1.6: Un recorrido por el universo
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Ahora podemos hacer un breve recorrido introductorio por el universo tal y como los astrónomos lo entienden hoy para conocer los tipos de objetos y distancias que encontrarás a lo largo del texto. Comenzamos en casa con la Tierra, un planeta casi esférico de unos 13,000 kilómetros de diámetro (Figura\(\PageIndex{1}\)). Un viajero espacial que ingrese a nuestro sistema planetario distinguiría fácilmente a la Tierra de los otros planetas de nuestro sistema solar por la gran cantidad de agua líquida que cubre unas dos terceras partes de su corteza. Si la viajera tuviera equipo para recibir señales de radio o televisión, o se acercara lo suficiente como para ver las luces de nuestras ciudades por la noche, pronto encontraría señales de que este planeta acuoso tiene vida sensible.
Nuestro vecino astronómico más cercano es el satélite de la Tierra, comúnmente llamado la Luna. La figura\(\PageIndex{2}\) muestra la Tierra y la Luna dibujadas a escala en el mismo diagrama. Observe lo pequeños que tenemos que hacer estos cuerpos para que encajen en la página con la escala correcta. La distancia de la Luna a la Tierra es de aproximadamente 30 veces el diámetro de la Tierra, o aproximadamente 384,000 kilómetros, y la Luna tarda aproximadamente un mes en girar alrededor de la Tierra. El diámetro de la Luna es de 3476 kilómetros, aproximadamente una cuarta parte del tamaño de la Tierra.
La luz (u ondas de radio) tarda 1.3 segundos en viajar entre la Tierra y la Luna. Si has visto videos de los vuelos de Apolo a la Luna, tal vez recuerdes que hubo un retraso de unos 3 segundos entre el momento en que Mission Control hizo una pregunta y el momento en que respondieron los astronautas. Esto no fue porque los astrónomos pensaran lentamente, sino porque las ondas de radio tardaron casi 3 segundos en hacer el viaje de ida y vuelta.
La Tierra gira alrededor de nuestra estrella, el Sol, que está a unos 150 millones de kilómetros de distancia, aproximadamente 400 veces más lejos de nosotros que la Luna. Llamamos a la distancia promedio Tierra-Sol una unidad astronómica (AU) porque, en los primeros días de la astronomía, era el estándar de medición más importante. La luz tarda un poco más de 8 minutos en recorrer 1 unidad astronómica, lo que significa que las últimas noticias que recibimos del Sol siempre tienen 8 minutos de antigüedad. El diámetro del Sol es de aproximadamente 1.5 millones de kilómetros; la Tierra podría caber cómodamente dentro de una de las erupciones menores que ocurre en la superficie de nuestra estrella. Si el Sol se redujera al tamaño de una básquetbol, la Tierra sería una pequeña semilla de manzana a unos 30 metros de la pelota.
La Tierra tarda 1 año (\(3 × 10^7\, seconds\)) en dar la vuelta al Sol a nuestra distancia; para hacerlo alrededor, debemos recorrer aproximadamente a 110.000 kilómetros por hora. (Si tú, como muchos estudiantes, aún prefieres millas a kilómetros, podrías encontrar útil el siguiente truco. Para convertir kilómetros a millas, solo multiplica kilómetros por 0.6. Así, 110.000 kilómetros por hora se convierten en 66,000 millas por hora.) Debido a que la gravedad nos sostiene firmemente a la Tierra y no hay resistencia al movimiento de la Tierra en el vacío del espacio, participamos en este viaje extremadamente rápido sin ser conscientes de ello día a día.
La Tierra es sólo uno de los ocho planetas que giran alrededor del Sol. Estos planetas, junto con sus lunas y enjambres de cuerpos más pequeños como los planetas enanos, conforman el sistema solar (Figura\(\PageIndex{3}\)). Un planeta se define como un cuerpo de tamaño significativo que orbita una estrella y no produce su propia luz. (Si un cuerpo grande produce constantemente su propia luz, entonces se le llama estrella). Más adelante en el libro esta definición se modificará un poco, pero está perfectamente bien por ahora al comenzar su viaje.
El Sol es nuestra estrella local, y todas las demás estrellas también son enormes bolas de gas resplandeciente que generan grandes cantidades de energía por reacciones nucleares en lo profundo de su interior. Discutiremos los procesos que hacen que las estrellas brillen con más detalle más adelante en el libro. Las otras estrellas se ven débiles sólo porque están muy lejos. Si continuamos con nuestra analogía del basquetbol, Próxima Centauri, la estrella más cercana más allá del Sol, que está a 4.3 años luz de distancia, estaría a casi 7000 kilómetros del basquetbol.
Cuando miras un cielo lleno de estrellas en una noche clara, todas las estrellas visibles a simple vista forman parte de una sola colección de estrellas que llamamos la Vía Láctea, o simplemente la Galaxia. (Al referirnos a la Vía Láctea, capitalizamos Galaxia; cuando hablamos de otras galaxias de estrellas, usamos galaxia minúscula.) El Sol es uno de los cientos de miles de millones de estrellas que conforman la Galaxia; su extensión, como veremos, tambalea la imaginación humana. Dentro de una esfera de 10 años luz de radio centrada en el Sol, encontramos aproximadamente diez estrellas. Dentro de una esfera de 100 años luz de radio, hay aproximadamente 10,000 (104) estrellas —demasiadas para contarlas o nombrarlas— pero todavía hemos atravesado solo una pequeña parte de la Vía Láctea. Dentro de una esfera de 1000 años luz, encontramos unos diez millones (107) de estrellas; dentro de una esfera de 100.000 años luz, finalmente abarcamos toda la Vía Láctea.
Nuestra Galaxia parece un disco gigante con una pequeña bola en el medio. Si pudiéramos movernos fuera de nuestra Galaxia y mirar hacia abajo en el disco de la Vía Láctea desde arriba, probablemente se asemejaría a la galaxia en Figura\(\PageIndex{5}\), con su estructura espiral delineada por la luz azul de estrellas adolescentes calientes.
El Sol está algo menos de 30 mil años luz del centro de la Galaxia, en un lugar sin mucho que distinguirlo. Desde nuestra posición dentro de la Vía Láctea, no podemos ver a través de su borde lejano (al menos no con luz ordinaria) porque el espacio entre las estrellas no está completamente vacío. Contiene una distribución dispersa de gas (principalmente el elemento más simple, hidrógeno) entremezclado con diminutas partículas sólidas que llamamos polvo interestelar. Este gas y polvo se recogen en enormes nubes en muchos lugares de la Galaxia, convirtiéndose en la materia prima para las futuras generaciones de estrellas. La figura\(\PageIndex{5}\) muestra una imagen del disco de la Galaxia visto desde nuestro punto de vista.
Por lo general, el material interestelar es tan extremadamente escaso que el espacio entre las estrellas es un vacío mucho mejor que cualquier cosa que podamos producir en los laboratorios terrestres. Sin embargo, el polvo en el espacio, que se acumula a lo largo de miles de años luz, puede bloquear la luz de estrellas más distantes. Al igual que los edificios distantes que desaparecen de nuestra vista en un día de niebla en Los Ángeles, las regiones más distantes de la Vía Láctea no se pueden ver detrás de las capas de smog interestelar. Por suerte, los astrónomos han encontrado que las estrellas y la materia prima brillan con diversas formas de luz, algunas de las cuales sí penetran en el smog, y así hemos podido desarrollar un mapa bastante bueno de la Galaxia.
Observaciones recientes, sin embargo, también han revelado un hecho bastante sorprendente e inquietante. Parece haber más —mucho más— en la Galaxia de lo que parece (o el telescopio). De diversas investigaciones, tenemos evidencia de que gran parte de nuestra Galaxia está hecha de material que actualmente no podemos observar directamente con nuestros instrumentos. Por lo tanto, llamamos a este componente de la Galaxia materia oscura. Sabemos que la materia oscura está ahí por el tirón que ejerce su gravedad sobre las estrellas y la materia prima que podemos observar, pero de qué está hecha esta materia oscura y cuánto de ella existe sigue siendo un misterio. Además, esta materia oscura no se limita a nuestra Galaxia; también parece ser una parte importante de otras agrupaciones estelares.
Por cierto, no todas las estrellas viven solas, como lo hace el Sol. Muchos nacen en sistemas dobles o triples con dos, tres o más estrellas girando una sobre la otra. Debido a que las estrellas se influyen entre sí en sistemas tan cercanos, múltiples estrellas nos permiten medir características que no podemos discernir al observar estrellas individuales. En varios lugares, se han formado suficientes estrellas juntas que las reconocimos como cúmulos estelares (Figura\(\PageIndex{6}\)). Algunos de los cúmulos estelares más grandes que los astrónomos han catalogado contienen cientos de miles de estrellas y ocupan volúmenes de espacio a cientos de años luz de diámetro.
Es posible que oigas estrellas denominadas “eternas”, pero de hecho ninguna estrella puede durar para siempre. Dado que el “negocio” de las estrellas es hacer energía, y la producción de energía requiere algún tipo de combustible para agotarse, eventualmente todas las estrellas se quedan sin combustible. Esta noticia no debería hacer que entre en pánico, sin embargo, porque nuestro Sol aún tiene al menos 5 o 6 mil millones de años para ir. En definitiva, el Sol y todas las estrellas morirán, y es en su agonía mortal donde se revelan algunos de los procesos más intrigantes e importantes del universo. Por ejemplo, ahora sabemos que muchos de los átomos en nuestros cuerpos alguna vez estuvieron dentro de las estrellas. Estas estrellas explotaron al final de sus vidas, reciclando su material de nuevo en el embalse de la Galaxia. En este sentido, todos estamos hechos literalmente de “polvo estelar” reciclado.