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curso de quimica eleborado por miembros del Consejo General de Huelga de la UNAM, 1999-2000 para el servicio de la comunidad que desea ingresar a la misma.
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Unidad 2
La Tierra en el Universo y en el Sistema Solar.
TEMAS
• El Universo
1. Teoría de la Gran explosión.
2. Expansión del universo.
3. Medidas astronómicas.
• Nuestra galaxia: La Vía Láctea
1. Composición y movimientos.
2. Ubicación del Sistema Solar
El UniversoEstá constituido por enormes agrupaciones de estrellas llamadas galaxias, además de materia oscura, polvo cósmico y gases, entre los que predominan el hidrógeno (75 %) y el helio (25 %)
La Gran ExplosiónLa mayoría de los científicos suponen que el Universo se formó hace 15 mil millones de años.
En ese entonces, toda la materia del Universo estaba sumida en la oscuridad y condensada en lo que se llama el “huevo cósmico” o “átomo primordial”.
La masa, que ocupaba un espacio reducido, era de tal densidad que una pequeñísima porción de ella pesaría millones de toneladas.
La Gran ExplosiónLa presión y la temperatura eran tan elevadas que ese “átomo primordial” explotó, lanzando la materia en todas direcciones y a grandes velocidades.
Esa materia estaba constituida principalmente por hidrogeno y helio; a partir de esos elementos comenzaron a formarse las galaxias y 3 mil millones de años más tarde las primeras estrellas comenzaron a brillar debido a reacciones atómicas; entonces se hizo la luz.Ésta teoría se conoce como la Gran explosión o el Big- Bang.
La Gran Explosión
El Universo en expansiónLos astrónomos observaron que las galaxias se alejan cada vez más entre sí.
Cada minuto que pasa, el volumen total del Universo aumenta, como si fuera un enorme globo que es inflamado continuamente, donde estrellas y galaxias se alejan entre sí.
El Universo en expansiónEsta expansión se debe al impulso originado durante la gran explosión.
Los cálculos de las astrónomos indican que cada 1400 millones de años se duplica la distancia entre las galaxias, y en ellas, cada día nacen y mueren estrellas.
El Universo en expansión
Andrómeda, la galaxia gemela más cercana a nuestra galaxia, se encuentra a 2.5 millones de años luz de la Tierra.
El alejamiento de las galaxias se conoce por el espectro de luz color rojizo que van dejando.
Si se estuvieran acercando, su espectro de luz sería azulado. Es el llamado efecto Doppler.
El Universo pulsante Algunos astrónomos consideran que las galaxias dejarán de alejarse cuando se termine el impulso inicial de la Gran Explosión.
Entonces, se producirá el “freno gravitacional” que hace que el Universo se contraiga de nuevo.
Las galaxias formarán una sola masa de altísima densidad, la que nuevamente explotará y se iniciará una nueva fase de explosión-expansión-contracción.
Esta teoría se conoce como el Universo Pulsante, Universo Oscilatorio o Big Crush.
Evolución del universo
Origen del sistema SolarExisten numerosas teorías acerca del origen del sistema planetario; actualmente una de las más aceptadas es la Teoría de la Acreción, expuesta por W. Cameron.
Teoría de la AcreciónEsta teoría sugiere que hace 4 600 millones de años el Sol y el Sistema Solar evolucionaron de una nebulosa primitiva formada de gas interestelar y polvo.
Esta nebulosa empezó a contraerse debido a la atracción gravitatoria de sus partículas ocasionada, probablemente, por la explosión de una supernova próxima.
La onda de choque producida obligó a la nube proto-solar a contraerse.
Teoría de la AcreciónEn la parte más compacta de la masa se inició la formación del Sol,; su temperatura ascendió a millones de grados, con lo que se iniciaron las reacciones termo nucleares.
Y el Sol empezó a brillar.
A medida que la materia que rodeaba al Sol fue enfriándose, las partículas entraban en colisión y se adherían unas a otras, formando gradualmente por acreción, cuerpos cada vez más grandes que constituyeron los planetas.
Origen e historia primitiva de la tierra
Teoría nebular de la creación del Sistema Solar
Una nube de gas y partículas estaban en rotación, a su debido tiempo y causa de esa rotación, la gravitación, la nube se aplana y adquirió una forma discoidal.
La nube continuaba concentrándose y compactándose, la temperatura subió y en el centro de la nube empezó a arder H y He, nuestro sol nació. Turbulencias en el resto de la nube causaron el nacimiento de planetesimales, estos forman en colisión los planetas.
Diferenciación de la tierra (4.600 millones años atrás): Existen dos teorías, la diferenciación sobre la densidad y sobre el punto de fusión de los elementos.
Crecimiento de la corteza:
Lentamente y continuamente refrigeración de la tierra. El calor de la radioactividad y la energía gravitacional provoca una fusión parcial, el líquido sube a la superficie y refrigera, esto esta la primera corteza. Después de diferentes fases de fusión parcial de la corteza primitiva, se forma una corteza liviana, que no se siguió fusionando. Esta corteza lleva a la formación de los primeros continentes con estabilidad.
Evolución de la atmósfera y de los océanos:
La primera atmósfera se compone de H y He. La tierra era todavía liquido, esto significa que no había agua (H2O) libre. Los elementos se alejan, por la causa de la gravitación que esta suficientemente fuerte para retener H y He. La segunda atmósfera se compone de H2O, CO2, SO2, CO, S2, Cl2, N2, H2, NH3 y CH4.
Estos gases vienen de la exhalación de los volcanes. La tierra tiene ahora un núcleo diferenciado, eso significa también un campo magnético, los gases no pueden alejarse. En esta segunda atmósfera no existe O2 libre, O2 no es un gas volcánico. Con esta atmósfera el agua que exhala puede condensarse, los primeros océanos se forman. El primer O2 libre existe desde 3.600 millones de años atrás, su producción resulta de la fotosíntesis y de la disociación fotoquímica.
Medidas astronómicas
Unidad astronómica (UA)
1 UA = 150 000 000 kmDistancia de la Tierra al Sol.
Años luz (AL)
1 AL = 9.4 billones de kilómetros
La distancia que rrecorre la luz en 1 año a razón de 300 000 km/s
Medidas astronómicas
Parsec 3.26 años luz
kiloparsec 3260 años luz
La Vía LácteaA la galaxia donde se localiza nuestro sistema planetario, los griegos la llamaron Vía láctea.
Corresponde a la parte ecuatorial, donde se encuentra el mayor número de estrellas y que, desde nuestro planeta, se observa como una nube blanquecina.
La Vía Láctea
La Vía LácteaEstá compuesta por más de 100 mil millones de estrellas, gases, polvo cósmico y materia oscura. Su diámetro ecuatorial se calcula en 100 mil años luz.
Tiene forma de espiral y el Sistema Solar se localiza en el Brazo de Oríón, a 30 mil años luz del centro de la galaxia.
La Vía LácteaVista de perfil tiene forma de lenteja, debido a que tiene un movimiento de rotación que mantiene los brazos de la espiral en un solo plano.
Completa una vuela sobre sí misma cada 240 millones de años.
CUESTIONARIO
( ) Galaxias a) El elemento más abundante del Universo
( ) 240 millones de años b) Teoría del Universo Pulsante
( ) Hidrógeno c) Conjunto de estrellas
( ) 3.26 años luz d) Edad del Universo
( ) 15 mil millones de años e) Diámetro de la Vía Láctea
( ) Expansión del Universo f) Tiempo de rotación de la Vía Láctea
( ) Helio g) Nacimiento de las estrellas
( ) 12 mil millones de años h) Valor del pársec
( ) Expansión-contracción i) Segundo gas en abundancia
( ) 100 mil años luz j) Resultado de la Gran Explosión
El Sistema solar
TEMAS
• El Sol, nuestra estrella
1. Características y movimientos.
2. Influencia en la Tierra.
3. Origen del Sistema Solar
• El Sistema Solar
1. Carácteristicas de los planetas interiores y esteriores.
2. Importancia de la ubicación del Sistema Solar.
3. La Luna: carácteristicas y su influencia en la Tierra.
El SolEl Sol es sólo una de los millones de estrellas que forman nuestra galaxia, pero es la estrella que le da luz y calor a la Tierra y rige los movimientos de todo nuestro sistema planetario.
Desde hace 4600 millones de años, el Sol funciona como un gigantesco reactor nuclear, en donde se produce la fusión de átomos de hidrógeno para formar átomos de helio.
El SolDurante este proceso se desprende una gran cantidad de energía, que el núcleo llega a las capas superiores del Sol, y de ahí se dispersa al cosmos en forma de luz y de distintos tipos de radiación.
A pesar de encontrarse a una distancia de 150 millones de kilómetros de la Tierra, las enormes temperaturas que se generan en su núcleo llegan a nosotros en forma de energía lumínica y calorífica suficiente para haber hecho posible el desarrollo de la vida.
La luz tarda en llegar a la Tierra 8 min con 18 s.
Características del Sol
En el sol se distinguen varias capas
1. Núcleo (130 000 km).
2. Zona radiactiva (380 000 km).
3. Zona convectiva (150 00 km)
4. Fotosfera (400 km)
Características del Sol
5. Manchas solares
6. Cromosfera (10 000 km)
7. Protuberancias.
8. Corona (1 000 000 km)
Características del SolEn el núcleo solar se distinguen la zona radiactiva y la zona convectiva.
En esta última se presentan corrientes de ascenso y de descenso de la materia incandescente, lo que repercute en la fotosfera al darle apariencia granulosa.
De la superficie del sol y a través de la corona se desprenden fulguraciones magnéticas denominadas viento solar, que causan trastornos a las comunicaciones y, cuando parte de ellas penetra a la atmósfera terrestre, producen las auroras polares.
Características del SolLa Tierra está protegida de este viento solar mediante un escudo magnético formado por los añillos de Van Allen, que forman la magnetósfera, la cual nos protege de las partículas dañinas del Sol.
La onda de choque con el viento solar deforma a la magnetósfera y la alarga.
La magnetósfera
Estructura del Sol
Parte no visible
Núcleo 670 000 km
Es la parte interna del sol. Su temperatura se calcula en 15 000 000 |C, y se debe a la fusión nuclear del hidrógeno. Incluye las zonas radiativa y convectiva.
Parte visible Fotosfera 400 km
Es la superficie del sol. Su temperatura es de 6000 °c. Ahí se observan las manchas solares, que son torbellinos de gases que alteran el campo magnético de la Tierra.
Estructura del Sol
Parte visible
Cromósfera 10 000 km
Corona
1 000 000 km
Es la atmósfera solar formada de gases de color rosado. De ella se elevan y descienden columnas de gases como llamaradas, llamadas protuberancias.
Es un halo de gases luminosos que rodea a Sol. Los gases están altamente ionizados y alcanzan temperaturas de hasta 1 000 000 °C.
El Sol en cifras
Edad 5000 millones de años.
Diámetro 1 392 000 km.
Masa 330 000 veces la masa de la Tierra.
Volumen 1 300 000 veces mayor que la Tierra.
Tiempo de rotación 25 días en el Ecuador y 33 en los Polos.
El Sol en cifras
Distancia Tierra-Sol 150 000 000 de km.
Distancia a la estrella más cercana (alfa Centauro)
4.3 años luz.
NotaSe calcula que su energía se agotará en aproximadamente 5000 millones de años.
Movimientos del SolTodos los astros en el espacio sideral realizan un movimiento de rotación y otro de translación.
El Sol gira sobre su propio eje, y completa una rotación en 25 días en el Ecuador y en 33 en los días en las zonas polares.
Esta diferencia se debe a que se encuentra en estado gaseoso.
El mismo tiempo, el Sol se traslada alrededor del eje de la Vía Láctea para completar una órbita cada 240 millones de años.
Influencia del Sol en la TierraEl sol es un astro insustituible para la Tierra.
La distancia que nos separa de él determina que llegue la luz y el calor suficientes a nuestro planeta, para produzca el ciclo hidrológico, lo cual ha hecho posible el desarrollo de la vida.
En los planetas que se encuentran más alejados reina la oscuridad y el frío, y en los más cercanos predominan temperaturas calcinantes.
Influencia del Sol en la TierraDebido a la energía solar:
Las plantas pueden realizar el proceso de fotosíntesis y así generar oxígeno.
Se produce el ciclo hidrológico, al evaporar el agua de los océanos que, al condensarse, origina la lluvia que provee de agua a los ríos, manantiales, vegetación y fauna.
El Sistema SolarEstá constituido por el Sol y todos los astros que giran a su alrededor, en donde destacan los planetas, los satélites, los asteroides, lo meteoritos y los cometas.
La observación de los movimientos de las astros condujo a Kepler y a Newton a establecer nuevos conocimientos acerca del universo.
El Sistema solar
Leyes de KeplerJohannes Kepler, astrónomo alemán (1571-1630), descubrió que las órbitas de los planetas son elípticas, y que la velocidad de éstos aumenta al acercarse al Sol.
Leyes de Kepler
Ley de la Gravitación UniversalIsaac Newton 81643-1727) enuncio que: “Los cuerpos en el espacio se atraen en forma directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de sus distancias”.
Esta ley explica por qué el sol y los planetas se atraen entre sí, y por qué esta fuerza se atracción es mayor sobre Mercurio que sobre Neptuno, que es el planeta más alejado.
CUESTIONARIO
1. La galaxia donde se encuentraa el Sistema solar se llama____ y su Diámetro_____.
2. La capa del Sol en que se forman las manchas solares es...
3. La capa del Sol en donde se generan las protuberancias se llama...
4. La Tierra se protege del viento solar mediante la...
5. El movimoento del sol alrededor de la Vía Láctea tiene una duración de...
