Desvelando el Universo Del microcosmos al macrocosmos

Actividad complementaria: VISITA AL OBSERVATORIO ASTRONÓMICO UCM Jueves 21:00-22:30. Facultad de CC Físicas UCM

2

Tema 0: Introducción PROGRAMA Curso 2012/13 Tema 1: La visión del mundo previa al siglo XX Tema 2: La Teoría de la Relatividad Tema 3: La Mecánica Cuántica Tema 4: Átomos, moléculas y biomoléculas Tema 5: Física nuclear Tema 6: Física de partículas Actividad Complementaria: “El mundo de las partículas y los aceleradores” Tema 7: Historia de la Astronomía y Astronomía básica Tema 8: Los instrumentos del astrónomo Tema 9: El trabajo del astrónomo profesional Tema 11: Las estrellas Tema 10: El Sistema Solar Tema 12: El medio interestelar y la Vía Láctea Actividad Complementaria: “Visita al Observatorio UCM” Tema 13: Las galaxias Tema 14: Cosmología observacional

El Sistema Solar •  El Sol •  Ocho planetas •  Planetas enanos •  176 satélites (Abril 2013) •  Cometas y asteroides •  Medio interplanetario

El Sistema Solar •  •  •  • 

Hay ocho planetas en nuestro Sistema Solar Mercurio está a 58,000,000-km del Sol Plutón (planeta enano) está a 4,498,000,000-km del Sol ¡Estos números tan grandes son muy incómodos!

5

La Unidad Astronómica (UA) •  Usaremos las UA para medir distancias en el Sistema Solar. •  La Tierra está (en promedio) a unos 150,000,000-km de nuestro Sol. •  Definimos esta distancia como 1 UA.

6

Distancias planetarias •  •  •  •  •  •  •  •  • 

Mercurio Venus Tierra Marte Júpiter Saturno Urano Neptuno Plutón

0.4 UA 0.7 UA 1.0 UA 1.5 UA 5.0 UA 10.0 UA 19.0 UA 30.0 UA 39.0 UA

•  La velocidad de la luz en el espacio es de 300,000-km/s. •  La luz tarda unos 8 minutos en viajar desde 1 UA desde el Sol hasta llegar a nosotros. •  Cuanto tarda la luz desde Plutón? •  39 x 8 = 312 minutos, o 5.2 horas!

7

Masa en el Sistema Solar •  Casi toda la masa está en el Sol •  Reparto de masas: –  Sol 99.80% –  Júpiter 0.10% –  Cometas 0.05% –  Resto de planetas 0.04% –  Total Sol + Planetas + Cometas = 99.99%

8

El Sol como estrella •  Es una estrella de tamaño medio (enana amarilla). Su diámetro es de !1.4 millones km •  Para cubrir el diámetro solar se necesitarían: –  10 Júpiters ó –  109 Tierras •  Proporciona luz y calor, haciendo posible la vida en nuestro planeta

9

Composición •  El Sol se compone principalmente de hidrógeno y helio. •  90 % hidrógeno •  9 % helio •  Pequeñas cantidades de elementos hasta el hierro. •  La composición química del Sol cambia según convierte hidrógeno en helio.

10

Fusión •  Proceso de combinar núcleos de átomos pequeños para crear átomos mayores. •  Este proceso genera enormes cantidades de energía. •  La energía proviene de una pequeña parte de masa que se convierte según E=mc2.

11

Estructura del Sol

12

Manchas solares •  Pequeñas áreas oscuras de la superficie. •  Zonas un poco más frías que las circundantes. •  Creadas por el campo magnético solar.

13

Erupciones solares •  Explosiones enormes en la superficie solar. •  Emisiones de partículas y energía al espacio. •  Provocan interferencias y daños a los satélites artificiales.

14

Prominencias •  Emisiones de gas ionizado que siguen al campo magnético.

15

Actividad de las manchas •  El número de manchas solares cambia de manera regular, alcanzando un máximo cada 11.2 años. •  Este fenómeno coincide con el cambio del campo magnético solar cada 11.2 años. •  Podría ser responsible de cambios climáticos a corto plazo en la Tierra

16

Pequeña edad del hielo •  Período de 60 años en el siglo XVII sin manchas solares. •  Origen desconocido. •  El clima en el Hemisferio Norte fue más frio de lo normal.

17

Zonas planetarias •  Primera Zona: Contiene los planetas rocosos de tipo terrestre. De Mercurio a Marte. •  Cinturón de asteroides. •  Segunda zona: Contiene los planetas gigantes tipo Júpiter. De Júpiter a Neptuno. •  Tercera zona: Desde Neptuno hasta las 50 UA. Incluye Plutón y los “enanos helados” del cinturón de Kuiper.

18

Los planetas internos

19

Mercurio •  Nombre romano del dios griego mensajero. •  Portaba sandalias aladas que le permitían volar. •  Apropiado a este planeta, pues es el que se mueve a mayor velocidad.

20

MERCURIO •  Órbita –  Muy excéntrica –  Perihelio 46 millones km –  Afelio 70 millones km •  El más cercano al Sol •  El de movimiento aparente más rápido •  El octavo mayor

21

Datos sobre Mercurio •  Distancia al Sol: 0.4 UA •  1/3 del tamaño de la Tierra. •  Cambios muy fuertes de temperatura: 427°C durante el día, -173°C durante la noche. •  Rotación muy lenta: dos años suponen tres días. •  Sin atmósfera. •  Superficie similar a la Luna, con cráteres y explanadas suaves. NASA MESSENGER 22

VENUS •  Diosa romana del amor y la belleza (Afrodita). •  Segundo en distancia al Sol •  El sexto mayor •  El más brillante en el cielo •  Planeta interior: –  Muestra fases cuando se observa desde la Tierra

23

El lucero del alba •  Superficie muy reflectante •  El astro más brillante del cielo

24

Efecto invernadero •  La atmósfera de Venus es rica en CO2 •  Demasiado caliente para tener agua líquida, el vapor contribuye. •  El agua líquida y la vida almacenan CO2 (plantas, conchas) •  Las rocas calientes liberan mas CO2 •  Efecto invernadero se retroalimenta 25

Superficie de Venus •  Estudiada mediante radar. •  Rocas, montañas, cráteres, plataformas con forma de cúpula.

26

Misiones a Venus •  Una veintena de sondas. •  Aterrizajes de corta duración.

27

La Tierra •  Tercera desde el Sol •  Luna con 16% de la masa •  Rotación de 24 horas •  Traslación de 365.35 días •  Distancia: 1 UA •  Atmósfera: 78% Nitrógeno 21% Oxígeno •  Gran cantidad de agua líquida presión y temperatura moderadas •  Repleto de vida

28

Dónde estamos?

29

MARTE •  Nombre latino del griego Ares, dios de la guerra. •  Cuarto desde el Sol •  Hielo de CO2 en los polos •  Planeta rojo •  Enorme cantidad de información en Internet

30

Marte •  Diámetro: 0.5 Tierra •  Distancia: 1.5 AU •  Dos lunas: Phobos y Deimos •  Atmósfera: 96% CO2 0.01 atmósferas •  Temperaturas -140° C a 20° C •  Grandes cañones, volcanes •  Antiguos rios, lagos, deltas •  Vida? 31

Volcanes y cañones •  Superficie con muchos accidentes geográficos •  Monte Olimpo, el mayor volcán del sistema solar •  Tres veces la altura del Everest •  Ningún volcán parece activo actualmente •  Valles Marineris, 4000-km long. (de costa a costa de los EEUU)

32

•  Valles Marineris, 4000-km long. (de costa a costa de los EEUU)

33

Paisajes •  Lechos secos de rios y lagos. •  Agua abundante en el pasado remoto. •  Vida?

34

Misiones a Marte •  Muchas, comenzando con Vicking 1976 •  Dos orbitadores y dos rovers •  Rover curiosity •  Misión tripulada para 2030

35

Los Gigantes gaseosos •  Mas allá del cinturón de asteroides •  Elementos ligeros como: hidrógeno, helio, carbono, oxígeno, nitrógeno •  Mucho mayores que la Tierra, con 15-300 veces su masa y 4-11 veces el diámetro. •  No tienen superficies sólidas •  Presentan anillos y un gran número de lunas 36

Estructura •  Su gran masa les permite retener incluso los gases más ligeros. •  Composición parecida a la solar (75% H, 24% He, 1% otros). •  Superficie mal definida. Densidad creciente, gases en estado líquido (campo magnético asociado). •  Núcleos de roca, hielo, CO2 y otros componentes. •  Núcleos de gran tamaño

37

Júpiter

•  Rey del panteón romano (griego Zeus) •  Distancia al Sol 5 UA •  70% masa del Sistema Solar que no es el Sol •  330 veces el volumen de la Tierra •  Rota en solo 10 horas. Rotación diferencial.

38

Datos sobre Júpiter •  Estrella fallida •  Más de 60 lunas •  Densidad 1.33g/cm3. •  Traslación de 12 años terrestres •  Gravedad 2.5 veces la terrestre

39

40

Atmósfera •  Climatología muy activa. •  Bandas y torbellinos de gran colorido. •  Huracanes que duran más de cien años. •  Gran mancha roja. 2x la Tierra, vientos 400 km/h, observable desde 400 Galileo

41

Lunas de Júpiter •  Satélites galileanos: Io, Europa, Ganimedes,Calisto •  Europa tiene costra helada y posibles océanos debajo •  Io presenta varios volcanes activos

42

43

44

45

46

47

Shoemaker Levy 9 •  En Julio 1994, el Cometa Shoemaker-Levy 9 choca con Júpiter tras romperse en numerosos pedazos. •  Energías de varios megatones •  La Tierra podría sufrir uno de estos choques

48

SATURNO •  Dios romano del tiempo
 (griego cronos)# •  Saturno: # –  9 veces el tamaño de la Tierra# –  Distancia 10 UA# –  Saturn is a gas giant. # –  Fuertes vientos (500 m/sec). # –  Densidad menor que el agua# –  Segundo mayor del Sistema Solar –  Rotación de solo 10 horas –  Traslación de 29 años •  Anillos muy prominentes# •  Numerosas lunas: # –  Titan, mayor que Mercurio # –  Mimas tiene un cráter gigante#

49

Los anillos •  Visibles con telescopio de juguete. No son sólidos •  Fragentos de hielo, polvo y roca •  Muy finos (1km grosor) •  La sonda Cassini cruzó uno de ellos sin sufrir daños

50

Lunas •  Más de 40, con 15 de gran tamaño.

51

Titán •  Atmósfera de 99% nitrógeno y 1% metano. •  Presión 1.6 atmósferas •  Cubierto de nubes •  Mayor que Plutón o Mercurio

52

Cassini-Huygens •  Huygens entró en Titán el 14-I-2005. •  Sobrevivió varias horas y envió datos e imágenes

53

Mimas

54

Urano •  Dios del cielo. Hijo de Gaia (la Tierra). Cubrió a la Tierra con un escudo de bronce (firmamento) •  Distancia 19 UA, Diámetro de 4 tierras, Masa 14.5 la Tierra •  Traslación de 84 años •  Día de 17 horas •  Atmósfera sin detalles •  Más de 20 lunas •  Rotación inusual pues gira “tumbado”, de manera que los polos apuntan al Sol. •  Posiblemente chocó con un objeto que le alcanzó por el lateral.

55

Lunas Urano •  Cinco grandes y muchas pequeñas. •  Titania es la mayor (50% Luna) •  Aspectos muy diferentes •  Ariel: la más brillantes. Muy pocos cráteres, Grandes valles y cañomes

56

Neptuno •  Dios romano del mar (griego Poseidón)

57

58

Datos sobre Neptuno •  Distancia 30 UA •  Rotación de 18 horas •  Traslación de 165 años •  Masa de 17 tierras •  13 lunas •  Diámetro de 4 tierras •  Color verde-azulado por atmósfera rica en metano •  Vientos muy fuertes, tormentas y nubes de hielo (gran mancha oscura) •  A veces, el más alejado del Sol 59

Anillos de Neptuno •  Muy oscuros •  Roca y polvo

60

Tritón •  La mayor luna del sistema solar •  Cubierta de hielo pero con mucha actividad: geisers… •  Interior geológicamente activo •  Océano subterráneo? •  Vida?

61

Plutón •  Dios romano del infierno (griego Hares) •  Traslación de 248 años •  Muy pequeño, 0.002 tierras •  Órbita elíptica de 29 a 49 UA, cruza la órbita de Neptuno •  Órbita inclinada 17deg con la eclíptica •  Planeta enano doble (Caronte) y dos lunas •  Tan frío que el O y el N están congelados. Sin atmósfera estable •  No visitado por ninguna sonda

62

1979

1999

63

Caronte •  Barquero que llevaba las almas al inframundo •  Superficie rica en hielo de agua •  Muy grande, casi un planeta binario

64

Debate sobre Plutón • 

Es realmente un planeta?

• 

Se conocen otros “planetas enanos” (mundos helados de la tercera zona)

• 

En el cinturón de Kuiper debe haber miles

• 

Julio 2005: Se descubre SEDNA, un nuevo KBO mayor que Plutón. Luego vinieron NIX e HIDRA.

• 

24 agosto 2006, IAU lo recalifica como “planeta enano”

65

Cometas •  Cuerpos de hielo y polvo con órbitas muy excéntricas •  Bolas de “nieve sucia”

66

Estructura cometaria •  Núcleo •  Cola: Gas y partículas de polvo eyectadas por el cometa. Empujadas por el viento solar. •  Coma: Envoltorio de gases y polvo que acompaña al núcleo

67

Asteroides •  Objetos metálicos o rocosos, la mayor parte en el cinturón de asteroides. •  Sin masa para retener atmósfera. •  También conocidos como planetoides o planetas menores.

68

Nubes cometarias •  Casi todos los cometas vienen de dos zonas: Cinturón de Kuiper y Nube de Oort •  Cinturón de Kuiper cubre desde 30 a 50 UA •  La nube de Oort está a 100.000 UA y se formó como residuo de la nube original que dio lugar al Sistema Solar.

69

Cinturón de Asteroides •  Concentración de asteroides que forman una nube con forma de toroide orbitando el Sol entre Marte y Júpiter (cercanos a Marte) •  La mayor parte entre 2 y 4 UA del Sol •  Órbitas ligeramente elípticas con períodos de entre 3 y 6 años terrestres. Ceres, 1801

•  Se conocen 40.000 asteroides con tamaño mayor que 1km. Hay muchos más con tamaños menores. •  3.000 objetos se siguen de manera contínua.

70

Tamaños •  Los asteroides tienen tamaños que varían entre cm y los 1.000 km. •  Ceres es el mayor con 930 km. •  16 objetos tienen tamaños mayores que 240km •  Algunos presentan satélites

Ida y Dactyl

71

Meteoroides y meteoros •  Pequeños fragmentos de polvo y hielo presentes en el medio interplanetario •  Tienen su origen en los cometas y los asteroides •  Son el origen de las estrellas fugaces. Posibles lluvias de meteoros

72

Meteoritos •  Meteorito es aquel meteoroide que llega a impactar la superficie terrestre •  Aspecto de rocas normales •  Aspecto de negro brillante (metálicos). Son ricos en hierro o niquel.

73

Cráteres •  Creados por el impacto de un meteorito •  La Luna conserva un gran número •  Meteor Crater en Arizona ocurrió hace 500.000 años •  Energía de 150 bombas atómicas •  En la Tierra se ven muy pocos pues la erosión y otras fuerzas (la vida) los hacen desaparecer

74

Formación del Sistema Solar •  Antiguedad de unos 4.500 millones de años •  Hipótesis nebular (Swedenborg, Kant y Laplace): nube (!20.000UA) que se condensa para dar lugar a los diferentes cuerpos. Captura posterior de miembros menores

•  Hipótesis de las colisiones cercanas •  Teoría de la captura

•  Nebulosa protosolar: nube de gas y polvo que da lugar a la estrella central y a planetesimales •  Los planetesimales dan lugar a los protoplanetas y posteriormente a los planetas •  Fase de bombardeo pesado tardío

75