Un universo en expansión
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Un universo en expansión - Luis F. Rodríguez
humanidad.
I. La Tierra, un lugar
que no tiene nada de especial
De pie sobre la superficie de la Tierra experimentamos una sensación de solidez e inmovilidad, la cual hace difícil concebir que en realidad nuestro planeta se mueve velozmente. Debido a tal sensación de inmovilidad, las culturas antiguas concluyeron que la Tierra era el centro del Universo, un centro inmóvil, que se mantenía estático. A principios del siglo XVI el astrónomo polonés Nicolás Copérnico investigaba y trataba de describir las órbitas del Sol y los planetas entonces conocidos. En ese tiempo los movimientos del Sol y los planetas se describían mediante un complejísimo modelo de círculos excéntricos perfeccionado por Tolomeo. Copérnico descubrió una manera muy sencilla de describir los movimientos orbitales, pero su modelo requería de una condición desconcertante: era el Sol y no la Tierra el que debería considerarse el centro natural de las órbitas de los planetas, incluido el nuestro.
¿Por qué si la Tierra tiene un movimiento de rotación y describe una órbita alrededor del Sol, nosotros la sentimos tan sólida e inmóvil? La razón está en lo que nuestros sentidos perciben: los cambios en el movimiento. Mientras éste sea continuo, sin cambios bruscos, es imposible percibirlo. Por ejemplo, durante un vuelo de avión es fácil olvidar que estamos en movimiento; sólo cuando el avión pasa por una región turbulenta percibimos nuestro desplazamiento. La Tierra se mueve a más de 100 000 kilómetros por hora en su órbita alrededor del Sol, pero lo hace de manera fluida y continua y, como si fuera una nave perfectamente estable, no percibimos su movimiento veloz.
La conclusión de Copérnico de que el Sol es el centro alrededor del cual orbitan los planetas, fue la primera sacudida científica en el camino que nos ha llevado a pensar que los seres humanos habitamos un lugar del Universo que no tiene nada de especial. El paso siguiente lo dio Isaac Newton cuando enunció la ley de la gravitación universal a finales del siglo XVII. El Sol, que contiene 99.9% de la masa total del Sistema Solar, se halla justo en el centro de ese sistema y a su alrededor, como granos de polvo, giran los planetas. La fuerza que la Tierra ejerce sobre el Sol es la misma que el Sol ejerce sobre la Tierra, pero debido a la mayor masa del Sol, éste se ve poco afectado. Si le damos un empujón a una bicicleta, ésta reaccionará; no será así si el empujón se lo damos a un camión. Igualmente, el Sol casi no se mueve a causa de la atracción de los planetas, pero éstos sí son alterados notoriamente por la fuerza de atracción del Sol, la cual los mantiene en su órbita alrededor de dicha estrella. Si la fuerza de atracción gravitacional desapareciera, los planetas se moverían en línea recta abandonando tangencialmente sus órbitas.
El Sistema Solar tiene 2 características básicas que explican cualquier modelo teórico que pretenda definir su origen y evolución. Primero, todos los planetas, con excepción de Plutón, están situados aproximadamente en un mismo plano y giran en igual sentido (figura I.1. a). Si el Sistema Solar se hubiese formado mediante la captura al azar de planetas por el Sol, esperaría que los planetas giraran en todas direcciones y sentidos (figura I.1. b).
Figura I.1. a) Los planetas del Sistema Solar están situados aproximadamente en un mismo plano y giran alrededor del Sol en igual sentido. b) Si los planetas hubieran sido capturados al azar por el Sol, sus órbitas se desplazarían en todas direcciones y sentidos.
La segunda gran característica del Sistema Solar radica en la división de los planetas en 2 grupos: los interiores o terrestres y los exteriores o jovianos. Los primeros, cuyo prototipo es la Tierra, son pequeños y sólidos (figura I.2. a). Los jovianos, cuyo ejemplo es Júpiter, son esferas gaseosas sin superficie sólida, con diámetro 10 veces mayor que el de los planetas terrestres (figura I.2. b).
Figura I.2. a) El prototipo de los planetas terrestres, pequeños y sólidos es, por supuesto, la Tierra.
Figura I.2. b) Los planetas jovianos, grandes y gaseosos, tienen como modelo a Júpiter.
Estas 2 características básicas tienen su explicación en el modelo que veremos más adelante, por el que se busca descifrar la manera cómo se forman las estrellas y, con ellas, sus sistemas planetarios.
II. El Sol, la estrella más cercana
Casi toda la materia que constituye el Universo visible está atrapada en forma de estrellas. Tales esferas gigantescas de gas caliente alcanzan diámetros que van de cientos a miles de veces el de la Tierra. Las estrellas tienen brillo propio porque en su centro las presiones y temperaturas son lo suficientemente elevadas para propiciar que los átomos colisionen entre sí frecuente y fuertemente. En estas colisiones a veces se fusionan 2 o más núcleos atómicos para formar uno solo. A este fenómeno se le llama fusión termonuclear. En su forma básica, este proceso fusiona 4 átomos de hidrógeno para formar 1 de helio. Estrictamente hablando, la masa no se conserva en este proceso físico. Si tomáramos 4 gramos de núcleos de hidrógeno y los fusionáramos hasta convertirlos íntegramente en núcleos de helio, no obtendríamos exactamente los 4 gramos de helio esperados, sino sólo 3.97