Ciencias para el mundo contemporáneo - Tema 1

1. TEMA 1
EL ORIGEN DEL UNIVERSO
EL SISTEMA SOLAR

2. 1. LOS PRIMEROS ASTRÓNOMOS
• Primeros astrónomos: observación mensual y anual del
cielo como ritual religioso. Concluyen en que los
fenómenos que observaban se repetían cíclicamente, lo
que les ayudaba a establecer calendarios con las épocas
favorables para siembra, caza y navegación. Ejemplo: para
los antiguos egipcios la estrella Sirio representaba al dios
Anubis e indicaba cuál era la época adecuada para la
siembra.

4. • Hace más de 9000 años que los babilonios
desarrollaron la astrología (pseudociencia o
superstición) y sentaron las bases de la
astronomía moderna:
- Describieron con precisión el movimiento de
los astros.
- Inventaron el sistema sexagesimal.
- Establecieron el zodíaco y los primeros
calendarios.

5. La cultura griega
• Poco a poco los dioses son sustituidos por razonamientos
matemáticos.
• La cultura griega estableció las fundamentos físicos y
matemáticos de la astronomía moderna.
- Aristóteles (384-322 AC) imaginó un universo geocéntrico.
- Aristarco de Samos (310-230 AC) estableció por primera
vez el universo heliocéntrico.
- Eratóstenes (276-194 AC) estableció la esfericidad de la
Tierra.
- Hiparco de Nicea (190-120 AC) elaboró el primer mapa
estelar.

7. La aceptación social, una barrera para
la ciencia
• PTOLOMEO (100-170 DC), consagra nuevamente
el modelo geocéntrico de Aristóteles.
• En el incendio de la biblioteca de Alejandría se
pierden la mayor parte de los escritos científicos
griegos y se mantiene la creencia en el modelo
geocéntrico hasta la Edad Media, apoyada por los
poderes eclesiásticos ya que es coherente con la
creación de la Tierra por parte de Dios.
• Muchas ideas brillantes fueron apartadas por no
ser aceptadas por la Santa Inquisición.

9. • Copérnico (1473-1543) estableció el modelo
heliocéntrico con sólidos cálculos matemáticos.
Mantuvo su descubrimiento en secreto por miedo a las
represalias y solo lo publicó al final de su vida.
• Kepler (1571-1630) descubrió que las órbitas
planetarias no eran circulares sino elípticas. Su obra fue
prohibida por la Iglesia.
• Galileo (1564-1642) construyó el primer telescopio y
estableció las bases del método científico. Fue
condenado por herejía a arresto domiciliario de por
vida y a renegar de sus ideas públicamente.
• Newton (1667) propuso la ley de la gravitación
universal, lo que hace que el modelo heliocéntrico sea
aceptado universalmente.

11. 2. LA COSMOLOGÍA MODERNA
• Definiciones:
- Cosmología: Parte de la astronomía que estudia la
estructura, el origen y el desarrollo de la totalidad del
universo (cosmos).
- Astronomía: Ciencia que estudia los astros que componen
el universo a partir de la radiación electromagnética que
nos llega de ellos (UV, rayos X, infrarrojos, visible).
- Astrofísica: Parte de la astronomía que aplica las leyes de la
física para estudiar la naturaleza de los astros y su
comportamiento.
- Modelos matemáticos: Son sistemas de ecuaciones que en
el caso concreto de la cosmología permiten describir el
universo y predecir su evolución.

12. Modelos matemáticos del universo
• M. del universo estático e infinito: Comienzos del S. XX, el
universo se considera eterno e infinito, es decir, ha existido
siempre y siempre existirá (sin principio ni fin). La teoría de
la relatividad de Einstein ya predijo en su momento que
este modelo era erróneo, en contra de su propia opinión.

13. • M. del universo dinámico y finito (Big Bang): Hubble en
1929 demuestra que el universo está en expansión porque
las galaxias se alejan unas de otras. Habría un momento
inicial en que todas estuvieron juntas, por lo que le
universo tiene un origen, lo que llamamos Big Bang. Esa
explosión a partir de un punto denso y caliente hace 13700
m.a. es el origen del universo que sigue expandiéndose. Es
el modelo más aceptado actualmente.

14. • M. del universo dinámico e
infinito: el estado
estacionario.
- Propuesto en 1948 por
Hoyle y otros
colaboradores, admite que
el universo se expande,
pero sin un origen definido
donde se crea materia
continuamente mediante
procesos desconocidos.

15. 3. LA EXPANSIÓN DEL UNIVERSO
• En 1929, Hubble descubre que las galaxias se
alejan unas de otras, es decir, que el universo se
expande. Cuanto más alejadas están las galaxias
entre sí, más rápidamente se separan (y al
revés).Hubble se basó en lo que conocemos
como desplazamiento hacia el rojo (longitud de
onda mayor)

16. Efecto Doppler
http://youtu.be/A-agV-vsetI

17. 4. EL BIG BANG
• Hace 13700 m.a. toda la materia del Universo,
las fuerzas que actúan sobre ella (gravedad,
fuerza electromagnética y fuerzas nucleares
fuerte y débil), la energía, el espacio, el
tiempo y el vacío se encontraban en un punto
de radio nulo, infinitamente denso y caliente
(singularidad), incapaz de explicar según las
leyes de la física actual.

18. BIG BANG: ERAS
1. ERA DE PLANCK
2. ERA DE LA GRAN UNIFICACIÓN
3. ERA DE LA INFLACIÓN
4. ERA ELECTRODÉBIL O DE LOS QUARKS
5. ERA HADRÓNICA
6. ERA LEPTÓNICA
7. ERA DE LA NUCLEOSÍNTESIS
8. ERA DE LOS ÁTOMOS Y DE LA RADIACIÓN
9. ERA DE LAS GALAXIAS

20. ERAS DEL BIG BANG
1. ERA DE PLANCK: entre la explosión inicial y los 10-43
segundos. No explicable bajo las leyes actuales de la
Física (Teoría de la relatividad), que tendrían que ser
sustituidas por otras teorías aún sin elaborar (Teoría
cuántica de la gravitación).
2. ERA DE LA GRAN UNIFICACIÓN: entre los 10-43 y los
10-35 segundos. Se separa la fuerza de la gravedad del
resto (nuclear fuerte y débil, y electromagnética).

21. ERAS DEL BIG BANG
3. ERA DE LA INFLACIÓN: entre los 10-35 segundos y
los 10-32 segundos. El Universo se expandió
bruscamente, pasando en un instante a tener el
tamaño actual.
4. ERA ELECTRODÉBIL O DE LOS QUARKS: entre los
10-32 segundos y los 10-12 segundos. Se separa la fuerza
nuclear fuerte y se forma una sopa de partículas
elementales (quarks) y antipartículas.

23. ERAS DEL BIG BANG
5. ERA HADRÓNICA: entre los 10-12 segundos y los
10-3 segundos. Se separan definitivamente la fuerza
nuclear débil y la electromagnética. Se forman las
partículas atómicas del núcleo (protones y
neutrones), llamadas hadrones.
6. ERA LEPTÓNICA: entre los 10-3 segundos y 1
segundo. Se forman nuevas partículas llamadas
leptones (electrones y neutrinos).

24. ERAS DEL BIG BANG
7. ERA DE LA NUCLEOSÍNTESIS: entre 1 segundo y
300000 años. Se forman los primeros núcleos
atómicos de elementos sencillos como hidrógeno y
helio, por asociación de protones y neutrones.
8. ERA DE LOS ÁTOMOS Y DE LA RADIACIÓN: entre
300000 y 1 m.a. Se forman los primeros átomos de
hidrógeno, helio y litio. El Universo se hace
transparente y los fotones escapan a través de la
materia.

26. ERAS DEL BIG BANG
9. ERA DE LAS GALAXIAS: entre 1 m.a. y la
actualidad. Se forman las galaxias a partir de
las nebulosas formadas por los primeros
elementos químicos y el Universo continua
expandiéndose hasta la actualidad.

27. TELESCOPIOS Y ACELERADORES DE PARTÍCULAS
• Son dos instrumentos fundamentales para el estudio
del Universo.
• TELESCOPIOS: para observar a grandes distancias.
Algunas estrellas son tan remotas que su luz tarda
millones de años en llegar a la Tierra (velocidad de la
luz = 300000 km/s) por lo que es posible que algunas
de ellas ya no existan aunque seguimos percibiendo
la luz que emiten.

28. TELESCOPIOS Y ACELERADORES DE PARTÍCULAS
• ACELERADORES DE PARTÍCULAS:
- Son anillos gigantes en los que se provocan choques
entre partículas subatómicas y se genera una energía
tan alta que la materia se comporta como lo hacía en
los instantes próximos al Big Bang.

29. ACELERADORES DE PARTÍCULAS
• LHC (Large Hadron Collider):
- Es el más potente del mundo, con 27 km de
longitud y alojado en un túnel circular a 100 m
bajo tierra.
- Acelera y colisiona protones (un tipo de
hadrones) y la energía que se libera se emplea
para calentar la materia hasta la temperatura
que supuestamente tenía el Universo un
microsegundo después del Big Bang

31. Para saber más…
• http://home.web.cern.ch/
• http://www.nasa.gov/
• http://www.esa.int/esl/ESA_in_your_country/Spain

32. Algunos conceptos no muy claros
• ENERGÍA OSCURA: de naturaleza
desconocida, es la que estaría provocando la
expansión del Universo (según datos recibidos
por la sonda WMAP). Actúa en contra de la
atracción gravitatoria.
• MATERIA OSCURA: de naturaleza
desconocida, no emite ni absorbe radiación
(por eso no la podemos estudiar). Es como
una tela invisible que haría de esqueleto en el
que se sostienen las galaxias.

34. FUTURO DEL UNIVERSO
• BIG CHILL: el gran enfriamiento.
• BIG CRUNCH: la gran contracción.
• BIG RIP: el gran desgarramiento

35. BIG CHILL
• El espacio se expande de forma indefinida,
pero lentamente, frenado por la gravedad. El
fin sería un enfriamiento y una oscuridad
absoluta. Esto se produce porque en el
Universo no habría materia-energía suficiente.

36. BIG CRUNCH
• La cantidad de materia-energía
es suficiente
para acelerar la
atracción gravitatoria. La
atracción gravitatoria
frena la expansión y da
comienzo al proceso
contrario, la contracción.
Volveríamos a tener un
punto de singularidad
como el que dio lugar al
Big Bang.

37. BIG RIP
• Introduce el concepto de
energía oscura, que
supera a la fuerza de la
gravedad. Eso haría que el
Universo se expandiera de
forma acelerada, volara en
pedazos, se desgarraría y
el tiempo se detendría

38. 6. ESTRUCTURA DEL UNIVERSO:
DISTANCIAS Y ESCALAS
• El universo tiene
aspecto esponjoso y
burbujeante donde las
galaxias se agrupan en
cúmulos,
supercúmulos y
filamentos, sostenidos
por un esqueleto
formado por materia
oscura.

39. • En el caso de la Vía Láctea, se encuentra en el
cúmulo llamado Grupo Local, formado por
aproximadamente 40 galaxias, siendo las más
conocidas Andrómeda, las Nubes de
Magallanes y el Triángulo.

40. • Las galaxias son acumulaciones de materia en forma
de polvo cósmico, nebulosas y estrellas. Algunas
pueden contener sistemas planetarios, donde sus
componentes se mantienen unidos por la atracción
gravitatoria.
• La Vía Láctea es una galaxia espiral con una
composición similar a la del resto de galaxias. En uno
de sus brazos (Orión) se encuentra al Sistema solar.
Está formada por:
- Núcleo, formado por estrellas viejas.
- Disco, con estrellas jóvenes y nebulosas,
estructurado en cinco brazos principales.
- Halo, con estrellas aisladas

42. LAS ESTRELLAS
• Las estrellas tienen su origen en las nebulosas
(nubes de helio, hidrógeno y otros elementos
pesados en forma de polvo cósmico)
• Las estrellas son grandes esferas de hidrógeno
y helio, en cuyo interior tienen lugar
reacciones de fusión nuclear que liberan
grandes cantidades de energía que podemos
detectar en forma de luz y calor.

45. Evolución de las estrellas según su tamaño

46. Estrellas medianas y pequeñas
• Como es el caso del Sol, donde poco a poco
las reacciones nucleares van agotando el
hidrógeno de su interior y posteriormente el
helio, hasta que la estrella “se apaga”.
• Se transforma en primer lugar en una gigante
roja, después en una nebulosa planetaria y
por último en enana blanca y negra.

48. Estrellas gigantes
• Acaban en un enorme estallido llamado
supernova. A partir de su onda expansiva,
capaz de alterar otras nebulosas, pueden
formarse nuevas protoestrellas.

49. • La implosión de
las estrellas
masivas pueden
formar agujeros
negros o estrellas
de neutrones.

50. 8. FORMACIÓN DEL SISTEMA SOLAR
• Hace unos 5000 m.a. la muerte de una estrella
gigante (supernova) situada en uno de los
brazos de la Vía Láctea habría generado una
onda expansiva que compactaría una
nebulosa cercana. La nebulosa comenzó a
girar como resultado de la atracción
gravitatoria y se transformó en un gigantesco
disco.

52. • El centro del disco se contrajo formando una
esfera de hidrógeno y helio en la que
comenzaron a tener lugar reacciones
nucleares que desprendían gran cantidad de
energía (origen del Sol).
• En la periferia del disco se formaron
remolinos de polvo, gas, hielo y rocas, que
fueron chocando y formando estructuras de
tamaño cada vez mayor (planetas y astros
menores).

53. • Los planetas atrajeron los gases próximos que
acabaron formando sus respectivas
atmósferas (excepto Mercurio)

54. EL SISTEMA SOLAR
• Es un sistema planetario formado por una
estrella (Sol) y distintos astros que giran a su
alrededor debido a la acción de la atracción
gravitatoria.
• Estos astros son: ocho planetas con sus
respectivos satélites, planetas enanos y otros
astros menores (fundamentalmente
asteroides y cometas).

57. PLANETAS
• Giran alrededor del Sol siendo una trayectoria
elíptica (órbita) en sentido antihorario
describiendo el movimiento de traslación.
• Además, giran sobre su propio eje generando
el movimiento de rotación.
• Son más o menos esféricos y en su órbita no
hay cuerpos menores que ellos, es decir, son
dominantes en su órbita.
• Excepto Mercurio y Venus, todos tienen uno o
más satélites.

61. • Los planetas se pueden clasificar según su
ubicación y composición en:
- Interiores o rocosos: más próximos al Sol,
formados fundamentalmente por rocas. Son
Mercurio, Venus, Tierra y Marte.
- Exteriores o gaseosos: más alejados del Sol,
de gran tamaño, formados por gases y un
pequeño núcleo rocoso. Son Júpiter, Saturno,
Urano y Neptuno.

63. • Los planetas enanos también tienen una
forma prácticamente esférica, pero en su
órbita hay otros cuerpos menores (que no son
satélites), es decir, no son dominantes en su
órbita.

64. CUERPOS PEQUEÑOS O ASTROS MENORES
• Satélites: orbitan alrededor de los planetas.
• Asteroides: cuerpos rocosos de tamaño
variable que orbitan alrededor del Sol. Se
localizan en el Cinturón principal de
asteroides (entre las órbitas de Marte y
Júpiter) y Cinturón de Kuiper (más allá de la
órbita de Neptuno)

66. • Cometas: fragmentos de
hielo y polvo cósmico, que
se forman en la Nube de
Oort. La cola del cometa se
forma cuando pasa cerca de
una estrella y se deshiela. Es
el caso del cometa Halley
que se aproxima al Sol cada
76 años (aproximadamente)
y que fue visto por última
vez desde la Tierra en 1986.

68. METEOROIDES Y METEORITOS
• La mayoría de los meteoroides son fragmentos de cometas y
asteroides, aunque también pueden ser rocas de satélites o
planetas que han sido lanzadas en grandes impactos o
simplemente restos de la formación del Sistema Solar
• Cuando entra en la atmósfera de un planeta, el meteoroide se
calienta y se vaporiza parcial o completamente. El gas que
queda en la trayectoria seguida por el meteoroide se ioniza y
brilla. El rastro de vapor brillante se llama
técnicamente meteoro, aunque su nombre común es estrella
fugaz.
• Pueden sobrevivir fragmentos que lleguen al suelo; estos
fragmentos son denominados meteoritos.

69. LA EXPLORACIÓN DEL ESPACIO
• Viajes espaciales, en
misiones no tripuladas o
tripuladas, como el
programa Apolo de la
NASA. Requieren el uso de
cohetes.

71. • Transbordadores o lanzaderas: tripulados, se
mantienen en órbita alrededor de la Tierra
durante unos días, mientras que finalizan su
misión. Reparan satélites, transportan
componentes a las estaciones espaciales, etc.
Se pueden lanzar varias veces

72. • Sondas espaciales:
robots exploradores
no tripulados, con un
objetivo concreto,
dotados de cámaras
fotográficas e
instrumental
científico.

73. • Estaciones espaciales: bases espaciales
orbitando alrededor de la Tierra que permiten
la vida en el espacio durante largos periodos
de tiempo. En ellas se llevan a cabo diversas
investigaciones.

74. • http://www.rtve.es/noticias/20130513/astronauta-

75. • Satélites artificiales: no tripulados, orbitan
alrededor de la Tierra para fines diversos.
- Hispasat, telefonía y televisión.
- Meteosat, meteorología y predicción del
tiempo.
- Landsat, detección de incendios y recursos
minerales.
- GPS (24 satélites), de origen militar, su emplea
como sistema de navegación.