Cómo descubrimos los misterios del Universo?

1.2 ¿Cómo descubrimos los misterios del Universo?

Y preparé un tubo, al principio de plomo, y puse en sus dos extremos dos lentes de vidrio. Los dos planos de una parte, y de la otra, uno esféricamente convexo y el otro cóncavo. Moviendo el ojo a la parte cóncava, vi los objetos muy grandes, lo mismo que muy cercanos. En tres tantos aumentaban los cercanos, y los más grandes se dejaban ver con un aumento de nueve. Pero después conseguí otro aparato en el que, con mayor exactitud, los grandes objetos crecían hasta sesenta veces su tamaño natural. Y después, sin perdonar esfuerzo ni gasto, llegué a tener un medio excelente para que las cosas que yo veía se hicieran miles de veces más cercanas que a simple vista. Son muchos los beneficios que este aparato trae, tanto en la tierra como en el mar. Pero yo dejé todo lo de la Tierra y me entregué a la observación de los cielos. Galileo Galilei

Con ciencia

1. Guía para observar las estrellas

Observar el cielo por la noche es una actividad maravillosa. Pero en general no tenemos idea acerca de lo que vemos. No sabemos si lo que brilla en la distancia son planetas reflejando la luz del Sol, o estrellas produciendo luz con sus reacciones nucleares. Todas las estrellas que ves en el cielo forman parte de la

Vía Láctea, si quisieras ver otras galaxias necesitarías grandes telescopios.

Para dar los primeros pasos en la identificación estelar bastan tus ojos, un libro con mapas que explique qué es lo que estás observando y hacia dónde debes dirigir la mirada, una linterna para poder ver el mapa en la noche y una brújula para orientarte.

Los mapas se hacen en sentido Norte-Sur, por lo que necesitas ponerte en este eje y mirar hacia el Norte o hacia el Sur, dependiendo de lo que te diga el mapa.

Dejarás de necesitar la brújula cuando puedas identificar la estrella

Polar, que usaban los navegantes antiguos para localizar el Norte y que les permitía navegar en la noche sin perder el rumbo.

Nosotros estamos en el hemisferio Norte y por eso usamos la estrella

Polar como referencia. Sin embargo, si vivieras en América del Sur, necesitarías ubicar la Cruz del Sur, aunque ese hemisferio no es tan afortunado, porque ningún astro que se aprecie a simple vista está exactamente en el

Polo Sur.

Puedes conseguir los mapas estelares en Internet, pero deberás proporcionar la ubicación geográfica (altitud y longitud) de tu localidad. Para ello repasa tus apuntes de Geografía, o busca la capital del estado donde habitas en la lista de la página de Internet.

5.9. Reúnete con un grupo de amigos y localiza las constelaciones, sus estrellas y distingue por primera vez los planetas en el firmamento.

¡Conéctate!

Para encontrar mapas estelares puedes hacer la siguiente búsqueda: Efemérides mapa estelar O ir directamente a:

www.astrored.org www.aavbae.net www.stellarium.org

¡Conéctate!

Existen muchos videos sobre el Universo que pueden ser muy interesantes. No pierdas la oportunidad de ver la serie "Cosmos", de Carl Sagan.

5.10. El telescopio espacial Spitzer es el elemento final del Programa de Grandes Observatorios de la NASA, y una pieza clave desde el punto de vista científico y técnico del nuevo Programa para la Búsqueda Astronómica de los Orígenes del Universo.

La noche del 23 de septiembre de 1846 se descubrió Neptuno, uno de los planetas que giran alrededor del Sol, que no se observa a simple vista. Lo importante de este hallazgo es que se había predicho su existencia y eso permitió buscar en el lugar preciso y encontrarlo. Fue el primer descubrimiento de materia oscura en nuestro Universo, es decir cuerpos que no emiten luz propia como lo hace el Sol. Los astrónomos tardaron siglos en comprender que la luz con la que se ven los planetas es la que reflejan del Sol. ¿Cuántos cuerpos celestes habrá que no podemos ver porque no reflejan hasta la Tierra la luz de alguna estrella? Esto lleva a pensar que se deben construir telescopios que permitan detectar otras radiaciones del espectro electromagnético.

La NASA, que es la institución de Estados Unidos de América encargada de estudiar el espacio y la aeronáutica, tiene un programa llamado Grandes Observatorios. Para poder evitar los defectos luminosos de la atmósfera, esos observatorios fueron colocados como satélites alrededor de la Tierra. A continuación te damos la lista de estos telescopios. 1. Telescopio Espacial Hubble (en inglés Hubble Space Telescope, HST).

En él se observa principalmente luz visible y ultravioleta cercano al espectro visible. Una misión de servicio en 1997 lo dotó de instrumentos para poder ver también el infrarrojo cercano a la luz visible. 2. Observatorio de rayos X Chandra (en inglés, Chandra X-ray Observatory, CXO). Observa rayos X de los más sencillos. 3. Observatorio de Rayos Gamma Compton (en inglés Compton Gamma Ray, CGRO). Observa fundamentalmente rayos gamma y algunos rayos X. 4. Telescopio Espacial Spitzer (en inglés Spitzer Space Telescope, SST) Además de observar en el infrarrojo puede hacerlo en el visible. Puedes conocer más de este telescopio en la página:

www.spitzer.caltech.edu/espanol/ index.shtml

De estos satélites el único que no está en funcionamiento es el Compton; ocurrió una falla y la NASA ordenó que se incinerara en la atmósfera el 4 de junio de 2000. Las partes que quedaron de él a su regreso a la Tierra, se hundieron en el océano Pacífico.

Con ciencia

La astronomía de rayos X abrió nuestra visión para apreciar mejor las estrellas moribundas, estrellas de neutrones y agujeros negros. Al igual que en tiempos de Galileo, las innovaciones técnicas han acelerado el avance de las fronteras del saber.

Las imágenes tomadas por telescopios que detectan las longitudes de onda fuera de la zona visible se conocen como imágenes de color falso. Esto se debe a que los colores que muestran no son reales, sino que se escogen para resaltar los detalles más importantes. El color se usa como un tipo de código asociado con la intensidad de la radiación. Es decir, las diferentes regiones de la imagen que se observa, se presentan con colores que muestren qué tan intensa es la luz que llega de esa área. Esto también se relaciona con la energía que se emite en ese punto.

Por ejemplo, la figura 5.12a se tomó con el telescopio de rayos X Chandra y se obtuvo la imagen en blanco y negro del remanente de la supernova Cassiopea A (Cas A).

Las zonas más oscuras representan las emisiones más intensas de rayos X, y las zonas grises, las emisiones de menor intensidad. En cambio, las zonas blancas representan regiones de mínima o nula emisión. En la figura 5.12b se contrasta el intenso colorido de la fotografía de Cas A, tomada desde un telescopio, usando luz visible.

Las fotografías de la figura 5.13 se tomaron con el Chandra, con detectores de rayos X, y desde un observatorio en la Tierra:

Ambas fotografías son de la Nebulosa del Cangrejo, pero la izquierda fue tomada con rayos X, y la derecha, con un telescopio de luz visible. En las dos se reproduce la energía liberada en la explosión de una supernova ocurrida en el año 1054 de nuestra era.

Paneles de celdas solares Módulo de instrumentos Puerta contra el sol

Cámara de alta resolución

Módulo de instrumentos Rejillas de transmisión científicos Espectrómetro para análisis de imágenes Ensamble de espejos de resolución Antena de baja resolución

5.11. El telescopio Chandra puede captar rayos X.

a b

5.12. a. Imagen en blanco y negro de Cas A tomada con Chandra; b. fotografía en color de Cas A.

5.13. Fotografías de la Nebulosa del Cangrejo: a. tomada con rayos X; b. con telescopio de luz visible.

a

Pulsar

b

¡Conéctate!

Para que comprendas cómo se han calculado las distancias a las que se encuentran las estrellas, lee y haz las actividades que te ofrece la página: www.redescolar.ilce.edu.mx/ redescolar/act_permanentes/ indexactiv.htm

5.14. Éste es un ejemplo del espectro de una estrella. Observa las franjas negras o líneas espectrales que identifican los elementos que constituyen a las estrellas.

¿Cómo sabemos de qué están hechas las estrellas?

Clasifi cación de las estrellas

En una noche estrellada podrás observar que estos cuerpos son de colores. De la misma forma que una pieza de metal cambia de color al calentarla, primero roja, luego amarilla hasta llegar a blanca, el color de una estrella varía según su temperatura superficial. Las más frías son rojas, y las más calientes, azules. Estos colores se perciben a simple vista, por ejemplo, Antares, la estrella principal de la constelación Escorpión, es roja; o Rigel, en Orión, es azul.

Una forma de conocer estrellas es con la ayuda de un espectrofotómetro. Este instrumento proporciona el espectro de la estrella que se está observando. El espectro es una banda de colores, como el arco iris (páginas 186-187), que se produce al dispersar la luz procedente de una estrella. Las características de cada espectro dependen de la temperatura de las capas superficiales de la estrella. De esa manera se sabe que se encuentran a altísimas temperaturas que pueden variar desde 2 000 hasta 50 000 °C.

Por último, al dispersar la luz que atraviesa una estrecha ranura se puede observar sobre el espectro una serie de líneas oscuras que lo cruzan, llamadas líneas espectrales, cada una ocultando cierta parte del espectro electromagnético que corresponde a la luz que todos vemos. Esos conjuntos de líneas representan a ciertos elementos químicos, y cada línea a uno en especial. Como son únicos según la temperatura en que se encuentren, eso permite determinar la composición de la atmósfera de la estrella que se observa. Por lo general siempre se observan líneas espectrales del hidrógeno, eso significa que este elemento está en casi todas las estrellas.

Los astrónomos usan los espectros de las estrellas para saber de qué materiales están hechas. De esa manera se conoce la composición del Universo, sin tener que ir a tomar pruebas de los materiales de ninguna estrella. ¡Qué increíble descubrimiento!

Energía ( joules) Espectros estelares

Longitud de onda (m)

Con ciencia

Al principio, el Universo era una especie de sopa que contenía materia sólida y gaseosa. Ésta empezó a juntarse y compactarse por efecto de la fuerza gravitatoria. Así se fueron formando inmensos centros (o núcleos), que absorbieron cada vez más material, hasta convertirse en lo que hoy llamamos galaxias. En el espacio aún existe gas y polvo que no ha sido atrapado por la gravedad de alguna galaxia, como lo puedes observar en una noche estrellada en la Vía Láctea. Estas masas de gas y polvo forman las nebulosas.

Una estrella es un concentrado de gas estelar que se mantiene por la acción de dos fuerzas: la gravitatoria y la que se genera en su núcleo, esta última del actúa del centro hacia afuera.

En algunas estrellas existen reacciones nucleares de fusión que transforman hidrógeno en helio y liberan una cantidad enorme de energía. Por eso podemos verlas, aunque estén muy lejanas.

Las estrellas evolucionan de distinta manera de acuerdo con su masa. Nuestro Sol es una estrella amarilla anaranjada con una temperatura superficial de 5 500 ºC, que está a la mitad de su vida. En su etapa final, las estrellas pueden convertirse en:

Enanas blancas: estrellas muy densas pero poco luminosas.

En general difíciles de observar.

Pulsares: son estrellas de neutrones que rotan y se observan como pulsos regulares. En estos objetos celestes se supone que los electrones y protones se combinan entre sí para formar neutrones.

Agujeros negros: estos cuerpos celestes poseen tanta densidad y atraen con tal fuerza que incluso a la luz le es imposible escapar.

Supernovas: se llama así a la gran cantidad de luz que se emite cuando los gases que recubren una estrella son expulsados de manera violenta.

También existen los llamados cuerpos menores que se forman a partir de las nebulosas, y no de las estrellas; éstos son:

Asteroides: pequeños cuerpos rocosos que orbitan alrededor del Sol.

Cometas: son cuerpos que orbitan alrededor del Sol. Su núcleo está formado por rocas, hielo y una nube gaseosa llamada cabellera, más conocida como cola o cauda.

Meteoros y meteoritos: son pequeñas rocas que al chocar con la atmósfera de la Tierra se queman y emiten luz. ■ Investiga las características de los cuerpos celestes que más te llamaron la atención, y trata de identificarlos cuando observes el cielo estrellado.

5.15. En esta fotografía hay millones de objetos celestes. Algunos de ellos apenas están en formación, en cambio otros están por llegar a su fin.

5.16. Nuestro Sol es una estrella amarilla con una temperatura superficial de 5 500 °C, que está a la mitad de su vida y terminará convirtiéndose en una enana blanca.

¿Qué aprendí en esta lección?

La tecnología en satélites y telescopios nos ha permitido conocer más acerca de nuestro Universo y de cómo está formado. Gracias a la observación de las líneas espectrales sabemos que el Universo conocido tiene los mismos materiales que hay en la Tierra. Eso nos permite soñar en la posibilidad de habitar otros planetas. Existe una amplia variedad de cuerpos celestes: desde galaxias y cúmulos hasta cometas y meteoritos, pasando por enanas blancas, agujeros negros y estrellas de neutrones.

¡Conéctate!

Te invitamos a leer el libro: Astronomía para niños y jóvenes, de Janice van Cleave, SEP-Limusa-Noriega, Libros del Rincón, México, 2002, Biblioteca de aula.