Galaxias, Estrellas, Arena, Partículas, Fotones…
Hay algunos, Rey Gelon, que piensan que el número de arena es infinito en multitud; y me refiero por la arena no solo la que existe alrededor de Siracusa y el resto de Sicilia, Sino también la que se encuentra en cada región, ya sea habitada o deshabitada.
(El contador de arena, c. 213 a. C.)
La playa nos recuerda al espacio.Granos de arena fina, todos de tamaño más o menos uniforme, se han producido a partir de rocas más grandes a través de edades de empujones y rozaduras, abrasión y erosión,nuevamente impulsados a través de las olas y el clima por la Luna y el Sol distantes
Un puñado de arena contiene aproximadamente 10,000 granos,más que el número de estrellas que podemos ver a simple vista en una noche clara.Pero el número de estrellas que podemos ver es solo la fracción más pequeña del número de estrellas que hay.Lo que vemos por la noche es el más mínimo atisbo de las estrellas más cercanas.Mientras tanto, el Cosmos es rico sin medida:el número total de estrellas en el universo es mayor que todos los granos de sandon todas las playas del planeta Tierra.
Conocemos el número de estrellas en la Vía Láctea bastante bien, por un recuento cuidadoso de estrellas en regiones pequeñas pero representativas del cielo. Es de unos pocos cientos de miles de millones; algunas estimaciones recientes lo sitúan en 410 11 La gran mayoría tiene vidas de miles de millones o más años en los que brillan de manera estable
(Cosmos, 1980. Capítulos VIII y XII)
¿Demasiado cerca para llamar? Nuestras estimaciones actuales del número de Sagan (el número total de estrellas en el universo observable) resulta estar cerca del número total de granos de arena que hay en la Tierra; en playas, desiertos y en otros lugares.
A 32 granos por mm3, 1022 granos de sándwich medio forman una capa bastante delgada sobre toda la superficie de la Tierra (0,6 mm de espesor).
La galaxia de Andrómeda puertos
alrededor de 500 000 000 000 estrellas.
(2002-04-14) Cálculo de arena
¿Hay más estrellas en el Universo que granos de arena en la playa?
Sí, pero una playa es solo una pequeña cantidad de arena.Un montón de arena con tantos granos como estrellas en el Universo tendría el tamaño del Fujiyama.
| Arena del Sahara recogida en Egipto,cerca de la Pirámide escalonada de Saqqara (la estructura de piedra más antigua del mundo, construida alrededor de 2650 AC ) Cortesía de Dr. Dave Douglass, Pasadena City College Huntington Beach |
Primero, consideremos y: La arena es el tipo desagregado de sedimento cuyos granos son de tamaño intermedio entre grava (2 mm o más) y limo(2 o 4 mm a 62,5 mm). Solo las partículas de limo más gruesas son visibles a simple vista.La arcilla es algo más fino que el limo. La arcilla pura ni siquiera se siente arenosa en los dientes.El barro es una mezcla húmeda de limo y arcilla.
| Grado | Min. | Máx. | por mm3 |
|---|---|---|---|
| Muy Gruesa Arena | 1 mm | 2 mm | 0.5 |
| Arena Gruesa | 0,5 mm | 1 mm | 4 |
| Arena Media | 0.25 mm | 0,5 mm | 32 |
| Arena fina | 125 mm | 250 mm | 256 |
| de Arena Fina | 62,5 mm | 125 mm | 2048 |
La de arriba es la de Udden-Wentworth escala de calificaciones basado en un 1 mm estándar de tamaño de grano anda geométricas proporción de 2 entre los grados. Los geólogos comúnmente lo llaman Escala de Wentworth, y se extiende a grava más gruesa, así como limo o arcilla más finos. Fue propuesto en 1898 por Johan A. Udden y hecho popular alrededor de 1922 por C. K. Wentworth.It ha sido la base para la escala logarítmica moderna de f(phi), desarrollada por W. C. Krumbein en 1934:
| -1f es 2 mm | 1f es de 0,5 mm | 3f es de 125 mm | |||
| 0f es 1 mm | 2f es 0,25 mm | 4f es 62,5 mm, etc. | |||
En la última columna de la tabla anterior, el número de granos por milímetro cúbico se obtuvo considerando el embalaje más denso de esferas perfectas con diámetros iguales a la media geométrica de los dos extremos mostrados.
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Afortunadamente, este número resulta ser un número entero (una potencia de dos). Tal estimación «matemática» da densidades de grano bastante típicas de los datos experimentales para los diversos grados de arena. Consideraremos, por lo tanto, que hay 32 granos en un milímetro cúbico de arena.
El empaquetamiento más grande de esferas es la familiar celosía con centro cúbico, cuya densidad es igual a p / Ö18 = 0.740480489693…Esto fue conjeturado por primera vez en 1611 por Kepler, pero probado solo en 1998 por Tomas C. Hales(entonces en la Universidad de Míchigan).
En el héroe local de la película de 1983,el ejecutivo petrolero Mac MacIntyre (Peter Riegert) se propone comprar toda la oferta de un pueblo pesquero escocés. Solo una persona se niega a vender: el viejo Ben Knox (Fulton Mackay), un recluso que es dueño de la playa local. En una escena encantadora, Ben se burla de Mac sobre ser «bueno con los números» y ofrece vender su playa a un precio proporcional al número de granos de arena en un puñado. Al final, Mac retrocede de lo que habría sido un precio muy pequeño a pagar por la playa…
Si hay 32 granos de arena en un milímetro cúbico, tenemos 32 000 por centímetro cúbico (cc), 32 000 000 por litro,32 000 000 000 por metro cúbico.
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Por lo tanto, un metro cúbico de arena tiene tantos granos como estrellas en una galaxia típica: Nuestra propia galaxia Vía Láctea es más grande que el promedio; se estima que alberga aproximadamente 400 000 000 000 estrellas, que es menos que la gran galaxia de Andrómeda (M31), pero unas 10 veces más que la galaxia del Triángulo (M33), la tercera más grande de nuestro «grupo local» de unas 3 docenas de galaxias. Con 30 o 40 mil millones de estrellas, la galaxia triangular puede ser una galaxia bastante típica.
Las últimas estimaciones indican que elnúmero total de galaxias es de al menos 100 000 000 000. Hay muchos metros cúbicos en un cubo de 4642 m de lado (aproximadamente 3 millas).La imagen de un cubo de arena; contiene aproximadamente tantos granos de arena como estrellas en el Universo. Es una cantidad impresionante de arena. Este es un Universo impresionante.
En realidad, un montón de arena seca no puede tener una pendiente superior a 34°… Con esa pendiente, el volumen de un cono circular de altura h es de aproximadamente 2,3 h3. Por lo tanto, nuestro montón podría parecerse a un gran volcán que culmina en 3515 mover una llanura circundante y se extiende a 5212 m del centro en todas las direcciones horizontales. De hecho, un cono de ceniza volcánica real (formado por escombros secos llamados cenizas,depositados cerca del centro, en lugar de lava fluida) también tendría una pendiente que se cierne alrededor de 34°, porque la física involucrada no depende del tamaño del grano. En otras palabras, un montón de arena con tantos granos como estrellas haya en el Universo tendría casi el tamaño y la forma del Fujiyama (3776 m).
Sin embargo, el desierto del Sahara (el más grande del mundo) tiene un área de aproximadamente 9000 000 kilómetros cuadrados e incluso esta cantidad de arena representaría solo una capa más gruesa (aproximadamente 11 mm de espesor) en toda su superficie.
Nuestra estimación(3.2 1021 = 3200 000 000 000 000 000 000)del número de estrellas en el Universopodría estar fácilmente por un factor de 2 (en cualquier dirección), y la altura del montón de arena correspondiente puede variar en un 26% o más…Sin embargo, entonces podríamos decidir «usar» un grado de arena diferente, por lo que todo se ajustaría exactamente al volumen del Fujiyama: ¡Es una montaña tan bonita!
Para ver un mundo en un grano de arena
y un cielo en una flor silvestre,
sostenga el infinito en la palma de su mano
y la eternidad en una hora.
(William Blake)
Es muy reciente que hayamos podido estimar con confianza el número total de estrellas en el Universo. Durante siglos, la humanidad solo pudo observar las 6000 estrellas que son visibles a simple vista…
Por otro lado, hay una historia distinguida en el ejercicio de contar granos de arena, comenzando con un famoso ensayo de Arquímedes de Siracusa(c. 287 a.C. – 212 a.C.), que se conoce con el título de El Contador de arena. Para Arquímedes, un obstáculo importante era expresar grandes números en un momento en que un sistema adecuado para hacerlo aún no era de uso común. De hecho, el punto principal del ensayo era introducir tal sistema y transmitir la idea de que se podían captar y «nombrar» números muy grandes con relativa facilidad.
En la Web y en los Medios de comunicación :
- 2003-07-23:Universidad Nacional de Australia (7 1022 estrellas)
- 1998-10-13: The New York Times, Q& A: Starsand Sand (1021 estrellas).
- Subestimar: 7,5 1018 granos de arena en todas las playas. (Más en desiertos!)
- Para ver el Universo en un Grano de Arena Taranaki de Glen Mackie.
- ¿Cuántas galaxias hay en el Universo?
- Stars in Hourglass: Earth and Sky show (2002-01-08).
- Extragalacticastronomía & Cosmología.
(2002-05-08)
¿Cuántas galaxias hay en el Universo? ¿Cuántas estrellas?
Esa es una pregunta popular, en la que demasiadas personas se ponen de acuerdo.
Alrededor de 1980, una de las personas que no se rindió fue el lateCarl Sagan (1934-1996): Sagan estimó que hay alrededor de 100 000 000 000 galaxias y que cada una alberga típicamente alrededor de 100 000 000 000 estrellas. El número total de estrellas en el Universo rondaría por lo tanto 1022(el Número de Sagan).
El número 1022 también resulta ser aproximadamente igual al número de moléculas en una respiración humana y, casualmente, también al número de tales respiraciones en toda la atmósfera de la Tierra(hay aproximadamente 1.068 1044 moléculas en la atmósfera). En el folclore de la física, esta observación se expresa a menudo declarando que cada vez que inhalas, tomas aproximadamente una de las moléculas de «El último aliento de César»…
Más de 20 años después de Sagan, estamos en condiciones de confirmar su estimación aproximada y dar un número algo más preciso:
Comencemos con nuestro propio vecindario. Hay 33 estrellas cuya distancia del Sol es de menos de 12,5 años luz.
Un año luz es exactamente igual a un número entero de metros, con el nombre de 9460730472580800 m o aproximadamente 9,46073 1015 m.Esa es la distancia recorrida por la luz en un vacío, a una velocidad de 299792458 m / s,durante un»año científico» de 31557600 s. Todos estos números son exactos… En particular ,la «constante de Einstein» es exactamente c = 299792458 m / s,debido a la última definición del medidor, adoptada oficialmente en 1983.
De lo observado a esta escala, o a una ligeramente mayor, se estima que el 80% de las estrellas son enanas rojas. Típicamente, una enana roja es diez veces menos masiva que el Sol, y cien veces menos luminosa. Menos masivos (y más numerosos) que los enanos rojos son los llamados enanos encarnados,que no son estrellas en absoluto, ya que no son lo suficientemente masivos como para encender la fusión nuclear en sus núcleos (se requiere aproximadamente el 8% de la masa del Sol para eso). Las enanas marrones son típicamente de 15 a 80 veces más masivas que Júpiter. Brillan por contracción gravitacional más que por fusión nuclear. A pesar de su gran número, se cree que la masa total de todas las enanas marrones en la lechería contribuye con menos del 0,1% de su masa de halo.
Nuestro grupo local de galaxias está dominado por dos grandes galaxias espirales: la Vía Láctea, que alberga nuestro Sistema Solar, y la Galaxia Andrómeda (M31 o NGC 224).Cuál de estos dos es más grande depende de la medida que utilice. El diámetro de Andrómeda (200 000 años luz) es aproximadamente el doble que el de la Vía Láctea (100 000 años luz), pero la Vía Láctea es mucho más densa y resulta tener una masa más grande: La masa total del halo de la Vía Láctea se estima en 3,8 1042 kg,mientras que la Galaxia Andrómeda es de solo 2,5 1042 kg(1,9 y 1,23 billones de masas solares, respectivamente).
El resto del grupo local no es tan conocido como cabría esperar. Esto se debe, en parte, al hecho de que nuestra propia galaxia bloquea nuestra vista de más del 20% de la esfera celeste. El bloqueo es menos completo con luz infrarroja que para la parte visible del espectro. Esto ha permitido el descubrimiento bastante reciente de Galaxias detrás de la Vía Láctea, incluida una cuyo centro está a solo 78000 años luz de distancia, lo que la convierte en nuestra vecina más cercana hasta la fecha: Fue descubierta en 1994 y recibe el nombre de»Galaxia Elíptica SagittariusDwarf», o «SagDEG»(no debe confundirse con la Galaxia Irregular Enana Sagitario, abreviada SagDIG).El anterior poseedor del récord fue la gran Nube de Magallanes prominente, que es visible a simple vista desde el hemisferio sur,y se encuentra a una distancia de aproximadamente 179000 años luz.
| Designación | Masa (/109 Soles) |
Diámetro (/103 ly) |
Estrellas (/109) |
|---|---|---|---|
| vía Láctea | 1900 | 100 | 400 |
| Andrómeda (M31) | 1230 | 200 | 500 |
| Triangulum (M33) | 200 | 60 | 40 |
| Gran Nube De Magallanes | 10 | 35 | 20 |
| Menor De Magallanes Nube | 6.5 | 7 | 3 |
Las masas listadas en la tabla de arriba son las estimaciones más recientes que pudimos encontrar para las masas totales de las galaxias listadas. Una galaxia grande a menudo tiene un halo oscuro masivo, que contribuye a la mayor parte de su masa. La presencia de tal halo se revela al estudiar cómo varían las velocidades orbitales de las estrellas con sus distancias desde el centro galáctico. Otras galaxias, como la Gran Nube de Magallanes (LMC),parecen tener un halo menos masivo (una relación de «masa a luz» de aproximadamente 4)…
Hasta abril de 2002, nuestra imagen más profunda del Universo fue proporcionada por dos imágenes dramáticas del Telescopio Espacial Hubble (HST). La primera fue una vista profunda de una pequeña porción del Cielo del Norte Obtenida de 342 exposiciones realizadas con la Cámara Planetaria y de Campo Ancho 2 (WFPC2)durante 10 días consecutivos entre el 18 y el 28 de diciembre de 1995. Se hizo conocido como el Campo Profundo del Hubble (HDF). Una «imagen» similar fue tomada en octubre de 1998 para beneficio de los observadores del sur(Hubble Deep Field South, HDF-S). El WFPC2 utilizado en ambos casos fue instalado
en el HST para corregir la aberración esférica del espejo primario; reemplaza una versión anterior que no esperaba la aberración (de ahí el «2» en la denominación).
El instrumento consta de 4 cámaras CCD separadas, cada una con una resolución de 800 por 800 píxeles. Se utiliza un divisor en forma de pirámide cuadrada, de modo que cada una de las 4 cámaras puede manejar una cuarta parte del campo de visión. La llamada cámara planetaria (PC) tiene una resolución más alta que las otras tres cámaras de «campo ancho», y por lo tanto cubre un parche más pequeño del cielo. Esto le da al campo de visión total la extraña forma de «chevron» que se muestra arriba. Es habitual expresar la resolución de una cámara CCD telescópica en milisegundos de arco (mas) por píxel. Esto es 45,5 mas / píxel para la cámara planetaria (PC) y 96,6 mas/píxel para las cámaras de campo ancho (WF2, WF3 y WF4). 800 veces el ángulo por píxel da el ancho angular del campo de visión cuadrado de cada instrumento (respectivamente 36,4 y 77,28 segundos de arco). Expresado en esteradianes (sr), todo el campo de visión del WFPC2 es por lo tanto:
(p/648000) 2 » 4p / 27.8 106 (» 5.345 arcmin2)
Esto estaría subtendido por un disco de aproximadamente 0,66 mm de diámetro a una distancia de 0,75 m; que el medio describió como»un grano de arena a la longitud del brazo».
En otras palabras, toda la esfera celeste (4p sr) es aproximadamente 27,8 millones de veces más grande que el campo de visión de WFPC2. se han encontrado 1686 galaxias en la imagen HDF (un poco menos que en las posteriores HDF-S),pero se estima que se detectarían unas 4500 con mejor sensibilidad. Esta suposición se traduce en un total de 125 mil millones (125 000 000 000) de galaxias. A distancias cosmológicas, solo 2 galaxias (la Vía Láctea y Andrómeda) serían detectables por WFPC2 entre las tres docenas de nuestro Grupo Local, por lo que podemos suponer que el número total de galaxias en el Universo observable puede ser 20 veces mayor,si se cuentan galaxias más pequeñas. (Además, las galaxias jóvenes pueden colisionar para formar galaxias más grandes, por lo que se espera que las galaxias sean más numerosas a distancias muy grandes donde observamos un Universo más joven.)
En marzo de 2002, se instaló la llamada Cámara Avanzada para Estudios(ACS) a bordo del Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESA,en el espacio desocupado por la Cámara de Objetos Débiles (FOC). El ACS es un instrumento con una resolución más fina (49 mas/píxel) que el WFPC2 y un campo de visión (202″ 202″)aproximadamente 2,12 veces mayor. Los detectores CCD constan de dos matrices a tope de 2048 4096 píxeles,cada una de 15 mm en un lado (1/10 del ancho de un cabello humano).El instrumento también es aproximadamente 5 veces más sensible que el WFPC2, lo que permite que las observaciones del cielo profundo se completen mucho más rápido. El 1 y 9 de abril, el ACS recién instalado obtuvo una imagen dramática de la Galaxia Renacuajo (UGC 10214,a una distancia de 420 millones de años luz, en la constelación Draco)a través de 3 exposiciones separadas a través de filtros de infrarrojo cercano, naranja y azul. La imagen en color resultante se publicó el 30 de abril de 2002 y muestra un fondo de unas 6000 galaxias individuales. Para un campo de visión de aproximadamente el doble de grande, esto se traduce en la misma densidad que las 3000 galaxias estimadas vistas en cualquiera de las imágenes de «Campo Profundo del Hubble» (HDF y HDF-S) obtenidas con el WFPC2 en 1995 y 1998. (Nótese que la exposición total del SCA para la imagen del Renacuajo fue 12 veces menor que la exposición total para cualquiera de las imágenes WFPC2.)
Los corrimientos fotométricos al rojo pueden utilizarse para obtener una distribución general del número N(z) de galaxias observadas a un corrimiento al rojo determinado. A partir de esta distribución, el número de galaxias no detectadas puede estimarse mejor.
(2002-05-29)
cuántos granos de arena hay en la Tierra?
Un poeta dijo una vez que «los granos de arena crecen constantemente en número,y los desiertos se hacen más grandes». A primera vista, el poeta parece estar diciendo la verdad: Cada vez que se rompe un grano de arena, el número de granos aumenta al menos en uno(ignoremos, por ahora, el hecho de que la arena muy fina puede convertirse técnicamente en limo, barro o arcilla en el proceso).
En una escala de tiempo geológica,sin embargo, esta bonita observación poética no llega a la contabilidad correcta, ya que hay procesos que también disminuyen el número de granos de arena. Durante largos períodos de tiempo, la arena puede convertirse en arenisca, limo,barro o esquisto… Durante períodos más largos, el material de algunas de esas rocas sedimentarias puede reciclarse lentamente y eventualmente reaparecer como roca sólida desde el interior de la Tierra. Esto es lo que la tectónica de placas eventualmente implica: Con la posible excepción de unos pocos cristales de circón en regiones limitadas de algunas placas continentales ,cada grano microscópico de cada roca que se haya observado es mucho más joven que la propia Tierra. El fondo marino más antiguo, en particular, no tiene mucho más de 200 millones de años (menos del 5% de la edad de la Tierra).
Ignoremos, por lo tanto, los reparos del poeta y consideremos solo la arena que actualmente está en la faz de nuestra Tierra madura. El número de granos ha sido casi constante durante bastante tiempo…
(2002-05-11)
¿Cuánta materia hay en el Universo? Cuántas partículas elementales?
La masa total de una galaxia puede estimarse con mucha precisión a partir de las velocidades de las estrellas que orbitan a cierta distancia de su núcleo. Además, la forma en que dichas velocidades varían con la distancia indica cómo se distribuye la masa dentro de la galaxia. El problema es que se encuentra que esta masa es aproximadamente 10 veces mayor que la masa total de todo lo que vemos o adivinamos (estrellas y gas o polvo interestelar). por lo tanto, el 90% de la masa en o alrededor de las galaxias no se conoce y se conoce como materia oscura. Dado que se están descartando posibles soluciones obvias al problema(como numerosas enanas marrones apenas detectables), algunos sugieren que la materia ordinaria (la llamada materia bariónica)no es todo lo que hay. Por el contrario, la mayoría de las cosas en el Universo podrían ser algo más que aún no hemos sido capaces de detectar debido a su aparente falta de interacción con todo lo que vemos, excepto por los efectos gravitacionales… La naturaleza de la materia oscura aún puede no estar clara,pero los avances recientes confirman el hecho básico de que aproximadamente el 90% de la masa total en el Universo es materia oscura.
Densidad del Universo