El origen del sistema solar

15.10.2012 20:53

 

EL ORIGEN DEL SISTEMA SOLAR

21.08.2012 20:01

 

Formación del Universo y sus componentes.

 
El Sol y la Tierra, junto con el resto de los cuerpos que conforman el Sistema Solar, tienen un origen y una evolución comunes con el Universo, por lo tanto no pueden estudiarse como cuerpos aislados; por el contario, su estudio debe realizarse considerando las relaciones que establecen con los elementos de ese gran sistema llamado Universo. El conocimiento del Universo y de la Tierra ha sido, desde la antigüedad, objeto de estudio de muchas culturas que,
incluso, se han esforzado para dar respuesta a preguntas tales como: ¿Qué es el universo? ¿Cómo se originó? ¿Qué lugar ocupa la Tierra en él? ¿Cuál fue el origen de nuestro planeta como parte del Sistema Solar?; preguntas que se deben reflexionar antes de ir más a fondo en esta Secuencia Didáctica.
Una de las teorías científicas más aceptadas acerca del origen del Universo es la del Big Bang o Gran Explosión, formulada por Georges Lemaitre en 1931 y posteriormente complementada por George Gamow en 1948. Inicialmente la teoría maneja que toda la materia y la energía existente se concentraron en un solo punto; en un átomo primitivo (primordial). La materia tomó una forma esférica, alcanzó gran densidad y temperatura hasta que finalmente explotó,
se dispersó y se fue condensando hasta formar estrellas, las cuales se agruparon y formaron galaxias y grupos de galaxias que se dirigieron hacia todas las direcciones. Se calcula que este hecho ocurrió hace unos 15,000 mil millones o 20,000 mil millones de años. Debido a la gran distancia entre las galaxias, la atracción gravitacional es baja, por lo que el Universo continúa con su expansión. Se cree que al disminuir la fuerza de repulsión, el Universo se volverá a contraer y se repetirá el proceso de la Gran Explosión. A esta teoría basada en esta creencia, se le conoce como la del Universo Pulsante o Pulsátil.
Así fue como se formó el Universo, por ello existen un sinfín de galaxias; es decir, inmensas agrupaciones de estrellas, planetas, satélites, asteroides, cometas, nebulosas, polvo y gas cósmico. 
De acuerdo a su forma y características básicas, las galaxias que forman al Universo se clasifican en:
a) Elípticas. Su forma varía desde circular hasta elíptica. Son de color rojo, están formadas por estrellas y se consideran viejas en su etapa de evolución.
b) Espirales. Son planas (excepto en el centro), con brazos que salen del centro. Son de color azul, están formadas por estrellas y nubes de gases cósmicos, y se encuentran en la madurez de su etapa de evolución.
A este grupo pertenece nuestra galaxia.
c) Irregulares. Carecen de forma definida. Son de color blanco y están constituidas por algunas estrellas, pero predominan el polvo y el gas cósmico. Se consideran jóvenes en cuanto a su etapa de evolución.
Existe una gran cantidad de galaxias, pero la más importante para nosotros es la Vía Láctea, porque ahí se encuentra nuestro planeta.
Los astrónomos consideran que en la Vía Láctea existen más de 150 mil millones de estrellas (70% en el centro y 30% en los brazos). Desde la Tierra, solamente podemos ver aproximadamente 6,000 estrellas individuales. Esta es una pequeña fracción de las estrellas de nuestra galaxia.
Para darnos una idea, si en un pizarrón hacemos el punto más pequeño que se pueda hacer con un gis. Este punto contiene probablemente unos miles de granos de gis, por lo tanto representa las 6,000 estrellas que podemos ver desde la Tierra. Ahora, si dibujamos la Vía Láctea en el pizarrón, usando el gis de costado, desde lejos no podremos ver los granos individuales de gis porque son muy pequeños, tal y como sucede cuando observamos una galaxia
desde la Tierra, donde no se distingue la gran cantidad de estrellas de forma individual, por lo tanto, imaginemos que cada grano de gis representa una estrella, o posiblemente un sistema solar como el nuestro. ¿Cuántos granos de gis crees que hay en tu dibujo de la Vía Láctea? Con este ejercicio podremos darnos cuenta de lo enorme que es la galaxia en que vivimos; y más aún, podremos dar cuenta de lo vasto que es este Universo que habitamos.
Nuestra galaxia, la Vía Láctea, es de tipo espiral y presenta varios brazos. Su eje mide aproximadamente 100 mil años luz.
Nuestra estrella, el Sol, forma parte de las miles de millones de estrellas que conforman a la galaxia de la Vía Láctea y está ubicado a 27,000 años luz del centro de la galaxia.
Es preciso aclarar que, debido a las enormes distancias que existen en el Universo, resultaría impráctico medirlas en kilómetros ya que resultarían cifras exageradamente grandes. Por esta razón se estableció medirlas en unidades llamadasaños luz; este sistema se basa en la distancia que recorre la luz (a 300,000 km/s) en un año. De tal forma que si se quisiera recorrer toda la galaxia de lado a lado, pasando por su centro, la distancia es tan grande que se
necesitaría viajar a una velocidad de 300,000 km/s durante 100,000 años para recorrer toda esta distancia. Con esto queda una idea más clara de lo enorme es la galaxia que habitamos.
El Sol, junto con el resto de las estrellas y el material interestelar de la galaxia, se mueven en un mismo sentido alrededor de un centro común. El material gira a una velocidad relativamente uniforme, así los objetos más interiores cumplen una rotación en menor tiempo que los exteriores. Este movimiento es medido con respecto a la velocidad del Sol; para determinar la velocidad de rotación del Sol alrededor del centro de la galaxia se toman como referencia los
cúmulos globulares, pues éstos no comparten el movimiento rotatorio del disco galáctico. Se ha logrado establecer que el Sol y todo el Sistema Solar giran alrededor del núcleo galáctico a 220 Km/s completando un giro alrededor de la galaxia o período orbital del Sol en 220 millones de años.
 
En torno a Sol se formó un sistema planetario conocido como Sistema Solar, el cual, como ya se apreció, es integrante de una galaxia.
La Tierra forma parte del Sistema Solar, que es el conjunto de planetas y otros astros que giran alrededor del Sol.
El Sistema Solar es tan sólo una pequeñísima parte de la Vía Láctea; el Sol es tan sólo una de las más de cien mil millones de estrellas que se encuentran en ella; mide aproximadamente 1,392,000 km de diámetro y está en el centro del Sistema Solar. A su alrededor giran los planetas siguiendo un curso determinado al que se le llama órbita.
Algunos planetas tienen uno o varios satélites naturales que giran en torno a ellos. En el Sistema Solar hay otros miles de astros de menor tamaño: los asteroides, meteoritos y cometas. La formación del Sistema Solar.
A lo largo de la historia, muchos científicos han elaborado diversas hipótesis y teorías sobre el origen del Sistema Solar, las cuales se pueden clasificar en dos tipos:
catastróficas y nebulares o evolutivas.
Las teorías catastróficas aceptan la idea de que el Sistema Solar se originó por una colisión estelar o por el desprendimiento de masa de una estrella, de la cual surgieron los planetas y el resto de los astros que lo integran. En la actualidad, la mayor parte de estas teorías están superadas.
Las teorías nebulares o evolutivas coinciden en que el Sol, los planetas y el resto de los astros del Sistema Solar se formaron por el desprendimiento de materia de una enorme nube de gas y polvo, provocado por el incremento de la velocidad de rotación. René Descartes fue el primero en formular una
teoría nebular para explicar la formación de los planetas, en 1644. Propuso la idea de que el Sol y los planetas se formaron al unísono a partir de una nube de polvo estelar. Esta es la base de las teorías nebulares.
 
En la actualidad, una teoría nebular denominada Teoría nebular de la Acreción propuesta por W. Cameron, es la más aceptada para explicar el origen del Sol y el Sistema Solar. Propone que todo inició hace aproximadamente 4,500 millones de años con la presencia de una nube de gas y polvo cósmico en una región de nuestra galaxia, cuyos giros y fuerza gravitacional se vieron provocados por una onda expansiva de la explosión de una supernova, que consiste en una estrella más masiva que el Sol, que estalla y lanza a todo su alrededor la mayor parte de su masa a altísimas
velocidades.
La rotación de la nebulosa aumentó considerablemente provocando a su vez la contracción gravitacional de la materia nebular, que adquirió la forma de un disco. En el centro de la nube se formó un núcleo o protosol, donde predominó el hidrógeno y el helio, y debido a las condiciones de atracción gravitacional y la elevada densidad, se originaron el roce de átomos y con ello la fusión de núcleos hasta desencadenar en reacciones nucleares, donde núcleos de hidrógeno se fundían para formar helio, produciendo con ello, además, la liberación de una gran cantidad de energía en forma de luz y calor, surgiendo así la estrella que actualmente llamamos Sol.
De forma simultánea, en las regiones externas del disco nebular, se formaron otros pequeños núcleos por un proceso de acreción, el cual consiste en el impacto de partículas de polvo y gas que se incorporaron a otras, incrementando su masa y rotación, formándose así los protoplanetas. Conforme éstos se fueron enfriando, las partículas más pesadas se concentraron en el centro y los gases se acumularon en las zonas externas; de esta manera se formaron
las atmósferas de los planetas. Los de menor masa perdieron atmósfera, debido a que no tenían la fuerza de gravedad suficiente para retenerla, mientras que los de mayor masa, además de conservar su atmósfera, atraparon por su fuerza de gravedad astros más pequeños y los convirtieron en sus satélites.
 

Estructura del Sol y sus características.

 

El Sol es una estrella como tantas que brillan en nuestra galaxia. En la Vía Láctea, por cada diez millones de estrellas, sólo existe una con las características del Sol. Es una estrella mediana de color amarillo, única estrella del Sistema Solar.
Como bien se sabe, es peligroso ver el disco solar directamente. Debido a las altísimas temperaturas que presenta, no es posible realizar ninguna medición directa de él. Esta situación obstaculizó por mucho tiempo las investigaciones sobre su naturaleza física y composición química. Sin embargo, con ayuda de análisis espectral (descomposición de la luz solar), se ha podido conocer la composición de sus capas superficiales. Se sabe que la mayoría de los elementos que existen en la Tierra, también se encuentran en el Sol. Está formado por 75% de hidrógeno, 23% de helio y el 2% restante corresponde a varios elementos como el carbono, nitrógeno, oxígeno y toda la gama de metales. Es una esfera gaseosa con una masa 330 mil veces mayor que la Tierra y con un diámetro de 1,400,000 km; 109 veces más grande que el de la Tierra.
Las investigaciones acerca de la naturaleza física y química del Sol han permitido concluir que no posee un estado de agregación sólido, líquido ni gaseoso, sino que está en una fase llamada plasma, la cual se produce cuando las partículas de los gases se rompen en átomos y en partículas más pequeñas. Esto sólo puede suceder a temperaturas muy altas, mayores a un millón de grados centígrados.
El Sol, al igual que otras estrellas activas, está constituido por plasmas de hidrógeno y helio.
Este astro funciona como un gigantesco reactor nuclear en donde se produce una fusión de átomos de hidrógeno para formar átomos de helio. Se ha determinado que en el Sol, cada segundo, 700 millones de toneladas de hidrógeno aproximadamente se convierten en cenizas de helio; en el proceso se liberan unos 5 millones de toneladas de energía.
Con la ayuda de telescopios y fotografías espaciales, se ha detectado que el Sol, como cualquier otra estrella, está formado por las siguientes capas:
a) Núcleo. Es la parte central y posee una temperatura de 15 millones de grados centígrados. Tiene aproximadamente 450,000 km de diámetro. Aquí se reproduce la fusión nuclear que genera radiación. La materia transformada en energía asciende a la superficie a través de la zona radiactiva y la convectiva.
b) Zona radiactiva. Es una capa ubicada sobre el núcleo, con una temperatura de aproximadamente 12 millones de grados centígrados y con un espesor de 380,000 km; en esta porción del Sol la energía liberada por las reacciones nucleares es transportada por gránulos que la absorben y la expulsan.
c) Zona de convectiva o intermedia. Aquí los gases están en constante turbulencia, y por las diferencias de temperatura se originan celdas de convección con movimientos convectivos de partículas de las capas internas más calientes hacia las más frías localizadas en la superficie del globo solar, de donde regresan hacia el interior. Tiene un espesor de 140,000 km y una temperatura de aproximadamente 10 millones de grados centígrados.
d) Fotósfera. Es la superficie que vemos cuando observamos con algún instrumento al Sol. Esta capa alcanza más de 6 mil grados centígrados y tiene aproximadamente 300 km de espesor. Está formada por gran cantidad de gránulos, especie de burbujas que dan una apariencia moteada o granulada. Estos gránulos se forman del gas proveniente de la zona convectiva; poseen la duración necesaria para lanzar al espacio la energía generada. En la fotósfera ocurren una especie de huracanes, que al tener menor temperatura que el resto de la capa, dan la apariencia de zonas oscuras que reciben el nombre de manchas solares; éstas son producto de las variaciones del campo magnético del Sol. Algunas manchas solares llegan a tener varios miles de kilómetros de diámetro, incluso varias veces mayor que el diámetro terrestre. Las manchas proporcionan información sobre el movimiento de rotación del Sol y acerca de las variaciones periódicas de su actividad; cuando se observan, es posible establecer que el Sol se mueve sobre un eje de manera poco
uniforme porque es un cuerpo en estado de plasma.
e) Cromósfera. Es una capa de aspecto rojizo que tiene un espesor de 8,000 km y una temperatura similar a la de la fotósfera, de alrededor de los 6 mil grados centígrados Debido a que su brillo es inferior al de la fotósfera, sólo es observable a simple vista durante los eclipses totales de Sol. De ella emergen enormes columnas de material incandescente alargadas y planas denominadas protuberancias, que se elevan a más
de 50,000 km sobre la superficie del Sol y están relacionadas con la actividad solar.
f) Corona. Es la capa más externa del Sol y la más extensa constituye un halo luminoso que lo cubre. En ella se registran temperaturas de 2 millones de grados centígrados. Otro fenómeno de la corona solar son los fulgores o emisiones de luz de corta duración y no visibles, las cuales afectan las brújulas y las comunicaciones por radio y televisión en la Tierra. El viento solar se considera una extensión de la corona solar; envuelve a todo el sistema planetario y, al hacerlo, confina el campo magnético de los planetas que poseen magnetósfera, como la Tierra y Júpiter.
El Sol no permanece quieto en el espacio sino que realiza diversos movimientos. Gira sobre su propio eje (movimiento de rotación) y se desplaza por el espacio interestelar junto con el resto de las estrellas de la galaxia, acompañado por los astros del Sistema Solar (movimiento de traslación).
El movimiento de rotación del Sol en torno a su eje imaginario que une a sus polos, tarda 25 días terrestres en dar una vuelta en la zona ecuatorial y 30 días en los polos. Esta diferencia se debe al estado de agregación de la materia del Sol y a la disminución gradual del diámetro solar del ecuador hacia los polos.
El Sol se desplaza también por el espacio intergaláctico junto con la Vía Láctea, la cual se aleja de las otras galaxias debido a la expansión que se originó al momento de la gran explosión (Big Bang), que dio origen al Universo y que aún sigue su curso.
 

La Tierra y su relación con el Sol y la Luna.

Influencia del Sol sobre la Tierra.
 
Los elementos del Sistema Solar presentan diversas relaciones. La Tierra recibe gran influencia de dos elementos: el Sol, por su tamaño; y la Luna por su cercanía.
El Sol es la principal fuente de energía para la Tierra; ésta recibe mil watts de energía solar en cada cm2 (constante solar); parte de esta energía es reflejada por la atmósfera terrestre al espacio exterior.
Gracias al Sol son posibles muchos procesos como la vida misma. Un 10 % de la energía absorbida por la Tierra es utilizada por las plantas para
activar la fotosíntesis en los organismos productores, quienes a partir de la luz del Sol y sustancias inorgánicas, sintetizan moléculas orgánicas
energéticas que son consumidas por otros organismos; por lo tanto, los organismos fotosintéticos son los iniciadores de las redes tróficas en
nuestro planeta, de los cuales dependemos el resto los seres vivos de la Tierra porque brindan alimento y oxígeno, además de otras materias primas
indispensables para la supervivencia de los organismos consumidores a los cuales también pertenece el hombre.
Además la energía del Sol es imprescindible para la absorción de la vitamina D en los humanos, la cual a su vez, es indispensable en la asimilación del calcio en el organismo. De no absorberse esta vitamina, se presentaría un padecimiento en niños, llamado raquitismo, que consiste en el desarrollo deficiente del sistema óseo.
En general, el Sol da origen a todos los fenómenos meteorológicos característicos de la atmósfera de nuestro planeta.
Por ejemplo, permite el desarrollo del ciclo hidrológico, ya que al calentar los depósitos de agua, promueve su evaporación, elevando el vapor a las partes altas de la atmósfera donde se condensa y se precipita en forma de lluvia, nieve o granizo.
Los vientos, además de ser producidos por la rotación de la Tierra, son iniciados por el desigual calentamiento del Sol sobre la superficie del planeta, provocando con esto diferencias de presión atmosférica y motivando el movimiento de las partículas del aire a desplazarse debido a las diferencias de presión.
También la actividad solar influye en la generación de muchos fenómenos de nuestro planeta. Las manchas solares, por ejemplo, están asociadas con períodos de cambios climáticos en la Tierra, períodos de lluvias y sequías.
De la misma forma, el incremento de la actividad solar provoca alteraciones del campo magnético terrestre; a causa de este incremento suceden las
llamaradas solares que son explosiones altamente energéticas de las regiones activas del Sol que se manifiestan bajo la forma de flujos de radiación electromagnética, de partículas y flujos de plasma emitidos por fuertes y rizados campos magnéticos. Al movimiento de este flujo de las emisiones de partículas cargadas y flujos de plasma magnetizado se le llama viento solar, fenómeno responsable de las tormentas geomagnéticas que en ocasiones producen apagones en plantas eléctricas, interferencia en la comunicación vía satélite y la aparición del fenómeno conocido como aurora boreal o austral; denominación que depende del hemisferio terrestre en donde se presente este fenómeno.
Es tan grande la importancia del Sol para la Tierra que cuando éste haya terminado su etapa como estrella amarilla e inicie su extinción como estrella, la Tierra también llegará a su fin.
 
Influencia de la Luna sobre la Tierra.
 
La Luna es el único satélite natural de la Tierra y el cuerpo celeste más cercano a nosotros. Después del Sol, es el astro más grande y brillante que observamos en la bóveda celeste. Es un cuerpo opaco que vemos iluminado por la luz que refleja del Sol.
En cuanto a su origen, William K. Hartmann planteó la Teoría del Impacto. Explica que durante la historia temprana de la Tierra un gran meteoro chocó contra nuestro planeta cuando aún no se consolidaba; como resultado del colapso, enormes fragmentos quedaron atrapados por la órbita terrestre y debido a la fuerza de gravedad fueron agregándose entre sí para formar la Luna.
La Luna se localiza a 384,000 km de la Tierra y su diámetro es de 3,500 km, cifra que representa una cuarta parte del diámetro terrestre. Su gravedad es 1/6 de la que presenta la Tierra; así, una persona que en la Tierra pesa 70 kg, en la Luna sólo pesaría 11.66 kg.
Se pensaba que la Luna carecía de atmósfera, sin embargo, en 1991, investigadores de la Universidad de Boston consiguieron una imagen muy detallada de lo que parece ser una tenue atmósfera lunar. Si existiese, debe ser tan frágil que guarda muy poco calor. Durante el día en la superficie lunar se registran temperaturas superiores a los 100° C, que descienden a menos 140° C al anochecer. Descubrimientos recientes han revelado la presencia de agua en la Luna.
La superficie lunar es muy accidentada; en ella destacan enormes montañas originadas por material incandescente, cráteres muy hondos producidos por actividad volcánica antigua o por la caída de meteoros; y también cuenta con zonas planas y oscuras que se conocen como mares; la mayor parte de su superficie está cubierta por polvo finísimo.
Así como la Tierra se mueve en torno al Sol, la Luna hace lo mismo alrededor de nuestro planeta. Este movimiento tiene una duración de 27 días con 8 horas, mismo tiempo que dura en dar una vuelta sobre su propio eje (movimiento de rotación). Esto da como resultado que sólo un hemisferio lunar esté a la vista desde la Tierra y el otro permanezca oculto. A pesar de esta situación, los satélites artificiales y naves espaciales exploradoras hechas por el hombre han enviado imágenes de la cara oculta de la Luna, con lo cual se ha podido corroborar que es similar a la cara visible.
A lo largo de la historia de la humanidad, la importancia de la Luna ha sido notoria. En muchas culturas ha sido considerada como diosa y está presente en muchos mitos y leyendas de la literatura de diversas civilizaciones. Galileo Galilei fue el primero en observar la Luna a través de un telescopio, lo cual bastó para que ese satélite dejara de ser
un misterio.
Los fenómenos más importantes que tienen que ver con la influencia de la Luna sobre la Tierra son las mareas, las fases lunares y los eclipses.
a) Mareas. Consisten en movimientos periódicos de ascenso y descenso de los grandes cuerpos de agua, producidos fundamentalmente por la atracción de la Luna y en menor grado (por su lejanía) por el Sol.
Existen dos momentos en toda marea: Pleamar, cuando el nivel del agua sube porque el Sol, la Tierra y la Luna están alineados y suman sus fuerzas de gravedad, por lo que se presentan las llamadas mareas altas o vivas; y bajamar cuando el nivel del agua baja debido a que la Luna forma un ángulo recto con el Sol y la Tierra; de esta forma se anulan mutuamente las fuerzas gravitatorias y se presentan las llamadas mareas bajas o muertas.
Las mareas contribuyen en la evolución del relieve del litoral, en la vida de la fauna y la flora costera y facilitan las actividades ribereñas en los grandes cuerpos de agua, como la pesca, el establecimiento de puertos comerciales y la generación de energía eléctrica.
También las mareas pueden originar desastres naturales y situaciones de riesgo para poblaciones ribereñas en la desembocadura de los ríos que tienen caudales de gran fuerza como el Yangtsé en Asia, el Elba en Europa y el Amazonas en Sudamérica, en los cuales la marea llega a avanzar río arriba semejando una pared de agua.
b) Fases lunares. Son los cambios de iluminación de la superficie lunar vistos desde la Tierra, que dan como resultado un aspecto y formas diferentes de la Luna al reflejar la luz del Sol.
Estas variaciones se originan como resultado de las distintas posiciones relativas que ocupan la Luna y la Tierra en relación con el Sol.
A continuación se muestra una ilustración que describe gráficamente la secuencia de cambios de forma aparente de la Luna en el firmamento durante su ciclo en torno a la Tierra. Se recomienda realizar la lectura de los siguientes puntos, observando la gráfica y relacionando la numeración correspondiente, a fin de asimilar de mejor manera las características distintivas de cada fase.
1. Luna nueva onovilunio. Se presenta cuando la Luna se coloca entre la Tierra y el Sol y recibe los rayos de éste en su cara oculta, visto desde la Tierra. A partir de ese momento, la Luna empieza a “crecer”. Sólo es posible observarla cuando hay un eclipse total de Sol, el cual sólo acontece durante esta fase lunar, cuando las condiciones dadas son las adecuadas.
2. Luna nueva visible. llamada popularmente como “creciente”. Esta fase se podrá ver en el cielo hacia el oeste, una vez ocultado el Sol. Tiene forma de guadaña o cuerno.
3. Cuarto creciente. Sucede cuando la Luna, la Tierra y el Sol forman un ángulo recto. Sale por el Este a las 12 del mediodía, se encuentra en el cenit a las 6 de la tarde y su puesta tras el horizonte a las 12 de la media noche. Durante esta fase, la Luna tiene la forma de círculo partido justo a la mitad (semicírculo).
4. Luna gibosa creciente. La Luna va tomando progresivamente, día tras día, una forma convexa por ambos lados en su parte luminosa perdiendo ese lado recto que tenía en la anterior fase.
5. Luna llena o plenilunio. Aquí la Tierra se ubica entre el Sol y la Luna; visto desde la Tierra, el disco lunar se observa completamente iluminado, por lo que su aspecto es el de un círculo lleno de luz. Su salida por el horizonte en el Este es aproximadamente a las 6:00 pm; el cenit lo alcanza aproximadamente a la media noche y se oculta cerca de las 6 de la mañana. La luna llena viene a marcar justo lo que es la mitad del mes
lunar (14 días, 18 horas, 21 minutos, 36 segundos).
 nuevo la apariencia de la fase gibosa creciente, pero esta vez en su fase decreciente.
7. Cuarto menguante. Nuevamente la Luna, la Tierra y el Sol forman un ángulo recto, viéndose desde la Tierra iluminada sólo la mitad del disco lunar, al igual que en la fase de cuarto creciente pero en sentido contrario; es decir, menguando su área iluminada. Sale del horizonte a la media noche y alcanza su cenit a las 6 de la mañana y se oculta a las 12 del mediodía. Esta fase corresponde al período de días durante el cual es
posible observar la Luna durante las horas de la mañana.
8. Luna menguante. Es idéntica a la Luna nueva visible pero en sentido opuesto. Sólo es posible verla de madrugada hacia el Este antes de que salga el Sol. Tiene apariencia de pequeña guadaña o cuerno. Corresponde a la última fase visible de la Luna vista desde la Tierra ya que después viene la Luna nueva, comenzando así, de nuevo, otro ciclo de fases.
c) Eclipses. Se considera que ocurre un eclipse cuando la Tierra, el Sol y la Luna se encuentran exactamente alineados. Para que ocurra este fenómeno astronómico, debe haber un cuerpo celeste que se interponga entre dos astros, y que al hacerlo oculte a uno con respecto a otro. Si el astro desaparece totalmente de nuestra vista, hablamos de un eclipse total; si se oculta sólo una parte, decimos que el eclipse es parcial.
Este tipo de fenómenos ha estado siempre rodeado de leyendas y supersticiones que actualmente ya no hay razón para creerlas, ya que está comprobado científicamente que los eclipses no producen ningún tipo de perjuicio a la Tierra, y mucho menos a la población que vive en ella.
Existen los eclipses solares y lunares:
1. Eclipse solar. Tiene lugar cuando la Luna se interpone entre el Sol y la Tierra, y el disco lunar oculta el solar; condición que sólo se puede presentar durante la fase de Luna nueva. Si lo oculta totalmente, se dice que ocurre un eclipse total de Sol; si sólo oculta una parte de éste, se le llama eclipse parcial de Sol. Así, por algunos minutos, se deja ver total o parcialmente el Sol, según sea el caso, oscureciendo o semioscureciendo algún área de la Tierra, debido al cono de sombra proyectado por la Luna sobre la Tierra.
Existe otra variante de los eclipses solares, que sucede cuando la Luna no alcanza a cubrir totalmente a Sol, debido a que ésta se encuentra en
apogeo, que es la condición de la Luna al encontrarse en su posición más lejana con respecto a la Tierra, por lo que el tamaño relativo de su disco,
disminuye, no pudiendo ocultar totalmente al Sol y permitiéndole asomar sólo los bordes de su disco, dándole el aspecto de un anillo brillante que rodea a
la Luna obscura; de ahí el nombre de este tipo de eclipse: eclipse anular.
Los eclipses solares son fenómenos muy asombrosos ya que en pleno día el Sol se oculta a nuestros ojos, baja la temperatura ambiental, oscurece y es posible ver en el cielo la corona solar y las estrellas. Además aportan información muy valiosa de la corona solar y la cromósfera, y los materiales que las componen y la luz que emiten.
2. Eclipse lunar. Se produce cuando la Tierra se interpone entre el Sol y la Luna. Para que este tipo de eclipse mse presente, es condición indispensable que nuestro satélite se encuentre en fase de Luna llena. Cuando ocurre, la cara iluminada de la Luna llena es cubierta por la sombra de la Tierra.
También se puede hablar de eclipse total de Luna, que ocurre cuando la sombra de la Tierra oculta totalmente a la Luna y la priva por completo de la luz solar. Pero cuando la Tierra sólo oculta una parte del nuestro satélite, se dice que ocurre un eclipse parcial deLuna, observándose la sombra de la Tierra dibujando su curvatura sobre la superficie lunar.
Los eclipses totales y parciales de Luna se producen varias veces al año, pero no son tan espectaculares como los del Sol y pasan casi inadvertidos.
 

 

La forma de la Tierra, sus movimientos y consecuencias.

Forma y dimensiones de la Tierra.

 
Los sabios griegos, Pitágoras, Aristóteles y Eratóstenes ya afirmaban que nuestro planeta es esférico; esta afirmación tenía como base la observación de la sombra circular que la Tierra proyecta sobre la superficie lunar durante los eclipses de Luna; sin embargo, esa tesis se olvidó por un buen tiempo.
Fue hasta finales de la Edad Media cuando se retomó la noción de la redondez de la Tierra. El viaje de circunnavegación realizado por Hernando de Magallanes y Juan Sebastián Elcano entre 1519 y 1522 permitió corroborar la idea de la redondez de la Tierra.
Ya en nuestra era, Isaac Newton (1642-1727 d. C.) demostró que la Tierra era esférica, y aplicando su Ley de la Gravitación Universal supo que el planeta no era una esfera perfecta. Posteriormente, con base en las ideas de Newton, Antonio Plateau (1801-1883 d. C.), corroboró que nuestro planeta está achatado en los polos y ensanchado en el ecuador.
En la actualidad, por las imágenes de satélite y las mediciones geodésicas entre distintos lugares, se acepta que, efectivamente, nuestro planeta presenta un achatamiento en los polos y un ensanchamiento en el ecuador, ocasionados por la fuerza centrífuga que desarrolla durante su movimiento de rotación. Los cálculos demuestran que el radio polar es 21 km menor que el ecuatorial. A esta forma tan peculiar, que no representa ni una esfera ni una elipse, se le ha denominado geoide. El término es de origen griego y significa “parecido a la Tierra”.
La superficie del geoide no es lisa ni uniforme; su relieve presenta grandes irregularidades: elevadas montañas en las tierras emergidas y grandes profundidades en los fondos oceánicos.
A lo largo del siglo XX, la aplicación de innovaciones tecnológicas más avanzadas en la investigación geodésica permitió determinar con mayor exactitud las principales medidas de la Tierra, las cuales se enlistan a continuación:
 
A. Superficie: 510 064 470 Km2
B. Volumen: 1083 206 921000 Km2
C. Radio Ecuatorial: 6378.56Km
D. Radio Polar: 6356.78 Km
E. Longitud de un meridiano (perímetro) 40 009 Km
 
 

Pruebas y consecuencias de la forma de la Tierra.

 
Debido a su redondez, la Tierra se halla en todo momento dividida en dos hemisferios con respecto a los rayos solares. Un hemisferio está iluminado mientras el otro permanece en la oscuridad. Las dos mitades están separadas por un círculo llamado Círculo de iluminación
que separa el día de la noche.
La forma casi esférica de la Tierra provoca que los rayos del Sol lleguen con diferente grado de inclinación a la superficie terrestre. Debido a que los rayos solares caen con más intensidad en unos lugares que en otros, no hay una distribución uniforme de la luz ni del calor, lo cual influye para que en nuestro planeta se presenten temperaturas diferentes que dan lugar a las zonas térmicas o climáticas, mismas que ya fueron revisadas
previamente. Del ecuador a los polos, dichas zonas van cambiando de calientes o tropicales a templadas y frías. A su vez estas zonas térmicas determinan las distintas regiones naturales en el mundo.
En la actualidad, no cabe la menor duda de que la Tierra es redonda, puesto que existen tantos hechos cotidianos que constantemente están confirmando tal hecho y las consecuencias que éstos traen consigo. A continuación se enlistan algunos de ellos:
a) La curvatura del horizonte.
b) La manera en que se pierde de vista una embarcación en el horizonte marino.
c) La sombra de la Tierra durante el eclipse de Luna.
d) Por analogía con otros planetas.
e) Las zonas térmicas o climáticas.
f) Fotografías tomadas por satélites artificiales.
 

Pruebas y consecuencias de los movimientos de la Tierra.

 
a. Movimiento de rotación.
 
La Tierra efectúa diversos movimientos, que son muy importantes porque influyen en los diferentes fenómenos que son determinantes para la vida en nuestro planeta.
Como ya se ha visto, el eje terrestre es una línea imaginaria sobre la cual gira la Tierra y cuyos extremos son el Polo Norte y el Polo Sur. También se le conoce como eje de rotación ya que alrededor de él nuestro planeta realiza su movimiento de rotación en sentido Oeste-Este, razón por la cual el movimiento aparente del Sol, la Luna, las estrellas y el resto de los cuerpos celestes, es en sentido contrario; es decir, salen por el Este desplazándose por el firmamento para ocultarse por el oeste.
La duración exacta del movimiento de rotación es de 23 horas, 56 minutos y 05 seg. a lo cual se le llama día sideral;
sin embargo, por comodidad, a nivel mundial se realiza el día civil que rige el tiempo de la vida cotidiana con una duración de 24 horas.
Debido a su forma, la velocidad lineal de rotación en todo el planeta expresada en km, es distinta; en el ecuador este movimiento es de 27 km/min y en los polos es de 0 km/min, es decir, ahí no experimenta rotación. Esta velocidad de la Tierra es constante, razón por la cual no percibimos directamente su rotación.
Las consecuencias del movimiento de rotación son las siguientes:
a. La sucesión del día y la noche. Este fenómeno es de gran importancia para la vida en la Tierra, ya que permite que toda la superficie terrestre reciba sucesivamente la luz y el calor del Sol, aspecto vital para los organismos terrestres. Cada 24 horas, una parte del planeta permanece en la oscuridad (noche) mientras la otra parte está iluminada (día).
b.Desviación de los cuerpos al caer. Al precipitarse los cuerpos desde grandes alturas, éstos se desvían hacia el Este ya que son atraídos por la fuerza de la rotación de la Tierra.
c.El achatamiento de la Tierra. El achatamiento de los polos, que a su vez promueve la protuberancia ecuatorial, es una consecuencia de la diferente velocidad de los diversos puntos de la Tierra en su movimiento rotacional; velocidad que es máxima en el ecuador, disminuyendo a medida que nos acercamos a los polos, en donde es nula.
La gran velocidad de las zonas ecuatoriales determina que aparezcan fuerzas centrífugas intensas que tienden a concentrar la materia originando el abultamiento ecuatorial y por consecuencia el achatamiento polar.
d. Desviación de los vientos y corrientes marinas. Esta desviación es provocada por la combinación del efecto que produce la rotación terrestre y un fenómeno conocido como Efecto Coriolis. En el hemisferio Norte los vientos y corrientes marinas se desvían hacia el Este y en el hemisferio sur se desvían hacia el Oeste.
Esta fuerza es la responsable, por ejemplo, de que los huracanes giren en sentido opuesto en cada hemisferio y que se tenga que tomar muy en cuenta en la aeronáutica o en el lanzamiento de cohetes. En el agua se comporta de forma similar desviando hacia el Norte o hacia el Sur las corrientes que se desplazan siguiendo un meridiano. Este efecto lo podríamos observar de forma directa ya que en cada hemisferio, el agua baja por el desagüe girando en sentido contrario.
e. Movimiento aparente de los astros en la bóveda celeste. Igual que la trayectoria aparente que efectúa el Sol en el cielo, las estrellas y demás astros parecen moverse de este a oeste, debido a que el movimiento de rotación de nuestro planeta va en sentido contrario (de Oeste a Este).
f. Las diferencias de horario en los distintos lugares de la Tierra. Debido al movimiento de rotación, la Tierra va presentando, en el curso del día, todos sus meridianos frente al Sol, momento al cual se le considera mediodía solar que marca las 12, hora local; pero se presenta el inconveniente de que en
lugares muy cercanos de distinta longitud tendrían diferente hora local. Para evitar tal situación, el canadiense Stanford Fleming creó el sistema de
Husos Horarios, consistente en dividir a la Tierra en 24 franjas o Husos Horarios, uno por cada hora del día. Un huso horario mide 15° de longitud, en virtud de que nuestro planeta gira 360° en 24 horas. La hora marcada por un huso horario se denomina hora legal. El meridiano de origen o de Greenwich, se usa como referencia para medir las horas; a partir de él, por cada huso horario que se cruce hacia el Este, aumenta una hora, en tanto que, por cada huso
horario que se cruce al Oeste, disminuye una hora. Por ejemplo, si nos ubicamos en el huso horario 90° Oeste y son las 7:00 horas, en el huso horario 120° Oeste, serán dos horas menos, o sea las 5:00 horas, pero si avanzamos al Este, en lugar de restar deberemos sumar horas. Todo nuevo día se empieza a contar a partir del meridiano 180°, que es el antimeridiano correspondiente al meridiano de Greenwich, debido a ello, a este antimeridiano se le conoce como Línea Internacional del Tiempo o Línea Internacional de cambio de Fecha y es la línea a partir de la cual se establece el cambio de fecha. Lógicamente no es una línea recta, ya que va bordeando las zonas habitadas para evitar confusiones. Si se atraviesa en dirección hacia América, es decir, al Este, se debe restar un día; si se cruza al Oeste, en dirección a Asia, se sumará un día.
b. Movimiento de traslación. Seguramente la gran mayoría de nosotros ha observado cambios importantes a lo largo del año. Por ejemplo, aumento o disminución de la temperatura, épocas de sequía, de lluvia o temporadas con vientos más acelerados.
Estos cambios se originan, entre otras causas por el movimiento de traslación de la Tierra.
El movimiento de traslación terrestre es el que realiza nuestro planeta alrededor del Sol, recorriendo una órbita imaginaria de forma elíptica a una velocidad de 28.8 km/seg en 365 días, 5 horas y 48 minutos. Sin embargo el año que se usa normalmente es llamado año civil, el cual tiene 365 días y comienza el 1° de enero para terminar el 31 de diciembre. Las 5 horas y 48 minutos restantes se acumulan y cuando suman 24, cosa que sucede cada 4 años, se aumenta a ese año un día más, el cual se agrega al mes de febrero, por lo que ese año, específicamente este mes trae 29 días; al año en que sucede todo este ajuste se le denomina bisiesto, palabra que significa dos veces 6 (Bis Sextum) ya que en la época de los romanos, seis días antes de que terminara febrero, se repetía de nuevo ese día para ajustar el calendario a 366 días.
Los planetas del Sistema Solar, incluyendo la Tierra, giran alrededor de su eje (rotación) y se trasladan alrededor del Sol (traslación). Sus movimientos de traslación se comportan según las tres leyes enunciadas por Johannes Kepler (1571-1630 d. C.), las cuales se explican a continuación:
a. 1ra Ley. Todos los planetas se mueven alrededor del Sol siguiendo órbitas elípticas, en las cuales el Sol ocupa uno de los focos.
b. 2da Ley. El radio vector que enlaza al Sol con un planeta, recorre áreas iguales en tiempos iguales. Esta ley indica que los planetas incrementan su velocidad cuando se encuentran cerca del Sol y la disminuyen cuando están lejos. El tiempo que tarda el planeta en ir de P´1 a P´2 es el mismo que el que tarda en ir de P1 a P2; por lo tanto tiene que acelerar su velocidad para poder alcanzar a cubrir áreas iguales en tiempos iguales y, efectivamente lo hace ya que a su paso por las cercanías del Sol, éste incrementa la velocidad del planeta.
c. 3ra Ley. Los cuadrados de los períodos de revolución sideral de los planetas son proporcionales a los cubos de sus distancias medias al Sol. Esta ley expresa, en otras palabras, que el tiempo que tarda un planeta en dar la vuelta alrededor del Sol, depende de su distancia media.
Con base en las leyes de Kepler, el Sol se considera uno de los focos de la elipse que forma la órbita terrestre, por lo tanto al encontrarse desplazado del centro, se suscitan dos hechos importantes llamados perihelio y afelio. Es decir que la Tierra, al recorrer su órbita elíptica, no siempre se encuentra a la misma distancia del Sol. El perihelio es la distancia más corta entre la Tierra y el Sol; se presenta en enero y es de 147 millones de km. El afelio
es la distancia mayor entre la Tierra y el Sol, la cual es de 152 millones de km y se presenta en julio.
 
Algunas de las consecuencias del movimiento de traslación son:
a. El movimiento aparente de las constelaciones a lo largo del año. La “panorámica” que se aprecia desde la Tierra hacia el espacio sideral, va cambiando a lo largo del año, es decir, la Tierra se va “paseando” en su recorrido alrededor del Sol a la vez que van apareciendo a su paso diversos aspectos del cielo y es la razón por la cual se han relacionado ciertas constelaciones para cada época del año.
b. Cambio aparente del tamaño del Sol. Debido a que nuestra estrella se encuentra situada en uno de los focos de la elipse que forma la trayectoria de la Tierra, aparece de mayor tamaño durante el perihelio, debido a su cercanía con la Tierra, y el caso contrario sucede cuando la Tierra está en el afelio.
c. Diferente duración del día y la noche a lo largo del año. Para comprender este aspecto, es importante aclarar que el eje de rotación de la Tierra tiene una inclinación de 23° 26´con respecto a la  eclíptica que es el plano del disco que forma el Sistema Solar sobre el cual se encuentran las órbitas de la mayoría de los planetas, de tal forma que al ir girando en torno al Sol, nuestro planeta va recibiendo la radiación de forma diferente durante el año, repartiéndose dicha radiación desde un trópico pasando por el ecuador y llegando al otro trópico. Esto provoca que cuando el sol irradia más al hemisferio Sur, ahí el día es más largo y la noche más corta. Mientras eso pasa en el hemisferio Sur, en el hemisferio Norte sucede exactamente lo contrario; es
decir, ahí los días serán más cortos y las noches más largas.
d. Las estaciones del año. La desigual distribución de luz y calor en nuestro planeta debido a la inclinación del eje terrestre, a lo largo del año origina cambios de temperatura, humedad y vientos; factores que afectan a su vez, a las plantas y animales, marcando los períodos de reproducción, hibernación, etc., Éstos y otros tantos cambios en el entorno, son resultado de una situación astronómica que incluye a la Tierra y al Sol y se
identifican con las características propias de cada estación del año: primavera, verano, otoño e invierno.
Además de la inclinación del eje, la distancia cambiante de la Tierra al Sol y la forma geoide de nuestro planeta, también contribuyen para que los rayos solares no se distribuyan de manera homogénea sobre la superficie terrestre.
Así pues, la sucesión de las estaciones es el efecto más importante del movimiento de traslación, pues de ahí se derivan las cuatro estaciones. Durante este recorrido de la Tierra en torno al Sol, se observa un movimiento aparente de nuestra estrella entre el ecuador y los trópicos, lo que origina los
equinoccios (del latín aequinoctium= aequus, igual y nox, noche; literalmente significa noche igual) y los solsticios (del latín solstitium=sol, Sol y statum
estático; literalmente significa Sol estático) correspondientes a cada una de las cuatro estaciones.
 
Equinoccio de primavera. Ocurre el 21 de marzo. Esta fecha los rayos solares caen perpendiculares al ecuador; por lo tanto, el día y la noche tienen la misma duración en ambos hemisferios. Mientras que en el hemisferio Norte, en esta fecha llega la primavera, en el hemisferio Sur llega el otoño.
Solsticio de verano. Se produce el 22 de junio debido a que los rayos solares se han ido desplazando hacia el hemisferio Norte, hasta caer sobre el Trópico de Cáncer. En esta fecha en el hemisferio Norte el día es más largo que la noche ya que es irradiado por un periodo más prolongado, sucediendo
todo lo contario en el hemisferio Sur; en otras palabras, mientras al hemisferio Norte llega el verano, al Sur llega el invierno, con su noche más larga y el día más corto del año.
Equinoccio de otoño. Se presenta el 23 de septiembre, fecha en la cual los rayos solares caen de nuevo sobre el ecuador y, por lo tanto, nuevamente el día y la noche duran igual en ambos hemisferios. En esta fecha, mientras al hemisferio Norte llega el otoño, al hemisferio Sur llega la primavera.
Solsticio de invierno. Sucede el 22 de diciembre. Durante esta fecha, los rayos solares caen perpendiculares al Trópico de Capricornio. Aquí sucede lo contrario al solsticio de verano; es decir, en esta fecha en el hemisferio Norte el día es más corto que la noche ya que es irradiado por un periodo de tiempo más reducido, sucediendo todo lo contario en el hemisferio Sur; en otras palabras, mientras al hemisferio Norte llega el invierno, al Sur llega el verano, con su noche más corta y el día más largo del año.
La gráfica siguiente explica la razón por la cual observamos a lo largo del año, diferentes posiciones del Sol al salir u ocultarse en el horizonte. En el solsticio de verano nuestra estrella pasa exactamente por encima del trópico de Cáncer y es ese día cuando el Sol sale del este en su posición más desplazada hacia el Norte. En el equinoccio el Sol pasa precisamente por encima del ecuador, saliendo exactamente por el Este. En el equinoccio de invierno, el Sol pasa exactamente por encima del trópico de Capricornio, saliendo del Este en su posición más desplazada hacia el Sur. Este proceso se repite pero ahora en sentido inverso. Recuerda que toda esta serie de posiciones del sol son aparentes; es la inclinación del eje de la Tierra la causa que hace que lo apreciemos de esa manera.
 

Otros movimientos de la Tierra.

 
Los movimientos de rotación y traslación de la Tierra son los más conocidos, pero además de éstos, nuestro planeta realiza otros dos que han sido detalladamente analizados por la astronomía. Estos movimientos son:
a. Precesión. Se refiere a que el eje de la Tierra describe en el espacio un cono de abertura de aproximadamente 40°, cuyo vértice está en el centro de la Tierra. Es decir, que al mismo tiempo que mantiene su inclinación, el eje oscila para completar un giro tal y como sucede con un trompo girando alrededor de sí mismo, al tiempo que su eje describe un movimiento circular. Este proceso se realiza en aproximadamente 25,760 años. Algunas de sus consecuencias son el corrimiento de las constelaciones, la posición del polo celeste va cambiando a través de los siglos; ahora se encuentra muy próximo a la estrella Polar ya que el eje terrestre apunta actualmente hacia esa estrella pero poco a poco se va desplazando e irá apuntando hacia otras estrellas, tal y como lo muestra la ilustración de abajo a la derecha. De acuerdo a esta tendencia, el año 13,600 la estrella Vega será la estrella polar ya que para entonces coincidirá con el polo norte terrestre. Aunque imperceptibles, estos desplazamientos son significativos en largos períodos y requieren constantes correcciones en los valores de las coordenadas celestes para un año concreto.
El movimiento de precesión es aún más complejo si consideramos un cuarto movimiento de la Tierra, que se describe en el siguiente punto.
b. Nutación. Es la vibración que ocurre en el eje de la Tierra mientras se efectúa el movimiento de precesión. El eje terrestre describe pequeñas ondulaciones en períodos de aproximadamente 19 años cada una. Esto se debe a las fuerzas externas de atracción gravitatoria entre la Luna y el Sol con la Tierra. Este movimiento es similar al de un trompo cuando pierde fuerza y está a punto de caer.
Es importante destacar que la inclinación del eje terrestre varía con una frecuencia incierta, ya que también depende de otras causas, como los movimientos telúricos. En febrero del 2010, se registró una variación del eje terrestre de 8 centímetros aproximadamente, por causa del terremoto de 8.8° Richter que afectó a Chile. En tanto que el maremoto y consecuente tsunami que azotó al sudeste asiático en el año 2004, desplazó 17,8 centímetros al eje terrestre.
Debido a lo anterior, la duración de una vuelta completa de precesión nunca es exacta; no obstante, los científicos en la actualidad la han estimado en un rango aproximado de entre 25,700 y 25,900 años. A este ciclo se le denomina año platónico.


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