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Un poco (mas) sobre el Universo.

El Origen del Universo y la expansión.

 

La Cosmología nos habla del principio del Universo, de su evolución, así como de su final. El método científico nos permite actualmente acercarnos como nunca a comprender como se formó el Universo y como creemos, en base a nuestros observables, que finalizará.

 

¿Que datos tenemos para suponer que el Universo tuvo un origen y no suponer que vivimos en un universo eterno e inmutable como algunas cosmologías ancestrales pensaban?

 

La Paradoja de Olbers.

 

¿Por qué el cielo durante la noche es oscuro?

 

Esta pregunta, aparentemente tan simple, se la conoce como la paradoja de Olbers, formulada por el astrónomo vienes H. Olbers en 1826.

 

Supongamos que nos encontramos ante un universo infinito, eterno e inmutable, situación que nos recordará a ciertas Cosmologías antiguas. En este universo suponemos que esta lleno de estrellas, de infinitas estrellas independientemente de sus agrupamientos locales en cúmulos o galaxias. En cualquier dirección que miráramos en el cielo, nuestra línea de visión debería alcanzar la vista de una estrella, por lo que el cielo no debería ser oscuro, si no brillar todo el firmamento como un sol inmenso.

 

Pero de la experiencia de la observación de la noche estrellada y de la existencia de nosotros mismos, sabemos que ese escenario en el cual la vida a priori no sería posible, no existe. Podríamos argumentar la presencia de materia interestelar que absorbe la radiación de las estrellas, pero como el universo es eterno, la materia interestelar se habría ionizado a base de recibir calor de las estrellas y hubiera empezado a brillar también.

 

Según el planteamiento inicial, o bien el universo no es infinito, no es eterno o no es inmutable.

 

En realidad hoy sabemos que el universo esta en expansión, por tanto no es inmutable, y además tampoco es eterno, tuvo un origen.

 

Que las estrellas se alejen de nosotros a grandes velocidades (en grandes estructuras llamadas galaxias) implica que la luz se debilita al reducirse la longitud de onda de los fotones emitidos. La luz de las estrellas lejanas esta tan corrida al rojo que no podemos observarlas, de forma que esa energía apenas es capaz de aumentar la temperatura de un universo mayoritariamente frío.

 

Además de ello, saber que el universo tuvo un origen y admitir que tiene una edad, implica que cuando miramos muy lejos en el espacio y por tanto muy lejos en el tiempo, posiblemente miremos hacia lugares donde las estrellas aún no han empezado a formarse y brillar.

 

El universo, quizás infinito en extensión, es finito en edad, quizás unos entre 15 y 20 mil millones de años, de forma que la luz procedente de aquellas regiones aún no ha llegado a nosotros.

 

La Teoría del Big Bang

 

El hecho de descubrir que las galaxias se alejan unas de otras, y que cuanto más lejanas están, más se alejan, nos llevan a pensar en un universo en expansión.

 

No es difícil pensar, que si pasamos la película de la expansión del Universo en dirección contraria, en algún momento todas las galaxias estaban juntas, en el origen de lo que pudo ser el universo.

 

El modelo que explica el origen del universo en base a un instante inicial en el que se produjo un evento que inició la separación de la materia, se llama modelo de la gran explosión o Big Bang. Paradójicamente esta conocida denominación viene del destacado astrofísico ingles Fred Hoyle, detractor de la idea de expansión, que en 1949 utilizó el
término “Big Bang” en un programa de radio para ridiculizar la misma a favor de su teoría del estado estacionario.

 
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La teoría de un origen implica algunas consecuencias que deben ser manifestables mediante observables y los observables deben de estar de acuerdo a la teoría de un origen. Así, un pasado en el que la materia estaba más densa y más caliente, indujo a pensar en 1948 a George Gamow, uno de los padres de la teoría de la gran explosión junto al belga Lemaitre (1929) que formuló la hipótesis del átomo primigenio, que debía existir un observable de ese pasado, que poco después sería bautizado como fondo de microondas. La hipótesis de Gamow también explica la formación de los elementos más ligeros y sus proporciones en los primeros instantes del universo, llamada núcleo síntesis primordial.

 

El hecho de que el Universo se encuentre en expansión o estático ha suscitado también grandes polémicas en el pasado entre grandes astrofísicos.

 

 Einstein, en el desarrollo de su relatividad General (1916), la física que nos explica el Universo, no contemplaba un universo estático, sin embargo Einstein era inicialmente un defensor del modelo estático  y ello le llevó a buscar una errónea constante cosmológica para añadirlas a las formulas de su relatividad, cuya solución explicara satisfactoriamente el universo estático.

 

 Einstein reconocería años después que el intento de introducir una constante cosmológica, atendiendo a la creencia de cómo debía ser el universo, fue uno de los peores errores de su carrera. A Einstein también le debemos, junto con la primera formulación matemática del universo, el enunciado del llamado Principio Cosmológico, según el cual el Universo es homogéneo e isótropo considerando las grandes estructuras, lo que implica que no existe un lugar privilegiado de observación en el mismo.

 

Friedman (1923) sería el primer físico que aplicaría los desarrollos relativistas de las ecuaciones de campo de Einstein correctamente a un modelo de universo, obteniendo una solución a la que muchas veces se refiere por Friedman-Lemaitre-Robertson-Walker (modelo FLRW), que implica un universo en expansión (o contracción), homogéneo e isótropo.

 

En 1933 el astrónomo suizo F. Zwicky estudió la distribución de las galaxias y fue el primero en llegar a la conclusión que era preciso recurrir a la existencia de una cantidad de materia que no podemos observar (llamada materia oscura) que explique sus movimientos relativos. La introducción de un nuevo concepto como la materia oscura, veremos más adelante que es muy importante para saber como evolucionara el universo.

 

En 1965 el descubrimiento del fondo de microondas (Penzias y Wilson) fue el espaldarazo definitivo a la Teoría del Big Bang.

 

Los últimos 15 años, mediante el análisis de los datos del satélite de microondas COBE, HST y WMAP, se han logrado grandes avances en Cosmología, que siempre tratan de ampliar o detallar aspectos dentro de la Teoría del Big Bang, aunque no siempre con resultados previsibles, como los más recientes referidos a la supuesta aceleración en la expansión del Universo, que vendría a explicarse mediante la presencia de una energía negativa del vacío.

 

El Origen de la materia

 

Los físicos emplean el término eufemístico “singularidad” allá donde las funciones matemáticas que describen la física del objeto o lugar, adquieren valores de infinito o está definida en un sentido extraño, como con valores exóticos.

 

 Lógicamente cuando describimos procesos donde las densidades adquieren valores elevadísimos, como agujeros negros, o bien acontecimientos donde no comprendemos aplicando nuestras ecuaciones sus soluciones, nos solemos encontrar con singularidades.

 

El Big Bang generó las dimensiones desde una singularidad y la idea que tenemos de explosión como con las que estamos familiarizados, no es un concepto correcto, pues no estalló una gran cantidad de masa expandiéndose en el espació, pues fue la misma materia u energía en combinación con el espacio la que sufrió la expansión repentina.

 

No es un concepto fácil ni de explicar ni de transmitir, la cosmología dista mucho de ser una ciencia intuitiva pues se mueve con conceptos como dimensiones o singularidades que se nos escapan de nuestra experiencia habitual, y sólo podemos recurrir a comparaciones o analogías, casi siempre odiosas.

 

Según las observaciones de las supernovas de tipo 1a en galaxias lejanas y la variación minima de temperaturas observadas en el fondo de microondas, eco de la gran explosión, los científicos aceptan un valor para la edad del universo de unos 14.000 millones de años.

 

El universo inicialmente se encontraba lleno de energía muy densa y una alta temperatura y presión, de forma homogénea (uniformidad) e isótropa (proporciones idénticas). Tras el instante de singularidad inicial, se vio sometido a un enfriamiento e inflación muy rápido que produjo algo análogo a los cambios de fase que se estudian en termodinámica.

 

 

 universo

A los 10-35 segundos, la expansión exponencial dieron como resultado la primera condensación e energía en materia, una sopa quántica relativista de quarks-gluones. A medida que se enfriaba el universo, la sopa cuántica se reestructuro en un proceso llamado bario génesis en la que surgieron los bariones que formarían el protón y neutrón. Fue en ese momento cuando se produjo una asimetría entre la materia y antimateria y aparecieron las cuatro fuerzas de la física, y las partículas quánticas que ahora conocemos.


 

En el proceso denominado núcleo síntesis primordial, los protones y neutrones se combinaron formando núcleos de hidrogeno (H1), deuterio (H2), isótopos del Helio He3 y He4 y el isótopo del Litio Li7. Este proceso duraría apenas unos 3 minutos y se iniciaría sólo cuando las temperaturas bajaron lo suficiente para permitir la fusión nuclear.

 

La Teoría del Big Bang predice las proporciones de estos elementos formadas en esos instantes (75% H1, 25% He4, 0,01% de deuterio y 10-10% de Litio), y de hecho esa predicción constituye uno de los pilares más fuertes en la refutación de la Teoría, pues coincide con los observables.

 

 Los átomos más sencillos –hidrogeno y helio-, tal y como hoy los conocemos, no se formarían probablemente hasta pasados unos 300.000 años.

 

Con el tiempo, las regiones con mayor presencia de materia, se agruparon por fuerza de la gravedad, formando nubes de gas, estrellas y galaxias. El porque de la distribución, vendrá en buena medida determinada cuando obtengamos más y mejores medidas sobre la materia oscura, que actualmente se acepta que debe de representar el 80% de toda la materia presente en el Universo y que apenas acabamos de empezar a detectar.

 

El destino del Universo

 

Nos apoyamos sobre una Teoría bastante bien fundamentada y refutada por tres evidencias empíricas principales; la expansión del universo de acuerdo a la ley de Hubble, las medidas del fondo cósmico de microondas y la proporción de los elementos ligeros.

 

La Teoría del Big Bang explica satisfactoriamente el origen del universo e incluso su actual estado, pero encuentra grandes problemas para explicar su evolución o su final.

 

Hace unas décadas los cosmólogos se preguntaban si el universo continuaría expandiéndose indefinidamente (modelo de universo abierto), o bien si existiría suficiente materia para frenar la expansión y provocar un colapso (universo cerrado).

 

A la cantidad de masa necesaria para provocar que nos encontremos en un escenario u otro se la denominó densidad critica.

 

Si el universo se expande indefinidamente, las estrellas se iran apagando y la mayor separación e inter actuación de los sistemas impedirá nuevas generaciones de estrellas, la temperatura media del universo continuará bajando así como su densidad, de forma que el universo alcanzará el cero absoluto y objetos exóticos como los agujeros negros se evaporarían por efecto de la llamada radiación de Hawking (1976) que postula la emisión de energía en el horizonte de sucesos del objeto por fluctuaciones quánticas de las partículas debido a la aparición de pares partícula-antipartícula.

 

Sin entrar en más detalles físico-quánticos, el universo moriría térmicamente.

 

Sin embargo determinar con exactitud la cantidad de materia oscura, y la energía oscura que podría provocar una aceleración en la actual medida de la expansión del universo, son claves para determinar el destino del Universo

 

 

Los huecos del Big Bang

 

El actual modelo, basado en el Big Bang, no explica los primeros instantes tras la gran explosión, que esta íntimamente ligado a la teoría de la gran unificación.

 

Tampoco explica de forma satisfactoria la formación de las grandes estructuras observadas actualmente.

 

El hecho de que se haya observado una aceleración en la expansión del universo implica que la Teoría debe explicar de alguna forma ese observable, que en parte puede estar vinculada a la materia y energías oscuras, de las que conocemos muy poco.

 

Ilustraciones: Wikipedia

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La influencia de Ceres

Ceres es lo que hoy se llama un planeta enano y está localizado en el cinturón de asteroides, oscilando su distancia al Sol entre 2,5 y 3 unidades astronómicas (una unidad astronómica es aproximadamente la distancia media Tierra-Sol).

Desde bastante antes de su descubrimiento se sospechaba de la posible existencia de un planeta situado entre las órbitas de Marte y Júpiter. Bajo esta premisa el hipotético planeta fue buscado por un grupo de astrónomos que, sin embargo, no consiguieron encontrarlo. Es curioso que el 1 de enero de 1801, tan solo un año después de la infructuosa búsqueda, un astrónomo que estaba realizando un catálogo estelar lo observó casualmente. Su nombre: Giuseppe Piazzi.

Al día siguiente, 2 de enero, se nubló y al parecer la visibilidad durante ese mes fue un poco mala. Por ello no pudo publicar su hallazgo con un estudio de su movimiento hasta el 24 de enero. En esta publicación trataba su hallazgo como un «cometa» atípico, puesto que no se le observaba capa gaseosa, aunque, al parecer, él sospechaba que podía ser un nuevo planeta por su movimiento. No quería arriesgarse a decir que había descubierto un planeta y luego haberse equivocado.

Cuando esos datos publicados llegaron a  manos de Gauss, este ideó un ingenioso método matemático para calcular la órbita del cuerpo. Y efectivamente, con los pocos datos disponibles cálculos su órbita con gran precisión, confirmando que su órbita estaba a 2,8 unidades astronómicas, es decir, entre la órbita de Marte y la de Júpiter.

En un primer momento se lo catalogó de planeta. Y aunque más tarde, con la avalancha de descubrimientos de otros grandes asteroides en la misma órbita, se decidió clasificarlo como asteroide, se le puede encontrar en la bibliografía de la primera mitad del S. XIX considerado como planeta.

Curioso paralelismo con Plutón, que durante tanto tiempo se lo ha ha tratado de planeta y al final, los dos han acabado en el saco de los planetas enanos. Es gracioso que en la misma reunión de la Unión Astronómica Internacional en la que a Plutón se lo reclasificó, también se reclasificó a Ceres, convirtiéndose en el menor de los planetas enanos, cuando antes ostentaba el «título» de mayor asteroide conocido.

planetas-terrestres

Vale, si miráis los tamaños, Plutón duplica en tamaño a Ceres y eso puede ser una «razón válida» para que uno sea planeta y otro no. ¿O no? Tierra y Venus duplican ambos en tamaño a Marte, y Júpiter los deja a todos los demás planetas y cuerpos del sistema, a excepción de Sol, como enanos.

planetas2

Hace tiempo ya, no mucho después de dicha reunión, encontré en cierto foro sobre magia un hilo sobre la astrología y Plutón. Me llamó mucho la atención un comentario en especial, algo así como:

«no importa cómo lo clasifiquen para mí sigue siendo un planeta y lo voy a seguir usando para mi horóscopo.»

Al leer esto no pude evitar acordarme de Ceres y contesté algo así como:

«Que absurdo que la astrología haya empleado a Plutón durante este último siglo porque los astrónomos lo llamaron planeta, pero a objetos muy similares, que no se les ha llamado así, no los ha considerado. Sin ir más lejos ahí está Ceres, que no lo vas a encontrar en ninguna carta astral.»

No recuerdo que me contestara.

planetas

En el fondo, la moraleja de todo este asunto es que la astrología moderna es absurda, entre otras razones,  porque se basa en «los planetas». Pero esos planetas son aquellos que los astrónomos dijeron hace algo más de un siglo que lo eran. No importa otros objetos similares que están ahí y que no se llaman planetas. A Ceres no lo añadieron en la lista astrológica y si lo hicieron, al pasar a considerarse un asteroide, debió desaparecer.

En cambio a Plutón se lo llamó planeta y entonces pasó a  formar parte de las influencias astrológicas. El sistema solar está lleno de cuerpos, más grandes o más pequeños y la astrología sencillamente se queda «algunos», en concreto aquellos que si acudes a un libro de texto, se los llama planetas.

Con el cambio de clasificación de Plutón los astrólogos declararon que «no vana  dejar de usarlo porque lo digan los astrónomos» y se rasgaron las vestiduras. Me parece bien, pero si quieren ser coherentes entonces deberían decidir según que criterio Plutón es una «influencia» y Ceres no lo es. Bueno digo Ceres, pero podría decir Vesta, un asteroide del cinturón un poco menor que Ceres, o Eris, que es más grande que Plutón aunque esté más lejos de Sol que él. La lista sigue y vosotros mismos podéis haceros a la idea consultando una  lista de planetas enanos o de asteroides del cinturón.

Ésta no es, desde luego, la única incoherencia en la astrología. Sin embargo, es la que salió a relucir más recientemente con motivo de la reunión en 2006 de la Unión Astronómica Internacional, en la que se llevaron a cabo dichas reclasificaciones.

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La Astronomía y el inicio del Cine

El cine siempre ha sido reflejo de las inquietudes del gran público y una de las máquinas para estimular la imaginación. Es curioso como los temas astronómicos más pintorescos surgieron a principios del siglo XX, posiblemente por la llegada del Halley y por los numerosos eclipses de Sol que hubo en Europa en aquellos años. En España nació unos de los pioneros del cine, Segundo de Chomón,Fue, posiblemente el primero en filmar un eclipse de Sol al natural, sin embargo no he conseguido esa filmación (aun, se buscan voluntarios para la búsqueda.). Suyos también son «Voyage dans la lune» y «Voyage au planète Jupiter» que presento a continuación. Esta es una entrada cinematográfica por lo que mejor que dar paso a 4 obras maestras del cine mudo astronómico. Eclipse de Sol (no es la de Segundo, pero si es de la misma época), de Segundo, Excursión a la Luna y al Planeta Júpiter y el mítico viaje a la Luna de Melié.


‘leclipse de soleil en pleine lune
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Viaje al planeta Jupiter
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Excursion a la luna
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Viaje a la luna por Melié

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El Big Bang, las palomas y el televisor

Dicen los cosmólogos que el Universo nació con una Gran Explosión, o como dicen los anglosajones, un “Big Bang”. En realidad, no fue realmente una explosión, pero eso es otra historia. El hecho es que nuestro cosmos nació hace unos 13700 millones de años, millón más, millón menos, y por lo tanto tuvo un origen definido en el tiempo. De hecho, el tiempo nació junto con el Universo ¿Y cómo podemos estar seguros de que esta teoría es cierta? ¿No es acaso una idea metafísica que se escuda en unas matemáticas complejas y que no tiene mayor relevancia?

Pues obviamente, no. La primera prueba de que el Universo no podía ser estático, como se pensaba en el siglo XIX, vino de la mano de Edwin Hubble, quien se dio cuenta de que el Universo se estaba expandiendo al observar el movimiento de las galaxias cercanas. Si el Universo cada vez era más grande, era obvio que en algún momento tuvo que tener un origen. Claro que la palabra «obvio» no tiene el mismo significado para un científico que para el resto del mundo. Para que fuese un resultado obvio, debía estar respaldado por alguna teoría. Por suerte, esa teoría existía: la Relatividad General de Einstein, la cual predecía que el estado natural del cosmos era inestable. O bien se estaba expandiendo o contrayendo, lo que concordaba con las observaciones de Hubble.

Aunque la teoría estaba de acuerdo con la observación de la expansión del Universo, los cosmólogos no estaban satisfechos. Había que buscar más evidencias. Afirmaciones extraordinarias requieren pruebas extraordinarias, ya saben. La segunda evidencia del origen del Universo apareció al analizar una consecuencia lógica de la teoría del Big Bang. Si el Universo había sido originalmente más pequeño, tuvo que ser por fuerza mucho más caliente que en la actualidad, tanto que se originarían reacciones nucleares. Puesto que el Big Bang predecía que en el comienzo del Universo sólo se formó el elemento más simple -hidrógeno-, estas reacciones crearían distintos elementos, como por ejemplo helio y litio. La teoría de la nucleosíntesis primigenia -como así fue denominada- fue propuesta por George Gamow y Ralph Alpher, y encajaba bien con las observaciones de elementos a gran escala, aunque no explicaba la existencia de elementos más pesados. Pero esto último también es otra historia.

Faltaba una prueba concluyente, una que alejase cualquier posibilidad de duda respecto al Big Bang. Y esta prueba, este Santo Grial de la cosmología, era ni más ni menos que el resplandor de la creación. Si el Universo primigenio estuvo tan caliente como la teoría de la nucleosíntesis sugería, este calor no podía haber desaparecido por completo, del mismo modo que un pan recién sacado del horno conserva parte del calor con el que fue creado. Ya en 1948 Gamow y Alpher, junto con Robert Herman, calcularon que este calor residual debía ser de unos 5 Kelvin, o lo que es lo mismo, que en ningún lugar del Universo se podía alcanzar el cero absoluto, pues esta energía primordial impregnaba todos los rincones del cosmos. Poco después, Alpher, Gamow y Herman, volvieron a calcular el calor de fondo y obtuvieron unos 28 K. Esta temperatura podía ser detectada con la tecnología de la época, pero curiosamente nadie prestó atención a este dato. Y eso que había un Premio Nobel esperando a quien corroborase la veracidad de la predicción.

Hubo que esperar a principios de los años 60 cuando Yakov Zeldovich recuperó el dato de la temperatura de fondo del Universo. Como consecuencia, David Wilkinson, Jim Peebles y Robert Dicke, de la Universidad de Princeton, decidieron emplear una antena de microondas para detectar esta radiación. Pero a muy pocos kilómetros de allí, en Crawford Hill, dos ingenieros de los laboratorios Bell estaban trabajando con una antena de comunicaciones. Los dos ingenieros, Arno Penzias y Robert Wilson, tenían un problema: no podían eliminar un ruido de fondo que captaban constantemente con la antena. Tras comprobar que la radiación era homogénea, sólo cabían dos posibilidades: o era una emisión que provenía de todos los lugares de la bóveda celeste, o estaban ante un fallo de la antena. La pareja de ingenieros llegaron en un principio a la conclusión de que la causa del ruido eran los excrementos de una familia de palomas que habían usado la antena como hogar. Pero al limpiar la instalación y desalojar a los inquilinos alados, el ruido persistía. El azar quiso que Penzias y Wilson conociesen la existencia de un artículo pendiente de publicación -escrito por Peebles- sobre la existencia de una radiación de fondo en microondas. Poco después, los dos ingenieros llamaron a Dicke para discutir la relación de sus molestos ruidos con el origen del Universo. En ese mismo momento, Dicke se dio cuenta que el Premio Nobel se les había escapado de las manos. Efectivamente, en 1978 Penzias y Wilson recibieron el preciado galardón de la Academia Sueca.

Hoy en día se considera a este ruido, la llamada radiación cósmica de fondo, como la prueba más contundente del Big Bang. Y todavía podemos detectarlo usando un radiotelescopio casero, más comúnmente conocido como televisor. Y es que si elegimos un canal analógico sin señal, aproximadamente un 1% del ruido blanco que vemos en pantalla se debe al calor residual de la formación del Universo, más concretamente, la radiación generada al crearse los primeros átomos, unos 400 000 años después del Big Bang.

Y esta es la historia de cómo el origen del cosmos pudo ser confirmado pese a los excrementos de unas pequeñas aves y de cómo podemos detectar el calor de formación de los primeros átomos con un simple televisor. Así de asombrosa es la cosmología.

Penzias y Wilson delante de la antena que detectó el calor del Big Bang

Penzias y Wilson delante de la antena que detectó el calor del Big Bang

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Un poco sobre el Universo (I)

Un poco sobre el Universo (I)  

 

Cosmología

 

La palabra Cosmología procede del griego “cosmos” como orden y de “logia” como discurso. Ciñéndonos a los orígenes del vocablo griego, la cosmología trataría del discurso sobre el Cosmos como entidad ordenada, que es tal y como percibían los griegos el Universo.

 

Nuestra interpretación de las cosas depende del momento de la historia en que se realice. La historicidad de la ciencia es un hecho objetivo, aunque los hechos subyacen en todo momento a la interpretación que le demos.

 

 La cosmología es la ciencia que intenta explicar el universo en su conjunto con independencia del momento histórico en que se realice.

 

En cada momento de la historia se han realizado cosmologías del universo que se conocía, y a lo largo de la historia la cosmología ha involucrado a la religión, la filosofía y la ciencia. Pretendemos tener una visión global a lo que subyace a la realidad, con toda la complejidad que implique que el observador forme parte del objeto estudiado; el Universo.

 

 

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Las cosmologías de las diferentes civilizaciones han sido muy variadas. Nos es familiar la cosmología que hemos heredado de la Grecia clásica, pero deberíamos conocer, como recurso muy bello para hablar del universo, que por ejemplo en la cosmología Azteca, destruida tras la conquista de Méjico por Hernán Cortes en 1519, se creía que cuatro mundos o universos habían precedido al universo actual. Estos mundos habían sido destruidos por cataclismos, pero gracias a Dioses como Quetzalcoaltl y Tezcatlipoca, transformados después -tras su sacrificio- en el Sol y la Luna, se había reconstruido el mundo actual con los restos de los mundos anteriores. Hay que decir, que si la cosmología azteca esta dominada por sacrificios y mucha sangre.

 

El Sol, la Luna, Las estrellas, los planetas y la Vial Láctea, la cúpula estrellada en definitiva, han estado siempre presentes en todas las cosmologías a lo largo de la historia.

 

Las galaxias: primera parte del puzzle

 

Necesitamos introducir el concepto de galaxia para hablar del universo y su evolución. Para ello empezaremos hablando de la Vía Láctea.

 

Los romanos llamaron Vía Láctea a esa banda lechosa que cruza el cielo las noches de verano lejos de las luces urbanas. Al igual que todas las civilizaciones han agrupado las estrellas formando figuras llamadas constelaciones y le han dado una simbología relacionada con sus cultos y creencias, a la Vía Láctea también le han dado una interpretación propia, formando en su conjunto parte de la cosmología propia de cada civilización.

 

Para los romanos, con una mitología cargada de las interacciones entre los Dioses tales como infidelidades (quizás algo más pacifica que la de los sacrifios aztecas), Zeus era muy aventurero, en una de sus infidelidades se acostó con alcmena haciéndose pasar por su marido (Anfitrión). De esta unión nació Heracles (Hércules), favorito de Zeus. Hera, esposa de Zeus, cuando se percibió de los favores de Zeus por su hijo, cargo de irá contra el, intento matarlo en varias ocasiones.

 

Sin embargo, Hermes una noche llevo al recién nacido una noche a que mamara de la propia Hera mientras ella dormía, cuando se despertó y descubrió al niño mamando lo separó bruscamente y la leche que se derramó se esparció por el universo y formó la Vía Láctea.

Existe una segunda versión, en la que Hera amamanta a Heracles al encontrarlo en el campo, y este le muerde con fuerza, de forma que la Diosa lo separa con brusquedad produciendo el mismo efecto.

 

Es curioso observar que en la cosmología egipcia o incluso en la escandinava, el origen de la vía Láctea también es un reguero de leche que surge de las mamas de diosas.

 

 

Lógicamente, es difícil determinar en que momento y donde surgió la primera cosmología que utilizó el método científico para describir el Universo.

 

         La naturaleza de la Vía Láctea empezó a ser descubierta con la invención del telecopio hace 400 años por parte del astrónomo Italiano Galileo Galilei. Descubrió que la Vía Láctea está conformada por miles y miles de estrellas.

 

 El problema del tamaño de la Vía Láctea ya interesó a W. Herschel en 1785, que supuso que el Sol estaba dentro de una gran nube de estrellas uniformemente distribuidas. Contando el número de estrellas que podía ver en una dirección determinada podía saber la situación aproximada del Sol. Con este recuento de estrellas él y su hermana Carolina determinaron la forma aproximada de la Vía Láctea.

 

Pero determinado aproximadamente el tamaño de nuestro sistema estelar, existían dudas sobre si ese era todo el universo, o por el contrario existía algo más.

 

El descubrimiento de numerosas nebulosas espirales, ya indujo a filósofos como Kant (1755) a formular la teoría de que existían otros complejos estelares, otros “universos”  (citado en su “tratado de los cielos”).

        

         En 1845, conforme se iban desarrollando telescopios reflectores de más diámetro, Lord Rosse observó nebulosas espirales y nebulosas elípticas.

 

         El descubrimiento de algunas novas en la galaxia de Andrómeda en 1917 por parte de H. Curtis, le indujo a pensar que la nebulosa espiral de Andrómeda se encontraba a una distancia tal que quedaría situada fuera de nuestra galaxia.

 

Mientras, se abría un debate a principios del XX sobre si nuestra Vía Láctea era o no la totalidad del Universo

 

En 1920 y gracias principalmente a las aportaciones de Kapteyn, se sugirió una forma galáctica similar a la de un elipsoide de 15 kilopársec de diámetro con el Sol cerca de su centro. Sin embargo el astrónomo H. Shapley demostró que la Vía Láctea era mucho más grande de lo que creía basándose en un estudio de la distribución de  los cúmulos abiertos y cúmulos globulares .Además de aumentar el tamaño a 70 kilopársec, la figura sugerida era la de un disco plano con el Sol alejado de su centro. Habría que esperar a 1930 para que Trumpler acertara con la forma y tamaño más próximos a los actualmente aceptados

 

Sin embargo, es especialmente significativo el llamado gran debate sobre la naturaleza de la Vía Láctea se produjo en 1920 entre los astrónomos Shapley y Curtis. Curtis afirmaba que las nebulosas espirales eran en realidad objetos extragalácticos y argumentaba la debilidad de las novas observadas en M31.

 

Henrieta Leavitt descubría la relación periodo luminosidad de las estrellas variables cefeidas, y le daba una herramienta perfecta a E. Hubble para que en 1925 pudiera calcular la distancia a NGC 6822 donde había observado la presencia de una cefeida. Efectivamente las nebulosas espirales y elípticas descubiertas eran otros sistemas estelares inmensos, otras galaxias.

 

En 1929 Hubble publicó un análisis sobre la velocidad radial de algunas de las nebulosas extragalácticas, en adelante galaxias, cuya distancia se había podido calcular, demostrando que mayoritariamente presentaban un corrimiento hacia el rojo de sus líneas espectrales. Asumiendo que ese corrimiento se debía a que se estaban alejando, más sorprende fue el hecho que determinara que existía una relación lineal entre el valor de la velocidad y su distancia; cuanto más lejos se situaba una galaxia, más rápidamente parecía alejarse.

 

 Esta ley, conocida como ley de Hubble-Humason (Monte Wilson 1936), o muchas veces sólo como ley de Hubble, tendría una gran importancia para comprender el universo, y en buena parte no sólo sería gracias el ingenio de Hubble, si no a la destreza en las mediciones de los desplazamientos espectrales que Humason obtenía.

 

         En 1936 Hubble propuso un sistema de clasificación de las galaxias, basado en su morfología, que aún hoy en día se utiliza. Se le conoce como el diagrama del diapasón,
que no constituye en principio un diagrama de la posible evolución de las galaxias.

 clasificacion_galaxias

 

         En él, el 70% de las galaxias son elípticas y se denotan por la letra E seguido de una letra entre el 0 y 7 que indica su nivel de achatamiento.

 

Se observó que no eran visibles trazas de gas y polvo y que entre sus estrellas, condensadas en las partes centrales, no se encontraban estrellas brillantes y calientes, sino más bien viejas y frías. Las estrellas jóvenes murieron hace tiempo y no se han formado nuevas generaciones estelares.

 

Las galaxias espirales resultaban ser sólo el 15%, pero sin duda son las más espectaculares por presentar un disco rico en gases y polvo con formación estelar presentando estrellas jóvenes y calientes.

 

Entre las espirales clasificadas en el diagrama del diapasón encontramos las S0 que no muestran brazos (se semejan a las elípticas), las espirales normales Sa, Sb o Sc según el abultamiento central, que constituyen las más comunes entre las espirales, y una minoría llamadas espirales barradas cuya clasificación es SBa, SBb o SBc según desde donde partan los brazos.

 

El resto de galaxias se consideran “Irregulares”.

 

Hablaremos más del Universo, de su origen y de su previsible final el mes que viene.

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Observadores_cometas

Observadores_cometas

 

El tema de este mes son los cuerpos menores y me ha parecido interesante contaros que hacemos en Observadores_cometas.

 

El 5 de Julio de 2002, a petición de algunos observadores, un gran amante y un gran entendido del mundo de los cometas, el Dr. Mark Kidger, fundo en yahoogroups Observadores_cometas.  La lista fue creada para poder compartir y aprender técnicas de observación, tanto visual como CCD, de asteroides y Cometas, poder sacar el máximo de provecho de las observaciones de estos cuerpos, compartir experiencias observacionales y enseñar que la astronomía puede ser útil y divertida, todo esto en un ambiente distendido. El grupo tiene el castellano como idioma oficial pero se aceptan mensajes en otros idiomas ya que lo importante es compartir.

En el grupo tenemos observadores visuales, observadores con observatorio en casa, observadores esporádicos, observadores urbanos, con grandes telescopios, con pequeño instrumental, hay de todo, todos ellos unidos por la afición a los cometas y asteroides.

Básicamente los observadores hacen astrometría y fotometría de cometas, asteroides y Neos. Con la astrometría, que envían al MPC, se calculan y afinan las orbitas de estos cuerpos. Con la fotometría intentamos entender un poco más el comportamiento de estos cuerpos, el Dr. Mark Kidger recopila la fotometría y hace curvas de luz para que podamos ver gráficamente la evolución de cada cometa. En este momento en nuestra web http://www.observadores-cometas.com , contamos con información de más de 400 cometas, con una de las galerías de imágenes de cometas más completa que se puede encontrar, también hay información sobre cometas fragmentados, cometas desaparecidos, asteroides, PHA’s y Neos, Cuasares, Tno’s y exoplanetas, técnicas de observación, artículos y presentaciones, imágenes de eclipses y ocultaciones,… Os invitamos a entrar en ella y a introduciros en el fantástico mundo de los cuerpos menores.

cometa

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Migraciones planetarias

En octubre de 1995 los astrónomos Michel Mayor y Didier Queloz saltaron a la fama por descubrir el primer planeta fuera de nuestro sistema solar. El nuevo planeta orbitaba la estrella 51 Pegasi, a 48 años luz del Sistema Solar. Debido a su lejanía, el planeta no era visible de forma directa a través de ningún telescopio y el equipo de astrónomos detectó su presencia midiendo el tirón gravitatorio que provocaba sobre su estrella. Esta influencia gravitatoria se traducía en un minúsculo movimiento oscilatorio de la estrella que podía ser detectado con espectrómetros de alta precisión midiendo la velocidad radial resultante gracias al efecto Doppler. Los medios se volvieron locos: ¡el primer planeta extrasolar de la historia! Sin duda era un gran descubrimiento. Pero había un problema: 51 Pegasi b, como había sido bautizado el nuevo mundo, no podía existir.

Según las mediciones, la masa del planeta era aproximadamente la mitad de la de Júpiter. Es decir, se trataba con toda seguridad de un gigante gaseoso. Pero como todos sabemos, los planetas gigantes se encuentran en nuestro Sistema Solar lejos del Sol. Si estuvieran más cerca, los modelos teóricos sugerían que el aumento de la temperatura resultante ocasionaría la pérdida de su atmósfera -compuesta principalmente por hidrógeno y helio-, por lo que obviamente los gigantes gaseosos sólo se podían formar lejos de sus estrellas.

Pero se ve que 51 Pegasi b no sabía nada sobre modelos de formación planetaria, ya que orbitaba a su estrella a tan sólo 8 millones de kilómetros de distancia. Si tenemos en cuenta que Mercurio -el planeta más cercano al Sol- está situado a más de 45 millones de kilómetros, el asombro de los astrónomos era evidente. Tanto, que en un principio Mayor y Queloz dudaron sobre la veracidad de su propio descubrimiento. Al fin y al cabo, un planeta de este tipo no podía existir y su búsqueda no se centraba en los planetas, sino en las enanas marrones (objetos de transición entre las estrellas y los planetas). Quizás habían pasado por alto algún punto y los errores habían empañado los datos. Sin embargo, los resultados eran tozudos: 51 Pegasi b era real y se encontraba allí donde nadie había pensado que un planeta podía existir. Para alivio de Mayor y Queloz, días después del anuncio del descubrimiento el equipo norteamericano liderado por Geoffrey Marcy y Paul Butler confirmó de forma independiente la existencia de 51 Pegasi b. Al poco tiempo se detectarían planetas con características similares alrededor de las estrellas 47 UMa y 70 Vir. Estos nuevos mundos se denominarían «Júpiteres Calientes» (Hot Jupiters), haciendo honor a su alta temperatura.

Los astrónomos se vieron ante sí con la tarea de explicar cómo podía ser posible que un gigante gaseoso sobreviviese a las enormes temperaturas de las cercanías de una estrella, lo que constituía toda una revolución en los modelos de formación planetaria. De hecho, los primeros modelos que se propusieron no lograron agradar a todos y muchos científicos seguían convencidos de que los nuevos planetas no podían existir. Incluso en una fecha tan tardía como 1997 apareció un artículo en Nature sugiriendo que los nuevos planetas no eran más que pulsaciones estelares que habían confundido a los espectrómetros de los astrofísicos. Pero los descubrimientos se sucedían y los resultados aguantaron todos los asaltos destinados a cuestionarlos. La primera victoria teórica vino de la mano de Alan Ross, quien ya en 1995 publicó un artículo en el que revisaba los modelos de formación planetaria y sugería que los gigantes gaseosos podían formarse a menos de 600 millones de kilómetros. No obstante, este modelo seguía sin explicar las pequeñísimas distancias orbitales observadas en los Júpiteres Calientes.

La explicación final resultó ser mucho más curiosa: los planetas no permanecen a la misma distancia de su estrella desde el momento de su formación, sino que migran, a veces de forma drástica. Un planeta nace a partir del disco de material resultante de la formación estelar, denominado disco protoplanetario. Este disco termina por desaparecer tras la formación de planetas y gracias también al “viento estelar” (un flujo continuo de partículas provenientes de la superficie de la estrella). Se descubrió que estos discos pueden frenar el movimiento orbital de un gigante gaseoso recién formado, ocasionando que su órbita decaiga en espiral hacia su estrella. Esto puede explicar que encontremos gigantes gaseosos situados a distancias muy pequeñas. La cuestión es saber cómo se logra frenar este proceso para evitar que el planeta sea engullido por su sol. Lo cierto es que en algunos casos se supone que los planetas recién nacidos acaban «devorados» por sus propias estrellas víctimas de este frenado. En otros sistemas, las estrellas jóvenes pueden eliminar los discos protoplanetarios gracias a los vientos estelares, eliminando el frenado en los gigantes gaseosos y dejando a los planetas a las distancias que podemos observar en la actualidad.

Ante este escenario de carambolas planetarias, ¿podemos considerar a  nuestro Sistema Solar una excepción? Pues parece ser que no. Aunque obviamente nuestro sistema no tiene ningún gigante gaseoso cerca del Sol, los modelos más recientes apuntan a que Júpiter se formó más lejos de su posición actual, mientras que Saturno, Urano y Neptuno lo hicieron más cerca. Por suerte para la Tierra, el proceso de migración del gigante joviano se frenó antes de que pudiese afectar a nuestro planeta, lo que hace que nos preguntemos cuántos planetas terrestres de nuestra Galaxia habrán corrido peor suerte. Los procesos de migración planetaria no son por tanto una mera teoría abstracta: la misma existencia de nuestro planeta está vinculada a ellos.

Reconstrucción artística de un Hot Jupiter.

Reconstrucción artística de un Hot Jupiter.

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Descubren un planeta con «solo» 2 masas terrestres

Se ha anunciado en el congreso que tiene estos días de la Sociedad Europea de astronomía el descubrimiento del que es, hasta ahora, el planeta más ligero encontrado fuera de nuestro querido sistema solar.

Michael Mayor en el Congreso Estatal de Astronomía en Huesca

Michael Mayor en el Congreso Estatal de Astronomía

Michael Mayor, astrofísico de la Universidad de Ginebra (y que trabaja en exoplanetas, el satélite Corot, etc…) ha anunciado hoy el descubrimiento del planeta más ligero descubierto fuera de nuestra vecindad planetaria. Este planeta, perteneciente al sistema Gliese 581 es ya un viejo conocido de los astrofísicos. Este planeta de hecho es catalogado como «e», es decir, el cuarto (a es la estrella), Gliese 581 e. Quédense con el nombre porque dará que hablar. Así mismo han refinado los cálculos de su compañero de sistema, Glisese 581d y… ¡oh! .. resulta que se encuentra dentro de la zona habitable (condiciones óptimas para la vida, agua líquida…) del sistema. Todo esto ha sido posible gracias al ESO (Observatorio Austral Europeo), tras 4 años de trabajo continuado en exoplanetas y gracias también al espectrógrafo HARPS que se encuentra instalado en el telescopio de 3.4 metros en La Silla. En palabras de Michael Mayor, cada día están más cerca del «santo grial»

The holy grail of current exoplanet research is the detection of a rocky, Earth-like planet in the ‘habitable zone’ — a region around the host star with the right conditions for water to be liquid on a planet’s surface

Gliese 581 es una estrella localizada en la constelación de Lira a unos 20.5 años luz y su planeta «e» da una vuelta en torno a la estrella en apenas 3.15 días. Desgraciadamente se encuentra demasiado cerca de la zona caliente como para albergar/suponer/condicionar un desarrollo de vida tal y como tenemos en la Tierra. El planeta que ha sido «movido» a la zona habitable es un planeta tipo Neptuno. Con todo esto Gliese 581 cuenta ya con su sistema planetario del que conocemos 4 miembros, Gliese 581 b tiene 16 masas terrestres, c 5 masas terrestres y de 7 masas terrestres. En cuanto a Gliese 581 d, el planeta puesto en zona habitable, se espera que esté cubierto por un océano (de agua o de algún otro elemento, como el metano en Titán).

Comparación de los sistemas del Sol y Gliese 581, la zona azul corresponde a la zona habitable.

Comparación de los sistemas del Sol y Gliese 581, la zona azul corresponde a la zona habitable. Copyright de la ESA.

It is amazing to see how far we have come since we discovered the first exoplanet around a normal star in 1995 — the one around 51 Pegasi,” says Mayor. “The mass of Gliese 581 e is 80 times less than that of 51 Pegasi b. This is tremendous progress in just 14 years.

Como dice Mayor, si en 14 años hemos reducido la masa detectable 1/80, ¿cuánto falta para poder anunciar el descubrimiento de un exoplaneta como la Tierra?. Sea cuando sea cambiará el rumbo de la historia.

Impresión artística de Gliese 581 e

Impresión artística de Gliese 581 e

Fuente: Nota de presna de la ESA y Cuaderno de bitácora estelar

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Diarios de Observación Astronómica 26/04/08

En esta ocasión repasamos la experiencia de la salida de observación que vivimos hace un año los miembros del Grupo de Iniciación a la observación de la Agrupación Astronómica de Madrid (España). Un resumen para motivar a nuestro público a disfrutar en vivo y en directo de esta ciencia tan especial. Ahí va…

Un breve resumen para contaros como fue la improvisada salida del Grupo IO a El Valladar, ya que a pesar de las previsiones nos llegamos a juntar 8 personas en la zona de observación. Se notaba que había ganas, con este invierno y primavera tan accidentado de noches claras. Esta vez llegamos bien pronto y más Ángel, que según nos comentaba llevaba dando vueltas desde las 5 de la tarde. A las 19:45 las presentaciones, charlas y comenzamos a sacar el material de los coches para iniciar el montaje, en un acto de fe tremendo ya que el cielo estaba blanco de nubes altas y la cosa no parecía mejorar. De todas formas, la puesta de Sol prometía ser muy interesante y así fue. Una de las grandes ventajas de llegar pronto a la zona de observación fue el poder disfrutar del precioso paisaje que nos rodeaba y esa puesta de Sol que fue dejando un color rosado en todo el cielo hasta que se puso tras el horizonte. En cuestión de 30 minutos la temperatura bajó 10 grados, quedándonos en 14 la primera parte aunque nunca desdendió por debajo de 7 grados. Parecía que estaban esperando a que se atenuara la luz para que todos los insectos ruidosos comenzaran su particular orquesta nocturna, ¡qué volumen!. Menos mal que en cuestión de 30 o 40 minutos decidieron dejarlo. Si la situación no hubiera cambiado, sin duda unas aspirinas hubieran pasado a formar parte de nuestro equipo astronómico. Lo que si está claro es que las previsiones metereológicas, no son muy fiables hasta casi el momento en que tienes que ponerte en marcha para salir hacia el lugar de observación. A partir de las 22:00 horas el cielo se fue limpiando paulatinamente, al contrario de lo que en principio se esperaba, quedando sobre las 23:00 una noche medio decente, sin nubes visibles aunque con una transparencia bastante deficiente. No obstante aprovechando la sorpresa y la situación, astronómicamente hablando la salida no fue en vano porque conseguimos realizar observaciones muy interesantes incluso a algunas galaxias y cúmulos. Sorprendente también como siempre, el magnífico Saturno, que esta noche no sabemos por qué pero se presentaba particularmente nítido, muy fácil de enfocar con una imagen bastante estática a pesar de las condiciones.

Cada uno de nosotros bien metidos en tareas, todas distintas pero complementarias que nos permitieron aprender teoría y práctica. Ángel un hacha buscando objetos a mano con su Celestron, fue el único que no tuvo problemas con el Go-To. Quino se aventuró a realizar algunas fotografías situando la cámara sobre el telescopio (piggyback); ya nos dejará ver los resultados. Maribel y Gloria Fdez. practicando la observación con prismáticos (recordad, para la próxima una esterilla). Vicente realizando observaciones fascinantes de cielo profundo gracias a la excelente calidad que obtiene con su Taka y eso que la noche no estaba muy bien. Pablo se merece un aplauso por la insistencia y perseverancia para intentar poner en estación y alinear correctamente su Celestron, debimos intentarlo media docena de veces (o más) y al final estuvo medio decente, sin embargo es probable que el desajuste se deba a que necesite una calibración de motores. Estoy seguro que para la próxima quedará perfecto.

Aguantamos hasta la hora programada, comenzando a recoger a la 1:00 y saliendo del lugar de observación a la 1:30 con una noche mucho mejor de la que desde luego pensábamos encontrar.

Adjunto fotografía de los miembros del grupo que nos aventuramos a salir. Un saludo.

Miembros del Grupo-IO - Salida de observación del 26 de abril de 2008

Miembros del Grupo-IO - Salida de observación del 26 de abril de 2008

Fernando Fdez.
http://astrocosmos.es

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El Universo en 500 palabras

Prepárate para subir a una montaña rusa. Vamos a intentar resumir en quinientas palabras la historia y organización del Universo. Quizás te marees un poco, pero no te preocupes.

Según la teoría del Big Bang, el Universo comenzó hace 13.700 millones de años en una gran explosión. Era infinitamente pequeño y denso. Ahora es increíblemente grande y vacío. En el Universo primigenio solo existían el hidrógeno y helio, los átomos más simples. El Cosmos está gobernado por fuerzas: unas actúan a escala microscópica y otras a escala macroscópica. A escala microscópica, explican que protones, neutrones y electrones formen átomos. A mayor escala dominan el magnetismo y la gravedad. Cualquier fenómeno que conozcas se explica mediante la combinación de cuatro fuerzas y varias partículas. Según se fue expandiendo el Universo, los átomos se combinaron para formar elementos más complejos y éstos a su vez formaron los objetos celestes.

Para explicarle a un extraterrestre dónde vives no le valdría con tu dirección postal. Tendrías que describirle que habitas un planeta rocoso, el tercero en distancia que orbita al Sol. Alrededor del Sol orbitan otros planetas rocosos y gigantes gaseosos como Júpiter. También hay otros cuerpos más pequeños, como los satélites, los cometas y los asteroides. El Sol es una estrella mediana y está situada en uno de los brazos espirales de la Vía Láctea. La Vía Láctea es una galaxia con forma de huevo frito compuesta por 400 mil millones de estrellas. Hay otros muchos objetos en una galaxia: nubes de gases donde nacen nuevas estrellas, cúmulos globulares compuestos por miles de estrellas y un superagujero negro en el centro de la galaxia. La Vía Láctea y la Galaxia de Andrómeda son las dos galaxias más importantes del Grupo Local de Galaxias. El Grupo Local es uno de los 100 grupos que conforman el Supercúmulo de Virgo. Y este supercúmulo es tan solo uno de los millones de supercúmulos que hay en el Universo.

La mayor parte del Universo está vacío. Las distancias que hay de un objeto a otro son inmensas. Si el Sol tuviera el tamaño de una pelota de fútbol y la situáramos en Madrid, la estrella más cercana, Proxima Centauri, estaría más o menos en Nueva York. Las distancias en astronomía se suelen medir en años luz y equivale aproximadamente a diez billones de kilómetros: 10.000.000.000.000 km.

  • La estrella más cercana al Sol, Próxima Centauri, está a 4 años luz.

  • El  centro de la galaxia está a 30.000 años luz del Sol.

  • Nuestra galaxia, la Vía Láctea tiene un diámetro de 100.000 años luz.

  • La Galaxia de Andrómeda está a 3.000.000 de años luz.

  • El Cúmulo de Virgo, con 2.000 galaxias y perteneciente a nuestro Supercúmulo, está a 60 millones de años luz.

En resumen, en nuestra galaxia hay literalmente millones planetas orbitando a cientos de millones de estrellas. Y en el Universo hay miles de millones de galaxias, con sus cientos de millones de estrellas, y sus respectivos cientos de millones de planetas. ¿En cuántos de ellos se ha desarrollado la vida? ¿Y vida consciente? ¿Cuántos Galileos habrán usado hoy por vez primera un telescopio en remotas civilizaciones? ¿Cuántas galaxias habrán sido colonizadas por ingenios artificiales? ¡Lástima que estén tan lejos para saberlo!

Publicado bajo la categoría Cosmología, General
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