Este documento resume los principales conceptos sobre el universo y nuestro lugar en él. Explica que el universo está compuesto principalmente de materia oscura y que está organizado en galaxias, estrellas y planetas. Describe la formación y evolución del universo desde el Big Bang, así como el origen de los elementos a través de las reacciones nucleares en las estrellas. Finalmente, resume brevemente la formación y características de nuestro sistema solar.

1. TEMA 2: NUESTRO LUGAR EN EL UNIVERSO
1. ¿DE QUÉ ESTÁ HECHO EL UNIVERSO?
2. ¿CÓMO ESTÁ ORGANIZADO EL UNIVERSO?
3. EL UNIVERSO EN MOVIMIENTO
4. DEL BIG BANG AL BIG RIP
5. EL ORIGEN DE LOS ELEMENTOS
6. EL ORIGEN DEL SISTEMA SOLAR
7. UN VIAJE CIENTÍFICO POR EL SISTEMA SOLAR
8. EXOPLANETAS: LA GRAN SORPRESA
9. OBSERVAR EL CIELO
IES Jiménez de la Espada
Dpto. Física y Química

2. 1. ¿DE QUÉ ESTÁ HECHO EL UNIVERSO?
El Universo es un inmenso vacío en el que hay millones de cuerpos visibles (galaxias, estrellas,
planetas, nebulosas, etc…) y una cantidad desconocida de materia oscura.
º MATERIA TOTAL
10% VISIBLE 90% OSCURA
Galaxias, estrellas, planetas
75% H2 20% He 5% otros
La materia oscura no es observable sino a través de sus efectos, es decir, de la atracción
gravitatoria que ejerce sobre la materia visible.
2. ¿CÓMO ESTÁ ORGANIZADO EL UNIVERSO?
A pesar de que existe constancia de la existencia de que la materia oscura constituye la mayor
parte el Universo, como hemos visto, el estudio del mismo se ha limitado a la materia visible.
MATERIA VISIBLE
GALAXIAS
ESTRELLAS NEBULOSAS PLANETAS
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3. 2.1. LAS GALAXIAS
Son sistemas masivos de estrellas, nubes de gas, planetas, polvo, materia oscura y energía oscura
unidos gravitacionalmente.
Las galaxias se clasifican según
su configuración en:
* Elípticas: Perfil luminoso
de una elipse.
* Espiral: Forma circular con
brazos curvos envueltos en
polvo.
* Irregular: Por perturbación
de otras galaxias.
2.2. LAS ESTRELLAS
Son cúmulos de materia en estado de plasma, en un proceso de equilibrio hidrostático que genera
energía en su interior. Dicha energía se emite al espacio en forma de radiación electromagnética.
Se forman en las regiones más densas de las nubes moleculares como consecuencia de las
inestabilidades gravitatorias causadas, principalmente, por supernovas o colisiones galácticas.
ESTRELLAS
AGRUPACIÓN DISTRIBUCIÓN
Galaxias no uniformes
LIGADAS AISLADAS
-unidas gravitacionalmente - con lazos gravitatorios
entre sí, formando sistemas estables.
binarios, ternarios… - Viajan solitarias,
separándose de la
agrupación inicial.
- Obedecen al campo
gravitatorio global de la
galaxia (Ej. Sol)
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4. 2.3. LOS PLANETAS
Son cuerpos celestes que orbitan alrededor del Sol. Tienen suficiente masa como para que su
gravedad supere las fuerzas del sólido rígido, sin objetos sólidos en sus órbitas.
Los principales planetas de nuestro sistema estelar se clasifican según diversos criterios:
CLASIFICACIÓN DE LOS PLANETAS
según
cercanía al estructura movimiento celeste
Sol
principales terrestres jovianos superiores inferiores
o
telúricos
secundarios
enanos
2.3.1. SEGÚN SU CERCANÍA AL SOL
2.3.1.1. Denominamos planetas PRINCIPALES a aquellos más cercanos al Sol:
-MERCURIO: Planeta rocoso sin satélites. Es el más pequeño y cercano al Sol.
-VENUS: Es el planeta más similar a la Tierra en cuanto a tamaño, masa y composición.
Se puede observar desde la Tierra antes del ocaso.
-TIERRA: El único planeta en el que sabemos que existe vida. Se encuentra a una
temperatura superficial media de 15º C.
-MARTE: Planeta rocoso, rojo (debido a su gran concentración de óxidos de hierro) y con
una atmósfera similar a la solar.
-JÚPITER: Planeta gaseoso, sin una superficie interior definida.
2.3.1.2. Denominamos planetas SECUNDARIOS a aquellos más alejados del Sol:
-SATURNO: Planeta gaseoso. Único planeta con un sistema de anillos visible desde la
Tierra.
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5. -URANO: Es el planeta de superficie más uniforme. Presenta color azul-verdoso debido a
los gases que componen su atmósfera (metano, hidrógeno, helio…). Sus anillos no se ven a simple
vista.
-NEPTUNO: El gigante gaseoso que fue descubierto matemáticamente.
2.3.1.3. Denominamos planetas ENANOS a aquellos que no han limpiado la vecindad de su
órbita:
-CERES: El más grande dentro de esta categoría.
-ERIS: Es un plutoide (más grande que Plutón).
-PLUTÓN: Forma un sistema planetario con Caronte.
2.3.2. SEGÚN SU ESTRUCTURA
2.3.2.1. Denominamos planetas TERRESTRES / TELÚRICOS a aquellos planetas que se
caracterizan por ser pequeños, rocosos, sólidos y con alta densidad. Son terrestres Mercurio,
Venus, Tierra y Marte.
2.3.2.2. Denominamos planetas JOVIANOS a aquellos planetas que se caracterizan por ser
grandes, gaseosos y con baja densidad. Son jovianos Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno.
2.3.3. SEGÚN SU MOVIMIENTO CELESTE
2.3.3.1. Denominamos planetas SUPERIORES a aquellos planetas que se oponen al Sol en su
movimiento. Son superiores Tierra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno.
2.3.3.2. Denominamos planetas INFERIORES a aquellos planetas que no se oponen al Sol en su
movimiento. Son inferiores Mercurio y Venus.
2.4. EL SISTEMA SOLAR
Es el sistema planetario al que pertenece la Tierra.
Está formado por 9 planetas que giran alrededor de
una estrella: El Sol. Se encuentra situado en un
brazo de la galaxia Vía Láctea (el brazo de Orión), a
27000 años luz.
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6. SISTEMA SOLAR
SOL PLANETAS
-estrella central
PRINCIPALES
-Mercurio, Venus, Tierra, SECUNDARIOS
Marte, Júpiter -Saturno, Urano
Neptuno
ENANOS
-Ceres, Plutón, Eris
3. EL UNIVERSO EN MOVIMIENTO
Los astros que forman el Universo están en continuo movimiento. La fuerza que rige ese
movimiento es la gravedad, y se puede demostrar mediante:
- LA LEY DE LA GRAVITACIÓN UNIVERSAL (Newton): Defiende que la atracción entre
dos cuerpos en el Universo es proporcional al producto de sus masas e inversamente
proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.
- LA TEORÍA DE LA RELATIVIDAD (Einstein): Masas grandes actúan deformando el
espacio a su alrededor (efecto red).
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7. Además de los astros, en el Universo existen AGUJEROS NEGROS, que son concentraciones
de materia de altísima densidad, cuyo campo gravitatorio es tan grande que ni la luz escapa de
él. Tienen un punto de NO- RETORNO de 7,7 millones de Kilómetros: A menor distancia, todo
es absorbido por el agujero.
Son detectables mediante los rayos X que emite la materia al precipitarse a gran velocidad
sobre ellos. Se considera que en el centro de la Vía Láctea existe un agujero negro llamado
SAGITARIO A, cuya masa es 3 millones de veces la masa del Sol.
4. DEL BIG BANG AL BIG RIP
La idea del Big Bang surge al observarse que las galaxias se separan unas de otras (efecto
Doppler).
Pero, ¿en qué consiste el efecto Doppler?
Es la distorsión que sufren las ondas emitidas por un cuerpo cuando este se encuentra en
movimiento. Así, cuando el emisor de ondas se acerca al receptor, las ondas se comprimen
(menor longitud de la onda). Ej. cuando el coche de la figura (emisor) se acerca al sujeto 2
(receptor) la onda sonora se comprime.
Sin embargo, cuando el coche
(emisor) se aleja del sujeto 1
(receptor), la onda sonora se
expande pues su longitud de onda
aumenta.
La luz emitida por los cuerpos celestes
también es una onda, cuya longitud está
relacionada con el color observado mediante
la relación de la figura.
La luz de las galaxias tiende al rojo, por tanto
a altas longitudes de onda: Esto significa que
la onda está en expansión o lo que es lo
mismo, que EL UNIVERSO SE EXPANDE.
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8. El efecto Doppler se confirma cuando Penzias y Wilson descubren la radiación cósmica de fondo,
que llega a todos los puntos del Universo: Es el ECO DEL BIG BANG.
La historia del Universo se divide en diversas etapas:
1. Etapa de INFLACIÓN o fluctuación cuántica.
2. Etapa oscura, de FORMACIÓN DE LA MATERIA (primeros quarks).
3. Etapa de ENCENDIDO DEL UNIVERSO (formación de las primeras estrellas).
4. Etapa de FORMACIÓN DE GALAXIAS.
5. Etapa de EXPANSIÓN ACELERADA del Universo.
5. EL ORIGEN DE LOS ELEMENTOS
Las estrellas son “fábricas” de elementos químicos, entre los que el
hidrógeno es el más abundante. A partir de éste han surgido el
resto de los elementos conocidos.
Por ejemplo, la fusión de dos átomos de hidrógeno genera un
átomo de helio.
Esto se debe a que en el interior de una estrella la temperatura es
tan alta que los núcleos, que se mueven a velocidades cercanas a
los 1000 km / s, colisionan entre sí.
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9. Al colisionar se fusionan produciendo los elementos químicos. El hierro es el último elemento
estable que se forma en una estrella. Tras su formación el “horno” se para, no hay energía saliente,
la gravedad actúa y trillones de toneladas de materia estelar caen hacia el núcleo de la misma a
altas presiones y temperaturas. Esto provoca una fusión nuclear de una enorme magnitud y la
liberación de una gran energía, que genera una SUPERNOVA capaz de lanzar al espacio casi toda
la masa de la estrella.
¿Cuál es el futuro del Universo?
Existen tres teorías que postulan diferentes evoluciones del Universo:
FUTURO DEL UNIVERSO
ABIERTO ABIERTO-PLANO CERRADO
dens < dens crítica dens = dens crítica dens > dens crítica
Se expande indefinidamente La energía oscura La gravedad frena la
a ritmo lento, frenado por la supera a la gravedad. expansión y en un momento
gravedad. Muerte lenta y fría El Universo vuela en dado el proceso se invierte
en la oscuridad (BIG CHILL) pedazos (BIG RIP). hasta producirse un
COLAPSO (BIG CRUNCH)
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10. BIG RIP
BIG CRUNCH
BIG CHILL
6. EL ORIGEN DEL SISTEMA SOLAR
Hace algo más de 4500 millones de años, en una galaxia espiral una nube de polvo y gas comenzó
a contraerse hasta colapsarse y formar un disco, afectada por la explosión de una supernova. El
disco estaba más caliente en el centro porque presentaba más partículas en continua colisión con
otras. Los elementos más ligeros se encontraban en la parte más externa y fría del disco.
En cada zona del disco comenzó a formarse un planeta como consecuencia del aumento de la
densidad del disco, atrayendo la materia cercana (en primer lugar al exterior del mismo). En las
zonas internas se formaron cuerpos de menor tamaño que chocaron entre sí formando planetas
como la Tierra durante 10 millones de años. La materia sobrante formó 166 satélites (excepción:
La Luna).
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11. 7. UN VIAJE CIENTÍFICO POR EL SISTEMA SOLAR.
Actividad 1.1: En grupos de 4, elaboraremos una presentación en Power Point acerca de uno
de los planetas del Sistema Solar. Especificaciones: 5 Diapositivas que deben incluir una
introducción, clasificación del planeta según los criterios estudiados, características del
planeta, descubrimientos o noticias relevantes y conclusión.
8. EXOPLANETAS
Son planetas en órbitas alrededor de una estrella distinta al Sol. Se descubrieron en 1995. En
2007 se conocían 271 exoplanetas, la mayoría más grandes que la Tierra. En 2009, la cifra
aumentó a 382. También existen planetas libres, que no orbitan en torno a estrellas.
Pero, ¿qué condiciones son necesarias para la vida en los planetas?
1. Distancia planeta-estrella lo
suficientemente grande como
para que exista una temperatura
adecuada.
2. Gravedad planetaria suficiente
para retener la atmósfera.
3. Núcleo metálico fundido para
proteger frente a los rayos γ.
4. Satélite grande para evitar la
inclinación del eje de rotación
planetario, y por tanto la
variación climática extrema.
5. Tiempo medio de vida estelar para que se desarrolle vida.
6. Existencia de planetas gigantes cercanos, para desviar asteroides.
7. Situación en la Vía Láctea, lejos del centro galáctico (explosión).
9. OBSERVAR EL CIELO
Las estrellas, los planetas o la Luna se mueven de este a oeste debido a la rotación terrestre.
Sin embargo, la visibilidad de éstos depende de dos factores:
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12. -La LATITUD o distancia que hay desde un punto
cualquiera de la superficie terrestre al ecuador.
Determina la inclinación de los arcos.
-La EPOCA DEL AÑO, que hace visibles ciertas
constelaciones (ej. La constelación de Orión sólo es
visible en invierno. Se sitúa en medio del ecuador
celeste, por lo que es visible desde todos los puntos
de la Tierra.)
La representación de la esfera celeste sobre un plano se denomina PLANISFERIO. Se emplea
para localizar estrellas o constelaciones, y para orientarse. El astrolabio utilizado por los antiguos
griegos es un predecesor del moderno planisferio.
Astrolabio Planisferio
Ahora sólo nos queda disfrutar de las vistas…
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