ast 0111 - astro.puc.clnpadilla/docencia/entradas/2017/3/13_astro... · 2d vs 3d problema de las...

ASTRONOMIA

• Distancias• Movimiento y el tiempo• Radiación• Planetas• Estrellas• Galaxias

• El Universo

AST 0111

Tarea semanal no oficial

Cada semana, dedicar unos minutos a mirar el cielo nocturno. Traten de ubicarse en un lugar oscuro y lejos de luces brillantes, y den unos minutos a sus ojos para que se adapten a la oscuridad.

Comparen mapas de constelaciones a lo que ven. Pueden ver alguna? todas?

Apps: StarWalk App, Sky Map App, Norton’s Star Atlas, Planisphere

Temario

1. Escalas de Tiempo

Difícil de definir

El tiempo como variable física

Orígen del tiempo en el Big Bang: T=0

Sentido del tiempo: irreversibilidad

Espacio-tiempo

El Tiempo

Tierra Marte

40

30

20

10

0

T (m

inut

os)

El tiempo y el espacio

Escala de Tiempo➲ Creemos que el Universo tuvo un inicio, con la gran explosión o

BIG BANG ➲ Ese evento daría en principio t=0 ➲ El Big Bang ocurrió hace 1.4x1010 años. ➲ Esta es la escala más grande que cubriremos ➲ A partir de ahí, el Universo se está expandiendo, y t crece.

➲ Observamos el Universo: la luz que nos llega de todos lados. ➲ Nada puede viajar más rápido que la luz, podemos observar el

Universo hasta una cierta distancia. ➲ Como la luz demora en llegar hasta nosotros, estamos mirando

hacia el pasado…

Notación científica: 14.000.000.000

Imagina que recibes transmisiones satelitales de dos personas que viven en planetas distintos que orbitan estrellas distintas. Ambos dicen que celebran su cumpleaños 21. Cuál es la interpretación más plausible de estas transmisiones?

A. Ambas tienen la misma edad pero están a distintas distancias de ti. B. Tienen distinta edad, pero están a la misma distancia de ti. C. La persona más cercana es la que en realidad es mayor. D. La persona más lejana es la mayor.

Astrónomos detectan una supernova brillante que explota en la galaxia Andrómeda (la más cercana en nuestro grupo de galaxias, a unos 2.6 millones de años luz de distancia). El remanente de esa explosión se va a dispersar en unos 10.000 años.

A. El remanente todavía existe y veremos cómo se dispersa durante los próximos 10.000 años terrestres.

B. En realidad el remanente ya se dispersó, pero lo veremos dispersarse durante los próximos 10.000 años terrestres.

C. La imagen de la supernova dispersándose no nos llegará hasta dentro de 2.5 millones de años..

D. Nunca veremos el remanente porque este ya se dispersó.

-14000000000 yr Big Bang -12000000000 yr Nace nuestra galaxia -4500000000 yr Nacen el Sol y la Tierra -4000000000 yr 1a célula viva -500000000 yr 1er vertebrado -100000000 yr Extinción de los dinos -2000000 yr 1os humanos -50000 yr Organización social -5000 yr Escritura -500 yr Colón nos pisa -100 yr Radio -50 yr Computadoras -40 yr Profe -18 yr Alumnos

Escala de Tiempo

CosmologíaTeoría del Big Bang,la gran explosión inicial

Radiación

Materia

Galáctica

Estelar

Planetaria

Química

Biológica

Cultural

?

Evolución Cósmica

0

5

10

15

T (m

iles

de m

illon

es d

e añ

os) nOrigen de la materia

nFormación de la Vía Láctea

nFormación de la Tierra

nNacimiento de la Vida

nPresente

Temario

1. Escala de tiempo

2. Escala de distancia

Escala de distnacia

El salto en escala es del orden de500.000.000.000.000.000.000.000 = 5x1023

(D=13000 km)

Hubble Space

Telescope (D=13m)

1,000,000

(D=100,000 lyr)

Clusters and large scale structure

(D ~ 10,000,000 lyr)

Escalas en la TierraRadio = 6380 km, circumferencia = 2πR = 40000 km

u dos días para dar una vuelta en jet. u Superficie muy suave: montañas más altas, 8km,

océano más profundo 8km => aspereza 1/800 (bola de billar)

u Atmósfera delgada: ~100km alto => 1/60 del radio

Masa = 6 x 1024kg => Densidad media = 6000 kg/m3

Comparativamente, el agua tiene una densidad de 1000 kg/m3, y las rocas ~3000 kg/m3

➨ El interior de la Tierra está hecho de metales pesados como hierro y niquel.

Viaje a la Luna: D = 380000 km, tarda 3 días para llegar.

u Radio, 700000 km, u Distancia, 1.5 x 108 km. (UA=Unidad Astronómica)

Cuánto demora la luz (c=300000 km/s) en llegar del Sol? 8m Cuánto demoraría un avión (v=1000 km/h)? 1.5 x 105 hs = 17 años

u Masa, 2 x 1030 kg. (300.000 veces la Tierra) u Densidad baja, 1400 kg/m3 (1.4 veces el agua) hecho de gas

n Convenciones: unidades La masa del Sol (Mo) La Unidad Astronómica (UA) La densidad del agua Tiempo: el año (yr) = 365 d

Sol

El Sistema Solar

n La Tierra está a 1 UA (150.000.000km) del Sol n Hay ocho planetas en órbitas casi circulares

moviéndose en un plano. n Plutón es ahora un planeta menor, más pequeño

y más lejano, con una órbita de 40 UA, y una masa de 1/500 la de la Tierra (menos que la Luna).

n A la velocidad de la luz (c = 300000 km/s) se necesitan 5.3 horas para salir del Sistema Solar.

n Un avión demoraría 680 años en recorrer 40 UA

Sistema Solar

2D vs 3D

Problema de las distancias: son tan grandes que dificultan la comprensión y el estudio de los objetos astronómicos.

Las Estrellas: ➪ Próxima Centauro, D=300.000 AU

➪ Próxima Centauro, D=4.2 ly ➪ Sol, D=1AU = 8 minutos luz ➪ En un segundo la luz podría dar 7 vueltas alrededor de la

Tierra.

A esta escala las UA dejan de ser útiles. Usamos los años luz (ly) como unidad de distancia.

Velocidad de la luz en el vacío = 300.000 km/s => 1 ly = 9.5 x 1012 km.

Mas Allá del Sistema Solarn Unidades de distancia (UA, año luz)

Estrellas más cercanas

m Las estrellas no se distribuyen aleatoriamente en el cielo.m Se forman en nubes moleculares densas.m La distribución de estas nubes da la distribución

de estrellas.m La Vía Láctea es un ejemplom Distancia al centro = 25.000 - 30.000 alm Contiene unas 100.000.000.000 estrellas

★ solo ~2500 son visibles al ojo.m La VL rota lentamente, tal que una rotación

toma 200.000.000 de años.

Sistemas estelares: la Vía Láctea

Sistemas de Estrellas: La Vía Láctea

La Vía Láctea Nuestra Galaxia

Satélites de la Vía Láctea

Las Nubes de Magallanes,Satélites de Nuestra Galaxia

El grupo local de galaxias

La Galaxia Andrómeda (M31)

Las Galaxias y el UniversoLas galaxias se acumulan en: Grupos de galaxias (decenas), cúmulos de galaxias (centenas a miles), filamentos y paredes...

El tamaño de estructuras más grandes existentes en el Universo es de unos 150 millones de años luz.

Notar que hasta cúmulos, las estructuras son estables en el tiempo, las paredes y filamentos pueden cambiar en el futuro!

Cúmulo Abell 2218

El supercúmulo local

Estructura en gran escala

Estructura en gran escala de Galaxias

Qué puede pasar con los filamentos y paredes?n Expandirse con el universo y

terminar separando las galaxias que los forman.

n Ser consumidas por los cúmulos y grupos de galaxias.

n Separarse entre sí y mantener su forma.

El universo observable

Podemos ver una galaxia que está a 20.000 millones de al?

A. Si, con un telescopio lo suficientemente grande B. No, está más allá del límite observable del universo. C. No, una galaxia no puede estar tan lejos.

Supongan el sistema solar mide 10m de lado a lado, y el profe está en la posición del sol. En esta escala, similar a esta sala:

Dónde está Plutón? Qué tamaño tiene la Tierra? A qué distancia está del sol? Qué tan grande es el sol? Y un humano? Un átomo? A qué distancia está la estrella más cercana? Y el centro de nuestra galaxia? A qué distancia está Andrómeda? Qué tan grande puede ser un cúmulo de gxs?

6.0e9 km => ~5 m 1.3e4 km => 10 um 1.5e8 km => 10 cm 1.5e6 km => 1 mm 1.5e-3 km => 1 pm 0.3e-13 km => diminuto 9.5e12 km => 8 km 2.6e17 km => 2.2e5 km 3.1e19 km => 2.6e7 km 3.1e21 km => 2.6e9 km

Escala de distancias

El salto puede ser tanto como500.000.000.000.000.000.000.000 = 5x1023

Comparación aproximada de tamaños

Sobre la comparación anterior:

Algunos radios solo se saben aproximadamente, dentro de un factor 2.

Solo se midió de forma directa el tamaño del Sol y de Betelgeuse. Así que las imágenes son falsas. Para medir los tamaños se utilizaron técnicas que no usan imagen directa, también para medir las masas de las otras estrellas. También, las características de las superficies se basan en un entendimiento de la física de superficies, así que también son falsas.

Ronda de conceptos clave:

Cuál es nuestro lugar en el universo? Qué tan grande es la Tierra respecto al Sistema Solar, la Galaxia, un Cúmulo de Galaxias, Supercúmulos y el Universo?

Cómo llegamos a existir? Cómo sabemos cómo era el Universo en el pasado? Cuánto del universo podemos ver?

Cómo se compara nuestra expectativa de vida con las edades de objetos en el universo?

Estamos estáticos o nos movemos?