Astronomía (AST 0111-1)

Astronomía (AST 0111-1)
http://astro.puc.cl/~npadilla/Docencia/Docencia.html
Prof. Padilla
El profe:
•
•
•
Profesor Asociado de Astronomía UC (2006-)
•
Postdocs en Cornell (US) y Durham (UK)
De Córdoba, Argentina (1974)
Licenciado y Doctor en Astronomía, U. de
Córdoba
Intereses:
Investigación y docencia en Astronomía
(Cosmología, formación de galaxias)
Divulgación
Fútbol (Belgrano), Basquet
Contrabajo (Jazz)
https://www.facebook.com/elhombreyeluniversoextremo
Por qué elegiste este ramo?
A. Aprender constelaciones, usar un telescopio
B. Estudiar el sistema solar (Sol, planetas, lunas, etc), y
planetas extrasolares, vida
C. Estudiar objetos exóticos (WD, NS, BHss), galaxias, el
universo...
D. Aprender sobre OVNIs, astrología, lo inexplicable…
E. No sé / Otra razón
En qué año de la universidad estás?
A. Primer año
B. Segundo año
C. Tercer año
D. Cuarto año
E. Indefinidamente?
1. Vida?
preguntas
2. La Tierra?
3. Sistema Solar?
4. Estrellas?
5. Galaxias?
6. El Universo?
7. Tiempo?
8. Qué es la inteligencia?
9. Cuál es el futuro de la humanidad?
10.Qué es la ciencia?
11.Qué es un telescopio?
12.Qué es la Astronomía?
Qué significa hablar de
ciencia?
• La ciencia intenta formular y
responder preguntas sobre el
mundo que nos rodea.
• Un buen científico cuestiona
todo.
• Hay muchas ramas de la
ciencia, Astronomía es una de
ellas.
Astronomía
La Física como ciencia, es la descripción del mundo. Esencialmente, La
Física es una colección de leyes descriptivas que usa la matemática
como su lenguaje.
(los números son muy importante en ciencia -> cuantificación)
Astronomía (Astrofísica) es la rama de Física que trata de describir
el Universo y los objetos que viven en el (o sea, todo lo que está
fuera de la Tierra).
La Astronomía usa las leyes de la física y la matemática (más
Química, geología y biología), pero se limita a experimentos que
sólo se pueden hacer desde un lugar en el universo (casi siempre).
Herramientas de la Astronomía: experimentos observacionales,
deducción teórica.
La Astronomía es una ciencia porque aplica el método científico.
El Método Científico
Qué no es ciencia?
1. Science is NOT a process that can solve all kinds of problems and questions: Science is limited strictly to solving
problems about the natural world, and is not properly equipped to handle the supernatural realm (as such), nor the realm of values
and ethics. Scientific explanations must be potentially disprovable. Therefore, supernatural explanations cannot be used, since they
can never be disproved (supernatural forces, by definition, do not predictably follow the laws of nature). Whatever results occur in
any test can be attributed to those nebulous forces, effectively ending any further efforts to explain.
2. Science is NOT a process that can ignore rules: Science must follow certain rules; otherwise, it's not science (just as
futbol is not futbol if you constantly use your hands).
3. Science is NOT a process that seeks the “truth” or “facts”: The goal of science is to come as close as we can to
understanding the cause-effect realities of the natural world. It's never "truth" or "facts", which can mean different things to
different people.
4. Science is NOT a process that attempts to prove things: The process of science, when properly applied, actually
attempts to disprove ideas (tentative explanations)... a process called "testing", or "challenging". If an idea survives testing, then it
is stronger, and more likely to be an accurate explanation of observations.
5. Science is NOT a process that produces certainties, or absolute facts: Science is a process which can only produce
"possible" to "highly probable" explanations for natural phenomena; these are never certainties. With new information, tools, or
approaches, earlier findings (theories, or even facts) can be replaced by new findings.
6. Science is NOT a process that can always be relied upon due to its total objectivity and internal self-correction:
Science can be done poorly, just like any other human endeavor. We are all fallible, some of us make fewer mistakes than others,
some observe better than others, but we are still subjective in the end. Internal self-correction mechanisms in science merely
increase the reliability of its product.
Qué no es ciencia?
7. Science is NOT a process that is always properly used: Unfortunately, science can frequently be misused. Because it works
so well, there are those who apply the name of science to their efforts to "prove" their favorite cause, even if the rules of science were
not followed. Such causes are properly labeled "pseudosciences". Also, some scientists have been known to do fraudulent work, in
order to support their pet ideas. Such work is usually exposed sooner or later, due to the peer review system, and the work of other
scientists.
8. Science is NOT a process that is free from values, opinions or bias: Scientists are people, and although they follow certain
rules and try to be as objective as possible, both in their observations and their interpretations, their biases are still there. Unconscious
racial bias, gender bias, social status, source of funding, or political leanings can and do influence one's perceptions and
interpretations.
9. Science is NOT a process in which the product (understanding) is based on faith or belief: The product of science
(probable explanations for natural phenomena) are always based on observations carefully analyzed and tested. The high confidence
we have in science comes from the many successful applications to real-life problems (e.g. in medicine, space exploration, chemistry
and technology).
10. Science is NOT a process in which one solution is as good as another, or is simply a matter of opinion: In science,
there is a rigorous analysis and fair-test comparison of alternative explanations, using discriminate criteria, e.g., confirmation by
multiple independent lines of evidence, leading to one "best" solution. It is possible for several theories to explain current
observations, but ideally these can be tested with further observations.
11. Scientific Theories are not "tentative ideas" or "hunches": The word "theory" is often used this way in everyday
conversation, but a theory in science refers to a highly probable, well-tested comprehensive explanation, usually for a large collection
of observations.
Qué noticia astronómica reciente te acuerdas?
Herschel
(IR)
Posible
forma de
evitar paradoja de
información en
Agujeros negros.
Ejemplo
de noticia
típica
Observaste por un telescopio alguna vez?
Proyecto opcional: observación astronómica realizada en Observatorio
Docente UC. Cupos limitados, inscribirse con ayudantes.
Verdad o Mito?
Los astrónomos pasan la mayoría de su
tiempo en telescopios tomando datos.
Cuántas estrellas hay en nuestra
galaxia? En el universo?
Verdad o Ficción?
El espacio es prácticamente vacío.
La densidad del espacio es muy baja (algunos átomos por
cm cúbico menos denso que lo que se logra en la Tierra)
pero igual hay una gran variedad de moléculas en él.
Más de 130 moléculas fueron descubiertas en el espacio, y
hay miles mas por conocer.
Verdad o Ficción?
No hay gravedad en el espacio?
Si la hay. Donde sea que haya masa hay gravedad! Sin ella
un satélite no se podría mantener en órbita. El concepto de
Gravedad-Cero viene del hecho que uno se encuentra
cayendo de forma constante hacia la tierra (incluso en una
órbita).
Cuánto tiempo demora la luz en viajar
una distancia de 1 unidad
astronómica (1UA)?
A. Velocidad de la luz x 1 UA
B. Velocidad de la luz / 1 UA
C. 1 UA / Velocidad de la luz
D. 1 año luz
E. No se.
Qué vemos cuando miramos al sol?
13
8
(1UA=1.5x10 cm, c=3x10 cm/s)?
A. El sol como lo es en este instante
B. El sol como era 8 minutos atrás
C. El sol, como se verá en 8 minutos mas
D. El sol como era 1 año atrás
E. La energía generada ~20k-50M de años atras.
AST 0111
• Distancias
• Movimiento y el tiempo
• Radiación
• Planetas
• Estrellas
• Galaxias
• El Universo
ASTRONOMIA
AST 0111
• Evaluación:
• Participación: Clases+Ayudantías
• Observación: informe de observación se entrega 1
semana después de la subida
•Informe semestral: Entrega el 2/6
• Interrogación: 29/4
• Examen: 17/6
• Nota final = { 0.1 S + 0.1 O + 0.2 Pr + 0.3 I + 0.3 E }
• Participación para bonos finales.
AST 0111
• Ayudantías
Comienzan este jueves a las 3.30pm, Sala A2
• Informes: Trabajo y Observación
Serán presentados en ayudantías
• Ayudantes: Matías Bravo y Gabriela Navarro
Páginas web:
• Astronomía PUC: http://astro.puc.cl
• Space Telescope: http://www.stsci.edu
• NASA: http://www.gsfc.nasa.gov/NASA_homepage.html
• Jet Propulsion Lab: http://www.jpl.nasa.gov
• European Southern Observatory: http://www.eso.org
• Picture of the Day: http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/archivepix.html
• Solar System: http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary
• Astrobiología: http://www.astrobiology.com
• SETI: http://www.seti-inst.edu
• Mas en sección de Docencia en http://www.astro.puc.cl/~npadilla/
Bibliografía
Casi cualquier libro de Astronomía es util, salvo que sea muy viejo (más
de 10 años)…
El mejor:
•
J. Bennett (et al.), The Cosmic Perspective, Fundamentals, Cummings, 2009
•
http://en.wikibooks.org/wiki/General_Astronomy (muy completo, pero algo viejo)
•
Astronomía elemental, v1 y v2, José Masa, http://astronomia-
elemental.blogspot.cl/p/descarga.html
AST 0111
• Distancias
• Movimiento y el tiempo
• Radiación
• Planetas
• Estrellas
• Galaxias
• El Universo
ASTRONOMIA
Tarea semanal no oficial
Cada semana, dedicar unos
minutos a mirar el cielo nocturno.
Traten de ubicarse en un lugar
oscuro y lejos de luces brillantes, y
den unos minutos a sus ojos para
que se adapten a la oscuridad.
Comparen mapas de
constelaciones a lo que ven.
Pueden ver alguna? todas?
Apps: StarWalk App, Sky Map App,
Norton’s Star Atlas, Planisphere
El cielo
hace
unos
minutos
Temario
1. Escalas de Tiempo
El Tiempo
Difícil de definir
El tiempo como variable física
Orígen del tiempo en el Big Bang: T=0
Sentido del tiempo: irreversibilidad
Espacio-tiempo
40
30
El tiempo y el espacio
T (minutos)
20
10
0
Tierra
Marte
Escala de Tiempo
➲
Creemos que el Universo tuvo un inicio, con la gran explosión o
BIG BANG
➲
Ese evento da T=0
1.4x1010
años.
Notación científica:
14.000.000.000
➲
El Big Bang ocurrio hace
➲
Esta es la escala más grande que cubriremos
➲
A partir de ahí, el Universo se está expandiendo, y T crece.
➲
Observamos el Universo: la luz que nos llega de todos lados.
➲
Nada puede viajar más rápido que la luz, podemos observar el
Universo hasta una cierta distancia.
➲
Como la luz demora en llegar hasta nosotros, estamos mirando
hacia el pasado…
Imagina que recibes transmisiones satelitales de dos personas que viven en
planetas distintos que orbitan estrellas distintas. Ambos celebran su
cumpleaños 21. Cuál es la interpretación más plausible de estas
transmisiones?
A.
B.
C.
D.
Ambas tienen la misma edad pero están a distintas distancias de ti.
Tienen distinta edad, pero están a la misma distancia de ti.
La persona más cercana es la que en realidad es mayor.
La persona más lejana es la mayor.
Astrónomos detectan una supernova brillante que explota en la galaxia
Andrómeda (la más cercana en nuestro grupo de galaxias, a unos 2.6
millones de años luz de distancia). El remanente de esa explosión se va a
dispersar en unos 10.000 años.
A. El remanente todavía existe y veremos cómo se dispersa durante los
próximos 10.000 años terrestres.
B. En realidad el remanente ya se dispersó, pero lo veremos dispersarse
durante los próximos 10.000 años terrestres.
C. La imagen de la supernova dispersándose no nos llegará hasta dentro
de 2.5 millones de años..
D. Nunca veremos el remanente porque este ya se dispersó.
Escala de Tiempo
-14000000000 yr Big Bang
-12000000000 yr Nace nuestra galaxia
-4500000000 yr
Nacen el Sol y la Tierra
-4000000000 yr
1a célula viva
-500000000 yr
1er vertebrado
-100000000 yr
Extinción de los dinos
-2000000 yr
1os humanos
-50000 yr
Organización social
-5000 yr
Escritura
-500 yr
Colón nos pisa
-100 yr
Radio
-50 yr
Computadoras
-40 yr
Profe
-18 yr
Alumnos
Cosmología
Teoría del Big Bang,
la gran explosión inicial
T (miles de millones de años)
0
Origen de la materia
n
Formación de la Vía Láctea
n
Evolución
Cósmica
5
10
Radiación
Materia
Galáctica
Estelar
Planetaria
Formación de la Tierra
Química
Nacimiento de la Vida
Biológica
n
n
Cultural
15
Presente
n
?
Temario
1. Escala de tiempo
2. Escala de distancia
Clusters and large scale
structure
Escala de
distancia
(D ~ 10,000,000 lyr)
El salto en escala es del orden
de
500.000.000.000.000.000.000.
000 = 5x1023
(D=100,000 lyr)
1,000,000
Si esta sala es como el sistema solar
Qué tan grande es el Sol? La Tierra?
Nuestra Galaxia?
(D=13000 km)
Hubble
Space
Telescope
(D=13m)
Escalas en la Tierra
Radio = 6380 km, circumferencia = 2πR = 40000 km
u dos días para dar una vuelta en jet.
u Superficie muy suave: montañas más altas, 8km,
océano más profundo 8km => aspereza 1/800 (bola
de billar)
u Atmósfera delgada: ~100km alto => 1/60 del radio
Masa = 6 x 1024kg => Densidad media = 6000 kg/m3
Comparativamente, el agua tiene una densidad de 1000
kg/m3, y las rocas ~3000 kg/m3
➨ El interior de la Tierra está hecho de metales
pesados como hierro y niquel.
Viaje a la Luna: D = 380000 km, tarda 3 días para llegar.
Sol
u
u
Radio, 700000 km,
Distancia, 1.5 x 108 km. (UA=Unidad Astronómica)
Cuánto demora la luz (c=300000 km/s) en llegar del Sol? 8m
Cuánto demoraría un avión (v=1000 km/h)? 1.5 x 105 hs = 17 años
u
u
n
Masa, 2 x 1030 kg. (300.000 veces la Tierra)
Densidad baja, 1400 kg/m3 (1.4 veces el agua)
hecho de gas
Convenciones: unidades
La masa del Sol (Mo)
La Unidad Astronómica (UA)
La densidad del agua
Tiempo: el año (yr) = 365 d
El Sistema Solar
Sistema Solar
n
n
n
n
n
La Tierra está a 1 UA (150.000.000km) del Sol
Hay ocho planetas en órbitas casi circulares
moviéndose en un plano.
Plutón es ahora un planeta menor, más pequeño
y más lejano, con una órbita de 40 UA, y una
masa de 1/500 la de la Tierra (menos que la
Luna).
A la velocidad de la luz (c = 300000 km/s) se
necesitan 5.3 horas para salir del Sistema Solar.
Un avión demoraría 680 años en recorrer 40 UA
Problema de las distancias: son tan grandes que dificultan
la comprensión y el estudio de los objetos astronómicos.
2D vs 3D
Mas Allá del Sistema Solar
n
Unidades de distancia (UA, año luz)
Las Estrellas:
➪ Próxima Centauro, D=300.000 AU
A esta escala las UA dejan de ser útiles.
Usamos los años luz (ly) como unidad de distancia.
Velocidad de la luz en el vacío = 300.000 km/s
=> 1 ly = 9.5 x 1012 km.
➪
➪
➪
Próxima Centauro, D=4.2 ly
Sol, D=1AU = 8 minutos luz
En un segundo la luz da 7 vueltas alrededor de la Tierra.
Estrellas más cercanas