UNIVERS

Abans de començar…
  • L’Univers conté bilions de cossos celestes o astres (estrelles, planetes, satèl·lits….) a més de pols i gasos. Tot això forma enormes conjunts anomenats galàxies. N’hi ha milions.
  • El sistema solar és un conjunt format per un estel, el Sol, al voltant del qual giren vuit planetes amb satèl·lits, altres astres de mida més petita, pols i gasos.
  • La Terra gira al voltant del Sol (moviment de translació) i sobre si mateixa (moviment de rotació). El Sol i els moviments de la Terra causen les estacions i la successió dels dies i de les nits.
  • Al voltant de la Terra gira un satèl·lit, la Lluna, que podem veure al cel i que presenta aspectes o fases.

1. Què és l’Univers?
Quan parlem de l'Univers acostumem a pensar en tot allo que hi ha més enllà de la Terra, en aquella misteriosa immensitat que podem observar al vel durant una nit clara.

Som una mota de pols que forma part d'un Univers inimaginablement gran. I realment no sabem com és l'Univers. Tot el que podem fer és deduir les seves característiques a partir de dues eïnes:

  • Les observacions que es poden fer des de la Terra, ja sigui a ull nu o amb telescopis.
  • El nostre enginy per comprendre i interpretar el que signifiquen aquestes observacions.
Ara observa detingudament la següent imatge: què és el que veus?

Imatge més profunda i real de l'Univers conegut, on apareixen més de 10.000 colorides galàxies. Captada pel telescopi espaial Hubble (NASA 2014).

El concepte actual d’univers fa referència al conjunt format per tota la matèria, l’energia i el temps que existeixen, i que ocupa un espai enorme.

Quan parlem de Matèria ens referim als planetes, les estrelles i la resta de cossos celestes. 


La matèria és el constituent de totes les substàncies, tant dels planeta com també dels éssers vius, de tots els objectes, de l’aire o de l’aigua. La matèria té massa i ocupa un lloc a l’espai (té volum). 


L'Energia pot expressar-se com: calorífica (calor), lluminosa (llum), raigs X, etc. 


L’energia és la capacitat que tenen els cossos per a cedir calor o per a produir un treball. L’energia no ocupa lloc a l’espai i n’hi ha diversos tipus. 


En definitiva: l'Univers és tot allò que existeix.

2. Elements que composen l’Univers
La major part de l’Univers és buit o té un tipus de matèria anomenada matèria fosca, molt difícil de detectar.

La resta de la matèria es troba repartida en els diferents elements:

1 Nebuloses   2 Galàxies   3 Estrelles   4 Forats Negres   4 Satèl·lits   5 Planetes   6 Asteroides   7 Meteorits   8 Cometes

De manera genèrica, diem que aquesta matèria queda repartida en forma de galàxies: conjunts inmensos formats per milers de milions d’estrelles i per nebuloses.
  • Les estrelles són esferes enormes de matèria que emeten energia (llum i calor) i partícules a gran velocitat (vent estel·lar). Al voltant de les estrelles podem trobar altres cossos com: planetes, satèl·lits, asteroides, cometes, etc.
  • Les nebuloses son regions de gas i pols on s’originen les estrelles.
  • Els planetes són astres de forma més o menys esfèrica, que giren al voltant d’una estrella que els il·lumina. 
  • Els planetes nans són astres que no compleixen totes les condicions per ser un planeta: són molt petits i les òrbites no estan netes de cossos menors. 
  • Els satèl·lits són astres (esfèrics o no) que giren al voltant dels planetes i, amb aquests, al voltant de l’estrella. No produeixen llum, sinó que reflecteixen la de l’estrella. 
  • Els asteroides són cossos rocosos de formes irregulars que giren al voltant del Sol. Es creu que són restes d’un planeta que no va arribar a formar-se o que es va desintegrar durant el procés. 
  • Els cometes són cossos que tenen una mida similar a la dels asteroides, però que estan formats per una mescla de roques i gel. Els fragments que es desprenen dels cometes poden xocar contra planetes, etc. I formar els meteorits.

3. La mida de l’Univers
La mida de l'Univers és una qüestió oberta. De fet encara no hi ha acord sobre si és finit o infinit. De totes maneres, sí que es pot estimar la mida de l'Univers observable, que és finit i consisteix en tot allò que ens podria haver afectat des del Big Bang, tenint en compte la velocitat de la llum.

Ateses les dimensions de l’Univers, les unitats de mesura que s’utilitzen a la Terra no són vàlides, de manera que s’han descrit noves unitats.

Les unitats de longitud que s'utilitzen en l'astrologia, per indicar distàncies astronòmiques com la distància entre estels o galàxies, són:
  • L’any llum (al)
Un any llum equival a la distància que la llum recorre en un anys.
1 al = 9.469.000 milions de quilòmetres = 9.469.000.000.000 km
  • La Unitat Astronòmica (UA)
Una Unitat Astronòmica equival a la distància mitjana entre la Terra i el Sol.
1 UA = 150 milions de quilòmetres = 150.000.000 km

Visualització de l'univers observable en tres dimensions de 93.000 milions d'anys llum. L'escala és tal que els petits grans en representen conjunts de grans nombre de supercúmuls. El cúmul de la Verge, es on se situa la Via Làctia i està marcat al centre.

Alguns exemples de mides astronòmiques es mostren en les imatges reals següents, captades pel telescopi Spitzer. A quina distància es troba una galàxia del nostre planeta? I quin tamany (indicat mitjançant el seu diàmetre) pot arribar a assolir?

Supernova RCW89 (Telescopi Spitzer, NASA)
Distància = 8.000 anys llum
Diàmetre = 85 anys llum
Galàxia Andròmeda (Telescopi Spitzer, NASA)
Distància = 2.500.000 anys llum
Diàmetre = 260.000 anys llum

A continuació us adjunto l'enllaç Space Images Wallpaper on podreu trobar més imatges reals, captades pels diferents telescopis actuals, amb les seves característiques principals i les seves mides en anys llum (al).

4. Els models de l'Univers
Els éssers humans sempre hem intentat entendre com és lUnivers i quin lloc ocupem en aquest. Tot el que sabem sobre el cosmos, en realitat prové de les observacions que hem pogut realitzar des de la nostra posició. Així, hem construït diversos models de l'Univers.

Els models de l'Univers són les formes en què imaginem com deu ser el cosmos, deduïdes a partir de les observacions realitzades.

Al llarg de la història, hem reformulat moltes vegades el nostre model de l'Univers per ajustar-lo a les noves i millors observacions.

El model d'Aristòtil 
Segle IV a.C.
  • La Terra es troba immòbil al centre de l’Univers: teoria geocentrista.
  • Al seu voltant, incrustats en esferes transparents, giren dibuixant cercles perfectes la Lluna, el Sol, Venus, Mercuri, Júpiter i Saturn.
  • L’última esfera no és transparent i ens protegeix del foc etern, que es pot veure a través de petits forats: els estels.
Model de l'Univers proposat pel filòsof grec Aristòtil.

El model de Ptolemeu 
Segle II d.C.
  • A vegades, els planetes, vistos des de la Terra, es frenen i fins i tot avancen en sentit contrari durant un temps: retrogradació dels planetes.
  • Els planetes estan incrustats en esferes mòbils (epicicle), el centre de les quals està incrustat en altres esferes mòbils (deferents) que tenen el seu centre a la Terra. 
  • Totes les esferes giren uniformement, cadascuna a la seva velocitat. 

El model de Copèrnic 

Segle XVI d.C. 
  • El Sol, i no la Terra, es el centre de l’Univers: teoria heliocentrista
  • La Terra és un planeta més. 
  • Tots els planetes són cossos molt semblants a la Terra. 
  • Els planetes giren al voltant del Sol seguint trajectòries circulars a velocitats constants. 
  • La Lluna no és un planeta, sinó que gira al voltant de la Terra. 
  • Els estels romanen immòbils. 
Model de l'Univers proposat per l'astrònom polonès Nicolau Copèrnic.

El model de Kepler 
Segle XVIII d.C.
  • Els planetes es mouen seguint trajectòries lleugerament el·líptiques.
  • El Sol està en un dels focus de cada el·lipse. 
  • El moviment dels planetes no és uniforme (canvien de velocitat).

El model actual
Segle XXI d.C.
  • Com a conseqüència de l'atracció gravitatòria del Sol, una multitud d'objectes gira al seu voltant en òrbites el·líptiques.
  • Es Sol és un estel.
  • Els estels són "forns" de matèria.
  • Els estels neixen de les nebuloses.
  • Estels i nebuloses s'agrupen en galàxies.
  • Les galàxies s'allunyen les unes de les altres. A més, com més llunyana és una galàxia, més ràpidament s'allunya.
  • Teoria del Big Bang: al principi tot l'Univers es trobava superconcentrat en un petit punt i no existien ni el temps ni l'espai. Aleshores, per alguna raó, l'Univers va explotar i es va començar a expandir. Les observacions i càlculs de què disposem a dia d'avui indiquen que l'Univers ha estat expandint-se durant uns 13.000 milions d'anys.

Línia del temps i de l'espai, graduada per representar l'expansió de l'Univers (inclosa la regió hipotètica no observable).

5. Les galàxies i la Via Làctia
La Via Làctia és la galàxia en què es troba el Sol, un dels cent mil milions d’estels que la formen. És una galàxia espiral constituïda per un nucli del qual surten cinc braços. Tots els estels que els formen giren al voltant del centre galàctic. El Sol hi fa una volta sencera cada 225 milions d’anys, a una velocitat de 220 km/s. 

Recreació artística feta per la NASA de la Via Làctia.
Altra recreació artística feta per la NASA de la Via Làctia. 

Els grecs van donar a la nostra galàxia el nom de Via Làctia, que vol dir “camí de llet”. Si has observat alguna vegada el cel en una nit clara, lluny de la llum de les ciutats, de segur que hauràs vist aquesta banda blanquinosa, formada per milions d’estels. En realitat es tracta de la llum de milions d’estels d’un braç de la nostra galàxia que, en la foscor de la nit, s’observa projectada en la volta* del cel. 


Panoràmica nocturna de la Via Làctia vista des de la plataforma de Paranal, Xile, llar del telescopi gegant de l'Observatori Europeu Austral.

6. El sistema solar 
A l’Univers, fins al moment, els éssers humans hem descobert molt pocs estels que tinguin un sistema* planetari. Un d’aquests estels amb sistema planetari és el Sol. 

El Sol, els planetes, els satèl·lits i altres astres formen una unitat anomenada sistema solar. 

Composició artística i escalada on apareix el Sol i els vuit planetes del sistema solar.

  • N'hi ha vuit planetes:
Planetes interiors: Mercuri, Venus, la Terra i Mart.
Es diuen planetes interiors perquè són els més propers al Sol. També se'ls anomena planetes tel·lúrics o rocosos. Són petits i rocosos, amb densitat alta. Tenen un moviment de translació ràpid, un moviment de rotació lent, poques o cap lluna, i una forma gairebé esfèrica.


Imatges reals captades des de l'espai dels quatre planetes interiors: 
Mercuri, Venus, la Terra i Mart.

Planetes exteriors: Júpiter, Saturn, Urà i Neptú.
S’anomenen gegants gasosos, són enormes i lleugers, fets en bona part d’hidrogen, heli i altres gasos. Estan més lluny del Sol, tenen una translació lenta, una rotació ràpida, i tenen molts satèl·lits, una forma no ben esfèrica (són com pilotes aplatades en els pols), i tots ells tenen anells.


Imatges reals captades des de l'espai dels quatre planetes exteriors: 
Júpiter, Saturn, Urà i Neptú.

Objectes nans: Ceres, Plutó, Haumea, Makemake i Eris.


Els objectes nans: 
Eris, Ceres, Plutó, Makemake i Haumea.
  • El camí que els planetes fan al voltant del Sol es diu òrbita
  • El moviment al llarg de l’òrbita s’anomena moviment de translació
  • Al mateix temps, els planetes giren sobre ells mateixos amb un moviment conegut amb el nom de moviment de rotació.
  • Tots els planetes del sistema solar, excepte Mercuri i Venus, tenen com a mínim un satèl·lit
Visió artística del Sol, els planetes del sistema solar i les seves òrbites, el cinturó d'asteroides i un cometa.


Les principals característiques dels planetes del sistema solar es poden resumir mitjançant la taula que es presenta a continuació:

Planeta
Distància al Sol (UA)
Diàmetre equatorial (km)
Densitat mitjana (g/cm3)
Període de rotació
Durada de la translació
Nº de satèl·lits
Mercuri
0,39
4.879
5,43
58,65 dies
88 
dies
0
Venus
0,72
12.103
5,24
243 dies
224,70
dies
0
Terra
1,00
12.756
5,52
24 hores
365,25 dies
1
Mart
1,52
6.796
3,94
24,6 hores
686,98 dies
2
Júpiter
5,20
142.984
1,33
9,8 hores
11,86 anys
62
Saturn
9,55
120.536
0,70
10,7 hores
29,45 anys
47
Urà
19,22
51.118
1,30
15,6 hores
84 anys
27
Neptú
30,11
49.528
2,03
16 hores
164,79 anys
13


7. Els moviments dels astres
Els astres tenen dos tipus de moviments:
  • El moviment de rotació: és el moviment de gir d’un astre sobre si mateix. La línia imaginària al voltant de la qual es produeix el gir s’anomena eix de rotació.
  • El moviment de translació: és el desplaçament d’un astre que gira al voltant d’un altre astre. El recorregut que fa s’anomena òrbita.
El pla imaginari en el qual es troba l’òrbita de la Terra rep el nom d’eclíptica o pla de translació.

Imatge de les òrbites dels vuit planetes del sistema solar i del planeta nan: 
Plutó, al voltant del Sol.

Per tal de visualitzar aquests moviments, us presento el següent espectacular vídeo del Museu Americà d'Història Natural, on es fa una reconstrucció informàtica que mostra un "viatge" des de la superfície de la Terra fins els límits de l'univers conegut.


8. El Sol
El Sol és una estrella: una bola esfèrica i calenta de gasos incandescents. La temperatura a la superfície és de 5.500ºC, arribant als 15 milions de graus en el nucli més intern. 



El seu diàmetre és de 1.400.000 km i la seva massa és 333.000 vegades superior a la de la Terra. El seu volum és tan enorme que a dins hi cabrien 1.300.000 Terres. Però malgrat tot, és una estrella petita: algunes supergegants, com per exemple Antares, que podeu veure a la constel·lació de l’Escorpí, són tan descomunals que dins seu hi cabrien 500 milions de Sols. 


El Sol pertany a la classe d’estrelles anomenades nanes groguesEstà format fonamentalment d'hidrogen i heli. 

Les condicions de temperatura i densitat en aquest nucli fan que es produeixin reaccions nuclears, que són les que generen gairebé tota l'energia, llum i calor del Sol: el Sol genera energia en el seu nucli mitjançant reaccions termonuclears de fusió, en què l’hidrogen (H) es converteix en heli (He) produint energia en forma de radiació. 

L'energia produïda pel Sol en un segon és major a la consumida per la humanitat en tota la seva història. Sense la intensa energia i calor del Sol no hi hauria vida a la Terra. Però encara que és especial per a nosaltres, el Sol no és més que una estrella vulgar entre les 200.000 milions d'estrelles que poblen la nostra galàxia, la Via Làctia.

9. La Terra, el nostre planeta
La Terra és el tercer planeta en distància respecte al Sol, el més dens i el cinquè en mida dels vuits planetes del sistema solar. 

La Terra és un planeta terrestre: és un cos rocós, amb abundància d'aigua a la superfície. Aquesta és una característica única que la distingeix com a Planeta blau de la resta del sistema solar.



A més, actualment és l'únic astre on se sap que hi ha vida. El planeta es va formar fa aproximadament 4.600 milions d'anys i hi va aparèixer vida en mil milions d'anys. Les propietats físiques de la Terra, així com la seva història geològica i òrbita, han permès que la vida persisteixi durant aquest període.

Capes de la Terra 
  • Biosfera: franja de la Terra on es fa possible la vida.
  • Atmosfera: capa gasosa que envolta la Terra.
  • Hidrosfera: conjunt de tot l'aigua (en forma líquida, sòlida o gasosa) que composa la Terra.
  • Geosfera: conjunt de tot el sòl i roques que composa la superfície terrestre.
El moviment de rotació 
  • La Terra gira sobre si mateixa al voltant del seu eix, en sentit contrari a les agulles d’un rellotge (vist des del pol nord, d’oest a est). 
  • Es produeix un gir complert cada 23 hores, 59 minuts i quatre segons, que és el que es considera la duració d’un dia. 
  • Aquest moviment explica l’alternança entre el dia i la nit: a la part de la Terra que està il·luminada pels raigs de Sol és de dia, mentre que a la part que queda a les fosques és de nit. 

A continuació es mostra l'esquema gràfic del moviments de rotació de la Terra, on apareix aquesta i el Sol i tenint en compte que l’eix de rotació terrestre (eix nord-sud) està inclinat uns 23º aproximadament respecte al pla perpendicular de l’eclíptica.

Moviment de rotació que fa la Terra, girant sobre sí mateixa, al voltant d'un eix imaginari.

El moviment de translació 

  • La Terra gira al voltant del Sol descrivint una òrbita el·líptica en 365 dies, 6 hores i 9 minuts. 
  • Aquest moviment explica les estacions de l’any
  • La distància entre el Sol i la Terra varia segons el moment de l’any: 
  • La màxima distància entre el Sol i la Terra (finals de Juny) = 152.100.000 km
  • La mínima distància entre el Sol i la Terra (finals de desembre) = 147.100.000 km
Com a conseqüència d’això, podem fixar 4 posicions característiques:

Moviment de translació de la Terra, girant al voltant del Sol.

21 de juny (Solstici d'estiu)
  • Hemisferi nord: es troba més il·luminat pel Sol. Com a conseqüència augmenten les hores de Sol durant el dia en aquest hemisferi, que rep una quantitat d'energia mes gran, i comença l'estiu.
  • Hemisferi sud: hi ha menys hores de Sol i comença l'hivern.
23 de desembre (Solstici d'hivern)
  • Hemisferi nord: es troba més il·luminat pel Sol. Com a conseqüència augmenten les hores de Sol durant el dia en aquest hemisferi, que rep una quantitat d'energia mes gran, i comença l'estiu.
  • Hemisferi sud: hi ha menys hores de Sol i comença l'hivern.
20 de març (Equinocci de primavera)
  • Hemisferi nord i hemisferi sud: els dos hemisferis apareixen igualment il·luminats i el dia i la nit tenen la mateixa duració (12 hores).
  • Pol nord i pol sud: s'inicia un dia de sis mesos de duració en el pol nor i una nit de 6 mesos de duració en el pol sud.
22 de setembre (Equinocci de tardor)
  • Hemisferi nord i hemisferi sud: els dos hemisferis apareixen igualment il·luminats i el dia i la nit tenen la mateixa duració (12 hores).
  • Pol nord i pol sud: s'inicia una nit de sis mesos de duració en el pol nord i un dia de 6 mesos de duració en el pol sud. 

10. La Lluna, el nostre satèl·lit

Les fases lunars
  • La Lluna gira al voltant de la Terra i presenta un aspecte diferent depenent e la seva posició relativa amb relació a aquesta. 
  • Segons la posició relativa de la Terra, la Lluna i el Sol es pot observar que la part il·luminada de la Lluna varia. Aquestes variacions s’anomenen fases lunars, i el cicle dura uns 29,5 dies.
A continuació us presento imatges de les fases de la Lluna: aquestes es refereixen als canvis aparents de la cara il·luminada del satèl·lit.



  • Lluna plena (pleniluni): el Sol il·lumina de ple la cara visible de la Lluna. Des de la Terra es veu el disc lunar complet.
  • Quart minvant: el Sol il·lumina lateralment la Lluna, i la part il·luminada es redueix dia a dia.
  • Lluna nova (noviluni): el Sol il·lumina la cara oculta de la Lluna i el nostre satèl·lit no és visible des de la Terra.
  • Quart creixent: el Sol il·lumina lateralment la Lluna, i la part il·luminada augmenta dia a dia.


Els eclipsis

La Terra interacciona amb altre objects de l'espai, especialment el Sol i la Lluna. De vegades el Sol, la Lluna i la Terra queden alineats i es produeixen els anomenats eclipis. Els eclipsis que es poden observar des de la Terra són de dues menes:
  • Eclipsis de Sol: succeeix quan la Lluna passa entre el Sol i la Terra, i la Lluna cobreix totalment o parcial el Sol en una posició concreta de la Terra. Això només pot passar durant la fase de lluna nova, quan el Sol i la Lluna estan en conjunció vist des de la Terra. Com a mínim ocorren dos eclipsis solars anualment, tot i que aquest nombre pot arribar fins a cinc.
Eclipse anular de Sol del 20 de maig del 2012. Visible a la costa de la Xina, el sud del Japó, el nord de l'Oceà Pacífic i el nord-est dels EEUU.


  • Eclipsis de Lluna: succeeix quan la Terra s'interposa entre el Sol i la Lluna, és a dir, quan la Lluna entra en la zona d'ombra de la Terra. 
Eclipsi de Lluna que va tenir lloc el 21 de Febrer del 2008. Les fotografies es van fer des de la ciutat de Storernede, a Alemanya.

La Lluna i les Marees
Són els ascensos i descensos del nivell del mar a causa de l'atracció gravitatòria que la Lluna i, en menor grau el Sol, exerceixen sobre l'aigua. Aquests astres provoquen un apilament d'aigua a la zona oceànica més propera a la Lluna, i també a la zona oposada, perquè en ser mínima l'atracció gravitatòria, la força centrífuga origina un altre apilament.

Això es tradueix en un ascens del nivell del mar, anomenat marea alta o plenamar. Simultàniament, en els dos llocs intermedis, i per la manca d'aigua, es produeix un descens del nivell del mar que rep el nom de marea baixa o baixamar.


Degut al moviment de rotació de la Terra, a la majoria de les poblacions cada dia es produeixen dos ascensos (plenamars) i dos descensos (baixamars). Entre una plenamar i la següent generalment transcorren unes 12 hores. En el Mediterrani són variacions de pocs centímetres però en l'Atlàntic i altres oceans poden ser de varis metres.