Solucionario · El universo para curiosos

Solucionario: “El universo para curiosos”
Solucionario
“El universo para curiosos”
Nancy Hathaway
Este título también dispone de Guía Didáctica y Ficha técnica
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Solucionario: “El universo para curiosos”
1. Respuesta libre.
2. El astrónomo fue Claudio Ptolomeo (página 40). El resto de la
respuesta es libre.
3. El astrónomo fue Nicolás Copérnico (páginas 43-49), y su sistema
explicaba el movimiento retrógrado de algunos planetas (es decir,
la sensación de que el planeta viajaba durante un tiempo en
sentido contrario al habitual). Esto se explicaba, en el sistema
geocéntrico de Copérnico, por el hecho de que la Tierra
“adelantaba” en ocasiones a estos planetas en su órbita, dando la
sensación, puramente visual, de que el planeta “iba hacia atrás”
(página 47).
4. Mercurio: dios del comercio; Venus: diosa del amor; Marte: dios de
la guerra; Júpiter: rey de los dioses; Saturno: identificado con el
Cronos griego –dios del tiempo–, pero también de la agricultura y
las cosechas; Urano, el dios primordial del cielo; Neptuno, dios de
los mares; Plutón, dios del inframundo.
5. A esa escala, la Tierra sería como un grano de arena, situado a unos
9 metros de la naranja que representaría el Sol (página 57).
6. Una Unidad Astronómica (UA) es la distancia media entre la Tierra y
el sol: unos 150 millones de kilómetros. El año luz es la distancia
recorrida por la luz en un año, a una velocidad de
aproximadamente 300.000 km/s (unos 9,5 billones de kilómetros,
o 9,5 x 1.012 km) (páginas 59-61).
7. Galileo fue, al parecer, el primero que describió su duración, su
forma (y el hecho de que no deja de cambiar), y también
comprendió que forman parte del Sol. Las manchas siguen un ciclo
de 22 años dividido en dos períodos de 11. Su color oscuro revela
que son más frías que su entorno; sin embargo, su temperatura
aún es muy alta: entre 3.700 y 4.200 ºC. Sabemos actualmente
que las manchas son colosales tormentas magnéticas en la
superficie del Sol (páginas 62-66).
8. La Luna es, junto con Caronte –uno de los satélites de Plutón,– el
satélite más grande con respecto al planeta (la Tierra) alrededor
del cual gira. Cuatro de las hipótesis acerca de la formación del
sistema Tierra-Luna son: creación simultánea, fusión, captura y
colisión (páginas 72-73).
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9. La gravedad de la Tierra hace que la Luna adopte una forma de
huevo con la punta hacia nosotros. La gravedad de la Luna hace
que la Tierra se hinche. Las mareas son quizá el efecto más
conocido, y la fricción de las mareas provoca que tanto la Tierra
como la Luna vayan desacelerando (página 76).
11. El eclipse de 1919 ayudó a verificar la predicción de la teoría
general de la relatividad de Einstein según la cual los rayos de luz
se curvaban en presencia de un campo gravitatorio y de forma
proporcional a este. En efecto, durante ese eclipse se pudo verificar
que el grupo de estrellas llamado de las Híades, situado en ese
momento cerca del disco solar, modificaba ligeramente su posición,
exactamente en la medida de lo predicho en la teoría de Einstein
(página 82).
12. Mercurio es difícil de ver porque es realmente pequeño y está muy
próximo al Sol. Su órbita es muy excéntrica (es decir, muy elíptica,
muy alejada de la circunferencia) e inclinada. A pesar de ser el
planeta más próximo al Sol, no es el más caliente, porque carece
de atmósfera que retenga el calor, como Venus (que es en realidad
el planeta más caliente). El núcleo de Mercurio es de níquel y
hierro, y es el más denso del Sistema Solar; aún no se sabe
realmente si es sólido o líquido (páginas 89-92).
13. La temperatura de la superficie de Venus es de unos 480 ºC. Esto
se debe al 96% de dióxido de carbono de su atmósfera, que atrapa
el calor, en lo que se conoce como efecto invernadero (páginas 9596).
14. Las estaciones no se deben a las diferencias de distancia entre el
Sol y la Tierra en verano y en invierno (esto sería una contradicción
con el hecho de que, mientras en el hemisferio norte es invierno,
en el sur es verano, y viceversa). La razón es que el eje de la
Tierra está inclinado (unos 23º) respecto de su órbita, y esto hace
que en verano, el Sol esté más alto en el cielo, sea visible durante
más tiempo y sus rayos caigan más verticales, lo que provoca que
haga más calor (página 104).
15. El permafrost es la capa de hielo permanentemente congelado en
los niveles superficiales del suelo. Se halla en las regiones muy
frías o periglaciares, como la tundra.
18. Los asteroides cuya órbita cruza la de la Tierra se conocen como
“objetos Apolo”. En 1908, uno de estos asteroides (aunque quizá
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fuera el núcleo de un cometa) impactó contra la estepa siberiana,
provocando una terrible destrucción y una onda expansiva que dio
dos veces la vuelta a la Tierra antes de disiparse (páginas 123125). A pesar de lo que afirman los vendedores de misterios y los
conspiranoicos, el evento de Tunguska no tuvo nada de paranormal
ni de conspirativo y está perfectamente explicado.
19. Los indicios apuntan a que se debió al impacto de un asteroide
que, al saturar la atmósfera de polvo que el sol no lograba
penetrar, provocó una hecatombe ecológica en todo el planeta. El
cráter de ese impacto, que vino a confirmar la teoría, no se halló
hasta 1978, en la costa de la península de Yucatán (México)
(páginas 125-126).
20. La Gran Mancha Roja es un ciclón de más de 13.000 x 25.000 km,
creado por las franjas paralelas de vientos huracanados que
recorren el planeta en direcciones opuestas. La Galileo fue una
nave lanzada hacia Júpiter en 1989 a fin de dar respuesta a
algunos de los enigmas acerca del planeta (páginas 127-132).
Encontrarás las 10 fotos más significativas tomadas por la misión
en http://solarsystem.nasa.gov/galileo/gallery/top10science.
21. Los libros eran Sidereus Nuncius (El mensajero celestial) y los
Diálogos sobre los dos máximos sistemas del mundo. El segundo
fue prohibido por la Inquisición, que en 1633 procesó al autor,
obligándole a retractarse. La leyenda dice que Galileo, después de
firmar la confesión en la que se retractaba de sus ideas, susurró
“Eppur si muove” (Sin embargo, se mueve); probablemente no sea
cierto (páginas 135-138).
23. Los cuatro satélites galileanos son Io, Europa Ganímedes y Calisto
(págs. 145-150). En el momento de publicación del libro se habían
confirmado 16 lunas, pero en la actualidad su número pasa de 60,
y probablemente haya muchos más objetos de pequeño tamaño
orbitando el gigantesco planeta. Ganímedes tiene el privilegio de
ser la luna más grande del Sistema Solar, por delante de Titán, la
mayor luna de Saturno.
24. La primera ley de Kepler dice que los planetas se desplazan en
órbitas elípticas con el Sol en uno de los focos (los focos son
aquellos puntos situados dentro de la elipse tales que la suma de la
distancia desde un punto de la curva de la elipse a los dos focos es
constante. La segunda ley dice que, si unimos el planeta con el Sol
mediante una línea imaginaria, el área barrida por esta línea en un
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tiempo determinado es constante (lo que se traduce en que los
planetas viajan más rápido cuando están cerca del Sol). La tercera
dice que el cubo del semieje mayor L de la órbita de un planeta
(que coincide con la distancia media [en el libro hay un error, ya
que se omite la palabra “media”] del planeta al Sol) y el cuadrado
del tiempo que tarda en dar una vuelta al Sol (su período de
traslación) guardan la misma proporción, esto es, T2/L3 = cte.
(págs. 159-160).
25. El límite de Roche es la distancia mínima a la que debe hallarse
una luna para que las diferencias entre los tirones gravitatorios del
planeta sobre la luna a un lado y a otro de esta no acaben por
desmenuzarla. Una de las hipótesis sobre los anillos planetarios es
que se trata de los restos de alguna luna que se acercase más allá
del límite de Roche. También puede tratarse de restos primigenios
que no han logrado unirse para formar una luna. Finalmente,
pueden ser restos de una colisión, más visibles cuanto más
reciente sea esta. En ese sentido, se ha sugerido que los anillos de
Saturno, los más espectaculares, sean el testimonio de una colisión
relativamente reciente, quizá 100 millones de años (págs. 169170).
27. El libro es Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (Principios
matemáticos de la filosofía natural), o simplemente Principia,
publicado en 1687. Las tres leyes de Newton dicen: I) Todo cuerpo
se mantiene en estado de reposo o de movimiento rectilíneo
uniforme a no ser que alguna fuerza actúe sobre él y lo obligue a
cambiar; II) El cambio es proporcional a la fuerza que se aplica y
en la misma dirección; III) Toda acción provoca una reacción igual
y en sentido contrario (páginas 178-181).
28. La ley de Bode (que en realidad fue descubierta por Titius) es un
truco matemático que ayuda a predecir a qué distancias se
encuentran los planetas del Sol. No siempre funciona, aunque sí en
la mayoría de ocasiones (Neptuno es una excepción), y con una
sorprendente precisión, teniendo en cuenta que no se sabe por qué
razón funciona (páginas 190-192).
29. El descubrimiento lo llevó a cabo el astrónomo aficionado Clyde
Tombaugh, que no tenía estudios universitarios. Tombaugh obtuvo
un puesto de baja categoría en el observatorio Lowell, en el que
tenía que observar y comparar fotografías en busca del planeta
perdido, un trabajo extremadamente tedioso para el que utilizaba
un aparato denominado estrobocomparador. En 1930 localizó una
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luz que saltaba adelante y atrás, lo que revelaba su movimiento
con respecto a las estrellas (páginas 202-203).
31. El origen de las lágrimas de San Lorenzo (nombre popular de las
Perseidas), una lluvia de estrellas fugaces que tiene lugar cada 12
de agosto (y las noches anteriores y posteriores con menor
intensidad), se debe, como todas las estrellas fugaces, al cruce de
la Tierra con la órbita de un cometa, concretamente el Swift-Tuttle.
El Cráter del meteoro, se originó por el impacto de un meteorito,
hace unos 50.000 años (páginas 216-225).
32. Las estrellas nacen a partir de una nube de “polvo” (en realidad
gas, y en su mayoría hidrógeno). En ella, unas cuantas partículas
se agrupan por azar; la gravedad de este grupo de partículas atrae
más partículas, y llega un momento en que la acumulación es tan
grande que la gravedad la hace colapsar, es decir, “caer sobre sí
misma”. La presión hace aumentar la temperatura (esto es el
comportamiento habitual de los gases) y, cuando esta llega a unos
10 millones de grados centígrados, se inicia la fusión nuclear (el
hidrógeno se convierte en helio) y la estrella se “enciende”. Todo
este proceso puede tardar millones de años, o unos meros miles, si
la
estrella
es
muy
masiva
(págs.
229-230).
En
http://apod.nasa.gov/apod/ap110414.html se puede observar una
nebulosa con estrellas en formación, en la constelación de Ofiuco.
33. El diagrama de Hertzsprung-Russell es una representación gráfica
de la distribución de las estrellas en función de su color (que es
como decir su temperatura) y de su brillo intrínseco (es decir, lo
brillantes que son por sí mismas, no por el hecho de estar más o
menos cerca de nosotros). La secuencia principal es una franja
diagonal que va desde arriba a la izquierda (estrellas muy
brillantes y muy calientes) hasta abajo a la derecha (estrellas frías
y poco brillantes), en la que se concentran la mayoría de las
estrellas; casi todas las estrellas pasan la mayor parte de su vida
dentro de esta franja (páginas 235-236).
35. Cuando las estrellas no son ni muy grandes, ni muy pequeñas
(entre 8 y 20 veces la masa del Sol aproximadamente), su destino
es convertirse en estrellas de neutrones. En una estrella de
neutrones, la materia de los átomos se ha comprimido hasta
formar una esfera compacta, de una densidad inimaginable: hasta
100 millones de toneladas por centímetro cúbico. Un púlsar es una
estrella de neutrones con un intenso campo magnético que gira a
gran velocidad y emite radiación de forma periódica. Quizá el
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púlsar más famoso sea el de la nebulosa del Cangrejo (páginas
249-252).
36. A los agujeros negros les pasa como al hombre invisible: no se le
puede ver, pero puedes ver que a su alrededor pasan cosas
curiosas: un traje vacío, un sombrero suspendido en el aire... La
colosal gravedad de los agujeros negros afecta también al entorno:
si el agujero negro tiene una estrella acompañante, por ejemplo, al
hincharse al final de su vida el agujero negro puede absorber las
capas exteriores, y el resto de la estrella caer hacia el agujero en
una espiral que se denomina disco de acreción, del que salen rayos
X y otras formas de radiación que se pueden detectar (páginas
253-255).
37. Respuesta libre.
38. Una variable cefeida es un tipo de estrella variable, es decir, una
estrella cuyo brillo no es constante. Henrietta Leavitt descubrió
que, cuanto más brillante era la estrella, más lentamente variaba.
De este modo, los astrónomos pueden calcular su brillo intrínseco
y, comparándolo con su brillo aparente, se puede calcular su
distancia y utilizarla como referencia para calcular, por ejemplo, la
distancia a la galaxia que las contiene (páginas 270-271).
39. Esta ecuación pone en relación la energía y la masa, diciendo
básicamente que se trata de la misma cosa (ya que c2 no es más
que una constante), y que una minúscula cantidad de masa
equivale a una colosal cantidad de energía. Es la conversión de
masa en energía lo que explica la terrible destrucción que provoca
una bomba nuclear (páginas 276-277).
40. Hubble descubrió que las galaxias se alejan unas de otras, y que lo
hacen más rápido cuanto más alejadas están entre sí; esto se
conoce, precisamente, como ley de Hubble. Es análogo a lo que
sucede en la superficie de un globo: si lo hinchamos, pintamos
sobre él una serie de puntos, que representarían las galaxias, e
hinchamos el globo un poco más, todos los puntos se alejan entre
sí sobre la superficie. Este fenómeno solo puede indicar una cosa:
el propio universo está en expansión (páginas 290-291).
41. El desplazamiento hacia el rojo fue el fenómeno que Hubble
observó, y que le llevó a concluir que las galaxias se alejaban entre
sí: lo que Hubble vio fue que los espectros, es decir, la luz emitida
por las galaxias, estaban desplazados hacia el color rojo respecto
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de lo esperado. Este efecto, conocido como efecto Doppler, es el
mismo que sucede cuando oímos pasar una ambulancia: al
acercarse, el sonido es más agudo (longitud de onda más corta, o
frecuencia mayor) y, cuando nos supera, el sonido se hace más
grave (páginas 290-291).
42. Hubble clasificó las galaxias en cuatro tipos: elípticas, espirales,
espirales barradas e irregulares. La Vía Láctea es de tipo espiral
barrada, y tienen unos 80.000 años luz de diámetro (páginas 299303).
43. La idea del big bang se debe al belga Georges Lemaître. Tras
asistir a las clases de Edwin Hubble, se dio cuenta de que, si el
universo se estaba expandiendo, en el pasado todo debía estar
más junto. Retrocediendo en la película de la vida del universo vio
que el universo debió empezar a partir de un punto de tamaño
esencialmente cero, lo que él llamó el átomo primitivo, que se
desintegró para dar lugar a galaxias, estrellas y rayos cósmicos
(páginas 315-316).
44. Arno Penzias y Robert W. Wilson, que trabajaban en los
laboratorios Bell de Nueva Jersey, detectaron un zumbido mientras
instalaban un receptor de radio para retransmitir llamadas
telefónicas a los satélites artificiales. El zumbido aparecía
dondequiera que apuntasen la antena y, tras descartar todas las
demás causas llegaron a la conclusión de que se trataba de la
radiación de baja temperatura (alrededor de –270 ºC, unos 3 K)
que Gamow había predicho. Esta sigue siendo la prueba más
concluyente de la realidad del Big Bang (páginas 318-320).
45. En 1928, Dirac postuló la existencia de la antimateria, basándose
en que una ecuación admitía tanto una solución positiva como una
negativa. En 1932, Anderson descubrió partículas que se
comportaban como Dirac había predicho. La antimateria se
compone de antipartículas, partículas como las que conocemos
pero con carga eléctrica opuesta; por ejemplo, el positrón es en
todo idéntico al electrón, salvo en que su carga es positiva. El
encuentro de una partícula con su antipartícula resulta en la
aniquilación mutua, con liberación de energía en forma de rayos
gamma (páginas 321-323).
46. Zwicky calculó la gravedad necesaria para impedir que la rotación
hiciese que las galaxias saliesen despedidas en todas direcciones, y
la masa necesaria para generar esa gravedad. Vio que era muy
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superior a la masa visible, de modo que postuló la existencia de
una materia oscura, invisible, que debía de suponer, al menos, el
90% de la masa existente y cuya naturaleza sigue siendo objeto de
especulación (página 324).
47. Los cuásares (la palabra cuásar procede de su nombre inglés,
quasi-stellar radio sources, fuentes de radiación cuasiestelares) son
los objetos más brillantes y lejanos del universo. Se alejan de
nosotros a velocidades próximas a las de la luz, y al parecer se
hallan a miles de millones de años luz. Al ver un quásar estamos
viendo cómo era el universo cuando la luz partió de él; en cierto
modo, estamos viendo el pasado de nuestro universo (páginas
331-334).
48. La razón, según Harrison, es que no hay bastantes estrellas. Para
que la luz estelar cubriese todos los puntos de la esfera celeste
debería haber 10 billones veces más estrellas de las que existen; o
bien, si pudiésemos ver a un billón de billones de años luz. Pero el
universo solo lleva expandiéndose unos 15.000 millones de años;
no es lo bastante viejo (páginas 347-349).
49. Respuesta libre.
50. Respuesta libre.
51. 1.679 es el producto de dos números primos, 23 y 73, de modo
que el mensaje se puede disponer en forma de rectángulo de 23 x
73, lo que hace visible el dibujo. En el dibujo se mostraban, entre
otras, los números atómicos (en binario) de los cinco elementos
más esenciales para la vida (C, H, O, N y P), un esquema de la
doble hélice del ADN, una silueta humana, una representación del
sistema solar con la Tierra destacada y una imagen del telescopio
de Arecibo (páginas 360-361).
52. La magnitud relativa m es el brillo aparente de una estrella, es
decir, el brillo que nosotros observamos, que está relacionado
tanto con el verdadero brillo de la estrella como con la distancia a
la que se encuentra de nosotros. La magnitud absoluta M, un
concepto que inventó el astrónomo danés Ejnar Hertzsprung,
permite comparar estrellas según el brillo que tendrían de hallarse
todas a la misma distancia de la Tierra (esto es, se trata de una
magnitud relacionada con el brillo real de la estrella) (páginas 369370).
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53. El paralaje es el ángulo que forma un objeto contra un fondo
lejano si lo observamos a la misma distancia, pero desde puntos
distintos. Este paralaje será menor cuanto más lejos esté el objeto,
y de hecho podemos medir el ángulo y aplicar las reglas de la
trigonometría para medir la distancia a la que se encuentra el
objeto.
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