Tema Energía I – Nuestra fuente energética más importante:
El Sol
En el Sol cada segundo se fusionan más de 564 millones
de toneladas de hidrógeno. La reacción más importante, que aproximadamente es
el 80% de la generación de energía, es la llamada reacción protón-protón: En
un primer paso se fusionan entre sí dos protones (núcleos de hidrógeno); en un
segundo paso se fusiona el aquí formado núcleo de deuterio con otro protón,
con esto se forma el isótopo He-3, y finalmente dos núcleos de He-3 fusionan entre sí formando un núcleo de
Helio (He-4), donde se liberan dos protones. Las fusiones tienen lugar en el centro
del Sol a una temperatura de 15,7 millones de grados; con lo cual cada segundo
se pierden 4,4 millones de toneladas de masa, que son transformados en energía.
La energía primeramente debe atravesar la zona de radiación, que es tan
densa, que las partículas de luz constantemente colisionan con otras y en
promedio necesitan decenas de miles de años para atravesar esta zona. Luego
se encuentran con una zona de convección, donde a causa de corrientes de plasma
(gas, que en base a la temperatura de 2 millones de grados, ha perdido sus
electrones) son transportadas a la superficie. En la superficie el Sol tiene
una temperatura de 5 500 grados, el largo de onda de la radiación entregada alcanza
su máximo de 500 nanómetros – 40% de la radiación solar es luz visible; 8
porciento es radiación UV de ondas cortas, y 52 % ondas más largas en el infrarrojo (calor).
Konvektionszone = Zona de convección
Strahlungszone = Zona de radiación Kern = Núcleo
Protuberabz = Protuberancia
EL Sol nuestro proveedor de energía más importante.
Figura NASA (La inscripción aporte del autor).
Ya que la relación de energía y masa está descrita por la
fórmula de Einstein E = mc2 , y tanto la masa convertida m como también c (la velocidad de la luz) son
valores muy elevados, se origina una corriente de energía de 63,2 millones de Watt
por metro cuadrado de superficie solar, y ya que el Sol tiene un diámetro de
1,4 millones de kilómetros (nuestra Tierra cabría aproximadamente un millón de veces dentro del Sol). El flujo
de energía total sería de la increíble cantidad de 3,85 x 1026 W.
Esta energía es irradiada en forma pareja en todas las direcciones, la Tierra,
debido a su distancia de aprox. 150 millones de kilómetros, sólo recibe una
parte mínima, menos de la mitad de un mil millonésimo. Pero esta cantidad aún
es de m174.260 terawatt, matemáticamente 1.366 Watt por cada kilómetro cuadrado
de la superficie terrestre expuesta al Sol. Debido a que la Tierra es esférica y
que en su mayor parte el Sol incide oblicuamente y una parte de la Tierra esta
apartada del Sol, se obtienen un promedio de radiación solar, en el límite
superior de la atmósfera de 342 Watt por
kilómetro cuadrado. La radiación solar se mide con gran exactitud desde 1978 mediante
satélites, en este lapso de tiempo su oscilación se encuentra en una amplituda
de menos de 0,1%
Radiación solar en Watt/kilómetro cuadrado
La radiación solar oscila en un ciclo de aprox. 11 años,
que coincido con el número de manchas solares.
Imágen prooia, fuente NASA SOHO
Un indicador para la intensidad de la radiación solar son
las observaciones telescópicas de las manchas solares: Estas se forman cuando líneas
de campo del campo magnético del Sol llegan a la superficie e impiden el
transporte de energía. El cortocircuito de la líneas de campo gatilla las erupciones
de las protuberancias (ver cuadro arriba), con esto el Sol pierde
aproximadamente un millón de toneladas de materia por segundo que se esparcen
en el espacio como viento solar.
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12 de enero de 2013
Desde el Big-bang hasta la Tierra (IV)
Desde el Big-bang hasta el planeta el Tierra (IV)
Cómo se formó nuestro sistema solar y la Tierra
Nacido del polvo – la formación del Sol y de la
Tierra
Representación artística de la formación de
los planetas. Se puede apreciar el disco de polvo y gas que ya está formando
anillos. Ya se formó un planeta gaseoso (a la izquierda en el cuadro); a la
derecha del centro se representa un impacto de un asteroide en un planeta
rocoso – estos eventos son explicado en
el transcurso del texto Cuadro NASA/FUSE/Lynette Cook.
Nuestro sistema solar se formó aproximadamente
hace unos 4, 5 mil millones de años. El
Sol es una estrella mediana que debería
billar unos 10 mil millones de años, su interior tiene una temperatura de uno
15 millones de grados, en la superficie sólo unos 6.000 grados. Con el correr del
tiempo su fuerza lumínica aumenta, ya que debido al consumo de hidrógeno se
achica, Lo que eleva la temperatura y calienta
a la fusión nuclear. (El aumento de la fuerza lumínica tiene influencia sobre
el clima de la Tierra)
La nebulosa
de gas y polvo que llevó a su formación,
partió de una supernova: Se componía de un 98% de Hidrógeno y Helio y un dos por
ciento de elementos pesados. Nuestra idea de la formación del sistema solar, se
remonta a los conceptos básicos de Immanuel Kant y Pierre-Simon Laplace; Kant
no sólo fue profesor de filosofía moral,
sino también de matemática, física y
geografía, o sea un verdadero genio universal; de Laplace, entre otras cosas,
inventó las unidades metro y kilógramo. En forma independiente desarrollaron una
teoría que tenía validez hasta hoy – y que mientras tanto fueron confirmadas por
observaciones telescópicas.
Seguramente fueron ondas de choques de otra
supernova que aglomeraron la materia que existía en la nube de polvo y gas y
con esto gatillando la ignición del Sol. Durante la formación de nuestro
sistema solar, la mayor parte de la materia – más del 99% - fueron contraídos
en el centro, donde se iba a generar el Sol. El pequeño resto, debido a una rotación
cada vez más rápida, posteriormente formó un disco aplanado al rededor de este
centro, del cual se formaron anillos (ver figura arriba, un disco así siempre
se forma en el universo, cuando objetos rotantes colapsan por su propia
gravedad – hacen que los objetos en rotación se deshagan de su momento angular,
que de otra manera al igual que un patinador atrae sus brazos rotando de esta
manera en forma cada vez más rápida). Con la ignición del Sol, el comienzo de
la reacción de fusión, el calor impulsó a los gases livianos hacia fuera,
mientras que los polvos más pesados quedaban en las cercanías del Sol: Por esto
encontramos ahora en las cercanías del Sol los planetas rocosos Mercurio, Venus
Tierra y Marte, mientras que los planetas más alejados Júpiter, Saturno, Urano
y Neptuno son los grandes planetas gaseosos. (Los astrónomos no consideran a
Pluto como un verdadero planeta, sino como un asteroide capturado más tarde.)
La nebulosa original de gas y polvo, contenía mucho más gas que polvo, por esto
los planetas gaseosos son mucho más grandes que los planetas rocosos – Júpiter pesa
aproximadamente 300 veces más que la Tierra. Debido a la gravedad de sus
enormes masas, estos planetas pudieron sujetar los gases comunes en el
universo, el hidrógeno y el helio. Los planetas de gas tienen todos un sistema
de anillos compuestos por polvo, hielo y gas, que donde Saturno es más visible –
su formación, al igual que con el disco aplanado al comienzo de nuestro sistema
solar se puede explicar por la interacción de gravitación de los planetas y de
la fuerza centrifuga.
La formación de los planetas rocosos se lo explica así,
que las partículas de polvo que permanecían más cercanas al Sol por la
temperatura de este se fundieron en su parte exterior, haciéndose “pegajosas”
formando aglomerados cada vez más grandes. Finalmente estos conglomerados se
juntaron formando gérmenes planetarios
de tamaños de varios kilómetros, que al colisionar o se desintegraron o crecieron
para formar planetas: Si se reventaban formaron pequeños cuerpos celestiales
(los asteroides); si “cazaban” a otros gérmenes planetarios o asteroides crecían has6a formar planetas. Donde
el joven Sol, lentamente se produjo el equilibrio entre un posible colapso por
la fuerza de atracción y la presión expansiva causada por la fusión que se
iniciaba; al comienzo expelía temporalmente fuertes vientos solares, una
corriente de partículas cargadas: Este viento aventó los gases y polvos
restantes, de manera que sólo quedaban unos 30 grandes gérmenes planetarios. De estos se formaron los
planetas rocosos. Entre Marte y Júpiter se encuentra el cinturón de asteroides, que posiblemente sea
un “planeta frustrado”, su formación posiblemente fue malogrado por la gravedad de Júpiter. Los demás asteroides
se concentraron en el cinturón de Kuiper, más allá de Plutón y en la parte más
exterior de nuestro sistema solar se encuentran pequeños núcleos de cometas en
la nube de Oort.
Pero volvamos a las áreas más cercanas el sol. Uno de los
gérmenes planetarios, que iba a crecer hasta forma un planeta, fue la Proto-Tierra: El antecesor de nuestra
Tierra. El recorrido desde el germen hasta el planeta tuvo muchos riesgos; impactos
de asteroides, meteoritos y cometas pudieron haber hecho trizas al germen
planetario. La proto-Tierra escapó a duras penas de este destino: Presumiblemente
unos 50 millones de años después de la formación del sistema solar, hace
aproximadamente 4,5 mil millones de años, fue impactado por un cuerpo celestial del tamaño de Marte. Para suerte nuestra
este cuerpo no dio de lleno con la Tierra, pero la colisión lanzó una gran
cantidad de materia al espacio. Desde aquel entonces nuestro planeta se llama
Tierra, el material lanzado hacia fuera fue cazado por la gravedad de la Tierra, giró alrededor
de ella y se aglomeró a un cuerpo celestial, desde entonces circunda a la Tierra
– la Luna. Los intensivos impactos de cuerpos celestiales continuaban durante
mucho tiempo; lo que debió haber sucedido en aquellos tiempos, lo concluyen los
astrónomos de los extraños momentos
angulares de algunos cuerpos espaciales, que se pueden explicar de la mejor
forma, si se supone que fueron rozados por otro cuerpo similar a una bola de
billar. También una mirada a la Luna, nos da una idea: Ella está cubierta por
más de 300 000 cráteres de más de un kilómetro de diámetro, consecuencias del bombardeo por meteoritos y cometas (en
la Tierra estos cráteres ya no son visibles ya que mientras tanto fueron eliminados
por procesos geológicos). Debido a la energía de los impactos y la mayor radiación
a la sazón, por elementos radioactivos, la Tierra estaba tan caliente, de
manera que las rocas estaban fundidas –no es de extrañar que esta época
geológica de la Tierra se llame según el submundo griego (Hades) Hadeico. Pero debido a los impactos aumentó la masa de la Tierra,
y también trajeron una serie de elementos
químicos. Una clase de meteoritos, las condritas carbonáceas, contenía
cualquier cantidad de carbono – el carbono iba a ser el omnipresente e imprescindible
componente de la viuda. Y debido a que la Tierra estaba fundida fue posible su
actual estructura.
Si en nuestro sistema solar y la Tierra entre aprox. 100
mil millones por 100 mil millones de sistemas solares se le dedica una página
propia, debido a que el lector de esta página es residente de la Tierra: hasta
ahora la Tierra es para nosotros el único planeta conocido, en el cual hay vida
– y vida de tal tipo que se interesa de sus orígenes y por su futuro y lee páginas
como estas ¿Porqué pudo aparecer la vida
en la tierra? La respuesta próximamente.
Fuente: http://www.oekosystem-erde.de
Traducido del alemán por A. Gundelach con la gentil autorización
de su autor el biólogo Jürgen Paeger
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