Conceptos Fundamentales del Universo
¿Qué es el espectro electromagnético?
Es el conjunto de todas las radiaciones electromagnéticas, ordenadas según su longitud de onda o frecuencia. Incluye:
- Radio
- Microondas
- Infrarrojo
- Visible
- Ultravioleta (U.V.)
- Rayos X
- Rayos Gamma
¿A cuánto equivale la unidad astronómica?
La unidad astronómica (UA) equivale a la distancia promedio que separa la Tierra del Sol: aproximadamente 1,496 × 1011 m.
¿Qué es una galaxia?
Una galaxia es un sistema masivo de estrellas, nubes de gas, planetas, polvo, materia oscura y, quizás, energía oscura, unidas gravitacionalmente. Dentro de una galaxia también se forman subestructuras como las nebulosas, los cúmulos estelares y los sistemas estelares múltiples.
¿Cuántas estrellas puede haber en una galaxia?
El número de estrellas en una galaxia es variable, desde las galaxias enanas con aproximadamente 107 estrellas, hasta las galaxias gigantes, que pueden contener hasta 1012 estrellas.
¿Dónde está situado nuestro Sistema Solar?
Nuestro Sistema Solar está situado en el brazo de Orión de la Vía Láctea.
¿Qué es el “Grupo Local” de galaxias?
El Grupo Local es el cúmulo de galaxias al que pertenece nuestra Vía Láctea.
Además de nuestra galaxia, ¿qué otra galaxia espiral gigante hay en nuestro Grupo Local?
La otra galaxia espiral gigante en nuestro Grupo Local es la galaxia de Andrómeda.
Clasificación de las galaxias según su forma
Las galaxias se clasifican principalmente en:
- Elípticas y lenticulares
- Espirales
- Espirales barradas
- Irregulares
¿Qué es una estrella? ¿Cuáles son sus dos principales componentes?
Una estrella es una masa de gases, principalmente hidrógeno y helio, que emite luz propia debido a las reacciones nucleares que ocurren en su interior a temperaturas muy elevadas. Sus dos principales componentes son el hidrógeno y el helio.
¿Qué temperatura puede alcanzar una estrella “azul” y una “roja”? ¿Qué temperatura aproximada puede tener nuestro Sol?
- Una estrella azul puede alcanzar temperaturas de 25.000 a 50.000 ºC.
- Una estrella roja tiene temperaturas inferiores a 3.500 ºC.
- Nuestro Sol tiene una temperatura aproximada de 5.000 a 6.000 ºC en su superficie.
Fases de una estrella desde su inicio hasta que se convierte en una estrella de neutrones o un agujero negro
- Una nebulosa (nube de gas y polvo), bajo grandes presiones y fuerza gravitacional, comienza a colapsarse.
- Se forma una protoestrella.
- La estrella se convierte en una estrella normal, como el Sol.
- Se transforma en una gigante roja. En este proceso, aparecen los elementos más pesados.
- Se convierte en una nebulosa planetaria, habiendo perdido brillo y expulsado materia al espacio.
- El núcleo remanente se colapsa en una enana blanca.
- Si la masa de la estrella original es suficiente, tras una explosión de supernova, el remanente puede colapsarse hasta convertirse en una estrella de neutrones o, si es aún más masiva, en un agujero negro.
¿Qué son las estrellas dobles? ¿Cómo es posible que dos estrellas se mantengan unidas? ¿Qué pasaría si estas estrellas no girasen una en torno a la otra?
Una estrella doble es una pareja de estrellas que se mantienen unidas por la fuerza de gravedad y giran en torno a su centro de masa común.
Si estas estrellas no girasen una en torno a la otra, la fuerza de gravedad las atraería y se unirían, colisionando.
¿Qué es una nebulosa?
Las nebulosas son regiones del medio interestelar constituidas por gases (principalmente hidrógeno y helio) y polvo. Son los lugares donde nacen las estrellas.
Ejemplos notables incluyen la Nebulosa Cabeza de Caballo y la Nebulosa del Reloj de Arena.
Aparte de telescopios ópticos, ¿qué otros tipos de telescopios existen?
Además de los telescopios ópticos, existen otros tipos que observan diferentes rangos del espectro electromagnético:
- Radiotelescopios (ondas de radio)
- Telescopios infrarrojos
- Telescopios de rayos X
- Telescopios de rayos gamma
También se clasifican por su ubicación:
- Telescopios terrestres
- Telescopios espaciales (como el Hubble)
¿Qué ventajas tienen los telescopios espaciales como el Hubble?
A diferencia de los telescopios construidos en la superficie terrestre, los telescopios espaciales como el Hubble pueden tomar imágenes del espacio sin la distorsión causada por la atmósfera terrestre, lo que permite una mayor claridad y resolución.
¿Qué son las “novas”?
Las novas son estrellas que aumentan enormemente su brillo de forma súbita. Esto ocurre cuando una enana blanca en un sistema binario acumula material de su compañera, provocando una explosión termonuclear en su superficie. Durante un tiempo variable, su brillo aumenta de forma espectacular, dando la impresión de que ha “nacido” una estrella nueva.
¿Qué son los cuásares?
Los cuásares (objetos cuasi-estelares) son objetos celestes muy lejanos que emiten grandes cantidades de energía en diversas formas (ondas de radio, rayos X o luz visible). La luz producida por un cuásar puede ser equivalente a la de un billón de soles, siendo los objetos más luminosos del universo.
¿Qué son los púlsares?
Los púlsares son estrellas de neutrones que giran rápidamente y emiten haces de radiación electromagnética (principalmente ondas de radio) de forma periódica, como un faro. Son una fuente de radio pulsante.
¿Qué es un agujero negro? ¿Por qué los astrofísicos creen que existen, si no es posible verlos?
Un agujero negro es una región del espacio-tiempo con un campo gravitatorio tan extraordinariamente grande que ninguna radiación electromagnética, incluida la luz, puede escapar de él.
Los astrofísicos creen en su existencia porque, aunque no se pueden ver directamente, sí se pueden observar sus efectos gravitatorios sobre la materia y la radiación circundante, como la órbita de estrellas cercanas o la emisión de rayos X por el material que cae hacia ellos.
¿Qué es la “materia oscura” del Universo?
La materia oscura es un tipo de materia que no puede detectarse directamente con telescopios ópticos, de rayos X o radiotelescopios, ya que no emite, absorbe ni refleja luz. Se sabe de su existencia por sus efectos gravitatorios sobre la materia visible y la estructura a gran escala del universo.
¿Qué pruebas se tienen para saber que el Universo se expande?
La principal prueba de la expansión del universo es el descubrimiento de Edwin Hubble, quien observó que la mayoría de las galaxias se están alejando de nosotros, y que la velocidad de alejamiento es proporcional a su distancia (Ley de Hubble). Esto se manifiesta en el corrimiento al rojo de la luz de las galaxias.
¿Qué es la radiación cósmica de fondo?
La radiación cósmica de fondo de microondas (CMB) es una radiación electromagnética que llena todo el espacio. Es el “eco” del Big Bang, la luz más antigua del universo, que se enfrió a medida que el universo se expandía y se hizo transparente.
¿Qué dice la teoría del “Big Bang”? ¿Por qué se cree que esta teoría es cierta?
La teoría del Big Bang postula que hace aproximadamente 13.800 millones de años, toda la materia y energía del universo estaban concentradas en una zona extraordinariamente pequeña y densa, que luego experimentó una expansión rapidísima. Desde entonces, el universo ha continuado en constante movimiento y evolución, enfriándose y permitiendo la formación de estructuras.
Se cree que esta teoría es cierta debido a varias pruebas observacionales clave:
- La expansión del universo (observada por Hubble).
- La existencia de la radiación cósmica de fondo de microondas (CMB).
- La abundancia de elementos ligeros (hidrógeno, helio, litio) en el universo, que coincide con las predicciones del Big Bang.
Etapas de la evolución del Universo según el Big Bang
- Momento de la gran explosión: Ocurrió hace aproximadamente 13.800 millones de años.
- Etapa de inflación: Instantes después de la gran explosión, el universo se expandió a una velocidad enorme, creando una “sopa” de partículas elementales (quarks y radiación).
- Formación de la materia: Aproximadamente tres minutos después de la gran explosión, comenzaron a aparecer los primeros neutrones y protones, y posteriormente los primeros átomos simples, siendo el hidrógeno el primer elemento en formarse.
- Encendido del Universo (Recombinación): Unos 380.000 años después del Big Bang, el universo se enfrió lo suficiente para que los electrones se unieran a los núcleos, formando átomos neutros. Esto hizo que el universo se volviera transparente a la luz, liberando la radiación cósmica de fondo.
- Formación de estrellas y galaxias: La fuerza de atracción de la gravedad hizo que la materia empezara a condensarse, formando las primeras estrellas y galaxias. En el interior de las estrellas, mediante la fusión nuclear, aparecen átomos cada vez más complejos.
- Aparición de la “energía oscura”: En los últimos 4.700 millones de años, la energía oscura ha provocado que la expansión del universo se acelere, en lugar de ralentizarse como se esperaba por la gravedad.
¿Qué dice la hipótesis del “Big Rip”? ¿Qué dice la hipótesis del “Big Crunch”?
- La hipótesis del Big Rip (Gran Desgarro) sugiere que la energía oscura continuará acelerando la expansión del universo hasta el punto de que toda la materia, desde las galaxias hasta los átomos, será desgarrada.
- La hipótesis del Big Crunch (Gran Colapso) propone que, si la densidad de materia y energía es suficiente, la expansión del universo se detendrá y comenzará a comprimirse por acción de la gravedad, colapsando sobre sí mismo hasta un estado similar al inicial.
El Sistema Solar: Componentes y Características
¿Qué objetos forman el Sistema Solar?
El Sistema Solar está formado por:
- El Sol (nuestra estrella central)
- Los planetas (Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano, Neptuno)
- Sus satélites naturales (lunas)
- Planetas enanos (como Plutón, Ceres, Eris)
- Cometas
- Asteroides
- Otros cuerpos menores y polvo interplanetario.
¿Qué es el plano de la eclíptica?
El plano de la eclíptica es el plano imaginario que contiene la órbita de la Tierra alrededor del Sol. La mayoría de los planetas del Sistema Solar orbitan en un plano muy cercano a la eclíptica.
¿Qué dicen las leyes de Kepler?
Las leyes de Kepler describen el movimiento de los planetas alrededor del Sol:
- Primera Ley (Ley de las Órbitas): Todos los planetas se mueven en órbitas elípticas, con el Sol situado en uno de los focos de la elipse.
- Segunda Ley (Ley de las Áreas): Los planetas se mueven más rápido cuando están más próximos al Sol y más lento cuando están más alejados, de modo que la línea que une el planeta con el Sol barre áreas iguales en tiempos iguales.
- Tercera Ley (Ley de los Periodos): El cuadrado del período orbital de un planeta es directamente proporcional al cubo del semieje mayor de su órbita. Los planetas más alejados del Sol tienen un mayor periodo de traslación.
Define planetesimal.
Un planetesimal es un fragmento de materia con una masa mayor que el resto en una nebulosa protoplanetaria. Debido a su mayor gravedad, atrae más material y sigue creciendo, siendo un paso intermedio en la formación de planetas.
Define protoplaneta.
Un protoplaneta es un planeta primitivo en las primeras etapas de su formación, que ha acumulado suficiente masa para tener una forma esférica y que, con el tiempo, dará lugar a los planetas actuales.
Fases de formación del Sistema Solar
Las fases principales de formación del Sistema Solar son:
- Hace aproximadamente 4.500 millones de años, una nebulosa solar (nube de gas y polvo) comenzó a colapsarse y a girar, formando un disco protoplanetario.
- Dentro de este disco, el material se fue agrupando, formando planetesimales y luego protoplanetas.
- La consolidación definitiva de los planetas y satélites, a través de colisiones y acreción, hasta alcanzar sus tamaños y órbitas actuales.
¿A qué llamamos “Unidad Astronómica”?
La Unidad Astronómica (UA) es una unidad de distancia utilizada en astronomía, definida como la distancia promedio entre la Tierra y el Sol, aproximadamente 149.6 millones de kilómetros (1,496 × 1011 m).
¿Por qué en Mercurio las temperaturas son extremas?
En Mercurio, las temperaturas son extremas (desde -180 °C hasta 430 °C) porque carece de una atmósfera significativa que pueda retener el calor o distribuirlo uniformemente alrededor del planeta.
¿Por dónde amanece en Venus? ¿Por qué?
En Venus, el Sol amanece por el Oeste y se pone por el Este. Esto se debe a su movimiento de rotación retrógrado (gira en sentido contrario a la mayoría de los planetas del Sistema Solar).
¿A qué puede ser debido el movimiento lento y retrógrado en la rotación de Venus?
Se cree que el movimiento lento y retrógrado de la rotación de Venus pudo ser causado por el choque con un asteroide de gran tamaño en las primeras etapas de su formación, que alteró su eje de rotación.
¿De qué está compuesta la atmósfera de Venus?
La atmósfera de Venus está compuesta en su mayor parte por dióxido de carbono (CO2) (aproximadamente 96%), con una pequeña cantidad de nitrógeno y trazas de otros gases, incluyendo ácido sulfúrico en sus nubes.
¿Por qué en Venus se alcanzan temperaturas aún mayores que en Mercurio, pese a estar más alejado del Sol?
En Venus se alcanzan temperaturas extremadamente altas (hasta 475 °C), incluso mayores que en Mercurio, debido a un efecto invernadero descontrolado. Su densa atmósfera, rica en dióxido de carbono, atrapa el calor del Sol de manera muy eficiente.
¿Qué condiciones hacen posible la vida en la Tierra?
Las condiciones que hacen posible la vida en la Tierra incluyen:
- La existencia de agua líquida en abundancia.
- Una atmósfera protectora que regula la temperatura (efecto invernadero “suave”), protege de la radiación ultravioleta (capa de ozono) y de las partículas solares (magnetosfera).
- La abundancia de oxígeno (O2) en la atmósfera.
- Una distancia adecuada al Sol que permite temperaturas moderadas.
Compara la atmósfera de Marte con la de la Tierra.
- La atmósfera de Marte es muy fina y poco densa, compuesta principalmente por dióxido de carbono.
- La atmósfera de la Tierra es mucho más densa y gruesa, compuesta principalmente por nitrógeno y oxígeno, lo que permite la respiración y protege la superficie.
Describe dos accidentes geográficos de Marte.
Dos accidentes geográficos notables en Marte son:
- El Monte Olimpo (Olympus Mons): Un volcán en escudo masivo, el más grande del Sistema Solar, con una altura de aproximadamente 24 km sobre la llanura circundante.
- El Valle Marineris (Valles Marineris): Un extenso sistema de cañones, uno de los más grandes del Sistema Solar, con una longitud de más de 4.000 km y una profundidad de hasta 7 km.
¿Puede haber agua en Marte?
Sí, se ha confirmado la presencia de agua en Marte, principalmente en forma de hielo en los casquetes polares y bajo la superficie. Aunque el agua líquida es inestable en la superficie debido a la baja presión atmosférica y las bajas temperaturas, hay evidencias de flujos estacionales de salmuera y la posibilidad de agua líquida subterránea.
¿Cuáles son los dos satélites de Marte? ¿Cómo son?
Los dos satélites naturales de Marte son Fobos y Deimos. Ambos son pequeños, de forma irregular y se cree que son asteroides capturados por la gravedad de Marte.
¿Cuáles son los principales componentes de la atmósfera de Júpiter?
La atmósfera de Júpiter está compuesta principalmente por hidrógeno (H2) y helio (He), con trazas de metano, amoníaco y vapor de agua.
¿Qué indica la mancha roja que se observa en la superficie de Júpiter?
La Gran Mancha Roja que se observa en la atmósfera de Júpiter es una enorme y persistente tormenta anticiclónica, más grande que la Tierra, que ha estado activa durante al menos 350 años.
¿Cuáles son los satélites galileanos?
Los satélites galileanos son los cuatro satélites más grandes de Júpiter, descubiertos por Galileo Galilei: Ío, Europa, Ganímedes y Calisto.
¿Qué son los anillos de Saturno?
Los anillos de Saturno son un sistema complejo de miles de millones de fragmentos de hielo y roca de diversos tamaños que orbitan el planeta. No pueden formar un satélite debido a las intensas fuerzas de marea ejercidas por Saturno, que impiden que el material se agrupe en un solo cuerpo.
¿Cuál es la principal característica de Urano?
La principal característica de Urano es la extrema inclinación de su eje de rotación, que es de aproximadamente 98º con respecto a su órbita. Esto hace que parezca que “rueda” alrededor del Sol, con un polo apuntando hacia el Sol durante la mitad de su año orbital.
¿Cómo es el movimiento de rotación de Urano?
El movimiento de rotación de Urano es retrógrado, lo que significa que gira en sentido horario, al igual que Venus, a diferencia de la mayoría de los planetas del Sistema Solar.
¿Cómo es la superficie de Urano?
La atmósfera de Urano tiene una apariencia relativamente uniforme, de color azul verdoso, debido a la presencia de metano. Posee un sistema de anillos, aunque son mucho más tenues y difíciles de observar a simple vista que los de Saturno.
Antes de “observar” por primera vez a Neptuno, ya se sabía de su existencia, ¿por qué?
La existencia de Neptuno fue predicha matemáticamente antes de su observación directa. Los astrónomos notaron perturbaciones inexplicables en la órbita de Urano que no podían ser explicadas por la gravedad de los planetas conocidos. Esto llevó a la hipótesis de la existencia de un octavo planeta, cuya posición fue calculada con precisión, permitiendo su posterior descubrimiento.
¿Cuál es el mayor satélite de Neptuno?
El mayor satélite de Neptuno es Tritón.
¿Qué características tienen los planetas enanos? Pon el nombre de alguno de ellos.
Según la Unión Astronómica Internacional (UAI), un planeta enano debe cumplir las siguientes características:
- Orbita alrededor del Sol.
- Tiene suficiente masa para que su propia gravedad le dé una forma casi esférica (equilibrio hidrostático).
- No ha limpiado su órbita de otros objetos (a diferencia de un planeta “verdadero”).
- No es un satélite de otro planeta.
Ejemplos de planetas enanos incluyen: Plutón, Ceres, Eris, Makemake y Haumea.