Espacio

Temas de Física Espacial

Dentro de la física GCSE, la física espacial tiene un objetivo más claramente definido. Tendrás que aprender sobre 4 temas dentro de la física espacial: Nuestro Sistema Solar, El ciclo de vida de una estrella, Movimientos orbitales y Desplazamiento al rojo. Cada uno de estos temas tiene una explicación asociada que profundiza mucho más de lo que vamos a tratar en ésta, ¡así que asegúrate de leerlas!

Física espacial vs Astrofísica

En el nivel GCSE, la física espacial y la astrofísica pueden utilizarse de forma totalmente intercambiable. No necesitas preocuparte por las diferencias entre ambas. Por ahora, sólo necesitas conocer y utilizar el término física espacial y ser consciente de que la astrofísica es un campo de investigación que significa esencialmente lo mismo. Pero el hecho de que no tengas que preocuparte no significa que no puedas ir más allá del ámbito de tu plan de estudios y aprender en qué se diferencian ahora la física espacial y la astrofísica.

Una visión general de cada tema

Aprovechemos ahora esta oportunidad para examinar cada tema dentro de la física espacial y averiguar qué implica cada uno de ellos. A medida que aprendas cada uno de estos temas, también podrás empezar a establecer vínculos entre ellos, lo que también reforzará tu comprensión general de la física espacial.

Nuestro Sistema Solar

• El tema "Nuestro Sistema Solar" explora los objetos del Sistema Solar y cómo se formaron. Hay 9 objetos principales en el Sistema Solar, incluido el Sol. Por orden de distancia al Sol, son Mercurio, Venus, la Tierra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Cada uno de estos planetas orbita alrededor del Sol a una velocidad y un radio orbital diferentes.
• Algunos de los planetas de nuestro sistema solar también tienen objetos orbitando a su alrededor, llamados lunas. Las lunas suelen ser bastante más pequeñas que los planetas a los que orbitan y son ejemplos de satélites naturales. Además de estos satélites naturales, también hay cientos de satélites artificiales que viajan por el sistema solar, cada uno de ellos realizando diferentes tareas, utilizándose como repetidores de comunicaciones o para estudios científicos.
• También aprenderás sobre la reacción de fusión que mantiene a una estrella en un delicado equilibrio entre el colapso sobre sí misma y la expansión hacia la nada. Esto te llevará a conocer también el ciclo vital de una estrella.

El ciclo vital de una estrella

Las estrellas son algunos de los objetos individuales más grandes del universo y, en comparación con la vida humana, ¡parecen eternas! Sin embargo, las estrellas pasan por un ciclo vital, igual que los humanos.

• Todas las estrellas pasan por un ciclo vital, desde su nacimiento hasta su inevitable muerte. El tamaño de una estrella determinada determina algunas cosas sobre su ciclo vital. El tamaño de una estrella determina cuánto tiempo vivirá, así como las etapas que atraviesa hasta su muerte.
• En el nivel GCSE, debes ser capaz de describir el ciclo vital de dos tamaños diferentes de estrellas: estrellas que tienen aproximadamente el mismo tamaño que el sol y estrellas que son mucho mayores que el sol. El siguiente diagrama describe los ciclos vitales de estos dos tipos de estrellas. Fíjate en que, independientemente del tamaño de la estrella, ¡todas pasan por las mismas tres primeras etapas!Diagrama que muestra los ciclos vitales de estrellas de distintos tamaños, Kourosh Simpkins - StudySmarter Originals
• También tendrás que aprender cómo genera calor y luz una estrella. En pocas palabras, utilizan un proceso llamado fusión nuclear. La fusión nuclear consiste en la fusión de dos núcleos atómicos en uno solo. En las estrellas de la secuencia principal, los combustibles utilizados para la fusión nuclear son átomos de hidrógeno. Sin embargo, cuando las estrellas llegan al final de su ciclo vital, fusionan elementos más pesados, hasta llegar al hierro. Los elementos más pesados que el hierro se formaron en supernovas que esparcieron todos los elementos creados por el universo.

• Varios de los elementos de la tabla periódica se forman en el corazón de las estrellas moribundas. Este proceso se denomina nucleosíntesis de supernova. Otro tipo de nucleosíntesis es la nucleosíntesis estelar, que abarca todos los núcleos que se forman en una estrella en cualquier etapa de su vida. De hecho, la mayoría de los elementos se forman debido a una reacción o interacción en la que intervienen las estrellas. Consulta la versión de la tabla periódica que aparece a continuación para conocer los elementos y dónde pueden formarse.

  Una versión de la tabla periódica, indicando el origen principal de los elementos que se encuentran en la Tierra, Por Cmglee - Obra propia, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=31761437

Movimiento Orbital, Satélites Naturales y Artificiales

Las empresas y los países invierten mucho tiempo, mano de obra y dinero en enviar satélites al espacio para realizar diversas tareas. Algunos satélites se utilizan para la navegación global, como las constelaciones GPS o GLONASS. Otros satélites se utilizan para conexiones a Internet por satélite, como la constelación Starlink de SpaceX. Lo importante es que a cada uno de estos satélites se le ha calculado su velocidad orbital en un momento u otro de su vida. Queremos conocer la velocidad orbital de un satélite para asegurarnos de que permanece en órbita.

Si la velocidad orbital de algún satélite cayera alguna vez por debajo de la velocidad mínima para orbitar la Tierra, los ingenieros querrían saber inmediatamente por qué ha ocurrido, así como encontrar la forma de solucionarlo. Como es muy probable que directa o indirectamente utilices al menos uno de estos satélites al día, calcular la velocidad orbital es una parte cotidiana de la vida que quizá nunca te hayas planteado, y esencial para el mundo moderno.

• La fuerza que hace que los objetos mantengan órbitas circulares es la gravedad. Todos los objetos del universo ejercen una atracción gravitatoria; sin embargo, es probable que no sientas la atracción gravitatoria de las personas o de otros objetos relativamente pequeños, porque en realidad sólo ejerce una atracción perceptible cuando el objeto tiene una masa muy grande, como un planeta.

• No sólo todos los objetos del espacio ejercen una atracción gravitatoria, sino que también tienen un movimiento orbital que define cómo se mueve el objeto por el espacio. En una órbita circular, la velocidad de la órbita es constante, pero la velocidad cambia constantemente. Recuerda que la velocidad es la rapidez de un objeto en una dirección determinada. En el diagrama siguiente, la velocidad del planeta no cambia, pero observa que la velocidad cambia entre el lugar 1 y el lugar 2 debido al cambio en la dirección del movimiento del objeto cuando se desplaza del lugar 1 al lugar 2.

  Diagrama que muestra los vectores de velocidad y fuerza de un objeto que orbita en movimiento circular alrededor de un cuerpo más masivo. Originales de StudySmarter

Desplazamiento al rojo

Existen algunas teorías que exploran cómo surgió nuestro universo. Estas teorías se basan en las observaciones que han realizado los astrónomos y en conceptos como el desplazamiento al rojo y la energía oscura. Como parte del tema del desplazamiento al rojo, también exploraremos y explicaremos la teoría del big bang.

• El desplazamiento al rojo es el fenómeno por el que la luz que observamos procedente de galaxias lejanas es "más roja" cuando llega a la Tierra que cuando fue emitida originalmente por una galaxia. La longitud de onda de la luz se desplaza hacia el extremo rojo del espectro visible. Una fuente de desplazamiento hacia el rojo es la expansión del universo. La expansión del espacio hace que las galaxias que están más lejos de nosotros se alejen más rápidamente. Las ondas luminosas emitidas por las galaxias más lejanas y que se mueven relativamente más deprisa se desplazan hacia el rojo más que las galaxias más cercanas y lentas. Cuanto más se desplaza al rojo la luz de una galaxia, más rápido se aleja de nosotros.
• El hecho de que podamos observar el desplazamiento al rojo es una prueba que apoya la teoría del big bang. La teoría del big bang sugiere que el universo comenzó como una región muy pequeña, extremadamente caliente y densamente poblada. Esta teoría está respaldada además por el hecho de que el universo parece estar en expansión, y hemos observado esta expansión gracias al desplazamiento al rojo.
• Todavía hay más cosas sobre el universo que desconocemos. Dos ejemplos de ello son la energía oscura y la materia oscura.

• Los científicos no están completamente seguros de por qué aumenta el ritmo de expansión de nuestro universo, sin embargo, algunos han teorizado que se debe a un fenómeno que aún no hemos descubierto del todo llamado energía oscura.

• Lamateria oscura se teorizó a partir de observaciones de galaxias que giraban demasiado deprisa para la masa que contenían. Sólo sabemos de su existencia porque ejerce un efecto gravitatorio sobre los objetos cercanos, pero nunca la hemos observado directamente.