CURSO: Vida en el Universo desde la Ciencia - Universidad de Chile

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CURSO: Vida en el Universo desde la Ciencia - Universidad de Chile

CURSO: Vida en el Universo

desde la Ciencia

PROFESORES

Dr Luis Campusano, Dpt

Astronomia

Dr Jaime Campos, Dpt

Geofisica

Dr Tito Ureta, Dpt Biologia

Dr Ricardo Cabrera, Dpt

Biologia

+ Estudiantes de Postgrado

UNIVERSIDAD DE CHILE

Ref.: The Search for Life in the Universe,

Goldsmith & Owen,3rd ed. 2002, U. Science

Books)

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 1 SESION II


Metodo: aprendisaje activo

Requiere al menos 50% asistencia para derecho a

Examen

Ensayos, tareas, investigaciones

Uso de los sitios Web indicados

Analisis de noticias sobre Astrobiologia en el Semestre

Controles de conceptos claves del curso.

Ayudantes son estudiantes de Postgrado. Interaccion con

ellos.

Los estudiantes podran proponer temas de investigacion,

formaran grupos de trabajo, y podran participar en

organizar Foro Final.

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 2 SESION II


Tiempo Cosmico en 1 año

ANUNCIOS

Sesion 3: Dr. Campos “Planeta Tierra como

sistema que incluye la Vida” (2 Abril)

Entrega Ejercicio #1: 2 Abril (ver sitio Web);

Primer Control: 7 de Mayo

DERECHO a Examen: al menos 50% de

asistencia.

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 3 SESION II


La Astrobiologia (exobiologia)

y sus preguntas

Estudio interdisciplinario de la vida en el Universo, combinando aspectos de

astronomia, biologia y geologia. Focalizado en el origen, distribucion y

evolucion de la vida.

Que es la vida?

Como se origino la vida en la Tierra?

Existe Vida fuera de la Tierra? Estara basada en Carbono/DNA?

En el Sistema Solar o en torno a otras estrellas?

Cuan probable es la emergencia de vida inteligente?

Cuales son las implicancias para la civilizacion?

Este estudio impacta a todas las areas del conocimiento

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 4 SESION II


Escala de Tiempo

de la historia de la

Tierra y de la Via

Lactea

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 5 SESION II


Eras, periodos, y

epocas de la

historia de la

Tierra

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 6 SESION II


Las masas

continentales en los

ultimos 500 Myr. Se

indican losperiodos de

la Tierra y el tiempo

crece desde el

extremo inf. izq.

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 7 SESION II


Biologia terrestre basada

en el Carbono: diversidad

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 8 SESION II


Simil de Maquina del Tiempo

La realizacion de observaciones astronomicas

proveen visiones del pasado, esto debido a la

velocida finita de la luz.

Si una galaxias esta a una distancia de 1 millon de

años-luz, entonces la luz que vemos partio hace 1

millon de años y nos muestra como era entonces.

Edwin Hubble grafico las distancias a varias galaxias,

que calculo usando las estrellas (variables) de tipo

Cefeida, vs. las velocidades respectivas a las cuales

se alejan estas galaxias, descubriendo que a mayor

distancia mayor es la velocidad de recesion. A esta

relacion, fundamental para la interpretacion de un

Universo en expansion, se le llama Ley de Hubble.

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 9 SESION II


Usando datos modernos,

se encuentra que Hubble

sobreestimo el valor de

H 0 en un factor 10!

Hubble Law

Hubble encontro un

valor de la pendiente de

H o = 558 km s -1 Mpc -1

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 10 SESION II


Hubble Law

v = H o d = cz where

v = velocity from spectral line measurements

d = distance to object

H o = Hubble constant in km s -1 Mpc -1

z is the redshift

Space between

the galaxies

expands while

galaxies stay the

same size

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 11 SESION II


Measuring Distance and Time

If the Universe expands at a constant rate

v = H od and d= vt

Solving for t, we find the age of the

Universe:

t = 1/H o = 9.78 x 10 9 y h -1

where h = H o/(100 km s -1 Mpc -1 )

Current value for H o is 70 km s -1 Mpc -1

So the age of the Universe is ~14 x 10 9 y

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 12 SESION II


Efecto Doppler para la Luz

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 13 SESION II


La analogia de un globo en

expansion: imagine un universo

de 2-dim en vez de 3-dim

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 14 SESION II


Big Bang inflation

Looking back through

space and time

LISA, GLAST

matter/radiation

decoupling

MAP, Planck

microwave

background

JWST, FIRST

first stars,

galaxies,

and

black holes

Early Universe Gap First Stars Gap

Constellation-X

clusters and

groups of

galaxies

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 15 SESION II


Datos sobre el Universo y

su relacion con la Vida

El Universo comenzo en el “Big Bang”

El Universo es en terminos geometricos, plano (Euclideano).

La composicion primordial del Universo es Hidrogeno y Helio (H ~

76%; He ~ 24%)

La vida no puede provenir de la materia primordial

El Universo esta en expansion. Su edad es de 14 mil millones de

años

Se verifica la ley de Hubble, que relaciona la velocidad de recesion

de la galaxia, v, con su distancia, d

v = H o d

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 16 SESION II


Origen y historia temprana

del Sistema Solar

Luis Campusano

Departamento de Astronomia

UNIVERSIDAD DE CHILE

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 17 SESION II


Temario

El Sistema Solar. Definicion.

Su tamaño en contexto.

Regularidades del sistema solar

Planetas Terrestres y Jovianos.

Datos basicos de los “planetas”. Definiciones.

Asteroides, cometas, meteoroides. Distribucion.

Origen del Sistema Solar.Composicion quimica.

Formacion de la Luna. Exploracion Humana.

Impactos en planetas terrestres

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 18 SESION II


Definicion del Sistema Solar

El Sistema Solar consiste en una estrella central, llamada el Sol, 8 planetas,

varios planetas enanos, docenas de lunas o satelites, millones de asteroides

y objetos Trans-Neptunianos (TN’s), y una multiplicidad de cometas y

meteoroides. En 2006 la UAI (Union Astronomica Internacional) definio 3

categorias de cuerpos.

(1) Un planeta es un cuerpo que: (a) esta en orbita alrededor del Sol;(b) tiene

suficiente masa para vencer las fuerzas de un solido rigido de modo que

adopta la forma (casi esferica) del equilibrio hidrostatico, y (c ) ha “limpiado”

el espacio donde orbita.

(2) Un planeta enano o planetoide es un cuerpo que: (a) esta en orbita

alrededor del Sol; (b) tiene suficiente masa para vencer las fuerzas de un

solido rigido de modo que adopta la forma (casi esferica) del equilibrio

hidrostatico; (c ) no ha “limpiado” el espacio donde orbita, y (d) no es un

satelite.

(3) Todos los otros objetos orbitando el Sol se les llamara colectivamente

Cuerpor Menores del Sistema Solar. Estos incluyen la mayoria de los

asteroides, objetos TN’s, cometas, y otros cuerpos pequeños.

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 19 SESION II


El Sistema solar en contexto (1)

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 20 SESION II


El Sistema solar en contexto (2)

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 21 SESION II


El Sistema solar en contexto (3)

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 22 SESION II


Muestra de moleculas encontradas

en espacio interestelar

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 23 SESION II


El Sol como una estrella

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 24 SESION II


El Sol como una estrella (exps 4,6,8)

La distancia promedio Tierra-Sol

es la Unidad Astronomica (1 UA=

149,60 millones de kilometros).

Nuestra galaxia (Via Lactea, VL)

posee unas 300 mil millones de

estrellas. El Sol orbita en torno

del centro de la VL (a 28.000

años-luz), siendo su periodo de

240 millones de años. La estrella

mas cercana al Sol es “Alfa Cen

C”, a 4,24 años-luz. Un año-luz son

9,461 millones de millones de kilometros.

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 25 SESION II


El Sol

Su radio es 108 R_T y su masa es 330 mil

M_T. Temperatura superficial de 6.100 C. Es

enteramente gaseoso y su temperatura

aumenta hacia interior.

Su composicion quimica es de 98% hidrogeno

y helio, 2% de otros elementos (por masa).

La fuente de energia del Sol es la fusion

nuclear en su centro del Hidrogeno en Helio

Cada segundo, la fusion transforma unos 600

millones de toneladas de hidrogeno en 596

millones de toneladas de helio.

Los 4 millones de toneladas “restantes” se

transforman energia segun la famosa

ecuacion de Einstein E= m c 2 .

Durante unos 5 mil millones de a~nos el Sol

ha brillado, y lo continuara haciendo por una

lapso similar. Que pasara despues?

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 26 SESION II


Composicion quimica en distintos

medios: sacar conclusiones!

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 27 SESION II


El Sol: una estrella de la Via Lactea

(~300 mil millones de estrellas)

Los planetas se

formaron poco

despues de la

formacion del Sol, en

un lapso no mayor a

100 millones de años.

La edad de los

meteoritos mas

antiguos y de los

planetas es de ~4.600

millones de años.

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 28 SESION II


Tabla de Datos del Sistema Solar

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 29 SESION II


Terrestres (4):

Mercurio, Venus,

La Tierra, Marte.

Jovianos (4):

Jupiter, Sturno,

Urano, Neptuno.

Planetas Terrestres y Jovianos

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 30 SESION II


Regularidades del Sistema Solar

Las orbitas planetarias son caso coplanares y tambien

paralelas al ecuador solar.

Las orbitas son casi circulares.

Los planetas orbitan alrededor del Sol (traslacion) en la

misma direccion que la rotacion solar

Los planetas rotan en torno de su eje en la misma

direccion que su traslacion (excepto Venus, Urano).

Los planetas tienen el 98% del momento angular, pero

solo el 0,15 % de la masa del Sistema Solar.

Los planetas terrestres y los gigantes, tienen diferentes

caracteristicas fisicas y quimicas.

Las distancias planetarias obedecen la “ley empirica”

de Titius-Bode (a= 0.4 + 0.3 x 2 n ;n=-∞,0,1,2,…)

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 31 SESION II


Mercurio (ver Tabla)

Mercurio es el planeta mas cercano al Sol y a su vez el

mas pequeño. Composicion: rocas y metales.

Mercurio y la Luna no cuentan con agua liquida, con

atmosferas protectoras, y campos magneticos, luego

estan sometidos a “bombardeos” en particular de la

radiacion solar ultravioleta. Moleculas simples no

sobrevivirian en estos ambientes hostiles.

Mercurio tiene periodos de rotacion y traslacion de 58,6

y 87,9 dias, respectivamente.

Los dias (y noches) de Mercurio duran cerca de 3

meses terrestres. Temperaturas de 425 C en durante el

dia, y de -150 C en las noches.

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 32 SESION II


Venus (ver Tabla)

Su masa es de 0,82 M_T, T_superficial~470 C.

Composicion de rocas y metales. Superficie y

geologia distinta a la de la Tierra.

Venus tiene una densa atmosfera “protectora”,

seca, altisima temperatura. Solo con naves

espaciales se ha podido estudiar.

Rota muy lentamente y en direccion

“retrograda”.

Su superficie posee montañas y valles, crateres.

Posible actividad volcanica en el pasado.

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 33 SESION II


Marte (ver Tabla)

Radio de 0,53 R_T, y masa de 0,11 M_T

Tiene 2 pequeñas lunas, Phobos y

Deimos, no esfericas.

Composicion: rocas y metales

Temperatura superficial promedio ~- 50

C

El Mars Global Surveyor (NASA)

confirmo en 1997 que Marte posee un

debil campo magnetico, probablemente

un remanente de un campo magnetico

temprano.

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 34 SESION II


Jupiter (ver Tabla)

d= 5,2 UA

R= 11.2 R_T

Masa= 318 M_T

Lunas: al menos

63

Composicion:

hidrogeno y helio

Temp nubes

superiores: -

150 C

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 35 SESION II


Saturno (ver Tabla)

R= 9.4 R_T y masa M= 95.2 M_T

Composicion H y He

Temp nubes superiores -175 C

Lunas: al menos 47

La luna mas fascinante es Titan, mas grande

que Mercurio y con una densa atmosfera.

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 36 SESION II


Pluton (planeta enano)

Pluton era considerado el prototipo

de la familia de cuerpos “de hielos”

que orbitan en torno al Sol en los

bordes del sistema solar. El

“estatus” de Pluton debio

clarificarse al descubrirse grandes

cuerpos orbitando mas alla de la

orbita de Neptuno.

Su radio es de 2.300 kms. Posee al

menos 3 lunas (Charon, Nix y

Hydra).

2/3 de su masa esta compuesta de

rocas. Posse una fina atmosfera de

metano.

Se estima que hay ~50 planetas

enanos mas por descubrir.

Se muestra imagen de Pluton

tomada con telescopio Hubble.

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 37 SESION II


Asteroides

Grupo grande y disperso de

cuerpos que orbitan en torno

del Sol.

El principal cinturon de

asteroides esta entre Marte y

Jupiter (2,2-3,3 UA).

Diametros entre 100’s de mts y

100’s de kms

Su estructura y composicion

varia entre hielos-cometa, a

rocosos y cuerpos solidos.

Las orbitas de algunos (


Asteroides

Se estima que colisiones que ocasionan

catastrofes globales en la Tierra ocurren

cada 1 millon de años.

(Izq) Close-up de asteroide Eros, por

nave que se acerco a 200 kms de el. La

distancia minima entre Eros y la Tierra

alcanza solo 20 millones de kms!

En 2006, se conocian 140.000

asteroides. Se estima que hay mas de 1

millon (tamaño > 1 km) en el SS.

Las naves muestran que sus superficies

son irregulares, con crateres de

impactos, y polvo de roca pulverizada.

En 1992 se descubrio en primer objeto

TN; hoy se conocen ~1000.

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 39 SESION II


Meteoroides, meteoros,

meteoritos

Meteoroides son cuerpos solidos mas

peque~nos que los asteroides.

Cuando entra a la atmosfera

terrestre, se aprecia un fenomeno

optico, llamado meteoro.

La mayoria se extingue a 100 km. Los

mas grandes caen a la Tierra, los

meteoritos.

Los metoroides: 1/3 son rocosos. 1/3

contiene rocas ricas en carbono. 1/3

incluye material cometario.

Existen meteoroides en zonas de

orbitas de cometas, luego al menos

algunos son de origen cometario.

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 40 SESION II


Cometas

Son aglomerados de hielo,

nieve, y polvo; sus tama~nos


Cinturon de Kuiper y Nube de Oort:

fuentes de cometas

Kuiper sugirio (1950) que

material similar al de los

cometas existe mas alla de la

orbita de Neptuno. Seria la

fuente de cometas con periodos

menores a 200 años.

Como una fuente adicional de

cometas, a la mas distante

Nube de Oort (50.000 UA). Una

pequeña fraccion tiene orbitas

muy elipticas que los llevan

cerca del Sol.

Representa material de la

epoca de formacion del SS.

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 42 SESION II


Choque entre cometas y planetas

Un ejemplo espectacular lo

constituyo el Cometa Shoemaker-

Levy 9. La foto, tomada con el

telescopio espacial Hubble cinco

meses antes de su colision con

Jupiter, lo muestra ya fragmentado.

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 43 SESION II


Asteroides y cometas: claves sobre

la formacion del sistema planetario

Los asteroides y cometas parecieran ser solo “basura”

constotuida como rocas o hielos, sin embargo, mas que

los planetas mismos, constituyen un registro de la etapa

de formacion del sistema planetario. Muchos de ellos

estan aproximadamente pristinos, es decir casi sin cambio

desde la etapa de formacion.

La mayoria de los meteoritos tienen edades entre 4.000 y

4.400 millones de años.

Los meteoritos primarios, es decir los primero formados,

tienen edades de alrededor de 4.600 millones de años.

Son remanentes del nacimiento de nuestro sistema solar,

que han permanecido esencialmente inalterados desde

que se formaron en la nebulosa solar original.

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 44 SESION II


Polvo interplanetario y

Viento Solar

Se puede observar el polvo interplanetario, particulas peque~nas

que reflejan la luz solar. El tama~no de las particulas es de 10-

100 micrones. Luz Zodiacal y Gegenschein). 1 micron= 10 -6 mts.

“Vientos” de particulas elementales llegan continuamente hasta

done orbita la Tierra, que son orignados tanto en el Sol como

fuera del sistema solar. Si llegan mayoritariamente o no a la

superficie de un planeta, depende de la presencia de un campo

magnetico intenso. Se estima pues, que los campos magneticos

son relevantes para el surgimiento y evolucion de la vida.

Viento solar: El Sol emite continuamente particulas cargadas,

principalmente protones, electrones y nucleos de He. Este

“bombardeo” es relevante para la evolucion de las especies.

Las particulas cargadas que provienen fuera del sistema solar se

les llama Rayos Cosmicos.

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 45 SESION II


Origen del Sistema Solar

(a) Una gran nube en rotacion, de masa de

3 a 4 masas solares, comienza a

condensarse.

(b) La parte mas interior se condensa mas

rapidamente y se forma un disco de gas y

polvo alrededor del protosol.

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 46 SESION II


Origen del Sistema Solar

(c )La particulas de polvo en el disco chocan

entre si formando particulas mas grandes y

evolucionando rapidamente hacia un plano unico.

(d) Las particulas se aglomeran formando

planetesimales que eran del tama~no de los

asteroides actuales.

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 47 SESION II


Origen del Sistema Solar

(e)Estas aglomeraciones interactuaron,

formando cuerpos de tama~nos planetarios.

(f) Estos cuerps comenzaron a capturar gas y

polvo del material nebular circundante.

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 48 SESION II


Origen del Sistema Solar

El intenso viento solar “soplo” el gas y polvo

restante.

La formacion primaria de los planetas se ha

completado.

Se explican la mayoria de las regularidades

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 49 SESION II


Origen de la Luna

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 50 SESION II


La Luna actual

Debido a que la Luna (por su

masa importante) estabiliza la

inclinacion del eje de rotacion

de Tierra, y produce mareas

que afectarian la concentracion

y complejidad de los

compuestos organicos en

medios acuosos, se estima que

podria haber favorecido el

surgimiento de la vida. No se

puede concluir, eso si, que una

Luna masiva es esencial para el

desarrollo de vida.

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 51 SESION II


Visitas humanas a Luna

Las exploraciones de la Luna en

el periodo 1969-1972 permitieron

responder preguntas sobre el

origen de la Luna, vida en su

subsuelo, estudio de rocas,

presencia de elementos volatiles.

La edad de las rocas lunares mas

antiguas es de ~4.500 millones

de años. Compare con la edad de

las rocas terrestres mas antiguas

y comente el porque de la

diferencia.

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 52 SESION II


Evolucion de planetas terrestres

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 53 SESION II


Los primeros 100

Myr del periodo

arcaico (der), y

evolucion de la

Tierra entre 4000 y

2500 Myr atras (izq)

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 54 SESION II


FIN SESION 2

(TODO esto es parte de los

conceptos para Control 1)

CFG, Semestre Otoño, 2008 Vida en el Universo desde la Ciencia 55 SESION II

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