El Universo En Expansión — Mario Hamuy / The Expanding Universe by Mario Hamuy (spanish book edition)

Un gran acierto este breve libro. Describe con claridad y sin ecuaciones o conceptos profundos los principales conceptos y teorías de nuestro universo observable.

El universo es la totalidad de lo que existe. Esta definición nos permite afirmar que no existe un «afuera» del universo. Veremos más adelante, sin embargo, que en los últimos años se ha tornado muy popular la idea de que la naturaleza haya formado un sinnúmero de universos paralelos. Hasta ahora no hemos encontrado ninguna evidencia científica que apoye esta teoría, por lo que aún se encuentra en el plano de la especulación. Pero, si algún día lográramos demostrar la existencia de otros universos, estos pasarían a ser parte de un universo mucho más grande que el que hoy conocemos.
En el sistema solar hay, además del nuestro, cuatro planetas de composición rocosa cercanos al Sol: Mercurio, Venus, la Tierra y Marte. A estos se les denomina colectivamente como «planetas terrestres». Ni Mercurio ni Venus tienen satélites, pero Marte posee dos pequeñas lunas con forma de papas.
Lejanos al Sol se encuentran los cuatro planetas gaseosos: Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno, denominados «planetas jovianos», los cuales tienen satélites naturales en gran número. Esto porque son objetos mucho más masivos que los planetas terrestres y tuvieron la capacidad de atraer material disponible a su alrededor y, de esta forma, pudieron formar lunas alrededor de ellos cuando se construía el sistema solar.
La hipótesis general es que la Luna no resultó del poder de atracción de la Tierra, sino que se formó en las etapas tempranas del sistema solar como resultado de la colisión de la Tierra con otro planeta de tamaño similar a Marte. El choque habría expulsado material al espacio, que habría quedado orbitando en torno a nuestro planeta para luego concentrarse y formar la Luna. Prueba de lo anterior es que la composición mineral de la Luna se asemeja bastante a la de la corteza terrestre.
Por esta razón, a menudo se considera que la Tierra y la Luna son planetas compañeros, y que ambos constituyen un sistema planetario doble.
De cualquier modo, nuestra compañera, la Luna, se encuentra a una distancia media de 384.000 kilómetros.
“ÇEl Sol es nuestra principal estrella. Es una más entre miles de millones, pero es la más cercana a la Tierra y a ella le debemos, gracias a su energía, el fenómeno de la vida. Sus 1,4 millones de kilómetros de diámetro corresponden a cerca de 4,7 segundos luz. Es 109 veces mayor que la Tierra, lo que nos indica que se trata del mayor cuerpo celeste del sistema solar.
Con más del 99,8 por ciento de toda la masa que compone el sistema solar, el Sol es el rector indiscutido en este rincón del universo. Ha brillado por 4.500 millones de años —el último tercio de la historia del universo— debido a la energía nuclear que emana de su corazón, que late a 16 millones de grados Celsius y que se transporta en forma de partículas de luz conocidas como «fotones».
Cada fotón creado en el centro del Sol debe atravesar una gruesa manta de gas antes de poder emerger al espacio. El fotón choca frecuentemente con los átomos de la envoltura y es desviado en su intento por viajar en línea recta. Cada paso, menor a un milímetro, implica un tortuoso y continuo zigzagueo.

Los astros varían mucho en sus características: sus tamaños pueden ser, por ejemplo, de solo 10 kilómetros de diámetro y hasta 500 veces el tamaño solar; las masas pueden variar entre 0,1 y 100 veces con respecto al Sol y lo mismo ocurre con sus temperaturas superficiales, que van desde los 3.000 a los 50.000 grados Celsius. Algunas estrellas acaban de nacer y otras han vivido desde los orígenes del universo.
Desde distintos puntos de vista, el Sol es una estrella de clase media, ni muy grande ni muy chica, ni muy fría ni muy caliente, de color amarillo, ni muy vieja ni muy joven.
Así como ocurre en el centro del Sol, los astros alcanzan temperaturas de millones de grados Celsius en sus interiores. Producto de aquello, las estrellas generan energía y, de forma gradual, fabrican nuevos elementos. Es la manera en que surge, por ejemplo, el oxígeno que respiramos.
Las estrellas sirven, en este sentido, como fábricas de elementos químicos y de energía. En otras palabras, sustentan la vida en el universo.
El universo era opaco antes del amanecer, por lo que el fondo de radiación cósmico es lo más lejano que podemos observar en el universo. Es un velo natural y, aunque agrandemos nuestros telescopios, no podremos ver más allá. El hito corresponde al momento en que el universo estaba emergiendo de una etapa embrionaria desde su útero cósmico. Como no tenemos la posibilidad de tomar una ecografía de esta etapa, la única manera que tenemos hoy para indagar sobre la fecundación del universo es estudiando en gran detalle la superficie de esta nube. Por esta razón es que persiste nuestro afán por obtener imágenes del fondo de radiación cósmico que sean cada vez más precisas y con mayor definición, ya que esta luz en forma de microondas nos deparará valiosísima información sobre el origen del universo, nuestros propios orígenes.

El sistema solar es un ejemplo vivo de un universo dinámico. Planetas y asteroides giran en torno al Sol en órbitas que generalmente son bastante circulares. Los objetos más cercanos deben moverse más rápido para sobrevivir a la mayor atracción de Sol. Por ejemplo, el planeta Mercurio completa una órbita en solo 88 días, mientras que Neptuno lo hace en 164 años.
El pacto de buena convivencia en el sistema solar a veces se vulnera, cuando los súbditos del Sol pasan muy cerca entre sí y sus órbitas cuasi circulares se modifican en intrépidas trayectorias ovaladas que pueden cruzar la de algún planeta con dramáticas consecuencias.
Las colisiones entre asteroides y planetas no solo ocurren en los estudios cinematográficos de Hollywood. Los cráteres en la superficie de la Luna son testimonios silentes de una violenta historia.
Un ejemplo reciente de una colisión en el sistema solar es aquella que ocurrió en 1994, cuando el cometa Shoemaker-Levy 9 se acercó demasiado al Sol y en esta arriesgada maniobra fue despedazado en nueve fragmentos que dieron forma a un maravilloso collar de perlas.

¿Cuál será el destino del universo? Esta es una de las principales preguntas que nos hacen a los astrónomos. La mayoría de las galaxias se irán alejando cada vez más rápido unas de otras. Llegará un momento en que las galaxias que hoy vemos se alejarán a mayor velocidad que la de la luz. Los fotones que de ellas emanen no podrán llegar a nosotros, ya que la distancia que nos separa aumentará más rápido que la luz avanzando hacia nosotros. Por lo tanto, las galaxias que hoy vemos irán gradualmente desapareciendo de nuestro horizonte, excepto aquellas más cercanas. La Vía Láctea y nuestra vecina Andrómeda lograrán vencer el efecto de la energía oscura y se unirán por su propia gravedad en unos 4.500 millones de años en el futuro. Ya se ha bautizado a esta supergalaxia como Lactómeda. Ese será nuestro universo observable: estrellas añosas que se irán apagando gradualmente hasta que el cielo se oscurezca por completo.

¿Hubo un principio en el tiempo? La respuesta a esta pregunta es diametralmente distinta según las teorías físicas a las que apelemos. Hoy existen dos teorías reconocidas que describen el universo, pero sus principios físicos no conversan bien y matemáticamente parecen ser incompatibles. Una de ellas es la Teoría de la Relatividad General, que explica la gravedad y el universo a grandes escalas, y la otra es la Mecánica Cuántica, que da cuenta de los fenómenos físicos que ocurren a escalas microscópicas.
Según la Teoría de la Relatividad General de Einstein, la expansión del universo no es la explosión de una granada en un espacio que existiera previamente, sino que es el espacio que se dilata y desdobla de sí mismo arrastrando consigo partículas, átomos y galaxias. La teoría de Einstein no requiere de espacio o tiempo fuera de los límites del universo. El espacio y el tiempo son parte del universo, por lo que no tiene sentido en esta teoría hablar de espacio o tiempo fuera de los límites espacio-temporales del universo. El espacio y el tiempo nacen de un punto infinitesimalmente pequeño, matemáticamente conocido como «singularidad». En la singularidad el tamaño del universo es cero, es decir no hay espacio ni tiempo. Irónicamente, la misma teoría de Einstein falla para explicar el inicio del universo y sepulta todo su poderío para predecir lo que pueda emanar de la singularidad.
Quizás la «teoría del todo» de la física no tenga una expresión matemática y nunca sea encontrada, en cuyo caso esto nos impondría un límite al entendimiento que la física pueda darnos de los primeros instantes del universo. Como vemos, la ciencia es una de las herramientas más poderosas que tenemos para entender la naturaleza, pero aún es incompleta y tiene sus propias limitaciones.
Pero seamos optimistas y supongamos que la curiosidad humana nos deparará en algún tiempo futuro la «teoría del todo».

¿Qúe es un eclipse solar? Para explicar este fenómeno necesitamos una representación compuesta por tres actores: el Sol, la Tierra y la Luna. Un eclipse solar ocurre cuando la Luna se interpone entre el Sol y la Tierra. Cuando esto sucede, la circunferencia de la Luna parece ocultar completa o parcialmente al Sol. ¿Por qué pasa esto? Si bien el astro rey es cuatrocientas veces más grande que la Luna, esta última se encuentra cuatrocientas veces más cerca de la Tierra y, por lo tanto, para quienes observamos este fenómeno, la Luna y el Sol parecieran ser del mismo tamaño.
Todos los meses la Luna se cruza, por así decirlo, entre el Sol y la Tierra. Esa es la fase que conocemos como «Luna nueva». Si la órbita de esta fuese perfectamente circular y estuviese en el mismo plano que la órbita de la Tierra, tendríamos un eclipse solar todos los meses. Sin embargo, la órbita de la Luna no está en el mismo plano que la órbita de la Tierra, y la alineación no siempre es perfecta, pero cuando efectivamente ocurre, entonces sucede un eclipse.
Se denomina eclipse total al momento en que la Luna tapa por completo al Sol, dejando ver su atmósfera como una corona ardiente. Los eclipses totales son poco frecuentes, porque la alineación entre los tres cuerpos celestes debe ser perfecta. La sombra de la totalidad mide unos pocos cientos de kilómetros y se desplaza muy rápido sobre la superficie de la Tierra, por lo tanto un eclipse total dura unos pocos minutos y es muy difícil de captar.
El eclipse anular, a su vez, ocurre cuando la Luna se encuentra un poco más lejos de la Tierra, debido a que su órbita no es, como hemos señalado, perfectamente circular. De allí que la Luna, al no poder cubrir el Sol por completo, ofrece un maravilloso anillo de fuego.
Para terminar, un eclipse parcial ocurre cuando la Luna no se alinea a la perfección con el Sol y se observa, por lo tanto, una parte del disco solar. Este fenómeno produce una sombra extendida sobre la superficie de la Tierra, con lo cual son mucho más frecuentes y pueden durar varias horas, pero a menudo pasan desapercibidas.

A great success this brief book. Describe clearly and without equations or deep concepts the main concepts and theories of our observable universe.

The universe is the totality of what exists. This definition allows us to affirm that there is no “outside” of the universe. We will see later, however, that in recent years the idea that nature has formed a number of parallel universes has become very popular. So far we have not found any scientific evidence to support this theory, so it is still in the plane of speculation. But, if one day we could prove the existence of other universes, they would become part of a much larger universe than we know today.
In the solar system there are, besides ours, four planets of rock composition near the Sun: Mercury, Venus, Earth and Mars. These are collectively termed as “terrestrial planets.” Neither Mercury nor Venus have satellites, but Mars has two small moons shaped like potatoes.
Distant to the Sun are the four gaseous planets: Jupiter, Saturn, Uranus and Neptune, called “Jovian planets”, which have natural satellites in large numbers. This is because they are much more massive objects than the terrestrial planets and had the capacity to attract available material around them and, in this way, they could form moons around them when the solar system was being built.
The general hypothesis is that the Moon did not result from the attractive power of the Earth, but was formed in the early stages of the solar system as a result of the collision of the Earth with another planet similar in size to Mars. The shock would have ejected material into space, which would have been orbiting around our planet and then concentrate and form the Moon. Proof of the above is that the mineral composition of the Moon closely resembles that of the Earth’s crust.
For this reason, it is often considered that the Earth and the Moon are companion planets, and that both constitute a double planetary system.
In any case, our companion, the Moon, is at an average distance of 384,000 kilometers.
“ÇEl Sol is our main star. It is one more among billions, but it is the closest to Earth and to it we owe, thanks to its energy, the phenomenon of life. Its 1.4 million kilometers in diameter correspond to about 4.7 light seconds. It is 109 times greater than Earth, which indicates that it is the largest celestial body in the solar system.
With more than 99.8 percent of the entire mass that makes up the solar system, the Sun is the undisputed rector in this corner of the universe. It has shone for 4,500 million years – the last third of the universe’s history – due to the nuclear energy emanating from its heart, which beats at 16 million degrees Celsius and which is transported in the form of light particles known as “photons.” »
Each photon created in the center of the Sun must pass through a thick blanket of gas before it can emerge into space. The photon frequently collides with the atoms of the envelope and is deviated in its attempt to travel in a straight line. Each step, less than a millimeter, implies a tortuous and continuous zigzag.

The stars vary greatly in their characteristics: their sizes can be, for example, only 10 kilometers in diameter and up to 500 times the solar size; the masses can vary between 0.1 and 100 times with respect to the Sun and the same happens with their surface temperatures, which range from 3,000 to 50,000 degrees Celsius. Some stars have just been born and others have lived since the origins of the universe.
From different points of view, the Sun is a middle class star, neither very big nor very small, neither very cold nor very hot, yellow, neither very old nor very young.
As it happens in the center of the Sun, the stars reach temperatures of millions of degrees Celsius in their interiors. Product of that, the stars generate energy and, gradually, manufacture new elements. It is the way in which, for example, the oxygen we breathe arises.
The stars serve, in this sense, as factories of chemical elements and energy. In other words, they sustain life in the universe.
The universe was opaque before dawn, so the cosmic radiation background is as far as we can see in the universe. It is a natural veil and, although we enlarge our telescopes, we can not see beyond. The milestone corresponds to the moment when the universe was emerging from an embryonic stage from its cosmic womb. As we do not have the possibility of taking an ultrasound of this stage, the only way we have today to investigate the fertilization of the universe is to study in great detail the surface of this cloud. For this reason, our desire to obtain images of the cosmic radiation background that are increasingly precise and with greater definition persists, since this light in the form of microwaves will provide valuable information about the origin of the universe, our own origins.

The solar system is a living example of a dynamic universe. Planets and asteroids revolve around the Sun in orbits that are generally quite circular. The closest objects must move faster to survive the greater attraction of the Sun. For example, the planet Mercury completes an orbit in only 88 days, while Neptune does so in 164 years.
The pact of good coexistence in the solar system is sometimes violated, when the subjects of the sun pass very close to each other and their quasi-circular orbits are modified in intrepid oval trajectories that can cross that of some planet with dramatic consequences.
Collisions between asteroids and planets do not just happen in Hollywood movie studios. The craters on the surface of the Moon are silent testimonies of a violent history.
A recent example of a collision in the solar system is one that occurred in 1994, when Comet Shoemaker-Levy 9 got too close to the Sun and in this risky maneuver was broken into nine fragments that shaped a wonderful pearl necklace.

What will be the destiny of the universe? This is one of the main questions that we ask astronomers. Most galaxies will be moving away faster and faster from each other. There will come a time when the galaxies we see today will go away faster than light. The photons that emanate from them will not be able to reach us, since the distance that separates us will increase faster than the light advancing towards us. Therefore, the galaxies we see today will gradually disappear from our horizon, except those closest to us. The Milky Way and our neighbor Andromeda will manage to overcome the effect of dark energy and will unite by their own gravity in about 4.5 billion years in the future. This supergalaxy has already been baptized as Lactómeda. That will be our observable universe: old stars that will gradually fade until the sky darkens completely.

Was there a beginning in time? The answer to this question is diametrically different according to the physical theories to which we appeal. Today there are two recognized theories that describe the universe, but their physical principles do not converse well and mathematically they seem to be incompatible. One of them is the Theory of General Relativity, which explains gravity and the universe at large scales, and the other is Quantum Mechanics, which accounts for the physical phenomena that occur at microscopic scales.
According to the Theory of General Relativity of Einstein, the expansion of the universe is not the explosion of a grenade in a space that previously existed, but rather it is the space that expands and unfolds itself taking with it particles, atoms and galaxies. Einstein’s theory does not require space or time outside the limits of the universe. Space and time are part of the universe, so it makes no sense in this theory to talk about space or time outside the space-time limits of the universe. Space and time are born from an infinitesimally small point, mathematically known as “singularity”. In the singularity the size of the universe is zero, that is, there is no space or time. Ironically, the same theory of Einstein fails to explain the beginning of the universe and buries all its power to predict what may emanate from the singularity.
Perhaps the “theory of everything” of physics does not have a mathematical expression and is never found, in which case this would impose a limit on the understanding that physics can give us of the first instants of the universe. As we see, science is one of the most powerful tools we have to understand nature, but it is still incomplete and has its own limitations.
But let us be optimistic and suppose that human curiosity will give us at some future time the “theory of everything”.

What is a solar eclipse? To explain this phenomenon we need a representation composed of three actors: the Sun, the Earth and the Moon. A solar eclipse occurs when the Moon interposes between the Sun and the Earth. When this happens, the circumference of the Moon seems to completely or partially hide the Sun. Why is this happening? Although the sun is four hundred times larger than the moon, the moon is four hundred times closer to Earth and, therefore, for those who observe this phenomenon, the Moon and the Sun appear to be of the same size.
Every month the Moon crosses, so to speak, between the Sun and the Earth. That is the phase we know as «New Moon». If the orbit of this were perfectly circular and were in the same plane as the Earth’s orbit, we would have a solar eclipse every month. However, the Moon’s orbit is not in the same plane as Earth’s orbit, and the alignment is not always perfect, but when it does occur, then an eclipse occurs.
It is called the total eclipse at the moment when the Moon completely covers the Sun, revealing its atmosphere as a fiery crown. Total eclipses are rare, because the alignment between the three celestial bodies must be perfect. The shadow of the totality measures a few hundred kilometers and moves very fast on the surface of the Earth, therefore a total eclipse lasts a few minutes and is very difficult to capture.
The annular eclipse, in turn, occurs when the Moon is a little farther from the Earth, because its orbit is not, as we have pointed out, perfectly circular. Hence, the Moon, unable to cover the Sun completely, offers a wonderful ring of fire.
To finish, a partial eclipse occurs when the Moon does not align perfectly with the Sun and a part of the solar disk is observed. This phenomenon produces a shadow extended on the surface of the Earth, with which they are much more frequent and can last several hours, but often go unnoticed.

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