Formación del Universo

Introducción

        El principio del Universo ha sido discutido desde hace muchas épocas atrás.
        El Universo comenzó  en cierto tiempo pasado finito, y  no muy  distante. Un  argumento  en  favor de un origen tal fue la sensación de que era necesario tener una  Causa Primera  para explicar la existencia  del Universo.
        Aristóteles y la mayor parte del resto de los filósofos griegos  creían por  consiguiente, que la raza humana y el mundo que los rodeaba había existido siempre.
        Las cuestiones de que  si el Universo viene de un sitio en el tiempo y de si esta limitado en el espacio fueron  posteriormente examinadas por el filosofo Inmanuél Kant que él cree  que si el Universo no  hubiera tenido un principio, habría habido un período de tiempo infinito anterior a cualquier acontecimiento, lo que el consideraba absurdo.
        El concepto de tiempo no tiene  significado antes del comienzo del universo.
        Cuando la mayor parte de la gente creía en un universo esencialmente estático e inmóvil, la pregunta de si éste tenía o no un principio era realmente una  cuestión metafísica o tecnológica. Edwin Hubble hizo la observación crucial de que donde quiera  uno mire, las galaxias distantes que se están  alejando de nosotros, o en  otras palabras el universo sé esta  expandiendo. Esto significa que en épocas anteriores  los objetos deberían hacer estado más juntos entre sí. De  hecho, parece ser que hubo un tiempo hace unos 10 a 20 mil millones  de años, en que todos los objetos estaban en un mismo lugar exactamente y en el que, por lo tanto la densidad del Universo era infinita. Fue, dicho  descubrimiento, el que finalmente las cuestiones del principio del universo, pasó a los dominios de la ciencia.
        Las observaciones de Hubble sugerían que hubo un tiempo llamado Big Bang  en el  que  el universo era infinitamente denso. Si hubiera habido acontecimientos anteriores de este tiempo no pudiera afectar de ninguna manera lo que ocurre en el presente.
        Uno podría decir que en el tiempo tiene su origen en el Big Bang.
        En un universo inmóvil, un principio del tiempo es algo que ha de ser impuesto por un Ser externo al Universo. No existe la necesidad de un principio. Uno puede imaginarse  que Dios crea el universo en  cualquier instante de  tiempo,  por el contrario, si el universo se esta expandiendo, puede existir poderosas  razones  físicas para que tenga que haber un principio.
 
 

Origen del Universo

        Aparición en un momento definido del pasado de toda la materia y energía existentes en la actualidad; se trata de un acontecimiento postulado por la teoría cosmológica generalmente aceptada. Los astrónomos están convencidos en su gran mayoría de que el Universo surgió en un instante definido, entre 12.000 y 20.000 millones de años antes del momento actual.    Los primeros indicios de este hecho provinieron del descubrimiento por parte del astrónomo estadounidense Edwin Hubble, en la década de 1920, de que el Universo se está expandiendo y los cúmulos de galaxias se alejan entre sí. La teoría de la relatividad general propuesta por Albert Einstein también predice esta expansión. Si los componentes del Universo se están separando, esto significa que en el pasado estaban más cerca, y retrocediendo lo suficiente en el tiempo se llega a la conclusión de que todo salió de un único punto matemático (lo que se denomina una singularidad), en una bola de fuego conocida como Gran Explosión o Big Bang. El descubrimiento en la década de 1960 de la radiación de fondo cósmica, interpretada como un 'eco' del Big Bang, fue considerado una confirmación de esta idea y una prueba de que el Universo tuvo un origen.
        No hay que imaginarse el Big Bang como la explosión de un trozo de materia situado en el vacío. En el Big Bang no sólo estaban concentradas la materia y la energía, sino también el espacio y el tiempo, por lo que no había ningún lugar 'fuera' de la bola de fuego primigenia, ni ningún momento 'antes' del Big Bang. Es el propio espacio lo que se expande a medida que el Universo envejece, alejando los objetos materiales unos de otros
                                                                      Galaxia M100
 
 

Efecto Doppler

           En Física: Variación aparente de la frecuencia de cualquier onda emitida por ejemplo, luz y sonido, cuando la fuente de la onda se acerca o aleja del observador. Este efecto toma nombre del físico Christian  Doppler que lo formuló en 1842. El principio explica por qué cuando una fuente de sonido de frecuencia constante avanza  hacia el observador, el sonido parece mas agudo mientras que si la fuente se aleja parece mas grave.

                                                                      Efecto Doppler
        Las lineas del espectro de un cuerpo luminoso como una estrella, también se desplazan hasta el rojo si la estrella se aleja del observador. Midiendo este desplazamiento puede calcularse el movimiento relativo de la Tierra y la estrella.(Desplazamiento hacia el rojo).

       La luz procedente de una galaxia puede dispersarse en sus diferentes colores.A este proceso se le denomina ”producir espectro”.
        Para estudiar las estrellas y galaxias en detalle tomando espectros utilizamos el telescopio, los espectrógrafos y detectores electrónicos.
        La luz de los espectros está formada por ondas. Cuando el objeto se acerca a nosotoros  las ondas se pegan unas a otras y cuando se alejan se separan.
        A este efecto se le llama “EFECTO DOPPLER.”
        Así, estudiando los sonidos de las estrellas y las galaxias (sus espectros) podemos saber si se acercan o alejan , y cuánto.

        Desplazamiento hacia longitudes de ondas más largas se observan en las líneas de espectros de objetos celestes. El astrónomo estaunidense Edwin Powel Hubble relacionó, en 1929, que el desplazamiento hacia el rojo cosmológico, es provocado por el efecto Doppler y como consecuencia indica la velocidad de retroceso de las galaxias y utilizando la ley de Hubble , la distancia de las galaxias. Observó que todas las galaxias se están separando de nosotros y entre sí, y que el Universo se está expandiendo.

        Otro desplazamiento es el llamado gravitacional también llamado de Einstein. Fue pronósticado  por él en la teoría de la relatividad general. Este desplazamiento es notable en el espectro de las estrellas masivas compactas, como las enanas blancas. Los amplios desplazamientos hacia el rojo observados  en quasáres están producidos por el desplazamiento  Einstein o por otro mecanismo desconocido.
 
 

Origen del Sistema Solar

        A pesar de sus diferencias, los miembros del Sistema Solar forman probablemente una familia común; parece ser que se originaron al mismo tiempo.
                                                                                 Sistema solar
        Entre los primeros intentos de explicar el origen de este sistema está la hipótesis nebular del filósofo alemán Immanuel Kant y del astrónomo y matemático francés Pierre Simon de Laplace. De acuerdo con dicha teoría una nube de gas se fragmentó en anillos que se condensaron formando los planetas. Las dudas sobre la estabilidad de dichos anillos han llevado a algunos científicos a considerar algunas hipótesis de catástrofes como la de un encuentro violento entre el Sol y otra estrella.     Estos encuentros son muy raros, y los gases calientes, desorganizados por las mareas se dispersarían en lugar de condensarse para formar los planetas.

                              COMPOSICIÓN DE LAS ATMÓSFERAS PLANETARIAS

                                                  TEMPERATURA              PRESIÓN   GASES
           PLANETA   SUPERF.ºC   NUBESºC  EQUIL.ºK                ATM.         >1%
               MERCURIO -170 a 350          634       -10E-15 He
               VENUS                460             -33               464                       90           CO2
               TIERRA               15                                    394                         1           N2,O2
               MARTE              -55                                    319                     0,007        CO2
               JÚPITER                                 -144              173                                      H2,He
               SATURNO                             -176              128                                      H2,He
               URANO                                 -214               90                                        H2,He
               NEPTUNO                             -214              72                                         H2´He
               PLUTÓN         -220                  63               10E-5                                   CH4
 

        Las teorías actuales conectan la formación del Sistema Solar con la formación del Sol, ocurrida hace 4.700 millones de años. La fragmentación y el colapso gravitacional de una nube interestelar de gas y polvo, provocada quizá por las explosiones de una supernova cercana, puede haber conducido a la formación de una nebulosa solar primordial. El Sol se habría formado entonces en la región central, más densa. La temperatura es tan alta cerca del Sol que incluso los silicatos, relativamente densos, tienen dificultad para formarse allí. Este fenómeno puede explicar la presencia cercana al Sol de un planeta como Mercurio, que tiene una envoltura de silicatos pequeña y un núcleo de hierro denso mayor de lo usual. (Es más fácil para el polvo y vapor de hierro aglutinarse cerca de la región central de una nebulosa solar que para los silicatos más ligeros.) A grandes distancias del centro de la nebulosa solar, los gases se condensan en sólidos como los que se encuentran hoy en la parte externa de Júpiter. La evidencia de una posible explosión de supernova de formación previa aparece en forma de trazas de isótopos anómalos en las pequeñas inclusiones de algunos meteoritos. Esta asociación de la formación de planetas con la formación de estrellas sugiere que miles de millones de otras estrellas de nuestra galaxia también pueden tener planetas. La abundancia de estrellas múltiples y binarias, así como de grandes sistemas de satélites alrededor de Júpiter y Saturno, atestiguan la tendencia de la nubes de gas a desintegrarse fragmentándose en sistemas de cuerpos múltiples.


                                                            Planetas del Sistema Solar
 
 

La Tierra primitiva

        La hipótesis de que el cosmos tal como lo conocemos actualmente se originase en una explosión gigante a partir de una esfera de ignición primitiva, separándose el material del universo dando un volumen en expansión constante. Por todo el espacio se extendieron nubes de polvo y gases, sobre todo de helio y de hidrógeno, atenuadas en algunas regiones y densas en otras. Por condensación de dichas nubes pueden formarse estrellas, nuestro mismo Sol se formó probablemente a partir de una masa de rotación de polvo y de gas que se aplanó por el giro y que se colapsó en una región central a causa de la gravedad.
        Ésto también dió lugar a los planetas, que se encuentran en el plano de rotación del Sol. Los satélites del Sol, incluida la Tierra y presumiblemente los demás planetas y asteroides así como la luna, parece datar de unos 4600 millones de años.

        La composición de un planeta que se formase de esta manera tendría que corresponder a la composición del gas y de polvo de la región que se condensó para formarlo. La Tierra es un planeta relativamente pequeño y su campo gravitatorio resulta probablemente inadecuado para retener el hidrógeno y el helio, si se considera el ambiente térmico. La Luna por su pequeño tamaño, resulta incapaz de retener una atmósfera.

        En la atmósfera terrestre también resulta relativamente  deficitarios otros elementos , además del helio y del hidrógeno, por ejemplo el neón y el argón . Estos dos gases nobles no forman elementos con los demás compuestos y consecuentemente la superficie terrestre han de encontrarse en la atmósfera .La atmósfera y los océanos actuales no presentan materiales  primordialmente volátiles , sino que tiene que haber sido  despedidos del interior de la tierra tras el escape mencionado .

        No se conoce con  certeza el momento en que aparecieron la atmósfera e hidrosfera actuales en sus estados más primitivos . La  pérdida temprana de dos gases nobles se produjo probablemente durante la condensación de la misma Tierra que tiene que haber estado acompañada de un intenso calentamiento . En la actualidad continúa produciéndose la expulsión de sustancias volátiles a partir del interior de la tierra como lo prueba la actividad volcánica . A pesar de todo, resulta probable que  una porción considerable de la atmósfera   y de los océanos primitivo se acumulase durante las primeras  etapas que siguieron a la formación del planeta, en las que el calor procedente de fuentes radioactivas hubiese elevado la temperatura del interior de la Tierra por encima de la temperatura actual . En la actualidad esta fuente calorífica se encuentra muy reducida debido a la desintegración  de una fracción notable de los radioisótopos  existentes originalmente en el planeta.

        Las rocas más antiguas que se conocen en la actualidad tienen unos 3800 millones de años . Se conocen pocas localidades con rocas de esa gran etapa. Se ha sugerido que la vida pudo haber aparecido poco después de la meteorización química y la de sedimentación subacuática , que son anteriores a los 3800millones de años .La existencia mas antigua de vida que se a detectado , se ha hecho en rocas con una antigüedad de unos 3300 millones de años .

        La rocas sedimenterias que se conservan desde hace 3800 a1900 millones de años , que parecen a veces depositados principalmente en mares superficiales , sugiere por lo general una atmósfera  anóxica ; los minerales se encuentran en un estado bajo de oxidación si se comparan con los actuales . esto indica que en la atmósfera no había oxigeno libre

        Desde otro punto de vista resulta lógico que la atmósfera primitiva careciese de oxigeno libre . Unicamente hay dos fuentes que suministran oxigeno libre en cantidad . Una dicha fuente es la fotodisociación de vapor de agua que se produce en la zona alta de la atmósfera . El hidrógeno que se libera a partir de la molécula de agua difunde en el espacio , mientras que el oxígeno más pesado es retenido. A través de fotosíntesis también se forma oxígeno a partir del agua . Generalmente se cree que la mayor parte del oxigeno libre fue producida por vegetales. Antes que surgiese la vida y en realidad hasta que la biomasa vegetal fuese suficientemente grande , se carecía de dicha fuente de oxigeno o bien carecía de importancia .

        Una indicación final de que en la atmósfera primitiva no hubiese generalmente oxígeno, lo suministra el hecho de que los compuestos orgánicos son estables en presencia de hidrógeno , pero son rápidamente destruidos en presencia de oxigeno; la atmósfera primitiva era reductora
 
 

 .Vida en el Sistema Solar

         Dentro del sistema solar, se presentan lugares favorables para el desarrollo de cierto tipo de vida. Vamos a ver si algunos de los componentes del Sistema Solar se muestran o no favorables a la formación y alojamiento de vida altamente desarrollado.

        MERCURIO: Es el más cercano al sol, por ende, recibe una cantidad inmensa de flujo de radiación. Con sus 4480 kilómetros de diámetro y 0,33 billones de Kg. de masa, no puede retener una atmósfera apreciable, siendo un blanco indefenso contra los cometas y asteroides, se observan cientos de cráteres de todos tamaños, el planeta es incapaz de desarrollar  vida, aunque nada indica que no exista vida  a un nivel elemental.

                                                                                        Mercurio

        VENUS: SobreVenus se han inventado cientos de historia fantásticas debido a su esplendor o brillo, sin embargo para la vista es una trampa mortal para vida terrestre; esta rodeado de nubes a 40ºC bajo cero de anhídrido carbónico y ácido sulfúrico componentes tóxico para la vida. Su temperatura superficial es muy alta. La noche  dura aquí 4 meses  debido a que Venus rota muy lentamente. La presión atmosférica  es similar a la que existe a 900 metros   bajo el nivel del mar. Retiene  calor  hasta durante la noche; imposible el desarrollo de cualquier tipo de vida en la superficie de este planeta
No se descarta  entre las nubes y la superficie, a una temperatura y presión intermedias, pueda subsistir algún tipo, de vida, pero sería muy difícil para ella evolucionar.

                                                                  Topografía de Venus

        MARTE: Este rojizo planeta, es el más proporcionado de todos los planetas en cuanto a cuestiones de vida extraterrestre.Científicos han argumentados a favor de esa posibilidad , la atmósfera se compone de dióxido de carbono, compuesto amigo de los organismos vivos. El suelo es rico en azufre ,  hierro e hidróxido de hierro,  lo que le da su color característico. Alguna vez  se habló de  que debido a que Marte muestra casquetes  polares  de hielo debería de tener agua , compuesto esencial de vida.

                                          Superficie de Marte (vehículo explorador Sojourner)

        JÚPITER: Se dice que es una estrella frustrada .En nuestra galaxia, y en todas las demás, las estrellas se muestran casi todas en pares o en tríos. Nuestro sistema que solo se compone de una estrella que es el sol.
La masa de Júpiter es tan grande que ni si quiera  sumando la de todos los planetas juntos se lograría alcanzar. Debido  a la presencia de hidrógeno en  la atmósfera de Júpiter, es posible la formación  de compuestos  como el metano y el amoniaco, que son el punto de partida de la vida si se tienen condiciones adecuadas. Júpiter esta demasiado alejado del sol y recibe muy pocas radiaciones del Sol (para actuar sobre el metano y el amoniaco), esto hace que se dificulte la formación de vida allí. Esto no significa que Júpiter no haya vida, al contrario, se cree que la atmósfera de Júpiter  es similar a la de la tierra primitiva. Es difícil  el  movimiento de un organismo  ya que se requiera mucha energía , y el movimiento es una  de las características de la vida. Además  Júpiter es un planeta fluido sin una superficie definida, otro punto un contra  de la evolución de la vida.

                                                                  Júpiter y sus lunas

        SATURNO: Saturno es un planeta muy grande pero a la vez muy poco masivo, su densidad es muy baja. Dista del sol casi el doble de Júpiter, esta lejanía hace  que muy poca radiación  llegue hasta el planeta  dificultando la vida debido a las bajas temperaturas. Su composición es similar a la de Júpiter. Se cree  que Saturno tiene  un núcleo  rocoso. Lo que mas caracteriza  a este hermoso planeta  son sus hermosos anillos. Se llego  a pensar alguna vez que estos tenían un origen artificial, o que había  sido creado por civilizaciones extraterrestres saturninas-. Los anillos son un fenómeno totalmente natural y explicable. La gran  masa de Saturno genera intensas fuerzas de marea gravitacional. Es posible que un proto-satélite se haya  acercado mucho al planeta despedazándose en fragmentos que seguiría su orbita original, dando lugar a la forma que hoy presentan sus anillos.

                                                                  Saturno y sus anillos

        URANO, NEPTUNO Y PLUTÓN: Están muy lejanos al sol y presentan una composición química similar a la de Júpiter y Saturno. Plutón es le único que probablemente posea un suelo rocoso, los demás  son totalmente, o casi totalmente gaseoso.


           Urano                                                        Neptuno                                      Plutón (primer plano)

        LOS SATÉLITES: La mayoría de los planetas están acompañados por uno o mas  satélites naturales; Mercurio y Venus son la excepción; en la tierra tenemos a  la Luna; Marte esta acompañado por Fobos y Debimos; Júpiter posee 16 Lunas ; Saturno es el que  mas satélites tiene, en total 17; Urano tien 15, Neptuno y Plutón 1. Para que la vida se desarrolle en algunos satélites es necesario que retenga atmósfera, el satélite es un blanco indefenso contra los meteoritos y cometas. Otra de las ventajas que supone el tener  atmósfera es que retiene calor durante las noches haciéndolas menos frías y dañinos para la vida. Para retener una atmósfera, el satélite tiene que ser lo suficiente grande en tamaño y en masa, la gran mayoría de esto son muy pequeños, vamos a prestar atención solo a un puñado de satélites, habitables por algún tipo de organismo vivo.
         Una de la lunas de Júpiter tiene una tenua atmósfera. Calixto, tiene posibilidades de albergar vida en estados fundamentales. Titán, satélite se Saturno, es más grande y más masivo de todos los satélites naturales. Fobos y Deimos acompañantes de Marte presentan características “extrañas” en su movimiento y composición. La órbita de Fobos no presenta relación alguna con su masa aparente; se cree que es un cuerpo hueco, y ningún satélite natural puede ser hueco. (¿Será artificial?).
         Finalmente los satélites de Urano, Neptuno y Plutón están muy alejados.

        COMETAS, METEOROS Y OTROS CUERPOS. Los meteoritos que caen ocasionalmente sobre la Tierra han mostrado evidencia de síntesis natural de compuestos orgánicos. En 1969, cuando uno de éstos cayó, un grupo de científicos de la NASA descubrió cinco aminoácidos comunes en organismos vivos. Se pensó que era debido a la contaminación de la atmósfera terrestre, pero esta hipótesis fue abandonada cuando se analizó en detalle la actividad óptica del material. Las moléculas orgánicas pueden ser de dos tipos: Levógiras (izquierda) y Dextrógiras (derecha), de acuerdo como roten el plano de polarización  de la luz cuando ésta los atraviesa. Las moléculas orgánicas terrestres (aminoácidos) son levógiras; en el meteorito de Murchison se encontraron moléculas levógiras y moléculas dextrógiras; en consecuencia deberían tener origen extraterrestre.
         Los meteoritos y los cometas son probablemente los cuerpos celestes que contienen más sustancias orgánicas. ¿De dónde proviene ésta?. Nadie lo sabe con certeza. Quizás se origine naturalmente o quizás provenga de restos de una vida ya evolucionada.


                   Satélite artificial                              Astronauta

                                                                  Lanzadera espacial de la NASA