1.07. La investigación del Universo

  • La observación del cielo a simple vista sólo permitía estudiar una pequeña parte del Universo. Por esta razón se desarrollaron aparatos, instrumentos y técnicas de observación que han permitido obtener información de zonas muy lejanas del Universo o detalles de los astros más cercanos.
  • Entre ellos destacan: los telescopios y radiotelescopios, las sondas espaciales y las naves tripuladas.
  • Los telescopios ópticos recogen la luz visible, al igual que nuestros ojos, pero ampliamente magnificada, pueden fotografiar planetas, estrellas y galaxias. Funcionan en la Tierra y aun mejor en el espacio obteniendo fotografías mucho más claras.
  • Hay otras radiaciones del espectro electromagnético que están en los cielos, que no podemos observar a simple vista, muchas no llegan siquiera a la Tierra. Los telescopios terrestres de radio o radiotelescopios son antenas grandes de disco diseñadas para recoger ondas de radio largas.
  • Los telescopios infrarrojos y ultravioletas deben ser telescopios espaciales porque muy poca energía ultravioleta atraviesa la atmósfera de la Tierra. Los telescopios Spitzer y el GALEX (Explorador de Evolución de las Galaxias) está analizando casi todo el cielo bajo luz Infrarroja y ultravioleta respectivamente. Nos han permitido observar la formación de nuevas estrellas.
  • Los telescopios de rayos X (El Chandra) y los de rayos Gamma pueden operar únicamente en el espacio, pues los rayos Gamma de gran energía y longitud de onda muy corta, no pueden atravesar la atmósfera de la Tierra, nos han permitido observarla formación de agujeros negros

1.7.1. Los telescopios espaciales

Lee el siguiente texto y realiza las actividades que te proponemos al final del mismo
  • El Telescopio Espacial Hubble nos ha dado algunas vistas asombrosas del Universo que no pudimos ver desde la Tierra. El Hubble fue lanzado al espacio, el 25 de abril de 1990, con gran satisfacción de la NASA y de los astrónomos de todo el mundo. Pesa 11 toneladas y está en órbita terrestre a 570 kilómetros de altura. Ha sido reparado y mejorado a lo largo de los años por los astronautas Seguirá funcionando hasta el 2013 hasta ser sustituidos por, el telescopio James Webb ya en construcción
  • Se han lanzado en mayo de 2009 dos nuevos telescopios espaciales europeos: Planck y Herschel, dos joyas de la tecnología. Ambos van a observar los objetos y zonas más frías del universo y para ello los detectores deben estar enfriados hasta casi el cero absoluto (273 grados centígrados bajo cero). Esto se logra en Herschel y Planck con varias tecnologías en fases sucesivas y el mayor enfriamiento exige helio líquido.
  • La vida útil de Planck, un satélite de dos toneladas, es de 15 meses a contar desde que todos los instrumentos estén calibrados y listos para comenzar las observaciones astronómicas. Su objetivo es captar con un detalle nunca alcanzado hasta ahora las variaciones de temperatura en la primera luz observable del universo, 380.000 años después del Big Bang, luz que ahora permea todo el cosmos en el rango muy frío de microondas. La formación de las primeras estructuras del cosmos, la materia oscura y la energía oscura pueden empezar a desvelarse con los datos de esta misión científica. Incluso los cosmólogos esperan obtener datos que les den pistas sobre casi el origen mismo del universo y los procesos de los primeros instantes, y confirmar así o descartar sus teorías actuales al respecto
  • La misión científica de Herschel, un telescopio espacial de tres toneladas y media, debe durar al menos tres años. Su objetivo es ver las condiciones de nacimiento y evolución de galaxias lejanas para poder determinar exactamente su origen e historia inicial. Con él se podrá observar las zonas de polvo y gas en que se forman estrellas. Es un telescopio de infrarrojo con un espejo de 3,5 metros (el mayor lanzado al espacio hasta ahora).
a) Explica las diferencias entre los instrumentos utilizamos para observar el cielo.
b) Indica alguna de las características de los tres telescopios espaciales.
telescopio_plank.jpg
Telescopio espacial Planck

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Telescopio espacial Herschel




1.7.2. Las unidades de medida del Universo

Lee el siguiente texto y realiza las actividades que te proponemos al final del mismo
Cuando miras la luz de las estrellas y galaxias estás viendo su pasado. Algunas están tan remotas, que su luz ha tardado miles de millones de años en llegar a la Tierra. Las vemos tal como eran en su juventud. Puede que ya no existan. Tan solo vemos su luz viajar por el espacio.
Cuando hablamos de tamaño y de distancias en Astronomía, nos referimos a magnitudes de tal dimensión que las unidades de medida que utilizamos habitualmente no nos sirven y debemos emplear otras que sólo tienen sentido en el ámbito del Universo. La unidad básica de distancia (longitud) usada en Astronomía es el AÑO LUZ (a.l.), que es la distancia recorrida por la luz en un año. Teniendo en cuenta que la luz en el vacío se mueve a 300.000 km/s, deducimos que un año luz equivale a:
1 año = 365 días * 24 horas * 3600 s = 31.536.000 1 año luz (a.l.) = 31.536.000 s * 300.000 km/s = 9.460.000.000.000 km ≈ 9,5 *1012 Km ≈ 9,5*1015m ≈ 1013 km ≈ 1016 m (unos 10 billones de km)
Como ejemplos de distancias en el Universo podríamos citar los siguientes:
Estrella más cercana al Sol (Alfa Centauri)
4,3 a.l.
Distancia de la estrella Polar
300 a.l.
Longitud de la Vía Láctea
100.000 a.l.
Galaxia más próxima a la Vía Láctea
2.000.000 a.l.
Objetos más lejanos
14.000.000.000 a.l.

Otras unidades de longitud usadas en astronomía y sus equivalencias son:
La unidad astronómica (UA) es la distancia de la Tierra al Sol, equivales a unos 150 millones de kilómetros. El pársec, empleado para distancias muy lejanas, se define como la distancia a la que una UA subtiende un ángulo de un segundo de arco.
      • 1 UA ≈ 150 *106 km ≈ 1,50 * 108 km ≈ 1,5*1011 m
      • 1 pársec (pc) ≈ 206.265 UA ≈ 3,26 años luz ≈ 3,0857*1016 m ≈ 30,9 billones de Km
      • 1 megapársec (Mpc) = 106 pc = 3,26 * 106 al = 3,00857* 1022 m ≈ 3,0086*1019 km
Para distancias muy pequeñas se utiliza el nanómetro, el angstrom y el picómetro (1nm= 10-9 m; 1 Å= 10-10 m; 1pm= 10-12 m)
Si navegáramos en una nave espacial que viajase a la velocidad de la luz (cosa imposible en la actualidad), llegaríamos a la Luna en menos de 1 s. Al sol tardaríamos 8 minutos y medio. Después de más de 5 horas abandonaríamos el Sistema Solar. Tardaríamos 4 años y 4 meses en llegar a Próxima Centauri, la estrella más próxima al Sol. Si salimos en dirección al brazo de Perseo, tardaríamos aún más de 20.000 años en abandonar la Vía Láctea. Tendríamos que esperar más de 2 millones de años para llegar a la “cercana” galaxia de Andromeda.
a) Explica las diferencias entre los instrumentos utilizamos para observar el cielo.
b) Indica alguna de las características de los tres telescopios espaciales.
b) Calcula cuánto tarda la luz del Sol en llegar a la Tierra si están separadas 150 millones de km. ¿A cuánto equivale la distancia Tierra-Sol en tiempo luz?
c) Calcula a qué distancia de la Tierra está la Galaxia más próxima a la Vía Láctea (Andrómeda), si su luz tarda en llegarnos unos 2 millones de años.
d) Una nave espacial que viajara a una velocidad de 150.000 km/sg, ¿cuánto tardaría en llegar a la estrella Sirio que se encuentra a 6 años luz de distancia?
e) Para ir desde la Tierra hasta el extremo del universo observable, se deberían recorrer 46.500 millones de años luz. i) ¿A cuántos metros y km equivalen? ii) ¿Cuántos años se tardaría en llegar viajando a la velocidad de la luz?
f) Si una estrella que está a 5 años luz de la Tierra se apaga. ¿Cuánto tiempo tardaremos en enterarnos?

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