Cosmología Esencial: Un Recorrido por el Universo y sus Fenómenos

El Sol

Es la estrella central de nuestro sistema planetario. Posee un tamaño medio y es una esfera de gases incandescentes, principalmente hidrógeno y helio.

Planetas

Un planeta es un cuerpo celeste que orbita alrededor del Sol, con una masa lo suficientemente grande como para tener una forma esférica y haber despejado su órbita de otros objetos.

Tipos de Planetas

Planetas Interiores

• Características: Tamaño pequeño, superficie rocosa y atmósfera gaseosa.
• Ejemplos: Mercurio, Venus, Tierra, Marte.

Planetas Exteriores

• Características: Generalmente de gran tamaño, compuestos principalmente por gases (gigantes gaseosos) o hielo (gigantes helados), con anillos y múltiples lunas.
• Ejemplos: Júpiter, Saturno, Urano, Neptuno.

Planetas Enanos

Son cuerpos celestes que orbitan alrededor del Sol, con una masa lo suficientemente grande como para adoptar una forma esférica, pero que no han despejado su órbita de otros objetos.

• Ejemplo: Plutón.

Satélites Naturales

Son cuerpos celestes que giran en torno a los planetas.

• Ejemplo: La Luna es el satélite natural de la Tierra.

Asteroides

Son cuerpos rocosos menores, generalmente con forma irregular. La mayoría se encuentran en el cinturón de asteroides, ubicado entre las órbitas de Marte y Júpiter.

Cometas

Son pequeños cuerpos celestes compuestos principalmente por hielo y partículas de polvo. Muchos de ellos orbitan en el cinturón de Kuiper o la Nube de Oort, desarrollando una cola brillante al acercarse al Sol.

Formación del Sistema Solar

La formación de nuestro sistema planetario se explica a través de la teoría nebular, que describe un proceso gradual:

1. Nebulosa Inicial: Una vasta nebulosa giratoria de polvo y gas, con dimensiones superiores a las del sistema solar actual, comenzó a contraerse.
2. Colapso Gravitatorio: La contracción gravitatoria formó una gran masa central y un disco giratorio de material alrededor de ella.
3. Formación del Protosol: La colisión y compresión de las partículas en la masa central liberaron una inmensa cantidad de calor. La fusión nuclear del hidrógeno, una vez alcanzadas las condiciones adecuadas, marcó el nacimiento de la estrella central, el protosol, en el interior de la nebulosa.
4. Formación de Planetesimales: Las partículas de polvo y gas en el disco giratorio alrededor del protosol siguieron un proceso paralelo de agrupación. Se formaron gránulos de milímetros que, a través de colisiones y fusiones, dieron origen a cuerpos mayores conocidos como planetesimales.
5. Formación de Protoplanetas: Las colisiones y la unión de estos planetesimales, a lo largo de millones de años, originaron los protoplanetas (planetas primitivos).
6. Barrido de la Órbita: Cada protoplaneta, debido a su creciente masa, fue despejando gravitacionalmente su zona orbital de los planetesimales restantes, consolidando así sus órbitas definitivas.

Teoría Planetesimal

Esta teoría describe el escenario general en el que se formaron los planetas del sistema solar a partir de la acreción de planetesimales.

Desgasificación Planetaria

Proceso por el cual un planeta libera gases, como el vapor de agua, desde su interior hacia el exterior, contribuyendo a la formación de su atmósfera. Este fenómeno fue crucial en el origen de la atmósfera terrestre.

Origen de la Luna

Existen varias teorías sobre la formación de la Luna, siendo la más aceptada la del gran impacto:

Teorías Propuestas

Teoría de la Luna Hermana (Co-acreción)

• Postulado: La Luna se formó al mismo tiempo que la Tierra, en su misma zona orbital y mediante un proceso paralelo.
• Objeción: Si se hubieran formado a partir del mismo tipo de planetesimales en la misma zona, sus densidades deberían ser muy similares, lo cual no concuerda con las observaciones.

Teoría de la Captura (Adoptada)

• Postulado: La Luna se formó en otro lugar del sistema solar y fue posteriormente capturada por la gravedad terrestre.
• Objeción: No explica la diferencia de edad entre la Tierra y la Luna, ni la órbita actual de la Luna, que sería muy improbable para una captura.

Teoría del Gran Impacto (Hija)

• Postulado: Un cuerpo del tamaño de Marte (a menudo llamado Theia) colisionó con la Tierra primitiva. La nube de residuos eyectados por el impacto quedó orbitando alrededor de la Tierra.
• Evidencia: La unión de estos materiales creó la Luna. Esta teoría explica la diferencia de densidades, ya que los materiales que formaron la Luna provendrían principalmente de la corteza y el manto del cuerpo impactante y de la Tierra, no de sus núcleos. Es la teoría más aceptada actualmente.

Unidad Astronómica (UA)

Es una unidad de longitud utilizada en astronomía, definida como la distancia media entre la Tierra y el Sol, aproximadamente 150 millones de kilómetros (150.000.000 km).

Año Luz

Es una unidad de longitud que representa la distancia que la luz recorre en un año en el vacío. La velocidad de la luz es de aproximadamente 300.000 kilómetros por segundo (300.000 km/s).

• Ejemplo 1: La luz del Sol tarda aproximadamente 8 minutos en llegar a la Tierra.
• Ejemplo 2: La luz de la estrella más cercana al Sol (Próxima Centauri) tarda aproximadamente 4.24 años en llegar a nosotros.

Estrellas

Son cuerpos celestes masivos que emiten luz y calor debido a las reacciones termonucleares que ocurren en su núcleo, transformando hidrógeno en helio. Pueden estar acompañadas o no de planetas, satélites y asteroides.

La duración y el ciclo de vida de una estrella dependen directamente de su masa: cuanto mayor sea su masa, más corta será su vida, aunque más intensa.

Gigante Roja

Es una fase en la evolución de una estrella de masa baja o intermedia (como nuestro Sol) cuando agota el hidrógeno en su núcleo y comienza a fusionar helio en una capa exterior. Durante esta fase, la estrella se expande significativamente y su superficie se enfría, adquiriendo un color rojizo.

Enana Blanca

Es el remanente estelar denso y compacto que queda después de que una estrella de masa baja o intermedia (como una gigante roja) ha agotado su combustible nuclear y ha expulsado sus capas externas. Tiene un tamaño similar al de la Tierra, pero con una densidad extremadamente alta.

Supernova

Es una explosión estelar extremadamente potente y luminosa. Aunque algunas supernovas pueden ser el resultado de la explosión de una enana blanca que ha acumulado demasiada masa (Supernova Tipo Ia), la mayoría son el colapso final de estrellas masivas al agotar su combustible nuclear (Supernova Tipo II). Durante una supernova, se emite una inmensa cantidad de luz y otras radiaciones, superando el brillo de una galaxia entera por un corto periodo.

Nebulosas

Son vastas nubes interestelares compuestas de polvo, hidrógeno, helio y otros gases ionizados. Son las "cunas" estelares, ya que a partir de la contracción gravitatoria de sus materiales se forman nuevas estrellas y sistemas planetarios.

Teoría del Big Bang

La teoría del Big Bang es el modelo cosmológico predominante que describe el desarrollo del universo desde sus primeras etapas conocidas. Sus principales fases incluyen:

1. Singularidad Inicial: Toda la materia y energía del universo se concentraban en un punto de densidad y temperatura casi infinitas.
2. Expansión Primordial: Se produce una expansión rapidísima (inflación cósmica) que hace que el universo multiplique su tamaño de forma exponencial.
3. Formación de Átomos Ligeros: A medida que el universo se expandía y enfriaba, se formaron los primeros átomos de hidrógeno y helio, los elementos más ligeros.
4. Formación de Estructuras (Galaxias y Estrellas): Aproximadamente 200 millones de años después del Big Bang, comenzaron a formarse las primeras galaxias y estrellas a partir de la acumulación de hidrógeno y helio. En los núcleos de estas primeras estrellas, mediante nucleosíntesis estelar, se empezaron a formar elementos más pesados como el carbono.
5. Formación de Elementos Pesados: A través de sucesivas generaciones de estrellas y eventos como las supernovas, se formaron elementos aún más pesados, como el oxígeno, el calcio y el hierro, que son esenciales para la vida tal como la conocemos.

Tipos de Universo según su Destino

Universo Cerrado

Según este modelo, si la densidad de materia y energía del universo es superior a una cantidad crítica, la fuerza de la gravedad sería suficiente para frenar la expansión actual y, eventualmente, provocaría una contracción, culminando en un "Big Crunch". Este tipo de universo se describiría geométricamente como esférico.

Universo Abierto

Si la densidad de materia y energía del universo es inferior a la densidad crítica, la gravedad no sería suficiente para detener la expansión, y el universo continuaría expandiéndose indefinidamente. Geométricamente, este universo sería hiperbólico.

Universo Plano

Si la densidad de materia y energía del universo es exactamente igual a la densidad crítica, la expansión se ralentizaría con el tiempo, pero nunca se detendría por completo. Geométricamente, este universo sería plano.

Las observaciones actuales sugieren que el universo es plano y que su expansión se está acelerando debido a la energía oscura.