sábado, 21 de agosto de 2010

El Origen del Universo.

EL ORIGEN DEL UNIVERSO




Cuando el hombre primitivo contempló el espacio vacío del cielo, sus ojos descubrieron miles de estrellas, en un universo sereno y limitado. Ahora, lejos de esta débil e incipiente visión, la ciencia ha descubierto un universo de inimaginable dimensión e inconcebible violencia. Millones de millones de estrellas, semejantes a nuestro sol se queman con la energía de hornos termo nucleares. Muchas mueren en explosiones y esos desechos que se encuentran en el espacio con gases y polvo dan origen a nuevas estrellas y planetas. Y desde la lejana inmensidad más allá de los conglomerados estelares llegan a nosotros hoy en día en forma de murmullos de microondas los mis cataclísmicos eventos que se están produciendo.

Al principio, quizás hace unos quince mil millones de años, toda la masa y la energía fue comprimida cerca de una densidad infinita y calentada a trillones y trillones de grados. Una explosión cósmica desgarró esta masa informe, creando rápidamente una hola de fuego en expansión, la cual se ha venido enfriando lentamente desde entonces.

En un principio el universo fue un impenetrable conjunto de partículas y gas. Durante el primer millón de años, las temperaturas desprendidas fueron muy altas. Los núcleos capturaban electrones produciendo átomos de gases de hidrógeno y helio. El universo quedó definido, claro y resplandeciente donde las regiones gaseosas más densas se atraían unas a otras debidas a su propia gravedad, resolviéndose en estrellas que reunidas en conglomerados formaron las galaxias

hoy en día el universo continúa expandiéndose, y las primitivas radiaciones enfriadas por la expansión pueden ser detectadas por los radio-telescopios y por los ecos remanentes de estas grandes explosiones. El radiotelescopio soviético enviado en la nave espacial Prognoz-9, en julio de 1983, transmitió una radio-imagen del universo cuando tenía un millón de años. Los resultados del estudio de las radiaciones que han quedado de esas épocas remotas aparentemente apoyan la hipótesis de la gran explosión y de un universo en expansión.

Además de ésta hipótesis, otros científicos creen que el universo existió siempre y se expandió y contrajo en forma cíclica. O como muchos otros astrónomos creen, una expansión continua o abierta, con las galaxias esparcidas irrecuperablemente y un proceso incesante de enfriamiento de las estrellas.

Pero, ¿qué hubo antes de la primera gran explosión y cómo terminará todo? desde aquí a miles de millones de años, ¿vencerá la gravedad a la expansión y atraerá nuevamente toda la materia dentro de su estado primigenio en un gran cataclismo? Y si el universo está cerrado, ¿podría seguir otra gran explosión con otra subsiguiente expansión? Estas preguntas son del dominio de los filósofos y astrónomos.



Algunos malos entendidos sobre el Big Bang

PRIMERO: No fue un pedazo de materia infinitamente densa que explotó hacía un espacio infinito.

La materia no existía aún, lo que existía era pura energía.

Materia y energía están íntimamente ligadas, ambas son directamente proporcionales, según : E = m.c2; de allí que de la energía inicial se formó toda la materia del Universo.



SEGUNDO: No explotó en el espacio.

“El Universo se expandió desde un tamaño infinitesimalmente pequeño”

“Fue el espacio en sí el que estaba explotando y haciéndose más grande…”



Las Fuerzas ó Energía que formó el Universo de la nada fue la Gravedad Cuantica.



Al expandirse la Gravedad Cuántica empezó a enfriarse y cambió de fase.

Dividió a la Energía en 2 fuerzas: Gravedad y Fuerza de Unión, lo que ocurrió a los 10-43 segundos después de haber ocurrido la gran explosión.



A los 10-35 segundos: surge LA MATERIA (en forma de quarks).

Ocurre otra división más de la Energía surgiendo las 4 Fuerzas de la Física Moderna: Gravedad, Electromagnetismo, La Fuerza Nuclear mayor (que mantiene a los átomos unidos) y La Fuerza Nuclear menor ó débil (que provoca la desintegración de los elementos radioactivos).

En este momento ( 10-35 segundos), el tamaño del Universo era de 2 millas (3.2 Km), con una Temperatura de un trillón de grados centígrados.

1 segundo después el Universo media 200 mil millas (320,000 Km), con una temperatura de 100 millones de grados centígrados

1 minuto después: ya media un tercio distancia del sol al 1er planeta (Mercurio), es decir: 19 millones de Km.

100 mil años después aparecen los átomos:en forma de átomos de Hidrógeno en un porcentaje de 90% y Helio en un porcentaje de 10%, alcanzando en este momento el Universo el tamaño de nuestra galaxia (100 mil años luz) y una temperatura de 3,000 grados centígrados. Hasta antes de la formación de los átomos todo este proceso se había llevado en la oscuridad, pues no existía la luz, la que se origina al formarse la Energía lumínica: constituido por Fotones (Fase de Luz), llenando en ese momento todo el Universo. Posteriormente, esta luz se fue apagando para dar lugar a la Fase de oscuridad: que caracteriza a nuestro Universo actualmente,



Es así como el reinado de la energía dio lugar al de la materia - que en un inicio se encontraba formada por Hidrógeno y Helio- la que se es moldeada por la gravedad y el electromagnetismo, las que fueron condensando las masas de gas hasta para dar lugar a las estrellas y las galaxias que actualmente conforman nuestro Universo.



LAS GALAXIAS



Las galaxias son grandes agrupaciones de estrellas y masas de polvo cósmico que las envuelven. El sol, centro de nuestro sistema planetario, es solamente uno de los cien mil millones de estrellas que de acuerdo a cálculos hechos, forman nuestra galaxia llamada Vía Láctea o Camino de Santiago.

La Vía Láctea, es como un gigantesco disco de poco espesor respecto a su diámetro, con una condensación en su centro del que salen brazos en espiral que están formados por millones de estrellas que se mueven desde el núcleo hacia afuera. Además toda la espiral gira en torno al núcleo. El sol da una vuelta completa en torno de su galaxia en unos doscientos millones de años.

Rodeando la galaxia se encuentran muchos “enjambres” de estrellas formados por cientos de miles de astros conocidos como cúmulos globulares. Más allá de ellas, se encuentran miles de millones de otras galaxias de diversas formas, estructuras y tamaños, siendo una de las más cercanas a la nuestra, la Gran Espiral de Andrómeda que está a dos millones de años luz aproximadamente.

Dentro de la diversidad de formas de galaxias las más conocidas son: a) la “espiral barrada”, la barra contiene al núcleo y se curva hacia afuera indicando claramente la rotación; b) la “galaxia elíptica”, no tiene estructura espiral y carece de brazos; y c) la “galaxia espiral” con un núcleo central y sus brazos espirales formados por corrientes de estrellas. Su estructura formada por estrellas, polvo cósmico y gas está en rotación, de tal modo que los brazos tienden a desprenderse.



LA TIERRA Y EL SISTEMA SOLAR



La Tierra, por lo que hoy se sabe, es tan sólo uno de los planetas de una estrella entre los 100 000 millones de estrellas de una galaxia, entre miles de millones de galaxias. En el espacio estelar y galáctico, las distancias, aunque numéricamente expresables, caen fuera del ámbito de la ima¬ginación. El Sol, la estrella de la Tierra, está aquí mismo y, sin embargo, el mensajero más veloz, que es un rayo de luz (300 000 km/seg), tarda más de 16 minutos y medio en ir y volver. El otro Sol más cercano, la estrella -Centauro, está a 4 años, 3 meses, 14 días y 10 horas luz; es decir, un emisario terrestre a la velocidad de la luz tardaría más de 8 años y medio en regresar a la Tierra. Andrómeda, la galaxia más cercana (si se exceptúa las pequeñas Nubes de Magallanes), está a 2 millones de años luz. Si los primeros homínidos, que habitaban en Kenia hace 4 millones de años, hubieran enviado un mensaje a una estrella de Andrómeda y hubiesen encontrado respuesta, sólo ahora podría llegar la contestación a su llamada. Sin embargo, la luz es el ente físico más veloz. La sonda Voyager II, lanzada al espacio el 2 de agosto de 1977, llegó a Neptuno sólo 12 años después, el 24 de agosto de 1989, mientras que un rayo de luz tarda unas 4 horas en ha¬cer el mismo trayecto. Situados en un rincón de una galaxia, con un diámetro de 100 000 años luz, los seres humanos tendríamos menos probabilidad de salir de la órbita de nuestra estrella y contactar físicamente con extraterrestres, supuesta su existencia, que la que tiene un caracol, que camina de buena mañana por nuestro jardín, de llegar al atardecer a la cima del Himalaya.



LOS SIETE PLANETAS



Las grandes unidades del Cosmos son las estrellas (con o sin planetas), las nubes inte-restelares, las galaxias y las grandes agru¬paciones de galaxias. Hasta bien entrado el siglo XVI, se creía que la Tierra era el centro del Cosmos. El denominado mundo tolemaico (recopilado y estructurado por Tolomeo en el 140 d.C.) proporcionaba una explicación más o menos ingeniosa de los fenómenos cósmicos, y las discrepancias de alguno más atrevido le costaron serios disgustos con la autoridad, como a menudo suele suceder. En la bóveda celeste se situaban unos luceros fijos y otros móviles, que los griegos denominaban planetas (vagabundos o andariegos): Sol, Luna, Marte, Mercurio, Júpiter, Venus y Saturno. El número de días de la semana, así como sus nombres en gran parte de los idiomas europeos, procede del de estos luceros errantes: día del Sol (Sunday, denominado como domingo, en español), día de la Luna (lunes), día de Marte (martes), día de Mercurio (miércoles), día de Júpiter (jueves), día de Venus (viernes) y día de Saturno (Saturday, denominado como sá¬bado en español).



EL SISTEMA SOLAR

Las primeras observaciones telescópicas y, sobre todo, el gran desarrollo de las matemáticas a partir del Renacimiento, con Galileo Galilei, René Descartes, Johannes Kepler, Tycho Brahe e Isaac Newton, permitieron establecer las leyes fundamentales de la dinámica solar: el Sol en el centro, con los planetas describiendo órbitas casi circulares y coplanarias, a su alrededor. Fueron las leyes de la mecánica las que llevaron a predecir primero y a descubrir físicamente después los restantes planetas: Urano (1781), Neptuno (1846) y Plutón (1930).

La segunda mitad del siglo XX marca una nueva etapa en los conocimientos del Sistema Solar. El primer satélite, Sputnik, lanzado por la Unión Soviética en 1957, inició medio siglo de observaciones directas de los planetas, que sirvieron para disipar muchos mitos sobre el Sol y sobre la realidad física de sus planetas. El Sistema Solar tiene un diámetro de unas 50 u.a. (unidad astronómica: distancia media de la Tierra al Sol, 149’597,870 km). Puede decirse que, al igual que los demás «sistemas solares» o estrellas, constituye una pequeña isla perdida en el espacio cósmico. La estrella más cercana, -Centauro, se sitúa a 250 000 u.a. Es como si la isla de Madeira, por ejemplo, con poco más de 50 Km. de largo, se hallara en un inmenso océano cuya isla más cercana es¬tuviera a 250,000 Km. de distancia.

El Sol, con una masa de 1,9 x 1033 contiene el 99,87 por ciento de la masa total del sistema. Júpiter, cuya masa es 318 veces la de la Tierra, es el llamado planeta gigante. Aparte de los nueve planetas, se conocen en la actualidad más de cuarenta subplanetas, es decir, satélites de planetas. Los nueve pla¬netas forman dos grupos que están bien di-ferenciados: el de los planetas internos y el de los externos.



PLANETAS INTERNOS



Los cuatro planetas más cercanos al Sol —Mercurio, Venus, Tierra y Marte— tienen una composición rica en silicatos, de hierro y magnesio sobre todo, minerales que se hallan en las rocas de la Tierra. Por eso también se denominan planetas rocosos o telúricos. Comparados con los planetas externos, son pequeños pero mucho más densos que aqué¬llos. Mercurio, Venus y la Tierra tienen una densidad de 5,5 g/cm3, y Marte, como la Luna, 3,9. Por ello, pueden considerarse pla¬netas sólidos, en oposición a los externos, cuyos componentes predominantes son ga¬ses. Todos ellos desarrollaron una atmósfe¬ra derivada de la actividad magmática de fu¬sión y desgasificación de los componentes silicatados. Mercurio tiene una masa dema¬siado pequeña (una décima parte de la ma¬sa de la Tierra), insuficiente para retener la capa gaseosa y, por tanto, es hoy un plane¬ta que no tiene atmósfera. Lo mismo ocurre con la Luna.

El interior de los planetas internos es ac¬tualmente objeto de estudio. En líneas ge-nerales se puede afirmar que, al igual que la Tierra, su estructura está diferenciada en un núcleo metálico, un manto de silicatos fe¬rromagnésicos y una corteza de silicatos más ligeros. Pero, a diferencia de la Tierra, su cor¬teza tiene un gran espesor, lo cual impide la existencia de procesos tectónicos actuales; es decir, son planetas «muertos». La corteza de Marte, por ejemplo, puede tener un es¬pesor de unos 200 km, o sea, casi diez ve¬ces el espesor medio de la corteza terrestre.



PLANETAS EXTERNOS



Los planetas de la parte externa del Sistema Solar son Júpiter, Saturno, Urano, Neptuno y Plutón. Si se exceptúa Plutón, la masa y el diá¬metro de estos planetas son mucho mayores que los de la Tierra y demás planetas telúri¬cos. Urano, un planeta pequeño, tiene una masa catorce veces y media mayor que la de la Tierra y su radio ecuatorial es más de cua¬tro veces superior al de ésta. Los componen¬tes esenciales de estos planetas no son los si¬licatos sino elementos ligeros (gases, en las condiciones de presión de la Tierra) como H, He, metano y otros hidrocarburos y amonía¬co. La densidad, a pesar de las grandes pre¬siones a que están sometidos, es lógicamen¬te baja, del orden de 1 g/cm3, que coincide con la densidad del agua a 4º C en la Tierra. En Urano y Neptuno predominan el amoní¬aco, el metano y el agua (como hielo), mien¬tras que Júpiter y Saturno están formados ca¬si exclusivamente por hidrógeno y helio.



ORBITAS DE LOS PLANETAS



Los planetas, así como los cometas y aste¬roides, tienen todos un movimiento de traslación alrededor del Sol y un movimiento de rotación sobre sí mismos. Los satélites tienen también doble movimiento, pero, en vez de girar alrededor del Sol, lo hacen alrededor del planeta correspondiente. Las leyes bá¬sicas de estos movimientos son simples, y fue¬ron enunciadas por Kepler a comienzos del siglo XVII:

• La órbita de los planetas es una elipse, con el Sol situado en uno de los focos.

• El radio vector Sol-planeta de cualquie¬ra de los planetas describe áreas proporcio-nales al tiempo.

• La relación entre el período de revolu¬ción orbital alrededor del Sol (P) y el semie¬je mayor (A) de la órbita (elipse) es siempre constante P2/A3 — constante.

De estas leyes se deduce que los planetas se desplazan tanto más lentamente cuanto más lejos están del Sol (velocidad orbital). Así, Mercurio, a cerca de 58 millones de Km. del Sol, tiene una velocidad de 47,89 Km/s; la Tierra, a 150 millones de Km., se desplaza a casi 30 Km/s; y Neptuno, a cerca de 4 500 millones de Km., tiene una velocidad orbital de 5,43 Km/s.

Se denomina plano de la eclíptica al que corresponde a la órbita terrestre. Se verifica que todos los planetas giran aproximada¬mente en el mismo plano, es decir, la órbita de los planetas y la eclíptica forman ángu¬los pequeños. Sólo Mercurio, el planeta que se halla más cerca del Sol y Plutón, el plane¬ta más alejado, se apartan un poco de la re¬gla general. La órbita de Mercurio forma un ángulo de 7º con la eclíptica, y la de Plutón, un ángulo de 17º. Además, las órbitas son todas muy poco excéntricas (casi circulares). También en este caso Plutón es una excep¬ción: su órbita es tan excéntrica que corta la

de Neptuno, si bien no existe ninguna po¬sibilidad de que colisionen.

La revolución planetaria (giro alrededor del Sol) de todos los planetas se produce en el mismo sentido. La rotación (giro sobre sí mis¬mos) también tiene lugar en el mismo senti¬do que la revolución, excepto en el caso de Venus y Urano; pero estos planetas, en vez de presentar como los demás un ecuador prác¬ticamente paralelo al plano de órbita, tienen una inclinación del orden de 180 y 97º res¬pectivamente. La órbita de la Tierra tiene, en la actualidad, una inclinación de 23,45º. Esta inclinación varía entre 21,8 y 24,4º, en un pe¬ríodo de cerca de 41 000 años. Precisamente, esta inclinación es la responsable de la suce¬sión de las estaciones. La rotación es, por lo general, muy rápida y su duración es inferior a las casi 25 horas de Marte. Los más rápidos, Júpiter y Saturno, lo hacen en torno a las 10 horas. Por el contrario, los dos más cercanos al Sol tienen unos días extraordinariamente largos: la rotación (día) de Venus dura 243 días terrestres, y casi 59 la de Mercurio.



FORMACIÓN DEL SOL Y SUS PLANETAS



Hasta aquí se han expuesto hechos obser¬vables. Pero la curiosidad del hombre le lle¬va a plantearse interrogantes sobre el pasa¬do y sobre el futuro. ¿Cómo se formó el Sol, sus nueve planetas, los satélites de éstos y los asteroides? En la constelación de Sa-gitario, a 4,500 años luz o a casi 289 millo¬nes de veces la distancia de la Tierra al Sol, hay una nube de polvo e hidrógeno con un diámetro de unos 30 años luz. Tiene partes brillantes que emiten una radiación corres¬pondiente a las estrellas azules, un núcleo central con un cúmulo de estrellas jóvenes (de unos 200 millones de años), zonas de pol¬vo y ciertas manchas circulares que podrían ser nubes de gas y polvo a punto de colap¬sarse sobre sí mismas, originando nuevas es¬trellas, con sus sistemas de planetas, peque¬ños fragmentos de rocas (asteroides) y de polvo, gas y hielo (cometas).

¿Se están originando en esa nebulosa nue¬vos soles y nuevos planetas? ¿Fue así como se originaron el Sol y la Tierra? Nadie puede afirmarlo con certeza, pero éste es un mo¬delo verosímil de la formación del Sistema Solar. El polvo y el gas, provenientes a su vez de la explosión de una estrella, se concen¬traron en un gran disco giratorio. En su cen¬tro se concentró la mayor parte de la ma¬teria (99,87 %), 1,9 x 1033 g (por encima del límite crítico, 1033 g) capaz de provocar un colapso gravitatorio y desencadenar la fusión de los núcleos de hidrógeno y todos los procesos termonucleares subsiguientes. Esta gigantesca central termonuclear proporcio¬na la energía para el origen, evolución y ocu¬pación de la superficie terrestre por los se¬res vivos y, entre ellos y desde hace muy poco tiempo (menos de dos millones de años), el ser humano, este animal bípedo que se in¬terroga sobre el origen del Sistema Solar.

En las zonas periféricas del disco giratorio, las partículas de polvo colisionaron formando fragmentos rocosos y concentraciones de gases. Estos fragmentos vuelven a colisionar entre sí. Unos se pulverizan nuevamente, mientras que otros aumentan de volumen al agregar nuevos fragmentos. A medida que crecen, su masa atrae nuevas partículas. Fueron cientos de millones de años. El Cosmos nunca tiene prisa. El Sol en el cen¬tro y, en órbitas casi circulares, se sitúan es¬tos agregados, gigantescos en sí mismos, pe¬ro simples partículas de polvo comparados con el Sol: si se reduce el Sol a una esfera con un volumen de 1,5 km3, la Tierra sería como un granito de arena de 1 mm3.

Entre Marte y Júpiter queda un hueco don¬de no se concretó la agregación de un pla-neta. En ese hueco se situó un cinturón de asteroides. El diámetro de muchos de ellos alcanza centenares de kilómetros, llegan¬do el de Ceres a los 1,025 Km. Desde el pun¬to de vista mineralógico, estos asteroides tie¬nen un gran parecido con los planetas telúricos. Los denominados C (condritos) se componen de silicatos hidratados y carbo-no; los del tipo S (siderolitos) contienen si¬licatos ferromagnésicos (olivino, piroxenos) y una fase metálica (Fe, Ni); los del tipo M (sideritos) son totalmente metálicos. Otros, los planetas frustrados, fueron atrapados por el campo gravitatorio de los verdaderos planetas y constituyen las muchas decenas de satélites (lunas) que se conocen. En otros casos, los agregados de partículas no tuvieron entidad suficiente para formar un satélite ni para independizarse como asteroides. Atrapados en la órbita de planetas gigantes, Júpiter y Saturno, forman los discos ecuatoriales de fragmentos de ro¬ca que tanto impresionaron a Galileo, quien los observó por primera vez en el año 1610.

Finalmente, existen esos objetos celestes que los griegos denominaron astros «de lar¬ga cabellera», los cometas. Son masas de hie¬lo y polvo de partículas del tamaño de las ar¬cillas, raramente mayores. Lejos del Sol, en el afelio, constituyen una masa fría y des¬nuda de varios kilómetros de diámetro; pe¬ro, cuando su órbita los acerca al Sol (pe-rihelio), parte del hielo se evapora y forma, con las partículas sólidas en suspensión, es¬pectaculares colas de millones de kilómetros.



LOS METEORITOS



Una vez formados los planetas, y no sólo du¬rante los primeros centenares de millones de años, continuaron impactando en ellos frag¬mentos rocosos (asteroides) y de hielo y pol¬vo (cometas). El mismo año en que Galileo descubrió los anillos planetarios, publicó una serie de dibujos de montañas y cráteres ob¬servados en la Luna. Doscientos años más tar¬de, Franz von Paula (1826) propuso la hipó¬tesis de que los cráteres lunares fueron producidos por impactos de meteoritos. A partir de la década de 1960 se detectaron crá¬teres parecidos en Marte (donde, por no exis¬tir atmósfera, son muy numerosos), Venus, Mercurio, etcétera. En Júpiter, planeta gase¬oso, los impactos no dejan huella, pero sus satélites están acribillados de cráteres. En la Tierra, planeta con una dinámica interna (tec¬tónica de placas) y externa (capas fluidas), los meteoritos se desintegran al entrar en la at¬mósfera o bien las huellas de sus impactos desaparecen por la erosión.

No queda ningún registro de la primera etapa de formación del Sistema Solar, pero se dispone de la evidencia de impactos más recientes, como el de Arizona, con unos 200 m de profundidad y unos 1 200 m de an¬chura, que tuvo lugar, aproximadamente, hace unos 25 000 años. Se calcula que aún en la actualidad entran diariamente en la at-mósfera terrestre muchas decenas de millo¬nes de meteoritos. Casi todos, más del 99,9 por ciento, se pulverizan al impactar con la atmósfera y caen en forma de polvo. Las lla¬madas «estrellas fugaces» no son más que manifestaciones visuales de estos impactos.











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