Aprox. de los contenidos de Astronomía al profesorado
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APROXIMACIÓN DE LOS CONTENIDOS DE ASTRONOMÍA AL PROFESORADO Agustín Sánchez Lavega Grupo Ciencias Planetarias Universidad del País Vasco 1. Técnicas de vanguardia en Astronomía Telescopios avanzados en Tierra Radiotelescopios Telescopios de partículas Telescopios Espaciales Naves espaciales (sondas interplanetarias) La radiación electromagnética información del Universo (no única) Longitud de Onda Electromagnética (m) Energía Naves interplanetarias 40.000 km/hr 2. Estructura del Universo Conocer la estructura actual del Universo Conocer su edad Galaxias Estrellas Sistemas planetarios El Universo en gran escala 4.000x106 años luz Record: 13.000 millones años-luz de distancia Número galaxias = 100.000 millones Tamaño de una galaxia normal = 100.000 años-luz 1 año-luz = 300.000x3600x24x365 kms = 9.500.000.000.000 kms (9.5 billones de kms) Número estrellas/galaxia = 50.000-200.000 millones Espirales Elípticas Irregulares Galaxias Normales La Vía Láctea 30.000 años luz Tipos de estrellas (Masa) Enanas rojas Sol Supergigantes azules 80-90% Gigantes rojas Relación MasaMasa-Luminosidad Relación Temperatura – Color Nacen Nacen--Evolucionan Evolucionan--Mueren Sistemas Planetarios Sistema Solar 58 millones de kms 25.000 kms 6.500 kms 70.000 kms 150 millones de kms 6000 millones de kms Edad Sistema Solar= 4.650 millones de años 3. Origen Universo: “El Big Bang” La expansión del Universo Radiación de fondo de microondas Abundancia elementos químicos Contenido materia-energía (1) Ley de Hubble: Expansión del Universo λ0 ∆λ Corrimiento al rojo z (Velocidad) Ley de Hubble V = H0 d (H0 =72 km/s/Mpc-1) Edad del Universo (1/H0) = 13.700±400 millones años Distancia (Mpc) (2) Radiación de Fondo de Microondas “Cuerpo Negro” T= 2,74 K (-271,25ºC) COBE WMAP-Wilkinson δT T ≈ 10 −5 (3) Abundancia Elementos Ligeros Abundancia de los elementos ligeros en el Universo: Hidrógeno (75%) Deuterio Helio (25%) Litio, Berilio formados a T ~ 10.000 x 106 grados Universo en Expansión (experiencia del globo) Origen: Tiempo Espacio Del “Big Bang” a la evolución del Universo Inflación (10-35 s) Tiempo Planck 10-43 s 1 seg-3 min Nucleosíntesis primordial Desacoplo R-M 380.000 años Edad actual aproximada13.400 millones años Primeras Estrellas 200 millones años Constituyentes del Universo Átomos Energía Oscura Materia Oscura Edad 13.500 millones años (hoy) Cúmulo de Galaxias “Bala” Materia Oscura Neutrinos Luz Átomos Edad 380.000 años Contenido Materia y Energía Energía oscura: 73% [Constante cosmológica Λ “fuerza antigravitatoria” “repulsiva” …] Materia “común” (átomos): 4% No luminosa: Gas intergaláctico (3.6%) Neutrinos (0.1%), Agujeros negros (0.04%), Planetas… Materia oscura: 23% Partículas exóticas: “WIMPs”, Neutralinos, axiones, … Luminosa: Estrellas y gas (0.4%) Radiación (0.005%) 4. Origen Elementos Químicos [Elementos básicos formados en el “Big Bang” (H1, D, He, Li7, Be9)] Nucleosíntesis estelar ( Fe56) Procesos de agregación rápida/lenta de neutrones elementos químicos hasta el 117. FUSIÓN TERMONUCLEAR 4 H1 1He4 + ∆m ∆E = ∆m c2 5.640 millones Tn/s P = 3,7x1025 vatios T (núcleo) = 15 millones grados 1M (Sol) = 2x1030 kg 6.000 millones años Nucleosíntesis: Evolución estelar Gigante Roja SOL Supernova II 117 Elementos Químicos 5. Origen Sistemas Planetarios Discos de gas y polvo (“nebulosa protoplanetaria”) Mecanismos de formación de planetas terrestres y gigantes. Discos protoplanetarios acrección sistemas planetarios Discos protoplanetarios ¿Planetas gigantes en formación? 6. Sistemas Planetarios El Sistema Solar 322 Sistemas planetarios extrasolares 52 planetas por tránsitos (Masa y Radio determiandos) Planetas terrestres y satélites 5.000 km Venus: Un infierno calcinado y venenoso Marte: Un mundo frío y seco… TITAN: Cassini y descenso Huygens (14 Enero 2005) Centenares de Lagos de hidrocarburos (Área polar Norte) Gigantes gaseosos y helados H2 H+ ¿Núcleo? Hielos H2O-CH4-NH3 Planetas Extrasolares Brillo (Estrella / Planeta) ∼ 106-1010 Brillo Planetas Jóvenes (My) ∼ 10-103 Planetas Viejos (Gy) “Planetas” M < 13 MJ (1 MJ = 300 MEarth) Efecto Doppler λ0 Vr ≈ M p seni a ∆λ Vr = c ∆λ λ0 ≈ M p sen i a 51 Pegaso b ¡Planetas Gigantes a solo 6 millones kms! 55 Cancri (4 planetas) 322 Planetas – 30 Sistemas planetarios múltiples (10 Nov. 2008) Planetas en tránsito (eclipsan luz estelar) • 34 Planetas en tránsito: • “Hot Jupiters” (6-7 mill km) (P = 3-9 días) • “Very Hot Jupiters” (3-4 mill km) [1/17 Mercurio] (P = 1-3 días) 2,5 horas T ∼ 1500 – 1800 K Sodio en la atmósfera 0.001 mag Planetas ocultados: eclipse luz IR Detección de eclipses secundarios Emisión IR de ambos astros superpuesta decrece durante la ocultación del planeta tras la estrella Longitudes de onda IR: 3-20 µm (Spitzer, Telescopios IR en Tierra) 7. Vida en el Universo Origen de la vida Necesidades básicas para su aparición y desarrollo Zona de Habitabilidad Universo en Evolución La escala del tiempo Formación Elementos en Estrellas -12.000 millones de años Formación Sistemas Planetarios El “Big Bang” -13.400 millones de años -4.600 millones de años Formación Planetas Terrestres Formación de Planetas Gigantes -3.500 millones años Química de la Vida -6 millones de años Neanderthal (40.000 años) Homo Floreciensis (18.000 años) -500 millones de años -150.000 años Bases de la vida en el Universo Fuente de energía + Agua líquida + Carbono (C, H, O, N, P, S) [“condiciones apropiadas”] = ¿Vida? Macromolécula orgánicas célula Vida Planetaria Condiciones apropiadas: Estrella y su ubicación galáctica Planeta Entorno planetario Zona de Habitabilidad Estelar Zona de habitabilidad planetaria Atmósfera apropiada Estrella apropiada Entorno apropiado Gigantes: No migren Zona de Habitabilidad Planeta apropiado (Qint, Ω, B) Sincronismo por mareas Tierra un punto “azul“azul-verde” por ahora único FIN El Método Científico Predicciones OBSERVAR Y EXPERIMENTAR TEORÍA o MODELO LEYES HIPOTESIS Comunicación Científica Publicación Revistas - Congresos Atmósferas de hidrógeno se “evaporan” Evolución del Sol Sistema Solar
