ACTIVIDADES TEMA 1 1) Contribución principal de Eratóstenes a la Astronomía La esfericidad de la Tierra. Calculó su perímetro y su radio. 2) Diferencia entre el modelo geocéntrico y heliocéntrico Modelo geocéntrico: En el siglo II d.C., Claudio Tolomeo planteó un modelo del Universo con la Tierra en el centro. En el modelo, la Tierra permanece estacionaria mientras los planetas, la Luna y el Sol describen complicadas órbitas alrededor de ella. Modelo heliocéntrico: En el siglo XVI, Nicolás Copérnico publicó un modelo del Universo en el que el Sol (y no la Tierra) estaba en el centro. 3) Contribución de Galileo a la Astronomía. El físico y astrónomo italiano Galileo Galilei (1564-1642) sostenía que la Tierra giraba alrededor del Sol, lo que contradecía la creencia de que la Tierra era el centro del Universo. 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. 4) Ley de Hubble. La ley de Hubble establece que la velocidad de alejamiento de una galaxia es directamente proporcional a su distancia. Esta ley se puede expresar de la siguiente manera: v = H0 · D donde: v, es la velocidad de alejamiento de una galaxia (en km/s). D, es la distancia entre la galaxia y la Tierra (en megaparsec: Mpc). H0, es la constante de proporcionalidad de Hubble 5) ¿Qué significado tiene el fenómeno conocido como desplazamiento hacia el rojo? El desplazamiento de las bandas espectrales de absorción hacia longitudes de onda mayores correspondientes al rojo, y significa que la galaxia se aleja respecto del observador situado en la Tierra. 6) ¿De qué está formado un protón? De 3 quarks. La unión 3 quarks da lugar a un protón (la fuerza que los mantiene unidos es la fuerza nuclear fuerte). 7) ¿Cuáles fueron los principales acontecimientos de la evolución del universo tras el Big Bang? En el instante inicial del Big Bang las 4 fuerzas de la física estaban agrupadas en una sola fuerza (llamada “superfuerza”). Posteriormente, se fueron separando. La primera que se separó fue la fuerza de la gravedad. Después se separó fuerza nuclear fuerte. Y por último, la nuclear débil y la electromagnética (todo el proceso duró una fracción minúscula de segundo). - En los primeros instantes del universo tuvo lugar la inflación. La inflación supuso que en un instante minúsculo el universo aumentó de tamaño millones y millones de veces. Este crecimiento desmesurado e instantáneo del universo provocó que algunas regiones crecieran algo más rápidamente que otras y se generasen irregularidades o “arrugas” (leves diferencias de temperatura y densidad entre unas zonas y otras). Las zonas más densas serán el origen de las futuras galaxias. - Según la ecuación de Einstein E = m.c2, energía y materia son equivalentes. En los primeros instantes del universo, la energía se convertía en materia y viceversa. De la energía surgieron partículas de materia y antimateria. De este modo se formaron quarks y antiquarks. Aunque el número de quarks creados fue muy similar al de antiquarks, tuvo lugar una pequeña asimetría (apareciendo un poco más de quarks). Cuando quarks y antiquarks colisionaban, desaparecían, desprendiendo energía. Todos los quarks y antiquarks desaparecieron de este modo, excepto 1 quark de cada mil millones (este es el origen de la materia actual del universo). - A medida que el universo crece de tamaño va enfriándose, y se producen nuevos cambios. Una millonésima de segundo después del Big Bang la fuerza nuclear fuerte actúa uniendo quarks para formar protones y neutrones. - Una milésima de segundo después del Big Bang la temperatura disminuye y dejan de formarse quarks. Empiezan a formarse otras partículas: los leptones (entre ellos, electrones y sus correspondientes antipartículas). Al final de esta etapa desaparece toda la antimateria, y solo queda la materia. - Un segundo después del Big Bang los protones y los neutrones se unen para formar núcleos. Se formaron núcleos de hidrógeno, helio y pequeñas cantidades de litio (los 3 elementos más simples de la tabla periódica). - Unos 30.000 años después del Big Bang la fuerza electromagnética asocia los núcleos con los electrones formando átomos de hidrógeno, helio y litio. Los electrones quedaron atrapados en los átomos y el universo se volvió transparente. - Por último, a partir de 1 millón de años se formaron las galaxias. Partiendo de las irregularidades iniciales en la temperatura y densidad de la materia, la fuerza de gravedad hizo que en ciertas zonas la materia se concentrara para formar galaxias, cúmulos, supercúmulos y filamentos. 8) ¿Qué es la energía oscura? La ENERGÍA OSCURA es el 74% del total de materia-energía del universo. Tiene un carácter repulsivo o expansivo, y provoca que el universo acelere su expansión. 9) ¿En qué consisten las reacciones de fusión nuclear y dónde tiene lugar? En las estrellas. Cuando se alcanza la temperatura crítica de unos 107 °C, los núcleos de los isótopos del hidrógeno colisionan con una violencia capaz producir el acercamiento de las partículas nucleares a distancias tan pequeñas que permitan actuar a las poderosas fuerzas nucleares de atracción para dar lugar a núcleos de helio: los núcleos de deuterio y tritio se fusionan en un núcleo más pesado de helio, se desprende un neutrón y se libera gran cantidad de energía. 10) ¿Cuál es el destino de una estrella como el Sol cuando comienza a agotar su combustible? Con el tiempo, todo el hidrógeno de una estrella como el Sol se convierte en helio y las reacciones de fusión se desplazan hacia la periferia, donde aún existe hidrógeno disponible. Con la desaparición del hidrógeno se pierde masa, lo que provoca una disminución de la componente gravitatoria y un aumento de la componente expansiva: la superficie de la estrella aumenta entonces de tamaño y se transforma en un tipo de estrella que recibe el nombre de gigante roja. Mientras tanto, el helio se ha ido acumulando en el núcleo de la gigante roja y continua compactándose hasta alcanzar la temperatura crítica que permita la fusión del helio para formar carbono. La consiguiente liberación de enormes cantidades de energía hará que la estrella se hinche y se vuelva inestable: Sus capas externas se desprenden formando un anillo de humo estelar, conocido con el nombre de nebulosa planetaria (aunque nada tiene que ver con los planetas; se trata de una antigua denominación que establecieron los primeros astrónomos). En el interior se aloja el núcleo desnudo de la antigua gigante roja, que se transforma en una estrella denominada enana blanca, cuya energía proviene de la fusión del helio que conduce a la síntesis de carbono. Cuando agote todo el helio, se enfriará lenta y progresivamente hasta apagarse por completo, originando una estrella de carbono, oscura y fría, llamada enana negra. 11) ¿Cuál es el destino final de una estrella gigante de gran masa? Cuando las estrellas gigantes consumen todo el hidrógeno, se hinchan y se convierten en supergigantes rojas, cuyo gran núcleo se asemeja a una enorme cebolla. Cada una de sus capas concéntricas alberga un proceso diferente de reacción de fusión termonuclear que forma un elemento químico distinto (carbono, magnesio, silicio, etc.), hasta que se sintetiza el hierro, el elemento más estable de la naturaleza. Todas estas reacciones desprenden energía; pero la última de ellas, que da lugar a la síntesis del hierro, no libera energía, sino que la consume. Después de la síntesis del hierro, actúa la componente gravitatoria y la supergigante roja se colapsa, de tal forma que las ondas de choque generadas por esta tremenda implosión rebotan primero en un núcleo extremadamente denso y se propagan después a gran velocidad, produciendo una tremenda explosión que libera enormes cantidades de energía. Como consecuencia de la implosión, el núcleo de la supergigante roja sufre una compactación tan extraordinaria que queda convertido en una estrella de neutrones o, si la estrella tenía mucha masa, en un agujero negro, cuya densidad es tan grande que ejerce una poderosa atracción gravitatoria sobre todo lo que pasa por su entorno, incluida la luz. La fase de explosión de la estrella en un final y terrible estallido se llama supernova. 12) ¿Qué son los planetas enanos? Son cuerpos celestes que orbitan alrededor del Sol y poseen una masa suficiente para que su propia gravedad les permita tener una forma casi redonda; pero tienen otros cuerpos en sus órbitas, es decir, no son los cuerpos dominantes de su entorno y no son satélites. Los planetas enanos describen órbitas alrededor del Sol muy elípticas e inclinadas. 13) ¿Cuál es el origen de la hidrosfera y de la primitiva atmósfera terrestre? La gran actividad volcánica de la Tierra primitiva arrojó al exterior inmensas cantidades de vapor de agua que, al condensarse, formó el agua de los mares y océanos que forman parte de la hidrosfera. Otros gases también liberados por las emanaciones volcánicas fueron retenidos por la fuerza gravitatoria del planeta y formaron la atmósfera primitiva, carente de oxígeno y rica en vapor de agua, amoníaco, metano y nitrógeno. 14) ¿Dónde se localizan los asteroides? Los asteroides orbitan alrededor del Sol y se localizan en el cinturón principal de asteroides, situado entre las órbitas de Marte y Júpiter, y en el cinturón de Kuiper, situado más allá de las órbitas de Neptuno y Plutón 15) ¿Qué condiciones propiciaron la aparición de vida en la Tierra? - La atmósfera terrestre filtra la radiación solar nociva. - Su posición, ni muy cerca, ni muy lejos del Sol, mantienen una temperatura suave. - La presencia de agua líquida. - La órbita de La Tierra alrededor del Sol es poco elíptica, esto implica que los cambios de la velocidad de La Tierra no es muy considerable y por lo tanto no hay cambios climatológicos muy radicales 16) ¿Por qué los observatorios astronómicos se suelen situar en las cumbres de las montañas o en órbita alrededor de la Tierra? Cualquier tipo de luz o radiación procedente del espacio exterior tiene que atravesar la atmósfera antes de ser captada por un telescopio. Pero el aire de la atmósfera difumina las imágenes y entorpece la visión. 17) ¿Por qué hacen falta potentes cohetes para lanzar ingenios espaciales? Para poder escapar de la enorme atracción gravitatoria que ejerce la Tierra, es necesaria la potencia de un cohete que permita alcanzar la velocidad de escape de 40 000 km/h. 18) Característica de los transbordadores espaciales. Los transbordadores o lanzaderas espaciales son naves espaciales tripuladas, dotadas de motores y diseñadas para permanecer en órbita alrededor de la Tierra varios días y volver de nuevo a nuestro planeta. Se pueden reutilizar varias veces y llevan a cabo distintas misiones: colocar y reparar satélites, realizar experimentos científicos, transportar componentes de las Estaciones Espaciales, etc. El transbordador es puesto en órbita con la ayuda de dos cohetes aceleradores y un gran depósito de combustible, que luego se desprenden. Está recubierto de un sistema aislante que lo protege de las altas temperaturas que debe soportar cuando la fricción del aire lo calienta al reentrar en la atmósfera.