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LA TIERRA EN EL UNIVERSO

Introducción. La observación del cielo en una noche sin nubes ni luces próximas generalmente nos provoca fascinación, un sentimiento que va creciente cuando profundizamos en su conocimiento. Podemos distinguir muchas "estrellas", pero algunas en realidad son galaxias que están muy lejos, es decir inmensas agrupaciones de estrellas acompañadas de enormes nubes de gas y polvo cósmico, que se mueven juntos por el espacio. Las galaxias pequeñas "sólo" contienden unas 100.000 estrellas, mientras que las más granos pueden tener más de 3 billones (3 ·1012). Nuestra estrella, el Sol, sólo es una estrella más y el volumen de nuestro planeta, que a nosotros nos parece tan grande, es un millón a veces más pequeño que el del Sol. Es evidente que si no conocemos algo del Universo prácticamente ignoramos casi todo lo que existe. Por esto es tan importante su estudio y también porque quizás un día los humanos podremos viajar a otros puntos del Universo. En este capítulo encontrarás datos muy interesantes sobre el Universo y sobre nuestro Sistema Solar. 1. Universo. Es el conjunto de toda la materia que existe. Se ha comprobado que el Universo se encuentra en expansión continua. Según la teoría de "la gran explosión" (Big Bang), hace 15 000 millones de años todo la materia y energía se encontraban concentrados en un único punto que explotó. 2. Astro o cuerpo celeste. Es cada una de las masas de materia que hay al Universo. Hay muchos tipos de astros, los principales son las estrellas, los planetas y los satélites. 3. Estrella. Es un astro con luz propia. Es de naturaleza gaseosa y en su interior se producen reacciones atómicas en las cuales se desprende mucha energía calorífica y luminosa. Un ejemplo de estrella es el Sol. 4. Clasificación de las estrellas. Las estrellas se clasifican según su temperatura y según su tamaño.

Según la temperatura de su superficie las estrellas se clasifican en: rojas (3.000ºC), amarillas(6.000ºC), blancas (8.000ºC) y azules (unos 50.000 ºC).

Según el tamaño las estrellas oscilan entre un tamaño como el de nuestro planeta (estrellas enanas) hasta un tamaño 1000 veces mayor que el Sol (estrellas supergigantes). 5. La evolución de las estrellas. Las estrellas jóvenes se forman por condensación de átomos de hidrógeno y una pequeña fracción de átomos de otros tipos (polvo cósmico), que juntos forman las nebulosas. Los átomos de hidrógeno reaccionan entre si originando helio, que se acumula en el núcleo, y mucha energía. El hidrógeno superficial se dilata e irradía luz roja originando una estrella gigante roja. En su núcleo el helio se transforma en otros elementos químicos y, finalmente, según que su masa sea mayor o menor, se formará una enana blanca, una estrella de neutrones o un agujero negro. En ocasiones la estrella se colapsa y explota originándose una supernova. 6. Galaxia. Es una agrupación de estrellas, polvo cósmico y gas que se mueve por el espacio. Se conocen unas 100.000 galaxias. Cada una puede contener entre 100.000 a 3 billones de estrellas. Un ejemplo de galaxia es la Vía Láctea.

Tipo de galaxias. Según su forma se denominan: elípticas (1), espirales (2), barradas (3), irregulares o esferoidales .

7. Año luz. Es la distancia que recorre la luz en un año. Como la luz se mueve a 300 000 Km/s es una longitud enorme. Se utiliza para expresar la distancia entre las estrellas. 8. Vía Láctea. Es la galaxia en la cual se encuentra nuestro sistema solar. Está formada por unos 100 000 millones de estrellas. Es una galaxia de tipo espiral y presenta cuatro brazos. En uno de ellos se encuentra el Sol. Por esto por la noche se observa una mancha lechosa y alargada (camino de leche). Presenta un diámetro de 100 000 años luz y un grosor en el centro de 20 000 años luz. Una de las galaxias más próximas a ella es la galaxia de Andrómeda que está a 2 millones de años luz. 9. Nebulosa. Es una masa de polvo cósmico y gas que queda iluminada por las estrellas. 10. Planeta. Es un astro opaco, es decir sin luz propia, que gira alrededor de una estrella y que tiene un tamaño suficiente para generar una fuerza de gravedad que atrae a todos los demás cuerpos de su órbita. Un ejemplo de planeta es la Tierra.

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11. Planeta menor. Es un astro opaco que gira alrededor de una estrella y que no tiene un tamaño suficiente para generar una fuerza de gravedad capaz de atraer a otros cuerpos de su misma órbita. Mide entre 700 y 2 500 km de diámetro. Un ejemplo de planeta menor es Plutón. 12. Satélite. Es un astro opaco que gira alrededor de un planeta. Ejemplos de satélites son la Luna, que gira alrededor de la Tierra, y Fobos y Deimos que giran alrededor de Marte. 13. Constelación. Región del cielo delimitado por un grupo de estrellas que aparentemente se mueven juntas. Las principales ya eran conocidas en las primeras civilizaciones y recibieron nombres mitológicos. Por ejemplo Osa mayor, Osa menor, Orión, etcétera. Las 12 constelaciones que se observan cerca del horizonte y que la Tierra aparentemente recorre en una vuelta alrededor del Sol se denominan constelaciones zodiacales. 14. Sistema Solar. Es el conjunto de astros opacos que giran alrededor de una estrella. Un ejemplo es nuestro sistema solar, es decir el sistema solar dónde se encuentra el planeta Tierra. Está constituido por una estrella denominada Sol, por 8 planetas, 3 planetas menores, por 61 satélites y por numerosos asteroides y meteoroides. 15. Planetas de nuestro Sistema Solar. De mayor a menor proximidad al Sol los 8 planetas son:Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Según sus características se puede distinguir dos tipos: Los 4 planetas internos y densos. Son los más próximos al Sol. Tienen una estructura interna parecida a la de la Tierra, es decir están hechos de rocas y por ello se les denomina planetasterrestres o telúricos. Son Mercurio, Venus, Tierra y Marte . Los 4 planetas externos y ligeros. Son los más distantes al Sol. Tienen una estructura interna parecida a Júpiter, que básicamente está formado de hidrógeno y helio, y por ello se les denominaplanetas jovianos. Son Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. 16. Planetas menores de nuestro Sistema Solar. De mayor a menor proximidad al Sol los 3 planetas menores son: Ceres, que está en el llamado cinturón de asteroides que hay entre Marte y Júpiter,Plutón, que está más alejado que Neptuno, y Eris que es el último astro del Sistema Solar. Plutón y Eris giran alrededor del Sol en planos diferentes al de los planetas. 17. Movimiento de los planetas. Los nueve planetas presentan dos tipos de movimientos:

Movimiento de rotación. Es el de giro sobre su propio eje. Cada vuelta se denomina día. Movimiento de traslación. Es el de giro alrededor del Sol. Cada vuelta se denomina año.

18. Meteoroide. Astro opaco, generalmente rocoso, que gira alrededor del Sol y cuya dimensión oscila entre el de las moléculas que forman el polvo cósmico y los 50 km de diámetro. Si se desvían y atraviesan la atmósfera terrestre, el roce con el aire hace que se vuelvan incandescentes y generan un rastro de vapor brillante que recibe el nombre de estrella fugaz. Los más pequeños se desintegran antes de llegar a la superficie terrestre pero los más grandes llegan a impactar y reciben el nombre demeteoritos. 19. Asteroide. Astro opaco, generalmente rocoso, que gira alrededor del Sol y de dimensión superior a un meteoroide pero inferior a un planeta menor, es decir de entre 50 y 700 km de diámetro. El 94% de ellos se mueven en órbitas situadas entre Marte y Júpiter, formando el denominado anillo de asteroides. Son restos de materia del Sistema Solar que no llegaron a formar un planeta. 20. Cometa. Astro pequeño que sigue una órbita muy excéntrica y alargada y que sólo es visible cuando pasa cerca del Sol. El calor solar hace que se evapore el hielo superficial del cometa y que se levante polvo formando una larga cabellera que queda iluminada, la denominada cola del cometa.

El Sol y la Luna

Introducción. Todas las estrellas que vemos por la noche son grandes masas de átomos de gas hidrógeno que están reaccionando entre sí y liberando una gran cantidad de energía. Esta energía de origen atómico, denominada energía nuclear de fusión, puesto que procede de la unión de los núcleos de los átomos de hidrógeno, es la energía propia del Universo y, por lo tanto, la energía más natural. También es la que hoy mantiene la vida en nuestro planeta, la que hace millones de años permitió vivir el plancton que dio lugar al petróleo y a los árboles que dieron lugar al carbón, la que mueve el agua que después permitirá el funcionamiento de las centrales hidroeléctricas, la que origina los vientos que permiten obtener energía eólica, etc. A diferencia de la conocida energía nuclear de fisión de átomos de uranio esta energía no

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deja residuos contaminantes, lo cual es muy importante por evitar la contaminación radiactiva de nuestro planeta. Actualmente los científicos están intentando conseguir esta energía en la Tierra para poder sustituir la energía procedente de la combustión del petróleo, que está disminuyendo mucho y que, como origina mucho dióxido de carbono, que es un gas que dificulta la salida del calor desde la Tierra al espacio, está provocando un excesivo recalentamiento del planeta (efecto invernadero). El gran problema es que en la Tierra resulta muy difícil conseguir las enormes presiones y temperaturas que se dan en el interior del Sol y que, por el momento, parecen imprescindibles por obtener la fusión del hidrógeno. Hace falta apoyar mucho la investigación científica en este tema porque hoy casi toda la humanidad no puede subsistir sin una gran fuente de energía. Una vez más, el conocimiento del antiguo Universo es el que nos está dando la clave para encontrar la solución de nuestros problemas. 1 . EL SOL . El Sol es una estrella mediana de color amarillo. Su temperatura superficial es de 5500 ºC y su temperatura interna es de 15 000 000 ºC. Su núcleo está formato básicamente por átomos de hidrógeno que al reaccionar entre si forma helio y desprenden mucha energía, es la denominada energía atómica o nuclear de fusión del hidrógeno. Su diámetros 109 veces el terrestre, lo cual implica un volumen superior a un millón a veces el volumen de la Tierra. Dado que está constituido por gases su peso sólo es de unas 300000 veces el peso de la Tierra. El Sol presenta una estructura interna constituida por las siguientes tres capas: Núcleo. Es la parte central. Presenta una gran densidad (158 veces superior a la del agua), una elevada temperatura (15 000 000 ºC) y está sometido a una gran presión. En él se realizan las reacciones de fusión del hidrógeno. Zona de radiación. Es la zona intermedia. Por ella pasa la energía procedente del núcleo Zona de convección. Es la zona superior del Sol, la zona que hierve y que aporta energía a la fotosfera, que es su capa superficial. Se trata de una capa de sólo 400 km de espesor que está a 5500 ºC y que constituye el disco visible del Sol. Si el Sol se comparara con una manzana la fotosfera equivaldría a su piel. En la fotosfera se observan zonas más oscuras denominadas manchas solares, que son zonas de menor temperatura (unos 4000 ºC). Las pequeñas duran un o dos días pero la mayoría crecen y pueden durar entre unas semanas a un par de meses. Por encima el Sol presenta una atmósfera solar en la cual se pueden diferenciar dos capas. Cromosfera. Es la atmósfera inferior. Es rosada y casi transparenta. Presenta unos 10 000 km de espesor y una temperatura que oscila entre 5 500 ºC en su base y 1 000 000 ºC en su parte superior. Presenta una gran actividad. De una parte están las espícules que son eyecciones de hidrógeno que no sobrepasan la cromosfera, que duran unos diez minutos y que continuamente se producen muchas a la vez. Por otro lado están las protuberancias solares que son enormes surgencies de gas hidrógeno que pueden sobrepasar la corona. Unas vuelven a caer sobre la cromosfera formando un arco que dura unas horas, otras forman arcos más delgados que duran incluso años y un tercer tipo denominadas "*fulguraciones" son verticales y duran unos pocos minutos. Corona. Es la atmósfera superior. Consiste en un halo blancuzco que llega al millón de kilómetros de espesor y que presenta una temperatura que oscila entre 1 000 000 a 2 000 000 ºC . Sólo es visible en los momentos de eclipse, es decir cuando la Luna tapa el disco solar. En la corona también se originan protuberancias y la mayor parte de las radiaciones electromagnéticas solares de onda larga. El Sol se formó hace unos 4600 millones años por condensación de hidrógeno, helio y polvo cósmico (actualmente presenta un 75% de hidrógeno, un 23% de helio y un 2% de polvo cósmico) y se cree que se apagará dentro de otros 4500 millones de años, cuando se consuma todo su hidrógeno. 2 . PRIMERAS TEORÍAS CIENTÍFICAS SOBRE LA FORMA DEL SISTEMA SOLAR. Se diferencian dos grandes teorías científicas, la más antigua denominada geocéntrica y la más moderna denominada heliocéntrica.

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Teoría geocéntrica. Esta teoría propone que la Tierra es el centro del Universo y que los planetas y el Sol giran alrededor de ella describiendo circunferencias. Se fundamentaba en la observación diaria de la salida y puesta del Sol . Se remonta al siglo III aC. Posteriormente, en el siglo II dC, el griego Ptolomeo (90-168 dC) observó que en determinadas épocas del año los planetas se veían más brillantes y el Sol parecía más grande. Para explicar todo ello sin contradecir que las órbitas eran circunferencias Ptolomeo propuso que el Sol y los planetas seguían pequeñas órbitas alrededor de un punto el cual a la vez describía una gran circunferencia alrededor de la Tierra. Cuanto más observaciones hacía más circunferencias subordinadas había de imaginar, y así llegó a proponer hasta 39 de estas circunferencias. Es el denominada modelo de Ptolomeo. Teoría heliocéntrica. En esta teoría se propone que el Sol está en el centro y que es la Tierra y los otras planetas los que giran alrededor de él. Se remonta al siglo III aC. y fue recuperada por Copérnico (1473-1543 dC) en el siglo XVI, mejorada luego por Kepler (1571-1630) al demostrar que las órbitas no eran circulares sino elípticas y finalmente confirmada por Galileo (1564-1642) mediante observaciones con el telescopio que él inventó. 3 . La Luna. Es el único satélite de la Tierra. Se cree que proviene de un planeta que quedó girando alrededor de ella atrapado por su atracción. Es uno de los satélites más grandes del sistema solar, tiene un diámetro de 3476 km, es decir algo más de una cuarta parte del diámetro terrestre. Estas pequeñas dimensiones hacen que presente una fuerza de gravedad 6 veces inferior a la de la Tierra, por lo cual una persona que en la Tierra pesara 90 kg en la Luna sólo pesaría 15 kg y, por ello, sería capaz de dar grandes saltos. Otra consecuencia de esta pequeña fuerza de gravedad es que la Luna es incapaz de retener gases. Al no tener atmósfera, la temperatura media de su superficie varía mucho entre el día (107ºC) y la noche (-173 ºC). Estas condiciones hacen imposible la existencia de vida. Al no haber atmósfera cada vez que cae un meteorito el choque es muy violento y se produce un pequeño terremoto. Esto ha sido aprovechado para estudiar la estructura interna de la Luna con aparatos que fueron instalados por los primeros astronautas y que han permitido descubrir que, como la Tierra, presenta una corteza, un manto y un núcleo. En su superficie se pueden observar grandes cráteres que son el resultado del impacto de grandes meteoritos, inmensas llanuras como el denominado "Mar de la Tranquilidad" y cordilleras de miles de metros de altura. La Luna presenta un movimiento de traslación alrededor de la Tierra, en el que da una vuelta completa cada 27 días y 7 horas y un movimiento de rotación sobre si misma en el cual realiza una vuelta completa en ese mismo tiempo. Debido a ello la Luna siempre muestra a la Tierra la misma cara (cara visible). La otra cara se denomina "la cara oculta" de la Luna . Debido al movimiento de traslación se producen los siguientes fenómenos: las fases lunares, los eclipses y lasmareas. • Las fases de la Luna. Son las sucesivas partes de la cara de la Luna iluminada por el Sol que se pueden ver desde la Tierra en una vuelta completa. Si la Luna girara en el mismo plano de la eclíptica, es decir en el plano de giro de la Tierra respeto al Sol, cuando la Tierra estuviera entre el Sol y la Luna, la Tierra impediría que la Luna quedara iluminada por el Sol, pero como el plan de giro de la Luna respeto a la Tierra forma un ángulo de 3º respeto al plano de la eclíptica, en esta posición la Luna se ve completamente iluminada. Esto va cambiante a lo largo del mes a medida que la Luna da la vuelta a la Tierra y así se producen las diferentes fases lunares. Estas son: Luna llena. Es cuando la Luna está en una posición tal que por la noche se puede voz toda ella iluminada por el Sol Luna en cuarto menguante. Es cuando la Luna está en una posición tal que por la noche sólo podemos ver la mitad izquierda de la parte que ilumina el Sol. La Luna empieza a tener forma de C . Luna nueva. Es cuando la Luna está en una posición tal que por la noche no la podemos ver. Luna en cuarto creciente. Es cuando la Luna está en una posición tal que por la noche sólo podemos ver la mitad derecha de la parte que ilumina el Sol. La Luna en los días anterior ha presentado forma de D. • Los eclipses. Es la ocultación total o parcial de un astro respeto al espectador debido a la interposición de otro astro. Según el astro ocultado se distinguen los eclipses de Sol y los eclipses de Luna. • Eclipse de Luna. Se llama eclipse de Luna cuando es la Luna el astro que queda eclipsado,

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es decir que queda tapado. Este eclipse se produce cuando la Tierra se interpone entre el Sol y la Luna e impide que los rayos solares iluminen la Luna. Obviamente sólo se puede dar cuando hay Luna llena. Según que la Luna quede o no tapada completamente se diferencian los eclipses totales y los parciales. • Eclipse de Sol. Se llama eclipse de Sol cuando es el Sol el astro que queda eclipsado, es decir que queda tapado. Este eclipse se produce cuando la Luna se interpone entre el Sol y la Tierra e impide que desde la Tierra podamos ver el Sol. Obviamente sólo se puede dar cuando hay Luna nueva. Según que el Sol quede o no tapado completamente se diferencian los eclipses totales y los parciales. • Las mareas. Son los ascensos y descensos del nivel del mar debido a la atracción gravitatoria que la Luna y, en menor grado el Sol, ejercen sobre el agua. Estos astros provocan una apilamiento de agua en la zona oceánica más próxima a la Luna, y también en la zona opuesta, porque al ser mínima la atracción gravitatoria, la fuerza centrífuga origina otro apilamiento. Esto se traduce en un ascenso del nivel del mar, denominado marea alta o pleamar. Simultáneamente, en los dos lugares intermedios, y por la carencia de agua, se produce un descenso del nivel del mar que recibe el nombre de marea baja o bajamar. Debido al movimiento de rotación de la Tierra, en la mayoría de las costas cada día se producen dos ascensos (pleamares) y dos descensos (bajamares). Entre una pleamar y la siguiente generalmente transcurren unas 12 horas. En el Mediterráneo son variaciones de pocos centímetros pero en el Atlántico y otros océanos grandes pueden ser de varios metros. . EL PLANETA TIERRA. La Tierra es un planeta de forma esférica ligeramente aplanado en los polos. Su radio ecuatorial es de 6.371km y su radio polar es 14km inferior. Dado su distancia al Sol presenta una temperatura superficial media de 20 ºC, lo cual le permito mantener seres vivos, característica que no se da en ningún otro astro conocido. Los movimientos de la Tierra. La Tierra presenta un movimiento de rotación sobre su eje realizando una vuelta completa cada 23 horas y 56 minutos. Debido a este movimiento hay noche ydía. También presenta un movimiento de traslación alrededor del Sol dando una vuelta completa cada365,25 días. Por esto y para evitar desfases, tras tres años de 365 días hay un año bisiesto, es decir un año que tiene 366 días (por acuerdo este día es el 29 de febrero). Se traslada alrededor del Sol a una velocidad de aproximadamente 40 km/s describiendo una elipse en un plano denominado plano de la eclíptica. El origen de las estaciones. La sucesión de estaciones (primavera, verano, otoño e invierno) se produce debido a que el eje de rotación de la Tierra no es perpendicular al plano de la eclíptica, sino que forma con él un ángulo de unos 67º. Debido a esta inclinación, a medida que la Tierra se traslada alrededor del Sol varía mucho la inclinación de la radiación solar que incide en una misma zona a lo largo del año, originándose así épocas de mayor calor (cuando los rayos solares inciden más perpendicularmente sobre la superficie) y épocas de menor calor (cuando los raigs solares inciden más oblicuamente sobre la superficie). En el siguiente dibujo se puede observar como cuando en el hemisferio Norte es invierno en el hemisferio Sur es verano y viceversa. Posición 1. Esta es la posición del ciclo anual en la que al hemisferio Norte llegan más rayos solares y de forma más perpendicular y en la que al hemisferio Sur llegan menos rayos solares y de forma más oblicua. Por esto, en el hemisferio Norte se dan las temperaturas más altas del año, es el verano, y en el hemisferio Sur, se dan las más bajas, es el invierno. En el hemisferio Norte, el día del año en el que los rayos solares llegan más perpendiculares y hay más horas de luz es el 21 de junio. Es el día que empieza el verano. Se denomina por ello solsticio de verano. Posición 2. En el hemisferio Norte, tras el verano, el día en el cual hay tantas horas de luz como de oscuridad es entre el 22 y el 23 de septiembre. Es el día que empieza el otoño. Se denomina equinoccio de otoño. Posición 3. Esta es la posición del ciclo anual en la que al hemisferio Norte llegan menos rayos solares y de forma más oblicua, y en la que al hemisferio Sur llegan más rayos solares y de forma más perpendicular. Debido a ello en el hemisferio Norte se dan las temperaturas más bajas del año, es el invierno, y en el hemisferio Sur se dan las más altas, es el verano. En el

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Hemisferio Norte, el día del año en el cual los rayos solares llegan más oblicuamente y hay menos horas de luz es el 21 de diciembre. Es el día que empieza el invierno. Se denomina solsticio de invierno. Posición 4. En el hemisferio Norte, tras el invierno, el día que hay tantas horas de luz como de oscuridad es entre el 20 y el 21 de marzo. Es el día que empieza la primavera. Se denomina equinoccio de primavera. La estructura de la Tierra. En la Tierra tradicionalmente se distinguen cuatro zonas que de fuera a adentro son: 1 . Atmósfera. Es la capa de gases (básicamente nitrógeno y oxígeno) que envuelve el resto del planeta 2 . Hidrosfera. Es la capa de agua que recubre el 75% de la superficie del planeta. Está formada por los océanos, los mares, los ríos y los lagos. 3 . Biosfera. Es la zona de la atmósfera, hidrosfera y de la superficie rocosa en la cual hay seres vivos. 4 . Cuerpo central rocoso. Es la enorme masa de rocas y magmas que forma el planeta. En ella se distinguen tres capas: • Corteza. Es la capa sólida superficial. Se distinguen dos tipos de corteza:

• Corteza oceánica. Es la corteza que está bajo los océanos, es decir la que constituye los fondos oceánicos. Sólo tiene un espesor de 7 a 10 km y está formada por rocas volcánicas, básicamente por basalto. • Corteza continental. Es la corteza que constituye los continentes. Tiene un espesor de unos 40 a 60 km y básicamente está formada porrocas plutòniques, principalmente granito, y por rocas sedimentarias, principalmente arcillas y calcáreas .

• Manto. Es la capa que hay bajo la corteza. Está constituida por silicatos de hierro y de magnesio. Llega hasta 2900 km de profundidad y presenta zonas sólidas y zonas pastoses.

La capa superficial es sólida. Junto con la corteza recibe el nombre delitosfera La capa pastosa que hay debajo se denomina astenosfera. La capa sólida que hay bajo la astenosfera se denomina mesosfera.

• Núcleo. Es la parte central del planeta y por ello también recibe el nombre de endosfera. Está formado de hierro (Fe) y níquel (Ni) por lo que también recibe el nombre de Nife . Presenta dos capas:

El núcleo externo que es pastoso El núcleo interno que es sólido.