Física espacial
La gravedad agrupa polvo en estrellas, las estrellas fusionan elementos, y el corrimiento al rojo de galaxias lejanas nos dice que todo el universo se expande desde un inicio hace 14 mil millones de años. El tema final de OxfordAQA cierra el curso con ciclos estelares, órbitas y evidencia del Big Bang.
Física OxfordAQA International GCSE 9203, tema 3.8 (Versión 5.1). Las afirmaciones marcadas con (P) son solo para Examen-2-.
Ciclo de vida de una estrella
Las estrellas se forman cuando la gravedad atrae polvo y gas (principalmente hidrógeno y helio) hacia un punto — los grumos más pequeños dan origen a planetas. Durante la larga fase de secuencia principal, el hidrógeno se fusiona para formar helio en el núcleo, equilibrando la gravedad con las fuerzas externas. Cuanto más masiva es una estrella, más caliente es su núcleo y más pesados son los núcleos que puede sintetizar mediante fusión.
Cuando se agota el hidrógeno, la masa determina el final. Una estrella similar al Sol se expande hasta convertirse en una gigante roja, expulsa sus capas externas y su núcleo expuesto se enfría de enana blanca a enana negra. Una estrella masiva se expande hasta convertirse en una supergigante roja, fusiona elementos cada vez más pesados (carbono, nitrógeno, oxígeno) y luego explota como una supernova — dispersando los elementos (los más pesados que el hierro se crean durante la propia explosión) — dejando tras de sí una estrella de neutrones o un agujero negro. La fusión en estrellas y supernovas produjo todos los elementos existentes naturalmente: el universo temprano solo contenía hidrógeno.
Sistema solar y movimiento orbital
El sistema solar: ocho planetas orbitando alrededor del Sol, además de lunas, asteroides, planetas enanos y cometas. La Vía Láctea es una de miles de millones de galaxias, cada una con miles de millones de estrellas. Los satélites artificiales orbitan la Tierra en órbitas geostacionarias u órbitas polares bajas.
La gravedad proporciona la fuerza centrípeta: actúa hacia el centro, cambiando la dirección del movimiento (velocidad) sin alterar la rapidez. A mayor distancia, menor es la gravedad, por lo que la velocidad orbital es menor: para mantenerse en un radio determinado, un satélite debe moverse a la velocidad correspondiente — si cambia la velocidad, el radio de la órbita también cambia.
Desplazamiento al rojo y el universo en expansión (P)
Una fuente de ondas en movimiento cambia la longitud de onda observada (efecto Doppler): las fuentes que se alejan estiran las ondas — mayor longitud de onda, menor frecuencia. Cuanto más lejos está una galaxia, más rápido se aleja y mayor es el desplazamiento al rojo — el propio espacio se está expandiendo, lo que indica un origen muy pequeño: el Big Bang. El fondo de microondas cósmico — radiación que llena el universo poco después de ese inicio — es el segundo pilar; la teoría del Big Bang es actualmente la única que la explica.
Compruébalo tú mismo
- ¿Qué atrae el polvo y el gas para formar estrellas?
- ¿Qué ocurre en el núcleo de una estrella de secuencia principal?
- Enumere las tres etapas que atraviesa una estrella similar al Sol después de su secuencia principal.
- ¿Qué estrellas se convierten en supernovas?
- ¿Dónde se forman los elementos más pesados que el hierro?
- Nombren los dos tipos de órbita de satélites artificiales.
- ¿Por qué se mueve más lentamente un satélite en una órbita más alta?
- (P) ¿Qué sucede con la longitud de onda de una onda cuando su fuente se aleja?
- (P) Indica las dos pruebas del Big Bang.
- (P) ¿Qué es el FMC?
Respuestas: 1 atracción gravitatoria; 2 los núcleos de hidrógeno se fusionan en helio, liberando energía, con gravedad equilibrada; 3 gigante roja, enana blanca, enana negra (tres etapas después de la secuencia principal); 4 estrellas mucho más masivas que el Sol; 5 en explosiones de supernova; 6 geoestacionaria y polar baja; 7 la gravedad disminuye con la separación, por lo que la fuerza centrípeta —y la velocidad que requiere— es menor; 8 (P) aumenta (corrimiento al rojo), y la frecuencia observada disminuye; 9 (P) corrimiento al rojo galáctico aumentando con la distancia, y la radiación cósmica de fondo; 10 (P) radiación electromagnética que llena el universo, restante de poco después del Big Bang.