2. La Ley de Hubble

La ley de Hubble se utiliza para mapear el universo y medir las distancias entre galaxias. Esta ley establece que la velocidad a la que una galaxia se aleja de un observador es proporcional a su distancia. Es decir, cuanto más lejos está una galaxia de nosotros, mas rápido se aleja. Al observar el desplazamiento al rojo (redshift), se puede determinar esta velocidad (velocidad de recesión). La tasa de expansión del universo se refiere a la velocidad a la que se incrementan las distancias entre las galaxias con el tiempo.
La constante de Hubble, permite calcular la tasa de expansión del universo y nos indica cómo el universo se está expandiendo de manera uniforme en todas direcciones. Este concepto es fundamental en cosmología porque proporciona una forma de entender la evolución del universo desde el Big Bang hasta su estado actual y permite calcular su edad aproximada.

3. Origen de la Astronomía

La astronomía es la ciencia más antigua y surge de la necesidad de la Humanidad de conocer y comprender su entorno, la relación entre los fenómenos celestes y los ciclos naturales de la Tierra (estaciones, lluvias…); por eso motivo, en sus orígenes la astronomía tiene un aspecto “mágico” que deriva en la astrología. La astronomía tiene desde su origen hasta la actualidad un uso administrativo fundamental porque fija y mantiene los calendarios, los relojes y el curso del tiempo. En los restos arqueólogicos más antiguos como Gobleki Tepele (Turquía, 9600 AC) o la gran pirámide (Egipto, 2600 AC) se encuentran pruebas del papel fundamental de la astronomía. El código de Hamurabi (la primera legislación conocida) hace referencia a las actividades calendáricas de los astronómos persas. Todavía hoy, las coordendas astronómicas se dan en el sistema sexagesimal, el sistema que usaban los astrónomos persas.

4. El impacto de la astronomía en el origen de la ciencia moderna

La astronomía no es sólo la primera disciplina científica sino también la pionera en la implementación de la metodología racional y contrastada de análisis de la naturaleza que dará lugar a la formulación de la Física actual y del método científico. Un ejemplo paradigmático es el origen de las teorías del movimiento planetario. De las manos de Eudoxo, miembro de la Escuela Platónica, surge la primera teoría para explicar el movimiento de los planetas. Puesto que los planetas están en el cielo (que es perfecto) su trayectoria tiene que ser explicada por esferas y Eudoxo centra las esferas en la Tierra. Puesto que el Sol es un astro imponente que regula la naturaleza terrestre, en breve tiempo surge una explicación alternativa que centra las esferas en el Sol. Esta teoría es estudia con los métodos tecnólogicos antiguos y se ve inviable porque son incapaces de detectar el efecto de la órbita terrestre alrededor del Sol en el movimiento planetario. El prestigio de la Escuela Platónica hace que la Escuela de Alejandría, liderada por Ptolomeo, adopte el modelo geocéntrico. A lo largo de los siglos, se detectan numerosos fallos en el modelo que se resuelven complicando el cálculo en vez de alterando la hipótesis de partida. En los siglos XII-XIII y de la mano de la Escuela Peripatética Andaluza, se discuten las bases filosóficas de la concepción Ptolemaica y en el siglo XVI, Copérnico formula un modelo heliocéntrico de nuevo, que sigue sin reproducir los datos. En el siglo XVII, Tycho Brahe, desarrolla en Praga un telescopio que le permite medir con gran precisión el movimiento aparente de los planetas. De todos ellos selecciona Marte para que su ayudante, Joahnnes Kepler, intente reproducir su movimiento. Kepler sólo lo consigue suponiendo que las órbitas no son sólo heliocéntricas sino elípticas con el Sol en el foco. Deduce que el periodo de las órbitas está relacionado con la distancia al Sol, y de esta dependencia acabará Newton por derivar la Ley de la Gravitación Universal. La primera de las cuatro grandes fuerzas de la naturaleza formulada matemáticamente, dando origen a la Física moderna.

5. Protección del cielo para la observación astronómica

La creciente actividad espacial y las constelaciones de miles de satélites que están siendo puestas en órbita desde 2020 están poniendo en riesgo la observación profesional del cielo desde la Tierra. Existen numerosas iniciativas para la protección del cielo lideradas por la Unión Astronómica Internacional (IAU) en colaboración con organismos como la Oficina de Espacio Exterior de la Organización de las Naciones Unidas (OOSA) para minimizar el impacto de las constelaciones. La IAU ha establecido con los operadores de constelaciones de satélites las conferencias SATCONs para abordar y regular los problemas que derivan de la indutrialización del espacio.

6. Premios Nobel en Física y Astronomía

1967 Bethe – Teoría de las reacciones nucleares y la producción de energía de las estrellas. 1974 Ryle & Hewish – Tecnología de radioastronomía y la
detección de estrellas de neutrones. 1978 Penzias & Wilson – Descubrimiento de la radiación de fondo. 1983 Chandrasekar & Fowler – Estructura estelar y reacciones nucleares en las estrellas. 1993 Hulse & Taylor – Descubrimiento de las ondas gravitacionales en un pulsar binario. 2002 Davis, Koshiba, Giaconni – Detección de neutrinos e instrumentación para telescopios de rayos X. 2006 Mather & Smooth – Anisotropía de la radiación de fondo. 2011 Perlmutter, Schmidt, Riess – Expansión acelerada del Universo. 2017 Weiss, Barish, and Thorne – LIGO y detección de ondas gravitacionales. 2019 Peebles, Mayor and Queloz – Modelo cosmológico y descubrimiento de los exoplanetas.

7. Astronomía Espacial y Radiación de Fondo

En 1965, Penzias y Wilson, dos ingenieros de Bell Telephone, detectaron una radiación de fondo que no era de origen instrumental, que era isótropa y que correspondía a una temperatura de ∼3.5 K. Esta radiación sólo podía ser el remanente de la gran explosión que dió lugar a la formación del Universo. Para medir su temperatura con precisión, la NASA lanzó el satélite COBE que determinó la temperatura con una precisión de 0.01% (2.725 +/- 0.001K); esta precisión es imposible de alcanzar dentro de la envoltura térmica de la atmósfera terrestre.

8. Astronomía Espacial y Estructura a gran escala del Universo

A finales de los años 80 comenzaron los primeros esfuerzos de mapear la distribución de la materia (las galaxias) en el Universo, remontándose hasta las épocas más tempranas posibles. Ya desde los primeros trabajos, se descrubrió la distribución de la materia no es homogénea sino que que se encuentra en una gran tela de araña cósmica con enormes filamentos de galaxias y vacíos de dimensiones cosmológicas (más de 100 Mpc). Esta anisotropía en la distribución de la materia debía reflejarse también en la radiación de fondo. Las misiones WMAP de la NASA y Planck de la ESA buscaron esa anisotropía y la encontraron demostrando que en el origen del Universo, la explosión fue acompañada de ondas de compresión que resultaron en la distribución de la densdad de materia que observamos en la actualidad.

9. Astronomía Espacial y Energía Oscura

El concepto de la existencia de una energía oscura que acelera la expación del Universo surge de los esfuerzos realizados con el Hubble Space Telescope para determinar la variación de la curvatura del Universo a lo largo de su historia. A partir de la obsevación de estrellas supernovas en galaxias lejanas es factible determinar la distancia a la que se encuentran y restitiur la curva de expansión. De manera inesperada se encontró que en vez de expandirse con una velocidad constante, como predecían las teorías comunmente aceptadas, la expansión del Universo está siendo acelerada. No se conoce la naturaleza del fenómeno que causa esta aceleración y por lo tanto se le ha pasado a denominar Energía Oscura. Caracterizar la Energía Oscura es, a día de hoy, uno de los mayores retos de la investigación cientifica. Sólo con la nitided y sensibilidad que proporcionan las imágenes espaciales fue posible detectar, y determinar de manera precisa, la distancia a la que se encontraban las supernovas que llevaron a este descubrimiento.

10. Astronomía Espacial y la medida de la evolución química del Universo

En sus orígenes, el Universo estuvo sólo compuesto de elementos muy ligeros (básicamente un 80% de hidrógeno y un 20% de helio). Todos los elementos que conocemos en la actualidad, los elementos de la Tabla Periódica, derivan de las estrellas, de las reacciones nucleares en su interior y de su evolución. Los átomos más abundances en el Universo son hidrógeno, helio, oxígeno, carbono y nitrógeno. El hidrógeno, el oxígeno, el carbono y el nitrógeno, junto con el azufre y el fósforo son los átomos con los que están construidas las moléculas fundamentales para la vida. La presencia de estos átomos en el espacio se hace a través de trazadores espectrales de los cuales, los más sensibles con las transiciones de resonancia. Las transiciones de resonancia de estos átomos se encuentran en el rango ultravioleta del espectro electromagnético, sólamente accesible desde el espacio. El telescopio espacial Hubble ha sido capaz de detectar la pérdida de metales que sufren las galaxias por la acción de los vientos y chimeneas galácticas

11. Astronomía espacial y los sistemas planetarios

La planetas se forman en los discos de gas y polvo que se producen en la formación de las estrellas. El material del disco es procesado por la radiación de la estrella y a medida que esta evoluciona se evapora o se concentra en los protoplanetas y planetas. La primeras imágenes de estos discos, e incluso la detección de un planeta en formación, se obtuvieron desde el espacio, utilizando la alta resolución angular del Hubble Space Telescope, que es innacesible para los observatorios terrestres. Los brazos espirales del disco alredor de la estrella de AB Aur, el extenso disco que orbita TW Hya o el alabeo del disco de Beta Pic, fueron observados por primera vez desde el espacio. Estas imágenes han proprcionado información fundamental para comprender la estructura más interna de los discos y la formación de los planetas del Sistema Solar.

12. Astronomía espacial y exoplanetas

A día de hoy se conocen más de 6000 planetas orbitando alrededor de otras estrellas. El método más efectivo para su detección es la observación de manera continuada de las estrellas y la detección de la pequeña variación en su radiación producida por el paso de un planeta (por la ocultación del disco estelar por el planeta). Para ello, es preciso un extraordinaria estabilidad fotométrica que no puede ser alcanzada desde la superficie de la Tierra por el efecto de la atmósfera. El 65% de los exoplanetas conocidos han sido detectados por una única misión espacial, el satélite Kepler de NASA. Kepler monitorizó de manera continua una pequeña región del cielo entre la constelación del Cisne y la de Lira y fue capaz de detectar estas variaciones de la radiación de los planetas y de ahí determinar su órbita. La misión Habitable Worlds Observatory (HWO), la próxima misión insignia de la NASA que sigue el sendero de los telescopios espaciales Hubble y James Webb, tiene como principal objetivo identificar mundos potencialmente habitables dentro esta lista creciente de exoplanetas.

13. Astronomía espacial y la investigación del origen de la vida

Entre los años 2000 y 2020, se han venido desarrollando una serie de actividades con hielos desarrollados en laboratorio que pretenden ser una fiel representación de los hielos espaciales. A raíz de esta investigación se ha descubierto que la irradiación de hielos espaciales (agua, amoniaco, CO2) con radiación ultravioleta similar a la solar, resulta en la producción no sólo de amino ácidos, sino también de ribosas y las bases nitrogenadas del ADN. Es decir, las moléculas básicas de la vida, se puden producir de manera natural en las superficies heladas de los planetas y en los cometas. Este hecho, ha sido probado recientemente por la misión espacial Hyababusa-2 de la Agencia Espacial Japonesa, JAXA, que ha extraido una muestra del asteroide Ryugu, en órbita cercana a la Tierra, y ha encontrado uracilo, una de las bases nitrogenadas del ARN. Por tanto, las moleculas precursoras del ADN se pueden formar de manera natural en cualquier sistema planetario que tenga abundancias de metales similares a las del nuestro. Las misiones de exploración planetaria, y la investigación de las lunas heladas de los planetas gigantes gaseosos tiene como objetivo encontrar evidencias en otros lugares del Sistema Solar.

14. Líquenes en el espacio. ASTROBIOLOGÍA

Los líquenes, asociaciones simbióticas de células de algas y hongos, son organismos que viven en condiciones extremas. Durante la misión Foton de la Agencia Espacial Europea, con más de 40 experimentos a bordo, se demostró su resistencia en el espacio exterior. Expuestos al vacío, radiación y fluctuaciones térmicas, los líquenes de especies como Rhizocarpon Geographicum y Xanthoria elegans mantuvieron la fotosíntesis durante 14,6 días en órbita terrestre. Este hallazgo, presentado por la Dra. Rosa de la Torre del Instituto de Investigación Aeroespacial Español (INTA) en Madrid y dirigido por el profesor Leopoldo Sancho de la Universidad Complutense de Madrid, sugiere la transferencia de vida entre planetas y abre nuevas vías de investigación en exobiología. Los líquenes, por su complejidad y capacidad de adaptación, ofrecen una perspectiva intrigante sobre la supervivencia y la posible colonización en entornos extraterrestres.

15. Meteoritos. MINERIA ESPACIAL

Un meteorito es un fragmento de un cuerpo celeste que impacta sobre la superficie de la Tierra u otros cuerpos celestes. Cuando los meteoritos entran en la atmósfera, la fricción con el aire comienza a calentar la roca, produciéndose el fenómeno lumínico conocido como meteoros o estrellas fugaces. Este calentamiento conduce a la fusión de la roca, de modo que sólo las rocas más grandes consiguen alcanzar la superficie terrestre, formando cráteres de impacto. Estos cráteres nos ayudan a comprender la escala de riesgo frente a futuros posibles impactos, así como a comprender el proceso de formación de nuestro planeta o del sistema solar y a localizar recursos (tanto en la Tierra como fuera de ella). Se clasifican en simples y complejos, en función de su diámetro. Se forman en varias etapas, comenzando con el contacto y posterior compresión, donde la energía cinética del meteorito se transforma en energía mecánica en forma de ondas de choque que se que propagan fracturando y desplazando el sustrato donde ha impactado, creando una nueva estructura material.
El potencial geológico de los cráteres se debe a su capacidad para albergar depósitos minerales.

Los cráteres de impacto han desempeñado un papel crucial en la exploración geofísica de petróleo, gas, carbón, elementos de tierras raras, cobre, níquel, bario, zinc, hierro, plata, oro, platino y agua. Por ejemplo, el cráter Sudbury (Ontario, CA) es una de las principales fuentes actuales de Ni del planeta.

El cráter Barringer se formó por el impacto de un pequeño asteroide, cuyos restos se conocen como meteorito Canyon Diablo, un meteorito de Fe y Ni (Tipo IAB-MG).