Origen Planeta Tierra

Composición Mineral de la Corteza Terrestre Tabla de Minerales

Composición Mineral de la Corteza Terrestre

Grandes son las riquezas que guarda en su seno la corteza terrestre y numerosas las necesidades que el hombre puede satisfacer con aquéllas. Pero rara vez esos recursos, que conocemos con el nombre de minerales, se encuentran tan a la vista que su busca, extracción y beneficio no exijan conocimientos y considerable trabajo.

Los estudios que se han realizado para conocer la composición de los constituyentes minerales de la Tierra se limitan a una pequeña porción del escenario que la ciencia geológica llama hidrosfera y litosfera.

Esta, que ordinariamente llamamos corteza terrestre, tiene un espesor de unos 120 kilómetros, que se considera dividido en dos zonas distintas, conocidas con los nombres de sial y sima.

corteza terrestre

Los componentes esenciales del sial son rocas del carácter del gneis y el granito, constituidos por minerales en los que predominan los elementos silicio y aluminio. De ahí el nombre de sial, formado con los símbolos de ambos elementos, que son Si y Al, respectivamente. Los constituyentes del sima son rocas de carácter volcánico, en las que abundan el silicio y el magnesio, con cuyas dos primeras letras se forma dicha voz.

El sial o zona de fractura de la corteza terrestre, que forma los bloques continentales, estaría, por su menor densidad (2,6), inmergido en el material de mayor densidad (3,0) del sima o zona de fluidez de la litosfera, como los témpanos de hielo en el agua.

En ambos componentes de lacorteza terrestre las substancias minerales, en un 98%, contienen los elementos siguientes en los porcentajes que se indican: oxígeno (46,46), silicio (27,61), aluminio (8,07), hierro (5,06), calcio (3,64), sodio (2,75), potasio (2,58) y magnesio (2,07). El porcentaje que resta lo forman, en orden decreciente, el titanio, hidrógeno, fósforo, manganeso, carbono, azufre, cloro, bario, flúor, estroncio, etc.

En la hidrosfera, parte líquida constituida principalmente por los mares, también existen varios de estos elementos que entran en la composición, por ejemplo, del cloruro de sodio, cloruro de magnesio y sulfato de magnesio, contenidos en solución, particularmente del agua de mar, desde un 3,5 a un 4 %.

Los elementos componentes de los minerales de la hidrosfera constituyen un 7% y los de la litosfera un 93 % deja composición media del material inorgánico o mineral de la superficie terrestre.

Entre los minerales más comunes e importantes se cuentan los siguientes: azufre, diamante, grafito, oro, plata, platino, galena, pirita, blenda, cinabrio, calcopirita, magnetita, hematita, corindón, cuarzo, halita, nitratina, calcita, yeso, bórax, coaolín, feldespatos, micas y asbetos o amiantos.

Las cantidades en que se encuentran estos y otros minerales varían muchísimo de unos a otros. Así, algunos, como la calcita en forma de caliza, ocupan por sí solos superficies de varios kilómetros; otros, como la casiterita, se hallan en cantidades moderadas, y algunos son una rareza, como la greenockita, que es un sulfuro de cadmio (CdS).

Además, si bien la contemplación ligera de los minerales produce la impresión de una cosa eterna e invariable, basta una observación atenta para reconocer que casi todos se hallan alterados de diversos modos, siendo muy pocos los que  se muestran tan resistentes como el cuarzo. Así, por la acción de los agentes atmosféricos, como el agua, oxígeno y dióxido de carbono, se forman óxidos, hidróxidos, carbonatas, etc., a partir de sulfuros y otras sales.

Por ello puede afirmarse que la corteza terrestre es objeto de una continua transformación en la que mueren los minerales viejos y nacen otros nuevos.

esquema de la composicion mineral de la corteza terrestre

DEL NÚCLEO A LA SUPERFICIE
De acuerdo con las hipótesis de los geólogos que tienen como base observaciones sismológicas, el núcleo de la Tierra estaría formado por una esfera cuyo radio sería,aproximadamente, de 3.500 kilómetros. Tal zona recibe el nombre de nife, pues se la considera compuesta de níquel (Ni) e hierro (Fe).

Sobre ella se encuentran los mantos de! núcleo, de unos 1.700 kilómetrcs de espesor que -según algunos autores- contienen hierro en forma de óxidos y sulfuros; otros estudiosos suponen que están formados por una mezcla de metales que contienen silicatos. Encima de los mantos del núcleo se hallan los mantos rocosos, cuyo espesor alcanza a medir 1.200 kilómetros.

Los forman rocas que se originaron en esa masa mineral, pastosa, a menudo denominada magma. En esta parte rocosa se distinguen la barisfera o zona del manto profundo -de unos 1.000 Kilómetros de espesor- y, sobre ella, la litosfera o corteza terrestre.

Ver: La Corteza Terrestre

Fuente Consultada:
Secretos del Cosmos Tomo 2 (Salvat)
Enciclopedia Ciencia Joven -La Corteza Terrestre – Fasc. N°15 Editorial Cuántica

Que es un Radiotelescopio? Función de la Radioastronomia

LA RADIOASTRONOMIA

La palabra “radioastronomía” data de mediados del siglo XX, por lo que podríamos decir que un rama de la astronomía, relativamente joven, pensemos que las primeras observaciones con telescopio fueron las de Galilei en el siglo XVI. La primera identificación de ondas de radio de origen extraterrestre tuvo lugar hace ochenta años; pero la colaboración sistemática con los observatorios ópticos sólo comenzó después de la segunda guerra mundial. Entretanto progresaron otras formas de escudriñamiento mediante cohetes o globos-sonda capaces de analizar las vibraciones que nuestra atmósfera intercepta o perturba, como por ejemplo los rayos X.

La radioastronomía depende por completo de los telescopios ópticos; sin ellos carecería de sentido y valor porque es incapaz de calcular la distancia de las fuentes emisoras. La comparación de los resultados de ambas disciplinas es interesante pues las ondas radioeléctricas más intensas suelen provenir de los objetos celestes menos visibles y aún, aparentemente, de ninguna materia identificable.

También los registros históricos son muy útiles. Gracias a los astrónomos chinos que en el año 1054 señalaron el súbito estallido de una estrella (“supernova”) podemos reconstruir la historia de la actual nebulosa del Cangrejo, que pertenece a nuestra galaxia, la vía Láctea . Otras supernovas, indicadas por Tycho Brahe en 1572 y Kepler en 1604, son ahora débiles radioestrellas.

Esta última categoría de astros, la más inesperada de la nueva ciencia, parece incluir los cuerpos más distantes que conoce la astronomía. Su conocimiento contribuyó notablemente a la dilucidación de uno de los problemas capitales de todos los tiempos: el del origen del universo.

Grupo de Radiotelescopios Trabajando en Paralelo

LA RADIOASTRONOMIA Y LOS RADIOTELESCOPIOS:

Las Ondas Electromagnéticas Que Emiten Las Estrellas: Cuando una estrella explota, formando una nova o supernova, irradia una enorme cantidad de energía luminosa. Los átomos componentes de la estrella reciben gran cantidad de energía, se calientan extraordinariamente y, como todos los cuerpos muy calientes, irradian la mayor parte de su energía en forma de luz.

La estrella se presenta mucho más brillante. Pero, además de la luz visible, la estrella emite otras clases de radiaciones: rayos infrarrojos invisibles, rayos ultravioletas y ondas de radio. Todas estas clases de radiaciones se hacen mucho más intensas en el momento de la formación de una supernova. La radioastronomía se ocupa de la última clase de radiación citada, o sea, de las ondas de radio.

La fuerza de la explosión acelera y ex-. pulsa de la estrella nubes de partículas cargadas eléctricamente. Asociada con ellas, hay una serie de campos magnéticos turbulentos que cambian rápidamente. Cuando las partículas cargadas se mueven por los campos magnéticos, ganan energía, irradiándola en forma de ondas electromagnéticas.

Una de las ondas corrientes emitidas por los átomos de hidrógeno cargados tiene una longitud de onda de 21 centímetros. Las ondas electromagnéticas de esta longitud de onda son ondas de radio. Se propagan, a partir de su origen, en todas direcciones, viajando con la velocidad de la luz.

Las ondas luminosas son también un tipo de radiación electromagnética, pero de longitud de onda mucho más pequeña. Todas las galaxias y muchas estrellas, incluso el Sol, emiten ondas de radio. El Sol no es una estrella que se caracterice especialmente por enviar ondas de radio; pero, durante los períodos de actividad de sus manchas, la emisión de ondas de radio aumenta.

Las fuentes que emiten ondas de radio con gran intensidad no coinciden necesariamente con los objetos que a nuestros ojos aparecen brillantes, como las estrellas. De hecho, las ondas de radio provienen de regiones oscuras del cielo, de oscuras nubes de polvo y de hidrógeno, en las que éste (según ciertas teorías) está concentrándose para formar nuevas estrellas; sus átomos irradian la energía que ganan al acelerarse en los campos magnéticos del espacio.

Las ondas de radio son invisibles y no pueden detectarse con los telescopios ópticos. Pero, de la misma forma que las emitidas por una estación de radio, pueden ser recogidas por una antena receptora. Estas ondas producen la circulación de débiles corrientes eléctricas en la antena.

Estas corrientes pueden amplificarse, seleccionarse y convertirse en sonidos audibles, tal como acontece con un receptor de radio corriente. Pero es más frecuente utilizar un receptor especialmente concebido, para recoger las ondas de radio del espacio. En él, las corrientes fluctuantes de la antena se registran automáticamente en una gráfica. Al mismo tiempo, se conducen directamente a un cerebro electrónico, para su análisis.

Gigate Radiotelescopio de Arecibo

Los radiotelescopios son grandes antenas diseñadas para interceptar toda la emisión de radio posible de una estrella o de una galaxia. Para ello, las ondas se recogen juntas y se concentran de forma que las corrientes fluctuantes que producen en la antena sean lo suficientemente grandes para ser detectadas.

Las ondas de radio se dispersan en todas direcciones a partir de su fuente. Sólo una pequeñísima fracción de la radiación total de una estrella es interceptada por la Tierra, y esta radiación ha recorrido distancias tan enormes que sus ondas son prácticamente paralelas unas a otras. El radiotelescopio intercepta los rayos paralelos en la mayor superficie posible y los concentra enfocándolos en la antena. Cuanto mayor sea la superficie, más sensible será el radiotelescopio, ya que recogerá más cantidad de radiación de la estrella lejana. Los mayores telescopios ópticos son gigantescos reflectores formados por espejos parabólicos.

Los rayos que llegan a la cuenca del espejo parabólico se reflejan en un pequeño espejo colocado en el foco, y son enviados a una pequeña película fotográfica. El enorme espejo parabólico recoge todos los rayos luminosos que llegan a susuperficie.

Algunos de los grande radiotelescopios son muy parecidos a ese dispositivo. El radiotelescopio es también un paraboloide que puede tener cientos de metros de diámetro.

El pequeño espejo colocado en el foco del telescopio óptico está reemplazado en el radiotelescopio por la antena, a la que se enfoca toda la radiación recibida. Hay un inconveniente importante en los radiotelescopios. Incluso si existen dos o tres fuentes de ondas de radio separadas en el campo de detección es imposible distinguirlas unas de otras.

Las corrientes fluctuantes son el resultado de todas las ondas de radio recibidas en el radiotelescopio. La placa fotográfica del telescopio óptico es un medio más eficiente para detectar la imagen, pues los rayos de luz que llegan al espejo con distintos ángulos se concentran en puntos ligeramente diferentes en el espejo pequeño, y se reflejan para ennegrecer puntos distintos en la placa sensible.

El radiotelescopio ideal debe ser lo más grande posible, para recoger el mayor número de rayos, pero también debe ser manuable, de forma que pueda dirigirse _ a cualquier parte del cielo. Cuando el diámetro sobrepasa los 80 metros, el telescopio no puede ser lo suficientemente rígido para resistir el viento sin doblarse y distorsionar la “imagen”. Además, no es fácil manejarlo. Se está construyendo en Puerto Rico un radiotelescopio de más de 300 metros de diámetro, forrando con aluminio pulimentado las paredes de un cráter que presenta una forma conveniente. Pero este radiotelescopio no puede ser enfocado arbitrariamente, puesto que es fijo.

Los radiotelescopios reflectores simples son de construcción difícil y costosa. Sin embargo, puede fabricarse otra clase de radiotelescopio formado por varios reflectores pequeños y antenas, dirigidos hacia diferentes partes del cielo y que se mueven conjuntamente, cubriendo una distancia mucho mayor de la que puede abarcar un solo reflector. De esta forma, la “imagen” puede componerse a partir de fragmentos parciales. Para localizar de manera más precisa las fuentes de ondas intensas, se usan unas largas hileras de reflectores y antenas idénticas, colocados exactamente a la misma distancia unos de otros.

Estos dispositivos tienen un excelente poder de resolución y resultan mejores para separar dos fuentes de ondas próximas. A pesar de que los rayos procedentes de una fuente emisora puntual son paralelos, si llegan al radiotelescopio formando un ángulo, alcanzarán la antena de un extremo de la línea antes de llegar a la del otro extremo. Al llegar a las antenas en instantes diferentes, las ondas de cada extremo lo harán en distintas fases de su vibración.

Al sumar todas las corrientes de las antenas, las de un extremo pueden estar en una fase opuesta a las del otro, eliminándose parcialmente una a otra. El efecto producido es hacer más nítida la imagen de radio de la estrella. Este tipo de radiotelescopio se llama radiointerjerómetro, debido a que la eliminación de una serie de ondas por otra es una interferencia. Generalmente, el interferómetro se compone de dos líneas de antenas que forman ángulos rectos. La nitidez de la imagen o poder de resolución puede aumentarse de varias maneras, sumando o restando las señales de las distintas antenas.

Los radiotelescopios pueden penetrar mucho más profundamente en el universo que los telescopios ópticos. Las galaxias más lejanas que se conocen son también los transmisores de radio más potentes, y fueron descubiertas precisamente a causa de esta poderosa emisión de ondas de radio, que emiten probablemente por ser galaxias en colisión. El telescopio óptico de Monte Palomar investigó con mucho cuidado en esa dirección, y encontró la tenue nube de galaxias causantes de las ondas de radio.

La atmósfera terrestre es un inconveniente para la radioastronomía, dado que absorbe grandes cantidades de la radiación electromagnética que llega a la Tierra. Sólo un pequeño margen de ondas puede atravesar la atmósfera. Las ondas de radio de pequeña longitud son absorbidas por las moléculas de la atmósfera, y las de onda larga se distorsionan a causa de las capas cargadas eléctricamente de la ionosfera.

Una solución sería la de colocar un radiotelescopio en un satélite artificial, y una idea todavía más prometedora es la de construirlo en la Luna, donde no hay atmósfera que pueda interrumpir la radiación. En la Luna se podrían construir radiotelescopios mayores, ya que siendo menor la fuerza de la gravedad, la estructura de los aparatos podría manejarse con menor esfuerzo y una menor deformación del reflector.

ALGUNAS FUENTES INTENSAS DE ONDAS DE RADIO

Sol 8 minutos Desde algunos milímetros a varios metros, emitidas por la corona y la cromosfera
Júpiter 40 minutos Unos 15 metros
Gas hidrógeno en ios brazos espirales de una galaxia De 1.500 a 80.000 años
21,1 cm„ emitida por el gas hidrógeno ionizado
Nebulosa de la constelación de Cáncer (su pernova) 3.000 años De 1 cm. a 10 m. Ondas de electrones acelerados
Supernova de la constelación de Casiopea 10.000 años De un centímetro a 10 metros; proceden de hidrógeno ionizado, oxígeno y neón
Centro de nuestra galaxia 30.000 años
Nubes de Magallanes (las galaxias más próximas) 200.000 años 21,1 centímetros
Nebulosa de la constelación de Andrómeda (la galaxia espiral más próxima) 2 millones de años 21,1 cm. Es un emisor tan potente como nuestra propia galaxia
Galaxia elíptica de la constelación de Virgo (Virgo A), nebulosa del chorro azul 33 millones de años Ondas de electrones acelerados
Dos galaxias espirales en colisión de la constelación del Cisne (Cisne A) 50 millones de años
Nebulosa de radio lejana, de la constelación de Hércules 750 millones de años

Fuente Consultada:
Revista TECNIRAMA N°90 Enciclopedia de la Ciencia y La Tecnología – La Radioastronomia –

La Ciencia en la Edad Moderna Teorias Cientificas del Universo

La Ciencia en la Edad Moderna: Teorías Científicas del Universo

biografias de grandes astronomos

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Copérnico
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Tycho Brahe
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Galileo Galilei

LOS AVANCES DE LA CIENCIA: A partir del siglo XV comenzaron a producirse transformaciones significativas en la vida económica, política, social y cultural de Europa occidental, que fueron modelando lo que se conoce como Modernidad. Sin embargo, al abordar este período es importante advertir que no hubo un corte tajante con la Edad Media. Por el contrario, persistieron algunos aspectos de la Baja Edad Media, que marcaron una continuidad con el pasado.

En el plano cultural, el pensamiento de los humanistas –con su interés por el pasado-. las traducciones de los sabios de la Antigüedad y la nueva forma de concebir al hombre desplazaron el saber escolástico medieval. Se revalorizó la experiencia como fuente de conocimiento, en desmedro de la tradición que primaba durante la mayor parte de la Edad Media. La imprenta permitió difundir ampliamente no sólo el conocimiento de la Antigüedad sino también las obras de los eruditos medievales y la de los hombres del Renacimiento. En el arte surgieron nuevas formas de representación.

El desarrollo de la ciencia y de la técnica trajo consigo nuevas formas de concebir el universo que modificaron la imagen de los mundos conocidos. La evolución de los medios de transporte favoreció la expansión del comercio marítimo y los viajes de exploración. Con el descubrimiento de América y la profundización del conocimiento de África se amplió el horizonte geográfico de los hombres europeos.

Los adelantos científicos
Durante los tiempos del Humanismo y el Renacimiento, los estudios científicos cobraron gran importancia. Surgió un gran interés por las investigaciones en matemática, botánica, zoología, astronomía, medicina, historia, física, y demás ramas científicas.

La ciencia no era autónoma, sino que debió construir paulatinamente su independencia. Tuvo que despegarse del ámbito religioso, que frenaba los adelantos que se opusieran eran al dogma. Cada ciencia se preocupó por el problema del conocimiento: ¿Es posible conocer? ¿Cómo puede adelantar el conocimiento en cada rama científica?

A partir del siglo XV, aproximadamente, se operó un cambio radical en la concepción del mundo, que culminaría en los siglos XVI y XVII con una revolución científica. El logro más importante de la generación que estableció las bases de la nueva ciencia fue darle una mayor importancia al lenguaje matemático, comprender que era el empuje científico por excelencia. En adelante no se buscaría la comprensión de la naturaleza por la reservación inmediata sino por las estructuras matemáticas y mecánicas. Comprendieron que el universo no se movía por “carácter divino”, como se pensaba en e Medievo.

En física, astronomía y matemática se realizaron descubrimientos trascendentales. Entre ellos Nicolás Copérnico (1473-1543) demostró que la Tierra gira sobre su eje y que los planetas se mueven alrededor del Sol (teoría heliocéntrica). Sus ideas, combatidas por la iglesia de la época, fueron confirmadas años después por el alemán Kepler (1571-1630), quien perfeccionó el telescopio, y finalmente por Galileo Galilei (1564-1642).

En medicina también hubo importantes adelantos: investigaciones sobre anatomía humana (Andrés Vesalio, 1514-1564), estudios sobre infección (Jerónimo Francastori, quien recibió el nombre de “padre de la patología moderna”), y descubrimientos sobre la circulación de la sangre (Miguel Servet, 1511-1553, y Guillermo Harvey, 1578-1658).

También a partir del siglo XV, mediante sucesivas expediciones marítimas se descubrieron nuevas tierras y abrieron nuevas rutas. En poco más de dos siglos, civilizaciones hasta entonces desconocidas, y otras con las que solamente se habían establecido contactos a través de comerciantes y caravaneros, quedaron sólidamente unidas a Europa por mar.

La demanda de objetos de lujo -seda, marfil, joyas- y de costosas especias, así como de metales preciosos necesarios para la creciente actividad mercantil, se acentuó con la recuperación económica de mediados del siglo XV. Pero estos productos llegaban de Oriente a Europa a través de multitud de intermediarios que los encarecían, sin contar con que el flujo se vio bloqueado por el dominio turco en el Mediterráneo oriental a partir de la toma de Constantinopla (1453).

Fue la necesidad de buscar nuevas rutas para conseguirlos, junto a los avances en navegación y en la elaboración de los mapas, los que se combinaron para hacer posible la sucesión imparable de descubrimientos y conquistas.

Portugal y España lideraron esta búsqueda, cuyos éxitos más notorios fueron conseguidos por Vasco de Gama, al alcanzar la India a través del mar, y por Cristóbal Colón, en pos del mismo objetivo, al encontrar por error un continente desconocido en Europa. Las ansias de riqueza de reyes, mercaderes y aventureros, más los deseos evangelizadores de la Iglesia, inauguraron un nuevo escenario mundial en el que Europa colonizaría vastas zonas del mundo. (ver revolución científica siglo xv)

Avances Técnicos:
Los mayores avances técnicos durante el Renacimiento se legraron en el campo de las. industrias prácticas -como la textil o la imprenta- y en aquellas que permitían alcanzar riqueza o pode: -como la minería, la metalurgia o la navegación-. Muchos de los progresos técnicos alcanzados durante este período fueron posibles gracias a la importancia otorgada al estudio de la química ; de la física y a la aplicación de sus propiedades.

• Distintas innovaciones aceleraron el desarrollo de la actividad textil: el perfeccionamiento de los telares permitió que aumentara el número de tejidos producidos y, a partir del siglo xv. se generalizó el cardado de lana -operación que desenreda la fibra formando hilos-. También se difundieron nuevas telas, más baratas, más livianas y con mayores variaciones de color.

• La imprenta, introducida en Europa a mediados del siglo xv, trajo consigo el desarrollo de la industria del papel. Mediante la palabra escrita y las ilustraciones, la industria editorial contribuyó a la divulgación de la cartografía y de los tratados técnicos, como los de agricultura, de metalurgia y de arte militar.

• Las necesidades de los estados y de los comerciantes de contar con una mayor cantidad de metales preciosos -oro y plata-aceleraban los avances en el campo de la metalurgia. A mediados del siglo xv, se descubrió el método de amalgama, que permitía separar la plata del mineral en bruto extraído del yacimiento. Se impulsó también la metalurgia del hierro.

• Las guerras frecuentes entre los estados llevaron a aplicar los avances en la manipulación de los metales también en la mejora del armamento: se perfeccionó, por ejemplo, el uso del cañón, de la balística y del granizado de pólvora. Frente a la utilización de las armas de fuego, como el arcabuz, las tradicionales armaduras se volvieron inútiles, si bien los nobles continuaron utilizándolas en los torneos y los combates. La aplicación de las nuevas técnicas en la guerra obligó a la construcción de nuevas fortificaciones para aumentar las posibilidades de defensa de las ciudades y proteger a los civiles. El mayor uso de la artillería hizo necesario realizar muros de menor altura pero de mayor grosor. También se modificó la forma de estas fortificaciones para mejorar la capacidad de tiro.

• Con respecto a la navegación, uno de los logros más importantes fue el empleo de la brújula a partir del siglo xrv. Junto al antiguo astrolabio, necesario para medir la latitud, la brújula facilitó la orientación en la tierra y en el mar. También se llevaron a cabo importantes mejoras en las embarcaciones.

• Con respecto a los transportes terrestres, se introdujo el eje delantero móvil que, además de mejorar el diseño de los carruajes, permitió disminuir el riesgo de accidentes.

Los progresos técnicos desarrollados desde fines de la Edad Media permitieron a los comerciantes incrementar sus actividades, sobre todo a partir del auge alcanzado por el comercio marítimo. Para aumentar sus ganancias y realizar un mejor control de sus empresas, los comerciantes debieron perfeccionar el sistema económico. Entre los avances relacionados con la técnica de los negocios, la contabilidad fue muy importante porque permitió ordenar las operaciones contables. Al mismo tiempo, para efectuar transacciones en distintas ciudades y evitar el manejo de dinero al contado, se generalizó el uso de dos documentos: el cheque y la letra de cambio. También aparecieron los seguros comerciales como una forma de cubrir los riesgos, ante las posibles pérdidas de mercaderías y de barcos.

Avances en navegación
Con los aportes de los árabes, la ciencia náutica se había enriquecido de forma considerable. El Almagesto, manual cosmográfico debido al alejandrino Ptolomeo, las obras de Aristóteles sobre el espacio celeste y las del cardenal francés Fierre d’Ailly -que hablaban de la posibilidad de dar la vuelta al mundo por mar, y que eran conocidas por Colón- alumbraban nuevas teorías en numerosos campos de la ciencia.

Desde finales del siglo XV, los portugueses realizaron sus navegaciones fijando su posición marítima por medio de la Estrella Polar y, más tarde, por la altura del Sol a mediodía. Desde 1508, el rey Fernando el Católico hizo que sus capitanes se adiestrasen en el manejo del cuadrante y del astro-labio en la Casa de Contratación de Sevilla. Las tablas astronómicas, desde la Edad Media hasta bien entrado el siglo XVIII, fueron fundamentales para orientarse en el mar. La brújula, necesaria para la navegación, era conocida en China desde finales del siglo XI y usada desde mediados del siglo XIII.

Las cartas marítimas o portulanos trazados por los cartógrafos desde 1300 registran en un principio únicamente el Mediterráneo o el Báltico, pero estos mapas fueron perfeccionados bien pronto. El Atlas de los Mediéis, de 1351, señalaba ya la costa occidental de la India. Faltaba todavía un conocimiento exacto de África, pero era ya conocida como un continente rodeado de mares. Hacia 1300, españoles e italianos situaban en sus mapas universales países e islas ya conocidos o sospechados.

ALGUNOS AVANCES: 1543-1727: A finales del siglo XV y durante el XVI se produce una auténtica revolución en la ciencia y la filosofía. Nicolás Copérnico (1473-1543) rechaza la visión tradicional del Universo. Tycho Brahe (1546-1601) y Johannes Kepler (1571-1630) continúan su trabajo. Kepler aplica las observaciones de Brahe a la formulación de sus tres leyes del movimiento planetario.

Galileo Galilei (1564-1642) lleva más lejos todavía las teorías de Copérnico en Diálogo sobre los dos sistemas del mundo (1632). Sus trabajos principales están relacionados con el estudio del movimiento y la inercia.

Isaac Newton (1642-1727) publica sus leyes sobre la gravitación universal y ensayos sobre óptica. Asimismo desarrolla un cálculo diferencial e integral al que llega también Gottfried Leibniz(1646-1716). Jean Napier (1550-1617) inventa los logaritmos (1614). Rene Descartes (1596-1650) define la geometría analítica y Blaise Pascal formula una teoría de la probabilidad y una ley de la presión sobre fluidos, e inventa una máquina sumadora (1642) y una prensa hidráulica. Miguel Servet (h.1511-1553) descubre la circulación pulmonar y su papel en la circulación de la sangre. Willian Harvey( 1578-1657) describe la circulación de la sangre y la función del corazón (De motu coráis, 1628).

La invención del microscopio permite a Antón von Leeuwenhoek (1632-1723) estudiar los microorganismos. Christian Huygens (1629-95) formula una teoría ondulatoria de la luz, describe los anillos de Saturno e inventa el reloj de péndulo. Robert Boyle (1627-91) establece las propiedades físicas de los gases. William Gilbert (1540-1603) estudia el magnetismo (De magnete).

Robert Hooke (1635-1703) establece una ley de la elasticidad de los cuerpos. Francis Bacon(1561-1626)y Rene Descartes proveen de bases filosóficas a las nuevas ciencias. El Novum organum de Bacon se publica en 1620 y en 1637 el Discurso del método de Descartes. Otros filósofos importantes son Leibniz, Spinoza, Hobbes y John Locke, que aplica los nuevos adelantos a la psicología humana. Hugo Grocio (1583-1645) aboga por un sistema de derecho internacional (De jure
belli acpacis, 1625). Se funda en Toscana la primera academia científica (1657), a la que pronto siguen otras similares en Inglaterra (1662), Francia (1666) y Berlín (1670).

Biografia de Astronomos del Renacimiento Kepler Copernico Galileo

Biografía de Astrónomos del Renacimiento Kepler Copérnico Galileo

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Los mayores logros en la Revolución Científica de los siglos XVI y XVII ^vieron lugar en los campos más dominados por las ideas de los griegos: la astronomía, la mecánica y la medicina. Las concepciones cosmológicas, a finales de la Edad Media, se habían formado sobre una síntesis de las ideas de Aristóteles, Claudio Ptolomeo (el mas grande astrónomo de la antigüedad, quien vivió en el siglo II de C.) y la teología cristiana.

En la concepción ptolomeica o geocéntrica resultante, el universo se veía como una serie de esferas concéntricas con una Tierra fija o inmóvil en su centro. Compuesta de las sustancias materiales de tierra, aire, fuego y agua, la Tierra era imperfecta y se hallaba en cambio constante. Las esferas que la rodeaban estaban hechas de una sustancia cristalina y transparente, y se movían en órbitas circulares alrededor de ella.

El movimiento circular, de acuerdo con Aristóteles, era la clase de movimiento más “perfecta” y, por ende, apropiada para los “perfectos” cuerpos celestes que  creía estaban compuestos de una “quinta esencia” inmaterial e incorruptible. Estos cuerpos celestes, orbes puros de luz estaban incrustados en las esferas móviles y concéntricas, y en 1500 eran diez. Partiendo de la Tierra, las ocho esferas contenían la Luna, Mercurio, Venus, el Sol, Marte, Júpiter, Saturno y las estrellas fijas.

La novena esfera impartía su movimiento a la octava esfera de las estrellas fijas, mientras que a la décima esfera se le describía frecuentemente como  impulsora primaria, que se movía a sí misma e impartía movimiento a las otras esferas. Más allá de la décima esfera estaba el Empíreo o Cielo: el lugar de Dios y de todas las almas salvadas. Así, este universo ptolomeico cristianizado era finito.

Tenía un fin fijo en armonía con el pensamiento y las expectativas cristianos. Dios y las almas salvas estaban en un extremo del universo, mientras que los humanos estaban en el centro; a éstos se les había dado poder sobre la Tierra, pero su propósito real era alcanzar la salvación.

Sin embargo, esta visión no satisfacía a los astrónomos profesionales, que querían determinar las trayectorias precisas de los cuerpos celestes a través del cielo. Al encontrar que sus observaciones no siempre correspondían al esquema aceptado, los astrónomos trataban de “cubrir las apariencias” elaborando un detallado sistema de dispositivos.

Proponían, por ejemplo, que los cuerpos planetarios viajaban en epiciclos, esferas concéntricas dentro de esferas, que permitían a las trayectorias de los planetas corresponder más precisamente a las observaciones, a la vez que se adherían a las ideas de Aristóteles del movimiento circular planetario.

CopernicoCopérnico
Nicolás Copérnico (1473-1543) había estudiado tanto matemáticas como astronomía primero en Cracovia, en su nativa Polonia, y después en las universidades italianas de Bolonia y Padua. Antes de salir de Italia, en 1506, había tenido conocimiento de antiguos puntos de vista que contradecían la visión ptolomeica geocéntrica del universo. Entre 1506 y 1530 terminó el manuscrito de su famosa obra Sobre las revoluciones de las órbitas celestes, pero su propia timidez y temor al ridículo ante sus colegas astrónomos lo contuvieron de publicarla hasta mayo de 1543, poco antes de su muerte. (seguir leyendo…)

Tycho Brahe  Tycho (o Tyge)Tycho Brahe Brahe nació el 14 de diciembre de 1546 en Knudstrup, Escania; hoy Suecia pero entonces perteneciente a Dinamarca. Hijo del gobernador del castillo de Helsingborg, fue apadrinado por su tío Joergen.  El tío Joergen era un gran terrateniente y vicealmirante que había pedido a su hermano que cuando tuviera un hijo quería apadrinarlo y adoptarlo hasta el punto de considerarlo como hijo suyo. El gobernador le prometió a su hermano que así sería pero un incidente vino a postergar la promesa. (seguir leyendo…)

Johannes Kepler: El teólogo, profesor de matemáticas. Los estudios de Kepler, que siempJohannes Keplerre realizó con becas gracias a su precoz inteligencia, se encaminaban a la teología. También amaba las matemáticas, según él mismo nos dice y en la Universidad de Tubinga, su profesor Michael Maestlin, le ayudó a descubrir lo que sería el objetivo de su vida. Maestlin era un competente astrónomo. En las clases no podía enseñar el sistema copernicano, considerado en la Facultad de Teología contrario a las Escrituras, pero en privado iniciaba a unos pocos alumnos escogidos en la cosmología de Copérnico. El joven Kepler se entusiasmó desde el primer momento y, más osado, proclamaba públicamente su copernicanismo. (seguir leyendo…)

Galileo GalGalileo Galileiilei: Profesor de matemáticas, pero también de mecánica, astronomía y arquitectura militar, Galileo atrajo a numerosos estudiantes, especialmente a los cursos de astrología que dictaba. Aprovechando el descubrimiento que probablemente había hecho un desconocido óptico holandés de Middelburg, de nombre Hans Lippershey, Galileo construyó el primer telescopio. En Venecia, desde lo alto del campanil de San Marcos, el científico se volcó a sus primeras observaciones de los cuerpos celestes, comenzando por la Luna. El 7 de enero de 1610 remitió el resultado de sus largas vigilias nocturnas al gran duque de Toscana, Ferdinando de Medicis.  (seguir leyendo…)

Galaxia Via Lactea-Sistema Solar-Planeta Tierra-Astronomia Elemental

Galaxia Vía Láctea – Sistema Solar – Planeta Tierra Astronomía Elemental

Estructura

astronomia, planetas del sistema solarEl Sol, y el Sistema Solar con el, se encuentra en la galaxia llamada Vía Láctea. Se trata de una galaxia espiral catalogada como SII consistente en una agrupación de estrellas y gas y polvo interestelar con una mása de cien mil millones de veces la del Sol (lO(ll) Mo).

Una gran parte de esta materia (en torno al 90%) solo puede detectarse a través de los efectos gravitacionales que produce, no por la luz que emite; se trata por tanto de “materia oscura” que puede estar constituida por enanas blancas que ya se han enfriado (enanas negras), planetas gigantes (del tipo de Júpiter) que no tienen la mása suficiente como para brillar con luz propia, micro-agujeros negros (como los que postula Hawking que pudieron formarse en las primeras fases del Big Bang) o en forma de otros tipos de materia a la que no estamos acostumbrados en nuestro Sistema Solar (estrellas Q, …).

La estructura de la Galaxia consta de dos partes bien diferenciadas: el disco y el halo. Ambas presentan diferente simetría y composición estelar.

El halo galáctico esta formado por estrellas viejas, con unos 10 mil millones de años, llamadas “de la población II” agrupadas en cúmulos globulares. Se trata de estrellas con una baja proporción de elementos pesados, entendiendo por elementos pesados (o metales) todos aquellos que sean más masivos que el Helio (peso atómico superior a 4). La composición química de estas estrellas es prácticamente la misma que la que tenia el Universo primordial después del Big Bang (80% de Hidrogeno y 20% de Helio).

El material del que estan formadas no ha sido procesado anteriormente por otras estrellas y por eso mantienen la proporción de elementos químicos primordial. La distribución de cúmulos globulares presenta simetría esférica respecto al centro de la Galaxia, con una mayor densidad en la zona central (en la dirección de Sagitario). Estos cúmulos tienen órbitas muy elípticas cuyo periodo es de varios cientos de millones de años. La simetría esférica es un indicativo de que el halo se formo antes de que la materia que los constituye participara del proceso de “achatamiento” que origino más tarde el disco galáctico. La edad de estos cúmulos se puede obtener trazando el diagrama H-R de sus estrellas; en el vemos como las únicas estrellas que permanecen en la Secuencia Principal se corresponden con las menos masivas, que son las que más tiempo necesitan para abandonarla.

Por su parte, el disco galáctico se halla distribuido en un plano más o menos definido en el que se pueden distinguir dos partes: El bulbo central o núcleo y los brazos espirales. El diámetro del disco se estima actualmente en unos 25 Kpc con una anchura de 1 Kpc. Las estrellas muy jóvenes y las regiones de polvo interestelar se sitúan en la parte central de este disco en una zona de anchura no superior a 100 pc.

En el se encuentran las estrellas de la población I así como gas y polvo interestelar. Las estrellas de la población I son más jóvenes que las de la población II. Su contenido en elementos pesados es no despreciable, debido a que se han formado a partir de materia que ha sido reciclada por estrellas anteriores que ya evolucionaron, y que en los últimos estadios de su vida, liberaron los resultados de la nucleosíntesis al espacio interestelar.

En el núcleo, el disco galáctico se hace más abultado y puede considerarse una región más o menos esférica con un diámetro de unos 5 Kpc. Las estrellas que pueblan esta región son también de la población II, aunque la gran concentración de materia allí existente, no les ha permitido evolucionar de la misma manera que a las del halo.

La zona más externa del disco galáctico esta dominada por la presencia de los brazos espirales. Se trata de regiones en las que se agrupa la materia: estrellas, gas y polvo interestelar. En los brazos espirales es donde se encuentran los núcleos más activos de formación de estrellas. Perturbaciones de diferentes tipos hacen colapsar inmensas nubes de gas y polvo que, después de fragmentarse en otras más pequeñas, dan lugar al nacimiento de estrellas en grupos o cúmulos (estos cúmulos se conocen con el nombre de cúmulos abiertos o galácticos). El más famoso de estos cúmulos abiertos son las Pleiades en Tauro.

A la Galaxia se le conocen cuatro brazos espirales: el de Sagitario-Carina (el brazo Mayor), el de Escudo-Cruz (brazo Intermedio), el de Norma (brazo Interno) y el de Perseo (brazo Externo). El Sol se encuentra en una región intermedia entre el brazo de Sagitario Carina y el de Perseo, a unos 10 Kpc de distancia del centro galáctico, cerca por tanto, del borde de la Galaxia. La extinción que provoca la materia interestelar es la causante de que no veamos una luminosidad mayor en la dirección del centro (podemos decir que, en el visible, nuestro campo de visión hacia el centro es similar al que tenemos hacia el exterior), no obstante, la distribución espacial de los cúmulos globulares y, sobre todo, las observaciones radioastronómicas en la linea de 21 cm y las infrarrojas, nos indican claramente la posición del centro de la Vía Láctea.

El núcleo galáctico

Mención aparte merece el estudio del centro galáctico debido a los violentos sucesos que se supone que ocurren allí. La absorción interestelar lo hace inobservable en el visible (produce una disminución del brillo en unas 30 magnitudes) pero la luz emitida en el infrarrojo y en el dominio radio nos llega hasta aquí, permitiéndonos su estudio.

A partir de estas observaciones encontramos que en una región de 1 pc de diámetro se encuentra concentrada una cantidad de mása equivalente a entre uno y cuatro millones de veces la del Sol, en forma de un cúmulo estelar superconcentrado o de un agujero negro súper masivo. Sea cual sea el objeto allí existente, lo que parece claro es la existencia de un viento de gas y polvo hacia afuera a una velocidad de 750 km/seg.

Este viento ha formado una región con forma de anillo que rodea el centro galáctico, con un diámetro interno de 3.4 pc. Este anillo esta rotando a una velocidad de unos 90 km/seg. Además, se ha detectado una fuente compacta (menos de 20 U.A. de diámetro) de ondas de radio, a un segundo de arco del objeto en el que se supone que se sitúa el centro de la Galaxia. El problema que presenta la explicación del núcleo galáctico mediante la hipótesis del agujero negro, es que con uno de cien masas solares seria suficiente para producir la emisión de radiación gamma observada.

Por otro lado, todavía no esta claro si nuestra galaxia tiene una barra de materia cruzando el núcleo o no, es decir, si se trata de una espiral barrada o de una espiral normal. Para nosotros, situados en su interior, nos resulta mucho más fácil determinar la estructura global de otras galaxias situadas a millones de años-luz, que la de la galaxia en la que nos encontramos. Podemos determinar la estructura fina, los detalles más concretos, pero no verla en su totalidad.

EL UNIVERSO A GRAN ESCALA

Clasificación de Hubble de las galaxias

La clasificación de galaxias más aceptada en la actualidad proviene de la efectuada en 1925 por Edwin Hubble, el padre de la Cosmología moderna. Esta clasificación distingue cuatro tipos principales de galaxias: Las elípticas, caracterizadas por su forma esférica o elipsoidal, apariencia uniforme y luminosidad regularmente distribuida.

El polo opuesto serian las galaxias espirales, que presentan dos componentes, una parte central (el bulbo, similar a primera vista a las galaxias elípticas) y un disco plano sobre el que se puede observar una estructura espiral. Las galaxias espirales pueden ser divididas en dos grupos, espirales ordinarias y espirales barradas, dependiendo de si tienen una barra de materia atravesando el centro o no.

Las galaxias lenticulares (o SO) también tienen un bulbo central y un disco, pero este no presenta estructura espiral. Finalmente, como su propio nombre indica, las galaxias irregulares no presentan una estructura bien definida; no presentan un bulbo y tienen una presencia caótica.

Cada una de estas clases se divide en grupos. Las galaxias elípticas se clasifican de 0 a 7 de acuerdo con su elipticidad (E0 para las esféricas, E7 para las más achatadas). Las espirales varían desde la Sa hasta la Sd (se incluyen también las del tipo Sm) atendiendo a la disminución del tamaño relativo entre el bulbo y el disco y a la separación de los brazos espirales. La misma división se aplica a las espirales barradas SB.

Esta clasificación cubre diferencias físicas además de las puramente morfológicas. Las galaxias elípticas son más rojas que las espirales, esto es interpreta como una diferencia en sus constituyentes estelares. Además, en las galaxias elípticas la emisión de luz esta dominada por la que proviene de estrellas, del tipo de las gigantes rojas.

La población estelar de estas galaxias parece similar a las de los cúmulos globulares, a las estrellas de la población II. En contraste, en las galaxias espirales todavía existe una cierta actividad en la formación de estrellas; pueden encontrarse estrellas jóvenes con una emisión dominante en el azul. Las galaxias lenticulares tienen población estelar similar a las elípticas.

Mientras que para las galaxias elípticas y lenticulares se aprecia más o menos, la misma población estelar, cualquiera que sea su tipo, para las espirales, la población relativa de estrellas jóvenes aumenta de los tipos Sa a Sm y para las irregulares es todavía mayor.

En lo que respecta al contenido de materia interestelar (gas y polvo), se aplican las mismás consideraciones; las galaxias elípticas no contienen prácticamente nada de esta material mientras que en las espirales e irregulares se detectan grandes cantidades (en las irregulares, la fracción de gas neutro alcanza entre el 10 y el 20% del total de la materia de la galaxia).

Las S0 son un tipo intermedio entre las elípticas y las espirales; dos terceras partes no contienen nada de gas, y el resto tienen tanto como las espirales. De esta forma, la clasificación morfológica se corresponde bastante bien con las diferencias físicas entre las galaxias. No obstante hay que tener presente que esta clasificación no responde a todos los fenómenos observados, ya que se encuentran galaxias de los mismos tipos que presentan fenómenos físicos bien diferenciados.

Grupos de galaxias

Las galaxias no se encuentran uniformemente distribuidas a lo largo del espacio sino que aparecen en grupos. El ejemplo más cercano lo constituyen las Nubes de Magallanes, dos galaxias irregulares, difusas satélites de la Vía Láctea. La interacción gravitacional entre la Vía Láctea y sus dos satélites da lugar a la Corriente de Magallanes, una corriente de Hidrogeno neutro arrancado de las Nubes de Magallanes por las fuerzas de marea ejercidas por nuestra propia Galaxia, que forma un puente de materia que une la Galaxia a sus satélites.

Las galaxias gigantes a menudo están acompañadas por un numero más o menos numeroso de pequeños satélites gravitando en torno a ellas. Así, la galaxia de Andrómeda M31, tiene por satélites a M32, NGC 147 y NGC 205, tres bonitas galaxias elípticas rotando en torno a ella con un periodo de unos 500 millones de años. M31 es una espiral gigante con una masa de una vez y media la de la Galaxia.

A una escala un poco mayor advertimos la presencia de varias galaxias en un radio de 1.3 Mpc y una ausencia total de las mismas en una distancia de entre 1.4 y 2.4 Mpc. Esto induce a pensar en la existencia de un grupo de galaxias, el llamado Grupo Local, compuesto por dos espirales gigantes (la Galaxia y M31), dos espirales medias (la galaxia del Triángulo M33 y la Gran Nube de Magallanes), una galaxia elíptica con núcleo (M32), media docena de galaxias irregulares pequeñas, una docena de galaxias elípticas enanas y unos cuantos objetos muy débiles con apariencia de cúmulo globular. Según van mejorándose las técnicas astronómicas, se añaden nuevos objetos a este Grupo Local.

Por otro lado, es muy posible que la lista este bastante incompleta ya que las galaxias elípticas enanas, por ejemplo, no son observables a una distancia mayor que la que nos separa de la M31, lo que significa que podrían existir unas cien galaxias de este tipo que todavía no se han detectado.

El Grupo Local no presenta una condensación central de materia, más bien esta se concentra en dos núcleos principales: en torno a la Vía Láctea y en torno a M31. La ligazón gravitatoria del Grupo Local no esta todavía muy clara, aunque parece claro que las galaxias se agrupan en este tipo de “pequeñas estructuras”.

Actualmente se han catalogado más de 50 grupos en un radio de 16 Mpc, cada uno con varias decenas de miembros. Se trataría de las estructuras básicas de las que constituyen el Universo a media y gran escala. La definición que se adopta para Grupo de Galaxias es la de una asociación de galaxias, de las que una docena son más brillantes de magnitud absoluta -16 en un volumen de alrededor de un Mpc cubico (esto equivale a una densidad de galaxias diez veces superior a la media fuera de los grupos).

La pregunta que nos hacemos a continuación es si todas las galaxias pertenecen a un grupo o a una estructura mayor del Universo. Observacionalmente se encuentra que entre el 10 y el 20% de las galaxias no pertenecen a ningún grupo. A estas galaxias se las conoce como galaxias de campo.

La determinación de la mása de un grupo de galaxias se realiza por dos procedimientos diferentes: por un lado se estudian los efectos gravitacionales (obteniéndose la mása dinámica) y por otro se analiza la luz que nos llega de las galaxias (dando lugar a la mása luminosa). Comparando ambos resultados se comprueba que la mása dinámica es entre cuatro y diez veces superior a la luminosa. Esto significa que una gran parte de la materia que compone los grupos de galaxias “no brilla”, es decir, no emite luz suficiente para ser observada desde la Tierra o bien esta en una forma de materia que no emite luz. A esta mása se le suele llamar “materia oscura”.

Cúmulos y supercumulos de galaxias

Parece existir una tendencia natural de la materia a juntarse en unidades cada vez más grandes. Los quarks (uno de los constituyentes básicos de la materia) se agrupan para formar bariones, los cuales a su vez forman los átomos junto con los electrones. Los átomos se juntan en estrellas y estas son los constituyentes básicos de las galaxias, quienes, como hemos visto, se juntan en grupos de unas decenas para formar los Grupos de galaxias. Los grupos de galaxias constituyen los cúmulos de galaxias los cuales a su vez se agrupan en supercúmulos de galaxias, las estructuras más grandes del Universo conocido.

A la vista de las observaciones astronómicas no parece una labor fácil decidir una definición clara de lo que se entiende por cumulo de galaxias. Para intentar clarificar este termino, se ha recurrido a una herramienta utilizada en Estadística: las funciones de correlación. Se parte de la idea de que si las galaxias se encuentran en un cumulo, la distancia media que las separa es bastante menor que si estuvieran distribuidas uniformemente. El calculo de las funciones de correlación es bastante complicado.

En primer lugar se necesita disponer de un catalogo de galaxias que nos de su posición aparente. Este catalogo fue elaborado en el observatorio de Lick y representa un total de un millón de galaxias (hasta magnitud 18.7). La esfera celeste se divide en cuadraditos de 1 grado cuadrado sobre los que se cuentan las galaxias que estan dentro de cada uno, comparándose este numero con la densidad media.

Este análisis muestra la existencia de un fondo uniforme de unas 50 galaxias por grado cuadrado, sobre el que se superponen un gran numero de cúmulos con densidades que rondan las cien galaxias por grado cuadrado. Esta tendencia a la agrupación de las galaxias disminuye drásticamente para escalas de distancias mayores de 20 Mpc, correspondiéndose con las dimensiones de los mayores cúmulos observados.

No obstante, las funciones de correlación no nos dicen nada acerca de cual es el nivel de concentración de galaxias necesario para que tengamos un cumulo. La definición es bastante más arbitraria. Normalmente se llama cumulo de galaxias a aquellas agrupaciones que, en un volumen como el del Grupo Local (una esfera de unos pocos Mpc) contienen un numero de galaxias comprendido entre varios cientos y varias decenas de miles. La densidad de galaxias en los centros de los cúmulos muy ricos, puede llegar a ser de miles a millones de veces superior a la densidad media del Universo.

Los dos cúmulos de galaxias más cercanos a la Vía Láctea son el cumulo de Virgo, a una distancia de 20 Mpc en la dirección del Polo Norte Galáctico y el Cumulo de Coma, en la constelación de la Cabellera de Berenice a 100 Mpc de nosotros.

Del estudio del catalogo de galaxias de George Abell, realizado con la cámara Schmidt de Monte Palomar y que comprende galaxias hasta magnitud 21, se ha podido detectar la existencia de dos tipos principales de cúmulos de galaxias: los cúmulos regulares, muy concentrados y los irregulares, con una concentración y un numero de miembros menor y por lo tanto con una mayor dispersión.

Los cúmulos regulares de galaxias tienen simetría esférica y una gran concentración de galaxias en su parte central (a menudo, el centro del cumulo lo ocupa una galaxia elíptica supergigante). Las velocidades de rotación de las galaxias del núcleo son del orden de 1000 Km/seg. La mayoría de las galaxias en estos cúmulos son elípticas o lenticulares, con muy poca materia interestelar, El diámetro de estos cúmulos oscila entre 1 y 10 Mpc, sus másas son del orden de 10l5 Mo, equivalente a diez mil galaxias como la Vía Láctea. El cercano Cumulo de Coma es el prototipo de cumulo galáctico regular.

Los cúmulos irregulares no muestran simetría ni una concentración en la distribución de las galaxias que lo forman. Las velocidades orbitales de la galaxias son muy pequeñas, sus tamaños varían entre 1 y 10 Mpc y el rango de másas entre 10(12) y 10(14) Mo. Un exponente claro de cumulo irregular es el Cumulo de Virgo. También pueden considerarse dentro de esta categoría al Grupo Local y a todos los grupos de galaxias distribuidos en nuestras inmediaciones.

El problema de la materia oscura que vimos en el punto anterior persiste cuando hablamos de cúmulos de galaxias, es decir, la mása dinámica del cumulo no coincide con la mása luminosa, siendo esta ultima inferior.

Los ricos cúmulos de galaxias de 10 Mpc de diámetro no son las estructuras más grandes del Universo. De hecho, su distribución consiste en un fondo más o menos uniforme de cúmulos separados 55 Mpc de promedio, sobre los que se superponen cúmulos de cúmulos, los llamados Supercúmulos de galaxias.

Por ejemplo, nuestro Grupo Local, junto con algunas docenas más de grupos cercanos de galaxias, es un miembro de un sistema mucho mayor de 15 Mpc de radio, centrado en el cumulo de Virgo, conocido como Supercúmulo Local. Por otro lado, este supercúmulo es relativamente pobre; contiene únicamente un cúmulo rico (en su centro) y varios grupos de galaxias.

En la actualidad se han encontrado más de 50 supercúmulos, cada uno con un promedio de unos doce cúmulos ricos y varias decenas de cúmulos más pequeños. El diámetro de estas estructuras es del orden de 100 Mpc.

Se cree que la jerarquía de las estructuras del Universo se detiene en los supercúmulos de galaxias. De hecho, se obtiene que a escalas mayores de 1000 Mpc, la variación en la densidad de galaxias se reduce a la mitad de la densidad media del Universo, lo que significa que, a escala muy grande, el Universo es homogéneo e isótropo.

En la actualidad se cree que la distribución de cúmulos y supercúmulos de galaxias en el Universo no es homogénea. Se ha observado que esta distribución tiene lugar en grandes “burbujas” de espacio de forma que la materia se encuentra en las paredes de estas estructuras, quedando la parte central constituida por un vacío (de materia) casi absoluto. En los puntos de contacto entre las burbujas se localizarían las grandes distribuciones de materia antes mencionadas, la más cercana de las cuales se conoce como “la Gran Muralla”.

Sea como sea nuestro Universo, parece factible hoy en día, que en un plazo de tiempo razonablemente corto (en escala humana) podremos contar con una visión bastante aproximada de como es la distribución global de materia en la parte del Universo en la que nos encontramos.

EL BIG BANG

Las observaciones nos indican que el Universo se esta expandiendo, es decir, las galaxias se estan separando unas de otras. Echando la vista hacia atrás, esta expansión significa que antes, el Universo era más pequeño, las galaxias estaban más juntas.

La expansión del Universo no hay que entenderla como la clásica imagen de una artefacto que ha explotado y sus piezas se separan unas de otras en el espacio exterior, ajeno a la propia explosión, más bien se trata de una expansión del propio espacio-tiempo, que arrastra a los objetos materiales en el inmersos. En este sentido, el punto en donde se produjo la Gran Explosión (Big Bang) no es ninguno en concreto, sino más bien es todo el Universo (aquí, en Logroño, en Canopo y en cualquier lugar del Universo).

Daremos aquí un pequeño repaso a lo que se conoce como Modelo Estandar del Big Bang. Para ello comenzaremos una centésima de segundo después del comienzo de la expansión, hace entre 13 y 20 mil millones de años. Lo anterior a esa primera centésima de segundo inicial y hasta 10-47 segundos después del Big Bang pertenece al dominio de la Mecánica Cuántica (alguna de cuyas predicciones ya han sido confirmadas observacionalmente mediante el satélite COBE) y de ahí hasta el cero, corresponde al dominio de las teorías de Gran Unificación (que pretenden configurar una teoría capaz de explicar la Gravitación y las otras tres fuerzas conocidas, Electromagnetismo, interacción Débil y fuerza Fuerte, como distintas facetas de esa única “Superfuerza”).

En t = 0.01 seg. el Universo tenia una temperatura de unos cien mil millones de grados K, con una densidad de cuatro mil millones de veces la del agua. En estas condiciones, la materia y la radiación se encuentran acopladas y ni siquiera los neutrinos eran capaces de escapar a esta interacción.

Un tercio de segundo después, los neutrinos dejaron de interactuar apreciablemente con la materia y se desacoplaron. A partir de ese momento evolucionaron de forma independiente. Esos neutrinos llenan todo el Universo desde entonces, constituyendo un baño de partículas que no ha podido ser detectado.

En t = 1.1 seg. comenzó la aniquilación de pares e+ e-: la destrucción de materia y antimateria para dar luz. Un pequeñísimo exceso de la materia sobre la antimateria fue el que permitió más tarde que se formaran las galaxias y con ellas las estrellas y los planetas.

A los 3 minutos y 46 segundos comienza la nucleosíntesis primordial: la formación de núcleos de Deuterio, Helio y una pequeñísima proporción de Litio.

En t = 4 min. ya se había producido todo el Helio observado actualmente en el Universo, quedando una composición de un 75% de Hidrogeno y un 25% de Helio aproximadamente.

El hecho de que la explicación vaya tan despacio en esta primera fase se debe a que en esa época, el tiempo necesario para que un evento tuviera carácter cosmológico, es decir, para que afectara a una parte significativa del Universo, era muy pequeño debido a su reducido tamaño.

En la actualidad, para que un evento tenga carácter cosmológico, hay que esperar un tiempo igual a 10 veces la vida del Universo. Esto se resume diciendo que el Tiempo Característico del Universo primigenio era mucho menor que ahora (Tiempo Característico = Tiempo necesario para que una región dada del Universo doble su tamaño por la expansión cosmológica). De esta forma, en Cosmología, el tiempo se mide con potencias de 10 (tanto positivas como negativas).

Al cabo de media hora, se habían aniquilado todos los pares electrón-positrón apareciendo el estado de vacío que encontramos hoy. De esta aniquilación se salvaron uno de cada mil millones de electrones, suficiente para neutralizar la carga eléctrica positiva de los protones y constituir un Universo globalmente neutro en carga eléctrica.

En este momento había mil millones de fotones por cada nucleón. A esta época se le llama “época de la radiación” ya que la alta energía de la misma impedía la formación de los átomos. La temperatura había descendido a unos 300 millones de grados K y la densidad era del 10% de la del agua.

Para que se formaran átomos había que esperar a que la temperatura descendiera por debajo de los 4000 K. Entre t = 300000 años y un millón de años, prácticamente toda la materia paso a formar parte de átomos, produciéndose el desacoplamiento materia radiación. Antes de que esto ocurriera, el Universo se parecía a la superficie del Sol:

Caliente, opaco y lleno de luz amarillenta. Después se hizo transparente, al tiempo que la mayor parte de la energía pasaba a formar parte de la materia. Terminaba así la era de la radiación y comenzaba la “era de la materia” en la que nos encontramos actualmente.

La radiación del Universo dejo de interactuar apreciablemente con la materia neutra, desacoplándose ambos y evolucionando a partir de entonces de manera independiente (como había ocurrido anteriormente con los neutrinos). La radiación lleno todo el Universo mientras que la materia tendía a configurar grandes agrupaciones.

La radiación que se desacoplo en aquella época es la que descubrieron Pencias y Wilson en 1965 como un fondo cósmico de microondas. Este baño de radiación es altamente isótropo, es decir, presenta las mismás características en todas las direcciones en las que se observe. Su espectro corresponde al de un cuerpo negro a 2.7 K, siendo esta la temperatura actual del Universo.

Al final de la era de la radiación, la densidad era de unos 10 millones de átomos por cada litro de Universo, mientras que en la actualidad se encuentra, en promedio en 1 átomo por cada 1000 litros.

En la época dominada por la radiación debieron crearse las irregularidades que más tarde darían lugar a la formación de las estructuras a gran escala del Universo, en las que se hallan incluidas las galaxias y en ellas las estrellas. Este proceso no esta bien comprendido en la actualidad, existiendo dudas de que se formo antes, si las grandes estructuras y a partir de ellas las pequeñas, o al revés.

Actualmente, entre 13 y 20 mil millones de años después, se han formado unos cien mil millones de galaxias, cada una de ellas con un promedio de unos cien mil millones de estrellas, lo que hace un total de diez mil millones de billones de soles, repartidos a lo largo y ancho de un Universo observable de entre 10 y 20 mil millones de años luz de radio.