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Universo - Monografía



 
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Componentes. Galaxias. Sistema geocéntrico y heliocéntrico. Concepción Aristotélica. Síntesis Newtoniana



INTRODUCCIÓN:( origen y evolución del universo)



Origen del Universo, aparición en un momento definido del pasado de toda la materia y energía existentes en la actualidad; se trata de un acontecimiento postulado por la teoría cosmológica generalmente aceptada. Los astrónomos están convencidos en su gran mayoría de que el Universo surgió en un instante definido, entre 12.000 y 20.000 millones de años antes del momento actual. La teoría de la relatividad general propuesta por Albert Einstein dice: Si los componentes del Universo se están separando, esto significa que en el pasado estaban más cerca, y retrocediendo lo suficiente en el tiempo se llega a la conclusión de que todo salió de un único punto matemático (lo que se denomina una singularidad), en una bola de fuego conocida como Gran Explosión o Big Bang. El descubrimiento en la década de 1960 de la radiación de fondo cósmica, interpretada como un ‘eco’ del Big Bang, fue considerado una confirmación de esta idea y una prueba de que el Universo tuvo un origen. No hay que imaginarse el Big Bang como la explosión de un trozo de materia situado en el vacío. En el Big Bang no sólo estaban concentradas la materia y la energía, sino también el espacio y el tiempo, por lo que no había ningún lugar ‘fuera’ de la bola de fuego primigenia, ni ningún momento ‘antes’ del Big Bang. Es el propio espacio lo que se expande a medida que el Universo envejece, alejando los objetos materiales unos de otros.
A medida que el universo se expandía, disminuían su densidad y su temperatura. Las partículas se agruparon y formaron núcleos de hidrógeno y helio y, más tarde, átomos de los elementos químicos.
La fuerza gravitatoria hizo que la materia se fuera agrupando en algunas regiones; las galaxias comenzaron a formarse mil millones de años después de la gran expansión y las primeras estrellas en el interior de la galaxia se formaron hace más de cinco mil millones de años.
Los planteas del sistema solar se comenzaron a formar hace cinco mil millones de años; la vida en la Tierra surgió hace más de dos mil millones de años; la especie homo sapiens, en el último millón de años.
Las galaxias continúan separándose unas de otras; no se sabe si esta expansión seguirá continuará indefinidamente o se detendrá y el universo comenzará a contraerse.

SISTEMA GEOCÉNTRICO Y HELIOCÉNTRICO:



Sistema geocéntrico o de Tolomeo:

La teoría de Tolomeo mantenía que la Tierra está inmóvil y se encuentra en el centro del Universo; el astro más cercano a la Tierra es la Luna y según nos vamos alejando, están Mercurio, Venus y el Sol casi en línea recta, seguidos sucesivamente por Marte, Júpiter, Saturno y las llamadas estrellas inmóviles. Posteriormente, los astrónomos enriquecieron este sistema con una novena esfera, cuyo movimiento se supone que lo causa la precesión de los equinoccios. También se añadió una décima esfera que se pensaba que era la que conducía a los demás cuerpos celestes. Para explicar los diversos movimientos de los planetas, el sistema de Tolomeo los describía formando pequeñas órbitas circulares llamadas epiciclos, los centros de los cuales giraban alrededor de la Tierra en órbitas circulares llamadas deferentes. El movimiento de todas las esferas se produce de oeste a este. Tras el declive de la cultura griega clásica, los astrónomos árabes intentaron perfeccionar el sistema añadiendo nuevos epiciclos para explicar las variaciones imprevistas en los movimientos y las posiciones de los planetas. No obstante, estos esfuerzos fracasaron en la solución de muchas incoherencias del sistema de Tolomeo. En 1543 esta teoría fue sustituida por el sistema de Copérnico.

Sistema heliocéntrico :

Nicolás Copérnico, (1473-1543) La teoría de Copérnico establecía que la Tierra giraba sobre sí misma una vez al día, y que una vez al año daba una vuelta completa alrededor del Sol. Además afirmaba que la Tierra, en su movimiento rotatorio, se inclinaba sobre su eje (como un trompo). Sin embargo, aún mantenía algunos principios de la antigua cosmología, como la idea de las esferas dentro de las cuales se encontraban los planetas y la esfera exterior donde estaban inmóviles las estrellas. Por otra parte, esta teoría heliocéntrica tenía la ventaja de poder explicar los cambios diarios y anuales del Sol y las estrellas, así como el aparente movimiento retrógrado de Marte, Júpiter y Saturno, y la razón por la que Venus y Mercurio nunca se alejaban más allá de una distancia determinada del Sol. Esta teoría también sostenía que la esfera exterior de las estrellas fijas era estacionaria.
Una de las aportaciones del sistema de Copérnico era el nuevo orden de alineación de los planetas según sus periodos de rotación. A diferencia de la teoría de Tolomeo, Copérnico vio que cuanto mayor era el radio de la órbita de un planeta, más tiempo tardaba en dar una vuelta completa alrededor del Sol. Pero en el siglo XVI, la idea de que la Tierra se movía no era fácil de aceptar y, aunque parte de su teoría fue admitida, la base principal fue rechazada.

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Entre 1543 y 1600 Copérnico contó con muy pocos seguidores. Fue objeto de numerosas críticas, en especial de la Iglesia, por negar que la Tierra fuera el centro del Universo. La mayoría de sus seguidores servían a la corte de reyes, príncipes y emperadores. Los más importantes fueron Galileo y el astrónomo alemán Johannes Kepler, que a menudo discutían sobre sus respectivas interpretaciones de la teoría de Copérnico. El astrónomo danés Tycho Brahe llegó, en 1588, a una posición intermedia, según la cual la Tierra permanecía estática y el resto de los planetas giraban alrededor del Sol, que a su vez giraba también alrededor de la Tierra.
Con posterioridad a la supresión de la teoría de Copérnico, tras el juicio eclesiástico a Galileo en 1633, que lo condenó por corroborar su teoría, algunos filósofos jesuitas la siguieron en secreto. Otros adoptaron el modelo geocéntrico y heliocéntrico de Brahe. En el siglo XVII, con el auge de las teorías de Isaac Newton sobre la fuerza de la gravedad, la mayoría de los pensadores en Gran Bretaña, Francia, Países Bajos y Dinamarca aceptaron a Copérnico. Los filósofos puros de otros países de Europa mantuvieron duras posturas contra él durante otro siglo más.

Aristarco de Samos

(310-230 a.C.), astrónomo griego, el primero en afirmar que la Tierra gira alrededor del Sol. Sólo tenemos constancia de su afirmación a través de los escritos de Arquímedes; ninguna de sus obras sobre ese tema ha sobrevivido. También intentó describir un método de cálculo de las distancias relativas del Sol y de la Luna desde la Tierra. Aunque su método era correcto, sus cálculos no lo fueron debido a la falta de instrumentos precisos.

Galileo

(1564-1642), físico y astrónomo italiano que, junto con el astrónomo alemán Johannes Kepler, comenzó la revolución científica que culminó con la obra del físico inglés Isaac Newton. Su nombre completo era Galileo Galilei, y su principal contribución a la astronomía fue el uso del telescopio para la observación y descubrimiento de las manchas solares, valles y montañas lunares, los cuatro satélites mayores de Júpiter y las fases de Venus. En el campo de la física descubrió las leyes que rigen la caída de los cuerpos y el movimiento de los proyectiles. En la historia de la cultura, Galileo ha pasado a representar el símbolo de la lucha contra la autoridad y de la libertad en la investigación.

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LA CONCEPCIÓN ARISTOTÉLICA:



En astronomía, Aristóteles propuso la existencia de un Universo esférico y finito que tendría a la Tierra como centro. La parte central está compuesta por cuatro elementos: tierra, aire, fuego y agua. En su Física, cada uno de estos elementos tiene un lugar adecuado, determinado por su peso relativo o “gravedad específica”. Cada elemento se mueve, de forma natural, en línea recta -la tierra hacia abajo, el fuego hacia arriba- hacia el lugar que le corresponde, en el que se detendrá una vez alcanzado, de lo que resulta que el movimiento terrestre siempre es lineal y siempre acaba por detenerse. Los cielos, sin embargo, se mueven de forma natural e infinita siguiendo un complejo movimiento circular, por lo que deben, conforme con la lógica, estar compuestos por un quinto elemento, que él llamaba aither, elemento superior que no es susceptible de sufrir cualquier cambio que no sea el de lugar realizado por medio de un movimiento circular. La teoría aristotélica de que el movimiento lineal siempre se lleva a cabo a través de un medio de resistencia es, en realidad, válida para todos los movimientos terrestres observables. Aristóteles sostenía también que los cuerpos más pesados de una materia específica caen de forma más rápida que aquellos que son más ligeros cuando sus formas son iguales, concepto equivocado que se aceptó como norma hasta que el físico y astrónomo italiano Galileo llevó a cabo su experimento con pesos arrojados desde la torre inclinada de Pisa.

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LA SÍNTESIS NEWTONIANA:


Isaac Newton

(1642-1727), matemático y físico británico, considerado uno de los más grandes científicos de la historia, que hizo importantes aportaciones en muchos campos de la ciencia. Sus descubrimientos y teorías sirvieron de base a la mayor parte de los avances científicos desarrollados desde su época. Newton fue junto al matemático alemán Gottfried Wilhelm Leibniz uno de los inventores de la rama de las matemáticas denominada cálculo. También resolvió cuestiones relativas a la luz y la óptica, formuló las leyes del movimiento y dedujo a partir de ellas la ley de la gravitación universal.

Newton estableció la ciencia moderna de la dinámica formulando las tres leyes del movimiento. Aplicó estas leyes a las leyes de Kepler sobre movimiento orbital -formuladas por el astrónomo alemán Johannes Kepler- y dedujo la ley de la gravitación universal. Probablemente, Newton es conocido sobre todo por su descubrimiento de la gravitación universal, que muestra como a todos los cuerpos en el espacio y en la Tierra les afecta la fuerza llamada gravedad. Publicó su teoría en Principios matemáticos de la filosofía natural (1687), obra que marcó un punto de inflexión en la historia de la ciencia, y además consiguió que su autor perdiera su temor a la publicación de sus teorías.
La aparición de Principios también implicó a Newton en un desagradable episodio con el filósofo y físico Robert Hooke. En 1687 Hooke afirmó que Newton le había robado la idea central del libro: que los cuerpos se atraen recíprocamente con una fuerza que varía inversamente al cuadrado de su distancia. Sin embargo, la mayor parte de los historiadores no aceptan los cargos de plagio de Hooke.

COMPONENTES DEL UNIVERSO:



- Galaxia, enorme conjunto de cientos o miles de millones de estrellas, todas interaccionando gravitatorialmente y orbitando alrededor de un centro común. Todas las estrellas visibles a simple vista desde la superficie terrestre pertenecen a nuestra galaxia, la *Vía Láctea. El Sol es solamente una estrella de esta galaxia. Además de estrellas y planetas, las galaxias contienen cúmulos de estrellas, hidrógeno atómico, hidrógeno molecular, moléculas complejas compuestas de hidrógeno, nitrógeno, carbono y silicio entre otros elementos, y rayos cósmicos.


Clasificación de las galaxias



Las galaxias presentan una gran variedad de formas: espiral, elíptica, esferoidal e irregular.

Espiral

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Elíptica

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- La vía Láctea:

También llamada la Galaxia, agrupamiento de estrellas con forma de disco, que incluye al Sol y a su Sistema Solar. Se ha descubierto que la Vía Láctea es una gran galaxia espiral, con varios brazos espirales que se enroscan alrededor de un núcleo central de un grosor de unos 10.000 años luz. Las estrellas del núcleo central están más agrupadas que las de los brazos, donde se han encontrado más nubes interestelares de polvo y gas. El diámetro del disco es de unos 100.000 años luz. La Vía Láctea gira alrededor de un eje que une los polos galácticos. Contemplada desde el polo norte galáctico, la rotación de la Vía Láctea se produce en el sentido de las agujas del reloj, arrastrando los brazos espirales. El periodo de rotación aumenta cuando disminuye la distancia desde el centro del sistema galáctico. En las proximidades del Sistema Solar, el periodo de rotación es de algo más de 200 millones de años luz. La velocidad del Sistema Solar debido a la rotación galáctica es de unos 270 kilómetros por segundo.

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- El sistema solar:

sistema formado por el Sol, nueve planetas y sus satélites, asteroides, cometas, y polvo y gas interplanetario. Las dimensiones de este sistema se especifican en términos de distancia media de la Tierra al Sol, denominada unidad astronómica (UA). El Sistema Solar es el único sistema planetario existente conocido, aunque en 1980 se encontraron algunas estrellas relativamente cercanas rodeadas por un envoltorio de material orbitante de un tamaño indeterminado o acompañadas por objetos que se suponen que son enanas marrones o enanas pardas. Muchos astrónomos creen probable la existencia de numerosos sistemas planetarios de algún tipo en el Universo.

- Sol:

Es una estrella situada en el centro del sistema solar. Está compuesta de hidrógeno 82%, helio 18% y pequeñas proporciones de otros elementos. En su núcleo o centro se genere energía mediante reacciones nucleares; en la fotosféra o parte externa, de color amarillento, se observan las manchas solares.

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- Planetas:

En la actualidad se conocen nueve planetas principales. Normalmente se dividen en dos grupos: los planetas interiores (Mercurio, Venus, *Tierra y Marte) y los planetas exteriores (Júpiter, Saturno, Urano, Neptuno y Plutón). Los interiores son pequeños y se componen sobre todo de roca y hierro. Los exteriores (excepto Plutón) son mayores y se componen, principalmente, de hidrógeno, hielo y helio.
Los planetas tienen una trayectoria aparente. Los astrónomos antiguos observaron que los planetas no mantienen sus posiciones fijas , sino que se mueven entre ellas. El tiempo que tarda un planeta en completar su trayectoria aparente varía de un planeta a otro además observaron el fenómeno de la retrogradación de los planetas: en determinadas posiciones de su trayectoria un planeta cambia de sentido de su movimiento y describe un bucle antes de continuar el movimiento en el sentido inicial. La trayectoria resultante en el firmamento es una trayectoria rizada.

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- Tierra:

tercer planeta desde el Sol y quinto en cuanto a tamaño de los nueve planetas principales. La distancia media de la Tierra al Sol es de 149.503.000 km. Es el único planeta conocido que tiene vida, aunque algunos de los otros planetas tienen atmósferas y contienen agua.
La Tierra no es una esfera perfecta, sino que tiene forma de pera. Cálculos basados en las perturbaciones de las órbitas de los satélites artificiales revelan que la Tierra es una esfera imperfecta porque el ecuador se engrosa 21 km; el polo norte está dilatado 10 m y el polo sur está hundido unos 31 metros.
La Tierra tiene un movimiento de traslación alrededor del Sol(365 días=año),y un movimiento de rotación sobre su eje(1 día=24h).
El satélite natural de la Tierra es La Luna, ésta tiene un periodo de traslación alrededor de la Tierra y un movimiento de rotación sobre su propio eje. Los periodos de los movimientos de traslación y rotación de La Luna son iguales(27′3 días).Como consecuencia desde la Tierra se ve la misma cara de la Luna. Fases: son debidas al movimiento de traslación de la luna, la cara de la luna visible desde la Tierra puede estar total o parcialmente iluminada por el Sol. Desde la Tierra se observa que la luna puede estar totalmente iluminada (luna llena), totalmente oscurecida (luna nueva) o parcialmente iluminada (luna creciente y menguante).

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Las estaciones:

la inclinación del eje de rotación terrestre respecto del plano de la eclíptica produce el fenónemo de las estaciones y la diferente duración de los días y las noches. Según la posición de la Tierra en su órbita, los rayos del Sol incíden sobre la superficie terrestre con distinta inclinación. En verano los rayos son casi perpendiculares a la superficie,con lo que la aportación de energía es mayor; en invierno los rayos son muy oblícuos y la energía solar llega a la superficie es menor. Cuando el hemisfério norte es verano en el hemisfério sur es invierno y viceversa. El tiempo de exposición al Sol (día) es mayor en verano que en invierno, y por tanto las noches son más cortas en verano y más largas en invierno.

Los eclipses:

es el oscurecimiento de un cuerpo celeste producido por otro cuerpo celeste. Hay dos clases de eclipses que implican a la Tierra: los de Luna, o eclipses lunares, y los de Sol, o eclipses solares. Un eclipse lunar tiene lugar cuando la Tierra se encuentra entre el Sol y la Luna y su sombra oscurece la Luna. El eclipse solar se produce cuando la Luna se encuentra entre el Sol y la Tierra y su sombra se proyecta sobre la superficie terrestre.

- Satélites:

es el objeto secundario que gravita en una órbita cerrada alrededor de un planeta. La Luna es el satélite de la Tierra. Mercurio y Venus no tienen satélite. Plutón tiene uno y Marte dos, los restantes planetas tiene varios satélites.`

- Cometas:

es un cuerpo celeste de aspecto nebuloso que gira alrededor del Sol. Un cometa se caracteriza por una cola larga y luminosa, aunque esto sólo se produce cuando el cometa se encuentra en las cercanías del Sol. Los periodos son muy variables: el cometa Halley puede verse cada 76 años.

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Algunos cuerpos, como restos de *^asteroides, viajan por el sistema solar. Si entran en la atmósfera terrestre se ponen incandescentes debido al rozamiento: son entonces visibles en el firmamento y se denominan estrellas fugaces y se denominan *^estrellas fugaces; los meteoritos son los restos que no se han volatilizado y que llegan hasta el suelo terrestre.

- Nebulosas,

masa localizada de gases y pequeñas partículas de polvo que se puede encontrar en prácticamente cualquier lugar del espacio interestelar. Antes de la invención del telescopio, el término nebulosa se aplicaba a todos los objetos celestes de apariencia difusa. Como consecuencia de esto, a muchos objetos que ahora sabemos que son cúmulos de estrellas o galaxias se les llamaba nebulosas. En ellas se origina el proceso de formación de las estrellas. Las nebulosas también se diferencian mucho unas de otras en brillo y tamaño.

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- Firmamento,

es la bóveda celeste sobre la que aparentemente están situados los astros; la posición de estos se describe como si estuvieran situados en la superficie de una esfera imaginaria, denominada esfera celeste, en cuyo centro está situada la Tierra. La observación de las estrellas, los planetas, el Sol y la Luna originó la primera ciencia exacta: la astronomía. Las observaciones astronómicas permitían fijar en el calendario y predecir los eclipses y las posiciones de los cuerpos celestes. Los antiguos se imaginaron que las estrellas formaban agrupaciones denominadas constelaciones. Una constelación es un grupo de estrellas que representan una figura determinada y que, a vistas de la Tierra, mantiene sus posiciones constantes a lo largo de miles de años. La agrupación de estrellas en constelaciones es totalmente arbitraria: las estrellas de una constelación no tienen relación entre sí, están a distancias diferentes de la Tierra y se mueven en direcciones distintas. El aspecto de las constelaciones será muy diferente dentro de millones de años.

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- Métodos de observación del firmamento:



- Coordenadas celestes:

Para determinar las posiciones de los astros se utiliza un sistema de coordenadas celestes. Se denomina eje celeste imaginario alrededor del cual parece girar la esfera y que coincide con el eje de rotación de la Tierra; los puntos en los que el eje celeste corta la esfera celeste se denominan polos celestes; la estrellas polar está muy próxima al polo norte celeste.
Se denomina eclíptica a la trayectoria aparente que sigue el Sol a lo largo del año sobre la esfera celeste. Los puntos de corte de la eclíptica y el ecuador celeste se denominan equinoccio de primavera y equinoccio de otoño.

La posición de un astro queda determinada por dos ángulos:

- Ascensión recta:

es el ángulo medio sobre el ecuador celeste y comprendido entre el equinoccio de primavera y el meridiano del astro. Equivale a la longitud terrestre.

- Declinación:

es el ángulo medido sobre el meridiano y comprendido entre la posición del astro y el ecuador. Equivale a la latitud terrestre.

- Observación del firmamento a simple vista:

Hasta el S.XVll consiguieron catalogar a simple vista las posiciones de miles de estrellas y de cinco planetas(Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno). En la observación se utilizaban instrumentos sencillos, como el cuadrante, que consta de ¼ de círculo graduado con una tablilla metálica para fijar la línea de visión; permitía medir ángulos.

- El anteojo astronómico:

utilizado pro 1ª vez por Galileo es una combinación de lentes con un gran aumento angular. Con él se puede observar satélites de otros planetas del sistema solar, estrellas de poca luminosidad y otros cuerpos celestes. Los anteojos binoculares complementan y mejoran la observación del firmamento a simple vista.

- El telescopio:

instrumento perfeccionado por Newton para la observación astronómica. Se utiliza un espejo cóncavo para tener grandes aumentos. Los observatorios astronómicos se suelen situar en las cimas de las montañas. Es mejor situarlos en satélites artificiales más allá de la atmósfera para conseguir observaciones más nítidas.

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Las estrellas mantienen posiciones fijas en la bóveda y, por tanto, completan una vuelta cada veinticuatro horas. Su trayectoria aparente es una circunferencia.

- Cúmulos,

Las galaxias e agrupan en estructuras mayores denominadas cúmulos. El Grupo Local es un cúmulo formado por la Vía Láctea, la galaxia de Andrómeda, la gran nube de Magallanes y otras galaxias.
También se ha observado que los cúmulos se agrupan en estructuras aún mayores denominadas supercúmulos.

Autor:

Almudena Covisa





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