Introducción: nuestro hogar en el Universo
El Universo inquietante, misterioso. ¿Cuántos atractivos esconde el Universo, ese espacio tan ingente como desconocido? ¿Qué hay más allá de nuestra vista, o de nuestro entendimiento? ¿Cuánto nos queda por aprender o descubrir de él?
El Universo es tan inmenso que los científicos se han visto obligados a inventar una magnitud a su medida: el «año luz», esto es, la distancia que recorre la luz solar en un año (9.463.000.000.000 kilómetros). En él se alojan numerosísimas galaxias. Una de ellas es la Vía Láctea, que se extiende a lo largo de aproximadamente 100.000 años luz. Se trata de una foto en la que aparece la Vía Láctea. [Fuente:Vistas del Sistema Solar].. La Vía Láctea está formada, a su vez, por unos 100.000 millones de estrellas, que se agrupan formando una espiral de varios brazos con un núcleo central. Uno de los cuerpos celestes que se hallan a 30.000 años luz del centro, en uno de los brazos es el Sol. El Sol es una estrella mediana que se encuentra, a su vez, en el centro de un sistema planetario llamado Sistema Solar. Dicha unidad está formada además por nueve planetas que giran elípticamente en torno al Sol (Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano, Neptuno y Plutón), sus respectivos satélites y un buen número de cometas y asteroides.
La Tierra es nuestro hogar en el Universo. Se trata de una foto en la que aparece la Tierra. [Fuente:Todo sobre el Sistema Solar].. Los científicos afirman que tiene una edad de 4.650 millones de años y que es el único planeta en el que han podido confirmar la existencia de vida. Es el pequeño planeta azul en el que se ha desarrollado la Historia de la Humanidad; el reducido pero amplio espacio en el que han convivido generaciones y generaciones de seres humanos; hombres y mujeres que a lo largo del tiempo se han planteado en innumerables ocasiones cuál es EL ORIGEN DEL MUNDO.
Teorías científicas
Hay pocos temas que hayan interesado tanto al ser humano como el del origen del Universo. Desde el comienzo, los hombres alzaron su vista al cielo intentando explicar cómo se formó el mundo. Si bien es cierto que las primeras respuestas fueron algo simplistas, respaldándose casi siempre en relatos fantásticos, sobrenaturales o divinos, poco a poco el hombre quiso investigar y sustentar sus teorías con planteamientos científicos y razonados.
En este capítulo de nuestra web dedicamos un primer apartado a la evolución en el conocimiento del Universo, desde los primeros estudiosos griegos del siglo VI a. C., hasta los momentos anteriores al siglo XX. En la segunda parte centraremos nuestra explicación en la formación de nuestro Sistema Solar. Y finalmente realizaremos una aproximación a la Teoría del Big-Bang y las últimas tendencias astronómicas sobre el origen del Universo.
Evolución de las investigaciones astronómicas
A partir de la primara mitad del siglo VI a. C. los filósofos de la Escuela de Mileto empezaron a preocuparse por el origen del Cosmos. Tales de Mileto (nacido en torno al 640 y muerto en el 545 a. C.) fue uno de los filósofos destacados de esta escuela y defendía que el principio de todo era el agua, fundamentando su teoría en el hecho de que el agua era el único elemento que podía encontrarse en los tres estados de la materia: sólido, líquido y gaseoso. Con respecto a la Tierra, defendía que ésta flotaba sobre el agua, fuente de todas las cosas. Tenemos testimonios de estas teorías de Tales gracias a escritos de otros autores como Simplicio, Josefo, Laercio o el mismo Aristóteles, como nos muestran los siguientes textos.
El autor aristotélico Simplicio en su obra Fís. (23, 32-33), señala sobre Tales:
Según la tradición, Tales fue el primero en revelar a los griegos la investigación de la naturaleza, y aunque le precedieron muchos otros, según Teofrasto cree también, les aventajó tanto que los eclipsó a todos. Se dice que no dejó nada por escrito, excepto la llamada Astrología Náutica.
Diógenes Laercio (I, 23) afirmó:
Y según algunos no dejó ningún escrito, pues la Astrología Náutica que se le atribuye se dice que es de Foco de Samos. Calímaco lo conoce como el descubridor de la Osa Menor ... pero, según otros, escribió solamente dos obras: Sobre el solsticio y Sobre el equinoccio.
Este mismo autor señaló (I, 27):
Supone que el agua es el principio de todas las cosas y que el cosmos está animado y lleno de démones.
Aristóteles, Met. I 3, 983b:
La mayoría de los que filosofaron por primera vez creyeron que los únicos principios de todas las cosas son de especie material. Pues aquello a partir de lo cual existen todas las cosas, y lo primero a partir de lo cual se generan y el término en que se corrompen, permaneciendo la sustancia pero cambiando en los accidentes, dicen que es el elemento y el principio de las cosas que existen; por esto creen que nada se genera ni se corrompe, pues tal naturaleza se conserva siempre... Pues ha de haber alguna naturaleza, ya sea única o múltiple, de la cual se generan las demás cosas, conservándose ella. En cuanto al número y la especie de tal principio no todos dicen lo mismo, sino que Tales, iniciador de tal filosofía, dice que es el agua (y por ello también manifestó que la tierra está sobre agua).
Se trata de una imagen en la que aparece un busto de este científico griego. [Fuente:Proyecto de Filosofía en Español ].
A fines del VI a. C. apareció otro grupo de pensadores y estudiosos encabezados por Pitágoras que también quisieron explicar el origen de todo y para ello consideraron preciso comprender la realidad de las cosas. Los pitagóricos defendían que la realidad de las cosas se podía conocer solamente a través de las matemáticas. Estos filósofos consideraban que todo podía ser formulado y explicado desde las matemáticas. Con respecto a la forma de la Tierra, Pitágoras defendía la esfericidad de la Tierra, ya que la esfera es la forma perfecta. Además veía a la Tierra aislada en el Universo. Frente a esta concepción, Anaxímenes consideraba que la Tierra era plana y estaba en el centro del Universo.
Como nos señala Josefo en su obra Contra Apionem, I, 2, estos filósofos seguramente manejaron datos bien conocidos en Oriente:
Todos están de acuerdo en que los primeros que entre los griegos filosofaron sobre las cosas celestes y divinas, como Ferécides de Siro, Pitágoras y Tales, fueron discípulos de los egipcios y caldeos.
Heráclito, que consideraba al Cosmos como un elemento en constante evolución, en permanente movimiento, llegó a la conclusión de que nunca hubo un principio o una causa.
A partir del siglo V a. C. los filósofos empezaron a elaborar explicaciones más complejas. Entre ellos Anaxágoras que defendía que el Universo estaba formado por múltiples sustancias, pero no da respuesta a su origen. Demócrito fue más allá, habló de átomos que flotaban en el vacío. Esos átomos se mueven por un impulso natural, de manera que el Universo se formó en el caos y por azar.
Para Platón la inteligencia ordenadora era el Demiurgo que actuaba sobre el caos, ordenándola y dándole forma conforme a un plan. Ese modelo que sigue el Demiurgo, se basa en el mundo de las ideas, pues las ideas son reales y perfectas. Si nuestro mundo es imperfecto, ello se debe, no a que las ideas, sino a que la materia sobre la que actúa el Demiurgo, no es pura. La mayoría de las teorías eran geocéntricas, como la que apuntaba Anaxímenes, pero Platón ya consideró como posible que fuese el Sol el centro y no la Tierra. Fue Aristarco de Samos del periodo alejandrino, el que señaló que la Tierra giraba en torno al Sol en una órbita circular, estando el Sol inmóvil en el centro; a esta idea se oponía Hiparco.
Aristóteles apoyaba la teoría de Eudoxio de Cnido, según la cual la Tierra estaba en el centro del Universo y los planetas se situaban en orbes homocéntricas: un orbe para las estrellas fijas y un «primum mobile».
Roma es heredera del conocimiento griego, sin embargo entre los romanos tuvo un gran peso la mitología y las supersticiones. Prueba de ello es que designaron a los planetas del Sistema Solar con nombres de divinidades romanas: Marte (dios de la guerra), Júpiter (rey de los dioses), Venus (diosa de la belleza) y Saturno (dios de la agricultura). Sin embargo, destacó en la investigación astronómica Ptolomeo, autor del siglo II d. C. cuya obra quedó recogida en el Almagesto. En la obra de Claudio Ptolomeo destaca su teoría de la forma esférica de la Tierra. Sin embargo, defendió equivocadamente la teoría geocéntrica. Corrigió a Eudoxio y a Aristóteles e introdujo un complejo mecanismo de deferentes, epiciclos y ecuantes, para «salvar las apariencias», en un sistema geocéntrico. Se trata de una imagen recoge el modelo de Ptolomeo expuesto en su «Almagesto». [Fuente:El Universos y sus Maravillas].
Y esa concepción geocéntrica se mantuvo durante catorce siglos. Durante el Renacimiento se produjo un gran avance en todas las ciencias, y también en la astronomía. Ya en la primera mitad del s. XIV destacó la obra de Nicolás de Cusa (1401-1464), que sentará las bases de la idea de un Universo infinito y otros mundos, pero con una estructura imprecisa y de alguna manera geocéntrica, apuntando concepciones alejados del pensamiento medieval. La vuelta al mundo clásico iniciada por los renacentistas, supuso la recuperación de obras de autores clásicos como Aristarco de Samos y los pitagóricos. En este momento se renovó el interés por conocer el cielo y los astros. Aparecieron los primeros científicos no vinculados a la filosofía y a los planteamientos religiosos, ya que la razón se desvincula de la fe. El gran genio de la astronomía en este momento fue Nicolás Copérnico, quien demostró que la Tierra giraba sobre su eje y que todos los planetas, incluida la Tierra, giraban en torno al Sol, ubicado en el centro. La teoría de Giordano Bruno (1548-1600) que defendía la concepción infinita del Universo, completó los planteamientos de Copérnico, ya que esta idea establecía que ni siquiera el Sol podía ocupar una posición central en el Universo que era infinito, sin centro ni bordes.
El pensamiento científico del siglo XVII es heredero de los planteamientos del Renacimiento y en este momento apareció el nuevo método científico de la mano de dos pilares de la ciencia moderna: Descartes y Galileo. Galileo Galilei (1564-1642) intentaba resolver mediante el método racionalista, las dudas que planteaba la concepción aristotélica del Universo; según ésta concepción la Tierra estaba en el centro del Universo. A partir de 1609 en su investigación contó con un nuevo instrumento recién inventado: el telescopio que le permitió una observación más sistemática. Galileo, defensor de la teoría heliocéntrica, llegó a la conclusión de que la Tierra giraba alrededor del Sol, lo que suponía la destrucción de la teoría aristotélica. Esta teoría encontró la oposición por parte de la Iglesia Católica, que rechazó la teoría heliocéntrica por razones teológicas. Las observaciones que realizó con ese nuevo invento, el telescopio, las recogió en dos obras: El Mensajero Celeste del año 1610 y La Historia y demostraciones acerca de las manchas solares, en ellas afirmó:
Los planetas todos son oscuros por naturaleza propia. Venus necesariamente gira en torno al Sol, así como también Mercurio y todos los demás planetas, cosa que bien creían los Pitagóricos, Copérnico, Keplero y yo, aunque no se había demostrado sensiblemente como ahora con Venus y Mercurio.
También destacó su obra Diálogo sobre los dos Sistemas Máximos del Mundo: Ptolomeico y Copernicano, por la cual fue procesado. Se trata de un retrato de Galileo realizado por Tintoretto. [Fuente:Galileo Galilei].
Johannes Kepler (1575-1630), seguidor de la teoría de Copérnico, estableció la teoría elíptica de la trayectoria de los planetas, que supuso un paso más en la concepción astronómica moderna. A fines del siglo, Isaac Newton (1642-1727) desarrolló su teoría de la gravitación universal, que significó el fin de la explicación mitológica y de la teoría de las esferas celestes, según la cual cada cuerpo celeste se sostenía en su lugar. Así, quedaron descubiertas las leyes fundamentales de física que gobiernan el movimiento de los planetas: la noción de la gravedad de Kepler, junto con la noción de la inercia de Descartes, fueron desarrolladas por Newton, quien las sintetizó y las demostró matemáticamente. Se trata de una imagen de este ilustre científico. [Fuente:Sir Isaac Newton].
Después del gran avance que supuso la teoría de Newton, la astronomía avanzó poco hasta la teoría de Pierre Simon de Laplace(1749-1827) sobre la formación del Universo expuesta en su obra de 1796 Exposition du systeme du monde. El siguiente avance importante en el estudio del Sol se produjo en 1814 como resultado directo del invento del espectroscopio. La observación científica fue progresando paulatinamente a medida que se perfeccionaron los instrumentos y se inventaron otros nuevos como el magnetógrafo, que sirve para medir la fuerza del campo magnético de la superficie solar, o el espectroheliógrafo, que mide el espectro de los rasgos solares individuales. El último paso en la investigación vino de la mano del lanzamiento de cohetes y satélites que orbitan alrededor de la Tierra y naves automatizadas que son dirigidas hacia otros planetas (Venus oy Marte), permitiendo una exploración del espacio sin precedentes.
El origen del Sistema Solar y el nacimiento de una estrella
Los distintos elementos que configuran nuestro Sistema Solar tienen características diferentes, sin embargo todos forman un conjunto homogéneo, con una estrella central, en torno a la cual giran los planetas con sus satélites. Todos esos elementos comparten muy posiblemente un origen común.
A continuación presentamos una imagen con cada uno de los planetas del Sistema Solar y del Sol. Se trata de una imagen en la que aparecen todos los planetas de nuestro Sistema Solar. [Fuente:El Sistema Solar Básico].
Se trata de una imagen en la que aparece el Sol. [Fuente:El Sistema Solar Básico].
El Sistema Solar se formó hace 4.600 millones de años, momento que enlaza con la formación del Sol. Son varias las teorías que se han manejado a la hora de explicar el origen de este Sistema y su estrella. En el siglo XVIII se formularon las primeras hipótesis para explicar su origen y Immanuel Kant fue el primer autor en plantear una teoría. Según esta teoría, expuesta en 1755, el Sistema Solar se formó a partir de una nube de partículas que inició un movimiento giratorio; como consecuencia de ese movimiento, concentró parte de la materia en el centro y el resto fue expulsado hacia el exterior. Con esa materia exterior se formaron los planetas. Esta teoría kantiana del origen de todos los cuerpos celestes, planteó que el Sol fue el primer cuerpo celeste en formarse. Esta hipótesis se convirtió en el mayor avance astronómico desde Copérnico. Por vez primera se cuestionó la idea de que los cuerpos celestes eran fijos desde el primer momento en órbitas y estados. En 1796 Pierre Simon de Laplace, en su libro Exposition du systeme du monde, desarrolló su conocida teoría nebular, sin saber que Kant ya expuso esta hipótesis nebular medio siglo antes. En ese libro Laplace omite cualquier tipo de detalle y se limita a una explicación general en la cual defendía que el Sistema Solar se había formado a partir de una nebulosa que rodeaba a un núcleo más denso y de temperaturas elevadas. Esa nebulosa y ese núcleo tenían un movimiento giratorio que provocó el enfriamiento de las capas externas y la fragmentación de la nebulosa en diversos anillos; la condensación de estos anillos daría lugar a la formación de los planetas y el núcleo daría lugar al Sol. Se trata de una imagen en la que aparece un retrato de Laplace. [Fuente:Pierre Simon de Laplace].
Sin embargo, surgieron dudas en torno a estas teorías. Se planteó que si nuestro Sol al condensarse y girar, perdía materia y daba origen a los futuros planetas, toda estrella debería tener su propio sistema planetario, pero esto no es válido para todas las estrellas. En 1857 Maxwell, al investigar los anillos del planeta Saturno, llegó a la conclusión de que esos anillos estaban constituidos por una gran mezcla de partículas separadas, que desde nuestra lejana visión telescópica parecían sólidas. Este análisis fue aplicado a la teoría nebular y se concluyó que si los datos de Maxwell eran exactos, esos anillos resultantes de la expulsión de materia del Sol al condensarse, no podían ser más que simples asteroides y que muy difícilmente podían llegar a formar planetas.
Ante la caída de la teoría nebular otros autores plantearon un enfoque completamente distinto: teorías catastróficas. La mayoría de etas hipótesis parten de un desastre, el choque o el paso muy cercano de dos estrellas. Ya en el siglo XVIII Buffon había sugerido que el Sistema Solar se formó a partir del choque de una estrella con el Sol. A consecuencia de ese choque, se desprendió el material del que se formarían los planetas. Para otros estudiosos no llegó a producirse una colisión, sino que únicamente una estrella se aproximó demasiado al Sol y la fuerza de la gravedad provocó la separación de materia, tanto del Sol, como de la otra estrella. A partir de esta materia procedente de ambas estrellas, que permaneció girando alrededor del Sol, se formaron los planetas. Así, en 1900 Thomas Chrowder Chamberlain y Moulton expusieron su teoría planetesimal, que defendía la formación de los planetas del Sistema Solar a partir de materia desprendida del Sol, por la aproximación de otra estrella. También Jeans y Jeffreys, veinte años después, defendieron su «hipótesis de las mareas» que el paso muy cercano de una estrella provocó, en la superficie de nuestro Sol, una marea inmensa que tuvo como consecuencia el desprendimiento de material. Ese material, se fragmentó y formó los protoplanetas que fueron enfriándose, hasta dar lugar a los planetas.
A partir de la década de los años cuarenta del siglo XX, tras la caída de la «teoría nebular» y con la «teoría catastrófica» reciente, se llegó a considerar que ninguna hipótesis científica podría responder a la cuestión del origen del Sistema Solar. En esta situación, Carl Friedrich von Weizsácker retomó la teoría nebular introduciendo matices que suponían un avance respecto a planteamientos anteriores. Según esta renovada hipótesis, formulada en 1944, el proceso de formación se inició hace unos 5.000 millones de años, cuando la primitiva nebulosa (conjunto de polvo y gas cósmico) empezó a contraerse, no el Sol, dando lugar a turbulencias y remolinos. En esos remolinos las partículas empezaron a chocar y a fundirse formando agrupaciones de materia. En el centro de esa agitada nebulosa, más denso y caliente, se produjo una reacción nuclear, como consecuencia de la fusión de átomos de hidrógeno. De esta forma se concentró una gran cantidad de energía que marca el nacimiento de nuestro Sol, al tiempo que esta nebulosa mantenía un movimiento giratorio. Con esa energía radiada por el protosol, se evaporó el resto de la nebulosa, después de lo cual se inició un proceso de enfriamiento de la misma y de formación de pequeñas partículas de reducido tamaño que dieron lugar a los planetoides, el antecedente de los planetas. Las zonas más frías fueron las más alejadas del centro, donde está el Sol, y en esas zonas exteriores se desarrollaron los planetas ligeros. En la zona más cercana al centro se formaron los planetas interiores a partir del choque de los planetésimos o fragmentos de planetas. Esta teoría es conocida como «teoría planetesimal», tomando el nombre de esos fragmentos de planetas. Los planetas interiores, entre ellos la Tierra, resultantes del choque y fusión de los planetésimos, están formados por varios tipos de materiales que se distribuyeron por densidades: un núcleo pesado, una corteza rocosa y una atmósfera gaseosa, retenida por su gravedad.
Posteriormente, hacia a 1950, otros científicos, como el astrónomo Gerard P. Kuiper, o el químico Harold Clayton Urey, perfeccionaron esta teoría, planteando una explicación para el diferente crecimiento de los planetas.
Tras descubrir la existencia de estrellas dobles en el Universo, Fred Hoyle planteó la posibilidad de que nuestro Sol hubiese formado parte, en algún momento de su historia, de un sistema de estrellas dobles. Hoyle sostuvo la posibilidad de que el Sistema Solar se formase a partir de la explosión de la estrella pareja del Sol y los planetas surgieron a partir de la materia de la estrella desaparecida.
Actualmente, más de medio siglo después de la recuperación de la «teoría nebular», ésta es aceptada por la mayoría de los científicos, pero las nuevas teorías van más allá en el origen de nuestro Sistema Solar. Por ejemplo, una nueva hipótesis plantea que esa nebulosa se formó como consecuencia de las explosiones de una supernova cercana; esas explosiones provocaron la fragmentación de una primitiva nube cósmica formada por gas y polvo. La nube sufrió una contracción gravitacional debida al desequilibrio en su densidad, que antes fue uniforme, provocado por la onda de choque de la supernova, que creó zonas más densas que otras; así, su centro fue tornándose más denso y alcanzando temperaturas más elevadas. La condensación y las temperaturas fueron cada vez mayores, haciendo insoportable la presión en el núcleo y dando lugar a una reacción nuclear. Apareció el Sol, con una gran cantidad de materia y gases a su alrededor. El resto de la nube y esos fragmentos fueron condensándose hasta formar protoplanetas. Esos protoplanetas se ordenaron en función de sus materiales: los compuestos de materiales más pesados permanecieron cerca del Sol y los formados por material más ligero ocuparon posiciones más lejanas al Sol, ya que los materiales ligeros eran expulsados por el «viento solar». La energía solar provocó la evaporación de algunos gases de los planetas rocosos (hidrógeno, helio, etc...) y la gravedad de algunos planetas. Por otro lado, se considera que en el principio serían frecuentes las colisiones entre asteroides y también los choques de éstos con los planetas. Algunos de los asteroides que no formaron planetoides, permanecieron aislados en el cinturón de asteroides entre Marte y Júpiter, o en el cinturón Kuiper.
Esta actual «teoría nebular» asocia la formación de los planetas con la formación de una estrella. Partiendo de esta asociación, se podría pensar que otras estrellas de entre los millones que hay en nuestra galaxia, pudieran haber formado su propio sistema planetario. Esta idea se apoya en la tendencia de las nubes de gas a fragmentarse en sistemas de varios cuerpos, como demuestran los sistemas de satélites de Júpiter y Saturno.
Presentamos a continuación tres imágenes que ilustran la formación del Sistema Solar según la «teoría nebular». En la primera imagen vemos cómo la nube interestelar se contrajo y comenzó a girar a gran velocidad. En la segunda ilustración, se puede apreciar cómo en el centro de esa nube se volvió más denso y caliente, hasta que la presión provocó un reacción nuclear, liberándose gran cantidad de energía y formando un protosol. Finalmente la última imagen muestra los planetas, surgidos de la condensación de material y choque de planetoides, girando alrededor del Sol.
Se trata de una imagen en la que aparece la primera fase en esta teoría de la formación del Sistema Solar. [Fuente:El Sistema Solar Básico].
Se trata de una imagen en la que aparece la segunda fase en esta teoría de la formación del Sistema Solar. [Fuente:El Sistema Solar Básico].
Si el pasado del Sistema Solar parece ser común, también el futuro de sus elementos está unido. En concreto, nuestro futuro depende en buena medida del comportamiento del Sol. Las hipótesis actuales defienden que el Sol conservará su tamaño y temperatura durante unos 5.000 años más.
Se trata de una imagen en la que aparece la última fase en esta formación. [Fuente:El Sistema Solar Básico].
Transcurrido ese tiempo, todo su hidrógeno se habrá quemado y empezarán reacciones nucleares de materiales más pesados, que le convertirán en un Sol más luminoso y grande. Se transformará en una «gigante roja» y alcanzará unas dimensiones más allá de la órbita de Venus, incluso es posible que absorba a la Tierra. Después, se convertirá en una «enana blanca», después de agotarse su energía y enfriarse. Con su temperatura reducida y sin luminosidad se convertirá en una «enana negra», formada de materia muerta. Los planetas que no hayan sido absorbidos por el propio Sol y hayan sobrevivido, seguirán girando alrededor de esa «enana negra», pero serán trozos de materia fríos.
El origen del Universo: el Big-Bang
En la actualidad, la teoría de la gran explosión, o teoría del Big-Bang es la más aceptada por el mundo científico, para explicar el origen del Universo y esta hipótesis fue defendida por Stephen Hawking en 1975, además de por muchos otros estudiosos.
En la historia de la investigación astronómica del Universo, un elemento fundamental fueron los cálculos realizados por Albert Einstein, utilizando su Teoría de la Relatividad General; partiendo de esos cálculos, Einstein observó que el Universo no era estable, sino que debía de estar en expansión o bien colapsándose, pero moviéndose. En 1917 el astrónomo holandés Willem de Sitter, usando los cálculos de Einstein, planteó la idea del Universo en expansión. Más tarde el estudioso Alexander Friedman continuó sus investigaciones basándose en esos cálculos de la Relatividad General y en 1922 propuso nuevamente modelos del Universo en expansión, sin embargo sus propuestas no fueron conocidas en occidente hasta el año 1935. El siguiente paso vino de la mano del astrónomo Edwin Hubble, quien en el 1924 descubrió que ciertos elementos cósmicos que hasta entonces eran conocidas como «nebulosas» en espiral, realmente eran galaxias con millones de estrellas. Tras este descubrimiento, Hubble comenzó una nueva investigación que se centraba en medir la distancia y la velocidad de su movimiento, llegando a una conclusión importantísima en la investigación astronómica: las galaxias se alejaban unas de otras, y, por lo tanto, se había encontrado la prueba irrefutable de que el Universo estaba en expansión.
Una vez descubierto que el Universo estaba en expansión, surgió la gran pregunta: ¿cómo empezó esa expansión?. Los científicos empezaron a investigar; la lógica de la física indicaba que en su origen el Universo tuvo que alcanzar temperaturas elevadísimas. En 1927 el científico belga Georges Lamaitre planteó su teoría del «Big-Bang» o «Gran Explosión», según la cual todo empezó con un hecho espectacular, parecida a una gigantesca explosión, hace unos 10 ó 20 mil millones de años. Esta teoría junto a los trabajos que partir de ella realizó George Gamow, han dominado en la astronomía moderna, llegando hasta nuestros días. A pesar de ello, algunos estudiosos no aceptaron esta teoría y aparecieron otras como la « Teoría del Estado Sostenido» introducida por Fred Hoyle y otros en 1948.
El siguiente gran avance en la investigación astronómica vino de la mano de los radioastrónomos americanos Arno Penzias y Robert W. Wilson de los Laboratorios Bell. Estos investigadores en el año 1965 descubrieron la «Radiación de Fondo Cósmico» utilizando un radio-telescopio. Esta radiación llega a la Tierra de todas direcciones y en la misma proporción y no era resultante de ninguna fuente radial conocida; no había otra posibilidad: esa radiación fue la liberada por el Big-Bang, con lo cual este hallazgo confirmó la «Teoría de la Gran Explosión». Además las características de esta radiación (idéntica en su proporción), demostró que el Universo es homogéneo. La magnitud de este descubrimiento fue tal que en el año 1978 Penzias y Wilson recibieron el Premio Nobel en Física.
A pesar de ello, a fines de 1980 y comienzos de 1990, esta teoría del «Big-Bang» encontró el rechazo de algunos científicos que no aceptaban que toda la materia del Universo se hubiese formado hace 10 ó 20 mil millones de años, retomándose teorías alternativas como la del «Estado Sostenido», formulada a mediados del siglo XX. Pero en 1992 un nuevo hallazgo apoyó la «Teoría del Big-Bang». A partir de las observaciones del satélite Explorador del Fondo Cósmico (COBE), los astrónomos del Laboratorio Lawrence Berkeley y la Universidad de California en Berkeley, y del «Experimento Tenerife» en Canarias (equipo dirigido por el profesor Rebolo del Instituto de Astrofísica de Canarias), hallaron fluctuaciones de la temperatura en la radiación del fondo cósmico, lo cual fue interpretado por el doctor George Smoot y sus compañeros como evidencia de ondas gravitatorias. Esas variaciones en la temperatura eran la prueba de suficientes fluctuaciones de gravedad para provocar la agrupación de enormes cantidades de materia formando estrellas o galaxias.
Así, la «Teoría del Big-Bang», como se señala al principio, es la más aceptada en el campo de la astronomía. El instante inicial de esa gran explosión, llamado en inglés «Big-Bang» da nombre a esta teoría y en la actualidad los investigadores se centran en retroceder paulatinamente hasta poder llegar a ese momento singular. Hoy en día podemos afirmar que la investigación ha progresado considerablemente; a modo de ejemplo, indicaremos que en la segunda década del siglo XX, el tiempo que separaba a los investigadores del conocimiento de ese instante, era de tres minutos, mientras que actualmente está entre los 10 y una cienmillonésima de segundo, o menos. La pregunta clave es cuál era el estado de Universo 10 ó 35 segundos después del Big-Bang, lo cual nos permitía conocer mejor el momento preciso de la creación del Universo. Hay un hecho llamativo que todo científico tiene presente a la hora de aproximarse al pasado de nuestro Universo físico: a medida que retrocedemos en el tiempo, el Universo se vuelve más compacto y su expansión más rápida, de manera que en el momento de la creación el Universo estaría lo más contraído posible. Esto significa que el volumen del Universo sería igual a cero y la distancia entre dos puntos también. De este estado el Universo pasó a la gran explosión y un segundo después de ese big-bang, la materia que se generó a partir del mismo, estaba en un estado muy denso y caliente, alcanzando los 1.000 millones de grados centígrados. Tras ese segundo inicial, se inició rápidamente la expansión del Universo y su enfriamiento. Se sucedieron fusiones nucleares durante los quince minutos siguientes, tras otros quince minutos la densidad y la temperatura de la materia disminuyeron tanto que ya no volvieron a producirse más fusiones nucleares hasta que nacieron las estrellas. De esta teoría se deduce que el Universo ha variado su estado y que no siempre estuvo como está ahora. Si observamos el estado del Universo en el periodo de tiempo entre 500.000 años después del big-bang y el momento actual, apreciamos que a penas ha variado. Solamente pasando la barrera de esos 500.000 años hacia atrás, se puede señalar que las galaxias estaban mucho más próximas entre sí y la temperatura era muy elevada.
Sin embargo, esta teoría con ser la más aceptada, no está exenta de problemas. El primer problema de esta teoría es cómo fue posible la formación de las galaxias en el Universo primitivo, ya que para su formación era preciso que se diese la suficiente concentración de materia superior a la normal mantenida durante un tiempo duradero. Otra cuestión a la que esta teoría no da respuesta es dónde está la antimateria que debería existir en igual concentración que la materia.
Además de investigar el pasado del Universo, los astrónomos y científicos se han preocupado de su destino. Partiendo de los cálculos de Einstein, son tres los posibles futuros del Universo. La primera posibilidad es que el Universo siga expandiéndose a una velocidad siempre lenta y eventualmente detenga su expansión. Si el Universo es abierto o plano, se expandirá para siempre, y cuando haya llegado a su infinita expansión, y su temperatura sea infinitamente fría, se producirá el «gran frío» (entropía), llamado «Big Chill» en inglés. Llegaríamos al final de la historia, ya que el Universo se convertirá en un océano cósmico frío. La última posibilidad es que el Universo sea cerrado. En este caso, el Universo seguirá expandiéndose durante unos 40.000 ó 50.000 millones de años, pero cada vez con mayor lentitud; finalizará en un determinado momento su expansión y empezará entonces su contracción; al final de esta contracción se producirá la «gran implosión» o «Big Crunch». En el momento en que el Universo vuelva a alcanzar el tamaño que tiene actualmente, el Sol y la Tierra ya habrán muerto. Después, los planetas y las galaxias se disolverán y el Universo volverá a repetir las mismas etapas, pero en orden inverso. El Universo oscilará cada 100.000 millones de años, repitiéndose siempre el mismo proceso. La ciencia moderna continúa su debate entre un Universo Abierto o un Universo Cerrado. Entre los últimos descubrimientos debemos señalar la idea de que el Universo se expande aceleradamente.
Recursos
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En esta web encontramos información sobre este ilustre físico con una amplia exposición de sus principales planteamientos y teorías.
El Universo inquietante, misterioso. ¿Cuántos atractivos esconde el Universo, ese espacio tan ingente como desconocido? ¿Qué hay más allá de nuestra vista, o de nuestro entendimiento? ¿Cuánto nos queda por aprender o descubrir de él?
El Universo es tan inmenso que los científicos se han visto obligados a inventar una magnitud a su medida: el «año luz», esto es, la distancia que recorre la luz solar en un año (9.463.000.000.000 kilómetros). En él se alojan numerosísimas galaxias. Una de ellas es la Vía Láctea, que se extiende a lo largo de aproximadamente 100.000 años luz. Se trata de una foto en la que aparece la Vía Láctea. [Fuente:Vistas del Sistema Solar].. La Vía Láctea está formada, a su vez, por unos 100.000 millones de estrellas, que se agrupan formando una espiral de varios brazos con un núcleo central. Uno de los cuerpos celestes que se hallan a 30.000 años luz del centro, en uno de los brazos es el Sol. El Sol es una estrella mediana que se encuentra, a su vez, en el centro de un sistema planetario llamado Sistema Solar. Dicha unidad está formada además por nueve planetas que giran elípticamente en torno al Sol (Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano, Neptuno y Plutón), sus respectivos satélites y un buen número de cometas y asteroides.
La Tierra es nuestro hogar en el Universo. Se trata de una foto en la que aparece la Tierra. [Fuente:Todo sobre el Sistema Solar].. Los científicos afirman que tiene una edad de 4.650 millones de años y que es el único planeta en el que han podido confirmar la existencia de vida. Es el pequeño planeta azul en el que se ha desarrollado la Historia de la Humanidad; el reducido pero amplio espacio en el que han convivido generaciones y generaciones de seres humanos; hombres y mujeres que a lo largo del tiempo se han planteado en innumerables ocasiones cuál es EL ORIGEN DEL MUNDO.
Teorías científicas
Hay pocos temas que hayan interesado tanto al ser humano como el del origen del Universo. Desde el comienzo, los hombres alzaron su vista al cielo intentando explicar cómo se formó el mundo. Si bien es cierto que las primeras respuestas fueron algo simplistas, respaldándose casi siempre en relatos fantásticos, sobrenaturales o divinos, poco a poco el hombre quiso investigar y sustentar sus teorías con planteamientos científicos y razonados.
En este capítulo de nuestra web dedicamos un primer apartado a la evolución en el conocimiento del Universo, desde los primeros estudiosos griegos del siglo VI a. C., hasta los momentos anteriores al siglo XX. En la segunda parte centraremos nuestra explicación en la formación de nuestro Sistema Solar. Y finalmente realizaremos una aproximación a la Teoría del Big-Bang y las últimas tendencias astronómicas sobre el origen del Universo.
Evolución de las investigaciones astronómicas
A partir de la primara mitad del siglo VI a. C. los filósofos de la Escuela de Mileto empezaron a preocuparse por el origen del Cosmos. Tales de Mileto (nacido en torno al 640 y muerto en el 545 a. C.) fue uno de los filósofos destacados de esta escuela y defendía que el principio de todo era el agua, fundamentando su teoría en el hecho de que el agua era el único elemento que podía encontrarse en los tres estados de la materia: sólido, líquido y gaseoso. Con respecto a la Tierra, defendía que ésta flotaba sobre el agua, fuente de todas las cosas. Tenemos testimonios de estas teorías de Tales gracias a escritos de otros autores como Simplicio, Josefo, Laercio o el mismo Aristóteles, como nos muestran los siguientes textos.
El autor aristotélico Simplicio en su obra Fís. (23, 32-33), señala sobre Tales:
Según la tradición, Tales fue el primero en revelar a los griegos la investigación de la naturaleza, y aunque le precedieron muchos otros, según Teofrasto cree también, les aventajó tanto que los eclipsó a todos. Se dice que no dejó nada por escrito, excepto la llamada Astrología Náutica.
Diógenes Laercio (I, 23) afirmó:
Y según algunos no dejó ningún escrito, pues la Astrología Náutica que se le atribuye se dice que es de Foco de Samos. Calímaco lo conoce como el descubridor de la Osa Menor ... pero, según otros, escribió solamente dos obras: Sobre el solsticio y Sobre el equinoccio.
Este mismo autor señaló (I, 27):
Supone que el agua es el principio de todas las cosas y que el cosmos está animado y lleno de démones.
Aristóteles, Met. I 3, 983b:
La mayoría de los que filosofaron por primera vez creyeron que los únicos principios de todas las cosas son de especie material. Pues aquello a partir de lo cual existen todas las cosas, y lo primero a partir de lo cual se generan y el término en que se corrompen, permaneciendo la sustancia pero cambiando en los accidentes, dicen que es el elemento y el principio de las cosas que existen; por esto creen que nada se genera ni se corrompe, pues tal naturaleza se conserva siempre... Pues ha de haber alguna naturaleza, ya sea única o múltiple, de la cual se generan las demás cosas, conservándose ella. En cuanto al número y la especie de tal principio no todos dicen lo mismo, sino que Tales, iniciador de tal filosofía, dice que es el agua (y por ello también manifestó que la tierra está sobre agua).
Se trata de una imagen en la que aparece un busto de este científico griego. [Fuente:Proyecto de Filosofía en Español ].
A fines del VI a. C. apareció otro grupo de pensadores y estudiosos encabezados por Pitágoras que también quisieron explicar el origen de todo y para ello consideraron preciso comprender la realidad de las cosas. Los pitagóricos defendían que la realidad de las cosas se podía conocer solamente a través de las matemáticas. Estos filósofos consideraban que todo podía ser formulado y explicado desde las matemáticas. Con respecto a la forma de la Tierra, Pitágoras defendía la esfericidad de la Tierra, ya que la esfera es la forma perfecta. Además veía a la Tierra aislada en el Universo. Frente a esta concepción, Anaxímenes consideraba que la Tierra era plana y estaba en el centro del Universo.
Como nos señala Josefo en su obra Contra Apionem, I, 2, estos filósofos seguramente manejaron datos bien conocidos en Oriente:
Todos están de acuerdo en que los primeros que entre los griegos filosofaron sobre las cosas celestes y divinas, como Ferécides de Siro, Pitágoras y Tales, fueron discípulos de los egipcios y caldeos.
Heráclito, que consideraba al Cosmos como un elemento en constante evolución, en permanente movimiento, llegó a la conclusión de que nunca hubo un principio o una causa.
A partir del siglo V a. C. los filósofos empezaron a elaborar explicaciones más complejas. Entre ellos Anaxágoras que defendía que el Universo estaba formado por múltiples sustancias, pero no da respuesta a su origen. Demócrito fue más allá, habló de átomos que flotaban en el vacío. Esos átomos se mueven por un impulso natural, de manera que el Universo se formó en el caos y por azar.
Para Platón la inteligencia ordenadora era el Demiurgo que actuaba sobre el caos, ordenándola y dándole forma conforme a un plan. Ese modelo que sigue el Demiurgo, se basa en el mundo de las ideas, pues las ideas son reales y perfectas. Si nuestro mundo es imperfecto, ello se debe, no a que las ideas, sino a que la materia sobre la que actúa el Demiurgo, no es pura. La mayoría de las teorías eran geocéntricas, como la que apuntaba Anaxímenes, pero Platón ya consideró como posible que fuese el Sol el centro y no la Tierra. Fue Aristarco de Samos del periodo alejandrino, el que señaló que la Tierra giraba en torno al Sol en una órbita circular, estando el Sol inmóvil en el centro; a esta idea se oponía Hiparco.
Aristóteles apoyaba la teoría de Eudoxio de Cnido, según la cual la Tierra estaba en el centro del Universo y los planetas se situaban en orbes homocéntricas: un orbe para las estrellas fijas y un «primum mobile».
Roma es heredera del conocimiento griego, sin embargo entre los romanos tuvo un gran peso la mitología y las supersticiones. Prueba de ello es que designaron a los planetas del Sistema Solar con nombres de divinidades romanas: Marte (dios de la guerra), Júpiter (rey de los dioses), Venus (diosa de la belleza) y Saturno (dios de la agricultura). Sin embargo, destacó en la investigación astronómica Ptolomeo, autor del siglo II d. C. cuya obra quedó recogida en el Almagesto. En la obra de Claudio Ptolomeo destaca su teoría de la forma esférica de la Tierra. Sin embargo, defendió equivocadamente la teoría geocéntrica. Corrigió a Eudoxio y a Aristóteles e introdujo un complejo mecanismo de deferentes, epiciclos y ecuantes, para «salvar las apariencias», en un sistema geocéntrico. Se trata de una imagen recoge el modelo de Ptolomeo expuesto en su «Almagesto». [Fuente:El Universos y sus Maravillas].
Y esa concepción geocéntrica se mantuvo durante catorce siglos. Durante el Renacimiento se produjo un gran avance en todas las ciencias, y también en la astronomía. Ya en la primera mitad del s. XIV destacó la obra de Nicolás de Cusa (1401-1464), que sentará las bases de la idea de un Universo infinito y otros mundos, pero con una estructura imprecisa y de alguna manera geocéntrica, apuntando concepciones alejados del pensamiento medieval. La vuelta al mundo clásico iniciada por los renacentistas, supuso la recuperación de obras de autores clásicos como Aristarco de Samos y los pitagóricos. En este momento se renovó el interés por conocer el cielo y los astros. Aparecieron los primeros científicos no vinculados a la filosofía y a los planteamientos religiosos, ya que la razón se desvincula de la fe. El gran genio de la astronomía en este momento fue Nicolás Copérnico, quien demostró que la Tierra giraba sobre su eje y que todos los planetas, incluida la Tierra, giraban en torno al Sol, ubicado en el centro. La teoría de Giordano Bruno (1548-1600) que defendía la concepción infinita del Universo, completó los planteamientos de Copérnico, ya que esta idea establecía que ni siquiera el Sol podía ocupar una posición central en el Universo que era infinito, sin centro ni bordes.
El pensamiento científico del siglo XVII es heredero de los planteamientos del Renacimiento y en este momento apareció el nuevo método científico de la mano de dos pilares de la ciencia moderna: Descartes y Galileo. Galileo Galilei (1564-1642) intentaba resolver mediante el método racionalista, las dudas que planteaba la concepción aristotélica del Universo; según ésta concepción la Tierra estaba en el centro del Universo. A partir de 1609 en su investigación contó con un nuevo instrumento recién inventado: el telescopio que le permitió una observación más sistemática. Galileo, defensor de la teoría heliocéntrica, llegó a la conclusión de que la Tierra giraba alrededor del Sol, lo que suponía la destrucción de la teoría aristotélica. Esta teoría encontró la oposición por parte de la Iglesia Católica, que rechazó la teoría heliocéntrica por razones teológicas. Las observaciones que realizó con ese nuevo invento, el telescopio, las recogió en dos obras: El Mensajero Celeste del año 1610 y La Historia y demostraciones acerca de las manchas solares, en ellas afirmó:
Los planetas todos son oscuros por naturaleza propia. Venus necesariamente gira en torno al Sol, así como también Mercurio y todos los demás planetas, cosa que bien creían los Pitagóricos, Copérnico, Keplero y yo, aunque no se había demostrado sensiblemente como ahora con Venus y Mercurio.
También destacó su obra Diálogo sobre los dos Sistemas Máximos del Mundo: Ptolomeico y Copernicano, por la cual fue procesado. Se trata de un retrato de Galileo realizado por Tintoretto. [Fuente:Galileo Galilei].
Johannes Kepler (1575-1630), seguidor de la teoría de Copérnico, estableció la teoría elíptica de la trayectoria de los planetas, que supuso un paso más en la concepción astronómica moderna. A fines del siglo, Isaac Newton (1642-1727) desarrolló su teoría de la gravitación universal, que significó el fin de la explicación mitológica y de la teoría de las esferas celestes, según la cual cada cuerpo celeste se sostenía en su lugar. Así, quedaron descubiertas las leyes fundamentales de física que gobiernan el movimiento de los planetas: la noción de la gravedad de Kepler, junto con la noción de la inercia de Descartes, fueron desarrolladas por Newton, quien las sintetizó y las demostró matemáticamente. Se trata de una imagen de este ilustre científico. [Fuente:Sir Isaac Newton].
Después del gran avance que supuso la teoría de Newton, la astronomía avanzó poco hasta la teoría de Pierre Simon de Laplace(1749-1827) sobre la formación del Universo expuesta en su obra de 1796 Exposition du systeme du monde. El siguiente avance importante en el estudio del Sol se produjo en 1814 como resultado directo del invento del espectroscopio. La observación científica fue progresando paulatinamente a medida que se perfeccionaron los instrumentos y se inventaron otros nuevos como el magnetógrafo, que sirve para medir la fuerza del campo magnético de la superficie solar, o el espectroheliógrafo, que mide el espectro de los rasgos solares individuales. El último paso en la investigación vino de la mano del lanzamiento de cohetes y satélites que orbitan alrededor de la Tierra y naves automatizadas que son dirigidas hacia otros planetas (Venus oy Marte), permitiendo una exploración del espacio sin precedentes.
El origen del Sistema Solar y el nacimiento de una estrella
Los distintos elementos que configuran nuestro Sistema Solar tienen características diferentes, sin embargo todos forman un conjunto homogéneo, con una estrella central, en torno a la cual giran los planetas con sus satélites. Todos esos elementos comparten muy posiblemente un origen común.
A continuación presentamos una imagen con cada uno de los planetas del Sistema Solar y del Sol. Se trata de una imagen en la que aparecen todos los planetas de nuestro Sistema Solar. [Fuente:El Sistema Solar Básico].
Se trata de una imagen en la que aparece el Sol. [Fuente:El Sistema Solar Básico].
El Sistema Solar se formó hace 4.600 millones de años, momento que enlaza con la formación del Sol. Son varias las teorías que se han manejado a la hora de explicar el origen de este Sistema y su estrella. En el siglo XVIII se formularon las primeras hipótesis para explicar su origen y Immanuel Kant fue el primer autor en plantear una teoría. Según esta teoría, expuesta en 1755, el Sistema Solar se formó a partir de una nube de partículas que inició un movimiento giratorio; como consecuencia de ese movimiento, concentró parte de la materia en el centro y el resto fue expulsado hacia el exterior. Con esa materia exterior se formaron los planetas. Esta teoría kantiana del origen de todos los cuerpos celestes, planteó que el Sol fue el primer cuerpo celeste en formarse. Esta hipótesis se convirtió en el mayor avance astronómico desde Copérnico. Por vez primera se cuestionó la idea de que los cuerpos celestes eran fijos desde el primer momento en órbitas y estados. En 1796 Pierre Simon de Laplace, en su libro Exposition du systeme du monde, desarrolló su conocida teoría nebular, sin saber que Kant ya expuso esta hipótesis nebular medio siglo antes. En ese libro Laplace omite cualquier tipo de detalle y se limita a una explicación general en la cual defendía que el Sistema Solar se había formado a partir de una nebulosa que rodeaba a un núcleo más denso y de temperaturas elevadas. Esa nebulosa y ese núcleo tenían un movimiento giratorio que provocó el enfriamiento de las capas externas y la fragmentación de la nebulosa en diversos anillos; la condensación de estos anillos daría lugar a la formación de los planetas y el núcleo daría lugar al Sol. Se trata de una imagen en la que aparece un retrato de Laplace. [Fuente:Pierre Simon de Laplace].
Sin embargo, surgieron dudas en torno a estas teorías. Se planteó que si nuestro Sol al condensarse y girar, perdía materia y daba origen a los futuros planetas, toda estrella debería tener su propio sistema planetario, pero esto no es válido para todas las estrellas. En 1857 Maxwell, al investigar los anillos del planeta Saturno, llegó a la conclusión de que esos anillos estaban constituidos por una gran mezcla de partículas separadas, que desde nuestra lejana visión telescópica parecían sólidas. Este análisis fue aplicado a la teoría nebular y se concluyó que si los datos de Maxwell eran exactos, esos anillos resultantes de la expulsión de materia del Sol al condensarse, no podían ser más que simples asteroides y que muy difícilmente podían llegar a formar planetas.
Ante la caída de la teoría nebular otros autores plantearon un enfoque completamente distinto: teorías catastróficas. La mayoría de etas hipótesis parten de un desastre, el choque o el paso muy cercano de dos estrellas. Ya en el siglo XVIII Buffon había sugerido que el Sistema Solar se formó a partir del choque de una estrella con el Sol. A consecuencia de ese choque, se desprendió el material del que se formarían los planetas. Para otros estudiosos no llegó a producirse una colisión, sino que únicamente una estrella se aproximó demasiado al Sol y la fuerza de la gravedad provocó la separación de materia, tanto del Sol, como de la otra estrella. A partir de esta materia procedente de ambas estrellas, que permaneció girando alrededor del Sol, se formaron los planetas. Así, en 1900 Thomas Chrowder Chamberlain y Moulton expusieron su teoría planetesimal, que defendía la formación de los planetas del Sistema Solar a partir de materia desprendida del Sol, por la aproximación de otra estrella. También Jeans y Jeffreys, veinte años después, defendieron su «hipótesis de las mareas» que el paso muy cercano de una estrella provocó, en la superficie de nuestro Sol, una marea inmensa que tuvo como consecuencia el desprendimiento de material. Ese material, se fragmentó y formó los protoplanetas que fueron enfriándose, hasta dar lugar a los planetas.
A partir de la década de los años cuarenta del siglo XX, tras la caída de la «teoría nebular» y con la «teoría catastrófica» reciente, se llegó a considerar que ninguna hipótesis científica podría responder a la cuestión del origen del Sistema Solar. En esta situación, Carl Friedrich von Weizsácker retomó la teoría nebular introduciendo matices que suponían un avance respecto a planteamientos anteriores. Según esta renovada hipótesis, formulada en 1944, el proceso de formación se inició hace unos 5.000 millones de años, cuando la primitiva nebulosa (conjunto de polvo y gas cósmico) empezó a contraerse, no el Sol, dando lugar a turbulencias y remolinos. En esos remolinos las partículas empezaron a chocar y a fundirse formando agrupaciones de materia. En el centro de esa agitada nebulosa, más denso y caliente, se produjo una reacción nuclear, como consecuencia de la fusión de átomos de hidrógeno. De esta forma se concentró una gran cantidad de energía que marca el nacimiento de nuestro Sol, al tiempo que esta nebulosa mantenía un movimiento giratorio. Con esa energía radiada por el protosol, se evaporó el resto de la nebulosa, después de lo cual se inició un proceso de enfriamiento de la misma y de formación de pequeñas partículas de reducido tamaño que dieron lugar a los planetoides, el antecedente de los planetas. Las zonas más frías fueron las más alejadas del centro, donde está el Sol, y en esas zonas exteriores se desarrollaron los planetas ligeros. En la zona más cercana al centro se formaron los planetas interiores a partir del choque de los planetésimos o fragmentos de planetas. Esta teoría es conocida como «teoría planetesimal», tomando el nombre de esos fragmentos de planetas. Los planetas interiores, entre ellos la Tierra, resultantes del choque y fusión de los planetésimos, están formados por varios tipos de materiales que se distribuyeron por densidades: un núcleo pesado, una corteza rocosa y una atmósfera gaseosa, retenida por su gravedad.
Posteriormente, hacia a 1950, otros científicos, como el astrónomo Gerard P. Kuiper, o el químico Harold Clayton Urey, perfeccionaron esta teoría, planteando una explicación para el diferente crecimiento de los planetas.
Tras descubrir la existencia de estrellas dobles en el Universo, Fred Hoyle planteó la posibilidad de que nuestro Sol hubiese formado parte, en algún momento de su historia, de un sistema de estrellas dobles. Hoyle sostuvo la posibilidad de que el Sistema Solar se formase a partir de la explosión de la estrella pareja del Sol y los planetas surgieron a partir de la materia de la estrella desaparecida.
Actualmente, más de medio siglo después de la recuperación de la «teoría nebular», ésta es aceptada por la mayoría de los científicos, pero las nuevas teorías van más allá en el origen de nuestro Sistema Solar. Por ejemplo, una nueva hipótesis plantea que esa nebulosa se formó como consecuencia de las explosiones de una supernova cercana; esas explosiones provocaron la fragmentación de una primitiva nube cósmica formada por gas y polvo. La nube sufrió una contracción gravitacional debida al desequilibrio en su densidad, que antes fue uniforme, provocado por la onda de choque de la supernova, que creó zonas más densas que otras; así, su centro fue tornándose más denso y alcanzando temperaturas más elevadas. La condensación y las temperaturas fueron cada vez mayores, haciendo insoportable la presión en el núcleo y dando lugar a una reacción nuclear. Apareció el Sol, con una gran cantidad de materia y gases a su alrededor. El resto de la nube y esos fragmentos fueron condensándose hasta formar protoplanetas. Esos protoplanetas se ordenaron en función de sus materiales: los compuestos de materiales más pesados permanecieron cerca del Sol y los formados por material más ligero ocuparon posiciones más lejanas al Sol, ya que los materiales ligeros eran expulsados por el «viento solar». La energía solar provocó la evaporación de algunos gases de los planetas rocosos (hidrógeno, helio, etc...) y la gravedad de algunos planetas. Por otro lado, se considera que en el principio serían frecuentes las colisiones entre asteroides y también los choques de éstos con los planetas. Algunos de los asteroides que no formaron planetoides, permanecieron aislados en el cinturón de asteroides entre Marte y Júpiter, o en el cinturón Kuiper.
Esta actual «teoría nebular» asocia la formación de los planetas con la formación de una estrella. Partiendo de esta asociación, se podría pensar que otras estrellas de entre los millones que hay en nuestra galaxia, pudieran haber formado su propio sistema planetario. Esta idea se apoya en la tendencia de las nubes de gas a fragmentarse en sistemas de varios cuerpos, como demuestran los sistemas de satélites de Júpiter y Saturno.
Presentamos a continuación tres imágenes que ilustran la formación del Sistema Solar según la «teoría nebular». En la primera imagen vemos cómo la nube interestelar se contrajo y comenzó a girar a gran velocidad. En la segunda ilustración, se puede apreciar cómo en el centro de esa nube se volvió más denso y caliente, hasta que la presión provocó un reacción nuclear, liberándose gran cantidad de energía y formando un protosol. Finalmente la última imagen muestra los planetas, surgidos de la condensación de material y choque de planetoides, girando alrededor del Sol.
Se trata de una imagen en la que aparece la primera fase en esta teoría de la formación del Sistema Solar. [Fuente:El Sistema Solar Básico].
Se trata de una imagen en la que aparece la segunda fase en esta teoría de la formación del Sistema Solar. [Fuente:El Sistema Solar Básico].
Si el pasado del Sistema Solar parece ser común, también el futuro de sus elementos está unido. En concreto, nuestro futuro depende en buena medida del comportamiento del Sol. Las hipótesis actuales defienden que el Sol conservará su tamaño y temperatura durante unos 5.000 años más.
Se trata de una imagen en la que aparece la última fase en esta formación. [Fuente:El Sistema Solar Básico].
Transcurrido ese tiempo, todo su hidrógeno se habrá quemado y empezarán reacciones nucleares de materiales más pesados, que le convertirán en un Sol más luminoso y grande. Se transformará en una «gigante roja» y alcanzará unas dimensiones más allá de la órbita de Venus, incluso es posible que absorba a la Tierra. Después, se convertirá en una «enana blanca», después de agotarse su energía y enfriarse. Con su temperatura reducida y sin luminosidad se convertirá en una «enana negra», formada de materia muerta. Los planetas que no hayan sido absorbidos por el propio Sol y hayan sobrevivido, seguirán girando alrededor de esa «enana negra», pero serán trozos de materia fríos.
El origen del Universo: el Big-Bang
En la actualidad, la teoría de la gran explosión, o teoría del Big-Bang es la más aceptada por el mundo científico, para explicar el origen del Universo y esta hipótesis fue defendida por Stephen Hawking en 1975, además de por muchos otros estudiosos.
En la historia de la investigación astronómica del Universo, un elemento fundamental fueron los cálculos realizados por Albert Einstein, utilizando su Teoría de la Relatividad General; partiendo de esos cálculos, Einstein observó que el Universo no era estable, sino que debía de estar en expansión o bien colapsándose, pero moviéndose. En 1917 el astrónomo holandés Willem de Sitter, usando los cálculos de Einstein, planteó la idea del Universo en expansión. Más tarde el estudioso Alexander Friedman continuó sus investigaciones basándose en esos cálculos de la Relatividad General y en 1922 propuso nuevamente modelos del Universo en expansión, sin embargo sus propuestas no fueron conocidas en occidente hasta el año 1935. El siguiente paso vino de la mano del astrónomo Edwin Hubble, quien en el 1924 descubrió que ciertos elementos cósmicos que hasta entonces eran conocidas como «nebulosas» en espiral, realmente eran galaxias con millones de estrellas. Tras este descubrimiento, Hubble comenzó una nueva investigación que se centraba en medir la distancia y la velocidad de su movimiento, llegando a una conclusión importantísima en la investigación astronómica: las galaxias se alejaban unas de otras, y, por lo tanto, se había encontrado la prueba irrefutable de que el Universo estaba en expansión.
Una vez descubierto que el Universo estaba en expansión, surgió la gran pregunta: ¿cómo empezó esa expansión?. Los científicos empezaron a investigar; la lógica de la física indicaba que en su origen el Universo tuvo que alcanzar temperaturas elevadísimas. En 1927 el científico belga Georges Lamaitre planteó su teoría del «Big-Bang» o «Gran Explosión», según la cual todo empezó con un hecho espectacular, parecida a una gigantesca explosión, hace unos 10 ó 20 mil millones de años. Esta teoría junto a los trabajos que partir de ella realizó George Gamow, han dominado en la astronomía moderna, llegando hasta nuestros días. A pesar de ello, algunos estudiosos no aceptaron esta teoría y aparecieron otras como la « Teoría del Estado Sostenido» introducida por Fred Hoyle y otros en 1948.
El siguiente gran avance en la investigación astronómica vino de la mano de los radioastrónomos americanos Arno Penzias y Robert W. Wilson de los Laboratorios Bell. Estos investigadores en el año 1965 descubrieron la «Radiación de Fondo Cósmico» utilizando un radio-telescopio. Esta radiación llega a la Tierra de todas direcciones y en la misma proporción y no era resultante de ninguna fuente radial conocida; no había otra posibilidad: esa radiación fue la liberada por el Big-Bang, con lo cual este hallazgo confirmó la «Teoría de la Gran Explosión». Además las características de esta radiación (idéntica en su proporción), demostró que el Universo es homogéneo. La magnitud de este descubrimiento fue tal que en el año 1978 Penzias y Wilson recibieron el Premio Nobel en Física.
A pesar de ello, a fines de 1980 y comienzos de 1990, esta teoría del «Big-Bang» encontró el rechazo de algunos científicos que no aceptaban que toda la materia del Universo se hubiese formado hace 10 ó 20 mil millones de años, retomándose teorías alternativas como la del «Estado Sostenido», formulada a mediados del siglo XX. Pero en 1992 un nuevo hallazgo apoyó la «Teoría del Big-Bang». A partir de las observaciones del satélite Explorador del Fondo Cósmico (COBE), los astrónomos del Laboratorio Lawrence Berkeley y la Universidad de California en Berkeley, y del «Experimento Tenerife» en Canarias (equipo dirigido por el profesor Rebolo del Instituto de Astrofísica de Canarias), hallaron fluctuaciones de la temperatura en la radiación del fondo cósmico, lo cual fue interpretado por el doctor George Smoot y sus compañeros como evidencia de ondas gravitatorias. Esas variaciones en la temperatura eran la prueba de suficientes fluctuaciones de gravedad para provocar la agrupación de enormes cantidades de materia formando estrellas o galaxias.
Así, la «Teoría del Big-Bang», como se señala al principio, es la más aceptada en el campo de la astronomía. El instante inicial de esa gran explosión, llamado en inglés «Big-Bang» da nombre a esta teoría y en la actualidad los investigadores se centran en retroceder paulatinamente hasta poder llegar a ese momento singular. Hoy en día podemos afirmar que la investigación ha progresado considerablemente; a modo de ejemplo, indicaremos que en la segunda década del siglo XX, el tiempo que separaba a los investigadores del conocimiento de ese instante, era de tres minutos, mientras que actualmente está entre los 10 y una cienmillonésima de segundo, o menos. La pregunta clave es cuál era el estado de Universo 10 ó 35 segundos después del Big-Bang, lo cual nos permitía conocer mejor el momento preciso de la creación del Universo. Hay un hecho llamativo que todo científico tiene presente a la hora de aproximarse al pasado de nuestro Universo físico: a medida que retrocedemos en el tiempo, el Universo se vuelve más compacto y su expansión más rápida, de manera que en el momento de la creación el Universo estaría lo más contraído posible. Esto significa que el volumen del Universo sería igual a cero y la distancia entre dos puntos también. De este estado el Universo pasó a la gran explosión y un segundo después de ese big-bang, la materia que se generó a partir del mismo, estaba en un estado muy denso y caliente, alcanzando los 1.000 millones de grados centígrados. Tras ese segundo inicial, se inició rápidamente la expansión del Universo y su enfriamiento. Se sucedieron fusiones nucleares durante los quince minutos siguientes, tras otros quince minutos la densidad y la temperatura de la materia disminuyeron tanto que ya no volvieron a producirse más fusiones nucleares hasta que nacieron las estrellas. De esta teoría se deduce que el Universo ha variado su estado y que no siempre estuvo como está ahora. Si observamos el estado del Universo en el periodo de tiempo entre 500.000 años después del big-bang y el momento actual, apreciamos que a penas ha variado. Solamente pasando la barrera de esos 500.000 años hacia atrás, se puede señalar que las galaxias estaban mucho más próximas entre sí y la temperatura era muy elevada.
Sin embargo, esta teoría con ser la más aceptada, no está exenta de problemas. El primer problema de esta teoría es cómo fue posible la formación de las galaxias en el Universo primitivo, ya que para su formación era preciso que se diese la suficiente concentración de materia superior a la normal mantenida durante un tiempo duradero. Otra cuestión a la que esta teoría no da respuesta es dónde está la antimateria que debería existir en igual concentración que la materia.
Además de investigar el pasado del Universo, los astrónomos y científicos se han preocupado de su destino. Partiendo de los cálculos de Einstein, son tres los posibles futuros del Universo. La primera posibilidad es que el Universo siga expandiéndose a una velocidad siempre lenta y eventualmente detenga su expansión. Si el Universo es abierto o plano, se expandirá para siempre, y cuando haya llegado a su infinita expansión, y su temperatura sea infinitamente fría, se producirá el «gran frío» (entropía), llamado «Big Chill» en inglés. Llegaríamos al final de la historia, ya que el Universo se convertirá en un océano cósmico frío. La última posibilidad es que el Universo sea cerrado. En este caso, el Universo seguirá expandiéndose durante unos 40.000 ó 50.000 millones de años, pero cada vez con mayor lentitud; finalizará en un determinado momento su expansión y empezará entonces su contracción; al final de esta contracción se producirá la «gran implosión» o «Big Crunch». En el momento en que el Universo vuelva a alcanzar el tamaño que tiene actualmente, el Sol y la Tierra ya habrán muerto. Después, los planetas y las galaxias se disolverán y el Universo volverá a repetir las mismas etapas, pero en orden inverso. El Universo oscilará cada 100.000 millones de años, repitiéndose siempre el mismo proceso. La ciencia moderna continúa su debate entre un Universo Abierto o un Universo Cerrado. Entre los últimos descubrimientos debemos señalar la idea de que el Universo se expande aceleradamente.
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