Un tomb per l’Univers: Del Sistema Solar a les

Galàxies

Josep Manel Carrasco Martínez

Departament d’Astronomia i Meteorologia, Universitat de Barcelona

Avui vinc a parlar-vos d’ ASTROLOGIA

Astrologia f. Estudi o interpretació dels astres que pretén conèixer i estudiar la influència dels astres en el destí dels homes, i pronosticar, per la seva posició i aspecte els successos terrestres.

Astronomia f. Ciència que estudia els astres, els seus moviments i les lleis que els governen.

Astrofisica f. Part de la astronomia que aplica els mètodes i instruments de la física a l’estudi dels cossos celests. L’astrofísica estudia l’estat, aspecte, volum, pes, lluminositat, moviments i composició química dels astres.

N M

El SolMassa (kg) 1.989·1030

Radi equatorial (km) 695000

Densitat mitja (g/cm3) 1.410

Lluminositat (erg/s) 3.827·1033

Temperatura mitja en superfície 6000 ºC

Tipus estel·lar G2 V - Població I

Període de rotació (dies) 25-36

Edat (milers de milions d'anys) 4.5

Components químics principals:Hidrogen

Heli

Oxigen

Carboni

Nitrogen

Neó

Ferro

Silici

Magnesi

Sofre

Altres

92.1%

7.8%

0.061%

0.030%

0.0084%

0.0076%

0.0037%

0.0031%

0.0024%

0.0015%

0.0015%

El Sol. EstructuraEstructura interna: Capa radiativa (450000 km. On es produeixen les reaccions termonuclears), Capa convectiva (200000 km. Transport de la energia mitjançant el moviment de la matèria).

Estructura externa: Fotosfera, Cromosfera i Corona.

Fotosfera: Superfície visible del Sol. T= 6000 K. 400 km de gruix.

Grànuls de 1000 km de diàmetre

Cromosfera: 2000 km de gruix

Corona: Fins a 106 km sobre la cromosfera. Partícules a milions

de graus.

Activitat SolarEl Sol no és un objecte estàtic ni invariant sinó que té un seguit de processos associats al que anomenem activitat solar.

L’activitat solar ve condicionada per l’efecte dels camps magnètics en el plasma que constitueix el Sol.

Aquest camp magnètic no és constant sinó que varia en cicles d’aproximadament 22 anys. Aquests 22 anys es poden dividir en dos semiperíodes de polaritat inversa. Són els anomenats Cicles Solars.Els fenòmens més destacats són:

• Taques solars

• Protuberàncies o prominències

• Fàcules

• Fulguracions o erupcions cromosfèriques ../..

Taques Solars

• És la mostra més coneguda d’activitat solar.

• És un espai fosc d’uns 100 km amb una temperatura 1.500 graus menor que l’entorn.

• Es distingeix clarament a regió més fosca (umbra) i l’entorn filamentós (penumbra).

• S’originen per la presència de camps magnètics molt intensos que inhibeixen la convecció i redueixen la lluminositat.

• Les taques solen aparèixer per parelles de diferent polaritat a una latitud de 40º.

Taques Solars

Protuberàncies i Fulguracions

• Són fenòmens de tipus eruptiu i gran espectacularitat.

• Es troben associades a la ruptura de les línies de camp magnètic en regions amb abundància de taques.

• El material segueix aquestes línies de camp realitzant trajectòries vistoses

• La temperatura del material arriba a uns 20.000 graus.

• Les fulguracions afecten a la capa ionosfèrica de la Terra produint el que coneixem com a aurores.

Protuberàncies i Fulguracions

Ejeccions de Matèria Coronal

Aurores

MercuriDiàmetre 4879 km

Massa 0.055 Terres

Rotació 58.25 dies

Període orbital 87.97  dies

Obliqüitat 0º

Gravetat 0.37 G

Densitat 5.43 g/cm3

• Planeta més proper al Sol.

• D’aspecte semblant a la Lluna (molts cràters) Superfície vella, sense procés regenerador.

• Sense atmosfera.

• Densitat molt elevada.

• Any i dia de duració similar.

Mercuri

Cràter de Mercuri de 100 km de diàmetre. Es pot apreciar l’estructura de terrasses i el pic central producte de l’impacte.

Caloris Basin captat per la Mariner 10. Fa més de 1000 km de diàmetre i va ser creat per l’impacte d’un gran meteorit fa milions d’anys. Es poden veure fractures (a dalt a la dreta) i crestes.

VenusDiàmetre 12104 km

Massa 0.815 Terres

Rotació -243.01 dies

Període orbital 224.701 dies

Obliqüitat 177º 18’

Gravetat 0.91 G

Densitat 5.25 g/cm3

• Màxima elongació de 48º Més fàcil d’observar que Mercuri.

• Posseeix atmosfera. Gran efecte hivernacle (pel CO2). Tª = 440ºC

• Cobert per densa capa de núvols d’H2SO4

• Rotació retrògrada i lenta.

•Superfície sense cràters quin és el mecanisme de regeneració?

• Trànsits molt menys freqüents que a Mercuri. Proper trànsit 8 de juny de 2004.

VenusDegut a que els núvols no deixen veure la superfície de Venus des de fora de la superfície s’han d’utilitzar altres tècniques, com ara el radar.

Cràter Golubkina de 34 km de diàmetre vist amb el radar

Reconstrucció 3D del cràter Golubkina

La Terra

Diàmetre 12756 km

Massa 1 Terra

Rotació 23 h 56 m 4s

Període orbital 1 any = 365.25 dies

Obliqüitat 23º 27’

Gravetat 0.165 G

Densitat 5.52 g/cm3

• Planeta més gran dels interiors.

• Posseeix atmosfera amb grans quantitats d’oxigen (21%).

• Té aigua líquida a la superfície.

• Camp magnètic important.

• Geològicament activa. Tectónica de plaques.

• Hi ha VIDA!!!

La Terra

L’atmosfera de la Terra conté núvols d’aigua

que poden formar grans

tempestes i fins i tot huracans, com aquest de

1985, anomenat

Elena, que va assolir les costes de Florida.

La Terra

Les precipitacions provoquen que l’aigua circuli per la

superfície sòlida dels planetes, creant sistemes fluvials (a dalt veiem un de Yemen) que van a parar de nou al mar, formant

a la seva desembocadura deltes com el de l’Ebre.

La Terra

Erupció a l’illa de Montserrat, març 2002Pols del Sàhara sobre les illes Canàries

La Lluna

Diàmetre 3474.8 km

Massa 0.012 Terres 

Rotació 27.32166  dies

Període orbital 27.32166 dies

Obliqüitat 6.68 º

Gravetat 0.165 G

Densitat 3.34 g/cm3

• Molt assemblat a Mercuri.

• Superfície saturada de cràters.

• Sense atmosfera.

• Període rotació = Període orbital Mateixa cara visible des de la Terra.

• Zones fosques (Maria) i zones clares (Highlands).

La Lluna

La Lluna és l’únic cos celest que ha trepitjat l’home,

traient la Terra. Ho va fer per primer

cop Neil Armstrong el 20 de juliol de 1969.

Mart

Diàmetre 6794 km

Massa 0.107 Terres

Rotació 24 h 37 m 23s

Període orbital 686.98  dies

Obliqüitat 25º 11’

Gravetat 0.38 G

Densitat 3.94 g/cm3

• El seu dia dura gairebé igual que el de la Terra.

• Atmosfera poc densa i composta essencialment de CO2.

• No hi ha saturació de cràters Mecanisme de regeneració?

• Aigua en el subsòl.

• 2 satèl·lits (Fobos i Deimos)

Mart

A Mart hi ha tempestes globals de sorra que poden obscurir el planeta totalment

Mart

En el passat marcià és possible que hi hagués hagut aigua circulant per la superfície. La fotografia de l’esquerra recorda al sistema fluvial que hem vist a

Yemen. A la dreta veiem com l’aigua del passat va deixar rastres a la superfície.

Els Asteroides

• La gran majoria es troben entre Mart i Júpiter (distància promig = 2.8 UA).

• Ceres, el més gran amb 800 km de diàmetre, va ser el 1er a ésser descobert (1 de gener de 1801).

• Es coneixen uns 5000 asteroides amb òrbita ben determinada.

• 12 febrer de 2001, NEAR va aterrar a l’asteroide Eros.

• Ida té un satèl·lit anomenat Dactyl (fotografia).

Júpiter

Diàmetre 142984 km

Massa 318 terres

Rotació 9 h 55m

Període orbital 11.8623  anys

Obliqüitat 3º 12’

Gravetat 2.36 G

Densitat 1.33 g/cm3

• Planeta més gran del Sistema Solar.

• Planeta format majoritàriament d'hidrogen i heli en estat gasós, amb traces de metà i amoníac que li dóna color als seus núvols.

• Posseeix un gran camp magnètic.

• Té, al menys, 52 satèl·lits.

• Té un anell molt prim.

JúpiterA l’atmosfera de Júpiter es pot apreciar una gran taca, coneguda com a Gran Taca Vermella. És una enorme tempesta (recordeu la foto de l’huracà vist a la Terra?) descoberta l’any 1664. La seva grandària és 40000 x 13000 km.

JúpiterAnell de Júpiter:

Satèl·lits galileans (descoberts per Galileu l’any 1610):

EuropaÍoGanímedes Cal·listo

Saturn

Diàmetre 120536 km

Massa 95.2 Terres

Rotació 10h 39m

Període orbital 29.458 anys

Obliqüitat 26º 44’

Gravetat 0.91 G

Densitat 0.71 g/cm3

• 2on. Planeta més massiu del Sist. Solar

• Té un sistema d’anells molt visible.

• Composició i estructura semblant a Júpiter.

• Densitat molt baixa (suraria a l’aigua).

• Molt axatat pels pols.

Saturn

Regió Límit intern (km) Límit extern (km)

A 119800 136600

B 90500 117100

C 74600 92000

El sistema d’anells de Saturn està format per milions de

petits fragments de gel i roca orbitant el seu pla equatorial.

S’acostumen a dividir en 3 regions principals: A, B i C, separades per zones menys

denses, les divisions. La divisió més gran és la de

Cassini.

Urà

Diàmetre 51118 km

Massa 14.6 Terres

Rotació -17h 14m

Període orbital 84.01 anys

Obliqüitat 97º 52’

Gravetat 0.88 G

Densitat 1.24 g/cm3

• Descobert per W. Herschel l’any 1781.

• Eix de rotació molt inclinat cicle d’estacions molt estrany.

• Composat d’H2, de metà (que li dóna el color blavòs), acetilè i petites quantitats d’hidrocarburs.

• Completament llis (alguns núvols prims).

• També té anell.

Neptú

Diàmetre 49528 km

Massa 17.1 Terres

Rotació 16h 6m

Període orbital 164.79 

Obliqüitat 28º 48’

Gravetat 1.12 G

Densitat 1.67 g/cm3

• Descobert gràcies a les lleis de Newton, degut a les pertorbacions que provocava en Urà, per J.G. Galle l’any 1846.

• Té els vents més forts mesurats en cap planeta del sist. solar (2000 km/h).

• Gran Taca Fosca.

• Té sist. d’anells i 8 satèl·lits.

Neptú

Gran Taca Fosca Núvols a Neptú

Plutó / Caront

Diàmetre 2300 km

Massa 0.002 Terres

Rotació -6.39 dies

Període orbital 248.54 anys

Obliqüitat 118º

Gravetat 0.07 G

Densitat ~2.13 g/cm3

• Descobert l’any 1930 per Clyde Tombaugh.

• Únic planeta del sistema solar no visitat per cap sonda terrestre.

• Plutó és mes petit que la Lluna.

• Degut a l’excentricitat de la seva òrbita a vegades està més a prop del Sol que Neptú.

• Plutó i Caront orbiten al voltant d’un punt comú.

Els Cometes

S’acostumen a definir com a “boles de neu bruta”. Són cossos petits compostos de gel i pols.

Procedeixen de l’exterior del Sistema Solar. Quan s’apropen al Sol, el gel es sublima, desprenent-se en forma de cua.

Acostumen a tenir 2 cues:

• Cua de partícules pesades que la pressió de radiació no pot desviar gaire. Segueixen el recorregut del cometa.

• Cua de partícules lleugeres. La pressió de radiació del vent solar les empeny en direcció contraria al Sol.

Les Estrelles

• La pràctica totalitat dels objectes que observem en el cel són estrelles integrades a la nostra Galàxia.

• Veiem objectes en totes direccions, però hi ha una major concentació en les direccions del pla galàctic.

• La única informació que rebem és gràcies a la llum i això ens permet determinar tot un seguit de paràmetres estel·lars:

• Distàncies i velocitats

• Composicions químiques

• Masses i Radis

• Fases evolutives ../..

Estel Distància(a-ll)

Magnitud visual aparent Magnitud absoluta Classificació espectral

El Sol 0.00 -26.7 4.83 G2 V

Sirius A 8.64 -1.46 1.42 A1 V

Canopus 196.0 -0.72 -5.0 F0 II

Centauri A

4.34 -0.01 4.37 G2 V

Arturus 33.6 -0.04 -0.1 K1 III

Vega 24.5 0.03 0.65 A0 V

Capella 40.8 0.08 -0.40 G5 III

Rigel 863 0.12 -0.7 B8 I

Procyon 11.1 0.38 2.71 F5 IV

Achernar 88.0 0.46 -1.7 B3 V

Betelgeuse 1043 0.50 -7.0 M2 Ia

Centauri 310 0.61 -4.3 B1 III

Altair 16.3 0.77 2.3 A7 V

Aldebaran 61.9 0.85 -0.49 K5 III

Antares 619 0.96 -5.4 M1.5 I

Spica 218 0.98 -3.2 B2 V

Crucis A 391 1.58 -3.8 B0.5 IV

Pollux 34.6 1.14 1.00 K0 III

Fomalhaut 21.8 1.16 2.02 A3 V

Deneb 1630 1.25 -7.2 A2 ITaula 3.1: Els estels més brillants.

Fases Evolutives

Les estrelles passen per les següents etapes evolutives:

Naixement. Medi Interestel·larSeqüència principalFase de gegant vermellaEtapes finals depenent de la massa:

• 0.08 Msol < M < 0.5 Msol Nanes blanques (WD) • 0.5 < M < 2.25 Msol Nebulosa planetària (NP) +

WD• 2.25 < M < 6-9 Msol NP o Supernova (SN)• 9 < M < 20 Msol SN + Estel de Neutrons (NS)• 20 < M < 35 Msol SN + Forat Negre (BH)• M > 35 Msol Forat Negre (BH)

Naixement de les estrellesLes estrelles provenen del medi interestel·lar i retornen part de la seva massa a aquest medi.

Cúmuls d’estrelles• Un cop finalitzat el procés de formació estel·lar si

l’agrupació que s’ha constituït té les estrelles vinculades gravitatòriament diem que es tracta d’un cúmul.

• En general contenen entre centenars i milions d’objectes segons el tipus de cúmul que es tracti.

M45-Pleiades

Nanes blanques• Són objectes de densitat molt elevada i petites dimensions.• Segons la teoria es demostra que el seu radi és major quan

més petita és la seva massa.• El límit màxim de massa d’un objecte d’aquest tipus es de 1.4

Msol (límit de Chandrasekhar).• Aquests objectes es van refredant amb el pas del temps fins a

fer-se invisibles.• El primer objecte d’aquest tipus es ser descobert és Sirius B,

companya de Sirius l’estel més brillant del cel. Sirius B té un diàmetre inferior al de la Terra!!!

Nebuloses planetàries• El seu nom té l’origen en la ‘semblança’ que mostren amb els

planetes, sobretot amb els planetes amb anells com Saturn.• Consisteix en un embolcall expulsat de l’estrella que sol prendre

una forma semblant a una closca esfèrica.• En el seu interior es pot observar un objecte dèbil, el nucli de

l’antiga estrella convertit ara en nana blanca.

Nebulosa de l’Hèlix Hourglass Nebula

Nebuloses planetàries

StingrayNebula

NGC7293

Supernoves• Aquesta és una fase definitiva per l’objecte que la sofreix ja

que pot arribar en alguns casos a destruir completament l’estrella.

• Explosió d’una estrella massiva (Tipus II) o degut a la transferència de massa en un sistema doble (Tipus I).

• En l’explosió s’allibera una quantitat d’energia immensa (1053 erg) i aprofitant-ho es poden formar elements més pesats que el ferro, que anteriorment no s’haurien sintetitzat.

M1, Nebulosa del Cranc

Nebulosade Vela

M1Nebulosadel Cranc

Púlsar

Forats negres

• Es caracteritzen pel fet que res situat a dintre del seu Horitzó pot sortir-ne, inclosa la llum.

• Qualsevol material que s’introdueixi en un forat negre desapareix de l’univers observable.

• No es poden observar directament per això tot sovint es parla de ‘candidats’ a forat negre.

• És possible detectar-los degut a que el material que està caient cap a un forat negre emet energía en forma de raigs X.

• També és poden produir en sistemes dobles on es poden detectar per la caiguda de material procedent de l’estrella companya.

• Un dels exemples més típics de candidat a forat negre és Cygnus X1 amb unes 10 Msol.

Forats negres

La Nostra GalàxiaAl cel nocturn podem veure una banda d’aspecte lletòs. No és res més que la perspectiva del disc galàctic. Per això, a la nostra Galàxia l’anomenem Via Làctia.

Les estrelles que veiem al cel pertanyen totes a la nostra Galàxia.

• A la Via Làctia hi ha uns 200000 milions d’estrelles.

• A simple vista podem veure només unes 3000 estrelles (absorció interestel·lar). És precissament aquesta absorció interestel·lar la que va impedir conèixer l’Estruct. Galàctica fins als anys 20-30 del segle XX.

La Nostra Galàxia•Si poguéssim veure la Via Làctia des de fora la classificaríem com a una galàxia de tipus espiral (ja que posseeix uns braços en forma d’espiral).

• El Sol es troba a 8.5 kpc (1 kilopàrsec = 1kpc = 3·1016 km) del centre, a dins del disc galàctic. En aquesta posició la major part dels estels que podem veure pertanyen també al disc galàctic.

• La Via Làctia està composta d’un disc amb braços espirals, un bulb central, i tota aquesta estructura immersa en un gran halo esferoidal.

☼☼

Galàxies Espirals

☼☼

Galàxies El·líptiques

☼☼

ab

Galàxies Lenticulars

☼☼

Galàxies Irregulars

☼☼

Galàxies interactives

• Són galàxies irregulars que mostren signes de col·lisions o interaccions gravitatòries.

• Les col·lisions comprimeixen i escalfen el gas, iniciant processos de formació estel·lar molt actius.

Els exemples clàssics d’aquest tipus de galàxies són la galàxia Antena, o la Roda de Carruatge.

Distribució a gran escala• El següent pas d’associacionisme són els cúmuls de galàxies:

• Contenen entre 50 i 1000 galàxies.• Tenen diàmetres al voltant dels 8 Mpc.• Separacions típiques entre cúmuls al voltant de 10 Mpc.

• El cúmul més pròxim a nosaltres és el de Virgo, a una distància d’uns 15 Mpc.

Cúmul d’Hércules

Distribució a gran escala

• La següent escala correspon als supercúmuls.

• Els supercúmuls tenen mides de l’ordre dels 100 Mpc.

• La Via Làctia, el Grup Local, i el cúmul de Virgo, es troben dintre del Supercúmul Local.

• Aquest supercúmul té una massa estimada d’unes 1015 M.

Distribució de galàxies al Supercúmul Local.

Assignatures relacionades amb l’Astro... . nomia

Primer cicle:

• Astronomia: Una mica de tot

Segon cicle:

• Processos Astrofísics: Com analitzar la llum dels estels per saber com són.

• Física estel·lar i nucleosíntesi: Com funcionen els estels?

• Astrofísica galàctica: Com és la Via Làctia?

• Astrofísica extragalàctica i cosmologia: Com és i com es va crear l’Univers?

• Astronomia Observacional: Com s’observa el cel?

I als q

ue no volgueu

estudiar a

stronomia...

CONTINUEU MIRANT EL CEL