Física espacial — solo física (4.8)

Las estrellas nacen, arden y mueren; las galaxias se alejan unas de otras; y la luz que nos envían trae la noticia. Esta referencia cubre Física AQA GCSE 8463, tema 4.8 Física espacial.

Cómo trata este tema el examen:

• El tema completo es solo física, ubicado en el Examen 2.
• Las tres afirmaciones sobre movimiento orbital son solo HT (órbitas circulares, cambio de velocidad a velocidad constante, cambios en radio de órbita estable).
• Los datos deben ser exactos: la secuencia del ciclo vital, la historia de fusión de los elementos y la cadena del desplazamiento hacia el rojo.

El sistema solar: una estrella (el Sol), ocho planetas, los planetas enanos que orbitan el Sol, y satélites naturales (lunas) que orbitan planetas. Nuestro sistema solar es una pequeña parte de la galaxia Vía Láctea.

Formación del Sol: una nube de polvo y gas (una nebulosa) fue atraída por gravedad. Al colapsar:

1. el centro denso se calentó hasta que comenzó la fusión nuclear — nació una estrella;
2. la presión hacia afuera de la fusión equilibra la atracción gravitacional hacia adentro — un equilibrio que dura la fase de secuencia principal de la estrella.

El ciclo vital está determinado por el tamaño de la estrella.

Estrella del tamaño del Sol: nebulosa → protoestrella → secuencia principal (fusión de hidrógeno; equilibrio) → gigante roja (se agota el hidrógeno; fusiona helio y elementos más pesados; la estrella se expande) → enana blanca (la fusión cesa; el núcleo se contrae y enfría) → eventualmente una enana negra.

Estrella masiva (mucho más masiva que el Sol): nebulosa → protoestrella → secuencia principal → supergigante roja → supernova (explosión) → estrella de neutrones, o — para las más masivas — un agujero negro.

Origen de los elementos (una secuencia favorita):

• La fusión en estrellas produce elementos hasta el hierro.
• Los elementos más pesados que el hierro se forman en una supernova.
• La supernova distribuye los elementos por todo el universo — la materia de planetas y seres humanos.

La gravedad proporciona la fuerza centrípeta que mantiene a los planetas y satélites en órbitas circulares.

• Planetas: orbitan el Sol. Lunas: satélites naturales que orbitan planetas. Satélites artificiales: fabricados por nosotros, orbitan la Tierra. Todos mantenidos por gravedad, diferenciados solo por lo que orbitan y quién los construyó.
• (HT) Una órbita circular tiene velocidad variable pero rapidez constante — la velocidad es vectorial y su dirección cambia continuamente; la fuerza gravitacional actúa perpendicularmente al movimiento, cambiando la dirección pero no la rapidez.
• (HT) Para una órbita estable a diferente velocidad, el radio debe cambiar: si aumenta la velocidad, la órbita debe ser más pequeña (o la estrella desvía la trayectoria); si disminuye, debe ser más grande.

La luz de las galaxias más distantes muestra un aumento en la longitud de onda — un desplazamiento hacia el extremo rojo: corrimiento al rojo.

• Cuanto más lejos está una galaxia, más rápido se aleja y mayor es su corrimiento al rojo.
• El corrimiento al rojo indica que el universo se está expandiendo. Si se invierte este proceso, todo estuvo alguna vez en una región muy pequeña, extremadamente caliente y densa: el Big Bang.

La cadena lógica acreditada: observación del corrimiento al rojo → galaxias alejándose → mayor distancia = mayor velocidad → expansión del espacio mismo → Big Bang. Y el punto metodológico científico: las observaciones (sondeos del corrimiento al rojo, y desde la observación de supernovas 1998 que muestran galaxias alejándose cada vez más rápido) constituyen la evidencia sobre la que se construye la teoría; aún permanece mucho por descubrir, como la materia oscura y la energía oscura.

• Enumere los componentes del sistema solar y la formación del Sol a partir de una nebulosa por gravedad.
• Dibuje o ordene ambos ciclos vitales; indique dónde se forma cada elemento.
• Explique las órbitas mediante la gravedad; (HT) explique el cambio de velocidad a velocidad constante y los cambios de radio para órbitas estables.
• Enuncie la cadena del corrimiento al rojo y su conclusión sobre el Big Bang, la observación de supernova 1998, y una incógnita abierta.