Departamento de Astronomía, Universidad de Ilinois.
Desde las páginas ESTRELLAS
Para discusiones más detalladas, vea La Naturaleza de las Estrellas y Espectra .
La siguiente es una narración de las ocho conferencias OLLI impartidas en la Universidad de Illinois en 2010-12. La presentación de una conferencia con diapositivas no es lo mismo que una versión escrita. Sin embargo, el patrón general sigue lo que se hizo en voz e imágenes. Comenzamos con el Sol, incluida su naturaleza, espectro, actividad y efecto en la Tierra. Luego nos expandimos hacia el Sistema Solar para visitar los planetas, sus órbitas y los restos de su formación. Desde los escombros más externos, nos lanzamos a las estrellas para examinar su naturaleza, sus vidas y sus muertes. Esta discusión se introduce con una breve incursión en CÓMO aprendemos acerca de las cosas celestiales a través de nuestros telescopios. Al final, vean que nuestra Tierra es un producto del Universo en general,
El Sol . Una bola brillante que todo el mundo aprecia (especialmente cuando la echa de menos en un día lluvioso) y nadie se atreve a mirar, excepto quizás cuando se levanta o se pone en la oscuridad del horizonte o cuando está detrás de nubes lo suficientemente gruesas. Es demasiado brillante. Pero sin su intensa iluminación, no habría vida, ya que casi toda la energía con la que vivimos proviene de la energía solar, desde productos agrícolas hasta combustibles fósiles que descienden de plantas antiguas. Su fachada simple esconde un magnífico motor nuclear que ha brillado cerca de su brillo actual durante casi cinco mil millones de años y le quedan otros cinco mil millones antes de que comience a extinguirse. Lo cual es una historia para más tarde, como lo es su lugar entre sus miles de millones de hermanos, vistos de noche como todas las otras estrellas en un cielo ennegrecido.
El sol se ve sólido, pero es gaseoso en todas partes. El borde razored aparente es causado por gases solares altamente opacos: simplemente no se puede mirar muy lejos en la "superficie" solar aparente más de lo que se puede ver en una nube de buen tiempo. Todo sobre el Sol es enorme, hasta el punto de que los números aparentemente secos asumir vidas propias. La "superficie" opaca - la "fotosfera" - brilla con una temperatura de unos 5500 grados Celsius (casi 10,000 grados F), o 5780 grados en la escala absoluta "Kelvin", que cuenta grados Celsius hacia arriba desde cero absoluto, - 273 grados C. Está a 150 millones de kilómetros (93 millones de millas) de distancia, 400 veces más lejos que la Luna, tan lejos que a velocidades de autopista tardaría 150 años en llegar allí. Alrededor de 1.4 millones de kilómetros (860,000 millas) de ancho, una vez que llegue allí en su automóvil altamente aislado, le tomaría otra década conducir alrededor mirando las vistas: que incluyen gases burbujeantes, cuerdas magnéticas gigantes, explosiones inmensas y oscuridad profunda. valles magnéticos con pendientes resbaladizas,
Muchos de los números son tan grandes que no podemos escribirlos fácilmente. Necesitamos una taquigrafía. Los números grandes generalmente se expresan a través de exponentes, escritos aquí como x. Como ejemplos, 4 = 22 (2 X 2, dos al cuadrado), 100 = 10 X 10 = 102. Un número como 10,000 es 104, 50,000 es 5 X 104. Usando la taquigrafía, en una escala terrestre simulada, el Sol pesa 2 X 1030 kilogramos (2 seguidos por 30 ceros), o 2 X 1027 (dos mil billones de billones) de toneladas métricas. Se irradia a una velocidad de 4 X 1026(cuatrocientos billones de billones) de vatios. Para ejecutar el Sol por un segundo, deberá pagar a su compañía eléctrica el producto interno bruto de los EE. UU. Durante un millón de años. Incluso a su gran distancia, con el Sol sobre su cabeza, proporciona energía a una velocidad de casi 1400 vatios por metro cuadrado de tierra,
Muy diferente a la Tierra y excluyendo el motor nuclear en el núcleo, el Sol (como la mayoría de las estrellas) está hecho de 90 por ciento de hidrógeno, 10 por ciento de helio y una pequeña fracción de todo lo demás, incluido el hierro, el silicio y el carbono del cual La Tierra está compuesta, haciéndonos realmente bastante especiales a pesar de nuestro pequeño tamaño. ¿Como sabemos? Para averiguarlo, debemos separar la luz del sol.
La luz del sol parece estar un poco en el lado amarillento del blanco. En realidad, brilla una amalgama de colores continuos de rojo a naranja, amarillo, verde, azul, violeta y todos los tonos intermedios, como lo demostró Isaac Newton en el siglo XVII cuando pasó un rayo de sol a través de un prisma refractor sobre una tela para revelar El espectro solar . El ojo luego vuelve a ensamblar los colores, fusionándolos de nuevo en un color amarillo-blanco visual.
La luz consiste en un flujo de energía electromagnética que se puede visualizar como ondas eléctricas y magnéticas que se mueven a la "velocidad de la luz", en el vacío a 300,000 kilómetros (186,000 millas) por segundo. Es el límite de velocidad del Universo. Las ondas a las que el ojo es sensible tienen distancias muy cortas ("longitudes de onda") entre sus crestas, por debajo de 0.0001 centímetros aproximadamente (2.5 centímetros por pulgada). Aquellos con las longitudes de onda más cortas aparecen como violeta, aquellos con el doble de esa longitud de onda que el rojo, con la progresión de otros colores en el medio. Al pasar del aire al vidrio o al agua, las ondas se ralentizan y se doblan, o "refractan", hacia las ondas violetas perpendiculares, más cortas que las rojas más largas. Al emerger, se aceleran y vuelven a doblarse, separando los colores aún más: de ahí el espectro de Newton.
El espectro solar se desarrolla de muchas maneras atractivas, especialmente como el arco iris. Una tormenta eléctrica de la tarde sopla hacia el este, permitiendo que la luz del sol caiga sobre sus gotas de lluvia. Solo uno fuera. Cuando un rayo de sol ingresa a la gota, se dobla y se divide en los colores que lo componen. Todos se reflejan en la parte posterior de la gota, luego salen y se separan aún más, la inversión en la dirección envía el rayo dividido a su ojo. La combinación de todas las gotas, combinada con las propiedades del agua, crea un arco de color circular de 42 grados de radio alrededor del punto debajo del horizonte opuesto al Sol, con rojo en el exterior, azul o violeta (porque refractan más) en el interior . Dos reflejos dentro de las gotas producen un segundo arco más grande fuera del brillante con colores invertidos. A veces puedes ver una serie de "supernumerarios" rosas arcos dentro del principal que son causados por ondas de luz que interfieren entre sí, en una dirección que se acumula y en otra que se cancelan mutuamente. Si el Sol está demasiado alto en el cielo, el punto opuesto al Sol estará demasiado lejos debajo del horizonte y no se podrá ver el arco. Por lo tanto, los arcoíris aparecen temprano en la mañana o al final de la tarde, cuando el Sol está lo suficientemente bajo como para hacer que la proa quede visible contra el cielo.
La separación de los colores solares es una parte natural del día. ¿Porque el cielo es azul? Otra visión de la luz es que consiste en acelerar las partículas, "fotones". El concepto moderno en el extraño mundo de la mecánica cuántica es que la luz es tanto una onda como una partícula al mismo tiempo. Puede pensar en un fotón como un trozo de onda, aunque esa no es una descripción muy precisa. Algunos de los fotones solares entrantes rebotan en las moléculas de aire (principalmente nitrógeno y oxígeno), lo que cambia las direcciones de los fotones. El proceso es mucho más eficiente en longitudes de onda más cortas que están más cerca de los tamaños de las moléculas. Los fotones violetas (no están coloreados; ese es solo el efecto que tienen en el ojo) se dispersan ferozmente, mientras que los fotones rojos más largos no se ven afectados en absoluto. Los fotones azules y violetas luego son derribados por todo el cielo, resultando en que algo entre en su ojo desde cualquier dirección. Pero hay relativamente pocos fotones violetas en la luz solar, ni el ojo es muy sensible a ellos, por lo que la mayoría de los fotones dispersos que vemos son azules. De ahí el glorioso cielo azul.
El complemento de un cielo azul debe ser una puesta de sol roja. El cielo parece una cúpula sobre tu cabeza. No lo es El aire es en realidad una capa delgada que abraza el suelo y se ajusta a la curvatura de la Tierra, la densidad y la presión disminuyen rápidamente con la altura (como lo dirá cualquiera que suba montañas). Hacia arriba, ves hacia afuera a través de la parte más delgada de la capa. A medida que su mirada cae hacia abajo, debe mirar a través de más y más aire. A 30 grados hacia arriba desde el horizonte, se ve el doble del espesor superior, mientras que en el horizonte se mira 38 veces más aire que cuando se mira directamente hacia arriba. Como resultado, la luz del sol poniente tiene un camino más largo para dispersarse y, con más luz azul eliminada, el Sol se vuelve más rojo. El efecto se ve fuertemente potenciado por la absorción de fotones solares por el aire, la neblina acuosa y la contaminación, tanto natural (por volcanes) como artificial. Por lo tanto, vemos maravillosas puestas de sol rojas, que aumentan en intensidad a medida que el Sol cae por debajo del horizonte.
El hielo también refracta. El hielo cristaliza en hexágonos de seis lados (¿recuerdas el copo de nieve en tu manopla?) Que forman pequeños prismas. Ponga nubes de hielo ligeras frente al Sol, y pueden crear un anillo de color 22 grados (el ángulo de flexión a través de los lados del hexágono) en radio con el Sol en el medio. Debido a que el ángulo de flexión aumenta con la disminución de la longitud de onda, el halo es rojo en el interior y azul en el exterior. (Asegúrese de ocultar el Sol detrás de algo para no mirarlo directamente.) A medida que el Sol se pone, las manchas en el anillo en una línea a través del Sol paralela al suelo crecen en intensidad, hasta que estos "atardeceres" se burlan de los soles. , "dominar. Un anillo blanco paralelo al suelo causado por la reflexión puede, en raras ocasiones, extenderse a través de los atardeceres y rodear todo el cielo. Dado que las personas pueden mirar fácilmente la Luna, el anillo y sus "moondogs" se ven más comúnmente alrededor del disco lunar. La refracción a través de los lados cuadrados de los prismas helados puede producir un anillo raro de 47 grados de radio. Varios arcos tangenciales a los anillos también pueden pintar el lienzo azul. La mayoría están relacionadas con el anillo de 22 grados, aunque a veces se puede ver uno, el "arco circunhorizontal", unido al borde inferior del anillo de 47 grados, incluso cuando 47 no está visiblemente allí, dejando una especie de arco iris flotando en El cielo bajo el sol.
Entre los fenómenos espectrales más familiares se encuentra un anillo apretado, a menudo de color, contiguo al disco de la Luna nuevamente causado por la interferencia entre los fotones en forma de onda cuando pasan entre el agua o las partículas de hielo en su camino hacia usted. Los colores se invierten del del halo grande, con azul ahora en el interior y rojo en el exterior. Ves lo mismo a través de los vidrios brumosos alrededor de las luces brillantes. Se puede divertir mucho mirando por la ventana de un avión. Aquí podríamos ver sundogs especialmente intensos, así como el puro reflejo del Sol en las nubes heladas de luz debajo de la nave, haciendo un "subsun" que te sigue, las nubes a veces tan transparentes como para ser prácticamente invisibles.
Si está posicionado a la derecha, es posible que vea la sombra del avión proyectada en las nubes de abajo. Las ondas de luz interferentes combinadas con la reflexión pueden producir un halo colorido, la "gloria" (el "arco iris del piloto") a su alrededor. Si las nubes están muy lejos, la sombra del avión se pierde, dejando anillos anidados flotando en el aire debajo.
Ahora combina los colores con el brillo amarillo-blanco de la luz solar pura. A medida que el Sol sale o se pone a través de un lago o un océano, lanza un "camino de brillo", haciendo que parezca que puedes caminar hacia el espacio. Es causada por el reflejo de la luz solar en las olas irregulares. Inclínelo boca abajo, donde el "océano" está hecho de cristales de hielo atmosférico que forman nubes de luz. Ahora el camino del brillo parece elevarse hacia el cielo como un "pilar del sol".
El aire limpio no solo se dispersa, sino que como una "sustancia" (aunque ligera), también se refracta. A medida que la luz solar entra en la capa de aire sobre nosotros, se dobla hacia abajo. Por lo tanto, todos los objetos celestes vistos desde la Tierra se elevan hacia arriba, apareciendo más altos en el cielo de lo que realmente son. A medida que miramos hacia el horizonte, donde el ángulo entre la luz solar entrante y la capa de aire disminuye y la longitud del camino a través del cual miramos aumenta, el efecto se magnifica enormemente. En el horizonte, a 90 grados desde arriba, las cosas se elevan medio grado, que es el diámetro angular de la Luna y el Sol. Vea el Sol (cuando sea seguro, a través de la bruma o las nubes) sentado en una llanura o en el horizonte del océano. Si pudieras eliminar mágicamente el aire de la Tierra, ¡el Sol se caería de la vista! El efecto extiende las horas del día en varios minutos,
Nuevamente asiente al Sol en el horizonte. La parte inferior del disco solar se refracta hacia arriba más que la parte superior, lo que aplasta el disco solar en un óvalo que se vuelve más redondo a medida que sale el Sol. Dado que la parte inferior del Sol naciente o poniente debe pasar a través de más aire, se eliminarán más ondas cortas y será más roja que la parte superior. La Luna se comporta de la misma manera, pero es más difícil de ver cuando se levanta o se pone. (Junto con la refracción va la dispersión de colores. La "imagen" de onda corta del Sol será refractada hacia arriba más que por más tiempo. Pero el violeta y el azul se dispersan, dejando la puesta o el sol naciente con un borde superior verde brillante. Como lo último en desaparecer en un horizonte plano (mejor sobre el océano), produce el "destello verde" amado por las tumbonas de bar en Key West).
Nuestra atmósfera está llena de neblina acuosa que varía enormemente de un lugar a otro y con el tiempo. Como complemento está el polvo siempre presente que el viento levanta del suelo. El polvo y el vapor de agua están iluminados por la luz solar reflejada. Una nube frente al Sol proyecta sombras. El efecto es que los rayos solares parecen proyectarse a través de agujeros en la nube o se proyectan al cielo desde los bordes irregulares de la nube. El Sol está tan distante que los rayos solares son paralelos entre sí. Pero desde el suelo, la perspectiva hace que parezcan converger en la distancia, y si las condiciones son adecuadas para crear un glorioso efecto de "resplandor solar" que parece emerger del disco solar. Con el monótono nombre de "radiación crepuscular" El efecto es especialmente bonito cuando se ve al amanecer o antes, cuando el aire está húmedo y los rayos parecen ascender de la Tierra al Cielo. Lo verás mucho en el arte de la escuela primaria. Agregue un Sol oculto que brille a través de la capa delgada en el borde de la nube para crear un "revestimiento de plata" y los resultados son, bueno, celestes. Cuando los rayos del sol (realmente las sombras de las nubes que intervienen) se proyectan hacia el suelo, la filosofía popular dice que el Sol está "arrastrando agua" hacia el cielo. Por el contrario, es principalmente el agua que ya está en el aire lo que hace posible el efecto. Cuando los rayos del sol (realmente las sombras de las nubes que intervienen) se proyectan hacia el suelo, la filosofía popular dice que el Sol está "arrastrando agua" hacia el cielo. Por el contrario, es principalmente el agua que ya está en el aire lo que hace posible el efecto. Cuando los rayos del sol (realmente las sombras de las nubes que intervienen) se proyectan hacia el suelo, la filosofía popular dice que el Sol está "arrastrando agua" hacia el cielo. Por el contrario, es principalmente el agua que ya está en el aire lo que hace posible el efecto.
Las sombras están en todas partes. Después de todo, qué es la noche, sino nuestro ser a la sombra no de las nubes, sino de toda la Tierra. Y puedes verlo crecer. A medida que el Sol cae por debajo del horizonte occidental, la sombra de la Tierra se eleva como una banda gris en el este que sube más alto hasta que se extiende sobre todo el cielo como una capucha oscura. La noche no "cae"; se levanta. Por encima de la banda, la atmósfera superior todavía capta algo de luz solar y la dispersa hacia abajo, lo que nos da un tranquilo período de crepúsculo. Verá la noche "caer" en la mañana durante el amanecer, y luego sale el sol y la banda gris se pone en el oeste en el momento en que el primer destello de la gloriosa luz del sol llega al horizonte.
La luz del sol también juega en la Luna, que orbita alrededor de la Tierra una vez al mes y brilla estrictamente por la luz solar reflejada. Tenga en cuenta que el Sol está 400 veces más lejos que la Luna. Las fases son causadas por nuestra visión de diferentes porciones del hemisferio lunar a la luz del día a medida que cambia el ángulo entre el Sol y la Luna que rodea la Tierra. Cuando la Luna está entre nosotros y el Sol, se nos presenta el lado nocturno, y la Luna es "nueva" e invisible. Justo después de la nueva, a medida que la Luna nos orbita, podemos ver por primera vez la luz del día lunar y la Luna aparece noche tras noche como una media luna "creciente" (creciente) en el crepúsculo occidental. Cuando la Luna y el Sol están en ángulo recto entre sí (en el "primer cuarto" de la órbita) vemos la mitad de la cara iluminada por el sol, mientras que la otra mitad es de noche. A medida que vemos cada vez más la cara iluminada por el sol, la Luna engorda en una forma "gibosa", y cuando la Luna finalmente está opuesta al Sol, vemos todo el disco iluminado por el sol y la Luna está "llena". De vez en cuando, la Luna llena pasa a través de la sombra extendida de la Tierra, y podemos admirar un eclipse. Solo ocurre una o dos veces al año, ya que la órbita lunar está inclinada y la Luna llena generalmente pasa por encima o por debajo de la sombra. La luna llena que se eleva a la sombra de la Tierra es sorprendentemente encantadora. La aparente "enorme" de la luna llena en ascenso no es más que una ilusión, ya que siempre tiene la misma mitad de grado de diámetro. La escena completa se repite a la inversa, la Luna pasa por su forma gibosa menguante al "tercer cuarto", luego a su creciente media luna matutina, hasta que vuelve a ser nueva. La luna llena que se eleva a la sombra de la Tierra es sorprendentemente encantadora. La aparente "enorme" de la luna llena en ascenso no es más que una ilusión, ya que siempre tiene la misma mitad de grado de diámetro. La escena completa se repite a la inversa, la Luna pasa por su forma gibosa menguante al "tercer cuarto", luego a su creciente media luna matutina, hasta que vuelve a ser nueva. La luna llena que se eleva a la sombra de la Tierra es sorprendentemente encantadora. La aparente "enorme" de la luna llena en ascenso no es más que una ilusión, ya que siempre tiene la misma mitad de grado de diámetro. La escena completa se repite a la inversa, la Luna pasa por su forma gibosa menguante al "tercer cuarto", luego a su creciente media luna matutina, hasta que vuelve a ser nueva.
Cuando la Luna es nueva, la Tierra como se ve desde la Luna está llena. Cuando la Luna está en su fase creciente creciente (en la noche vista durante o después del crepúsculo), un visitante lunar vería una Tierra grande y altamente reflectante que es tan brillante como para iluminar la noche lunar, permitiéndonos aquí en la Tierra ver todo el contorno lunar fantasmal, el lado nocturno de la Luna brilla con "luz de la tierra". Vemos lo mismo en la mañana cerca del amanecer cuando la Luna se acerca nuevamente a la luna. Y hay pocos lugares más agradables que la cercana Luna llena que nos tienta con su brillante camino a través del mar: subir a bordo.
Mire el extremo rojo del arco iris de Newton, que se intensifica en color hasta que parece evaporarse. "¿Eso es todo lo que hay?" ¿Se detiene el espectro o simplemente no lo vemos? William Herschel se enteró en 1802 cuando accidentalmente colocó un termómetro en el extremo rojo del espectro y observó cómo aumentaba la temperatura. Había descubierto el INFRARROJO. (Herschel, fundador de la astronomía moderna, era un músico de Hannover que emigró a Inglaterra a fines de la década de 1700. Fascinado por la astronomía, construyó el mejor telescopio, descubrió el planeta Urano y, junto con su hermana Caroline, catalogaron miles de objetos celestes). Las longitudes de onda más largas del infrarrojo simplemente no se registran a simple vista. El "IR" se extiende desde el rojo hacia ondas mucho más largas hasta que, a una longitud de onda de un milímetro más o menos, arbitrariamente lo llamamos "radio", una parte del "espectro electromagnético" que se estaba explorando independientemente a principios del siglo XX. . Con longitudes de onda que se extienden a kilómetros, la radio no tiene un límite externo conocido.
Dado el descubrimiento de Herschel, uno podría esperar que la violeta profunda también se transforme en otra cosa. Efectivamente, más corto que el violeta se encuentra el ULTRAvioleta (UV), al que nuestros ojos vuelven a ser insensibles. A longitudes de onda unas pocas milésimas de veces más cortas que la violeta, cambiamos el nombre de la radiación a "rayos X", y para los mucho más cortos, "rayos gamma", para los cuales nuevamente no se conoce un extremo corto.
La energía de un fotón, ya sea de rayos X, luz amarilla o radio de 10 km, depende estrictamente de la longitud de onda: cuanto más corta es la longitud de onda del fotón, más energía transporta. Los fotones visuales, para los cuales nuestro aire es benditamente (en su mayoría) transparente, son lo suficientemente energéticos como para calentar la Tierra, mientras que los infrarrojos son más benignos (se sienten como calor). Las ondas de radio son casi totalmente inofensivas. Sin embargo, el ultravioleta puede ser dañino, mientras que todos saben que los fotones de rayos X y rayos gamma pueden ser cada vez más mortales.
Si se colocan en un ambiente más frío, los cuerpos por encima del cero absoluto (- 273 C, -459 F) deben irradiar su energía interna. Si realmente hace frío, todo lo que un cuerpo puede liberar es una radio de baja energía (que vemos que proviene de las frías nubes del espacio interestelar). Caliéntelo a unas pocas decenas de grados por encima del cero absoluto, y la radiación infrarroja se derrama. El Sol, a casi 6000 Kelvin (grados Celsius por encima del cero absoluto), produce abundantemente en el espectro visual energético. Las estrellas más calientes, en las decenas de miles de Kelvin, irradian la mayor parte de su energía en el ultravioleta, y muchas son las fuentes de ultrahot, rayos X y rayos gamma. No importa en qué parte del espectro un cuerpo logre su máxima potencia radiativa, sin embargo, también brilla bien con energías más bajas. El Sol, por ejemplo, nos envía infrarrojos y radio, Además de eso, una gran cantidad de UV (principalmente de efectos magnéticos) para arrancar. El efecto de la temperatura se ve más sutilmente a través de los colores de las estrellas. Las estrellas frías aparecen rojizas. A medida que aumenta la temperatura, marchamos a través del espectro hacia longitudes de onda más cortas y más enérgicas, de rojo a naranja, amarillo, blanco (sustituyendo por el verde), luego azul. Las estrellas especialmente frías irradian solo en el infrarrojo, especialmente las calientes vierten ultravioleta además de todas las longitudes de onda más bajas.
Afortunadamente, nuestra atmósfera protectora es principalmente opaca a la luz ultravioleta gracias a la absorción por una capa alta de ozono. Sin embargo, una pequeña parte del espectro ultravioleta justo al lado de la violeta se cuela para causar bronceados y quemaduras solares, que empeoran cuanto más alto está el Sol en el cielo gracias al grosor decreciente de la línea de visión. Sin embargo, el infrarrojo no está bloqueado continuamente como lo está el UV, sino que está en una variedad de bandas espectrales, lo que permite que parte de la radiación natural de baja energía penetre en el suelo de modo que aún podamos ver hacia el exterior y practicar la astronomía infrarroja. La Tierra, calentada por la luz solar a unos 300 Kelvin, irradia solo en los dominios de infrarrojos y radio. Con radiación de baja energía absorbida en el infrarrojo por vapor de agua, dióxido de carbono, metano y otros ingredientes atmosféricos, el aire ahora actúa como una manta que ayuda a mantener el calor, un fenómeno llamado "efecto invernadero". Es necesario para la vida; sin ella, la Tierra probablemente estaría demasiado fría para haberla sostenido o incluso haberla nacido. Sin embargo, aquí está la base del argumento a favor de los efectos humanos sobre el calentamiento global, ya que aumentar el contenido de dióxido de carbono (y metano) debería actuar para aumentar la temperatura promedio de la Tierra y cambiar los patrones climáticos.
¿Por qué el aire es transparente para algunas bandas de longitud de onda y no para otras? Para la respuesta miramos al átomo.
Los "elementos químicos" son las sustancias fundamentales de las que está hecho todo, e incluyen elementos tan conocidos como hidrógeno, carbono, hierro, oro y uranio. Todo se reduce a protones, pequeñas partículas cargadas positivamente. Ellos y neutrones neutros de aproximadamente el mismo tamaño y masa forman "átomos", más específicamente el núcleo del átomo o "núcleo". Un protón y el átomo es hidrógeno, dos y es helio, 6 carbonos, etc. El número de neutrones unidos comienza en cero para el hidrógeno ordinario y luego aumenta un poco más rápidamente que el número de protones. A pesar de la repulsión de cargas similares, los protones están unidos por una poderosa "fuerza fuerte" de corto alcance, al igual que los neutrones. Este "núcleo" central está rodeado por una nube de electrones cargados negativamente igual en número a la de los protones para mantener todo el asunto eléctricamente neutral. Los aproximadamente 100 elementos naturales se apilan juntos en la famosa "tabla periódica" del químico.
Para un elemento dado, diferentes números de neutrones producen diferentes "isótopos", mientras que la eliminación de electrones produce "iones" cargados. El hidrógeno normal tiene solo un protón y no tiene neutrones, por lo que es H-1. Pegue un neutrón y tiene H-2 (deuterio). Demasiados o muy pocos neutrones y el átomo se desmorona, volviéndose "radiactivo", de donde emite partículas peligrosas y radiación electromagnética de alta energía. El ejemplo más conocido es el uranio-238, 92 protones, 146 neutrones, que se teme cuando se enriquece con U-235 (92 y 143) para usar en una planta de energía nuclear o una bomba atómica. Tome un electrón de un átomo y obtendrá un "ion" cargado positivamente. Uno eliminado del helio, por ejemplo, nos da He +, ambos eliminados, He + 2.
Los átomos de todos los elementos absorben y emiten radiación en forma de fotones, el trabajo generalmente lo manejan los electrones. Pero (y aquí está la clave) a bajas presiones, lo hacen solo a energías particulares propias del átomo o ion. En un gas o sólido de alta presión caliente, todas las energías particulares que se unen forman un espectro puro e ininterrumpido. Sin embargo, coloque un gas de baja presión frente a un cuerpo denso de alta temperatura que brilla intensamente, y el enrarecido absorberá colores muy estrechos para producir algo así como un "código de barras" de "líneas de absorción" oscuras sobre un fondo brillante, la apariencia dependiendo del elemento o ion que hace la absorción.
Las capas externas del Sol actúan de manera similar, con los códigos de barras de todos los elementos superpuestos entre sí. Después de desenredarlos e identificarlos con elementos particulares o sus iones, las absorciones renuncian a todo tipo de propiedades solares, incluida la temperatura y la composición química, que es 90 por ciento de hidrógeno, 10 por ciento de He (el contenido de helio encontrado en realidad por otros medios) , y aproximadamente una décima parte del porcentaje de todos los demás elementos. Encabezando a los "otros" está el oxígeno, seguido de neón y carbono, luego nitrógeno. La mayoría de las estrellas son similares. De gran fascinación son los que no lo son. Las moléculas, combinaciones de átomos, producen conjuntos de absorciones extraordinariamente ricos, bandas enteras de ellos, que nos devuelve a la absorción de radiación infrarroja y ultravioleta por la atmósfera molecular de la Tierra y el efecto invernadero.
Para dar sentido al interior del Sol, debemos mirar más de cerca al exterior. La superficie gaseosa opaca aparentemente sólida se divide en "gránulos" brillantes del tamaño de un estado rodeados de carriles oscuros que van y vienen durante períodos de minutos. Son la parte superior de las celdas de convección gigantes de arriba hacia abajo que transportan el calor y la luz que se transmite desde muy abajo. La turbulencia más las perturbaciones magnéticas gigantes hacen que el Sol suene como una campana con un gran número de connotaciones, desde el cual podemos hacer estudios "sísmicos" para "ver" el interior de la misma manera que lo hacemos con la Tierra con vibraciones de terremotos. La capa de convección se extiende alrededor de un tercio del camino hacia adentro. Debajo de eso, el gas es silencioso y mueve la energía hacia afuera por absorción atómica y radiación.
En el corazón de las cosas está el asiento de la energía solar, el "núcleo". Ocupando aproximadamente una cuarta parte del tamaño solar y la mitad de la masa solar, el núcleo es tan caliente (16 millones de Kelvin) y denso (una docena de veces la densidad del plomo, pero aún un gas) que los elementos más livianos se pueden transformar en más pesados, en nuestro caso aquí cuatro átomos de hidrógeno en uno de helio. Sin embargo, se pierde una pequeña masa (M), 0.7 por ciento. Pero no puede simplemente desaparecer. En cambio, se convierte en energía (E) a través de la ecuación de renombre de Einstein, E = Mc2, "c", la velocidad de la velocidad de la luz, que al cuadrado convierte una pequeña cantidad de masa en una gran cantidad de energía.
Aquí está la fuente de toda la vida. Si el Sol funcionara solo con energía gravitacional, manteniéndose caliente mientras se aprieta, podría brillar durante no más de 10,000 años. Pero el registro de la desintegración radiactiva (por ejemplo, la transformación de uranio en plomo a una velocidad conocida) muestra que la Tierra, y por lo tanto el Sol, debe tener 4.500 millones de años. Y el registro fósil revela que el Sol ha estado brillando a algo cercano a su ritmo actual durante casi todo ese tiempo.
El Sol corre en su lugar en la reacción "protón-protón" ("pp"). Puede operar solo a alta densidad y si la temperatura está por encima de unos pocos millones de Kelvin, lo que hace que los protones (átomos de hidrógeno sin electrones unidos) se golpeen entre sí a velocidades tan grandes que pueden superar la repulsión eléctrica y acercarse lo suficiente como para que pueden permanecer bajo la fuerza fuerte y producir calor en forma de rayos gamma. En el proceso, un protón se convierte en un neutrón con la expulsión de electrones positivos (¡antimateria!) Y una partícula extraña llamada "neutrino". El resultado es hidrógeno pesado, H-2 o deuterio. El positrón luego golpea un electrón, el par se aniquila en la creación de más rayos gamma.
Otro golpe de un protón produce helio ligero, He-3 y aún más energía. Una colisión entre dos átomos de He-3 finalmente crea helio normal, He-4, con un par de protones sobrantes. El Sol no puede explotar porque la primera reacción es tremendamente lenta. La energía se abre paso gradualmente a través de sucesivas absorciones y reemisiones por átomos intervinientes, los rayos gamma gradualmente se convirtieron en aerosoles de luz amarilla-blanca emitida en la superficie convectiva. El trabajo de la gravedad no es dirigir el Sol directamente, sino proporcionar la fuerza de compresión necesaria para obtener la temperatura y la densidad lo suficientemente altas como para ejecutar la cadena de fusión, que a su vez proporciona soporte y evita que el Sol se colapse. Queda suficiente hidrógeno en el núcleo para mantener el Sol en funcionamiento tal como está ahora por otros 5 mil millones de años. (Como veremos,
Los neutrinos son extraños. El Sol es tan denso dentro que la transferencia de energía por fotones (en la cual los rayos gamma se descomponen en la radiación visual más benigna que nos calienta) puede tomar cientos de miles de años. La luz del sol que ves hoy fue creada hace mucho tiempo. Pero los neutrinos salen rápidamente. Todo es transparente para ellos. Miles de millones que se acercan a la velocidad de la luz pasan a través de usted cada segundo, día y noche, de hecho a través de la Tierra. Pero hemos aprendido a atrapar algunos con telescopios de neutrinos. (Lo cual es inesperadamente extraño. El primero fue una tina de cien mil galones de líquido de limpieza a base de cloro enterrado a una milla de profundidad en Dakota del Sur para protegerlo de la radiación exterior.) De las tasas de captura de unos pocos encontramos que los números vienen fuera son solo los esperados.
Regrese ahora a la superficie opaca, la "fotosfera", donde se libera la radiación. Incluso una mirada rápida al Sol generalmente muestra manchas oscuras, "manchas solares", algunas de las cuales son mucho más grandes que la Tierra. Poseen campos magnéticos intensos miles de veces más fuertes que los de nuestro planeta. Pareciendo huevos fritos, las manchas han deprimido las "umbras" centrales oscuras con temperaturas alrededor de 1500 Kelvin más frías que los alrededores. (La cantidad de radiación emitida por un gas denso o sólido depende críticamente de la temperatura. Por lo tanto, los cuerpos más fríos son mucho más oscuros). Alrededor de las umbras hay pendientes más claras, grisáceas, que se elevan hacia la superficie brillante. Las manchas solares vienen en pares de campos magnéticos opuestos, uno positivo y otro negativo, con los pares comúnmente reunidos en grandes grupos confusos.
A partir de las velocidades a las que parecen marchar a través de la superficie solar, encontramos que el período de rotación del Sol es de 25 días cerca de su ecuador, pero más cerca de 30 días más cerca de los polos, los gases solares se desgarran unos a otros. El movimiento de los gases cargados eléctricamente conductores a través de la rotación y la convección produce un campo magnético global que se concentra en gruesas cuerdas subsolares por la rotación de corte. Flotando hacia arriba, las cuerdas saltan a través de la superficie en bucles gigantes. Donde entran y salen, el magnetismo es tan poderoso que detiene la convección hacia arriba, que forma una mancha oscura.
Los bucles y la energía magnética crean y calientan una vasta envoltura circundante, la "corona" solar, a alrededor de dos millones de Kelvin. Sin embargo, es tan vacío que, a pesar de su alta temperatura, es invisible contra el cielo azul. Solo durante un eclipse solar, en el que la Luna nueva cubre el disco solar brillante, es visible desde el suelo. Las personas, incluidos los científicos, viajan miles de millas para ver y estudiar la corona. Desde el espacio, se encuentra lleno de estructuras calientes, brillantes y en bucle causadas por los mismos tipos de campos magnéticos que producen las manchas solares. Entre la fotosfera y la corona se encuentra una capa delgada, roja y magnéticamente activa, la "cromosfera".
Los bucles gigantes retienen la corona e impiden que se expanda, como corresponde a un gas caliente. Cuando la corona calentada magnéticamente no está lo suficientemente confinada, sopla hacia afuera en un "viento solar" que desgarra la Tierra y, con la ayuda del campo magnético de la Tierra, ayuda a crear nuestros "cinturones de radiación Van Allen" circundantes. Uno 1.5 radios terrestres, los otros 4, a su vez nos protegen del viento invasor y peligroso. Encauzados por los polos del campo magnético de nuestro planeta, las partículas del viento hacen que el aire superior brille como las luces del norte y del sur (auroras) que son fácilmente visibles en todo Alaska y el norte de Canadá. Los bucles son terriblemente inestables. Si dos de ellos se conectan y neutralizan entre sí, colapsan violentamente, enviando partículas atómicas hacia la cromosfera para crear un punto brillante, una "llamarada" solar, mientras que otras partículas se mueven hacia afuera a alta velocidad para golpear la Tierra. Liberado, una gota liberada de gas coronal tarda un par de días en llegar a nosotros, con lo que perturba el campo magnético de la Tierra, produciendo auroras que pueden extenderse a latitudes más bajas lejos de sus hogares normales. Los efectos electromagnéticos en el suelo son suficientes para derribar las redes eléctricas, lo que puede causar millones de dólares en daños. La explosión también puede destruir la electrónica satelital, aunque aquellos (y los astronautas) dentro de Van Allen Belts están al menos algo protegidos. Nuestro mundo tecnológico está terriblemente sujeto al "clima espacial". s campo magnético, produciendo auroras que pueden extenderse a latitudes más bajas lejos de sus hogares normales. Los efectos electromagnéticos en el suelo son suficientes para derribar las redes eléctricas, lo que puede causar millones de dólares en daños. La explosión también puede destruir la electrónica satelital, aunque aquellos (y los astronautas) dentro de Van Allen Belts están al menos algo protegidos. Nuestro mundo tecnológico está terriblemente sujeto al "clima espacial". s campo magnético, produciendo auroras que pueden extenderse a latitudes más bajas lejos de sus hogares normales. Los efectos electromagnéticos en el suelo son suficientes para derribar las redes eléctricas, lo que puede causar millones de dólares en daños. La explosión también puede destruir la electrónica satelital, aunque aquellos (y los astronautas) dentro de Van Allen Belts están al menos algo protegidos. Nuestro mundo tecnológico está terriblemente sujeto al "clima espacial".
La acción impulsada magnéticamente se realiza en ciclos que duran un promedio de 11 años. En la actividad máxima, el Sol puede estar bastante cubierto de manchas, mientras que, como mínimo, pueden desaparecer por completo. Las auroras, las eyecciones de masa coronal, los destellos y una variedad de otros fenómenos magnéticos siguen su ejemplo, todo controlado por el tiempo que tardan las cuerdas magnéticas profundas en alcanzar su mayor complejidad, descomponerse y disolverse. Cuando regresan, todos los campos están invertidos, produciendo un ciclo magnético de 22 años.
Toda esta energía impactante es de alguna manera absorbida por la Tierra en su patrón climático. Las manchas solares (que, como sabemos ahora, son síntomas de magnetismo solar) se han relacionado con todo, desde los ciclos de sequía hasta el mercado de valores. Lo que parece ser real está relacionado con el "mínimo de Maunder", cuando entre 1650 y 1715, las manchas y el ciclo desaparecieron, de donde el hemisferio norte de la Tierra se hundió en la "Pequeña Edad de Hielo" (que, según algunos, también podría haber sido el resultado de la actividad volcánica global). Otras estrellas muestran tales ciclos, de los cuales podemos obtener algún tipo de predicción. Quizás debamos otro cierre. ¡Ahora eso no arruinaría el debate sobre el calentamiento global!
Desde nuestra perspectiva parroquial, la característica más importante del Sol son sus planetas, uno de los cuales nos pertenece. O más bien nosotros a eso. Luego están todos los demás, Mercurio a través de Plutón (si perdona el anacronismo), pero en realidad Neptuno, ya que el pobre Plutón es visto como un tipo diferente de cuerpo, uno que pertenece a un vasto cinturón de escombros fuera de la órbita de la lejana Neptuno. En un sentido muy real, los planetas son los satélites, las "lunas" del Sol.
Aquí, dentro del Sistema Solar, medimos distancias no en simples kilómetros, sino en "unidades astronómicas", la UA es la distancia promedio entre nosotros y el Sol de 93.2 millones de millas o 150 millones de kilómetros. Terriblemente pequeño en comparación con el Sol (incluso Júpiter gigante es solo una décima parte del diámetro solar, la Tierra una décima parte de eso), todos giran alrededor del Sol en órbitas más o menos circulares, en sentido contrario a las agujas del reloj como se ve mirando hacia abajo desde el norte, y en planos similares que están inclinados entre sí por pequeños ángulos (todas las pistas sobre sus orígenes). En orden, son (con distancia promedio del Sol, diámetro, masa, período orbital y el ciclo de visualización, es decir, el intervalo entre sucesivas oposiciones al Sol):
Imagina la Tierra en el espacio contigo encima: la forma en que te parece personalmente. Ahora pon el cielo, la infinita " esfera celestial, "a su alrededor. Expanda un plano a sus pies tangente a la curva de la Tierra, y corta el cielo por la mitad en el horizonte verdadero. Todo lo que está arriba del horizonte es visible, todo lo que está debajo está fuera de la vista. Ejecute el eje de rotación de Tierra a través de los polos norte y sur, y se adhiere a través de la esfera celeste en los polos celeste norte y sur. Arriba y paralela al ecuador de la Tierra está la versión celestial, el cielo simplemente explotó hacia afuera. El ecuador celeste se cruza con el horizonte hacia el este y el oeste en la brújula, que corre perpendicular al ecuador a través de los polos celestes y el punto superior (el cenit) es el meridiano celeste, que golpea el horizonte hacia el norte y el sur.El polo celeste norte (estrechamente marcado por la estrella Polaris) se eleva sobre su horizonte en un ángulo igual a su latitud.
La Tierra gira en sentido antihorario en este eje cada 24 horas. Pero evitamos la realidad aquí por lo que parece ser. En respuesta a la rotación de la Tierra, parece que el cielo gira sobre nosotros en la otra dirección, en el sentido de las agujas del reloj (sin coincidencia), llevando consigo las estrellas, la Luna, el Sol y los planetas. Observe cómo se elevan sobre la mitad oriental del horizonte, pasando la mitad occidental. Si está lo suficientemente cerca del polo celeste norte, los objetos celestes siempre son visibles, nunca se colocan o suben; si están demasiado cerca del polo sur, estarán siempre fuera de la vista a menos que viaje y cambie la orientación norte-sur de la esfera celeste.
La Tierra, en verdad, orbita alrededor del Sol una vez al año en sentido antihorario. Sin embargo, simule que estamos inmóviles de tal manera que el Sol parece ir por Estados Unidos, también en sentido antihorario. Parecerá trazar un camino, la " eclíptica, "hacia el este contra las estrellas distantes. Si el eje de la Tierra se atornillara verticalmente al plano de la órbita de la Tierra, entonces la eclíptica estaría directamente en el ecuador celeste. Pero no lo está. En cambio, está inclinada con respecto a la perpendicular orbital en un ángulo de 23.4 grados. Como se ve en el cielo, la eclíptica también está inclinada en relación con el ecuador celeste. El Sol sigue este camino inclinado, cruzando el ecuador alrededor del 20 de marzo y el 23 de septiembre, que marca el comienzo de la primavera y caída. A medida que la Tierra gira, en estas fechas el Sol técnicamente se eleva hacia el este, traza el ecuador celeste y se pone hacia el oeste. Dado que el Sol está en el ecuador, y el ecuador se divide uniformemente por el horizonte, el Sol está arriba durante 12 horas, baja durante 12; los días y las noches son, por lo tanto, de igual duración.(La refracción y el diámetro solar angular finito en verdad extienden las horas del día en unos pocos minutos).
La inclinación luego lleva al Sol hasta 23.4 grados al norte del ecuador el 21 de junio, el primer día de verano, cuando en latitudes templadas lo vemos más alto en el cielo, luego lo lleva a una altura de 23.4 grados al sur del ecuador en el primer día de invierno, 21 de diciembre. Esta es la única causa de las estaciones, ya que en verano la luz solar impacta a la Tierra desde lo alto, mientras que en invierno golpea más en ángulo, extendiéndose, lo que resulta en una baja tasa de calentamiento .
Todos los planetas se mueven , los internos rápidamente, los externos lentamente. Pero como ellos, incluida la Tierra, están más o menos en el mismo plano general, todos se encontrarán cerca de la eclíptica. Pasa a través de un conjunto de 12 constelaciones antiguas.colectivamente llamado "Zodiaco", que es la base de la astrología. Y se mueven lo hacen. Los movimientos de Marte y Venus se pueden ver de noche a noche. Los exteriores van más lentamente, Júpiter tarda 12 años a una tasa de una constelación por año, Saturno casi el doble de tiempo. Pero como los vemos desde una plataforma móvil, sus movimientos aparentes son bastante complejos. Dada su constante progresión en sentido contrario a las agujas del reloj, generalmente parecen (ignorando el aumento y el ajuste diarios) para moverse hacia el este contra el fondo estrellado. Pero cuando la Tierra va entre un planeta externo, o uno interno más rápido nos pasa, parecerá que va hacia atrás, hacia el oeste o "retrógrado". Dada la creencia de los antiguos de que el Sol y los planetas giraban alrededor de una Tierra central, estos movimientos fueron una fuente de gran consternación, y construyeron esquemas elaborados para explicarlos. Luego vino la razón.
El primero en el grupo fue el clérigo polaco, Nicolaus Copernicus. Nacido en 1473, 19 años antes de que Colón nos "descubriera", pasó gran parte de su vida demostrando que la Tierra y los planetas giraban alrededor del Sol. Su gran trabajo, "de Revolutionibus Orbium Celestium", se publicó en 1543, el año de su muerte, lo que pudo haberlo salvado de la Inquisición.
El siguiente es Tycho Brahe. Nacido justo después de la muerte de Copérnico, Tycho fue uno de los mejores observadores a simple vista que jamás haya existido. Con transportadores gigantes midió las posiciones de las estrellas y registró los movimientos de los planetas contra ellas. Al morir en 1601, los resultados de sus estudios fueron entregados (¿robado por?) A su asistente, nuestro hombre número tres, Johannes Kepler. La teoría heliocéntrica de Copérnico no predijo los movimientos de los planetas mejor que los del geocéntrico más antiguo. Había cometido el error lógico de hacer que los planetas se movieran en órbitas circulares, siendo la esfera y el círculo, por supuesto, las figuras perfectas, que naturalmente habrían sido elegidas por Dios.
Kepler, en el espíritu de la ciencia moderna, se propuso calcular cómo se mueven realmente los planetas para replicar las observaciones de Tycho. Le llevó casi una década resolver sus dos primeras leyes de movimiento planetario y otra para la tercera. Aquí están.
1. Un planeta se mueve a lo largo de un ELLIPSE con el Sol en un foco. (La elipse se dibuja de manera tal que la suma de las distancias a lo largo de la curva a dos puntos interiores, los focos, es una constante. Junte los focos y tendrá un círculo, estírelos en relación con el tamaño de la figura, y la elipse sale larga y delgada). Esto significa que la distancia entre un planeta y el Sol cambia constantemente. La Tierra está más cerca del Sol (1.7 por ciento más cerca que el promedio) en "perihelio", aproximadamente el 2 de enero, más lejos en "aphelion" alrededor del 4 de julio. Estamos más cerca del "fuego" en pleno invierno del norte, más lejos en el calor del verano: tanto por esa teoría de las estaciones.
2. Los planetas se aceleran de una manera prescrita a medida que se acercan al perihelio, disminuyen la velocidad a medida que retroceden al afelio. (El vector de radio, la línea que conecta el planeta con el Sol, barre áreas iguales en tiempos iguales.) Estas leyes juntas explican la "desigualdad de las estaciones", que la primavera y el verano son aproximadamente tres días más largos que el otoño y el invierno, conocido desde la época de la antigua Grecia.
3. Finalmente, Kepler los unió a todos en su Ley Armónica: el cuadrado del período orbital de un planeta en años equivale al cubo de su semieje mayor ("a") en Unidades Astronómicas (el semieje mayor es la mitad de la longitud de la elipse eje), o P2 = a3. Intentalo. Júpiter está a 5.2 UA del Sol. Cubéelo (5.2 X 5.2 X 5.2) para obtener 140.6, cuya raíz cuadrada es 11.9 años. Kepler descansa su caso.
La cuarta persona en este desfile estrellado es Galileo, quien, a partir de 1609, trabajó en el momento en que Kepler estaba produciendo sus dos primeras leyes. No inventó el telescopio, pero con los mejores que pudo encendió en el cielo encontró: (1) las lunas de Júpiter, y que dieron la vuelta al planeta de la misma manera que los planetas de Copérnico giran alrededor del Sol; (2) cráteres y otras características en la Luna; (3) manchas solares; (4) las fases de Venus (no es posible en el sistema centrado en la Tierra); (5) que la Vía Láctea está hecha de muchas estrellas. Hay mucho más, incluidos los anillos de Saturno, que interpretó mal con su pequeño alcance como perillas. Pero lo que lo distingue de los demás, que estaban haciendo un trabajo similar, es que continuó con sus observaciones, trató de interpretarlas, se dio cuenta de que había dado pruebas del copernicanismo, y escribió extensamente al respecto. Lo que inevitablemente lo metió en problemas con la Iglesia. Llamado a Roma, se vio obligado a retractarse y fue puesto bajo arresto domiciliario por el resto de su vida. Sus obras fueron prohibidas hasta el siglo XIX.
Pero "el gato estaba fuera de la bolsa" (una vieja frase naval que no tiene nada que ver con los gatos reales). Y nadie podría volver a ponerlo. La teoría kepleriana funcionó maravillosamente. Pero al mismo tiempo, nadie podía entender POR QUÉ funcionó. Kepler pensó que una fuerza misteriosa empujaba a los planetas. Quedó para los números 5 y 6 en nuestra historia para hacerlo bien.
Isaac Newton es una de las personas más brillantes que jamás haya vivido. Contencioso, solitario, con pocos amigos, su mente abarcaba un vasto espacio de espacio intelectual. Él, con Leibniz en Alemania, inventó el cálculo, que desarrolló a partir de los conceptos de Descartes. (No, no escribiré el chiste). También inventó el telescopio reflector, fue uno de los primeros en examinar el espectro solar y, en uno de sus mayores logros (todos descritos en los "Principia"), estableció las leyes de movimiento y gravedad, y al hacerlo también explicaron las mareas.
(Mareas. La gravedad de la Luna ejercida en la parte de la Tierra directamente debajo de la Luna es más alta que en el lado opuesto de la Tierra. El resultado es un estiramiento a través de la Tierra, notable principalmente en sus océanos, que tendrá un bulto en principio frente a la Luna. A medida que la Tierra gira, un punto en la orilla se hundirá más profundo que las aguas menos profundas aproximadamente dos veces al día. En realidad, la marea alta y la marea baja están por detrás de la posición de la Luna en el cielo. Dos cuerpos colocados en proximidad el uno al otro siempre elevará las mareas mutuas. Las mareas levantadas en el cuerpo sólido de la Luna por la Tierra han detenido su rotación en relación con nosotros, de modo que siempre vemos la misma cara lunar).
La "aceleración" es un cambio en la "velocidad", que como término técnico combina velocidad y dirección. Aumente o disminuya su velocidad, o conduzca alrededor de una curva a velocidad constante, y está acelerando. Newton postuló tres leyes del movimiento natural.
(1) El movimiento de un cuerpo permanece constante a menos que una fuerza externa actúe sobre él.
(2) La aceleración lograda por un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza aplicada e inversamente proporcional a la masa del cuerpo (definiendo así el significado de "masa"). Volteado, Fuerza = aceleración masa X, F = MA.
(3) Cada acción tiene una reacción igual y opuesta (lo que hace que los aviones y los cohetes funcionen). Él, con Galileo como predecesor, inventó la física.
Ninguna manzana golpeó a Newton en la cabeza, ni descubrió la gravedad. El primer hombre de las cavernas que se cayó de un acantilado hizo eso. Hizo algo mucho mayor al descubrir cómo funciona la gravedad. Newton notó que la aceleración de un cuerpo que cae (que aumenta su velocidad por cada segundo de caída y es independiente de la masa) y la aceleración de la Luna en órbita estaban en proporción inversa a sus distancias desde el centro de la Tierra. Lo que hace que la manzana caiga es una fuerza universal que también hace que la Luna siga su camino curvo cerrado. La fuerza de gravedad entre las esferas es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional a los cuadrados de las distancias entre sus centros, o F = G (M1 X M2) / D2, donde G, que se encuentra en el laboratorio , es una constante que hace que las unidades salgan bien. La gravedad terrestre funciona como si la Tierra ' Todas las masas estaban concentradas en el centro del planeta; en ese sentido, estás a 6500 km (4000 millas) de la Tierra, el radio de nuestro planeta. Mientras está de pie, la Tierra lo empuja hacia el centro, pero como la Tierra es sólida, no puede llegar allí. Su "peso" es, por lo tanto, una fuerza contra la superficie de la Tierra tal que W = GM (Tierra) XM (usted) / (Radio de la Tierra al cuadrado). Sustituya la masa y el radio de un planeta por los de la Tierra, y obtenga su peso en Marte o la Luna. Dado que F = MA, la aceleración de la gravedad, la aceleración con la que usted o cualquier otra cosa cae, es G multiplicada por la masa de la Tierra dividida por el radio al cuadrado, o g = GM (Tierra) / R2. Mide "g" y puedes encontrar la masa de la Tierra. Mientras está de pie, la Tierra lo empuja hacia el centro, pero como la Tierra es sólida, no puede llegar allí. Su "peso" es, por lo tanto, una fuerza contra la superficie de la Tierra tal que W = GM (Tierra) XM (usted) / (Radio de la Tierra al cuadrado). Sustituya la masa y el radio de un planeta por los de la Tierra, y obtenga su peso en Marte o la Luna. Dado que F = MA, la aceleración de la gravedad, la aceleración con la que usted o cualquier otra cosa cae, es G multiplicado por la masa de la Tierra dividida por el radio al cuadrado, o g = GM (Tierra) / R2. Mide "g" y puedes encontrar la masa de la Tierra. Mientras está de pie, la Tierra lo empuja hacia el centro, pero como la Tierra es sólida, no puede llegar allí. Su "peso" es, por lo tanto, una fuerza contra la superficie de la Tierra tal que W = GM (Tierra) XM (usted) / (Radio de la Tierra al cuadrado). Sustituya la masa y el radio de un planeta por los de la Tierra, y obtenga su peso en Marte o la Luna. Dado que F = MA, la aceleración de la gravedad, la aceleración con la que usted o cualquier otra cosa cae, es G multiplicada por la masa de la Tierra dividida por el radio al cuadrado, o g = GM (Tierra) / R2. Mide "g" y puedes encontrar la masa de la Tierra. Sustituya la masa y el radio de un planeta por los de la Tierra, y obtenga su peso en Marte o la Luna. Dado que F = MA, la aceleración de la gravedad, la aceleración con la que usted o cualquier otra cosa cae, es G multiplicado por la masa de la Tierra dividida por el radio al cuadrado, o g = GM (Tierra) / R2. Mide "g" y puedes encontrar la masa de la Tierra. Sustituya la masa y el radio de un planeta por los de la Tierra, y obtenga su peso en Marte o la Luna. Dado que F = MA, la aceleración de la gravedad, la aceleración con la que usted o cualquier otra cosa cae, es G multiplicado por la masa de la Tierra dividida por el radio al cuadrado, o g = GM (Tierra) / R2. Mide "g" y puedes encontrar la masa de la Tierra.
Edmund Halley, el de la fama del cometa, descubrió que la teoría de Newton predice órbitas elípticas. Newton dijo que ya lo había hecho. ¿Qué es exactamente una "órbita"? Deja caer una pelota y cronometra su caída al suelo. No hay relación entre el movimiento horizontal y vertical. Lanza la pelota horizontalmente y de inmediato comienza a caer al mismo ritmo al que la soltaste por primera vez. Sin embargo, cuanto más rápido lo lances, más lejos llegará antes de aterrizar. A cierta velocidad, la curvatura de la Tierra entra en juego. Lanza la pelota a 18,000 millas por hora y cae a la misma velocidad a la que se curva la Tierra. Aunque cae constantemente, no puede alcanzar la superficie de la Tierra y sigue dando vueltas y vueltas (suponiendo que ni las montañas ni la abuela se interpongan en el camino). Ahora está en órbita. En la superficie de la tierra, El circuito tomaría 88 minutos. Pon un astronauta Shuttle en una órbita más alta, y ella y la nave caerán con la misma aceleración. Por lo tanto, se siente "ingrávida" aunque dentro de la gravedad de la Tierra, que no se ha reducido mucho. Siguiendo la tercera ley de Kepler, P2 proporcional a a3, cuanto más lejos esté el satélite de la Tierra (siguiendo un camino circular), más tiempo tardará en orbitar. A una distancia de 41,000 km (25,000 millas), el período es el mismo que el período de rotación de la Tierra de 24 horas. Si lo coloca sobre el ecuador de la Tierra, la cosa parece colgar inmóvil en el cielo, y hemos encontrado el mejor lugar para colocar un satélite de comunicaciones. el período es el mismo que el período de rotación de la Tierra de 24 horas. Si lo coloca sobre el ecuador de la Tierra, la cosa parece colgar inmóvil en el cielo, y hemos encontrado el mejor lugar para colocar un satélite de comunicaciones. el período es el mismo que el período de rotación de la Tierra de 24 horas. Si lo coloca sobre el ecuador de la Tierra, la cosa parece colgar inmóvil en el cielo, y hemos encontrado el mejor lugar para colocar un satélite de comunicaciones.
Usando sus leyes, Newton ideó generalizaciones de las Leyes de Kepler.
(1) La órbita de un cuerpo alrededor de otro es una "sección cónica". Cortar un cono en diferentes ángulos. Perpendicular al eje se obtiene un círculo; inclínelo un poco y obtendrá una elipse. Incline el corte paralelo a un lado, y sale una parábola, mientras que una inclinación mayor produce una hipérbola. Las órbitas parabólicas e hiperbólicas son abiertas, de una manera: aquí viene el asteroide mortal; ahí va, para nunca volver.
(2) La conservación del momento angular. Balancea una piedra con una cuerda alrededor de tu cabeza. El momento angular es la masa de la roca multiplicada por su velocidad multiplicada por la longitud de la cuerda. Cambia una cantidad y automáticamente cambias otra. A medida que un planeta se acerca al perihelio, se acelera en respuesta al acortamiento de la distancia. Observe a una bailarina o patinadora trabajar de la misma manera que ella trae en sus brazos.
(3) La gravedad implica masa, pero la masa no aparece en la tercera ley de Kepler, P2 = a3. Kepler también usó unidades relativas a la Tierra, períodos en años y distancias en unidades astronómicas. Usando sus leyes de movimiento y la ley de la gravedad, Newton no solo puso en masa, sino que expresó la tercera ley en unidades físicas. Descubrió que los cuadrados de los períodos, P2 ("P" en segundos), es igual a una constante por a3 ("a" en centímetros) dividido por la suma de las masas de los dos cuerpos, o P2= (4 pi2 / G) X a3) / (M1 + M2). Si M1 es la masa del Sol y M2 la masa de un planeta, M1 + M2 es esencialmente constante. Kepler se salió con su tercera ley porque las masas planetarias son muy pequeñas. Es una regla poderosa. Déle la vuelta y puede usar la órbita de la Tierra para medir la masa del Sol,
De hecho, podemos poner en órbita las masas de CUALQUIER dos cuerpos (dos estrellas, por ejemplo). Las órbitas son siempre mutuas, cada cuerpo gira alrededor de un centro común (el "centro de masa") entre ellas cuya posición depende de la inversa de la relación de masa (a1 / a2 = M2 / M1, donde "a1" y "a2" son los semiejes principales de las masas 1 y 2 sobre el centro de masa). A medida que la Luna orbita alrededor de la Tierra, la Tierra orbita a la Luna, aunque con un radio orbital más pequeño de solo 3000 millas derivado de la relación de masa. Asumiendo que el cuerpo más pequeño va exclusivamente sobre el más grande (con un semieje mayor de a1 + a2) se obtiene la suma de las masas. La ubicación del centro de masa (que puede ser difícil de encontrar) da la relación de masa, de ahí las masas individuales.
¿Número 6? Albert Einstein, quien descubrió que Newton estaba equivocado, aunque al menos en condiciones comunes, no por mucho. La teoría de la relatividad de Einstein sostiene que vivimos en una red de espacio-tiempo de cuatro dimensiones en la que la velocidad de la luz es constante, sin importar la velocidad del observador (el fenómeno observado experimentalmente). La gravedad de Einstein es una distorsión del espacio-tiempo por la masa. La gravedad tiene energía. E = Mc2, por lo que la energía gravitacional tiene un equivalente de masa, que cambia un poco las reglas, aunque hay mucho más que esto. El término "relatividad" proviene de la comprensión de que el momento de un evento siempre es relativo a la posición y el movimiento del observador. Todos vemos el Universo de manera ligeramente diferente y, debido a la velocidad finita de la luz, en diferentes momentos. La relatividad es esencial para la vida moderna.
Ahora la historia salta hacia atrás (o, continuando desde Newton, ¿es hacia adelante?) A William Herschel. Fue presentado como el descubridor de la radiación infrarroja. Sin embargo, dejó su huella como descubridor del planeta Urano, en 1781, que casi duplicó el tamaño del Sistema Solar durante la noche. Lo encontró mientras escaneaba sistemáticamente los cielos y lo reconocía como algo bastante extraño. Primero pensando que podría ser un cometa, las observaciones periódicas de él y otros mostraron claramente su naturaleza planetaria, un cuerpo de aproximadamente un tercio del tamaño de Júpiter a 19 UA del Sol en una órbita de 84 años. El nuevo planeta causó sensación. Herschel originalmente lo llamó "Georgius Sidus", "George's Star", en honor a su monarca, el rey Jorge III. Los franceses y otros pensaron que no era una buena idea,
El Sol claramente tiene un control importante sobre los planetas. Pero cada planeta debe influir en todos los demás, tanto directa como indirectamente a través de su interacción gravitacional con el Sol. Esas son muchas interconexiones cuando se trata de calcular órbitas planetarias reales, que no son elipses perfectas. Es extremadamente difícil sin una computadora, y los astrónomos del siglo XIX se convirtieron en maestros. Las desviaciones de las posiciones de Mercurio de las predichas por la teoría newtoniana se encuentran entre las principales pruebas de la relatividad, lo que hace que sea correcta.
Urano no es tan débil, y en buenas condiciones se puede ver a simple vista. Los cálculos de su trayectoria orbital mostraron que había sido observado ya en 1690 por otros y se pensaba que era simplemente otra estrella débil, por lo que había una serie de datos para trabajar que incluía observaciones posteriores al descubrimiento. Y Urano nunca estuvo justo donde se suponía que debía estar. No hay problema relativista aquí, ya que Urano está demasiado lejos del Sol y se mueve muy lentamente. Pero si hay un planeta más allá de Saturno, ¿por qué no uno más allá de Urano? John Adams en Inglaterra y Urbain Leverrier en Francia se propusieron "buscarlo", cada uno tratando de predecir la posición del transuraniano sobre la base de las desviaciones de las posiciones calculadas de Urano, que incluían críticamente los efectos de los planetas conocidos. En una historia larga, complicada y disputada, Adams ' El trabajo no fue seguido. Leverrier envió su predicción al Observatorio de Berlín, donde Johannes Galle encontró lo que se llamaría Neptuno de inmediato el 23 de septiembre de 1846. A treinta UA del Sol, acaba de completar una órbita completa de 165 años desde que se encontró.
El descubrimiento causó otra sensación más. ¡La física newtoniana funciona! Si supieras las posiciones y velocidades de todos los átomos en el Universo, podrías predecir el futuro: el determinismo es el rey. "Su honor, robé el banco porque las Leyes de Newton me obligaron a hacerlo". La filosofía tuvo cierto crédito hasta el advenimiento de la mecánica cuántica a principios de 1900 y el descubrimiento de la naturaleza de las partículas subatómicas. Al igual que los fotones, los electrones y los protones se comportan con dualidad onda-partícula, de modo que no tenemos esperanza de precisarlos. Todo lo que podemos dar son las probabilidades. El libre albedrío ahora reina. O al menos voluntad accidental.
Incluso teniendo en cuenta a Neptuno, Urano no se comportó perfectamente, por lo que se volvió a intentar el mismo truco. Finalmente, en 1930, Clyde Tombaugh se encontró con Plutón. Terriblemente débil, el "último planeta" (llamado en ese momento) resultó ser demasiado pequeño para influir en gran parte de cualquier cosa. El descubrimiento había sido fortuito. Con un promedio de 40 unidades astronómicas del Sol, que toma 249 años para dar la vuelta, Plutón tiene una órbita excéntrica muy inclinada que lo lleva dentro de Neptuno. Además, Neptuno tiene un bloqueo, ya que Plutón, aproximadamente del tamaño del oeste de los EE. UU., Orbita dos veces cada vez que Neptuno orbita tres veces (una palabra que no puedes usar muy a menudo). El pequeño resulta ser el miembro principal del Cinturón de Kuiper (después de Gerard Kuiper), un anillo de escombros planetarios fuera de la órbita de Neptuno, y por lo tanto fue "des-planeado". a un estado inferior. O a uno más alto. En cualquier caso, lo volveremos a encontrar. (Las masas mejoradas de los planetas exteriores a partir de los movimientos de las naves espaciales que pasan y orbitan finalmente resolvieron el problema de Urano. No hay más planetas reales, no hay "Planeta X").
¿Qué están haciendo los planetas en una revisión del Sol y las estrellas? Parecen ser una parte natural del proceso de formación de estrellas, por lo que debemos verlos más bien como un "Shakespeare reducido" en el que todas las jugadas se realizan en una actuación rápida. Los primeros cuatro, Mercurio a través de Marte, tienen un parecido superficial entre sí. Llamados los "planetas terrestres" por el mayor de sus miembros, la Tierra, todos son rocosos con núcleos de níquel-hierro.
El núcleo de la Tierra ocupa aproximadamente la mitad del diámetro planetario. Como se encontró en las vibraciones del terremoto, la mitad interna del núcleo es sólida, el líquido externo. La mitad exterior de la Tierra, el "manto", es principalmente roca de silicato. En la parte superior flota la corteza rocosa solidificada, que se divide en continentes más livianos y cuencas poco llenas de agua. Aunque los océanos se ven enormes, no son más que una película delgada de un par de millas de profundidad sobre un cuerpo de 8000 millas de ancho. Estamos realmente muy secos, aunque no tanto como los otros terrestres (con Marte un poco dudoso).
El interior de la Tierra se calienta a miles de grados en gran parte por la descomposición radiactiva del uranio y el torio pesados en plomo. La circulación del núcleo líquido produce nuestro campo magnético y finalmente nuestras auroras. El manto está en un estado plástico caliente que fluye lentamente en corrientes de convección que atraviesan la corteza principalmente en las crestas del océano medio. Al fracturar la corteza en placas individuales, las corrientes empujan a los continentes, haciéndolos chocar entre sí para crear montañas, terremotos y volcanes. Los volcanes como Hawai también surgen de la profundidad del manto lejos de los límites de las placas. Por encima de todo se encuentra nuestra atmósfera de nitrógeno oxigenado al 80 por ciento.
Comience con el cuerpo más cercano, la Luna. Rodeando la Tierra, no se considera un "planeta", aunque seguramente se parece a uno. Aproximadamente una cuarta parte del tamaño de la Tierra con un poco más del uno por ciento de la masa de la Tierra, es un cuerpo golpeado y maltratado cubierto de cráteres de impacto y "maria" lunar, grandes cuencas cubiertas de lava oscura antigua que hacen la cara del "Hombre en el Luna." La mayoría de los cráteres fueron excavados hace unos cuatro mil millones o más años por los impactos tardíos de los escombros que siguieron a la formación del Sistema Solar. Las cuencas, que son enormes cráteres, llegaron poco después a través de una serie de ataques gigantescos. Están mayormente del lado de la Luna mirando a la Tierra (la Luna no gira en relación con nosotros, cumplidos de las mareas levantadas en la Luna por la Tierra).
Si la Luna está tan llena de cráteres, ¿cómo escapó la Tierra? No lo hizo. El fuerte cráter fue eliminado por la erosión y la deriva continental. Los aproximadamente 200 cráteres de impacto conocidos son relativamente recientes. Demasiado pequeña para mantener una atmósfera significativa, la Luna está casi completamente seca con solo un poco de hielo protegido en profundos cráteres polares que no ven la luz solar, así como una pequeña cantidad encerrada en rocas. Con solo un pequeño núcleo de hierro congelado, la Luna no tiene campo magnético global.
Mercurio al principio parece similar. Cerca del Sol y las rocas calientes y superficiales alcanzan los 430 C (cerca de 800 F) al mediodía, cayendo a menos de 300 en la oscuridad de la noche. También tiene poca atmósfera, solo la formada por átomos que el viento solar expulsó de la superficie. Está TAN cerca del Sol que es difícil de ver desde la Tierra, se levanta y se pone solo en el crepúsculo. Incluso está demasiado cerca del Sol para que el telescopio espacial Hubble lo vea. Lo que sabemos proviene de las naves espaciales que pasan y orbitan. Al igual que la Luna, está cubierta de cráteres de impacto (y cuencas) que se remontan a los primeros días del Sistema Solar, pero también tiene extensas llanuras volcánicas entre cráteres. La característica física más grande de Mercurio es su enorme núcleo de hierro, que ocupa alrededor del 70 por ciento del radio del planeta. El manto original pudo haber sido arrancado en una antigua colisión. Nadie lo sabe. Pequeñas cantidades de hielo residen en los cráteres polares oscuros. El núcleo de hierro ya debería haberse congelado, pero Mercurio posee un campo magnético débil. Al igual que la Luna a la Tierra, Mercurio está bloqueado por la marea en el Sol pero, debido a la excentricidad orbital bastante alta, con un período de rotación de 59 días terrestres, exactamente 2/3 del año mercurio de 88 días.
A menudo llamado gemelo de la Tierra, Venus es un poco más pequeño que nuestro planeta. Algunos gemelos Está cubierto por una atmósfera de dióxido de carbono a una presión 100 veces la de la Tierra. El efecto invernadero se ha vuelto loco, aumentando la temperatura de la superficie a cerca de 470 C (cerca de 900 F). Cubierto por espesas nubes de ácido sulfúrico, la superficie rocosa es invisible para el observador visual, que en su mayoría ha sido examinado por naves en órbita con radar. El planeta muestra una miríada de volcanes similares al Hawai en el medio del océano y un recuento de cráteres que sugiere que la superficie planetaria se repavimentó volcánicamente hace no más de mil millones de años, lo que borró cualquier registro temprano. El volcanismo extremo puede haber enfriado el núcleo lo suficiente como para que no produzca campo magnético. Sin continentes reales, con cuencas inferiores sin llenar con agua ausente, el lugar es la pesadilla de un astronauta.
Marte más pequeño, aproximadamente la mitad de nuestro tamaño, es mucho más hospitalario. Su rotación e inclinación axial, y por lo tanto estaciones, son similares a las nuestras. En los polos hay gruesos casquetes polares que durante el otoño y el invierno avanzan hacia latitudes más bajas. Algunos astrónomos creyeron que vieron líneas finas, "canales", cruzando la superficie, lo que llevó a creer en las civilizaciones marcianas. Son ilusorios El hemisferio sur está poblado por antiguos cráteres, mientras que el norte es conocido por los volcanes, uno de los cuales se eleva más del doble de la altura del Everest. Puedes construir montañas más grandes en planetas de baja gravedad, especialmente si no hay una deriva continental que los limite. Marte trató de ser geológicamente activo, con una grieta de 3000 millas de largo, pero se enfrió demasiado rápido por dentro para que el planeta creara continentes. El aire, solo el uno por ciento de la presión sobre la Tierra, Es casi todo dióxido de carbono. Los casquetes polares son principalmente hielo de agua con algo de hielo seco en el sur. La baja presión atmosférica no puede soportar agua líquida, pero hay muchas pruebas de que alguna vez existió. Vemos ramificaciones de valles secos en el sur, enormes canales erosionados en el norte, posibles costas, rocas sospechosamente estratificadas y evidencia de una química acuosa. El lugar debe haber tenido una atmósfera más espesa y haber sido muy parecido a la Tierra. ¿Hubo una vez la vida? No hay evidencia de ninguno. Y si no, ¿Pórque no? y evidencia de una química acuosa. El lugar debe haber tenido una atmósfera más espesa y haber sido muy parecido a la Tierra. ¿Hubo una vez la vida? No hay evidencia de ninguno. Y si no, ¿Pórque no? y evidencia de una química acuosa. El lugar debe haber tenido una atmósfera más espesa y haber sido muy parecido a la Tierra. ¿Hubo una vez la vida? No hay evidencia de ninguno. Y si no, ¿Pórque no?
Viajando más hacia afuera, hacia los planetas más grandes, nos encontramos con nuestros primeros muy pequeños, los "planetas menores", los asteroides. Cientos de miles, millones, más, se extienden principalmente entre 2.1 y 3.2 UA del Sol. El más grande, Ceres, tiene poco menos de 1000 kilómetros (575 millas) de ancho, bastante menos del 10 por ciento del tamaño de la Tierra. Las colisiones y la gravedad planetaria los arrojan tan lejos como la órbita de Júpiter y más adentro que la Tierra. Los pequeños que nos golpean se llaman meteoritos. Vienen en dos sabores básicos, rocas y planchas, que nos dicen que los asteroides deben ser similares. Algunas de las rocas son primitivas y se remontan al nacimiento del Sistema Solar hace 4.500 millones de años. (De hecho, es la datación radiactiva de meteoritos primitivos lo que nos da la edad del Sistema Solar en primer lugar). Otros, y los hierros, deben ser los restos fracturados de asteroides que alguna vez tuvieron núcleos de hierro. Durante los eones, los grandes nos golpean ocasionalmente. Estamos tratando de rastrear a los peligrosos con el sueño de alterar la órbita de cualquiera que se prediga que golpeará la Tierra.
Luego vienen los gigantes pesados, Júpiter, a 5.2 UA el más grande, 11 veces el tamaño de la Tierra, con más de 300 masas terrestres. En homenaje al Sol, hecho en gran parte de hidrógeno (aunque en forma molecular de átomos de hidrógeno pares) y helio, el planeta está cubierto de nubes de amoníaco llenas de hidrocarburos nocivos que se extienden a través de fuertes vientos paralelos al ecuador. Inesperadamente, gira con un "día" de menos de la mitad de la Tierra. En el fondo, el hidrógeno comprimido se convierte en líquido, cuya circulación genera un campo magnético más de una docena de veces la fuerza de la Tierra. Llena de partículas solares atrapadas, la "magnetosfera" no solo es letal, sino que se encuentra entre las fuentes de radio más brillantes vistas desde la Tierra.
Cuatro grandes satélites, de tamaño Luna-Mercurio, orbitan el planeta. Descubiertos por Galileo, entretenidos de observar mientras pasan por el orden de los días, los satélites se pueden ver en binoculares. Lo más interno es Io, solo 6 radios jovianos con un período de solo 1,8 días. Gravitacionalmente tirado por los dos siguientes, Europa y Ganímedes, es flexionado por las mareas levantadas por Júpiter, y se calienta en su interior para convertirlo en el cuerpo más activo volcánicamente conocido ya que escupe columnas de silicatos cargados de azufre. Está tan cerca de Júpiter que hay una corriente eléctrica entre los dos. Europa es más tranquila, aunque se calienta por las mareas hasta el punto en que puede abarcar un océano debajo de una superficie hecha principalmente de hielo. Icy Ganymede es el satélite más grande del Sistema Solar, Callisto (26 radios de Júpiter, tardando aproximadamente quince días en orbitar) no muy lejos. Un tema común aquí es el hielo, que constituye aproximadamente la mitad del grueso de los grandes satélites exteriores. El espacio alrededor de Júpiter es compartido por unas 60 o más lunas pequeñas.
Luego, cerca de 10 UA del Sol, encontramos el glorioso Saturno, conocido por su sistema de anillos planos, ultrafinos pero brillantes cuyo diámetro es el doble que el del planeta (que es muy parecido a Júpiter, aunque un tercio de la masa y mucho menos denso). Formados por partículas de hielo y roca, generalmente de pocos centímetros de diámetro, los anillos están incrustados con cuerpos más grandes que, junto con la acción gravitacional de otros satélites, impulsan una gran y hermosa estructura de rizos anidados. Los anillos fácilmente visibles, probablemente hechos de un satélite roto o interrumpido por la marea, son solo la parte interna de un sistema muy extendido. Orbitando fuera de los anillos obvios hay unos 20 satélites modestos (y muchos más pequeños). Muchos tienen características extrañas, como Japeto con dos caras distintas y Encelado con penachos volcánicos acuosos. La luna más grande justo debajo del tamaño de Ganímedes, es extraño Titán. Con una atmósfera espesa, visualmente impenetrable, está cubierta por nubes de metano que llueven metano líquido en corrientes y lagos de hidrocarburos (este último visto por la nave espacial Cassini en órbita).
Podríamos tomar Urano y Neptuno, a 19 y 30 UA, juntos, aunque cada uno tiene características muy distintivas. Ambos son mucho más densos que los ligeros Júpiter y Saturno, y aunque están llenos de hidrógeno y helio, contienen mucha más agua / metano / hielo de amoníaco. La rareza principal de Urano es que se vuelca casi perpendicular a su órbita, lo que le da estaciones extremas. El siguiente es probablemente un conjunto de anillos estrechos, oscuros y muy espaciados, casi al reverso del de Saturno. (Neptuno y Júpiter también tienen sistemas de anillos delgados.) Mientras que Urano tiene un gran conjunto de satélites pequeños, Neptuno tiene pocos, aunque una luna grande, Tritón, se destaca. Orbitando hacia atrás, es casi seguro que es un cuerpo capturado, uno que se parece mucho a Plutón. Entonces, ¿qué es Plutón? Por definición moderna, pequeño para ser un verdadero "planeta", ' Un cuerpo de transición muy importante para el cinturón externo de escombros. Junto con un gran satélite y cuatro pequeños, Plutón está orbitalmente encerrado en Neptuno, es el hermano de una sola vez, Tritón, ahora en realidad propiedad de Neptuno.
Plutón fue el "último planeta" hasta finales del siglo XX, cuando otros cuerpos más pequeños en ubicaciones similares, incluso en órbitas similares a las de Plutón, comenzaron a aparecer. Se encontraron docenas, luego miles. Uno, Eris, tiene un diámetro y una masa muy similar a Plutón. Si Plutón es un planeta, ¿por qué no Eris, por qué no la miríada de cuerpos más pequeños? Plutón es realmente el precursor de una vasta colección de pequeñas bolas de roca heladas que se extienden hasta aproximadamente 55 UA (algunas dispersándose mucho más allá). El Cinturón de Kuiper fue predicho como el reservorio de cometas de período corto, aquellos que toman menos de 200 años para hacer un viaje completo alrededor del Sol.
Los cometas son cuerpos helados y polvorientos en largas órbitas elípticas. A medida que se acercan al Sol, se "derriten" parcialmente, sublimándose del hielo al gas, que es ionizado por la luz solar. El viento solar empuja el gas hacia atrás en una cola larga, azulada y brillante. La fusión de la matriz helada libera el polvo. La luz del sol se refleja en las partículas y las empuja hacia atrás en una cola de polvo curvada de color amarillo-blanco. Los cometas no cruzan el cielo, pero al igual que los planetas se mueven un poco de manera majestuosa cada noche, usualmente se vuelven más brillantes a medida que se acercan al Sol, más débiles cuando retroceden. Hay dos tipos generales, corto y largo período. El palo corto al plano eclíptico y la órbita en sentido antihorario como los planetas. Al encontrarse frecuentemente con el Sol, se evaporan rápidamente y generalmente son débiles.
Las colisiones y los efectos gravitacionales de los planetas exteriores mueven gradualmente los objetos del Cinturón de Kuiper hacia adentro hasta que visitan de cerca al Sol y se convierten en cometas reales. Debe haber miles de millones de ellos por ahí. Dicho esto, Plutón, Eris y los otros más grandes, NO son cometas, sino cuerpos evolucionados que tal vez "intentaron" convertirse en planetas pero que simplemente no pudieron reunir suficiente material para crecer a un tamaño decente a través de colisiones constantes.
Aproximadamente una vez por generación, nos visita un cometa verdaderamente grandioso que tiene una órbita que tarda miles, incluso millones, de años en completarse. Al encontrarse con el Sol con poca frecuencia, incluso por primera vez, un cometa de largo período puede ser increíblemente brillante, algunos incluso visibles durante el día. Entre su compañía está Halley's. Su órbita fue elaborada por el amigo de Newton, Edmund Halley, quien descubrió que diferentes cometas históricos eran en realidad los mismos que regresaban una y otra vez. Con un período bastante corto de 76 años, es una excepción, su órbita quizás acortada por un encuentro planetario. La tradición de Halley es profunda y amplia. Aparece en el Tapiz de Bayeux y tiene una reputación terrible como portador del mal. La última vez que pasó, a mediados de la década de 1980, la Ciudad de México cayó en un gran terremoto. Eso' s ha sido acusado de llevar niños pequeños. Los cometas, grandes y pequeños, no tienen influencia en la Tierra, ya que su gravedad es demasiado pequeña. A menos que ellos, como los asteroides, nos golpeen, como lo hizo el cometa Shoemaker-Levy con Júpiter en 1994. Un cometa menor atrapado por el planeta gigante, se separó en varios pedazos a través de la acción de marea de Júpiter, y luego uno tras otro atacaron. Si hay, ¿por qué no aquí? Muchos de los cráteres de impacto en la Tierra deberían haber sido causados por cometas. A diferencia de los asteroides, las apariencias de los cometas de período largo son bastante impredecibles, dando poco tiempo para salvar el planeta. Se cree ampliamente que las primeras colisiones con los cometas (y los asteroides acuosos) le dieron agua a la Tierra. Incluso si no golpean nada, los cometas que periódicamente visitan el Sol están condenados a la muerte por evaporación. grandes y pequeños, no tienen influencia en la Tierra, ya que su gravedad es demasiado pequeña. A menos que ellos, como los asteroides, nos golpeen, como lo hizo el cometa Shoemaker-Levy con Júpiter en 1994. Un cometa menor atrapado por el planeta gigante, se separó en varios pedazos a través de la acción de marea de Júpiter, y luego uno tras otro atacaron. Si hay, ¿por qué no aquí? Muchos de los cráteres de impacto en la Tierra deberían haber sido causados por cometas. A diferencia de los asteroides, las apariencias de los cometas de período largo son bastante impredecibles, dando poco tiempo para salvar el planeta. Se cree ampliamente que las primeras colisiones con los cometas (y los asteroides acuosos) le dieron agua a la Tierra. Incluso si no golpean nada, los cometas que periódicamente visitan el Sol están condenados a la muerte por evaporación. grandes y pequeños, no tienen influencia en la Tierra, ya que su gravedad es demasiado pequeña. A menos que ellos, como los asteroides, nos golpeen, como lo hizo el cometa Shoemaker-Levy con Júpiter en 1994. Un cometa menor atrapado por el planeta gigante, se separó en varios pedazos a través de la acción de marea de Júpiter, luego uno tras otro atacaron. Si hay, ¿por qué no aquí? Muchos de los cráteres de impacto en la Tierra deberían haber sido causados por cometas. A diferencia de los asteroides, las apariencias de los cometas de período largo son bastante impredecibles, dando poco tiempo para salvar el planeta. Se cree ampliamente que las primeras colisiones con los cometas (y los asteroides acuosos) le dieron agua a la Tierra. Incluso si no golpean nada, los cometas que periódicamente visitan el Sol están condenados a la muerte por evaporación. como asteroides, nos golpearon, como lo hizo el cometa Shoemaker-Levy con Júpiter en 1994. Un cometa menor atrapado por el planeta gigante, se separó en varios pedazos a través de la acción de marea de Júpiter, y luego uno tras otro golpearon. Si hay, ¿por qué no aquí? 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Los largos períodos y las enormes órbitas le dijeron a Jan Oort que debe haber otro reservorio de cometas lleno de un billón de cuerpos helados que podrían extenderse hacia afuera quizás a medio camino de la estrella más cercana. Los encuentros con estrellas y nubes interestelares ocasionalmente traen algunos hacia adentro para aparecer como grandes cometas de largo período. De vuelta en el Cinturón de Kuiper, Eris sale a 100 UA, otra, Sedna, a casi 1000. ¿Estamos comenzando a ver cometas de la Nube de Oort o cosas relacionadas con ellos?
Desde estos cuerpos distantes, miramos hacia afuera a las estrellas. Y tal vez a otros planetas y otra vida. Pero primero tenemos que desviarnos para ver cómo podemos aprender sobre ellos.
"Se puede ver mucho mirando" (atribuido a Yogi Berra, quien dijo que no dijo todas las cosas que dijo). El ojo desnudo dice poco. El avance se hizo en 1609 cuando Galileo giró su telescopio hacia el cielo. Hay dos tipos de telescopios tradicionales. El primero, como el de Galileo, usa una lente curva "objetiva" para refractar y doblar la luz de las estrellas a un foco, lo que crea una imagen puntual de un objeto puntual. Cuanto mayor sea el objetivo, más brillante será la imagen o más débil será la estrella que se puede detectar. El "poder de captación de luz" de un telescopio depende del área del objetivo o del diámetro al cuadrado, mientras que (debido a la interferencia de las ondas de luz) la cantidad de detalles que se pueden ver depende directamente del diámetro. Debido a su importancia, los telescopios de hecho son nombrados por el objetivo ' diámetro de s. Podemos "mirar" la imagen con una segunda lente, un "ocular". Al elegir diferentes oculares de diferentes distancias focales, podemos cambiar la potencia de aumento del telescopio. La potencia es igual a la longitud focal del objetivo (la distancia desde la lente al punto focal) dividida por la del ocular. También podemos colocar una placa fotográfica o (ahora) un detector electrónico en el plano focal del objetivo, lo que nos permite grabar permanentemente la imagen, medir el brillo; o podemos usar un dispositivo intermedio (un "espectrógrafo") para crear un espectro. La potencia es igual a la longitud focal del objetivo (la distancia desde la lente al punto focal) dividida por la del ocular. También podemos colocar una placa fotográfica o (ahora) un detector electrónico en el plano focal del objetivo, lo que nos permite grabar permanentemente la imagen, medir el brillo; o podemos usar un dispositivo intermedio (un "espectrógrafo") para crear un espectro. La potencia es igual a la longitud focal del objetivo (la distancia desde la lente al punto focal) dividida por la del ocular. También podemos colocar una placa fotográfica o (ahora) un detector electrónico en el plano focal del objetivo, lo que nos permite grabar permanentemente la imagen, medir el brillo; o podemos usar un dispositivo intermedio (un "espectrógrafo") para crear un espectro.
Los refractores son engorrosos. Para reducir la "aberración cromática" (una lente también actúa como un prisma que envía diferentes colores en direcciones ligeramente diferentes), tradicionalmente tienen largas distancias focales. Además, el vidrio puede ceder, lo que perturba la nitidez de la imagen. El refractor más grande del mundo, en el Observatorio Yerkes en Wisconsin, tiene una lente de 40 pulgadas (un poco más de un metro) de diámetro, que es pequeño para los estándares actuales. Además, estos telescopios más antiguos se construyeron cerca de donde vivían los astrónomos y ahora están muy contaminados por la luz.
Es mucho mejor usar la reflexión de un espejo cóncavo curvo (esencialmente parabólico) para enfocar la luz, luego colocar la cosa en la cima de una montaña oscura con la menor cantidad de aire perturbador posible. Los diferentes espejos secundarios y terciarios pueden llevar la luz a donde quiera el diseñador. El original de Newton tenía una secundaria plana que se colocaba justo por debajo de la posición focal para enviar la luz hacia un lado (la disposición más común para los pequeños ámbitos de aficionados). Los instrumentos profesionales suelen utilizar un secundario curvo para reflejar los haces convergentes hacia atrás a través de un orificio en el espejo primario (objetivo). O podríamos usar más espejos para enviar luz a una posición fija en el sótano.
Los espejos telescópicos son reflectores de la superficie frontal. La superficie reflectante es una película delgada de aluminio sobre una base curva de vidrio o cerámica. Parece que hay poco límite en cuanto a qué tan grande puede hacerlos. Hasta 1947, el más grande del mundo era el diámetro de espejo de 100 pulgadas en el monte. Wilson en California. Fue reemplazado por el gran telescopio de 200 pulgadas (5 metros) en la montaña Palomar. Los espejos individuales más grandes miden alrededor de 8 metros de diámetro, todos en el suroeste de los Estados Unidos, los Andes chilenos o Hawai. Podemos hacerlos aún más grandes mediante el uso de múltiples espejos para imitar uno grande, el más grande de los cuales son actualmente los gigantes gemelos de 10 metros en Mauna Kea. Los planes para instrumentos de 30 metros y más grandes están en marcha. Galileo tenía aproximadamente 2 pulgadas de ancho.
La astronomía terrestre tiene limitaciones severas. La atmósfera de la Tierra hace que las imágenes brillen (centelleen), impidiendo una visión nítida, y también absorbe ferozmente a longitudes de onda más cortas que la luz violeta y en gran parte del infrarrojo. Podemos superar ambos problemas orbitando nuestros telescopios sobre la capa de aire. El telescopio espacial Hubble es el más conocido, pero hay muchos otros que varían en recepción de longitud de onda desde el infrarrojo hasta el ultravioleta, rayos X e incluso rayos gamma, donde hay cosas exquisitas para ver. Con un diámetro de 2,4 metros, el HST no es el telescopio más grande, pero se encuentra en la mejor ubicación de observación. El telescopio James Webb, diseñado para el infrarrojo, tendrá casi el triple del diámetro, pero su vuelo está lejos de estar asegurado.
Sin embargo, la primera expansión a otras áreas del espectro electromagnético tuvo lugar a mediados del siglo XX, cuando un ingeniero de radio llamado Karl Jansky, que trabajaba para los Laboratorios Bell, descubrió la radiación de radio proveniente del espacio. La mayoría de los radiotelescopios funcionan de manera similar a los ópticos, con un "espejo" curvo que envía ondas de radio a una antena y amplificador. Funcionan como antenas parabólicas. Los radioastrónomos no "escuchan" nada, pero graban estática natural e incluso pueden construir imágenes de radio de objetos celestes como planetas y nubes interestelares. Debido a que las ondas de radio son largas, para obtener buenas imágenes, los radiotelescopios deben ser igualmente grandes. El radiotelescopio orientable más grande tiene 100 metros de diámetro, más grande que la unidad de medida estadounidense estándar, el campo de fútbol; El plato fijo más grande es el alcance de 305 metros en Puerto Rico. Al usar múltiples telescopios en tándem para crear un "interferómetro" (que utiliza las propiedades de interferencia de las ondas electromagnéticas), podemos imitar el efecto de un telescopio gigante. El más conocido de estos es el Very Large Array (VLA, go visit) que cubre 27 millas de desierto en Nuevo México. Utilizando tiempos precisos en lugar de conexiones directas de cable, los interferómetros se han hecho más grandes que los EE. UU., Lo que nos brinda una capacidad increíble para detectar detalles finos. Uno de los grandes triunfos del siglo XX fue la apertura del espectro electromagnético, que permitió ver vistas celestiales de todas las energías, la mayoría de ellas bastante ocultas de la vista óptica. Con eso en mente, echemos un vistazo a lo que nuestros propios ojos pueden ver. Al usar múltiples telescopios en tándem para crear un "interferómetro" (que utiliza las propiedades de interferencia de las ondas electromagnéticas), podemos imitar el efecto de un telescopio gigante. El más conocido de estos es el Very Large Array (VLA, go visit) que cubre 27 millas de desierto en Nuevo México. Utilizando tiempos precisos en lugar de conexiones directas de cable, los interferómetros se han hecho más grandes que los EE. UU., Lo que nos brinda una capacidad increíble para detectar detalles finos. Uno de los grandes triunfos del siglo XX fue la apertura del espectro electromagnético, que permitió ver vistas celestiales de todas las energías, la mayoría de ellas bastante ocultas de la vista óptica. Con eso en mente, echemos un vistazo a lo que nuestros propios ojos pueden ver. 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El más conocido de estos es el Very Large Array (VLA, go visit) que cubre 27 millas de desierto en Nuevo México. Utilizando tiempos precisos en lugar de conexiones directas de cable, los interferómetros se han hecho más grandes que los EE. UU., Lo que nos brinda una capacidad increíble para detectar detalles finos. Uno de los grandes triunfos del siglo XX fue la apertura del espectro electromagnético, que permitió ver vistas celestiales de todas las energías, la mayoría de ellas bastante ocultas de la vista óptica. Con eso en mente, echemos un vistazo a lo que nuestros propios ojos pueden ver. (que utiliza las propiedades interferentes de las ondas electromagnéticas), podemos imitar el efecto de un telescopio gigante. El más conocido de estos es el Very Large Array (VLA, go visit) que cubre 27 millas de desierto en Nuevo México. Utilizando tiempos precisos en lugar de conexiones directas de cable, los interferómetros se han hecho más grandes que los EE. UU., Lo que nos brinda una capacidad increíble para detectar detalles finos. Uno de los grandes triunfos del siglo XX fue la apertura del espectro electromagnético, que permitió ver vistas celestiales de todas las energías, la mayoría de ellas bastante ocultas de la vista óptica. Con eso en mente, echemos un vistazo a lo que nuestros propios ojos pueden ver. ir a visitar) que cubre 27 millas de desierto en Nuevo México. Utilizando tiempos precisos en lugar de conexiones directas de cable, los interferómetros se han hecho más grandes que los EE. UU., Lo que nos brinda una capacidad increíble para detectar detalles finos. Uno de los grandes triunfos del siglo XX fue la apertura del espectro electromagnético, que permitió ver vistas celestiales de todas las energías, la mayoría de ellas bastante ocultas de la vista óptica. Con eso en mente, echemos un vistazo a lo que nuestros propios ojos pueden ver. ir a visitar) que cubre 27 millas de desierto en Nuevo México. Utilizando tiempos precisos en lugar de conexiones directas de cable, los interferómetros se han hecho más grandes que los EE. UU., Lo que nos brinda una capacidad increíble para detectar detalles finos. Uno de los grandes triunfos del siglo XX fue la apertura del espectro electromagnético, que permitió ver vistas celestiales de todas las energías, la mayoría de ellas bastante ocultas de la vista óptica. Con eso en mente, echemos un vistazo a lo que nuestros propios ojos pueden ver. lo que permitió ver vistas celestiales de todas las energías, la mayoría de ellas bastante ocultas de la vista óptica. Con eso en mente, echemos un vistazo a lo que nuestros propios ojos pueden ver. lo que permitió ver vistas celestiales de todas las energías, la mayoría de ellas bastante ocultas de la vista óptica. Con eso en mente, echemos un vistazo a lo que nuestros propios ojos pueden ver.
En tiempos pasados, los niños de la antigua aristocracia hicieron el gran recorrido por Europa para ver los lugares de interés, para volverse más mundanos y sofisticados. Aquí hacemos lo mismo con el cielo, deambulando entre las estrellas para probar las vistas celestiales y para intrigar. Se realizan varios recorridos secundarios, después de lo cual continúa el recorrido principal.
Una vista típica de la tarde de otoño muestra a las estrellas del Gran Oso ( Osa Mayor ) pisoteando el cielo del noroeste. ¿Se parece a un oso? Claro, si relaja la imaginación, hay estrellas que marcan el cuerpo, la cola, el hocico y los tres pies. Es un ejemplo de una " constelación ", una figura del cielo con un nombre. La mayoría de las culturas parecen haberlas inventado, nuestras "occidentales" saliendo de Mesopotamia a través de Grecia. Más tarde fueron ayudados por los árabes, luego enviados de regreso a Europa y a nosotros hoy. Algunos están hechos para contar historias, mientras que otros, aquellos que sostienen la eclíptica, también son sagrados. No necesariamente se parecen a lo que se supone que son. Ningún artista los creó. Representan, no representan. Si quieres ver un oso menor ( Osa Menor), las dos estrellas del cuenco delantero del Big Dipper (un "asterismo" informal muy querido dentro del oso que hace los cuartos traseros y la cola del animal) apuntan a Polaris , la Estrella del Norte. Se encuentra al final del mango del débil Little Dipper , que forma la cola y el cuerpo de la Osa Menor. Mira las colas! ¿Alguna vez has visto un oso? ¿Cómo llevas una bestia al cielo? Acércate sigilosamente detrás de él y rápidamente agarra su corta cola. Girándolo alrededor de la cabeza para lanzar al oso al cielo, lo estiras. El narrador de cuentos de la tribu podría extender esa historia hasta que la fogata se apagara y todos los potables fueran consumidos.
Cuarenta y ocho constelaciones nos descienden de los antiguos. La división relativamente reciente de Argo, el Barco (de los Argonautas), en tres partes nos da 50. En los siglos XVII y XVIII, las antiguas figuras del cielo se complementaron con docenas de constelaciones "modernas" hechas de estrellas débiles y las de los hemisferio sur recién explorado, de los cuales 38 fueron adoptados en nuestros propios tiempos, lo que nos da un total de 88. A estos se suman las muchas figuras informales como el Big Dipper.
Dos asuntos ahora se entrometen. Brillo primero. Las estrellas Dipper son en su mayoría de "segunda magnitud". En el siglo II a. C., Hiparco de Nicea dividió las estrellas del cielo según el brillo aparente, la primera magnitud fue la más brillante de ellas, la sexta más débil que pudo ver. Solo hay 22 estrellas de primera magnitud. Yendo al sexto profundo podemos contar alrededor de 9000 que son potencialmente visibles a simple vista. El sistema de magnitud todavía está en uso hoy en día, aunque definido por matemáticas precisas. Al igual que la escala de audio de decibelios, es logarítmica, en la que los números pequeños significan un gran cambio. Las estrellas de sexta magnitud son 100 veces más débiles que las primeras, las estrellas de magnitud 30 (aproximadamente las más débiles que se pueden detectar) son cuatro mil millones de veces más débiles todavía. Cuando se calibran y escalan, los cuerpos celestes más brillantes entran en números negativos, dándonos a Sirius menos la primera magnitud, Venus en su mejor momento en -5, la Luna llena -13, el Sol -27. El sistema también es completamente continuo y decimalizado. La primera magnitud genérica va de 0,50 a 1,49, etc.
Incluso la estrella más cercana está inimaginablemente lejos. Se necesita luz, a una velocidad de 300,000 kilómetros (186,000 millas) por segundo, poco más de un segundo para recorrer la distancia de la Luna a la Tierra, ocho minutos para que un fotón haga el viaje desde el Sol hasta aquí. Una señal de una nave espacial que orbita a Plutón tarda cuatro horas. Entonces la brecha se amplía enormemente. La estrella más cercana, Alpha Centauri (la tercera más brillante en el cielo y la luminaria de Centaurus, el Centauro), está a cuatro años luz de distancia, el "año luz" la distancia que cubre un rayo de luz en un año de unos 31 millones de segundos. La estrella más distante que el ojo desnudo puede ver está a miles de años luz de distancia. Las distancias son tan grandes que el tiempo de viaje ligero se convierte en un problema popular. Vemos a Alpha Cen como era hace cuatro años, no como es "hoy". Algo podría pasarle y no lo sabríamos por cuatro años. Pero también vemos el Sol como era hace ocho minutos, la Luna como era hace poco más de un segundo. No importa. Ves a las personas que te rodean como hace unas pocas billonésimas de segundo. A nadie le importa. El Universo, desde las personas hasta las estrellas, es como lo ves, ¡mientras que todo se ve en un momento diferente! Aquí de nuevo es uno de los fundamentos de la relatividad. Con la distancia, podemos distinguir entre brillo aparente y absoluto. El brillo aparente de una estrella en el cielo depende de su potencia y su distancia. Muévalo más lejos y se verá más débil. Desde la distancia, encontramos que las estrellas cubren un sorprendente rango de verdadera luminosidad, desde millones de veces más luminosas que el Sol hasta pequeñas fracciones solares. Pero también vemos el Sol como era hace ocho minutos, la Luna como era hace poco más de un segundo. No importa. Ves a las personas que te rodean como hace unas pocas billonésimas de segundo. A nadie le importa. 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Todas estas estrellas, y más de 200 mil millones de otras, son parte de nuestra galaxia . Es un disco plano y giratorio que contiene nuestro Sol. Más de 100,000 años luz de diámetro, vemos la luz combinada de las innumerables estrellas del disco alrededor de nuestras cabezas como la Vía Láctea. Perdida entre las luces brillantes de la ciudad, desde el campo oscuro, la Vía Láctea puede ser una vista espectacular. Nuestra galaxia no es más que una de una vasta e incontable cantidad, cientos de miles de millones de galaxias van a distancias que se extienden a miles de millones de años luz de distancia. Algunos tienen forma como la nuestra, mientras que otros están estructurados de manera muy diferente. Pero todos se alejan de nosotros en proporción directa a sus distancias y, por lo tanto, parecen ser el resultado de un "evento de creación", el " Big Bang"., "eso ocurrió hace casi 14 mil millones de años. Aquí, y realmente solo aquí, entre galaxias distantes, es importante el tiempo de viaje ligero, ya que nos permite mirar al pasado verdaderamente distante para ver qué sucedió y cómo nació el Universo y evolucionado
Como el Dipper está en el hemisferio norte en primavera y verano, Orión (el Cazador) está en invierno, su Cinturón de tres estrellas cruza prominentemente el cielo cerca del ecuador celeste. Se dice que fue envenenado por Scorpius , el Escorpión. Los dioses los pusieron en el cielo uno frente al otro para que Orión no necesitara mirar a su asesino. En otra historia, fue golpeado por una flecha disparada accidentalmente por su amante, Diana. Se lo describe más famoso como criando a su club contra la carga de Tauro, el Toro, que se encuentra al noroeste. Mira hacia abajo desde el Cinturón hacia la Espada que lleva debajo. Incluso los binoculares revelarán que el centro de la Espada estará rodeado por la Nebulosa de Orión., una enorme nube de gas interestelar resplandeciente iluminado por estrellas calientes que es el marcador de un gran motor de formación estelar a unos 1500 años luz de distancia. En su hombro derecho (está frente a ti) está la estrella de primera magnitud Betelgeuse . Una de las estrellas más grandes de la galaxia, esta genial "supergigante roja" casi llenaría la órbita de Júpiter. A una distancia de casi 600 años luz, la gran estrella brilla con la luz de 85,000 soles, lo que implica una masa casi 20 veces mayor que la del Sol. En otros lugares vemos estrellas aún más grandes y brillantes.
Abajo ya la izquierda de Orión, encontramos el extremo opuesto. Aquí, en Canis Major (el perro de caza más grande de Orión), brilla Sirius, la estrella más brillante del cielo. No solo es intrínsecamente brillante, sino que también está cerca, a solo 9 años luz de distancia. Dando vueltas alrededor de él cada medio siglo es una pequeña mancha de una estrella caliente 10.000 veces más débil que Sirius, lo que requiere que no sea mucho más grande que la Tierra. Pero a partir de las leyes de Kepler y una evaluación del centro de masa del sistema, encontramos una masa para un compañero débil casi igual que la del Sol. La densidad media difuminada del Sol es un poco más que la del agua, que por definición es un gramo por centímetro cúbico, aproximadamente del tamaño de un terrón de azúcar. Ponga eso en un cuerpo una centésima parte del tamaño solar y obtendrá una densidad promedio de una tonelada por centímetro cúbico. Sirio B, una "enana blanca", es el producto final de estrellas como el Sol. Betelgeuse
Betelgeuse y Sirius son los vértices del noroeste y sur del Triángulo de Invierno , que también incluye Procyon en Canis Minor (el perro más pequeño) en la esquina noreste. (Curiosamente, Procyon también tiene una enana blanca.) El clon del Triángulo de Invierno es el Triángulo de Verano , hecho de Vega (en Lyra , la Lira) en el ápice del noroeste, Deneb (la cola de Cygnus, el Cisne) en el punto noreste. y Altair en Aquila (el águila) en el sur, el triángulo que enmarca la Vía Láctea. Vega, la tercera estrella más brillante del hemisferio norte, está rodeada por un disco de radiación infrarroja que implica un sistema planetario circulante, aunque nunca se ha visto ningún planeta. Deneb de primera magnitud es más débil que Vega (a 25 años luz de distancia) solo por su gran distancia de 1400 años luz. Si esta supergigante blanca se colocara a la distancia de Vega, brillaría 15 veces más brillante que Venus, proyectaría sombras modestas y sería fácilmente visible durante el día.
Donde haya "supergigantes", debe haber "gigantes". Un buen ejemplo es Arcturus en Boötes, el pastor, que conduce al Gran Oso por el poste. Esta estrella más brillante del hemisferio norte se puede encontrar siguiendo la curva del mango del Big Dipper hacia el sur. Y donde hay gigantes debe haber estrellas "normales", que como el Sol y Sirio son silenciosos fusores de hidrógeno que por razones históricas se llaman "enanos". Y ahí tienes los tipos básicos de estrellas. Veremos los orígenes de todo esto más adelante. Pero en resumen, las estrellas nacen como enanos de fusión de hidrógeno. Las de menor masa, las que tienen menos de 8-10 veces la del Sol, se convierten primero en gigantes y luego en enanas blancas, mientras que las estrellas más masivas se convierten en supergigantes y luego explotan.
¿De dónde vienen los nombres de las estrellas ? Muchos derivan de las palabras griegas para el carácter o la posición de la estrella. "Sirio", el nombre de la estrella más brillante del cielo, proviene del griego para "abrasador", mientras que "Arcturus" significa "el Observador de osos". Admirando la astronomía griega, los antiguos árabes agregaron nombres apropiados para la ubicación de la estrella dentro de su constelación (agregando también nombres de sus propias constelaciones indígenas), que comúnmente se tradujeron mal al latín. La gran mayoría de los nombres de estrellas son, por lo tanto, de origen al menos árabe, incluso si son irreconocibles. "Betelegeuse" viene de "bet al Jauza", que significa "la mano del central". Lo más sencillo es "Deneb", que en árabe significa "cola"
A principios de 1600, Johannes Bayer, quien construyó un magnífico atlas estelardesde las posiciones de Tycho (además de otras en el hemisferio sur), dieron letras griegas a las estrellas junto con los posesivos latinos de los nombres de las constelaciones (todos los cuales ahora tienen abreviaturas de tres letras). Sirius se convierte en Alpha de Canis Major, o Alpha Canis Majoris, Alpha CMa. Este esquema, que todavía se usa ampliamente en la actualidad, fue seguido aproximadamente un siglo después por uno de John Flamsteed, el primer Astrónomo Real de Inglaterra, a quien se le asignó la tarea de medir telescópicamente las posiciones de una gran cantidad de estrellas con fines de navegación. Su trabajo fue levantado por Newton y Halley, quienes lo publicaron temprano y agregaron números de oeste a este dentro de la constelación de residencia. Vega, Alpha Lyrae ("Alfa de Lyra", la Lira), también es 3 Lyrae. Más allá de estos nombres están los de docenas de catálogos especializados.
Una curiosa mezcla. Pero verás por qué, después de lo cual continuamos el recorrido. Ahora ve más abajo por el camino brillante de la Vía Láctea para encontrar la aterradora figura de Scorpius, el Escorpión. Pareciendo lo que se supone que es, Scorpius es una de las constelaciones del zodíaco . Estos, como Leo (el león), Aries (el carnero), Tauro(el toro), etc., son los fundamentos de la pseudociencia de la astrología. La astrología del signo solar, en la que su destino diario está determinado por la ubicación zodiacal del Sol al nacer, no es más que la punta del pseudo-iceberg. Para el creyente, los planetas (nombrados en honor a los dioses) tienen influencias específicas sobre nosotros que son modificadas por sus posiciones entre sí y con el Sol y la Luna (que también representaban las deidades celestiales). Su poder se envía al individuo a través de 12 "casas" fijas que rodean el cielo, una por amor, otra por dinero, y así sucesivamente. El astrólogo calcula dónde encajan todos estos en el cumpleaños de la persona y da varios pronunciamientos sobre su personalidad y destino.
Mira alrededor del vecindario. Al norte de Scorpius está la figura en expansión de Ofiuco., que está envuelto por Serpens, la Serpiente, la única constelación que viene en dos partes, la Cabeza (Serpens Caput al oeste) y la cola (Serpens Cauda). Ofiuco está poco relacionado con el Lacoön, una figura de la Guerra de Troya cuya estatua reside en el Vaticano. Ofiuco desciende a nosotros a través del caduceo, el símbolo del médico. Sus límites modernos se extienden a través de la eclíptica, Ofiuco a veces se llama la constelación "decimotercera" del zodíaco, aunque realmente no pertenece allí. Sin embargo, hay personas que se consideran "Ofiucos" y se molestan bastante si lo despide.
Al este de Scorpius, en el corazón de la Vía Láctea y en el Zodiaco, se encuentra Sagitario., el centauro Archer, cuyo perfil es mejor conocido por su "Little Milk Dipper" al revés. Sagitario contiene un tesoro de brillantes nubes interestelares, "nebulosas", de las cuales la "Laguna" y el "Trífido" son los más prominentes. Sin embargo, la mayor posesión de Sagitario es el centro de la Galaxia, visto por primera vez como una fuente de radio llamada "Sagitario A". Las observaciones de radio posteriores con interferómetros de tamaño continental encontraron que gran parte de la radiación provenía de un punto cercano llamado Sagitario A *. Imposible de ver en el espectro óptico debido a los efectos de atenuación del polvo interestelar, las observaciones infrarrojas de estrellas en órbita a su alrededor muestran que Sagitario A * pesa cuatro millones de masas solares introducidas en un cuerpo más pequeño que el tamaño de la órbita de Mercurio.
Nuestra única conclusión es que Sag A * debe ser un agujero negro supermasivo, un cuerpo tan denso que la luz no puede escapar de su agarre gravitacional. Lanzar una pelota al aire. Vuelve Pero vomítelo a 7 millas por segundo y, aunque se ralentiza, nunca volverá. Aprieta la Tierra y la gravedad en la superficie aumenta, por lo que debes lanzar la pelota más rápido para que escape. Cuando la Tierra es aproximadamente del tamaño de una pelota de golf, la velocidad de escape alcanza la de la luz, no puede salir radiación y la Tierra se convierte en un agujero negro. Este es ciertamente un escenario improbable, pero existen verdaderos de tamaños estelares y monstruos en los centros de las galaxias (algunos de los cuales son enanos). La evidencia es abrumadora.
Aunque el agujero negro central de la Galaxia es invisible, sus alrededores no lo son. Las interacciones gravitacionales entre estrellas en órbita cercana pueden acercar una, con lo que los efectos de las mareas pueden triturarla y luego arrojarla a un disco circundante caliente y brillante, desde el cual el gas caliente puede verterse en chorros en la dirección perpendicular al disco. El agujero negro masivo central de una galaxia se encuentra entre sus características más luminosas y puede ser tan enérgico como para influir en todo el sistema, incluso puede afectar a las galaxias vecinas.
Por extraña coincidencia, el solsticio de invierno está bastante alineado con el centro de la galaxia. Debido a la precesión del eje de la Tierra, la alineación del solsticio ocurrirá cada 13,000 años. Este evento, que coincide más o menos con el final del calendario maya de "cuenta larga", significa para algunos el fin del mundo. Entre otras cosas, en 2012 se supone que causa la rotación de la Tierra, o el campo magnético, o ambos, para revertir, la caída de los edificios, la división de los continentes y la destrucción del mundo. Aparentemente, esto sucede periódicamente. Tenga en cuenta que no hay evidencia antigua de ello, y que todavía estamos aquí.
Ahora visite el Tauro el Toro del otoño (y el del zodiaco) , con sus dos " grupos abiertos " prominentes , las Pléyades (Siete Hermanas) y las Hyades , que hacen que el toro cargue la cabeza. En mitología, las Pléyades eran las hijas del dios Atlas y la mortal Pleione, las Hyades, sus medias hermanas. Ambos son heraldos de los días fríos por venir. Los cúmulos abiertos, que contienen de unos pocos a unos pocos miles de estrellas, deben compararse con los grandes y raros " cúmulos globulares " que atascan cientos de miles, incluso millones de estrellas en el mismo espacio. El más conocido en el norte es el globular en Hércules., una constelación algo oscura al noreste de Arcturus. El más brillante es Omega Centauri (en Centaurus, el Centauro), que se encuentra bien en el hemisferio sur.
Tauro también tiene la increíble Nebulosa del Cangrejo. El remanente gaseoso en expansión de la supernova (estrella en explosión) del año 1054, ahora tiene unos 10 años luz de diámetro. En su centro hay una "estrella de neutrones" colapsada con una densidad de un millón de toneladas métricas por centímetro cúbico (un millón de veces mayor que la enana blanca de Sirius). Alrededor de 20 kilómetros de diámetro, que contiene más de una masa solar, con un campo magnético un billón de veces mayor que el de la Tierra, gira 30 veces por segundo y alimenta toda la nebulosa. Un poco más masivo y caería en su propio agujero negro. Las estrellas de neutrones son los viejos núcleos colapsados de estrellas nucleares nacidos con al menos 8-10 masas solares, de supergigantes como Betelgeuse y Deneb, que están destinadas a explotar como supernovas. (En las circunstancias adecuadas, las enanas blancas también pueden explotar).
Las últimas supernovas que se vieron en nuestra galaxia fueron la estrella de Tycho de 1572 en Cassiopeia y la de Kepler de 1604 en Ofiuco. Cassiopeia nos lleva a un conjunto completo de figuras relacionadas del mito de Andrómeda , todo muy bien expuesto en los cielos de otoño. Reina de Etiopía, esposa del rey Cefeo , Cassiopeia irritó a Neptuno al jactarse de que su hija Andrómeda era más bella que las ninfas marinas. Como castigo, ordenó que la doncella fuera encadenada en la costa para ser devorada por Cetus , la ballena o el monstruo marino. Pero a lo largo viene Perseo en Pegaso(su Flying Horse), volviendo a casa después de matar a la temida Medusa. Con el pelo de serpientes, una mirada a ella te destruiría. Él ve a la doncella, y qué es un héroe que hacer sino salvarla mostrando a Cetus la cabeza de la Medusa, que convirtió al monstruo en piedra, después de lo cual la pareja está felizmente casada. Y todos están ahí para que los veas.
Perseo, como Casiopea y Cefeo en la Vía Láctea, es conocido por su Doble Clúster y por Algol, la Estrella del Demonio (la misma Medusa), en la que dos estrellas en órbita eclipsan para reducir la luz a la mitad cada 2,9 días. Andrómeda es mejor conocida por la nebulosa de Andrómeda. A poco más de dos millones de años luz de distancia, es la galaxia más cercana comparable a la nuestra y la más remota que puedes ver a simple vista. Cetus es famoso por Mira ("la maravillosa"), una "estrella variable de largo período" que puede ser una parte brillante de su constelación durante un mes o dos y luego desaparece completamente de la vista en un ciclo de casi un año. Pegasus tiene la primera estrella con un planeta en órbita conocido y un hermoso cúmulo globular, mientras que Cepheus contiene una estrella variable, Delta Cephei, que tiene la clave de las distancias a las galaxias lejanas. Una luz estándar, los miembros de su familia se utilizaron para hacer la primera medida de la distancia de la galaxia de Andrómeda. Él y el resto de su tipo son indispensables para la cosmología moderna. Cepheus también tiene entre las estrellas más grandes conocidas, "Herschel's Garnet Star" ( Mu Cephei ) y VV Cephei , otro eclipse cuyo miembro más grande se acerca al tamaño de la órbita de Saturno.
Las constelaciones modernas (siglos XVII y XVIII) son una mezcla de sacos. Las del norte presentan conjuntos de estrellas lo suficientemente débiles como para ser ignoradas por los antiguos, cayendo en el "amorphotoi", lo no formado. Presumiblemente eran un lienzo sobre el cual los dioses podían pintar más historias. Ejemplos son Camelopardalis (la jirafa), Lynx , Monoceros (el unicornio), Fornax(el horno), etc. Muchos también son los caídos, aquellos que no tuvieron éxito y que incluyen gemas como Officina Typographica (la imprenta) y Bufo (el sapo). Lo fascinante de los modernos en comparación con las figuras antiguas es cómo ambos reflejan la vida y la tecnología de los tiempos. ¿Qué tendríamos hoy? ¿Zapatillas celestiales, computadoras y teléfonos celulares?
El hemisferio sur profundo es diferente, ya que hay varios patrones brillantes (así como débiles) que los antiguos no podían ver y registrar y que incluyen el epónimo Phoenix , Triangulum Australe (el Triángulo del Sur) y octanos oscuros (el Octant ), que sostiene el polo sur celeste. El más conocido es un híbrido, una configuración conocida desde la antigüedad pero reelaborada como Crux , la Cruz del Sur y que fue tomada de los pies de Centaurus . En el extremo sur de la Vía Láctea (la más septentrional de Casiopea y Cefeo) y con dos estrellas de primera magnitud, Crux es una figura espectacular, especialmente cuando se combina con Alpha y Beta Centauri de primera magnitud al este, la configuración presenta un vista inolvidable A solo cuatro años luz de distancia, Alpha Cen (Rigil Kentaurus, el Pie del Centauro) ya ha sido citada como la estrella más cercana a la Tierra. Sin embargo, el más cercano real, y no por mucho, es un oscuro compañero telescópico de Alpha que no se llama irracionalmente "Proxima Cen". Alpha en sí esdoble , su miembro más brillante es un clon casi solar. ¿Hay alguien ahí? Al salir de la gira, ahora nos acercamos a las estrellas mismas.
¿De dónde vienen todas estas estrellas? ¿Siguen llegando nuevos? ¿Por qué hay tantos tipos diferentes? Parte de la clave radica en la Vía Láctea, esa gran banda de estrellas hecha del disco de nuestra galaxia de la que somos parte. Está increíblemente estructurado con complejos de manchas oscuras, que son nubes interestelares llenas de polvo oscuro. Entre los más conocidos se encuentra el "Coalsack" escondido en la esquina sureste de la Cruz del Sur. Algunas nubes en el hemisferio sur son tan oscuras y espesas que los incas hicieron constelaciones oscuras de ellos, el Coalsack su "Yutu", un pájaro con forma de perdiz. A través del telescopio, nubes oscuras, pequeñas y grandes, llenan la Vía Láctea, la Nebulosa Cabeza de Caballo en Orión, un buen ejemplo. Las nubes individuales se unen en el plano central de la Vía Láctea,
Las nubes están hechas de gas y pequeñas partículas de polvo, este último bloquea estrellas distantes. La mezcla de gas y polvo tiene casi la composición solar de 90 por ciento de hidrógeno, 10 por ciento de helio, con una pequeña fracción de todo lo demás. Donde se extiende poco, el gas interestelar, que llena la Vía Láctea, se calienta a miles de grados por la luz energética de las estrellas calientes, haciendo que el hidrógeno brille. Sin embargo, si una nube es lo suficientemente gruesa, el polvo actúa como un escudo que hace que la temperatura interna de la nube caiga en picado, en los casos más extremos, a casi cero absoluto. Las bajas temperaturas permiten que los átomos de hidrógeno se combinen en moléculas de hidrógeno (hechas de átomos de hidrógeno emparejados), la más oscura de las burbujas oscurecidas llamadas "nubes moleculares". Luego sigue una química compleja (que incluye "rayos cósmicos" partículas de alta velocidad de estrellas en explosión) que construye una gran variedad de productos químicos que incluyen agua, amoníaco, alcoholes, ácido acético, ácido úrico y sustancias demasiado frágiles para existir en la Tierra. Nadie sabe cuán compleja puede llegar a ser la química. Parece al menos posible que estemos viendo que las semillas de la vida comienzan a formarse, incluso si no son (más bien, no) directamente responsables de nosotros aquí en la Tierra.
En todas partes dentro y alrededor de las nubes interestelares encontramos evidencia de formación estelar . Calienta un gas y se expande, enfríalo y se contrae. Las nubes están trituradas por colisiones entre ellas y sacudidas por las ondas de choque de las estrellas explosivas cercanas. Se forma una onda de choque cuando una partícula perturbadora se mueve más rápido que la velocidad natural del sonido. Algunos ejemplos son la onda de proa de un bote a alta velocidad y el boom sónico de un avión supersónico. El "boom" no es la "ruptura" de la barrera del sonido, sino que es una sobrepresión continua en el aire que sigue a la nave. (Y sí, siempre que haya un medio de transmisión, hay "sonido" en el espacio, incluso si no puede ser escuchado por un humano).
El resultado es que las nubes moleculares son grumosas, llenas de gotas más densas. Si uno se vuelve lo suficientemente denso, puede contraerse bajo su propia gravedad para formar una estrella, o si se subdivide en bloques, incluso en colecciones de estrellas que incluyen dobles , múltiplesy racimos. Pero la nube está girando (¿por qué no lo haría?) Y, como resultado, tenemos que considerar la conservación del momento angular que se encontró en la segunda ley del movimiento planetario de Kepler. A medida que se derrumba una gota singular de gas y polvo, debe girar más rápido, lo suficiente como para desgarrarse. Varios medios ralentizan la rotación. El principal de ellos parece ser el campo magnético de la galaxia giratoria, que se agarra a la burbuja gracias a los iones de los rayos cósmicos penetrantes. Pero la gota aún no puede detenerse. A medida que su núcleo se contrae y, por lo tanto, se calienta en el interior, parte de él se arroja a un disco de gas polvoriento del que emergen chorros perpendiculares opuestos que ayudan a llevar aún más impulso angular. Cuando el centro denso del núcleo se calienta lo suficiente dentro, en millones de grados, llega al punto en el que puede mantener la fusión termonuclear, lo que detiene la contracción y permite que nazca una nueva estrella. La gran mayoría de las estrellas son de baja masa, mucho menos que la del Sol, tal vez hasta lo que podríamos llamar grandes planetas. Cuanto mayor es la masa, menos burbujas hay hasta mucho más de 100 masas solares, no se forman estrellas en absoluto.
La materia en el disco circundante comienza a acumularse de pequeños granos de polvo en partículas más grandes, luego en rocas, luego en "planetesimales" más grandes, luego en núcleos planetarios. Digamos que la nueva creación es nuestro sol. Cerca de donde está Júpiter ahora, hace frío, y los nuevos cuerpos pueden acumular hidrógeno ligero, agua y otras cosas volátiles. En el sistema interno, donde el desarrollo de la luz solar mantiene las cosas demasiado calientes para acumular cosas livianas, nos quedamos atrapados con los núcleos planetarios, que se convierten en nuestra Tierra y los otros terrestres. El calor de la formación, especialmente con cuerpos más grandes, derrite parcialmente los nuevos planetas (incluso lo que eventualmente serán los asteroides), lo que envía hierro pesado hacia abajo para formar los núcleos planetarios metálicos y permite que la luz de la roca flote hacia el exterior. Los escombros de una colisión final con un planeta en competencia crearon nuestra Luna. A medida que los nuevos planetas se enfrían y acumulan los últimos escombros, se convierten en grandes cráteres, y si nada limpia los cráteres, todavía están allí para nuestra lectura (como en la Luna, Mercurio, partes de Marte, varios asteroides y satélites exteriores) . Reciclando gran parte de su corteza en el manto, ayudado por procesos erosivos, la Tierra se deshizo de la evidencia hace mucho tiempo, al igual que Venus.
Todo suena muy lógico y simple. Otras estrellas pueden tener sistemas planetarios que se parecen mucho a los nuestros. Curiosamente, como veremos, los que hemos encontrado (y hay muchos de ellos) comúnmente no se parecen a "hogar". Nadie sabe realmente por qué. O, en la gran pregunta, por qué la vida apareció aquí y no en Marte (o eso creemos) o en cualquier otro lugar. Recordemos aquí también los roles desempeñados por las estrellas en explosión, que ayudan en la química de las nubes, la formación de burbujas dentro de las nubes moleculares y la rotación de las burbujas. La vida estelar, nuestra vida, emerge de la muerte estelar.
Como vimos en la gira, hay muchos tipos diferentes de estrellas. En cuanto a los insectos y los elefantes, el primer paso es la clasificación, una palabra aparentemente temida que implica aburrimiento extremo. ¡De lo contrario! A través de la clasificación, abrimos naturalezas estelares.
Teníamos poca pista sobre los tipos estelares, solo los colores, hasta que pudimos ver sus espectros, que (como el del Sol) consisten en un fondo de color sobre el cual se superponen "líneas" oscuras, espacios espectrales, causados por la absorción por los átomos de hidrógeno, los de varios metales, y así sucesivamente. A raíz de una serie de falsos comienzos (y uno que fue realmente bueno), EC Pickering del Harvard College Observatory tuvo la idea estelar de clasificar las estrellas sobre la base de las líneas de hidrógeno, "A" para el más fuerte, "B" para más débil, y así sucesivamente hasta "Q", el criterio subjetivo pero definido por estrellas particulares.
De entre las docenas de asistentes femeninas del observatorio, tres se destacaron: Annie Cannon, Antonia Maury y Williamina Fleming. El trío se hizo cargo en gran medida de la tarea de clasificación. Ellos y Pickering abandonaron algunas clases como erróneas o duplicadas e innecesarias, luego las reorganizaron para dar cuenta de la continuidad entre otras absorciones (en particular, lo que finalmente resultó ser el helio). El resultado es el alfabeto fundamental y clásico de la astronomía estelar en el que caen la mayoría de las estrellas, OBAFGKM, que Cannon también decimalizó. Y he aquí! la secuencia espectralse correlaciona con el color de la estrella, O estrellas azules, B y A blanco, FGK progresivamente más amarillo que amarillo-naranja, M estrellas rojizas. Las estrellas de baja temperatura solo pueden emitir fotones de menor energía y son rojas para el ojo. A medida que aumenta la temperatura, salen fotones de mayor energía y el color aparente de un cuerpo radiante cambia, atravesando los del arco iris, convirtiéndose progresivamente en naranja, amarillo, blanco (sustituyendo el verde) y luego en azul. Por lo tanto, fue brillantemente claro que la secuencia espectral también es una secuencia de temperatura que se extiende desde caliente y azul O cerca de 50,000 Kelvin hasta estrellas A blancas como Vega cerca de 10,000 K, más allá de la clase G2 Sun en 6000 K, en la clase M en 3000 Rango K. Lo primero que cualquier astrónomo quiere saber sobre una estrella es su clase.
Los cambios salvajes que aparecen en los espectros a lo largo de la secuencia no son causados por diferentes composiciones químicas, sino por el aumento de la ionización y la eficiencia de la absorción a medida que uno sube la escalera de temperatura. Mientras que las líneas de hidrógeno hacen una fuerte demostración, las estrellas O son conocidas por su helio ionizado, las estrellas B por su helio neutro, mientras que desde la clase A hacia abajo vemos una disminución de la ionización del metal, la excitación atómica y la absorción de hidrógeno debilitada causada por una disminución de La eficiencia de la producción en línea. La clase M se destaca por moléculas, particularmente óxido de titanio, que se rompen a temperaturas más altas por colisiones entre partículas cada vez más rápidas. Todo se puede calcular utilizando reglas atómicas, a partir de las cuales se pueden encontrar abundancias químicas, ¡y otra vez! la mayoría son similares a las que se encuentran en el Sol (con algunas variaciones salvajes en el costado). Aquí están las clases y sus características (las nuevas clases L y T se analizan más adelante).
La magnitud de una estrella tal como la vemos, la "magnitud aparente", depende de la luminosidad real de la estrella en la banda visual (en vatios) y de la distancia. Coloca una estrella 10 veces más lejos y se ve 100 veces más débil. A principios del siglo XIX teníamos suficientes distancias a través del paralaje (los pequeños cambios de posición causados por la Tierra en órbita) para permitirnos calcular las luminosidades reales. Como sustituto de la potencia, los astrónomos usan la "magnitud absoluta", la magnitud aparente que la estrella tendría a una distancia de 32.6 años luz (el número impar la distancia a la cual la Unidad Astronómica aparecería un segundo de arco, 1/3600 grados, a través de). El Sol, a una magnitud aparente de -27, parece brillante, pero solo porque está cerca. Ponlo a la distancia estándar y se reduce a la quinta magnitud,
Ahora tenemos dos parámetros, temperatura por clase y luminosidad por magnitud absoluta. ¿Por qué no ver cómo se correlacionan? Eso fue lo que hicieron Henry Norris Russell de Princeton y el danés Ejnar Hertzsprung. El brillo de un cuerpo denso y calentado como una estrella depende del cuarto poder de su temperatura. Doble T y 16 veces más energía (24) se derrumba. Por lo tanto, esperaríamos que las estrellas calientes fueran más brillantes. Y en el diagrama de " Hertzsprung-Russell (HR) ", eso es lo que encontramos. Perverso como siempre, el diagrama HR traza la magnitud absoluta (con números cada vez más pequeños a medida que avanzamos hacia estrellas más brillantes) contra OBAFGKM, a lo largo de la cual la temperatura disminuye a la derecha.
En una de las grandes sorpresas del siglo XX, hay una rama en el diagrama en la que las estrellas se vuelven más brillantes a medida que se ENFRIAN. La única forma en que esto podría ser es que tales estrellas deben ser más grandes, es decir, tener más superficie radiante. Así que Russell dividió las estrellas en dos tipos fundamentales que reflejan tamaños, "gigantes" y "enanos". Tan grande como es, el Sol es una enana clase G2, Arcturus un gigante K1. Mientras que los llamados enanos pueden ser grandes (10 o más veces que el Sol) en el extremo superior, los gigantes son mucho más grandes, de 10 a 100 más o menos la dimensión solar.
Pero eso no es todo. En la parte superior del diagrama de recursos humanos se encuentran algunas estrellas coolish inmensamente más brillantes que deben ser más grandes que los gigantes, las "supergigantes" ya introducidas. De las proporciones del Sistema Solar, el más grande (como VV Cephei mencionado anteriormente) se acerca a la órbita de Saturno en tamaño. Luego, en el diagrama, vemos otra secuencia más tenue que se atenúa con la temperatura. Dadas sus altas temperaturas, su oscuridad solo puede explicarse por tamaños pequeños, aproximadamente los de la Tierra. Los primeros encontrados, Sirio B y Procyon B, son blancos. Dado que el término "enano" ya se había utilizado para las estrellas de la secuencia principal, se les llamó "enanas blancas". Debido a que en realidad abarcan toda la secuencia de temperatura, hay enanas blancas azules y enanas blancas rojas. Sirio A es un enano blanco, Sirio B, una enana blanca. ¡Y no son lo mismo! La astronomenclatura, históricamente derivada, es realmente extraña, pero está tan arraigada por más de un siglo de uso que es prácticamente inmutable.
En el diagrama HR, los enanos caen en una banda continua, la "secuencia principal", que va desde enanas rojas oscuras frías en la parte inferior derecha del diagrama hasta enanas B y O calientes en la esquina superior izquierda. Estudios de órbita estrellas dobles, en el que encontramos masas de las Leyes de Kepler, muestran que la secuencia principal es una secuencia de masas que va desde menos del diez por ciento de la masa solar entre las enanas rojas más débiles hasta más de 100 veces solar en la clase O, ninguna de las primeras visibles para a simple vista, este último visible a través de vastos tramos del Universo. Por analogía con el Sol, los enanos también están fusionando hidrógeno a helio en sus núcleos. Aunque las estrellas de mayor masa tienen núcleos que se ejecutan en un conjunto diferente de reacciones (el "ciclo del carbono", que utiliza el elemento como catalizador nuclear), el resultado es el mismo: cuatro protones se convierten en un átomo de helio. Los gigantes, supergigantes y enanas blancas (más los tipos que aún no se han nombrado) deben estar haciendo otra cosa. Las enanas rojas son muy numerosas, prefiriéndose su creación a partir de materia interestelar. De las estrellas en la secuencia principal (clases O a M), el 70 por ciento son enanas rojas tenues. Por otro lado, las enanas azules O y B masivas y calientes son raras, lo cual es BUENO, ya que están destinadas a explotar y no querrás que una esté muy cerca. Afortunadamente, su rareza hace que sea poco probable que haya uno en nuestro vecindario inmediato. Y no lo hay.
La secuencia principal descendente se detiene en 0.08 de masa solar porque la temperatura del núcleo es tan baja (como resultado de una menor compresión gravitacional) que las reacciones nucleares que transforman el hidrógeno en helio cesan. Pero, dado que una cosa no tiene nada que ver con otra, ¿por qué la naturaleza dejaría de condensar cuerpos en esa misma masa? Durante décadas, los astrónomos lucharon por encontrar sustancias secundarias, " enanas marrones, "que son demasiado fríos por dentro para hacer funcionar la cadena de reacción. También serían tan fríos por fuera que podrían irradiar poca radiación infrarroja. De repente, hacia fines del siglo XX, la tecnología se volvió lo suficientemente buena como para encontrarlos, y allí ellos estaban por todo el lugar. Había tantas que se tuvieron que agregar dos nuevas clases, L y T. Más fresco que M (2400 a 1400 Kelvin), aproximadamente la mitad de las enanas L también son enanas marrones, mientras que T, que es menos más de 1000 K y podrían superponerse con planetas, son todas enanas marrones. La secuencia final lee OBAFGKMLT. Los descubrimientos solo aumentan la propensión de la naturaleza hacia las estrellas tenues.
Las estrellas tienen suministros de combustible fijos y no pueden durar para siempre. Finalmente, el combustible se agota. ¿Se pueden explicar los diversos no enanos por los efectos del envejecimiento? Tanto la observación como la teoría nos muestran que los enanos de la secuencia principal son asuntos notablemente estables, lo que se demuestra para nosotros no solo por la estabilidad a largo plazo del Sol, sino por la existencia misma de la secuencia principal. A medida que el hidrógeno se convierte en helio y el número de átomos por unidad de volumen (sin importar su tipo) se contrae, el núcleo debe contraerse para mantener la presión, lo que también eleva la temperatura y eso a su vez hace que las reacciones sean más rápidas. El equilibrio es casi perfecto, permitiendo que las estrellas de la secuencia principal logren una gran estabilidad.
Pero hay que lidiar con "casi", ya que la compensación no es del todo exacta. Los cálculos muestran que cuando nació el Sol hace 4.500 millones de años, era un 30 por ciento más tenue de lo que es ahora. La Tierra debería haber estado fría. Sin embargo, la vida llegó muy rápido, la anomalía llamada la "débil paradoja del joven Sol". ¿Qué pudo haber mantenido la Tierra lo suficientemente caliente? Dos posibilidades vienen a la mente. El viento solar arrastra el campo magnético del Sol con él. Aún unidas al Sol, las líneas de campo actúan como cuerdas que ralentizan la rotación. Girando mucho más rápido en los primeros días, la actividad solar y sus posibles efectos de calentamiento podrían haber sido mucho mayores. Alternativamente, el nivel de dióxido de carbono podría haber sido más alto, aumentando el efecto invernadero y, en consecuencia, la temperatura terrestre. O para el caso, ambos, o algo mas. Simplemente no lo sabemos.
Volviendo al presente, el Sol, que ahora tiene casi cinco mil millones de años, tiene otros cinco mil millones de años de fusión de hidrógeno en el núcleo y, por lo tanto, la vida de la secuencia principal. Pero nuevamente la compensación no será perfecta. El sol, una vez más débil, está destinado a iluminarse lentamente, probablemente haciendo la vida imposible dentro de mil millones de años. Tal cambio no tiene nada que ver con el calentamiento global, ya que es demasiado lento.
Y cuando lo hace, comienza la diversión, al menos si estás mirando desde otro sistema planetario. Cuando se acaba el suministro de combustible y se detiene la producción de energía, el núcleo pierde su soporte. Luego tiene que contraerse, lo que lo calienta, justo lo contrario de lo que cabría esperar. El calor se propaga a la envoltura rica en hidrógeno que lo rodea, lo que provoca la fusión de H en una cubierta alrededor del núcleo de helio ahora muerto. Los cálculos muestran que el Sol, o cualquier enana similar al sol de unas pocas masas solares, también gira repentinamente a la derecha en el diagrama HR, hacia temperaturas de superficie más frías, pero con la misma luminosidad, lo que requiere que también se hinche a un radio más alto . Comportándose primero como un "subgigante" intermedio, la estrella de enfriamiento luego comienza a iluminarse en un verdadero "rojo" gigante"a mil veces la luminosidad solar actual. El núcleo, aún rodeado por su caparazón de fusión de hidrógeno, se contrae cerca del tamaño de la Tierra, mientras que la fotosfera externa se expande al tamaño de las órbitas de los planetas interiores. Mercurio está condenado.
Puede extraer energía fusionando átomos más ligeros hasta el número 26, hierro, y fisionando átomos más pesados. El hierro es el fondo del pozo de energía, razón por la cual hay tanto. Para fusionarse más allá del hierro REQUIERE energía. Y se necesitan temperaturas sucesivamente más altas para subir la escalera nuclear para llegar allí. Cuando la temperatura central alcanza los 100 millones de grados, los átomos de helio comienzan a fusionarse de repente. Pero el producto de fusión de dos átomos de He-4 es el berilio-8 muy inestable, que casi inmediatamente vuelve a ser He-4. Para obtener energía, se produce una colisión casi simultánea de tres átomos de He-4 en carbono 12 ordinario. (Es por eso que hay tan poco litio, berilio y boro, elementos 3, 4 y 5, en el Universo. Se omiten, el helio número 2 va directamente al carbono número 6. ) Otro golpe con un núcleo de helio produce oxígeno. Con una nueva fuente de energía central (rodeada por una cubierta que fusiona hidrógeno en helio), la estrella se estabiliza. El núcleo se expande, la envoltura exterior se contrae, la luminosidad disminuye un poco y la estrella (y nuestro Sol) se convierte en uno de los enormes gigantes anaranjados de clase K en el cielo. Sin ellos, las constelaciones se verían gravemente alteradas y si eliminaras a los enanos de clase A prácticamente desaparecerían por completo.
La cantidad de tiempo que lleva hacer un gigante de un enano depende de la masa, la secuencia principal también es una secuencia de por vida. Aunque tienen mucho más combustible que el Sol, las estrellas de mayor masa también tienen temperaturas internas más altas y, por lo tanto, usan su combustible a un ritmo tan frenético que viven vidas de secuencia principal notablemente más cortas, en la parte superior, pero unos pocos millones de años. Abajo, debajo del Sol, mientras las estrellas se debilitan, también alargan sus vidas. Con alrededor del 80 por ciento de la masa solar, la vida útil se vuelve mayor que la de la Galaxia. Ninguna estrella con una masa menor, que incluye todo en los tipos K y M (y L), ha muerto nunca. Sus largas vidas solo hacen que las estrellas de baja masa sean aún más numerosas (a la naturaleza también le encanta hacerlas), mientras que las cortas vidas de las estrellas de alta masa contribuyen poderosamente a su rareza.
Finalmente, el combustible de helio en el núcleo debe agotarse, todo se convierte en carbono y oxígeno. Volviendo a su comportamiento anterior, el núcleo vuelve a contraerse y la estrella se ilumina aún más que antes cuando la fusión de helio se desplaza hacia una cubierta circundante (que a su vez está rodeada por una cubierta de fusión de hidrógeno, las dos se encienden y apagan en secuencia) . El radio estelar nuevamente aumenta enormemente, en el caso del Sol que aniquila a Venus y al menos se acerca a la Tierra. Esto no puede continuar para siempre, por supuesto, de lo contrario el cielo se llenaría de brillantes estrellas moribundas. El fin, y tal vez la salvación de la Tierra, se logra a través de los vientos. Aunque apenas nos parece así, nuestro Sol bombea un viento realmente débil. A medida que los gigantes se hacen cada vez más grandes, su gravedad en la superficie disminuye, lo que permite vientos más fuertes. La causa también cambia. El viento solar es una criatura del magnetismo del sol. En las estrellas gigantes, el impulso de la radiación se hace cargo. "Los segundos "con núcleos de carbono muertos se vuelven tan luminosos que la radiación que actúa sobre los granos de polvo de condensación (que luego se unen al gas) ayuda a soplar vientos que pueden alcanzar 10 mil millones de veces más fuerte que lo que experimentamos fuera del Sol. Al mismo tiempo , las estrellas pueden volverse muy inestables y pulsar, variando enormemente durante períodos de meses y años. El mejor ejemplo es la estrella Mira , que tiene una relación "ahora lo ves, ahora no" con su constelación Cetus. Los vientos , promovidos por las pulsaciones, son TAN fuertes que eliminan la mayor parte de la envoltura estelar completa, dejando no mucho más que el antiguo núcleo de combustión nuclear. Por lo tanto, el futuro Sol en evolución nunca crecerá lo suficiente como para alcanzarnos.
En este punto, si la estrella tiene la masa adecuada, las corrientes de convección pueden barrer parte del carbono interno hacia arriba, y la estrella altera drásticamente su composición química, convirtiéndose en una "estrella de carbono" de color rojo oscuro del tipo conocido desde mediados del siglo XIX. En varios otros puntos de evolución, el nitrógeno y el helio recién hechos también se pueden dragar. El polvo en el viento de la estrella es rico en silicato para gigantes avanzados ordinarios, rico en carbono para estrellas de carbono. Aquí está el origen de gran parte del polvo en la Vía Láctea, el mismo polvo que ayuda a formar nubes moleculares y formar estrellas, y la muerte estelar nuevamente ayuda al nacimiento estelar.
De importancia crucial, los elementos más pesados que el hierro pueden capturar neutrones libres, lo que permite la fabricación de una variedad de elementos aún más pesados que también pueden ser dragados hasta la superficie estelar. La prueba de que la "captura lenta de neutrones" opera en estos gigantes avanzados es la observación del elemento tecnecio. Todos sus isótopos son tan inestables que no hay ninguno en la Tierra. La existencia misma del tecnecio muestra que se está haciendo en las estrellas incluso mientras observamos. Casi todo nuestro circonio y buenas fracciones de otros elementos pesados fueron hechas por este proceso particular antes de que naciera el Sol. Así comienza uno de los grandes temas de la astronomía, que aparte del hidrógeno y el helio (que surgió del Big Bang), nuestros elementos químicos se hicieron en las estrellas y se distribuyeron en el cosmos a través de los vientos (y como veremos,
A medida que el viento estelar revela el núcleo casi muerto, la temperatura de la superficie de la estrella aumenta, mientras que al mismo tiempo el viento sopla cada vez más rápido, lo que empuja la masa que se escapa en el viento en un caparazón denso y polvoriento. Cuando la estrella interior golpea cerca de 30,000 Kelvin, su creciente luz ultravioleta comienza a ionizar la capa expansiva, dando lugar a una de las nebulosas planetarias , entre las más hermosas de las vistas celestiales. ". Un nombre inapropiado, una nebulosa planetaria no tiene nada que ver con los planetas; las nebulosas obtuvieron el nombre genérico de su descubridor, nada menos que William Herschel, que quería decir que significaba "como un disco".
Una nebulosa típica aparece como un disco complejo con múltiples conchas y arcos, la estructura refleja la complejidad del viento que lo hizo. En el centro está la ascua brillante de la estrella que la bombeó. El antiguo núcleo estelar puede alcanzar una temperatura de superficie de más de 100,000 Kelvin, convirtiendo a las estrellas centrales de las nebulosas planetarias en las más calientes conocidas. Los favoritos del patio trasero para los principiantes son la Nebulosa del anillo en Lyra y la Nebulosa con mancuernas en la constelación moderna Vulpecula. Miles son conocidos. Sus espectros, que consisten no en absorciones sino en emisiones de un gas libre de baja densidad, muestran que una buena fracción está enriquecida en nitrógeno, helio, carbono y otros elementos. Las nebulosas se llevan los elementos formados en las estrellas cuando eran gigantes rojas avanzadas y variables de tipo Mira. Estamos viendo el enriquecimiento químico del espacio interestelar. Llevamos dentro de nosotros los subproductos de las estrellas que vivieron y murieron antes de que naciera el Sol.
En algún momento que depende de la masa del núcleo (y de la estrella original), se da por vencido, deja de calentarse y comienza a enfriarse y atenuarse. Al mismo tiempo, la nebulosa circundante se expande para fusionarse con los gases interestelares cósmicos, dejando atrás el núcleo. Ahora encogiéndose, el núcleo se vuelve más y más denso a medida que se convierte en una enana blanca , y la nebulosa circundante desaparece por completo en la penumbra cósmica. Este proceso tampoco puede continuar para siempre, de lo contrario las enanas blancas se reducirían a nada y, en lugar de las miríadas que nos rodean, apenas veríamos una de ellas.
Los fotones se comportan como ondas y como partículas. También lo hacen los electrones y otras partículas subatómicas. El carácter de onda significa que realmente no puedes fijar electrones (o para el caso, cualquier otra partícula) hacia abajo. En lugar de "orbitar" sus núcleos, los electrones lo rodean más en forma de onda. Las altas temperaturas internas de las enanas blancas hacen que los átomos se ionicen mucho, lo que libera a los electrones en un gas propio. A medida que la densidad se aproxima a una tonelada por centímetro cúbico, el carácter ondulatorio de los electrones hace que interfieran entre ellos hasta el punto en que no pueden acercarse más, y se dice que están "degenerados". Deteniendo colectivamente la contracción, estabilizan permanentemente a la enana blanca, que no tiene más futuro que enfriarse para siempre. Sin embargo, el tiempo de enfriamiento es muy largo. que cada enana blanca que se haya hecho todavía es visible. Tal será el destino del Sol, que se convertirá en una enana blanca con poco más de la mitad de su masa actual.
El aspecto más importante del estado de la enana blanca fue resuelto a principios del siglo XX por un joven astrofísico indio, Subramanyan Chandrasekhar, mientras se dirigía a Inglaterra para trabajar con Sir Arthur Eddington, una de las grandes figuras de la ciencia. Si aumenta la masa de una enana blanca, la temperatura interna aumenta. Cuanto mayor es la temperatura, más rápido se mueven los electrones. Inevitablemente, se acercan a la velocidad de la luz, y las reglas cambian a la relatividad de Einstein. Chandra descubrió que cuando una enana blanca golpea una masa crítica de 1.4 veces la del Sol, los electrones degenerados ya no pueden soportar la pequeña estrella, y tiene que colapsar. Las masas de enanas blancas están estrechamente ligadas a la masa de la estrella original. El límite de Chandrasekhar es violado por estrellas con masas de nacimiento mayores de 8 a 10 soles. Más allá de eso, las estrellas ya no pueden hacer enanas blancas. En cambio, hacen algo más, algo mucho más espectacular.
Lo cual, por supuesto, forma parte de "Star Lives", pero es tan importante que merece especial atención. Aquí tratamos esas estrellas especiales que explotan. Aunque peligrosos si están demasiado cerca de nosotros, los explotadores ("supernovas") son cruciales para la formación de estrellas y para la creación de los elementos químicos. Hay dos tipos.
Las estrellas nacidas por encima de 8-10 masas solares, las de clase O y las más calientes de B, son tan masivas y se calientan tanto que pueden llevar la cadena de fusión más lejos. Cuando el hidrógeno se agota, se hinchan con núcleos de helio muertos para convertirse en supergigantes , que (como para los gigantes) se estabilizan por la fusión en el núcleo de helio en carbono y oxígeno. Cuando se agota el helio, el núcleo de C / O ya no está atascado allí para convertirse en una enana blanca, pero ahora puede contraerse hasta que se caliente lo suficiente como para fusionarse con una mezcla de neón, magnesio y oxígeno. Lo que finalmente se fusiona con una mezcla de silicio y azufre, que finalmente se convierte en hierro. Mientras todo esto sucede, cada etapa de fusión anterior se mueve hacia afuera en una concha, la parte interna de la estrella se superpone como una cebolla celestial.
El hierro no puede fusionarse consigo mismo ni con ninguna otra cosa para producir energía, ya que toda la energía nuclear se extrae. Cuando el núcleo de hierro se contrae, no quedan más etapas de fusión para detenerlo, y sufre un colapso catastrófico. La densidad se vuelve tan grande que los átomos de hierro se descomponen y todos los protones y electrones liberados se juntan en neutrones. El colapso se detiene abruptamente cuando estos y todos los otros neutrones interactúan como ondas, como los electrones de la enana blanca. En un radio de aproximadamente 10 kilómetros, también se vuelven degenerados. La detención es tan violenta que envía una onda de choque monstruosa (ayudada quizás por una inundación de neutrinos y quién sabe qué más, la teoría "incompleta", es decir, no funciona correctamente) en el resto de la estrella. El tremendo calor, en miles de millones de grados, Causa un holocausto nuclear en expansión en los caparazones y la envoltura del núcleo antiguo que intenta llevar todo de vuelta al hierro. Sin embargo, la expansión y el enfriamiento no permiten que las cosas lleguen tan lejos. El resultado, junto con la rápida captura de neutrones, es la creación de todos los elementos de la tabla periódica más allá del hidrógeno, incluida una décima parte de una masa solar de hierro nuevo y las cosas realmente pesadas como el uranio. La óptica "supernova "es tan espectacular que es visible en gran parte del Universo. (Y eso es solo una centésima parte de la producción total de energía). La mayoría de las cosas de las que estamos hechos la Tierra y nosotros fuimos creados en explosiones de supernova mucho antes de que el Sol fuera nació hace 4.500 millones de años.
La gran supernova del año 1054 que produjo la Nebulosa del Cangrejo en Tauro fue una de ellas, como la que apareció en la Gran Nube de Magallanes (una pequeña galaxia compañera nuestra) en 1987. Aunque más de 150,000 A años luz de distancia, era fácilmente visible a simple vista. También capturamos 11 neutrinos, casi el número esperado, dándonos una "mirada" dentro de la estrella autodestructiva. Por unos momentos la Tierra fue inundada por más ¡Neutrinos que obtenemos del sol!
A medida que el viejo núcleo se derrumba para convertirse en una " estrella de neutrones ""del tamaño de Manhattan, su campo magnético se comprime a proporciones gigantescas, un billón de veces mayor que el de la Tierra, y la conservación del momento angular hace que gire cada vez más rápido, muchas veces por segundo. El campo está inclinado hacia el eje de rotación. Rayos de radiación enviado a lo largo del eje del campo y luego se tambalea locamente en el espacio y, si la Tierra está en el camino, obtenemos una explosión, la estrella de neutrones ahora también se llama "púlsar". Miles son conocidos, la mayoría con períodos de rotación más largos a medida que se irradian su energía. Los escombros en expansión, ricos en elementos recién hechos, luego se expanden hacia afuera como un "remanente de supernova" principalmente visible por el impacto impactante que la explosión tiene en los gases interestelares circundantes, el resultado produce algunas de las imágenes más grandiosas para ser vistas en el espacio.
Al igual que hay un límite de masa para las enanas blancas, también hay una para las estrellas de neutrones, aproximadamente tres veces la del Sol. Más allá de ese límite, los neutrones degenerados ya no pueden brindar apoyo. Una estrella de neutrones solo puede colapsar para siempre, ya que se convierte en un agujero negro del que la luz no puede escapar. Sabemos que tales agujeros negros existen porque hay un puñado en los sistemas de doble estrella, en los que un compañero distorsionado por las mareas alimenta la materia en un disco alrededor del agujero negro. El disco se calienta tanto que irradia rayos X. El más conocido de estos es Cygnus X-1 , en el que el compañero es un supergigante que primero no tiene ningún problema en emitir rayos X y en segundo lugar está siendo desplazado en una órbita por un cuerpo masivo, de lo contrario invisible.
El colapso de los agujeros negros se ha relacionado con explosiones gigantescas desde el espacio profundo que producen explosiones de rayos gamma detectados por primera vez por un satélite de defensa en la década de 1960 que fue diseñado para verificar las pruebas nucleares soviéticas. Aunque es raro dentro de una galaxia, hay tantas galaxias (miles de millones) que vemos quizás una de estas explosiones de rayos gamma (un "GRB") por día. La explosión se transmite a través del eje de rotación de la estrella que se colapsa y, si estamos en el camino, vemos un destello de alta energía. A medida que los rayos gamma golpean la materia circundante perdida previamente por la estrella, crean un resplandor óptico posterior, el más brillante de los cuales podría ser visible a simple vista a miles de millones de años luz de distancia.
El mejor candidato en la galaxia para un GRB es la estrella sureña Eta Carinae, que pesa alrededor de 100 masas solares al nacer. En la década de 1840, la estrella, ahora apenas visible a simple vista, sufrió una erupción gigantesca que la convirtió en la segunda estrella más brillante en el cielo después de Sirius y produjo una nube de polvo en expansión que prácticamente enterró la erupción. A unos 6000 años luz de distancia, si Eta Car se convirtió en supernova, su posible explosión de rayos gamma podría ser lo suficientemente fuerte como para dañar la Tierra. Afortunadamente, el eje de rotación parece apuntar a otro lado. Sin embargo, tal evento puede haber sucedido en el pasado para producir una de las varias extinciones masivas que la Tierra ha experimentado. Incluso las supernovas "ordinarias" podrían dañar la frágil atmósfera de la Tierra si dentro de unos 30 años luz.
Dado que hay "supernovas", ¿dónde están las " novas?"¿De dónde se deriva el término? Son comunes, incluso abundantes, varios registrados cada año, uno de primera magnitud cada generación más o menos. Las novas ordinarias se producen en sistemas dobles cercanos en los que un enano común, generalmente uno de baja masa, se alimenta importa a una enana blanca densa. Cuando la nueva capa de hidrógeno se comprime y se calienta lo suficiente, sufre una explosión nuclear que arranca la nueva capa de superficie e ilumina enormemente la estrella. Por lo general, el sistema vuelve a la normalidad mientras espera producir otra explosión miles de años a partir de ahora. Sin embargo, si la enana blanca ya es bastante masiva y puede ser empujada por encima del límite de Chandrasekhar de 1.4 Soles, no tiene más remedio que colapsar y arder en una gigantesca bomba nuclear, aniquilándose a sí misma. El resultado es un " Tipo Ia "supernovaeso es más brillante que la versión habitual de colapso del núcleo (Tipo II) y rara vez es superado por aquellos que colapsan en agujeros negros. Producen aún más hierro, aproximadamente el triple de lo que ofrecen los colapsoras de núcleo. Los Ia tienen la notable propiedad de ser muy uniformes y, como tales, crean maravillosos estándares luminosos por los cuales podemos juzgar las propiedades del Universo distante. De ellos hemos descubierto que la tasa de expansión está aumentando como resultado de una "energía oscura" que domina el contenido de energía de masa del espacio.
La conclusión es que los dos tipos de supernovas más la evolución de las estrellas gigantes comunes nos han convertido en lo que somos hoy. Si bien la Tierra puede parecer insignificante e insignificante, en realidad es bastante especial, hecha del destilado de miles de millones de años de los restos nucleares de las estrellas envejecidas,
Lo que nos lleva de vuelta a casa. Somos el material de las estrellas. Y no hay razón para creer que estamos solos. ¿No deberían otras estrellas en formación también destilar sistemas planetarios? Especulamos sobre el tema durante siglos, pero nos ha llevado nuestro tiempo encontrar las tecnologías para encontrarlos. Y están en todas partes.
Para examinarlos volvemos a lo que al principio parece ser el despreciado "noveno planeta", Plutón. Ahora se trata no como el extremo de la cola de los planetas, sino como el cuerpo principal del vasto cinturón de restos de Kuiper que probablemente estaban demasiado espaciados para fusionarse en lo que llamaríamos un verdadero "planeta", que es tanto un cuestión de semántica como cualquier otra cosa. Entre aproximadamente 30 y 55 unidades astronómicas, encontramos la punta de lo que se encuentra sobre miles de millones de cuerpos pequeños, desde Plutón y sus pocos compañeros hasta granos de polvo de colisiones constantes que forman un disco exterior alrededor del Sol. Las colisiones de asteroides y la destrucción de cometas por el Sol agregan más polvo en el interior.
Si hay sistemas planetariosrodeando a otras estrellas, ellas también deberían tener discos polvorientos. El primero apareció en la década de 1980 a partir de la observación satelital de la conocida estrella brillante Vega, que está rodeada por un disco de radiación infrarroja de pequeños granos calentados por la luz de las estrellas a temperaturas modestas. ¿No debería haber planetas enterrados en algún lugar dentro? El mismo tipo de disco aparece alrededor del brillante Fomalhaut (Alpha Piscis Austrini, en Piscis Austrinus, el Pez del Sur, que se encuentra al sur de Acuario). Más fascinante, en una imagen deslumbrante, se ve un disco de borde alrededor de diez veces mayor que el nuestro que rodea a la bastante débil estrella sureña Beta Pictoris (en Pictor moderno, el caballete).
El primer planeta real en ser encontrado orbita 51 Pegasi. La gravedad entre dos objetos es siempre mutua. A medida que la Tierra gira alrededor del centro de masa del sistema Tierra-Luna, el Sol gira alrededor del centro de masa del Sistema Solar. Considerando solo Júpiter, el Sol tiene una órbita sobre su centro de masa mutuo de aproximadamente su propio radio. Por lo tanto, los planetas se pueden detectar a través de los movimientos que inducen en sus estrellas madre a través del " efecto Doppler"A medida que avanza hacia una corriente de olas, ya sea océano, sonido o luz, golpea las olas individuales con más frecuencia y la longitud de onda parece más pequeña. Y viceversa, si corre a lo largo de la dirección del movimiento de las olas. El efecto en el sonido es para cambiar el tono de un cuerpo que se mueve en relación con usted. Dada su gran velocidad, el efecto es más pequeño para la luz, pero aún puede ser fácilmente detectado por el cambio que induce en las líneas del código de barras, que se mueven hacia el rojo si el el cuerpo está retrocediendo, hacia la violeta si se acerca. No importa si es la fuente la que se mueve, usted o ambos. El grado de desplazamiento da la velocidad relativa.
El código de barras de la modesta estrella 51 Peg se movió para anunciar un planeta en órbita. A partir de los datos de velocidad y las deducciones sobre la naturaleza de la estrella, podemos extraer el radio orbital, el período y (dado que no conocemos la inclinación orbital) un límite inferior de la masa planetaria. ¡Y qué sorpresa! Pensamos que todos los sistemas planetarios serían como los nuestros, con terrestres internos y jovianes externos. Y aquí había al menos la mitad de una masa de Júpiter orbitando en solo cuatro días a solo 0.05 UA de su estrella madre. Un Júpiter CALIENTE.
La técnica Doppler es rivalizada por tránsitos planetarios. Si el plano orbital del planeta se encuentra más o menos a lo largo de la línea de visión, el planeta se cortará frente a la estrella una vez cada revolución orbital y causará una ligera disminución en el brillo de la estrella, de donde obtenemos el período orbital, el diámetro del planeta, y la inclinación orbital, que con las medidas Doppler producen la masa real. La "misión Kepler" fue diseñada para observar tránsitos a gran escala. El satélite Kepler en órbita terrestre monitorea continuamente alrededor de 150,000 estrellas similares al sol hacia el oeste de Cygnus, una fracción significativa de las cuales está destinada a producir tránsitos. Sin embargo, el verdadero premio es la detección directa, en realidad VER EL planeta, lo cual es difícil de hacer a la luz de la estrella. Pero en un pequeño número de casos, ahí están.Al lado de 51 Pegasi tiene al menos cuatro planetas, todos los cuales parecen moverse alrededor de la estrella en el medio.
A medida que las tecnologías y la base de tiempo mejoraron, descubrimos cuerpos de la masa de Neptuno, luego superearts, sistemas de múltiples planetas, planetas alrededor y dentro de sistemas de doble estrella (incluida una "tierra caliente" en una órbita de 3.2 días sobre el componente menor de la estrella más cercana , Alpha Centauri B , un enano de clase K), un mundo acuático con una atmósfera humeante, todo en una serie desconcertante. Se han encontrado más de 800 planetas hasta la fecha y hay más de dos mil candidatos gracias a la misión Kepler. Cada planeta, o sistema de planetas, parece ser único para su propia estrella, su configuración depende de la historia del disco circunestelar original, de su origen, desarrollo y disipación en los planetas.
Mucho puede explicarse por el movimiento planetario juvenil causado por la interacción con el disco de desechos residuales y por las perturbaciones gravitacionales mutuas entre los planetas. Digamos que se forma un planeta gigante en órbita alrededor de otra estrella donde hacía frío, al igual que nuestro Júpiter y Saturno. La fricción con un disco gaseoso residual denso podría haberlo llevado hacia adentro. Si el disco se disipó justo antes de que el planeta muriera en espiral, nos queda un "Júpiter caliente". Muchas son las estrellas que probablemente devoraron sus planetas. En nuestro propio sistema, las simulaciones sugieren que el joven Júpiter se movió un poco hacia adentro, mientras que Urano y Neptuno se movieron hacia afuera, Neptuno entonces responsable de palear los cuerpos helados del Cinturón de Kuiper. Muchos también podrían ser las estrellas cuyos planetas se expulsan gravitacionalmente entre sí. La galaxia puede estar llena de más planetas vagabundos vagando silenciosa y fríamente entre las estrellas que las estrellas mismas. Podríamos haber perdido uno nosotros mismos.
La pregunta más importante es ¿qué podría estar EN esos planetas? La búsqueda de vida es una tarea difícil, especialmente porque solo hemos comenzado a explorar nuestro propio sistema planetario en busca de signos de ella. Y hasta ahora no hemos encontrado nada más que nosotros. Pero hay pistas que podemos buscar. Podemos olvidar a los júpiter gigantes como demasiado calientes o demasiado hostiles. Entonces nos concentramos en los cuerpos más terrenales. La única forma en que ahora podemos saber es a través de sus espectros, lo que hace que las cosas sean extremadamente difíciles con nuestras tecnologías actuales. Pero, por ejemplo, si detectamos la firma infrarroja de metano, al menos podemos tener nuestras sospechas, ya que el metano, constantemente destruido por la luz del sol central, debe renovarse, y ¿qué mejor manera de hacerlo que a través de los procesos vitales?
Pero las bacterias, el pasto y las vacas no hablan. La verdadera búsqueda es la vida INTELIGENTE. Esta búsqueda no tiene nada que ver con los ovnis, "objetos voladores no identificados". Durante décadas, la gente ha visto luces divertidas en el cielo, o creyó que sí. Dado que nadie sabía lo que realmente eran, ¿por qué no identificarlos como conducidos por "extraterrestres"? ¿Tener sentido? Los ovnis son una bolsa salvajemente mezclada. Venus encabeza la lista. Tan brillante que puede arrojar sombras y ser visto en el cielo durante el día, te sigue mientras caminas o conduces. La gente ha llamado a la policía por eso, incluso la policía lo ha perseguido. Luego están Júpiter, Marte, meteoritos (pelusa cometa que se quema al golpear la atmósfera de la Tierra), aviones extraños, engaños, teorías de conspiración y delirios. Nadie ha encontrado nunca un extraterrestre, y nadie tiene ninguna prueba real de que existan. Los astrónomos aficionados y profesionales, que hacen negocios con solo mirar el cielo nocturno, nunca ven ovnis.
Para descubrir si la vida inteligente realmente existe, necesitamos una comunicación que se extienda durante los años luz. Suponemos de manera un tanto precipitada que otra civilización usará señales de radio, como nosotros. El primero en buscarlos fue Frank Drake en el Observatorio Nacional de Radioastronomía en Virginia Occidental. Al elegir un par de estrellas cercanas al sol, no encontró nada. Su trabajo se ha transformado en varias formas, la principal de las cuales es una institución dedicada a la "Búsqueda de Inteligencia Extraterrestre", ahora el "Instituto SETI", que tiene el sistema de detección más grande del mundo, uno que utiliza un radiotelescopio especializado. Después de mirar innumerables estrellas, todavía no hay nada. (Sí, "mirar". Los radioastrónomos no "escuchan" el cielo. Buscan lo natural, o en este caso artificial,
¿Pero cuáles son las probabilidades de encontrar algo? Se expresan a través de la "Ecuación de Drake", que en forma resumida dice que el número de civilizaciones comunicantes en nuestra galaxia es el producto de:
fracción de estrellas que tienen planetas (0.5?)
Número de planetas por estrella que pueden soportar la vida (.1?)
fracción de estos que pasan a desarrollar vida (?)
fracción de estos que desarrollan vida inteligente (?)
fracción de estos que se comunican (?)
longitud relativa de viabilidad de la civilización (?)
número de estrellas (cientos de miles de millones)
Podemos medir o adivinar un par de números, pero la mayoría son bastante nebulosos. No tenemos idea, por ejemplo, de la cantidad de planetas que pueden desarrollar vida, y mucho menos la vida inteligente, y mucho menos aquellos con posibilidades de comunicación. En nuestro sistema planetario tenemos un planeta de cada ocho con vida. Todavía no sabemos sobre Marte, pero ciertamente no nos está saltando. Dado que el planeta alguna vez fue tan similar a la Tierra, ¿por qué no debería haber desarrollado vida? Su falta de barrena enferma para los creyentes. Pero las pequeñas posibilidades se ven compensadas por la gran cantidad de estrellas, de 200 a 400 mil millones solo en nuestra galaxia. Y mucho menos todas las otras galaxias, que suman cientos de miles de millones.
Nos hemos estado anunciando durante un mero siglo, no mucho dado todo el tiempo que nuestra especie ha caminado por la Tierra. Pero si hay alguien ahí fuera observando, seguramente hemos hablado de nuestra presencia. Hemos estado transmitiendo potentes señales de radio al cosmos desde la década de 1920. Ahora hay una burbuja de radiación de radio expandiéndose a nuestro alrededor de casi 200 años luz de diámetro. Nuestro planeta es "radio brillante", y cualquiera que nos busque nos encontrará. Imagine su visión de nosotros viendo nuestros programas de televisión.
Si hay alguien más. O cualquier otra persona a quien le importe mirar.
Aunque hay excepciones significativas, una posibilidad intrigante (aunque pequeña) se deriva del descubrimiento de que las estrellas con planetas tienden a ser ricas en metales, en promedio un poco más que el Sol. (En el universo simple de los astrónomos, solo hay tres elementos químicos, hidrógeno, helio y todo lo demás, estos últimos agrupados como "metales"). Para seguir este ejemplo, tenemos que volver al principio de los tiempos.
Decir que nuestra Galaxia es "una de muchas" es más que discreto. Cuando miramos fuera de la nuestra, hacia las vastas distancias, el número de otras galaxias parece incontable. Estimamos que con el tiempo suficiente, en nuestro nivel de tecnología actual, podríamos contar cerca de un billón de ellos. Muchos están agrupados en grupos gravitacionalmente unidos, con estos ensamblados incluso en conjuntos de grupos. Lo más profundo es que, salvo en algunas excepciones locales (la galaxia de Andrómeda , que forma parte de nuestro cúmulo local), el espectro del código de barras muestra que se alejan de nosotros con velocidades directamente proporcionales a sus distancias. El universo se expande así. No se está expandiendo a nada, como ya lo es todo, solo se está haciendo más grande a gran escala entre los cúmulos de galaxias. (Nuestra galaxia no se está expandiendo, ya que su propia gravedad abruma el efecto a gran escala). Realmente es un asunto que involucra el espacio-tiempo tetradimensional de Einstein, que en principio puede tomar varias cualidades y formas, desde ser doblado hacia afuera e infinito hasta finito y cerrarse sobre sí mismo. Pasar el tiempo hacia atrás acerca las galaxias, y rápidamente revela que en algún momento en el pasado distante ellas (más bien, la materia de la que están compuestas) deben haber comenzado en un bulto denso y caliente que se expandió rápidamente en un " Big Bang"."La evidencia, que incluye un ruido de radio constante que impregna el espacio llamado" Fondo de microondas cósmico "de la bola de fuego inicial, es abrumadora.
Podemos mirar hacia cualquier galaxia distante, medir la velocidad lejos de nosotros y luego calcular cuánto tiempo llevó llegar allí, lo que nos da una "edad" al Universo. Dado que existe una relación uno a uno entre la velocidad y la distancia, todas las galaxias dan la misma respuesta. Pero primero debemos determinar la forma del espacio-tiempo, cómo está curvado y distorsionado por la gravedad, o incluso si está curvado. Eso trae dos nuevos conceptos. Desde la década de 1930, ha quedado claro que las fuerzas gravitacionales dentro y entre las galaxias son mucho mayores de lo que pueden explicar las estrellas y la materia interestelar sola. Incluso teniendo en cuenta las enormes cantidades de gas caliente que se encuentran entre las galaxias ("visibles" a través de su radiación de rayos X), no nos acercamos. Los astrónomos no han tenido más remedio que invocar una forma misteriosa de materia que no irradia,materia oscura ". A gran escala, hay más de cinco veces más materia oscura que la materia cotidiana normal. Si bien no tenemos una idea firme de lo que es, el candidato principal involucra partículas exóticas masivas pero que no responden que aún no se han encontrado en el laboratorio.
Luego, en el último suspiro del siglo XX, se encontró que la expansión del Universo no era bastante constante. se espera que la expansión del Big bang para frenar bajo la fuerza de arrastre de la gravedad (factoring en tanto oscuro y brillante En busca de la desaceleración, dos grupos de investigación encontraron en cambio que la expansión es, de todas las cosas, acelerada. Entonces debe haber alguna fuerza misteriosa, una " energía oscura, "que empuja hacia afuera para hacer que las galaxias se alejen gritando unas de otras a un ritmo cada vez más rápido. Calculamos la energía requerida, la convertimos en masa a través de E = Mc2, y descubrimos que constituye las tres cuartas partes de la masa -energía del Universo. Teniendo en cuenta la materia normal, la materia oscura y la energía oscura, los cosmólogos encuentran que el Universo no está curvado en el espacio-tiempo, lo que nos permite encontrar una edad desde el Big Bang de no 14 mil millones de años. muy bien con nuestras medidas de las edades de las estrellas más antiguas.
Sin embargo, el Big Bang parece no haber producido más que hidrógeno y helio. Al enfriarse la "bola de fuego" inicial, parte de su energía se condensó en protones (los primeros átomos de hidrógeno), neutrones, electrones y otras partículas simples. Dentro de los primeros tres minutos, algunos de los protones y neutrones resultantes podrían fusionarse permanentemente en helio. Pero a diferencia de una estrella, cuyo núcleo se calienta temporalmente con el tiempo, el gas del Big Bang se estaba enfriando rápidamente, y después de que se formó el helio, se enfrió demasiado para producir mucho más que un poco de litio.
Los primeros elementos pesados deben haber sido forjados a partir del primero.explosión de estrellas No está claro qué vino primero, los estallidos masivos o las condensaciones originales de materia que harían las primeras galaxias, aunque la evidencia cae en el primer escenario. Cualquiera sea el caso, estas asambleas primitivas carecían de elementos pesados. Se necesitaron miles de millones de años de evolución estelar y galáctica, de estrellas gigantes y supernovas , para construir el contenido de metal galáctico al de nuestro Sol, ya que nació hace 4.500 millones de años.
¿Podría ser entonces que somos solo los primeros, la primera civilización en llegar, la primera desde que cruzamos una línea crítica de abundancia de metales? Es un pensamiento intrigante que, tan defectuoso como la humanidad, podemos estar liderando el camino. (Aunque aquí están en hielo delgado. Hay muchas estrellas de metales inferiores con planetas, tres con metales MUY bajos. Nada es nunca simple.) Por lo tanto, el Universo puede estar lleno de vida o podemos ser los únicos solitarios.
Posiblemente, la tecnología aún no está lista para encontrar vida en otros lugares. Encontramos lo mismo en nuestra búsqueda de enanas marrones y luego en los propios planetas. Numerosos documentos de descubrimiento se escribieron en base a datos marginales. Cuando los telescopios y los detectores estuvieron listos para el trabajo, aparentemente cayeron del cielo como lluvia. ¿Será la vida en otro lugar la próxima? Podemos esperarlo.
Sin embargo, sí sabemos una cosa: somos hijos no solo de la Tierra, o incluso de las estrellas, sino de todo el Universo. Tomó todo para hacernos. Lejos de ser motas "insignificantes" en un planeta aleatorio, no solo somos la progenie de todo el asunto, sino que podemos mirar hacia afuera para comprender al menos un poco de la grandeza de lo que la naturaleza nos ha dado. Y si el pasado es un instructor, aún quedan muchas más sorpresas por venir.