radiación en el espectro se observa que las líneas espectrales no están siempre en el mismo lugar, sino que se desplazan; quiere decir que las galaxias se mueven.

Radiación cósmica de fondo (confirmación del Big Bang). Esta radiación se detectó en los años 60 en antenas comerciales. Se recogió una radiación que procedía de todas las direcciones, por eso se llamó "cósmica" y era muy tenue, por eso se llamó "de fondo". Es el eco del Big Bang.

Historia del Universo

1. Inflación: toda la materia estaba junta en un pequeño espacio. La teoría del Big Bang ocurrió hace 13700 millones de años.
2. Formación de la materia: se formaron primero los electrones y otras partículas que son las que después dan lugar a protones y neutrones.
3. Formación de átomos: se forma el hidrógeno, luego se forma el helio.
4. El encendido del universo: al formarse átomos queda espacio. Al quedar espacio, la luz se propaga con facilidad (aparece la radiación cósmica de fondo).
5. Formación de galaxias: primero se forman estrellas, planetas, etc. poco a poco.
6. Energía oscura: las galaxias se alejan por una energía que las impulsa a alejarse y no se sabe de dónde viene.

Formación de los Elementos Químicos

El hidrógeno y el helio se formaron en estrellas. El carbono, silicio, aluminio, hierro se forman en estrellas de mayor tamaño. El resto de elementos se forman en supernovas. El helio se forma a partir de 2 hidrógenos, mediante una reacción llamada fusión nuclear. Los protones tienen igual carga, por lo que se repelen. Temperatura muy alta, velocidad muy elevada, es posible que haya choques de protones, venciendo la repulsión, se forma un átomo que tiene 2 protones en el núcleo (así se forma el helio). En estrellas mayores que el Sol, por choques con protones se van formando más elementos químicos hasta llegar al hierro. A partir de este elemento, en esas estrellas no hay suficiente energía para que se siga añadiendo protones. Las fuerzas de atracción empiezan a actuar y toda la masa se va concentrando en el centro de la estrella y así, en esas uniones se van formando el resto de elementos químicos, pero como el espacio es tan reducido, existen muchas tensiones y acaba con una explosión, es lo que se llama supernova, y de esta forma se expulsan al espacio todos los elementos químicos que se han formado.

Origen del Sistema Solar

Origen del Sol

En un brazo de una galaxia espiral, la nebulosa comienza a contraerse debido a la explosión de una supernova, la onda de esta supernova aproxima la materia de la nebulosa. En la parte central, la temperatura se eleva y comienzan las reacciones de fusión (ha nacido el Sol).

Origen de los Planetas

Los materiales alrededor del Sol forman un disco, alejándose los menos densos hacia la periferia dando lugar a los planetas exteriores (más grandes y gaseosos). Los materiales que quedan más próximos al Sol (más densos) forman planetesimales (astros de aproximadamente 1 km). Las masas mayores empiezan a atraer las más próximas originando los planetas interiores.

Origen de los Satélites

Los satélites se han formado con los restos de materia que ha quedado tras la formación de los planetas.

Origen de la Luna

Se cree que la Luna se originó por el choque de un planeta pequeño con la Tierra. Esto lo sabemos porque al analizar los compuestos de la Luna y la Tierra encontramos que sustancias con un punto de fusión muy bajo se encuentran en un porcentaje muy pequeño, sin embargo, el porcentaje de sustancias con un punto de fusión alto es más elevado. Esto prueba que tuvo que existir una temperatura muy alta, seguramente debido a un choque, que hizo que las sustancias con un punto de fusión bajo se volatilizaran y por eso no hay.

Exoplanetas

Un exoplaneta es un planeta que gira alrededor de una estrella distinta del Sol. La mayoría de los exoplanetas que se han encontrado son de gran tamaño, conforme se avanza en los aparatos de observación se han ido descubriendo exoplanetas de un tamaño similar a la Tierra, es lo que llamamos supertierras. Se siguen descubriendo exoplanetas cada vez más pequeños. Se puede averiguar el tiempo que tarda el planeta en dar un giro en torno a la estrella. Si nosotros representamos en una gráfica el brillo de la estrella en función del tiempo, observamos que en el instante en que el planeta se interpone entre la estrella y el observador el brillo disminuye. Cuando deja de interponerse, aumenta hasta que vuelve a la posición de intersección. Podemos medir el tiempo desde la primera disminución del brillo hasta que vuelve a disminuir, ese tiempo es el que ha tardado el exoplaneta en dar la vuelta alrededor de la estrella. Planeta libre: es el que no gira alrededor de ninguna estrella.

Condiciones para que haya vida

1. Distancia al Sol
2. Gravedad: sin gravedad, la atmósfera no sería retenida y si no hay atmósfera no hay oxígeno.
3. Núcleo: núcleo metálico, crea un campo magnético y evita que lleguen radiaciones.
4. Satélite: impide que varíe el eje terrestre.
5. Tamaño de la estrella: para que se desarrolle la vida se necesita mucho tiempo. Una estrella más masiva que el Sol, tiene poca vida y no hubiera dado tiempo a que apareciera la vida.
6. Planetas gigantes: esto atrae la mayoría de los impactos de meteoritos.
7. Periferia en la Vía Láctea