El Universo

Conceptos Fundamentales

Firmamento: Es la bóveda celeste sobre la que aparentemente están situados los astros. La posición de los astros se describe como si estuvieran colocados en la superficie de una esfera imaginaria denominada esfera celeste, en cuyo centro está la Tierra.

Astronomía: Ciencia que se ocupa de la observación de las estrellas, los planetas y la Luna.

Constelación: Es un grupo de estrellas que representan una figura determinada y que, vistas desde la Tierra, mantienen sus posiciones a lo largo de miles de años.

Modelos del Universo

Concepción Aristotélica

Aristóteles distingue dos regiones en el universo:

• Región terrestre: Constituida por la Tierra, que ocupaba el centro del universo.
• Región celeste: Se compone de esferas concéntricas transparentes que rodean la región terrestre. En cada esfera está situado uno de los cuerpos celestes, y en la última se encuentran todas las estrellas en posiciones fijas.

Sistema Geocéntrico

Este sistema sitúa a la Tierra en el centro del universo y describe los movimientos de los astros mediante un método de referencia fijo en la Tierra. Fue elaborado por Claudio Ptolomeo. En su sistema, el Sol describe una órbita circular en torno a la Tierra con un período de un día. Las estrellas son puntos brillantes en una esfera hueca que gira alrededor de la Tierra cada día. Describe el movimiento de los planetas mediante la composición de dos movimientos circulares:

• El planeta describe una órbita circular, denominada epiciclo, alrededor de un punto C.
• El centro C del epiciclo describe, a su vez, una órbita circular con centro en la Tierra.

El sistema geocéntrico se ajusta a las observaciones cotidianas.

Sistema Heliocéntrico

Este sistema sitúa al Sol en el centro del universo. Fue propuesto por Aristarco de Samos, pero sus ideas no fueron tomadas en consideración, y fue de nuevo propuesto por Nicolás Copérnico. El Sol está inmóvil en el centro del universo, la Tierra y los planetas describen trayectorias circulares en un mismo plano en torno al Sol, las estrellas están en posiciones fijas, y la Tierra tiene un movimiento de rotación sobre su propio eje con un período de un día.

Leyes de Kepler

Primera Ley de Kepler: Los planetas describen órbitas elípticas alrededor del Sol, que está situado en uno de los focos de la elipse.

Segunda Ley de Kepler: El vector posición de un planeta con respecto al Sol barre áreas iguales en tiempos iguales.

Tercera Ley de Kepler: El cuadrado del período de revolución de cualquier planeta, T, es proporcional al cubo de la distancia media del planeta al Sol, r. Donde, K es una constante de proporcionalidad igual para todos los planetas: T² = Kr³

Ley de Gravitación Universal

Dos cuerpos de masa m₁ y m₂, separados por una distancia r, se atraen con una fuerza directamente proporcional a las masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos: F = G ⋅ m₁m₂ / r² , donde G = 6.67 ⋅ 10⁻¹¹ Nm²/kg².

P = g ⋅ m

Síntesis Newtoniana

Newton consiguió explicar muchos fenómenos naturales como manifestaciones de una misma causa, la atracción gravitatoria:

• El movimiento de los astros: La fuerza gravitatoria es la fuerza centrípeta que mantiene a los planetas en sus órbitas alrededor del Sol y a la Luna alrededor de la Tierra.
• La caída de los cuerpos: Se debe a la atracción de la Tierra sobre ellos.
• Las mareas: La atracción conjunta del Sol y la Luna sobre las aguas produce deformaciones observables en la superficie de la Tierra.

Salvo para cuerpos que se muevan a velocidades próximas a la velocidad de la luz, las teorías de Newton siguen siendo válidas para describir el movimiento tanto de los astros como de los cuerpos terrestres.

Concepción Actual del Universo

El universo está formado por miles de millones de galaxias. Las galaxias son agrupaciones de miles de millones de estrellas. Las galaxias se agrupan en estructuras mayores denominadas cúmulos de galaxias. El Grupo Local es un cúmulo formado por la Vía Láctea, la galaxia de Andrómeda, la Gran Nube de Magallanes y otras galaxias. Las estrellas están compuestas fundamentalmente de hidrógeno y helio. Generan energía en reacciones de fusión nuclear, y emiten luz y otras radiaciones electromagnéticas. Para medir las distancias en el universo se utiliza el año luz.

Historia del Universo

Los científicos consideran que el universo se originó hace unos 15 mil millones de años en un proceso singular denominado Big Bang o Gran Explosión. Todo el universo era entonces un único punto que concentraba toda la materia que hoy existe. A medida que el universo se expandía, disminuían su densidad y su temperatura. Las partículas se agruparon y formaron núcleos de hidrógeno y helio, y más tarde, los átomos de los elementos químicos. Mil millones de años después del Big Bang comenzaron a formarse las galaxias, y el universo continuó su expansión, presentando ya un aspecto uniforme y vacío. En la actualidad, las galaxias continúan separándose unas de otras.

Observación del Universo

Los astros emiten radiaciones electromagnéticas, y esta es la principal forma de obtener información sobre ellos. Hasta el siglo XX, toda la información sobre el universo se obtenía con la luz visible mediante la observación a simple vista o con anteojos y telescopios. Actualmente se utilizan distintos aparatos que detectan las diversas radiaciones, como los radiotelescopios. El anteojo astronómico es una combinación de lentes con gran aumento angular; se pueden observar satélites de otros planetas del sistema solar, estrellas de poca luminosidad y otros cuerpos celestes. También existen diversos tipos de telescopios. Para conseguir observaciones más nítidas, es mejor colocar los detectores de ondas electromagnéticas fuera de la atmósfera en satélites artificiales, y en lanzadores y estaciones espaciales. Para el estudio del sistema solar también se utilizan las sondas espaciales, que llevan detectores de radiaciones electromagnéticas y otros instrumentos.