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

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

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

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

4 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

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

6 El agua puede ser tambien una calamidad

7 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?

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

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10 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

11 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.

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

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14 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…

15 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

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

17 NGC NGC 4565, una galaxia espiral de canto

18 M87, una galaxia elíptica

19 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…

20 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…

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

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25 Expansión del Universo: v = H 0 d

26 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…

27 ¿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…

28 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…

29 ¿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.

30 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 (H 2 O)? Repasemos la historia del Universo.

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32 Abundancias Químicas en el Universo Original (por cada 100,000 átomos) Orden AtomoAbundancia 1 Hidrógeno93,000 2 Helio 7,000

33 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.

34 Nucleosíntesis En el interior de las estrellas se alcanzan temperaturas y presiones lo suficientemente altas para fusionar elementos en otros. Por ejemplo: 4 Helios = 1 Oxígeno Ya que se forman estos nuevos átomos, ¿cómo los regresa la estrella al espacio?

35 Mediante una explosión de supernova…

36 Gracias a la muerte de las estrellas, la composición química del Universo fue cambiando

37 Abundancias Químicas en el Universo Actual (por cada 100,000 átomos) Orden AtomoAbundancia 1 Hidrógeno92,700 2 Helio 7,200 3 Oxígeno 50 4 Neón 19 5 Nitrógeno 15 6 Carbono 8 7 Silicio Magnesio Fierro Azufre 0.9

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

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

40 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) % está como vapor atmosférico.

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

42 Diagrama de fase del agua

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

46 Nuestro Sistema Solar

47 Marte

48 Hielo en los polos de Marte

49 Cometa HyakutakeLos 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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51 Meteorito con gotas de agua atrapadas

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53 ¿Y en relación con las otras estrellas…?

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56 Nube oscura

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62 Very Long Baseline Array

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67 ¿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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70 K3-335

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72 NGC 4258

73 Así en la Tierra como en el Cielo

74 Glicoletileno=líquido anticongelante

75 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.

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

77 ...aunque no son como la Tierra.

78 Los planetas descubiertos hasta ahora tienen masas parecidas a las de Júpiter. El diámetro de Júpiter es once veces mayor que el de la Tierra, y tiene más de 300 veces su masa. Esto es lo que estamos buscando Esto es lo que se ha encontrado

79 17 Casi todos los descubrimientos son gigantes gaseosos como Júpiter y en la posición incorrecta. Posición de los planetas descubiertos.

80 19 La búsqueda de planetas tipo terrestre comienza ahora… …desde la superficie de la Tierra y desde el espacio Keck Interferometer Spitzer Space Telescope Terrestrial Planet FinderSpace Interferometry Mission Kepler Large Binocular Telescope Interferometer

81 Las estrellas son miles de millones de veces más brillantes…

82 …que los planetas… …que quedan perdidos en el brillo.

83 …como esta luciérnaga.

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85 ¿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) y eliminemos las otras explicaciones. 17

86 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…

87 Desde el espacio y desde la superficie terrestre…

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

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

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96 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?

97 Las misiones astronómicas del futuro nos darán la respuesta.

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99 Disco de polvo de Fomalhaut/ David Hardy La Evolución Cósmica y la Ecuación de Drake N = R * * f p * n e * f l * f i * f c * L Astronómico R * = tasa de formación de estrellas de tipo solar (~2 al año) f p = fracción de estas estrellas con planetas (~1/2) n e = número de planetas terrestres en la Zona Habitable (?) BiológicoCultural f l = fracción de estos planetas en los que la vida se desarrolla (??) f i = fracción de estos planetas en los que la inteligencia emerge f c = 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


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