Cosmología: Del Big Bang a la Exploración Espacial – Descubrimientos y Teorías
Contribución de Aristarco de Samos a la Astronomía
Aristarco de Samos realizó mediciones previas para investigar la naturaleza de los astros y, sin tener en cuenta las especulaciones filosóficas de Aristóteles, estableció por primera vez el modelo del universo heliocéntrico: afirmó que el Sol era mucho mayor que la Tierra y que esta, junto con los demás planetas, giraba a su alrededor.
Diferencia Fundamental entre el Modelo Geocéntrico y el Modelo Heliocéntrico
El modelo geocéntrico explica la aparente evidencia de que los astros “salen” todos los días por el este y “se ponen” por el oeste. En el modelo heliocéntrico, Copérnico tuvo el coraje de negar la aparente evidencia de que el Sol “sale” por el este y “se pone” por el oeste.
Galileo Galilei: Vida y Persecución
Galileo construyó el primer telescopio, que dio a la luz más de mil años de oscuridad. Cultivó la duda y la creatividad, llevó a cabo observaciones minuciosas, tuvo la audacia de cuestionar lo inmutable y descubrió que las 4 lunas principales de Júpiter orbitaban a su alrededor. Elaboró cálculos geométricos y razonamientos matemáticos que establecieron los fundamentos del método científico como única forma válida de investigación. Desafió al conocimiento tradicional y al poder eclesiástico. Su trabajo fue prohibido por la Inquisición y a punto estuvo de ir a la hoguera. Condenado por herejía, fue obligado a abjurar de sus ideas públicamente y a permanecer en una especie de arresto domiciliario.
Función de la Constante Cosmológica en las Ecuaciones de Einstein
Proporcionó la descripción matemática más completa del universo hasta entonces. Sus ecuaciones predecían un modelo del Universo en expansión, pero la idea que tenía el propio Einstein de un cosmos eterno e inmóvil era tan fuerte que introdujo en ellas un factor (la constante cosmológica) para obligar a su modelo a permanecer estático.
Conclusiones de Alexander Friedman y George Lemaître
Que al eliminar la constante cosmológica, se admiten varias soluciones, entre ellas el modelo del universo en expansión, es decir, que concibe el universo en expansión, que tuvo un origen inicial.
Semejanzas y Diferencias entre los Modelos Cosmológicos del Big Bang y el Estado Estacionario
El modelo cosmológico del Estado Estacionario admite la expansión del universo, pero concibe un universo infinito, que no tiene un principio definido, en el que se genera materia de manera continua mediante mecanismos desconocidos. El modelo cosmológico del Big Bang propone que el universo es dinámico y finito y se creó en una expansión a partir de un punto inmaterial infinitamente denso y caliente.
Ley de Hubble y su Significado para la Cosmología Moderna
Se expresa de la siguiente manera: V = Ho x D, donde:
- V = velocidad de alejamiento de una galaxia (en km/s).
- D = distancia entre la galaxia y la Tierra (en megaparsec: Mpc).
- Ho = constante de proporcionalidad de Hubble (su cálculo en 2006 se estimó en 70 km/s/Mpc).
Establece que la velocidad de alejamiento de una galaxia es directamente proporcional a su distancia.
Significado del Fenómeno Conocido como Desplazamiento hacia el Rojo
Significa que las galaxias se alejan unas de otras y es similar al fenómeno que percibimos cuando las ondas sonoras del silbato de un tren en movimiento se alargan y se hacen más graves cuando el tren se aleja.
Estrellas Cefeidas y su Utilidad
La medida de las distancias a otras galaxias se puede realizar por el método de cefeidas, desarrollado por la astrónoma Henrietta Leavitt en 1912. Una cefeida es un tipo de estrella muy brillante, cuyo brillo oscila rítmicamente describiendo un ciclo regular, desde que se oscurece hasta que recupera la luminosidad.
Formación del Universo según la Teoría del Big Bang
A partir del actual ritmo de expansión, en el instante t=0, hace unos 13.700 millones de años, toda la materia del universo, las cuatro fuerzas que actúan sobre ella (la gravedad, la fuerza electromagnética, la fuerza nuclear débil y la fuerza nuclear fuerte), la energía, el espacio, el tiempo y el vacío, es decir, los componentes fundamentales de todo cuanto conocemos, se encontraban bajo la forma de una singularidad: un punto inmaterial infinitamente denso y caliente, de radio nulo, en unas condiciones tan extremas que las leyes de la física actual tienen grandes dificultades para describir.
Aparición de los Primeros Átomos del Universo
En el periodo comprendido entre 300.000 y 1 millón de años.
La Era de Planck: “La Frontera de la Física”
Porque hasta el momento no existe ninguna teoría que permita describir con exactitud las características y las propiedades de este instante fugaz.
Materialización de la Energía en el Universo Temprano
Según la ecuación de Einstein, energía y materia son equivalentes: E = mc². Y esto es lo que sucedió cuando apenas había transcurrido una cienmillonésima de yoctosegundo (10-32 segundos) y el universo tenía una temperatura de 1027 K: los fotones se materializaban y daban lugar a pares de partículas materia y antimateria.
Partículas Subatómicas Formadas a partir de los Quarks
Partículas hadrónicas (protones y neutrones), que formaron los núcleos de los primeros elementos químicos, junto con otras partículas como los mesones, partículas de menor masa: leptones-antileptones.
Era de la Nucleosíntesis
Cuando el universo tenía un segundo de edad, la temperatura alcanzó un valor suficientemente bajo como para permitir la unión entre protones y neutrones y, en apenas 3 minutos, se formaron núcleos de hidrógeno, helio y pequeñas cantidades de litio.
Aceleradores de Partículas: Función y Localización del LHC
Son, junto con los radiotelescopios, los instrumentos básicos usados por los científicos para interpretar los sucesos ocurridos en los instantes previos (o posteriores) al gran estallido. En ellos se provocan colisiones de partículas subatómicas y se generan tan altas energías que la materia se comporta de manera similar a como lo hacía en los instantes próximos al Big Bang. El LHC (Large Hadron Collider, Gran Colisionador de Hadrones) está cerca de Ginebra.
Radiación Cósmica de Fondo de Microondas
La expansión del universo ha provocado que los fotones de la radiación luminosa se hayan ido enfriando hasta alcanzar la temperatura actual de 2,9 grados K. Esto lleva consigo la disminución de la intensidad de la radiación y, por tanto, el aumento de su longitud de onda hasta las frecuencias de los microondas. Cuando sintonizas un canal de televisión que no corresponde a ninguna emisora, la “nieve” que ves en la pantalla son ondas captadas de distintas frecuencias; una parte de esta señal se corresponde con la radiación cósmica de fondo de microondas.
Energía Oscura y su Influencia en la Evolución del Universo
Actúa como fuerza repulsiva en contra de la gravedad y para algunos científicos se asemeja a la constante cosmológica que Einstein había introducido en sus ecuaciones, aunque ahora adquiriría un significado distinto. Otros científicos la atribuyen a campos de energía del vacío al que denominan quintaesencia (el nombre que dio Aristóteles al quinto elemento del que estaban hechos los cielos).
Supercúmulos y el Grupo Local
Los más de 100.000 millones de galaxias que componen el universo tienen tendencia a reunirse en enjambres, llamados cúmulos y estos a su vez en supercúmulos. El Grupo Local está compuesto por la Vía Láctea, Andrómeda y la galaxia del Triángulo, entre otras.
Viaje a Andrómeda a la Velocidad de la Luz
Tardaríamos más de 2 millones de años.
Reacciones de Fusión Termonuclear
Es posible que los demás elementos químicos se hayan formado, de un modo u otro, a partir de hidrógeno y helio si la temperatura es suficientemente elevada para que se lleven a cabo estas reacciones. Tienen lugar en las estrellas.
Destino de una Estrella como el Sol
Al igual que el ser humano, las estrellas viven, envejecen y finalmente mueren al cabo de miles de millones de años.
Destino Final de una Estrella Gigante de Gran Masa
Cuando las estrellas consumen todo el hidrógeno, se hinchan y se convierten en supergigantes, cuyo núcleo se asemeja a una cebolla y cada una de sus capas forma un elemento químico distinto, hasta que en la última capa se forma el hierro que, en vez de liberar energía, la consume. Con su fuente de energía desconectada, actúa la componente gravitatoria y la superficie roja se colapsa de tal forma que se produce una implosión y tras esta, una explosión.
Formación de los Elementos Químicos
En la fase de explosión de una estrella en un final y terrible estallido, se llama supernova y en su holocausto se forman los elementos químicos más pesados que el hierro. Los demás elementos se forman en las estrellas a través de reacciones de fusión nuclear.
Formación de los Planetas del Sistema Solar
La onda expansiva generada por esa gigante explosión originó la compactación de una inmensa nebulosa de gas, enriquecida con el polvo cósmico que comenzó a girar y se convirtió en un disco:
- En el centro del disco se formó una bola de hidrógeno y helio que alcanzó altas temperaturas provocando reacciones nucleares hasta que se creó el Sol.
- Las regiones periféricas del disco se desgarraron y tuvo lugar ahí la coagulación: las partículas de polvo colisionaron formando planetesimales.
- Acreción de planetesimales: la fuerza de la gravedad hizo que los planetesimales impactaran y se fueran haciendo mayores dando lugar a embriones planetarios.
- Finalmente, en cada región del disco empezó a dominar solo un gran protoplaneta y así aparecieron los planetas.
Diferencia entre Planeta y Planeta Enano
Los planetas son astros que orbitan alrededor del Sol, con suficiente masa para tener una superficie redonda y son dominantes ya que no tienen otros cuerpos en sus órbitas. Los planetas enanos son cuerpos que orbitan alrededor del Sol y tienen suficiente masa, pero tienen otros cuerpos en sus órbitas.
Localización de los Asteroides
Orbitan alrededor del Sol y se localizan en el cinturón principal de asteroides, cinturón de Kuiper y nube de Oort.
Nube de Oort
Se encuentra en los confines del sistema solar, donde se acumulan fragmentos de hielo, moléculas orgánicas y polvo cósmico residuales de la primitiva nebulosa que dio origen al sistema solar.
Condiciones que Propiciaron la Aparición de Vida en la Tierra
Tiene actividad volcánica, mucha agua, radiación solar nociva, sus gases generan efecto invernadero, temperatura suave.
Ubicación de los Observatorios Astronómicos
Se sitúan ahí debido a que cualquier tipo de luz o radiación procedente del espacio exterior tiene que atravesar la atmósfera antes de ser captada por un telescopio. Pero el aire de la atmósfera difumina las imágenes y entorpece la visión.
Necesidad de Potentes Cohetes para Lanzar Ingenios Espaciales
Porque es necesario que el cohete permita alcanzar la velocidad de escape de 40.000 km/h, sino este no llegaría al espacio. Hay que salir de la atracción gravitatoria, sino todos los cuerpos volverían a caer.
Características de los Transbordadores o Lanzaderas Espaciales
Pueden permanecer varios días en órbita y volver a nuestro planeta cuando se acabe la misión, se pueden reutilizar varias veces y colocan y reparan satélites, realizan experimentos científicos y transportan componentes de las naves espaciales.
Mensaje de las Naves Pioneer 10 y 11
Llevan un mensaje simbólico inscrito en una placa, diseñado por los astrónomos Carl Sagan y Frank Drake. Este mensaje contiene datos sobre los seres humanos y trata de explicar quiénes somos y dónde estamos a algún tipo de inteligencia extraterrestre que pudiera interceptar la sonda.
Error de la Sonda Mars Climate Orbiter
El error fue que los técnicos encargados de programar la nave se olvidaron de pasar los datos de navegación del sistema anglosajón al sistema métrico decimal, por lo que la nave, al entrar en la atmósfera marciana, se estrelló.
Sistema GPS
Se usa como sistema de navegación que permite localizar nuestra posición en la superficie terrestre (sistema de posicionamiento global).
Brazos de la Vía Láctea
Tiene 5 brazos: el de Perseo, el de Orión, el de Sagitario, el de Centauro y el del Cisne. Estamos en el brazo de Orión.
Origen de la Hidrosfera y de la Primitiva Atmósfera Terrestre
La atmósfera primitiva se creó debido a que otros gases liberados por las emanaciones volcánicas fueron retenidos por la fuerza gravitatoria del planeta; la hidrosfera se formó por combinación de elementos más pesados que pasan de estado gaseoso a líquido por enfriamiento.
Elementos Químicos Formados en los Instantes Posteriores al Big Bang
La energía de la radiación, tan intensa en los primeros instantes del Universo, se convertía en partículas minúsculas de materia, quarks y leptones. Más tarde, la sopa primordial se enfrió formando nubes de hidrógeno y helio.
Causa de la Irregular Distribución de las Galaxias en el Universo
La causa puede ser la fuerza de la gravedad y la temperatura del Universo.
¿XQ NO SE HA DETECTADO ANTIMATERIA EN EL UNIVERSO?los quarks colisionaban con los antiquarks para volver a convertirse en fotones (energia) de manera q existia un equilibrio entre materia y radiación.este estado de equilibrio no duro muxo tiempo,pues conforme continuaba la expansion del universo,la temperatura disminuyo de tal forma q la energia de la radiación ya no era suficiente para permitir su materializacion en pares de quark-antiquark.sin embarg,las colisiones materia-antimateria continuaban curriendo con la consiguiete aniquilación de las particulas y la generacion de fotones.pero x alguna razon q desconocemos,x cada mil millones de antiquarks q surjan apareceran mil millones de quars + uno.esta asimetria de las leyes fisicas,permitio q durante el enfriamiento siguiente todos los quarks desaparecieran x aniquilación con sus antiquarks(convertiendose de nuevo en energia)cn excepcion de uno entre mil millones. ¿Q FUNCION SE SUPONE Q DESEMPEÑA LA MATERIA OSCURA?la materia oscura forma como una tela invisible q sirve como una especie de esqueleto cosmico en el q se engarzan los racimos de galaxias ,es decir,toda la materia ordinaria q podemos ver.