astronomía (ast 0111-1)npadilla/docencia/entradas/2017/... · astronomia • distancias •...

Astronomía (AST 0111-1)http://astro.puc.cl/~npadilla/Docencia/Docencia.html

Prof. Padilla

El profe:

Intereses:Investigación y docencia en Astronomía

(Cosmología, formación de galaxias)Divulgación

Fútbol (Belgrano), BasquetContrabajo (Jazz)

• Profesor Asociado de Astronomía UC (2006-)

• De Córdoba, Argentina (1974)

• Licenciado y Doctor en Astronomía, U. de Córdoba

• Postdocs en Cornell (US) y Durham (UK)

https://www.facebook.com/elhombreyeluniversoextremo

Por qué elegiste esta carrera?

A. Aprender constelaciones, usar un telescopio B. Estudiar el sistema solar (Sol, planetas, lunas, etc), y

planetas extrasolares, vida C. Estudiar objetos exóticos (WD, NS, BHss), galaxias, el

universo... D. Aprender sobre OVNIs, astrología, lo inexplicable… E. No sé / Otra razón

En qué año de la universidad estás?

A. Primer año B. Segundo año C. Tercer año D. Cuarto año E. Indefinidamente?

preguntas1. Vida?2. La Tierra?3. Sistema Solar?4. Estrellas? 5. Galaxias?6. El Universo?7. Tiempo?8. Qué es la inteligencia?9. Cuál es el futuro de la humanidad?10.Qué es la ciencia?11.Qué es un telescopio?12.Qué es la Astronomía?

Qué significa hablar de ciencia?

• La ciencia intenta formular y responder preguntas sobre el mundo que nos rodea.

• Un buen científico cuestiona todo.

• Hay muchas ramas de la ciencia, Astronomía es una de ellas.

AstronomíaLa Física como ciencia, es la descripción del mundo. Esencialmente, La Física es una colección de leyes descriptivas que usa la matemática como su lenguaje.

(los números son muy importante en ciencia -> cuantificación)

Astronomía (Astrofísica) es la rama de Física que trata de describir el Universo y los objetos que viven en el (o sea, todo lo que está fuera de la Tierra).

La Astronomía usa las leyes de la física y la matemática (más Química, geología y biología), pero se limita a experimentos que sólo se pueden hacer desde un lugar en el universo (casi siempre).

Herramientas de la Astronomía: experimentos observacionales, deducción teórica.

La Astronomía es una ciencia porque aplica el método científico.

El Método Científico

Qué no es ciencia?1. Science is NOT a process that can solve all kinds of problems and questions: Science is limited strictly to solving problems about the natural world, and is not properly equipped to handle the supernatural realm (as such), nor the realm of values and ethics. Scientific explanations must be potentially disprovable. Therefore, supernatural explanations cannot be used, since they can never be disproved (supernatural forces, by definition, do not predictably follow the laws of nature). Whatever results occur in any test can be attributed to those nebulous forces, effectively ending any further efforts to explain.

2. Science is NOT a process that can ignore rules: Science must follow certain rules; otherwise, it's not science (just as futbol is not futbol if you constantly use your hands).

3. Science is NOT a process that seeks the “truth” or “facts”: The goal of science is to come as close as we can to understanding the cause-effect realities of the natural world. It's never "truth" or "facts", which can mean different things to different people.

4. Science is NOT a process that attempts to prove things: The process of science, when properly applied, actually attempts to disprove ideas (tentative explanations)... a process called "testing", or "challenging". If an idea survives testing, then it is stronger, and more likely to be an accurate explanation of observations.

5. Science is NOT a process that produces certainties, or absolute facts: Science is a process which can only produce "possible" to "highly probable" explanations for natural phenomena; these are never certainties. With new information, tools, or approaches, earlier findings (theories, or even facts) can be replaced by new findings.

6. Science is NOT a process that can always be relied upon due to its total objectivity and internal self-correction: Science can be done poorly, just like any other human endeavor. We are all fallible, some of us make fewer mistakes than others, some observe better than others, but we are still subjective in the end. Internal self-correction mechanisms in science merely increase the reliability of its product.

7. Science is NOT a process that is always properly used: Unfortunately, science can frequently be misused. Because it works so well, there are those who apply the name of science to their efforts to "prove" their favorite cause, even if the rules of science were not followed. Such causes are properly labeled "pseudosciences". Also, some scientists have been known to do fraudulent work, in order to support their pet ideas. Such work is usually exposed sooner or later, due to the peer review system, and the work of other scientists.

8. Science is NOT a process that is free from values, opinions or bias: Scientists are people, and although they follow certain rules and try to be as objective as possible, both in their observations and their interpretations, their biases are still there. Unconscious racial bias, gender bias, social status, source of funding, or political leanings can and do influence one's perceptions and interpretations.

9. Science is NOT a process in which the product (understanding) is based on faith or belief: The product of science (probable explanations for natural phenomena) are always based on observations carefully analyzed and tested. The high confidence we have in science comes from the many successful applications to real-life problems (e.g. in medicine, space exploration, chemistry and technology).

10. Science is NOT a process in which one solution is as good as another, or is simply a matter of opinion: In science, there is a rigorous analysis and fair-test comparison of alternative explanations, using discriminate criteria, e.g., confirmation by multiple independent lines of evidence, leading to one "best" solution. It is possible for several theories to explain current observations, but ideally these can be tested with further observations.

11. Scientific Theories are not "tentative ideas" or "hunches": The word "theory" is often used this way in everyday conversation, but a theory in science refers to a highly probable, well-tested comprehensive explanation, usually for a large collection of observations.

Qué no es ciencia?

Qué noticia astronómica reciente te acuerdas?

Leíste alguna vez una publicación científica?

Herschel (IR) Resumen de Research Articles de Science, o de Articles de Nature.

Observaste por un telescopio alguna vez?

Proyecto opcional: observación astronómica realizada en Observatorio Docente UC. Cupos limitados, inscribirse con ayudantes.

Verdad o Mito?Los astrónomos pasan la mayoría de su tiempo en telescopios tomando datos.

Cuántas estrellas hay en nuestra galaxia? En el universo?

Verdad o Ficción?El espacio es prácticamente vacío.

La densidad del espacio es muy baja (algunos átomos por cm cúbico menos denso que lo que se logra en la Tierra) pero igual hay una gran variedad de moléculas en él.

Más de 130 moléculas fueron descubiertas en el espacio, y hay miles mas por conocer.

No hay gravedad en el espacio?

Si la hay. Donde sea que haya masa hay gravedad! Sin ella un satélite no se podría mantener en órbita. El concepto de Gravedad-Cero viene del hecho que uno se encuentra cayendo de forma constante hacia la tierra (incluso en una órbita).

Verdad o Ficción?

Cuánto tiempo demora la luz en viajar una distancia de 1 unidad

astronómica (1UA)?A. Velocidad de la luz x 1 UA B. Velocidad de la luz / 1 UA C. 1 UA / Velocidad de la luz D. 1 año luz E. No se.

Qué vemos cuando miramos al sol? (1UA=1.5x1013 cm, c=3x108 cm/s)?

A. El sol como lo es en este instante B. El sol como era 8 minutos atrás C. El sol, como se verá en 8 minutos mas D. El sol como era 1 año atrás E. La energía generada ~20k-50M de años atras.

ASTRONOMIA

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

• El Universo

AST 0111

AST 0111• Evaluación:

• Paper (P): Clases+Ayudantías• Observación (O): informe de observación se entrega 1 semana después de la subida•Informes (T1, T2): Entregas el 21/4 y 13/6• Interrogación (I): 28/4 • Examen (E): 20/6

• Nota final = { 0.1 P + 0.1 O + 0.1 T1 + 0.1 T2 + 0.3 I + 0.3 E } • Participación para bonos finales.

AST 0111• Ayudantías

Comienzan el viernes 17 a las 3.30pm, Sala A2

• Informes: Trabajo y ObservaciónSerán presentados en ayudantías

• Ayudantes: Matías Bravo y Francisco Carrasco

• Astronomía PUC: http://astro.puc.cl

• Space Telescope: http://www.stsci.edu

• NASA: http://www.gsfc.nasa.gov/NASA_homepage.html• Jet Propulsion Lab: http://www.jpl.nasa.gov

• European Southern Observatory: http://www.eso.org

• Picture of the Day: http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/archivepix.html

• Solar System: http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary

• Astrobiología: http://www.astrobiology.com

• Mas en sección de Docencia en http://www.astro.puc.cl/~npadilla/

Páginas web:

Casi cualquier libro de Astronomía es util, salvo que sea muy viejo (más de 10 años)…

El mejor:• J. Bennett (et al.), The Cosmic Perspective, Fundamentals, Cummings, 2009• http://en.wikibooks.org/wiki/General_Astronomy (muy completo, pero algo viejo)

• Astronomía elemental, v1 y v2, José Masa, http://astronomia-elemental.blogspot.cl/p/descarga.html

Bibliografía

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

El cieloesta mañana

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 da T=0 ➲ El Big Bang ocurrio 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 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 distancia

Si esta sala es como el sistema solar Qué tan grande es el Sol? La Tierra? Nuestra Galaxia?

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 da 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