PRIMERO. T-6. El Universo. Curso 2015-16 IES Santiago Grisolía. Prof.: Luis P. Ortega y José L. Fernández.

Tema 6. LA TIERRA, EL SISTEMA SOLAR Y EL UNIVERSO. CONCEPTOS BÁSICOS. La Tierra no es más que una minúscula mota de polvo en la inmensidad del Universo. Tendrás que saber como funciona el sistema Tierra-Luna , qué planetas nos acompañan y cuáles son sus características; qué es una estrella y qué una galaxia. Dejaremos en su lugar a los vendedores de humo (astrólogos). Visto desde aquí el cielo es un espectáculo que se representa cada noche… y es GRATIS.

CONTENIDOS: 1.

La Tierra.

2.

Modelos del Sistema solar y el Universo

3.

La Luna.

4.

Una estrella (el Sol).

5.

Los planetas  (El sistema solar).

6.

Otros objetos del sistema solar.

7.

Las Galaxias.

8.

Cómo localizar una estrella: las constelaciones.

Planeta: planet Estrella: star Satélite: satellite Galaxia: Galaxy Eclipse: eclipse

There are 8 planets traveling in elliptical orbits around the Sun The Sun is a yellow star located in Milky Way galaxy. Europa is a satellite of Jupiter and a continent on Earth Andromeda is the biggest galaxy next to Milky Way. solar eclipse take place when the Moon passes between the Earth and the Sun.

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0. Introducción. 


Si levantas la vista al cielo en una noche despejada puede que tengas la fortuna de ver la mayoría de los objetos: o

La Luna: nuestro satélite.

o

Estrellas.

o

Algún planeta, aunque probablemente no sepas distinguirlo pues "parece" una estrella más.

o

Estrellas fugaces: estelas luminosas y rápidas que atraviesan el cielo a gran velocidad y duran apenas un instante. En realidad se trata de pequeños granos de roca que atraviesan nuestra atmósfera. Algo así como una mancha en nuestras gafas cuando miramos el paisaje.

o

Cometas: con aspecto de borrón con cola (no te molestes en intentar verlos, si en estas fechas se viera alguno nos darían la noticia en el telediario).

o

Galaxias: hay que saber dónde mirar para intuir alguna, se ven como "estrellas borrosas".

o

Y si es de día, lógicamente, verás el Sol, la estrella alrededor de la que gira la Tierra.

En la antigüedad no existía la contaminación lumínica. Hoy hay ciudades donde se lleva a los niños a ver las estrellas porque algunos no han visto nunca un cielo estrellado. La distancia a las estrellas es tal que su posición en el cielo no varía con el tiempo, sin embargo otros puntos en el cielo se mueven respecto a este fondo (planeta significa “errante”) y algunos se mueven muy deprisa como los cometas. Todos estos objetos forman parte del Universo, tienen tamaños, composición y propiedades conocidas. De algunos de ellos vamos a hablar en este tema. Sin embargo también habrás oído hablar de las Constelaciones. Éstas no son más que figuras imaginadas por el hombre utilizando las estrellas como puntos luminosos al modo en que se hace en los pasatiempos. No son objetos ni tienen propiedades, pero tienen una utilidad de la que también hablaremos.

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1. LaTierra. La Tierra es un planeta: cuerpo celeste de gran tamaño que órbita (da vueltas) alrededor de una estrella, en nuestro caso alrededor del Sol. Tiene forma de esfera achatada por los polos. Datos de interés: Radio medio : 6370 km. Perímetro aproximado: 40.000 km. Distancia media al Sol : 150.000.000 km. Distancia media a la Luna: 380.000  km. Periodo de rotación 24 horas. Periodo de traslación:   365 días, 6 horas.  Los océanos cubren aproximadamente el 71% de su superficie. La profundidad media de los océanos es de 4 km., es decir, apenas una fina lámina de agua sobre el fondo sólido. La traslación de la Tierra alrededor del Sol describe una órbita ligeramente elíptica de modo que en ocasiones estamos más cerca y otras más lejos, pero esto no tiene que ver con el verano y el invierno. La razón de las estaciones es otra. Se debe a la inclinación del eje de rotación que es de unos 23º y apunta siempre en la misma dirección.1 El verano en el hemisferio norte se produce cuando el eje está inclinado hacia el Sol (visto desde el norte) y los rayos solares inciden muy perpendiculares y los días son largos, por contra en invierno los rayos solares vienen muy inclinados y los días son cortos. La estaciones tienen que ver con el eje de rotación. Video

2. Modelos del Sistema solar y el Universo. Las ideas más antiguas sobre el Universo suponían una Tierra plana con una cúpula sobre la que se movían el resto de los objetos que podían verse: Luna, Sol, estrellas, planetas… Fue Eratóstenes (griego que vivía en Alejandría) uno de los primeros en asumir que la Tierra era una esfera y medir el radio de la misma. En el solsticio de verano (21 de junio) un obelisco situado en Alejandría producía sombra sobre el suelo, mientras que en Asuán, más al sur, ese mismo día un obelisco no produce sombra. La explicación es que la superficie del planeta es curva (esférica).

1

Realmente el eje gira como lo hace una peonza cuando empieza a perder fuerza y el eje va apuntando en diferentes direcciones, solo que la Tierra tarda uno 27000 años en hacer esa vuelta de su eje. Así, como nuestra vida es un poco más corta que eso podemos considerar que el eje “siempre” apuntará en la misma dirección. Página 3!

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Ptolomeo (griego, siglo II). Propuso un modelo geocéntrico, con la Tierra en el centro del Universo y los demás astros girando a su alrededor. En tiempos de Cristóbal Colón la mayoría de la población seguía pensando que el planeta era plano. Juan Sebastián Elcano terminó la primera vuelta al mundo en 1522. Nicolás Copérnico (polaco) propuso en 1543 la idea de que el universo conocido era heliocéntrico. Es decir, el sol está en el Centro y los planetas dan vueltas alrededor de él. Galileo Galilei (italiano) en 1610 lo confirmó, aunque la Inquisición le hizo retractarse y lo mantuvieron de por vida bajo arresto domiciliario. El descubrimiento del tamaño real del Universo, donde el Sol es sólo una estrella corriente en el borde de una galaxia y que existen miles de millones de galaxias es un descubrimiento del siglo XX. Aceptar estas ideas no fue tan fácil, ni mucho menos intuitivo. Y si dijeramos que la Tierra se desplaza a 30 km/s alrededor del Sol, o que un habitante del ecuador gira a 1700 km/h según la Tierra gira sobre si misma ¿admitirías fácilmente el modelo heliocéntrico o te reirías? La teoría más aceptada hoy es que el Universo que observamos se formó hace unos 14500 millones de años a partir de un fenómeno conocido como Big Bang y que hace que las galaxias se alejen unas de otras. El sistema solar se formó mucho después, hace unos 4500 millones de años y dio lugar a una serie de planetas que giran alrededor de una estrella central, el Sol. Algunos planetas tienen otros cuerpos menores que giran alrededor de ellos y a los que conocemos como satélites. Veamos el Sistema solar un poco más en detalle.

3. La Luna. Un satélite es un cuerpo celeste que orbita (da vueltas) alrededor de un planeta. Nuestro planeta sólo tiene una satélite: la Luna. Características: o

distancia a la Tierra: 380.000 km

o

Radio: 1.738 km.

o

Periodo de rotación: 28 días y 8 horas

o

Periodo de traslación:  28 días y 8 horas.

o

Fuerza de la gravedad : el 16% de la de la Tierra, es decir, una sexta parte (1/6).

o

Sin atmósfera, luego no hay erosión. Página 4!

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o

Su superficie está cubierta de cráteres por el impacto de meteoritos (asteroides que cayeron sobre su superficie en el pasado).

o

Las superficies más planas se denominan "mares", pero, por supuesto, no hay agua en ellos.Debido a que su periodo de rotación y traslación son iguales siempre vemos la misma cara de la Luna. Llamamos cara oculta a aquella parte de la Luna que nunca se ve desde la Tierra. Este giro es el que produce las diferentes fases: Luna nueva (no se ve pues se encuentra entre el Sol y nosotros), Creciente (va aumentando de tamaño), Luna llena (toda la cara visible iluminada), Menguante (va disminuyendo la superficie iluminada). Cuando la Luna se interpone entre el Sol y la Tierra se produce un eclipse de Sol y cuando es la Tierra la que se coloca entre el Sol y la Luna nuestra sombra la oscurece y decimos que hay un eclipse de Luna. Los relieves de la Luna tienen nombres de científicos, filósofos, u otros que han inspirado la imaginación de los astrónomos, algunos ejemplos son:

o

Cráter Arquímedes ("Archimedes").

o

Cráter Eratóstenes (Eratosthenes").

o

Cráter Copérnico ("Cppernicus).

o

Cráter Ptolomeo ("Ptolomaeus").

o

Cráter Platón ("Plato").

o

Mar de la Serenidad ("Mare Serenitatis").

o

Mar de la Tranquilidad (Mare Tranquillitatis").

Como veremos luego, otros planetas tienen más de un satélite y algunos no tienen. Mira este video sobre eclipses

4. Una estrella (el Sol). Las estrellas son enormes masas gaseosas incandescentes porque en su interior tienen lugar reacciones nucleares de fusión que generan una enorme cantidad de energía. Los tamaños son muy variables y el color y temperatura de su superficie también. El Sol es una estrella de tamaño intermedio-pequeño y de color amarillo-anaranjado.2

2

Observa el cielo desde un lugar lo más oscuro posible y te darás cuenta que no todas las estrellas tienen el mismo color. Esto se ve aun más claro cuando se hace una fotografía del cielo y luego la observamos. Página 5!

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Características del sol: o

Radio: 700.000 km, o bien 1.400.000 km de diámetro.

o

Temperatura en la superficie: 5.500 ºC.

o

Masa: 300.000 veces la de la Tierra.

o

Composición: 75% hidrógeno, 23% helio, 2% otros.

o

Color: amarillo-anaranjado.

o

En su interior cabrían 1.300.000 planetas como la Tierra.

Compara el tamaño del Sol con el de otras estrellas: Puedes ver el Sol en la imagen de la izquierda. Comparada con Arturo (una estrella gigante roja). Ahora echa un vistazo a la derecha y compara Antares con Arturo y con el Sol. Tan orgullosos estamos de nuestro Sol y ... mira que ridículamente pequeño es. ¿Cómo crees que es la Tierra comparada con el Sol? Vamos a verlo

.

5. Los planetas (El sistema solar). El Sistema Solar consta de 8 planetas que giran alrededor del Sol. Por orden desde el Sol. o

Mercurio

o

Venus

o

Tierra

o

Marte

o

Júpiter

o

Saturno

o

Urano

o

Neptuno.

Los ocho pueden dividirse en dos grandes grupos: Página 6!

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1. Planetas rocosos, pequeños e interiores: son los cuatro primeros de la lista y se encuentran cerca del Sol.   La superficie es sólida (rocosa), es decir, podrías caminar por ella. 2. Planetas Gaseosos, gigantes y exteriores: son los otros cuatro. Su superficie es una espesa atmósfera bajo la cual encontraríamos una masa líquida de sustancias como Hidrógeno líquido (observa que líquido NO quiere decir AGUA). Para comparar los planetas observa la Tabla. (DATOS REDONDEADOS PARA FACILITAR SU COMPRENSIÓN).

MERCURIO
 diámetro: 5.000 km distancia al sol: 58.000.000 traslación: 3 meses satélites: 0

VENUS
 diámetro: 12.100 km distancia al sol: 108.000.000 traslación 7 meses y medio satélites: 0

TIERRA diametro:  12.742 km Dist al sol: 150.000.000 km traslación:  1 año satélites: 1

MARTE
 diámetro: 6.800 km Dist al sol: 225.000.000 km traslación: 2 años satélites: 2

JÚPITER
 diámetro:142.000 km dist al sol: 780.000.000 km traslación: 12 años satéls: 4 grandes + 58 peq anillo: tenue

SATURNO
 diámetro:  120.000 km dist al sol: 1.400.000.000 traslación: 30 años satélites: 7 grandes + 58 peq anillo: muy visible

URANO
 diámetro:  51.000 km dist al sol: 2.900.000.000 km traslación: 84 años satélites: 4 grandes + 22 peq anillo: tenue

NEPTUNO
 diámetro: 50.000 km dist al sol: 4.500.000.000 km traslación: 164 año satélites: 1 grande + 15 peq anillo: tenue


 Algunos de estos planetas son visibles a simple vista desde la Tierra: Venus, Marte, Júpiter y Saturno (Mercurio es más difícil porque está cerca del Sol y sólo puede verse en ocasiones al amanecer o atardecer) Parecen estrellas pero se diferencian de ellas en que, mientras las estrellas ocupan siempre posiciones fijas unas respecto a otras, es decir, forman "dibujos fijos" en el cielo que son fácilmente reconocibles, los planetas se mueven sobre este fondo. Un segundo detalle es que mientras la estrellas titilan (cambios aparentes de color muy rápidos), los planetas no lo hacen. Ejercicio: Transforma todas las medidas del sistema solar a una escala 1:1.000.000.000 Es decir, divide el valor real por este número y luego cambia las unidades a m, por ejemplo) De este modo por ejemplo, el diámetro de la Tierra es de 12.742 km a esa escala queda reducido a 0,0127 m, o lo que es lo mismo 12,7 mm (una bolita de poco más de 1'2 cm de diámetro, una canica).

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Ejercicio: utilizando el mismo procedimiento anterior elabora a escala los distintos planetas del sistema solar. Las pequeñas realízalas con papel aluminio, las mayores pueden estar rellenas de papel de periódico y envuelta en papel aluminio. ¿Qué tamaño tendría el Sol? ¿A qué distancia tendrías que colocar la Tierra?

6. Otros objetos del Sistema Solar. . Entre la órbita  entre Marte y Júpiter existe un anillo de asteroides (rocas de diferente tamaño desde milímetros hasta algunos kilómetros de diámetro. Los cometas son los cuerpos formados por rocas e hielo que tiene una órbita muy excéntrica (es decir, unas veces se encuentra muy cerca del sol y otras muy lejos). Cuando se acercan al Sol parte de su materia se desprende y forma una cola muy visible en algunos casos.

7. Las galaxias. Las estrellas que observamos en el cielo se ven como puntos porque están muy lejos. La estrella más brillante del cielo se llama Sirio, se encuentra a 8,5 años-luz; es decir, aproximadamente 80 billones de km. (La luz tarda 8 años y medio en llegar aquí viajando a 300000 km/s. La distancia entre las estrellas es inmensa. Calcula le valor en km que recorre la luz en un año. Si has resuelto el ejercicio anterior puedes hacerte una idea si consideras que Neptuno estará a 4,5 km y la estrella más cercana estaría a 40.000 km (unas 10000 veces más lejos). Las estrellas se agrupan en galaxias. Nuestra galaxia se llama Vía Láctea y está compuesta por 100.000.000.000 estrellas. Todas las estrellas que puedes ver en el cielo son de nuestra galaxia. Como nuestra galaxia tiene forma de plato y nosotros vivimos dentro podemos ver una franja blanquecina en el cielo que es nuestra galaxia vista desde dentro. Si miras con unos prismáticos hacia esa franja blanquecina te darás cuenta que está formada por miles y miles de estrellas. ¿Se ve algo de fuera de nuestra Galaxia? Bueno,... desde donde nosotros vivimos podemos ver con unos prismáticos algunos "borrones" en el cielo. La que mejor se ve es la galaxia de Andrómeda, conocida también como M31 que está situada a 2.000.000 de años luz. Es decir, la estás viendo tal como era hace ese tiempo, EN DIRECTO. En realidad esto no es tan sorprendente, cuando miras a Júpiter lo estás viendo tal y como era hace 41 minutos.

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Se calcula que en el universo hay unos 100.000.000.000 de galaxias, cada una con unas 100.000.000.000 estrellas. Y surge la pregunta ¿estamos solos?

8.Cómo localizar una estrella: las constelaciones. Las estrellas se mantienen en una posición aparentemente fija, es decir, mantienen su posición relativa respecto a las demás. Cada estrella tiene un nombre. Para facilitar su localización el cielo se divide en sectores que se inventaron imaginando dibujos y dándoles nombre de personajes mitológicos, animales u objetos. (Orion, Dragón, Leo, Osa mayor, Lira, etc.). De este modo si decimos que la estrella Betelgausse está en la constelación de Orión resulta más fácil de encontrar, al igual que decir que Tarancón está en la provincia de Cuenca facilita su localización en el mapa. ¿la provincia de Cuenca tiene unos límites que la  distinguen de otra o es un invento? ¿si vas en el coche o andando y cruzas el límite se nota el cambio de provincia o necesitas un cartel? Las estrellas de una constelación no tienen relación física entre si, tan solo forman un dibujo en nuestra imaginación. Las constelaciones que quedan detrás del Sol en su movimiento aparente a lo largo del año se denominan las constelaciones del Zodíaco.

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Compara estas dos imágenes. A la izquierda una fotografía de una zona del cielo, a la derecha alguien imaginó una figura de un gigante que se defiende con un escudo y levanta un brazo de forma amenazadora. Su cintura formada por tres estrellas. Le pusieron el nombre de Orión (un gigante mitológico). La estrella roja de su  hombro es Betelgausse, una de las mayores estrella conocidas de nuestra galaxia. Búscala en las imágenes del principio del tema y compárala con el Sol. Las estrellas brillan más cuanto más cerca y cuanto más grandes. Observa el siguiente cuadro de las estrellas más brillantes del cielo:

nombre

En la constelación D i s t a n c i a e n C o l o de... años-luz (temperatura)

SIRIO

CAN MAYOR

8,6

blanco-azulada

ARTURO

BOYERO

36,7

anaranjada

VEGA

LIRA

25,3

blanca

CAPELLA

AURIGA

42,1

amarilla

RIGEL

ORION

900

blanco-azulada

BETELGAUSS ORION E

450

roja

r

Si puedes ver Betelgausse en el cielo la estás viendo tal y como era hace 450 años. La luz salió de allí en 1563, lo mismo que tarda nuestra luz en llegar hasta ellos. Si "alguien" allí estuviera mirando hacia la Tierra en estos momentos con un potentísimo telescopio podría ver, en directo, como se construye el Escorial y a Felipe II dándose un paseo para ver como van las obras. El cielo es un espectáculo impresionante, y gratis. Levanta la mirada y alucina.

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Ejercicios: 1º ¿Cuál es el diámetro y el perímetro de la Tierra? 2º ¿Cuál es el periodo de rotación y el de traslación de la Tierra? ¿Por qué hay años bisiestos? 3º Explica cómo sabemos que la Tierra es una esfera. 4º ¿Qué dijeron Eratóstenes, Ptolomeo, Copérnico y Galileo? 5º ¿Qué edad estimamos que tiene el Universo conocido? 6º ¿Qué diferencia hay entre un planeta y un satélite? 7º ¿Por qué no vemos nunca la cara oculta de la Luna? 8ª ¿La cara Oculta de la Luna recibe la luz del sol? 9º ¿Por qué los cráteres de la Luna que se formaron hace 3000 millones de años siguen allí sin erosionarse? 10º ¿Cuál es el orden de los planetas del Sistema solar? 11º Ordena los planetas por tamaños de mayor a menor. 12º ¿Qué planetas son rocosos y cuales son gaseosos? 13º ¿Cuanto tardan cada uno de los planetas en girar alrededor del sol. 14º ¿Qué es una galaxia?, ¿cuántas estrellas tiene? 15º ¿Qué es una constelación? 16º ¿Qué color tienen las estrellas? ¿son todas iguales? 17º ¿Qué es un cometa? 18º Da una explicación al hecho de que cuando en España es verano sea invierno en Argentina. 19º Sabiendo que la Tierra tarda 365,25 dias en dar una vuelta al Sol; la longitud de un círculo es 2⎍r y que r vale 150.000.000 km, calcula la velocidad a la que viajamos alrededor del Sol en km/s.

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