Un poco de historia

La concepción del antiguo pensamiento griego sobre el universo se basaba en los 4 elementos siguientes:
Elementos de la Antigua Grecia
Elementos de la Antigua Grecia

  1. Fuego: caliente y seco
  2. Aire: caliente y húmedo
  3. Agua: frío y húmedo
  4. Tierra: fría y seca



Estos elementos se relacionaban entre sí, presentaban características comunes y contituían todos los elementos que existían en la naturaleza. Defensores importantes de este pensamiento fueron Empedocles y Anaxágoras (siglo V a.C.). Este último aportaba pruebas de ello mediante sus propias observaciones, al ver un meteorito, concluó que tanto los planetas como las estrellas (Sol incluido) estaban formados por esos elementos.
Fue Aistóteles quien cambión ese pensamiento y desarrolló una teoría más completa sobre la estructura del universo. Esta fue la teoría del modelo geocéntrico.
Poco a poco los conocimientos científicos fueron avanzando hasta definir dos modelos:
  1. modelo geocéntrico:
    1. modelo geocéntrico de Aristótles
    2. modelo geocéntrico de Ptolomeo
  2. modelo heliocéntrico:
    1. modelo heliocéntrico de Copérnico
    2. modelo heliocéntrico de Kepler.

Modelo geocéntrico


El modelo geocéntrico presenta las siguientes postulados:
  1. La Tierra es el centro del Universo.
  2. Los astros giran alrededor de la Tierra en esferas perfectas.
  3. La Tierra es inmóvil.
  4. El universo es finito

Existen dos tipos de modelos geocéntricos, el aristotélico y el ptolomeico.

Modelo geocéntrico de Aristóteles


Como ya hemos apuntado antes, Aristóteles (siglo IV a.C.) plantea una universo complejo en el que la Tierra es el centro del Universo y alrededor de ella se disponen unas esferas en las que se encuentran, el Sol, la Luna, los cinco planetas conocidos y en la última esfera las estrellas. Además no podía entender que entre esfera y esfera no hubiese nada por lo que introdujo el concepto de éter (lo que siempre corre) como una sustancia de una masa muy escasa que cubría todo el espacio que existía entre los diferentes astros. Es decir, Aristóteles no concebía que en el universo existiran espacios vacios.Este concepto de éter ya existía en las culturas hindúes y japonesas de aquella época.
Lo importante del pensamiento aristotélico fue el concebir un modelo de universo.
Es importante señalar que en el planteamiento griego, incluso en el de Aristóteles, se pensaba que el universo era finito y el movimiento planetario correspondía a una esfera perfecta.

Modelo geocéntrico aristotélico. Cortesía portal do astronomo
Modelo geocéntrico aristotélico. Cortesía portal do astronomo





En la imagen podemos observar como la Tierra se encuentra en el centro del Universo y alrededor de ellla se dispone los astros. El más próximo, la Luna, y el Sol se dispone en cuarto lugar y las estrellas en la última esfera.

Modelo geocéntrico de Ptolomeo


La observación del movimiento de los planetas parecía ir en contra del movimiento circular perfecto ya que en ocasiones daba la impresión de que los planetas se desplazaban hacia atrás. Para solucionar este problema Ptolomeo propuso que los planetas se desplazaban sobre una órbita circular grande alrededor de la Tierra, este círculo recibía el nombre de deferente, y, a su vez, los planetas se movían dentro de otra esfera perfecta más pequeña, el epiciclo, que se desplazaba sobre el deferente.
epiciclos.jpg
Epiciclos y deferentes

Esto podemos verlo en el siguiente video.



El Universo según Ptolomeo queda según el siguiente esquema:

Modelo geocéntrico de Ptolomeo. Cortesía de Museo virtual csic
Modelo geocéntrico de Ptolomeo. Cortesía de Museo virtual csic


Modelo heliocéntrico


En el modelo heliocéntrico se postula que:
  1. el Sol se encuentra en una posición central alrededor del cual giran los astros.
  2. la Tierra giraba alrededor del Sol
Este modelo se diferencia principalmente del anterior (el geocéntrico) en que son los astros los que giran alrededor del Sol y no al revés. Fue planteado en el Renacimiento, siglos XV y XVI después de Cristo, surgió un pensamiento crítico que impulsó el conocimiento científico.

Modelo heliocéntrico de Copérnico


En el Renacimiento Copérnico propuso un nuevo modelo para el el universo, el modelo heliocéntrico en el que se plantea que el Sol es el centro del Universo. Debemos decir que Aristarco de Samos planteó este modelo, 100 años antes que el geocéntrico de Aristóteles, y unos 1800 años antes que Copérnico, pero sus estudios se debieron destruir en los incendios que se produjeron en la biblioteca de Alejandría.
El modelo propuesto por Copérnico indicaba que:

  1. El Sol es el centro del Universo.
  2. Los astros, incluída la Tierra, giran alrededor del Sol en esferas perfectas y definiendo epiciclos.
  3. El Sol es inmóvil.
  4. El universo es finito

Modelo heliocéntrico de Kepler


Tuvimos que esperar hasta el siglo XVI los estudios astronómicos realizados por Tycho Brahe permitieran a Kepler plantear nuevos postulados sobre el universo.
Kepler introdujo variaciones importantes:
  1. el Sol es el centro del Sistema Solar, no del Universo.
  2. Las órbitas que describen los planetas alrededor del Sol no son esféricas sino elípticas.
  3. La Tierra gira sobre sí misma (rotación)
  4. Los astros no se desplazan en una órbita sobre la que realizan epiciclos sino que tienen movientos de traslación y de rotación.

La eclíptica orbital fue confirmada por Galileo Galilei en observaciones realizadas con telescopios construídos por él mismo. Poco a poco se fue pasando de una concepción finita del universo a una infinita.

Modelo geocéntrico
Modelo heliocéntrico
La Tierra ocupa el centro del Universo y esta inmóvil en esta posición
El Sol ocupa el centro del universo y está inmóvil en esta posición
Los planetas (5 conocidos), el Sol, la Luna y las estrellas giran alrededor de la Tierra en 8 esferas
Todos los planetas conocidas, incluída la Tierra, giran alrededor del Sol
Los planetas y astros que se encuentran en estas esferas describen
círculos perfectos
Los astros giran alrededor del Sol en una elípse
La Tierra es inmóvil
La Tierra presenta dos movimientos, uno de rotación y otro de traslación
En la última esfera se encuentras las estrellas que permanecen siempre en la misma posición unas con respectro a otras
No esxiste una esfera limitada sobre la que se disponen las estrellas.
El universo es finito y acaba en la esfera de estrellas fijas
El universo es infinito


En el siglo XVII, Isaac Newton propuso la existencia de una fuerza que actuaba sobre los cuerpos impidiendo que éstos se separaran, era la gravedad, fuerza que impedía que los planetas se separar unos de otros, fuerza que impedía que los cuerpos despegaran de la Tierra.
Con el desarrollo de la tecnología y la fabricación de nuevos telescopios se avanzó en el conocimiento del universo:
William Herschel, siglo XVIII: la Tierra está en el centro de la galaxia.
Harlow Shapleyy, comienzos del siglo XX: el Sol está en el centro del sistema solar y se sitúa en un bode de la galaxia.
Edwin Hubble, siglo XX:Descubrió deiferentes galaxias en la Vía Láctea.Pudo comprobar que el universo se expandía observando las galaxias y viendo que se separaban unas de otras.
El gran avance científico que se produjo desde comienzos del siglo XX fue cambiando nuestro concepto del universo, científicos como Einstein, con su teoría de la relativdad, cambió los conceptos físicos clásicos de Newton. Max Planck, con su teoría de los cuantos en la energía, Rutherfor, teoría atómica, y otros muchos nos llevaron a la teoría del Big Bang para explicar el origen del universo.

En la teoría del Big Bang se plantea un origen con un material con una gran densidad que no tienen volumen, su temperatura asciende tanto y la inestabilidad es tan alta que termina explotando, disparando las moléculas hacia el exterior. En el foco de explosión, la temperatura es tan alta que casi no se pueden formar elementos químicos, a medida que ésta va disminuyendo se van formando poco a poco los elementos, siendo el hidrógeno y el helio los primeros en formarse. Poco a poco se van formando nuevos elementos y hasta que no pasan unos 1000 m.a. desde la gran explosión no se forman las primeras acumulaciones de materiales de los que se originarán las galaxias.

El sistema Solar


El Sistema Solar presenta las siguientes características:
  1. Está formado por una estrella (Sol) que ese encuentra en el centro del mismo y 8 planetas (Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno)
  2. El Sol y los planetas giran en el mismo sentido: antihorario tanto en traslación como en rotación
  3. Las orbitas de los planetas son elípticas y todos los planetas se disponen en el mismo plano.
  4. Los planetas más cercanos al Sol son planetas rocosos, los más pequeños y los más densos (Mercurio, Venus, Tierra y Marte). El resto de los planetas son gaseosos, más grandes y menos densos (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno)
  5. El Sol tiene casi toda la masa del Sistema Solar (aprox. 98%).
  6. Todos los cuerpos planetarios presentan impactos de meteoritos
  7. Los materiales más densos aparecen en el interior de los planetas.

Origen del Sistema Solar


Existen 5 teorías sobre el origen del Sistema Solar:
  • Teoría nebular
  • Teoría de la Mareas
  • Teoría de la estrella binaria
  • Teoría de las turbulencias
  • Teoría planetesimal: la más actual

Teoría nebular


Planteada por Kant y Laplace de forma independiente en el siglo XVIII. En ella se parte de una masa de material (gas y polvo) que por
Teoria nebular. Wikipedia
Teoria nebular. Wikipedia
gravedad se va acumulando mucha materia en el centro y produce un disco plano de materia que empieza a girar cada vez con mayor velocidad, esta velocidad va aplanando aún más el disco de materia. Por la intervención conjunta de las fuerzas de gravedad y centrífuga se van definiendo anillos y en ellos los planetas.




Teoría de las mareas


Propuesta por Chamberlin y Ray Moulton, siglo XIX. Es una teoría catastrofista. El Sol, como en la teoría nebular, external image teoria-mareas.jpgse formó a partir de una nebulosa pero los planetas no se originaron a partir de anillos sino que fue el paso cercano de una estrella al Sol el que provocó la formación de un puente de materia que originó los planetas.
Once años después (1917), Hopwood Jeans y Harold Jeffreys apuntaron que la ojiva formada como puente de materia entre ambas estrellas, tenía que estar deformada sufriendo un leve retorcimiento, haciendo que sus extremos fueran estrechos y el centro ancho.

Teoría de la estrella binaria


Estrella binaria.Wikipedia
Estrella binaria.Wikipedia
Teoría propuesta por Hoyle en la que se supone que el Sol tenía una estrella compañera que explotó y sus restos
Estrellas binarias intercambiando materia. Wikipedia
Estrellas binarias intercambiando materia. Wikipedia
fueron retenidos y atraídos por la gravedad del Sol de manera que se seleccionaron por densidades formando anillos en los que se originaron los planetas.







Teoría de las turbulencias


Establecida en 1943 por Weizsäcker. En esta teoría, al contrario que en la anteriores, la materia que originó el Sistema Solar se movía en
Teoría de las turbulencias
Teoría de las turbulencias
bloques diferentes en vez de en un solo conjunto. De manera que el movimiento independiente de cada bloque producía roces entre ellos, especialmente entre las partes exteriores, estos choque producían movimientos anómalos (remolinos) entre las partículas que chocaban unas con otras y en ocasiones las partículas se unían formando otras mayores.







Teoría planetesimal


Es la teoría más aceptada actualmente. Se supone hace unos 6000 a 5000 m.a. existía una masa de polvo y gas. En ella la fuerza de gravedad produce que se vayan acumulando materiales en el centro de la nube, provocando más choques y que fuera girando cada vez más rápido, aplanado a dicha masa. Los choques y el movimiento alcanzan tales magnitudes que la temperatura es muy alta favoreciendo que átomos de hidrógeno se fusionaran originando átomos de helio. Probablemente este tipo de reacciones termonucleares fueran el origen del Sol.
El aumento de temperatura en el centro de la nube (Sol) hizo que los materiales de alrededor se expandieran (disminución de su densidad). A medida que los materiales se alejan del punto máximo de calor, se van enfriando y las partículas pueden unirse unas a otras favoreciendo una distribución geoquímica de los mismos. Las agregaciones de materiales más pequeñas eran los planeteismales, éstos se unían unos con otros hasta formar planetoides (astros de unos cientos de kilómetros) y estos se unen para formar planetas.
De esta manera se seleccionaron los materiales que originaron los planetas interiores (Mercurio, Venus, Tierra y Marte) que son planetas rocosos; y los planets exteriores (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno) que son planetas gaseosos.





Origen de la Tierra


Podemos diferenciar tres parte importante en nuestro planeta:
  1. Geosfera: porción sólida
  2. Hidrosfera: agua que existe en el planeta, tanto en estado sólido (hielo y nieve) com líquido (océanos, ríos, pantanos,etc)
  3. Atmósfera: capa gaseosa que rodea la Tierra.

Origen de la geosfera

El origen de las tres capas está unido pero es secuenciado, es decir la parte sólida es la primera que se origina y a partir su formación y su evolución se originan las otras.
La Tierra se formó junto con el resto del Sistema Solar, con los materiales que ahí existían y mediante los mismos principios que los demás astros del Sistema Solar.
En principio la Tierra se formó por acreción de partículas. Las partículas, después de la gran explosión (Big Bang) y una vez formada la nebulosa de la que ser formó el Sistma Solar, se van uiniendo unas a otras mediante choques aleatorios favorecidos por la atracción entre partículas. Sin embargo esas uniones pudieron ser de dos maneras diferentes:
  • Por acreción homogénea.
  • Por acreción heterogénea
Teoría de la acreción homogénea: las partículas (férricas, de níquel y silicatos) se van uniendo unas a otras hasta formar una masa como la que tiene la Tierra actualmente. El rozamiento de las partículas (por acción gravitatoria) más las desintegraciones de elementos radiactivos (U, Th K40...) y la caída de meteoritos, van aumentando la temperatura del planeta. Este aumento de temperatura favorece la fusión de materiales excepto la superficie del planeta. La superficie del planeta no se funde y permanece sólida por enfriamiento al estar en contacto con el exterior (la temperatura del espacio es muy baja). La capa externa pudo llegar a tener unos 300 km de espesor. Por debajo de esta capa los materiales están fundidos lo que facilita una reorganización del planeta, distribuyéndose los materiales por densidades. Los materiales más densos se disponen en el centro del planeta y los menos densos en las capas más externas.
Teoría de la acreción heterogénea: durante la acreción de partículas, primero se agregan las más densas (metálicas) formando el núcleo y después, atraídas por éste, las partículas menos densas (silicatos).
En cualquiera de las dos teorías, una vez formada la geosfera, los materiales volátiles escaparían de la materia fundida y serían retenidos por la gravedad.

Origen de la Atmósfera y la hidrofera

La corteza terrestre está formada por enfriamiento al estar en contacto con las temperaturas del espacio. Su espesor puede llegar a 300 km preo es una capa débil e . Por debajo de ella se encuentran capas fundidas en las que hay diferentes temperaturas que irán provocando corrientes de convección de los materiales (materiales ascendiendo y descendiendo). Estas corrientes producen fragmentaciones en la delicada corteza. Las grietas originadas son una vía de escape de gases (materiales volátiles): CO2, vapor de agua, metano, amoníaco, halogenuros y vapores de azufre (destaquemos la situación de que no había oxígeno libre), Los gases liberados son retenidos por la gravedad del planeta formando una capa gaseosa reductora, formando la atmósfera.
A medida que se van enfriando, los gases de halogenuros y azufre forman minerales en la corteza por sublimación. Al descender la temperatura por debajo de los 100ºC el vapor de agua se empieza a condensar formando las nubes y las primeras lluvias.
Al caer las lluvias se produce un mayor descenso de la temperatura de la corteza y una erosión de la misma. Poco a poco se alcanzaron los niveles de agua que actualmente existen, es decir, se formó la hidrosfera. La hidrosfera tenía el mismo volumen que ahora pero no la misma salinidad que poco a poco se va modificando por la incorporación de minerales procedentes de la porción de continentes emergidos.
La cantidad de CO2 que existía se fue disolviendo en el agua y favoreció la formación de rocas carbonatadas (calizas), el H y el He escaparos con facilidad de la acción gravitatoria.
Hasta que no se formaron la primeras cianobacterias que formaron oxígeno libre, el metano y el amonio no pudieron originar otros materiales. Cuando hubo oxígeno libre reaccionaron con el produciendo más agua:

Imagen1.jpg

A medida que se va produciendo oxígeno libre, la atmósfera va pasando de reductora a oxidante. Se permite el desarrollo de la vida con seres que producen fotosíntesis y según van aumentando los niveles de oxígeno se puede formar la capa de ozono que permitió que la vida empezara a desarrollarse fuera del agua.