El Origen Cósmico del Agua Luis F. Rodríguez, CRyA, UNAM

Presentación del tema: "El Origen Cósmico del Agua Luis F. Rodríguez, CRyA, UNAM"— Transcripción de la presentación:

1 El Origen Cósmico del Agua Luis F. Rodríguez, CRyA, UNAM

2 O H H Tomemos al agua como un personaje más en la historia del Universo…

3 El Agua es una Molécula Esencial para la Vida
Somos 60% agua Podemos sobrevivir solo 5 días sin agua Muchos procesos cruciales, por ejemplo la fotosíntesis, requieren del agua

4 Tambien sabemos que hay muchos problemas con la indispensable agua…

5 El agua puede ser tambien una calamidad

6 El Origen Cósmico del Agua
¿Desde cuando existe el agua en el Universo? ¿Hay agua en el resto del Universo? ¿Cómo llegó el agua a la Tierra?

7 El Origen Cósmico del Agua
¿Desde cuando existe el agua en el Universo?

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9 La luz, moviéndose a 300,000 km por segundo, tarda en recorrerlas:
De minutos a horas De años a décadas De miles a cientos de miles de años De millones a miles de millones de años

10 Recordemos que son los planetas y las estrellas:
Cuerpos sin fuente importante de energía propia. Vienen en dos tipos: terrestres y jovianos. Existen en órbita alrededor de algunas estrellas (aunque otros son libres). Esferas gaseosas que generan energía termonuclear en su interior. Son de miles a millones de veces más masivos que los planetas.

11 A escala en cuanto al tamaño, pero no en la separación.

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13 El Sol es parte de una familia de estrellas (mas nubes de gas y polvo cósmicos) que llamamos la Vía Láctea, o sea nuestra galaxia…

14 La luz, moviéndose a 300,000 km por segundo, tarda en recorrerlas:
De minutos a horas De años a décadas De miles a cientos de miles de años De millones a miles de millones de años

15 Nuestra Galaxia, la Vía Láctea. ¿Hay algo afuera de ella
Nuestra Galaxia, la Vía Láctea. ¿Hay algo afuera de ella? Si, ¡otras galaxias!

16 NGC 4565, una galaxia espiral de canto

17 M87, una galaxia elíptica

18 La escala cosmológica Es en la escala cosmológica, donde la luz nos llega después de viajar de millones a miles de millones de años, donde podemos esperar ver efectos evolutivos fuertes…

19 En los años 1920´s, el astrónomo estadunidense Edwin Hubble comenzó a estudiar las galaxias, habiendo él mismo establecido antes que eran “islas-universos” similares a la Vía Láctea…

20 Además de determinar la distancia a las galaxias, Hubble podía medir su velocidad mediante el efecto Doppler…

21 Además de determinar la distancia a las galaxias, Hubble podía medir su velocidad mediante el efecto Doppler…

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24 Expansión del Universo: v = H0d

25 La Ley de Hubble = velocidad de recesión = “constante” de Hubble
= distancia a la galaxia estudiada Conclusión: el Universo está en expansión, mientras más lejana la galaxia, más rápido se aleja de nosotros…

26 ¿Podemos derivar la edad del Universo a partir de la ley de Hubble?
Sí. Pensemos en el siguiente problema: Una persona sale en su auto de un punto de origen a velocidad constante de 50 km/h (la carretera está en línea recta). Un tiempo después se encuentra a 200 km del origen. ¿Cuánto tiempo hace que salió de su origen? Para encontrar el tiempo, dividimos la distancia recorrida entre la velocidad, para encontrar que fue hace 4 horas. Hagamos lo mismo con el Universo…

27 La Edad del Universo Tiempo = Distancia/Velocidad Como por la ley de Hubble: Velocidad = Constante de Hubble X Distancia, Obtenemos que Tiempo = 1/Constante de Hubble Los valores actuales de la constante de Hubble dan una edad de unos 14,000 millones de años…

28 ¿Qué ocurrió hace 14,000 millones de años?
El Universo, o sea el tiempo, el espacio, la materia, y la energía se originaron en la llamada Gran Explosión (Big Bang). Si aceptamos estas “condiciones iniciales”, se puede describir mucho de la evolución del Universo a partir de ese momento.

29 En el principio… El Universo estaba formado por gas caliente y muy homogéneo. Más aún, los átomos disponibles eran sólo hidrógeno, el átomo mas sencillo, y helio, el gas noble que en general no le gusta “juntarse” con otros átomos. ¿Cómo formar agua (H2O)? Repasemos la historia del Universo.

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31 Abundancias Químicas en el Universo Original (por cada 100,000 átomos)
Orden Atomo Abundancia 1 Hidrógeno 93,000 2 Helio 7,000

32 Afortunadamente… Pasados 300 millones de años del inicio del Universo, se formaron las primeras estrellas. En el interior de estas estrellas, se fusionaron (o sea, juntaron) los átomos de hidrógeno y helio para formar átomos más pesados, entre ellos carbono, nitrógeno, y oxígeno.

33 Nucleosíntesis En el interior de las estrellas se alcanzan temperaturas y presiones lo suficientemente altas para fusionar elementos en otros. Por ejemplo: Helios = 1 Oxígeno Ya que se forman estos nuevos átomos, ¿cómo los regresa la estrella al espacio?

34 Mediante una explosión de supernova…

35 Mediante una explosión de supernova…
Gracias a la muerte de las estrellas, la composición química del Universo fue cambiando

36 Abundancias Químicas en el Universo Actual (por cada 100,000 átomos)
Orden Atomo Abundancia 1 Hidrógeno 92,700 2 Helio 7,200 3 Oxígeno 50 4 Neón 19 5 Nitrógeno 15 6 Carbono 8 7 Silicio 2.3 Magnesio 2.1 9 Fierro 1.4 10 Azufre 0.9

37 El Origen Cósmico del Agua
¿Hay agua en el resto del Universo?

38 En la Tierra, el agua existe en sus tres estados:
sólido (hielo), líquido (agua), y gaseoso (vapor)

39 Agua en la Tierra La masa total es de 1.4 X 10**21 kg (la masa total de la Tierra es de 6.0 X 10**24 kg). 97.2% está en los océanos. 1.8% está en los glaciares y capas de hielo polares. 0.9% en acuíferos 0.02% está en agua dulce (lagos, ríos). 0.001% está como vapor atmosférico.

40 Espectro infrarrojo de la Tierra desde la misión Galileo (1990)

41 Diagrama de fase del agua

42 Diagrama de fase del agua

43 Diagrama de fase del agua

44 Transportar un litro de agua a la Luna cuesta lo que un kilo de oro en la Tierra

45 Nuestro Sistema Solar

46 Marte

47 Hielo en los polos de Marte

48 Cometa Hyakutake Los cometas son cuerpos que provienen de las partes externas del Sistema Solar. Tienen un núcleo rocoso y están cubiertos de hielos.

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50 Meteorito con gotas de agua atrapadas

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52 ¿Y en relación con las otras estrellas…?

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55 Nube “oscura”

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61 Very Long Baseline Array

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66 ¿Qué es la burbuja de agua?
Está constituida por vapor de agua caliente, a unos 200 grados centígrados Tiene un diámetro de 20,000 millones de kilómetros, mayor que el Sistema Solar Se expande a 36,000 kilómetros por hora Contiene tanta agua como todos los océanos de la Tierra No se conocían casos de expansión tan esférica alrededor de las estrellas jóvenes

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69 K3-335

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71 NGC 4258

72 Así en la Tierra como en el Cielo

73 Glicoletileno=líquido anticongelante

74 Las moléculas que los astrónomos estudiamos están generalmente en forma de gas o de hielos y libres en el espacio (diagrama de fase). Lo que los humanos quisiéramos ver son moléculas en un planeta como la Tierra.

75 Ya se han descubierto planetas en otras estrellas...

76 Ya se han descubierto planetas en otras estrellas...
...aunque no son como la Tierra.

77 Los planetas descubiertos hasta ahora tienen masas parecidas a las de Júpiter.
Esto es lo que se ha encontrado Esto es lo que estamos buscando SCRIPT: The planets discovered so far are closer in mass to Jupiter. This is what we’ve found, on the left. And this is what we are looking for, on the right. Jupiter’s diameter is eleven times greater than the Earth’s, and it has over 300 times the mass. WHAT’S ON THE SLIDE: This graphic shows a scale size comparison of Jupiter and Earth. NASA’s Cassini spacecraft captured Jupiter as it passed by the planet. EXTRAS: The relative mass of Jupiter to Earth is comparable to the relative mass of a bowling ball and a marble. A planet also has to have the right mass to support life as we know it. Too little mass and it probably won’t have much of an atmosphere. Too much mass and it may have a thick poisonous atmosphere thousands of miles deep like Jupiter, Saturn, Uranus, and Neptune. El diámetro de Júpiter es once veces mayor que el de la Tierra, y tiene más de 300 veces su masa.

78 Casi todos los descubrimientos son gigantes gaseosos como Júpiter y en la posición incorrecta.
SCRIPT: Most of the new discoveries are gas giants like Jupiter or Saturn and in the wrong location. Here’s a look at the right location in our solar system, with Earth at the center of the what is often called the “habitable zone.” “Real estate” is a very important concept in the search for planets that might have life. WHAT’S ON THE SLIDE: Artist’s rendering of planets in our solar system with “habitable zone” highlighted. Planet scale sizes are correct but distance is highly compressed. Posición de los planetas descubiertos. 17

79 La búsqueda de planetas tipo terrestre comienza ahora…
Keck Interferometer Large Binocular Telescope Interferometer Kepler Spitzer Space Telescope SCRIPT: So now the hunt for Earth-like planets really blasts off…on the ground and in space. WHAT’S ON THE SLIDE: Images of several NASA ground and space-based missions, including the Large Binocular Telescope Interferometer, the Keck Interferometer, the Kepler mission, the Spitzer Space Telescope, the Space Interferometry Mission, and the Terrestrial Planet Finder. EXTRAS: The Large Binocular Telescope Inteferometer, the Space Interferometry Mission, the Keck Interferometer, and the Terrestrial Planet Finder are all a part of NASA’s Navigator Program. NASA’s Navigator program is an integral part of NASA’s Astronomical Search for Origins Theme, within NASA’s Office of Space Science. The Kepler Mission and the Spitzer Space Telescope are also NASA missions, but are not a part of the Navigator Program. Several of these NASA missions have more than one science goal, but the search for Earth-like planets around other stars is the one goal they have in common (note: the Spitzer Telescope will not be looking for planets directly, but will contribute to the search by analyzing planet and start-forming regions). …desde la superficie de la Tierra y desde el espacio 19 Space Interferometry Mission Terrestrial Planet Finder

80 Las estrellas son miles de millones de veces más brillantes…
SCRIPT: Stars are a billion times brighter… WHAT’S ON THE SLIDE: Artist’s rendering of a lighthouse with beacon shining.

81 …que los planetas… …que quedan perdidos en el brillo.
SCRIPT: …than the planet [Click space bar] …hidden in the glare. WHAT’S ON THE SLIDE: Artist’s rendering of a lighthouse with beacon off. A small firefly is perched atop the lighthouse lamp.

82 …como esta luciérnaga. SCRIPT: Like this firefly.
WHAT’S ON THE SLIDE: Artist’s rendering of a lighthouse with beacon off. The firefly comes into full view. EXTRAS: Some NASA missions on the drawing board are being designed specifically to block out the bright light from the parent star. The coronagraph design for the Terrestrial Planet Finder mission is one example of the break-through technologies that will be needed to find Earth-like planets near bright stars.

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84 ¿Cómo sabemos si un planeta tiene vida?
Busquemos oxígeno Busquemos agua líquida Analicemos la luz reflejada del planeta para ver si tiene una atmósfera Busquemos signos de actividad biológica (metano) SCRIPT: And how will we know a planet supports life? Even if we do find that small rocky planet with a circular orbit, it has to have the right things in its atmosphere and on its surface to create and support life. We want to look for evidence of oxygen, for liquid water, to see if it has an atmosphere (from the reflected light), and to look for signs of biological activity. And we want to make sure to rule out other explanations. WHAT’S ON THE SLIDE: Graphics representing different “signatures” for life to exist on Earth, including ozone, water, methane, and evidence of an atmosphere. EXTRAS: The recent discoveries of so-called extremophile forms of life that survive or even flourish in environments from polar ice cores to boiling, sulfurous pools to deep, dark ocean trenches has stretched our understanding of the conditions under which life can exist and, perhaps, even evolve. y eliminemos las otras explicaciones. 17

85 Hay ya evidencia de planetas solo 10 veces más masivos que la Tierra y que están a una distancia tal de su estrella que podrían tener agua líquida, pero los datos son inciertos…

86 Desde el espacio y desde la superficie terrestre…

87 El Origen Cósmico del Agua
¿Cómo llegó el agua a la Tierra?

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90 Muy probablemente: La Tierra se formó “seca”
¿De dónde pudo haber luego obtenido su agua?

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95 Agua de cometa Los cometas formados en las partes externas del Sistema Solar, pudieron haber traido sus hielos a la Tierra. Los cometas son 80% agua (en forma de hielo). La teoría ha sido recientemente cuestionada. ¿Cómo resolveremos estas preguntas?

96 Las misiones astronómicas del futuro nos darán la respuesta.

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98 La Evolución Cósmica y la Ecuación de Drake
Astronómico Biológico Cultural N = R* * fp * ne * fl * fi * fc * L R* = tasa de formación de estrellas de tipo solar (~2 al año) fp = fracción de estas estrellas con planetas (~1/2) ne = número de planetas terrestres en la Zona Habitable (?) fl = fracción de estos planetas en los que la vida se desarrolla (??) fi = fracción de estos planetas en los que la inteligencia emerge fc = fracción de estas especies inteligentes que pueden (o sea, que cuentan con radiotelescopios) y desean comunicarse L = Tiempo promedio (en años) de vida de una civilización que busca comunicarse Disco de polvo de Fomalhaut/ David Hardy