L’Univers


1. L’observació de l’Univers

• De l’astrologia a l’astronomia.
L’aspecte del cel nocturn canvia a mesura que avança l’any
no és el mateix al gener que a l’agost, per exemple, i es
repeteix any rere any.
A l’antiga Babilònia es van adonar d’això, i del poder que
representava. Tenien una manera de saber quan s’havia de
sembrar per exemple, una manera de mesurar el temps.
Van donar noms fàcils a conjunts d’estels que es veien a
cada època de l’any, són les constel·lacions. Es pot dir que

aquí va néixer l’astrologia.


Júpiter

Leo
Hydra

Tableta VAT 7847 que mostra
les constel·lacions Leo i Hidra.
https://members.optusnet.com.au/~gtosiris/pa
ge11-7a.html


L’esquema representa les 12 constel·lacions del zodíac
normalment acceptades, i que queden sobre l'eclíptica del
sistema Terra-Sol


Des de fa segles els astròlegs es guanyen la vida venen els seus
“horòscops”, en un principi amb una certa base científica, ja hem dit
que podien controlar quan fer les feines agrícoles, quan vindrien les
pluges o les crescudes dels rius,
això en societats agrícoles era bàsic.
Però les constel·lacions tenen alguna base científica?
No, poc a poc es va anar separant l’astrologia de l’astronomia.
Si s’estudien els estels que formen una constel·lació es veu que
-- no tenen res a veure els uns amb elsaltres.
-- Estan molt lluny entre ells.
-- es mouen independentment els uns dels altres
-Tothom és lliure de creure en el que vulgui, però no es pot defensar
l’astrologia com una ciència


Teories: estructura de l’Univers
Del geocentrisme a l’heliocentrisme i més enllà
pels antics la Terra era plana, després van adonar-se que
havia de ser esfèrica (com?), però el que tothom tenia clar és
que la Terra estava al centre de l’Univers,.
Aquesta era la visió dominant tant en ciència com en filosofia
i en la manera de pensar. Rep el nom de geocentrisme
L’astronomia de l’antiguitat va arribar al seu zenit a
Alexandria on va viure Ptolomeu, i durant quasi 1500 anys es
va parlar del sistema ptolomaic per descriure els cels
ara bé, cada vegada hi havia més dades acurades del
moviment dels planetes, i aquest moviment era molt difícil
d’explicar si la Terra estava en el centre


Del model geocèntric al heliocèntric

Claudi Ptolomeu (aprox 100): La seva teoria deia que la Terra roman en
el centre mentre els planetes, la Lluna i el Sol descriuen complicades
òrbites al voltant d'ella. Descriu un model matemàtic que explica el
moviment planetari.

Nicolau Copèrnic (1473-1543) es considera el
primer científic que va proposar, demostrar i
defensar un model heliocèntric. Va revolucionar l'
astronomia i la ciència en general al postular que
la Terra i elsaltres planetes es mouen en òrbites
circulars al voltant del Sol (excepte la Lluna que
gira al voltant de la Terra). Explicava de forma
més senzilla les irregularitats dels planetes.


El dibuix superior representa el
sistema Ptolomaic, amb els
epicicles que va inventar per
intentar explicar el moviment dels
planetes

El dibuix inferior el sistema que va
indicar Copernic a cavall entre els
segles XV i XVI.
És un sistema heliocèntric amb el
Sol al centre de l’univers, i la Terra
girant al seu voltant. L’home ja no
vivia en el centre del món, només
en un planeta més

video1


Cap a l'any 1610, Galileu Galilei va
construir un telescopi i l'enfocà al
firmament.

Va ser el primer en adonar-se de la
veritable magnitud de l'Univers. Va
observar
-- estrelles mai vistes
-- els quatre satèl·lits de Júpiter i va
constatar que giren al voltant d'aquest
planeta i que per tant la Terra no és el
centre de tots els moviments dels cossos
celestes
-- els cràters de la Lluna
-- les taques solars
-- les fases de Venus.
Les seves explicacions gairebé li van
costar la vida.


Johannes Kepler (1571-1630), va arribar a la conclusió
que els planetes giren entorn al Sol descrivint
òrbites el·líptiques en comptes de circulars i el Sol se
situa en un dels focus de l'el·lipse.

P
A

Isaac Newton (1642-1727): Va suposar que el fet que la
Lluna giri al voltantde la Terra en lloc de sortir
projectada en línia recta es deu a la presència d'una
força que l'empeny cap a la Terra i la fa descriure una
circumferència. Va anomenar a aquesta força gravetat i
va suposar que actuava a distància, doncs no hi ha res
que connecti físicament la Terra i la Lluna. Newton va
demostrar que la mateixa força que fa caure un objecte
sobre la Terra, manté a la Lluna en la seva òrbita.


Però això no era tot
amb l’invent del telescopi cada vegada es va poder veure més lluny
cada cop hi havia més estels. La Via Lactea, aquesta línia blanquinosa
que travessa el cel es va veure que estava formada per una multitud
d’estels, hi havia molts Sols.


I a més, el Sol ni tant sols estava en el centre de
la nostra galàxia, només és un petit estel en una
regió perifèrica
en el cel hi havia regions blanquinoses
nebuloses. Quan es van poder veure millor van
demostrar ser altres galàxies.
Ni tant sols estem en la principal galàxia de
l’univers, només en una de mitjana, no
especialment important dels milers i milers de
galàxies que podem veure amb els nostres
telescopis
Video 2 universo


El cel nocturn, amb la Via Làctia a la
dreta i dues petites galàxies satèl·lits
a l’esquerra

La galàxia satèl·lit Petit núvol
de Magallanes

I el Gran núvol de Magallanes, totes
dues visibles a ull nu des de l’hemisferi
sud


Elcúmul local de galàxies, dominat per Andròmeda, una galàxia espiral mes gran
que la nostra (vídeo cúmul local)


L’UNIVERS Estructura
• Espai buit
• Nebuloses: cúmuls de pols còsmica
d’aspecte difús
• Galàxies: cúmuls d’estrelles i pols
còsmica que es mouen juntes per l’espai


La
composició


L’Univers….

Què en sabem?

MATÈRIA

ESPAI

ENERGIA TEMPS


Antiguitat de l’Univers: 13 700 m. a. (milions
d'anys).
Dimensions de l’Univers observable: 46 000 m. a
llum.
Per anar des de la Terra fins l’extrem de l’Univers
observable es necessitarien 46500 milions d’anysllum.
Un any-llum és la distància recorreguda per la llum
en un any. La velocitat de la llum és 300000 km/s
així que
1 any-llum = 300000 km/s · 60 s/min · 60 min/h · 24
h/dia · 365’25 dies = 9’46·1012 km


Composició de l’Univers: 4 % de matèria observable, 23 %
de matèria fosca i 73 % d’energia fosca.

L’energia fosca
energia similar a l’energia gravitatòria
amb sentit contrari (repulsió). La seva
existència es va deduir el 1998 quan es
va descobrir que l’Univers està en
expansió en comptes de frenar-se per
acció de la gravetat
75% H

La matèria fosca no es pot observar ja
que no emet prou radiació
electromagnètica i no se sap la seva
composició. S’ha deduït en comparar la
massa de les galàxies que es molt més
gran que la suma de la massa de totes
les sevesestrelles

4%
àtoms

25% He
0,0% Fe
0,0% C
..


UN UNIVERS DE PARTÍCULES
Components de la matèria
l’àtom

són la matèria observable.
Bàsicament H i He.
La resta s’originen quan les
estrelles de gran massa exploten.

electró
protons i neutrons

quarks

Aquests àtoms poden agregar-se i
formar planetes, gràcies a la
gravetat.
Els més pesats al centre i els més
lleugers a la superfície.

I D’ALTRES
Protón

Neutrón


UN UNIVERS D’ ENERGIA
Fotons


ESTELS: FÀBRIQUES D’ÀTOMS

hidrogen

Les Plèiades

heli


Elements químics i evolució estelar
heli
carboni

hidrogen


Fases dels estels i la taula periòdica
Estel tipus
Sol

Gegants
vermelles

Supernoves


L’Heli i els estels
H

He


Fàbriques de carboni, oxígen,….
Betelgeuse

Orión

C
He


Fàbriques d’elements pesats


Supernoves !!!! ???


OBSERVACIÓ DE L’UNIVERS

Com s’obtenen aquestes imatges?



L’origen de
l’Univers


Edwin Hubble (Marshfield, MO, 20.11.1889-San
Marino, CA, 28.9.1953).

Hubble va mostrar que :
nebuloses com l'Andromeda són galàxies tan o
més enormes que la Via Làctia i, en calcular els
moviments relatius entre galàxies va evidenciar
una tendència general d'allunyament de les
unes i les altres: l'expansió de l'univers.
S'ha comprovat que les galàxies s'allunyen
encara avui, les unes de les altres.
Si passem lapel·lícula al revés, on arribarem?


Els científics intenten explicar l'origen de l'Univers amb diverses teories
que es complementen.

La teoria del Big Bang
La teoria del Big Bang o gran explosió, suposa
que, fa entre 12.000 i 15.000 Ma, tota la matèria
de l’Univers estava concentrada en una zona
extraordinàriament petita de l'espai, i va explotar.
La matèria va sortir impulsada amb gran energia
en totes direccions.
Els xocs i un cert desordre van fer que la matèria s'agrupés i es concentrés
més en alguns llocs de l'espai, i es van formar els primers estels i les
primeres galàxies. Des d'aleshores, l'Univers continua en constant moviment
i evolució.
Aquesta teoria es basa en observacions rigoroses i és matemàticament
correcta des d'un instant després de l'explosió, però no té una explicació per
al moment zero, anomenat 'singularitat'.


La teoria inflacionària
La teoria inflacionària d'Alan Guth intenta explicar els primers
instants de l'Univers.
Es basa en estudis sobre camps gravitatoris fortíssims, com els
que es produeixen prop d'un forat negre.
L'empenta inicial va durar un temps pràcticament inapreciable
però va ser tan violenta que, tot i que l'atracció de la gravetat
frena les galàxies, l'Univers encara creix.
No es pot imaginar el Big Bang com l'explosió d'un punt de
matèria en el buit, perquè en aquest punt s'hi concentraven tota
la matèria,l'energia, l'espai i el temps. No hi havia ni 'fora' ni
'abans'.
L'espai i el temps també s'expandeixen amb l'Univers.


El Cosmos creix per
una inflació
rapidíssima.
L’Univers
s’expandeix des de
la mida d’un àtom a
la d’un raïm en una
fracció de segon

L’inflació s’atura.
L’Univers té un
metre Està format
per una sopa
calenta
d’electrons i
quarks

L’Univers és molt
més fred. Els
quarks es
combinen per
formar protons i
neutrons.

L’univers té la mida
del Sol. Formació
de nuclis atòmics
Encara massa
calents per formar
àtoms, els
electrons i protons
impedeixen que la
llum brilli. L’Univers
és una boira super
calenta

Es comença a
generar àtoms
d’H i He. La llum
pot finalment
brillar
L’Univers es
refreda i
s’expandeix es
fa transparent

La col·lisió de gas
d’H i d’He forma
les protogalàxies i
els primers estels

A mesura que
les galàxies es
formen les
primeres
estrelles moren i
emeten
elements
pesants a l’espai
que podran
formar noves
estrelles i
planetes


Edat de
les
ombres

Formació de galàxies
i planetes

Expansió de l’Univers

Fluctuacions
quàntiques

Expansió del Big Bang des de fa 13.700 milions
d’anys

L’expansió de l’Univers ha estat gradual durant la major part de la seva
història. La idea que abans hi va haver un període inflacionari ràpid va ser
exposada fa una vintena d’anys . Les novesobservacions del satèl·lit
WMAP abonen aquesta idea


La teoria de la relativitat
d’Einstein prediu que hauriem
de ser capaços de captar la
radiació de fons provinent dels
intants inicials de la formació de
l’Univers

Penzias i Wilson van topar amb la radiació còsmica de fons gairebé
per atzar. Aquests autors preparats en matèria de receptors de
microones, no va fer el que haurien fet uns altres: esmorteir el soroll
amb filtres.
Abans de caure que era la radiació còsmica de fons, la responsable
del soroll van fer netejar de coloms i de colomina l'antena Horn.
El nou satèl·lit Planck de l’ESA, llançat el juliol del 2008 donarà noves
mesures d’aquesta radiació que vé de fora de la galàxia.


Evolució futura de l’Univers
S’han proposat dos models possibles
• Univers obert. En expansió indefinida. Es considera el
model més encertat.
• Univers tancat. Successives expansions i contraccions
(univers polsant).

Galàxia
Andròmeda.


La forma de l’Univers

La seva densitat
hauria de ser superior
a la crítica.
Univers tancat i finit.

La seva densitat hauria La seva densitat hauria
de ser inferior a la
de ser igual a la crítica.
crítica.
Univers obert.
Univers obert i infinit.


La nostra
galàxia


EL Nostre lloc a l’Univers
La Via Làctia

Grup Local

La Terra

Vídeo (opcional): Zoom-Tierra

El Sistema Solar


a Via Làctia


La ViaLàctia.
Els romans l'anomenaren 'Camí de Llet'.
Té forma espiral i pot tenir uns 100.000 milions d'estels, entre ells, el Sol.

El Sistema Solar és en un dels braços de l'espiral, a uns 30.000 anys
llum del centre i uns 20.000 de l'extrem.
Cada 225 milions d'anys el Sistema Solar completa un gir al voltant
del centre de la galàxia. Es desplaça a uns 270 km per segon.
No podem veure el brillant centre perquè s'interposen materials
opacs, pols còsmica i gasos freds, que no deixen passar la llum.


Galàxia del Triangle
La Via Làctia forma
part del Grup Local
Galàxia
d'Andròmeda

M33

juntament amb les galàxies
d'Andròmeda i del Triangle, els
Núvols de Magallanes, les galàxies
M32 i M110, galàxies i nebuloses
més petites i altres sistemes
menors.
En total hi ha unes 30 galàxies que
ocupen un àrea d'uns 4 milions
d'anys llum de diàmetre.
M31


Grandària de l'estrella Betelgeuse
Betelgeuse és una estrella brillant que assenyala el costat dret de la constel·lació d'Orió.
També coneguda com Alpha Orionis, Betelgeuse és una estrella vermellosa, una de les
més brillants del cel nocturn. Està a uns 300 anys llum de la Terra. El diàmetre de
Betelgeuse varia dels 419 als 580 milions de quilòmetres, el que la converteix en una de
les estrelles més grans que es poden observar. Si Betelgeuse estigués situada en el
centre del nostre Sistema Solar, inclouria lesòrbites de Mercuri, Venus i la Terra.


Sistema solar
•
•
•
•
•
•

Cometes
Asteroides
Meteorits
El sol
Planetes i planetes nans
Satèl·lits


Els vuit planetes
L’agost del 2006, a Praga, la Unió Astronòmica Internacional va redefinir els
planetes. Cossos com Plutó, Ceres i Eres pertanyen des d’aleshores a una nova
categoria: els planetes nans. Tanmateix el Juny del 2008, Plutó ha estat
classificat com a plutoide


Quina/es fotografia és de la Terra?
mart


J

J

S

Atm
metà

N
J

J

Vida sota
el gel?

U


Origen del Sistema Solar


Formació del Sistema Solar
És molt difícil precissar l'origen del nostre Sistema Solar. Els científics creuen que pot
situar-se fa uns 4.600 milions d'anys, quan un inmens núvol de gas i pols es va
contreure a causa de la força de la gravetat i va començar a girar a gran velocitat,
probablement, degut a l'explosió d'una supernova propera.

Al centre es va acumular la major part de la
matèria. La pressió era tan elevada que els
àtoms van començar a partir-se, alliberant
energia i formant una estrella. Al mateix temps
s'anaven definint alguns remolins que, en fer-se
grans, augmentaven la seva gravetat i recollien
més materials a cada volta.

També hi havia moltes colissions. Milions
d'objectes s'apropaven i s'unien o bé xocaven
amb violència i es partien en bocins. Les
trobades constructives vanpredominar i, en
només 100 milions d'anys, va adquirir un
aspecte semblant a l'actual. Després cada cos
va continuar la seva pròpia evolució.


EVOLUCIÓ D’UN ESTEL
Els gasos de la nebulosa
s’atrauen per la gravetat. A certa
mida comencen les recc.accions
de fusió

o en supergegat
vermella

L’estel esgota l’H, es
refreda i es transforma
en gegant vermella

Perd gairebé tot l’embolcall
gasos i queda en un nan blanc
Una supernova emet a l’espai milionms de
tones de matèria, que en un futur podran
formar nous estels i planetes

Es col·lapsa i esclata
en una supernova
d’extraordinària
lluminositat

Queda un residu increïblement dens, estel de neutrons o púlsar, o encara més
dens, un forat negre. La densitat d’un púlsar és tan gran que una cullera podria
pesar mil milions de tones. D’un forat negre no se n’escapa ni la llum


OBSERVACIÓ i estudi de l’Univers
La Llum tarda milion d’anys
per atravessar-les…

1. Amb telescopis a la Terra


2. Amb telescopis a l’espai

Hubble Space Telescope


3.A simple vista

Pequeña Nube
de Magallanes

Las nubes de Magallanes
Gran Nube de Magallanes


4.Amb Radiotelescopis:

Estudien diferents
tipus de radiació
emesa


Podem mesurar la temperatura d’objectes llunyans


La Tierra en IR, vista desde el espacio

Huracan

Transbordador Espacial


Galaxias en el visible y en el UV