Explorando el Universo: Modelos Cosmológicos, Sistema Solar y Origen de la Tierra

Modelos Cosmológicos: Geocéntrico vs. Heliocéntrico

A lo largo de la historia, la humanidad ha intentado comprender el movimiento de los astros y su lugar en el universo. Dos modelos principales han dominado esta búsqueda: el modelo geocéntrico y el modelo heliocéntrico.

Modelo Geocéntrico

Esta hipótesis, que considera a nuestro planeta como el centro del universo, construye un sistema en el cual la Tierra, fija e inmóvil, ocupa el centro de una esfera celeste. En esta esfera se encuentran el firmamento, el Sol, la Luna, los planetas y las estrellas fijas.

• Aristóteles dividía el universo en dos partes: un mundo celeste y otro terrestre. El mundo celeste era perfecto y su único movimiento tenía que ser circular, porque el círculo es la figura perfecta.
• Claudio Ptolomeo afirmaba que el Sol, la Luna y los cinco planetas visibles desde la Tierra (Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno) se mueven en sus propias esferas transparentes describiendo, aparentemente, movimientos circulares.
• Tycho Brahe afirmó que los cielos no eran inmutables tras observar la aparición en el cielo de una supernova.

Modelo Heliocéntrico

En este modelo, el Sol ocupa el centro del universo. Aristarco de Samos sostuvo que la Tierra posee un movimiento de rotación alrededor del Sol y supuso este mismo movimiento para los demás planetas. Además, explicó el movimiento de la Luna alrededor de la Tierra.

La Revolución de Copérnico

Nicolás Copérnico propuso que la Tierra giraba alrededor de su eje, realizando una vuelta diaria, y que eran la Tierra y el resto de los planetas los que giraban alrededor del Sol.

El Sistema Solar

La Tierra orbita alrededor del Sol. La galaxia se identifica con la Vía Láctea. Ocho planetas orbitan alrededor del Sol, incluyendo a la Tierra, junto con otros astros de menor tamaño. Este conjunto de cuerpos es lo que conocemos como sistema solar.

Categorías de Cuerpos en el Sistema Solar

• Primera categoría: Planeta
• Segunda categoría: Planeta enano
• Tercera categoría: Cuerpos pequeños (satélites, cometas, asteroides, etc.)

Casi todos los planetas tienen uno o varios satélites que giran alrededor de ellos.

Otros Astros del Sistema Solar

• Asteroides: Pequeños cuerpos rocosos de tamaño comprendido entre unos pocos milímetros y unos 1000 km.
• Meteoroides: Cuerpos sólidos de dimensiones, generalmente, pequeñas cuya órbita corta la de la Tierra, dando lugar a un meteoro o estrella fugaz.
• Cometas: Pequeños astros formados por rocas y hielo. Sus órbitas son muy elípticas y, en algunos casos, de período muy grande.

Los Planetas del Sistema Solar

• Planetas interiores: Mercurio, Venus, Tierra y Marte.
• Planetas exteriores: Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Estos son planetas gaseosos, por estar compuestos principalmente por hidrógeno y helio.

El Sol

El Sol tiene aproximadamente 5000 millones de años y es una estrella de tamaño medio. La energía solar se debe a las reacciones nucleares de fusión que tienen lugar en su interior, y que transforman cuatro átomos de hidrógeno en un átomo de helio.

Naves Espaciales

• Transbordador espacial: Vehículo espacial reutilizable para ser puesto en órbita mediante cohetes y aterrizar posteriormente, una vez cumpla su misión. Ejemplo: Orion.
• Estación espacial: Vehículo espacial de grandes dimensiones, habitable y que orbita alrededor de la Tierra. Actualmente, se construye y orbita nuestro planeta, a unos 360 km de altura, la Estación Espacial Internacional (ISS).
• Sonda espacial: Ingenio provisto de instrumentos de medición y comunicaciones lanzado al espacio interplanetario mediante un cohete. Las sondas Voyager 1 y 2, lanzadas en 1977, aún envían datos a la Tierra desde el exterior de nuestro sistema solar.
• Satélite artificial: Ingenio que se pone en órbita alrededor de la Tierra mediante cohetes o transportado por un transbordador espacial. Su función consiste, desde estudiar el clima, hasta las comunicaciones, pasando por las más diversas ramas de la ciencia.

El Origen del Universo

Instrumentos modernos, como el telescopio espacial Hubble, nos han permitido investigar las profundidades del universo y observar miles de millones de galaxias, de diversas formas y tamaños. Cada galaxia contiene incontables millones de estrellas, muchas de las cuales están rodeadas de planetas. Durante muchos siglos se creyó que el universo había sido creado tal como lo conocemos.

En 1923, Edwin Hubble descubrió que muchas nebulosas eran, en realidad, galaxias situadas a gran distancia. Estas debían de ser tan grandes que la luz procedente de ellas habría tardado millones e incluso miles de millones de años en llegarnos. Esto demostraba que el comienzo del universo no podía haberse producido hacía unos pocos miles ni millones de años.

El universo se expande. Si retrocediéramos en el tiempo, toda la materia del universo estuvo muy próxima, en un estado de densidad y temperatura altísimas.

El hecho de que el cielo nocturno sea oscuro es muy importante. Implica que el universo no puede haber existido siempre en el estado en el que lo vemos hoy. Algo debió de ocurrir, que "encendiera" las estrellas. Esto explicaría por qué el cielo no brilla de noche en todas las direcciones.

Mediante el análisis de las galaxias, se puede conocer si estas se están acercando o alejando. Casi todas se están alejando, y a mayor velocidad cuanto más lejos están. Todas las galaxias se están alejando de todas las demás galaxias. El universo está en expansión.

El Universo en Expansión

Cualquier teoría cosmológica debe explicar, además, estos dos hechos:

• La abundancia de los elementos helio, deuterio y litio en el universo. Las estrellas producen helio-4 a partir de hidrógeno, pero esto no es suficiente para explicar la abundancia de este elemento. Su origen debe ser cosmológico.
• La radiación de fondo: el espacio está inmerso en una radiación de microondas, homogénea, isótropa y equivalente a una temperatura de unos 3K.

El Big Bang

Si las galaxias se están distanciando, debieron de estar más juntas en el pasado. Estuvieron muy próximas hace unos diez o quince mil millones de años.

George Gamow, en 1948, planteó que el universo se había creado a partir de una gran explosión (Big Bang).

Tras el Big Bang, el universo se expandió y la temperatura de la radiación disminuyó. Una centésima de segundo tras la explosión, la temperatura era de 100.000 millones de Kelvin y el contenido del universo habría constado de fotones, electrones, neutrinos y sus antipartículas, junto con protones y neutrones. Después de 3 segundos, la principal fuente de energía provenía de la radiación de los fotones. Era la "era de la radiación", y la temperatura sería de unos 10.000 millones de Kelvin. A medida que el universo se enfriaba, los protones y neutrones empezaron a combinarse formando elementos ligeros. A partir de este momento y durante 300.000 años, la materia estaba completamente ionizada.

Cuando la temperatura hubo caído a unos pocos miles de Kelvin, se forman los átomos.

El Origen de la Tierra

La Tierra tiene un aspecto muy distinto al que tuvo en su nacimiento. Era un simple conjunto de rocas conglomeradas cuyo interior se calentó y fundió todo el planeta. Con el tiempo, la corteza empezó a solidificarse, pero el calor del interior la fundía de nuevo hasta que la temperatura descendió lo suficiente para permitir la existencia de una corteza estable. La actividad volcánica era muy intensa, lo que favorecía el aumento del espesor de la corteza.

Esta actividad volcánica generó gases que acabaron formando una capa protectora por encima de la corteza. En las erupciones, a partir del oxígeno y del hidrógeno, se generó vapor de agua que, al ascender a la atmósfera, se condensó y dio lugar a las primeras lluvias. Con el tiempo, se originó la hidrosfera. Surgieron las primeras algas, que consumían dióxido de carbono y fabricaban oxígeno. Después de millones de años, las algas consiguieron transformar la atmósfera primitiva en otra parecida a la actual.

La Deriva de los Continentes

Los continentes se mueven, alejándose o acercándose unos respecto a otros, fenómeno conocido como deriva continental. Hace unos 250 millones de años, los continentes estuvieron unidos en un enorme continente llamado Pangea. También había un único océano llamado Panthalassa. Pangea se separó en dos continentes, y las masas seguirían separándose unas de otras.

Pruebas de la Deriva Continental

• Pruebas morfológicas: La coincidencia entre las costas de continentes hoy en día separados.
• Pruebas paleontológicas: Los continentes separados tienen floras y faunas diferentes, pero fósiles idénticos.
• Pruebas geológicas: Existen estructuras geológicas iguales en continentes separados.
• Pruebas climáticas: Aparecen rocas indicadoras de climas iguales en zonas a distinta latitud en la actualidad.

La Expansión de los Fondos Oceánicos

El fondo de los océanos se expande debido a la salida de material procedente del manto por las dorsales oceánicas. Ese material se solidifica.

En las zonas de subducción, que son los límites entre placas, se destruye este material y regresa al interior de la Tierra.

La Tectónica de Placas

La litosfera está dividida en fragmentos, las placas litosféricas, que se desplazan sobre la astenosfera, formada por materiales más plásticos.

Las placas principales son la Africana, la Euroasiática, la Indoaustraliana, la Norteamericana, la Sudamericana, la Pacífica, la Antártica y la de Nazca.

La teoría postula la formación de la litosfera oceánica en las dorsales y su destrucción en las zonas de subducción.

Las zonas más activas de la litosfera son las que se producen los contactos entre las placas. Se conocen como límites divergentes, convergentes o transformantes, según las placas diverjan, converjan o se deslicen respectivamente.

Como consecuencia, se producen cordilleras, pliegues, fallas, etc., y la aparición de fenómenos como el vulcanismo y los movimientos sísmicos.

Voyager

Se denomina Voyager a cualquiera de las dos sondas espaciales estadounidenses enviadas a los planetas exteriores. La Voyager 1 fue lanzada el 5 de septiembre de 1977 desde Cabo Cañaveral. Pasó por Júpiter en 1979 y por Saturno en 1980. La Voyager 2 fue enviada el 20 de agosto de 1977, pasando por Júpiter y Saturno para llegar a Urano en 1986 y Neptuno en 1989. La Voyager 2 es la única sonda que ha visitado esos dos planetas.