El universo y el movimiento de los astros 8 El universo y el movimiento de los astros Física y Química 4º ESO 1 Los astros en el firmamento  La posición de los astros se describe como si estuvieran situados en la superficie de una esfera imaginaria, denominada esfera celeste, en cuyo centro estaría situada la Tierra  El firmamento es la bóveda celeste sobre la que aparentemente están situados los astros  La observación de las estrellas, el Sol y la Luna originó la primera ciencia exacta: la astronomía  Una constelación es una agrupación de estrellas que representan una figura determinada y que vista desde la Tierra, mantiene su posición constante a lo largo de miles de años Coordenadas celestes  Se utilizan para localizar un punto sobre la esfera celeste. Son la declinación y la ascensión recta  El eje de rotación de la Tierra corta a la esfera celeste en dos puntos llamados polos celestes, y el ecuador celeste es la circunferencia correspondiente al círculo máximo de la esfera perpendicular al eje  Eclíptica es la trayectoria aparente que sigue el Sol a lo largo del año sobre la esfera celeste. Los puntos de corte entre la eclíptica y el ecuador celeste se denominan equinoccio de primavera y equinoccio de otoño

8 El universo y el movimiento de los astros 2 Física y Química 4º ESO 2 Constelaciones de estrellas Constelación de la Osa Mayor vista desde la Tierra 50 150 25 75 100 125 175 200 Años luz Constelación de Leo  Las estrellas aparecen en el firmamento agrupadas en constelaciones  Estas agrupaciones son aparentes y se representan en mapas celestes  Las observaciones astronómicas permiten fijar el calendario y predecir los eclipses y las posiciones de los cuerpos celestes

El universo y el movimiento de los astros 8 El universo y el movimiento de los astros Física y Química 4º ESO 3 El problema de la posición de la Tierra en el universo  Para un observador en la Tierra, todos los astros de la bóveda celeste dan un giro completo cada día alrededor del eje celeste que pasa por los polos  Las estrellas mantienen posiciones fijas en la bóveda y completan una vuelta cada 24 horas. Su trayectoria aparente es una circunferencia  Los astrónomos observaron que los planetas no mantienen sus posiciones fijas respecto de las estrellas, sino que se mueven entre ellas. Es el llamado fenómeno de la retrogradación de los planetas Fotografía fija del firmamento durante varias horas. Las estrellas describen circunferencias  En determinadas posiciones de su trayectoria, el planeta cambia el sentido de su movimiento y describe un bucle antes de continuar el movimiento en el sentido inicial

8 El universo y el movimiento de los astros 4 Física y Química 4º ESO 4 La concepción aristotélica  Distingue dos regiones en el universo: la inferior, terrestre o sublunar y la superior o celeste La concepción del universo de Aristóteles T i e r r a E s f e r a d e l S o l E s f e r a d e J ú p i t e r E s f e r a d e S a t u r n o E s f e r a d e M a r t e E s f e r a d e l a s e s t r e l l a s f i j a s E s f e r a d e V e n u s E s f e r a d e M e r c u r i o E s f e r a d e l a L u n a  En la región terrestre, la Tierra, ocupa el centro del universo - Todos los cuerpos terrestres están constituidos por la combinación de 4 elementos: tierra, agua, aire y fuego  La región celeste, rodea a la terrestre, y está compuesta por esferas concéntricas transparentes que giran en torno al centro del universo - En cada esfera está situado un cuerpo celeste, la Luna, Venus, etc, y en la última esfera están todas las estrellas en posiciones fijas

8 El universo y el movimiento de los astros 5 Física y Química 4º ESO 5 El sistema geocéntrico de Ptolomeo  En el siglo II C Ptolomeo sitúa a la Tierra en el centro del universo, y describe los movimientos de los astros con un sistema de referencia fijo en ella  El Sol describe una órbita circular en torno a la Tierra con un período de un día, y las estrellas son puntos brillantes en una esfera hueca que gira en torno a a la Tierra cada día  El movimiento planetario se describe mediante la composición de dos movimientos: uno de ellos es una órbita circular llamada epiciclo, alrededor de un punto C, y el otro que describe a su vez otra órbita circular cuyo centro es la Tierra El sistema geocéntrico Planeta C Tierra  El Sol sale, se mueve por el cielo y se pone cada día; la Tierra ocupa una posición central. Permite explicar la trayectoria de las estrellas y predecir sus posiciones Sol  También explica la retrogradación de un planeta

8 El universo y el movimiento de los astros 6 Física y Química 4º ESO 6 El sistema heliocéntrico de Copérnico  En el siglo XVI Nicolás Copérnico sitúa al Sol en el centro del universo, y la Tierra y los planetas describen órbitas circulares en un mismo plano en torno a él  La Tierra tiene un movimiento de rotación sobre su propio eje que dura un día  La trayectoria de un planeta se explica tomando como sistema de referencia la Tierra; la retrogradación es un efecto visual debido a la posición del observador El sistema heliocéntrico de Copérnico Saturno Mercurio Tierra Venus Marte Júpiter Sol

El universo y el movimiento de los astros 8 El universo y el movimiento de los astros Física y Química 4º ESO 7 Las leyes de Kepler  Primera ley de Kepler: Los planetas describen órbitas elípticas alrededor del Sol, que está situado en uno de los focos de la elipse Las elipses descritas por los planetas son casi circulares, y se podría suponer que son circunferencias con centro en el Sol  Segunda ley de Kepler: El vector de posición de un planeta con respecto al Sol, barre áreas iguales en tiempos iguales Segunda ley de Kepler Afelio Perihelio Sol Primera ley de Kepler Sol Planeta  Tercera ley de Kepler: El cuadrado del periodo de revolución de cualquier planeta es proporcional al cubo de la distancia del planeta al Sol: T2 = k. r3 donde k es una constante de proporcionalidad igual para todos los planetas

El universo y el movimiento de los astros 8 El universo y el movimiento de los astros Física y Química 4º ESO 8 La teoría de la gravitación universal Dos cuerpos de masas m1 y m2, y separados una distancia r, interaccionan de manera que se atraen mutuamente con fuerzas proporcionales al producto de sus masas e inversamente proporcionales al cuadrado de la distancia que les separa m1 m2 r La interacción gravitatoria tiene las siguientes características:  El valor de las fuerzas que aparecen es:  La dirección en la que actúan es la de la recta que une los centros de ambas masas   Su sentido es siempre de atracción: la fuerza que actúa sobre un cuerpo está dirigida hacia el otro cuerpo  La constante de proporcionalidad, G, se denomina constante de gravitación universal y en el Sistema Internacional de Unidades tiene el valor: G = 6,67·10-11 Las fuerzas gravitatorias son de pequeña intensidad excepto cuando la masa de uno o de los dos cuerpos que interaccionan es grande

El universo y el movimiento de los astros 8 El universo y el movimiento de los astros Física y Química 4º ESO 9 El peso de los cuerpos  Un cuerpo cualquiera de masa m, situado sobre la superficie terrestre, se ve sometido a una fuerza gravitatoria en la dirección del radio terrestre y hacia el centro de la Tierra de valor: F = m . 9,8  La fuerza que la Tierra ejerce sobre los cuerpos situados cerca de su superficie se denomina peso del cuerpo y se calcula multiplicando su masa expresada en kg por 9,8 N/kg. Este valor se escribe con la letra g Peso = m g  Este valor de g se conoce con el nombre de aceleración de la gravedad terrestre, ya que todos los cuerpos que caen libremente, lo hacen con la misma aceleración, 9,8 m/s2 y “hacia abajo”, en la dirección del radio de la Tierra y hacia su centro

El universo y el movimiento de los astros 8 El universo y el movimiento de los astros Física y Química 4º ESO 10 El sistema solar y sus componentes  El sistema solar lo forman una sola estrella, el Sol, y una serie de cuerpos que giran alrededor de él, principalmente planetas, satélites, asteroides y cometas. Todos ellos brillan por la luz reflejada procedente del Sol y difieren enormemente entre sí por su tamaño, distancia al Sol y otras características  Los planetas son los cuerpos de mayor tamaño que orbitan en torno a Sol y alrededor de algunos de ellos orbitan a su vez los satélites  Los asteroides son cuerpos de tamaño inferior a 1 000 kilómetros de diámetro que describen órbitas alrededor del Sol. La mayoría se encuentran entre las órbitas de Marte y Júpiter, en el llamado cinturón de asteroides. A veces colisionan entre sí, cambiando su órbita. Los que caen sobre la Tierra se denominan meteoritos  Los cometas son pequeños cuerpos (de pocos kilómetros de diámetro) que describen órbitas muy excéntricas alrededor del Sol y que sólo son visibles cuando están próximos a él

El universo y el movimiento de los astros 8 El universo y el movimiento de los astros Física y Química 4º ESO 11 Los planetas: distancias al Sol y sus períodos orbitales Radio (km) Masa (x1024 kg) Distancia Sol (x106 km) Excen- tricidad Período revolución (años) Periodo rotación Nº saté- lites Mercurio Venus Tierra Marte Júpiter Saturno Urano Neptuno Plutón   2420,6 0,35 58 0,21 0,24 58,6 días 6051,5 4,90 108 0,007 0,62 243 días 6370 5,98 150 0,017 1 1 día 3376,1 0,66 228 0,09 1,88 1 día 37 min 2 71344 1901,6 780 0,05 11,86 9 h 50 min 16 59878 568,1 1427 0,05 29,46 10 h 16 min 17 25352,6 87,3 2870 0,05 84,01 15 h 34 min 15 24269,7 102,9 4500 0,01 164,79 18 h 26 min 8 1528,8 0,02 5900 0,25 246,68 6,4 días 1

8 El universo y el movimiento de los astros 12 Física y Química 4º ESO 12 Movimientos de la Tierra y la Luna  La Tierra tiene dos movimientos principales, uno de traslación alrededor del Sol en el que invierte 365 días y otro de rotación alrededor de su eje cada 24 horas  La Luna también tiene dos movimientos principales, uno de traslación alrededor de la Tierra y otro de rotación sobre su propio eje, siendo ambos periodos iguales y de 27,3 días. Por este motivo desde la Tierra, siempre se ve la misma cara de la Luna Eje de rotación de la Tierra y plano de la eclíptica Polar Tierra Sol 23º Polar Variación de la posición del eje de rotación de la Tierra Una peonza que gira

El universo y el movimiento de los astros 8 El universo y el movimiento de los astros Física y Química 4º ESO 13 Fenómenos asociados a los movimientos de la Tierra y la Luna  El movimiento de rotación de la Tierra es la causa de la duración del día y de la sucesión de los días y las noches  También es la causa de que un observador fijo en la Tierra vea girar cada día la bóveda celeste y todos los astros. El movimiento aparente de los astros es una consecuencia de la rotación terrestre  El movimiento de traslación terrestre ha llevado a considerar el año como unidad natural para medir el tiempo  Los principales fenómenos asociados a los movimientos de la Tierra y de la Luna son: Las estaciones Las fases de la Luna Los eclipses se Sol y de Luna

El universo y el movimiento de los astros 8 El universo y el movimiento de los astros Física y Química 4º ESO 14 Las estaciones  La inclinación del eje de rotación terrestre respecto del plano de la eclíptica produce el fenómeno de las estaciones y la diferente duración de los días y las noches  Según la posición de la Tierra en su órbita, los rayos del Sol inciden sobre la superficie terrestre con distinta inclinación. En verano inciden casi perpendicularmente, y en invierno de modo muy oblicuo  Cuando en el hemisferio norte es verano, en el sur es invierno, y viceversa  El tiempo de exposición al sol (día), es mayor en verano que en invierno Otoño Primavera Verano Invierno Las estaciones en el hemisferio norte y la diferente duración de los días y las noches

El universo y el movimiento de los astros 8 El universo y el movimiento de los astros Física y Química 4º ESO 15 Las fases de la Luna  Debido al movimiento de translación de la Luna, la cara lunar visible desde la Tierra puede estar total o parcialmente iluminada por el Sol  Debido al movimiento de translación de la Luna, la cara lunar visible desde la Tierra puede estar totalmente iluminada por el Sol (dando lugar al la fase de luna llena), totalmente oscurecida (luna nueva) o parcialmente iluminada (luna creciente y luna menguante) Cuarto menguante Cuarto creciente Luna llena Luna nueva Sol

El universo y el movimiento de los astros 8 El universo y el movimiento de los astros Física y Química 4º ESO 16 Los eclipses  Se producen por las distintas posiciones relativas del Sol, de la Tierra, y de la Luna en determinadas ocasiones. Cada año hay entre 2 y 7 eclipses  En el eclipse de Sol, la Luna se interpone entre el Sol y la Tierra Eclipse parcial Eclipse total  En el eclipse de Luna, la Tierra se interpone entre el Sol y la Luna Eclipse parcial Eclipse total Eclipse penumbral

8 El universo y el movimiento de los astros 17 Física y Química 4º ESO 17 El universo. Métodos de estudio  Los astros emiten radiaciones electromagnéticas, parte de ellas llegan a la Tierra. Esta es la única forma de obtener información sobre ellos y por tanto, de estudiarlos  La atmósfera absorbe parte de dicha radiación que llega a la Tierra; por eso es mejor situar los detectores de ondas electromagnéticas fuera de la atmósfera: satélites artificiales, lanzadoras espaciales y estaciones espaciales  Para el estudio del sistema solar también se utilizan sondas espaciales. Marte se está estudiando mediante vehículos robot que se mueven sobre su superficie y envían información a la Tierra El telescopio Hubble, en órbita fuera de la atmósfera Vehículo sobre la superficie de Marte Radiotelescopio

8 El universo y el movimiento de los astros 18 Física y Química 4º ESO 18 Componentes del universo  Las galaxias son agrupaciones de miles de millones de estrellas y además de ellas hay materia interestelar Diversos tipos de galaxias. La vía Láctea tiene forma espiral Espiral Elíptica Esferoidal Irregular Vistas lateral y superior de la Vía Láctea Sol La galaxia de Andrómeda, situada a dos millones de años luz de la Tierra La nebulosa de Orión 60000 años luz 30000 años luz

8 El universo y el movimiento de los astros 19 Física y Química 4º ESO 19 Escalas y distancias en el universo  Para medir distancias en el universo, el kilómetro e incluso la unidad astronómica son unidades muy pequeñas  Un año luz es la distancia recorrida por la luz en un año; equivale aproximadamente a 9,5 billones de kilómetros Mil millones de años luz  1022 km Diez millones de años luz  1020 km 100 000 años luz  1018 km 1000 años luz  1016 km

8 El universo y el movimiento de los astros 20 Física y Química 4º ESO 20 Origen y evolución del universo Evolución del universo Formación de galaxias Formación de estrellas en la galaxia Hace 10000 millones de años Vida en la Tierra Hace 2000 millones de años Gran explosión Hace 15000 millones de años Formación de la Tierra Hace 5000 millones de años Aparición del hombre Época actual Futuro