Las distancias en el Sistema Solar y en el universo
El Sistema Solar
El conjunto de cuerpos estelares más estudiado a lo largo de la historia ha sido el Sistema Solar. Una vez establecida su estructura, con el Sol en su posición principal y nueve grandes planetas describiendo órbitas ligeramente elípticas con el astro en uno de sus focos, los esfuerzos de los astrónomos han ido encaminados a sistematizar los tipos de objetos celestes presentes:
- La estrella llamada Sol, que contiene más del 99% de la masa del sistema y es el único cuerpo del sistema capaz de generar energía por procesos termonucleares.
- Nueve grandes planetas: cuatro interiores, (Mercurio, Venus, la Tierra y Marte) y cuatro exteriores, o jovianos (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno), gaseosos y de gran tamaño, a los que se añade un noveno frío y alejado llamado Plutón.
- Los asteroides, cuerpos irregulares de pequeño diámetro que se sitúan principalmente en un cinturón entre las órbitas de Marte y Júpiter.
- Los cometas, que describen trayectorias hiperbólicas o parabólicas con el Sol en su foco, de manera que, en su mayoría, se acercan al astro una sola vez en su vida cósmica.
- Los meteoroides son fragmentos de asteroides y cometas con órbitas muy excéntricas que se cruzan con las de los planetas y satélites, en ocasiones llegan hasta la tierra y se denominan meteoritos.
Ejemplo de Galaxia Espiral.
Ejemplo de Galaxia Elíptica.
El Sistema Solar se encuentra situado en un brazo de la galaxia espiral conocida como Vía Láctea.
La gran explosión («big bang»)
Las modernas teorías cosmológicas consideran que el universo se generó hace unos 13.000 millones de años a partir de la gran explosión primigenia, llamada big bang, de una «sopa» de partículas elementales de cuya combinación fueron surgiendo los diversos átomos de elementos químicos. Más adelante, los fenómenos de atracción gravitatoria permitieron el surgimiento de las nebulosas, las galaxias, las estrellas, los sistemas planetarios y todos los cuerpos cósmicos conocidos.
La teoría del «big bang» se sustenta en datos teóricos y experimentales, sobre todo en las observaciones del astrónomo estadounidense Edwin P. Hubble (1889-1953), que descubrió que las galaxias se separan unas de otras de manera que cuanto más distantes se encuentran mayor es su velocidad de alejamiento.
El modelo estándar y la radiación de fondo
El modelo de expansión del universo recibió un importante aval con el descubrimiento en 1965 de la radiación de fondo. Los ingenieros estadounidenses Arno Penzias y Robert Wilson detectaron una radiación de microondas uniforme en todas las direcciones del espacio, que se interpretó como un vestigio de la radiación electromagnética que dominó el universo en sus primeros momentos y que se separó de la materia por el enfriamiento progresivo a que dio lugar el proceso de expansión.
El conjunto de ecuaciones que describe el comportamiento teórico de este modelo de universo en expansión recibe el nombre de modelo estándar. Este modelo se basa en tres principios:
- Los universos en expansión se inician desde un punto en el que está concentrada toda su materia. Este punto se denomina singularidad.
- En el inicio de su desarrollo, se produce una violenta explosión (big bang) que da origen a un proceso de expansión de su materia y energía.
- Esta expansión puede prolongarse indefinidamente o durar hasta que las fuerzas de atracción gravitatoria pasen a predominar sobre la inercia de separación, en cuyo caso se iniciaría una fase ulterior de contracción. La aparición o no de esta fase de contracción depende del valor de la masa global del universo (uno de los parámetros más controvertidos en los modelos cosmológicos vigentes).
Observación de galaxias lejanas con el telescopio en órbita Hubble .
Distancias en el universo
Los avances en los instrumentos astronómicos han permitido detectar galaxias y cuerpos cósmicos cada vez más lejanos de la Tierra. A título orientativo, algunas distancias características en el universo son las siguientes:
- La Tierra y el Sol están separados por una distancia media de 149.600 millones de kilómetros, cantidad que se define como una unidad astronómica (UA).
- La estrella más cercana al Sol, llamada Alfa Centauri, se encuentra a 4,3 años-luz, unas 270.000 veces la distancia entre la Tierra y el Sol.
- Las estrellas de la Vía Láctea más alejadas del Sol se sitúan a unos 100.000 años-luz.
- La galaxia Andrómeda, la más cercana a la Vía Láctea, se encuentra a 2 millones de años-luz.
- Las galaxias más alejadas de la Tierra se sitúan a distancias aproximadas de 8.000 millones de años-luz.
Unidades de distancias astronómicas
En astronomía y cosmología se utilizan tres unidades de medición de distancias: la unidad astronómica (símbolo UA), o valor medio de la distancia entre la Tierra y el Sol, equivalente a 149.600 millones de km, válida sobre todo en el Sistema Solar; el año-luz, igual a la distancia que recorre la luz en el vacío en un año y equivalente a 6.324 x 1014 UA y utilizado sobre todo en distancias galácticas (dentro de la Vía Láctea), y el parsec, igual a 3,26 años-luz (es decir, 206.265 UA o 3,086 x 1013 km), válido sobre todo para distancias galácticas e intergalácticas.
El efecto Doppler y el corrimiento al rojo
Una manifestación muy conocida de las ondas acústicas es el llamado efecto Doppler: cuando un objeto que emite sonido (por ejemplo, una ambulancia) se acerca hacia el observador, la frecuencia del sonido es más alta que cuando se aleja de él. Este mismo principio se aplica a las radiaciones luminosas. Así, si una galaxia se está separando de la Tierra, la frecuencia de su radiación disminuye con respecto a la que correspondería si estuviera a una distancia constante; es decir, la radiación se desplaza hacia el rojo, adquiere un tono más rojizo. La observación realizada por Hubble de que todas las galaxias emiten radiaciones «desplazadas» hacia el rojo cuando se observan desde la Tierra, sustenta la hipótesis de que el universo se está expandiendo.
Edwin P. Hubble
El estadounidense Edwin P. Hubble (1889-1953) aportó dos hallazgos fundamentales para el desarrollo de la astronomía y la cosmología: descubrió la existencia de las galaxias y el movimiento global de alejamiento mutuo de todas ellas, que sustenta la teoría del «big bang».
