Espacio exterior para niños
El espacio exterior es la gran región que se encuentra fuera de las atmósferas de los planetas y otros cuerpos celestes. Se le llama "espacio exterior" para diferenciarlo del aire que respiramos en la Tierra. Aunque parece vacío, no lo está del todo. Contiene una pequeña cantidad de partículas, principalmente gas hidrógeno, y también energía en forma de radiación.
Durante mucho tiempo se pensó que el espacio estaba completamente vacío o lleno de una sustancia llamada "éter". Sin embargo, ahora sabemos que el espacio exterior contiene la mayor parte de la materia del universo. Esta materia incluye radiación, partículas cósmicas, neutrinos (partículas muy pequeñas que viajan casi a la velocidad de la luz), materia oscura (que no podemos ver, pero sabemos que existe por sus efectos en las galaxias) y energía oscura.
Se estima que el universo está compuesto por:
- Aproximadamente 4.53% de elementos pesados.
- 0.5% de materia estelar (estrellas).
- 0.3% de neutrinos.
- Cerca del 25% de materia oscura.
- Aproximadamente el 70% de energía oscura.
La materia oscura y la energía oscura son todavía un misterio. Solo conocemos algunas de sus características por cómo afectan la gravedad en las galaxias y la expansión del universo.
Contenido
¿Cómo se descubrió el espacio exterior?
Ideas antiguas sobre el vacío
Los antiguos pensadores griegos discutieron si el vacío o la nada existían. Algunos, como Leucipo y Demócrito, creían en la existencia de muchísimos átomos moviéndose en un vacío infinito. Otros, como Platón y Aristóteles, dudaban del vacío. Aristóteles incluso propuso un quinto elemento, el "éter", que llenaba las regiones celestiales y era diferente de los elementos terrestres.
En China, en el siglo II, el astrónomo Zhang Heng ya decía que el espacio era infinito y se extendía más allá del Sol y las estrellas.
Avances en la comprensión del espacio
En el siglo XVII, el filósofo francés René Descartes pensaba que el espacio exterior debía estar lleno de materia. Sin embargo, otros científicos empezaron a investigar el vacío.
- En el siglo XV, el teólogo alemán Nicolás de Cusa sugirió que el universo no tenía un centro ni un límite.
- El italiano Giordano Bruno apoyó la idea de que la Tierra giraba alrededor del Sol y creía que el universo era uniforme y estaba hecho de átomos.
- Galileo Galilei demostró que el aire tiene masa y que una fuerza se opone a la formación de un espacio vacío.
- En 1643, Evangelista Torricelli creó un aparato para producir un vacío parcial, lo que llevó al primer barómetro de mercurio.
- El matemático Blaise Pascal estudió el barómetro y la presión del aire.
- En 1650, el científico alemán Otto von Guericke construyó la primera bomba de vacío. Con ella, demostró que la atmósfera rodea la Tierra y su densidad disminuye con la altitud.
La idea del éter que llenaba el universo persistió hasta el siglo XX. Se creía que era el medio por el cual la luz viajaba. Pero la teoría de la relatividad especial de Albert Einstein cambió esto. Esta teoría explica que la velocidad de la luz en el vacío es siempre la misma, sin importar dónde esté el observador.
Midiendo el universo
El astrónomo inglés Thomas Digges apoyó la idea de un universo infinito. Sin embargo, no se sabía su tamaño exacto.
- En 1923, el astrónomo estadounidense Edwin Hubble calculó la distancia a la galaxia de Andrómeda.
- El científico suizo Charles É. Guillaume estimó la temperatura del universo entre 5 y 6 Kelvin. Más tarde, otros cálculos dieron 3.18 K, y en 1933, el alemán Erich Regener la fijó en 2.8 K.
El concepto moderno del espacio exterior surgió de la teoría del Big Bang. Esta teoría propone que el universo comenzó a partir de un punto muy denso y caliente, y que la energía y la densidad han disminuido con el tiempo.
¿Cómo se formó el espacio y cuál es su estado actual?
Según la teoría del Big Bang, hace unos 13.8 mil millones de años, el universo era extremadamente caliente y denso. Se expandió muy rápido. Después de 380 mil años, se enfrió lo suficiente para que los protones y electrones se unieran, formando átomos. En ese momento, la materia y la energía se separaron, permitiendo que la luz viajara libremente. La materia que quedó después de esta expansión inicial se unió por la gravedad para formar estrellas, galaxias y otros objetos celestes, dejando el vacío que conocemos como espacio exterior.
Las observaciones de la radiación de fondo de microondas (con satélites como WMAP) muestran que la forma del universo observable es "plana". Esto significa que los rayos de luz que viajan paralelos en un punto, se mantienen paralelos a través del espacio, excepto por la gravedad local. Esta forma plana, junto con la densidad de materia y la expansión acelerada del universo, sugiere que el espacio tiene una energía de vacío, llamada energía oscura.
La densidad de energía promedio del universo actual es de unos 5.9 protones por metro cúbico. Los átomos representan solo el 4.6% de esta energía. Sin embargo, la densidad no es uniforme. Hay zonas muy densas, como galaxias y planetas, y zonas con grandes vacíos y baja densidad.
¿Cómo es el entorno del espacio exterior?
En el espacio exterior, las estrellas, planetas y otros cuerpos celestes se mueven sin fricción. Aunque se le llama "vacío", contiene algunos átomos de hidrógeno por metro cúbico. La baja densidad de materia permite que la radiación electromagnética (como la luz) viaje grandes distancias sin dispersarse. Un rayo de luz puede recorrer unos 10 billones de años luz sin chocar con nada.
Las estrellas y planetas mantienen sus atmósferas gracias a la gravedad. Las atmósferas no tienen un límite claro; su densidad disminuye gradualmente hasta que se mezclan con el espacio exterior. Por ejemplo, la presión atmosférica de la Tierra cae a casi cero a 100 kilómetros de altitud.
La temperatura del espacio se mide por la actividad de sus gases. Sin embargo, la radiación en el espacio tiene una temperatura diferente a la de los gases. La temperatura del gas en el espacio siempre es al menos la de la radiación de fondo de microondas (unos 2.7 Kelvin), pero puede ser mucho más alta. Por ejemplo, la corona del Sol alcanza temperaturas de millones de Kelvin.
A pesar de ser un lugar extremo, algunas formas de vida pueden sobrevivir en el espacio por mucho tiempo. Líquenes y semillas han sobrevivido a la exposición espacial. Algunas bacterias han resistido más de 500 días en órbita terrestre baja o en un ambiente similar al de Marte.
Efectos en los humanos
El cuerpo humano es muy sensible a las condiciones de altitud. A unos 19.14 km de altitud (la línea de Armstrong), la presión atmosférica es tan baja que los fluidos del cuerpo, como la saliva y las lágrimas, se evaporarían. Para sobrevivir a estas alturas, se necesita un traje o cápsula presurizada.
Si una persona se expone de repente al espacio sin protección, la baja presión puede causar daños graves. Los pulmones pueden romperse, los tímpanos y los senos paranasales pueden dañarse, y puede haber sangrado interno. La falta de oxígeno en el cerebro causaría la pérdida de conciencia en segundos y la muerte en minutos. Además, los fluidos corporales pueden "hervir" (ebullismo) cuando la presión cae por debajo de cierto nivel, haciendo que el cuerpo se hinche. Sin embargo, los vasos sanguíneos evitan que la sangre hierva.
Los trajes espaciales protegen a los astronautas de estas condiciones. La mayoría de los trajes usan oxígeno puro a una presión similar a la de la Tierra para evitar el ebullismo.
La falta de gravedad también afecta a los humanos. Más de la mitad de los astronautas sufren mareo espacial, con náuseas, vómitos y dolores de cabeza. Después de unos días, el cuerpo se adapta. La exposición prolongada a la ingravidez causa pérdida de masa muscular y ósea. Los astronautas deben hacer mucho ejercicio para minimizar estos efectos.
Para viajes espaciales largos, la radiación es un peligro serio. La exposición a rayos cósmicos de alta energía puede causar fatiga, náuseas, daños al sistema inmune y cambios en la sangre. A largo plazo, aumenta el riesgo de cáncer y daños en los ojos, el sistema nervioso y otros órganos. Las paredes de las naves espaciales pueden proteger de parte de esta radiación, pero el impacto de los rayos cósmicos en el blindaje puede generar radiación adicional.
El límite de la Tierra
No hay un límite exacto entre la atmósfera terrestre y el espacio exterior, ya que la densidad del aire disminuye poco a poco. Sin embargo, la Federación Aeronáutica Internacional ha establecido la línea de Kármán a 100 kilómetros de altitud como el límite oficial. Esto se debe a que, por encima de esta altura, un avión necesitaría volar más rápido que la velocidad orbital para obtener suficiente sustentación. Estados Unidos considera astronautas a las personas que viajan por encima de 80 km de altitud.
El espacio en nuestro sistema solar
El espacio exterior dentro de nuestro sistema solar se llama espacio interplanetario. Más allá de la heliopausa (el límite donde el viento del Sol se debilita), se convierte en espacio interestelar. El espacio interplanetario no está completamente vacío; contiene moléculas orgánicas, radiación del Big Bang (a 2.7 Kelvin) y rayos cósmicos.
La ausencia de aire en el espacio lo hace ideal para la astronomía. Los telescopios espaciales y las sondas no tripuladas nos han dado mucha información sobre los planetas, asteroides y cometas de nuestro sistema solar.
Satélites artificiales
Hay muchos satélites artificiales orbitando la Tierra. Algunos son satélites de comunicaciones que están a unos 35,786 km sobre el ecuador. Sus órbitas no se "deterioran" porque casi no hay fricción en el espacio. También dependemos de satélites para el sistema de posicionamiento global (GPS).
Es un error común pensar que la gente en órbita "flota" porque no hay gravedad. En realidad, flotan porque están en caída libre. La gravedad de la Tierra y su velocidad lineal crean una fuerza que los mantiene en órbita, impidiendo que se alejen hacia el espacio. La gravedad de la Tierra se extiende mucho más allá de los cinturones de Van Allen y mantiene a la Luna en órbita a una distancia promedio de 384,403 km.
Regiones del espacio
Las diferentes regiones del espacio se definen por las atmósferas que las dominan y no tienen límites definidos.
Geoespacio
El geoespacio es la región que se extiende desde la atmósfera de la Tierra hasta el límite de su campo magnético. Está lleno de partículas cargadas que son controladas por el campo magnético terrestre. Las tormentas geomagnéticas pueden afectar los cinturones de radiación y la ionosfera, dañando satélites y afectando las comunicaciones y el GPS. También pueden ser peligrosas para los astronautas y causan las auroras polares.
Los primeros cientos de kilómetros por encima de la línea de Kármán, aunque se consideran espacio exterior, aún tienen suficiente aire para frenar los satélites. Esta región también contiene basura espacial, que es peligrosa para las naves.
Espacio lunar
La gravedad de la Tierra mantiene a la Luna en órbita a unos 384,403 km de distancia. La región fuera de la atmósfera terrestre que se extiende más allá de la órbita de la Luna se llama espacio cislunar. La esfera de Hill es la región donde la gravedad de la Tierra es más fuerte que las perturbaciones gravitacionales del Sol.
Medio interplanetario
El espacio interplanetario está dominado por el viento solar, una corriente de partículas cargadas que provienen del Sol. Este viento crea una "burbuja" llamada heliosfera, que se extiende billones de kilómetros. La densidad de partículas del viento solar es baja, y se mueve a gran velocidad. El espacio interplanetario se extiende hasta la heliopausa, donde los vientos del espacio interestelar se vuelven más fuertes que el viento solar.
Aunque es casi un vacío, el espacio interplanetario contiene rayos cósmicos, gas, plasma, polvo, meteoritos y moléculas orgánicas. Una nube de polvo interplanetario es visible por la noche como una banda débil llamada "luz zodiacal".
Además del campo magnético del Sol, planetas como Júpiter, Saturno, Mercurio y la Tierra tienen sus propios campos magnéticos. Estos campos atrapan partículas del viento solar, creando cinturones de radiación. Los planetas sin campos magnéticos, como Marte, ven sus atmósferas erosionadas por el viento solar.
Medio interestelar
El espacio interestelar es el espacio físico dentro de una galaxia. Aproximadamente el 70% de su masa está compuesta por rayos cósmicos, campos magnéticos y átomos de hidrógeno. El resto es principalmente helio, con pequeñas cantidades de átomos más pesados que se forman en las estrellas y son expulsados por vientos estelares o explosiones de supernovas.
La densidad de esta materia varía, pero en promedio hay alrededor de un millón de partículas por metro cúbico. En las nubes moleculares frías, la cantidad puede ser mucho mayor.
Cada año se descubren más moléculas en el medio interestelar gracias a la radioastronomía. En las nubes moleculares densas, ocurren reacciones químicas que forman moléculas orgánicas complejas.
La "burbuja local" es una cavidad en el brazo de Orión de nuestra galaxia, la Vía Láctea, donde se encuentra nuestro Sol. Se caracteriza por la falta de nubes densas y frías. Contiene miles de estrellas y nubes interestelares cálidas.
Espacio intergaláctico
El espacio intergaláctico es el espacio físico entre las galaxias. Los estudios muestran que el universo tiene una estructura similar a una esponja, con grupos de galaxias que forman filamentos que ocupan una pequeña parte del espacio.
El resto son grandes vacíos entre las galaxias. Estos vacíos pueden tener distancias enormes. Los filamentos galácticos son estructuras largas y delgadas de galaxias densas, llamadas medio intergaláctico. Son mucho más densas que el promedio del universo y están compuestas principalmente por hidrógeno ionizado (plasma). Los gases en esta región se calientan a temperaturas muy altas.
Exploración espacial y sus usos
Durante siglos, los humanos observaron el espacio a simple vista y luego con telescopios. Antes de los cohetes, los globos tripulados alcanzaron grandes alturas.
- En 1935, el globo estadounidense Explorer II llegó a 22 km de altitud.
- En 1942, el cohete alemán A-4 alcanzó los 80 km.
- En 1957, el cohete ruso R-7 llegó a entre 215 y 939 km.
- El primer vuelo espacial tripulado fue en 1961, con Yuri Gagarin a bordo del Vostok 1.
- Los primeros humanos en salir de la órbita terrestre fueron Frank Borman, Jim Lovell y William Anders en 1968, en el Apolo 8.
La primera nave espacial en sobrevolar la Luna fue la soviética Mechta en 1959. En 1961, la sonda Venera 1 reveló la presencia del viento solar y sobrevoló Venus. La sonda Mariner 4 fue la primera en volar sobre Marte en 1964. Desde entonces, se han explorado todos los planetas del sistema solar con naves no tripuladas. En 2012, la sonda Voyager 1 se convirtió en la primera en salir del sistema solar y entrar en el espacio interestelar.
Aspectos legales del espacio
El Tratado del Espacio Exterior regula el uso legal del espacio por parte de los países, incluyendo la Luna y otros cuerpos celestes. Este tratado establece que el espacio exterior es libre para que todas las naciones lo exploren y no puede ser reclamado por ningún país. También prohíbe el uso de armas nucleares en el espacio. Fue aprobado por las Naciones Unidas en 1963 y firmado en 1967 por la Unión Soviética, Estados Unidos y el Reino Unido. Hasta 2017, 105 países se habían unido a este tratado.
Algunos países cercanos al ecuador, como Brasil y Colombia, firmaron la Declaración de Bogotá. Argumentaron que el espacio sobre sus territorios debería ser considerado un recurso natural y ser administrado por ellos, incluyendo el control de las órbitas geoestacionarias.
Desde 1958, las Naciones Unidas han emitido varias resoluciones sobre el espacio. Estas resoluciones promueven la cooperación internacional para el uso pacífico del espacio y buscan evitar su uso militar. Sin embargo, no prohíben el uso de armas convencionales en el espacio, y algunos países han probado armas antisatélite.
Cambios de presión al viajar al espacio
Al viajar desde el nivel del mar hasta el espacio exterior, la presión disminuye drásticamente. Esta diferencia de presión es similar a la que se experimenta al salir a la superficie desde una profundidad de unos 10 metros bajo el agua.
Hitos en el camino hacia el espacio
- Nivel del mar: 100 kPa (presión atmosférica normal).
- 4.6 km: La Administración Federal de Aviación de EE. UU. exige oxígeno adicional para pilotos y pasajeros de aviones.
- 5.3 km: La mitad de la atmósfera de la Tierra está por debajo de esta altitud.
- 8.0 km: "Zona de la muerte" para escaladores humanos sin oxígeno.
- 8.8 km: Cima del monte Everest (26 kPa).
- 16 km: Se necesita una cabina o traje presurizado.
- 20 km: El agua a temperatura ambiente hierve sin un recipiente presurizado.
- 39.1 km: Vuelo más alto en globo tripulado (Felix Baumgartner).
- 41.125 km: Vuelo más alto en globo tripulado (Alan Eustace).
- 80 km: Límite del vuelo espacial según EE. UU.
- 100 km: Línea de Kármán, el límite del espacio exterior según la Federación Aeronáutica Internacional. Por encima de esta altura, las superficies de los aviones ya no funcionan bien.
- 120 km: Primera resistencia atmosférica notable al regresar de la órbita.
- 360 km: Órbita promedio de la Estación Espacial Internacional (EEI).
- 20,200 km: Órbita de los satélites GPS.
- 35,786 km: Altura de la órbita geoestacionaria.
- 363,104 km: La gravedad de la Luna supera a la de la Tierra (como en la misión Apolo 8).
- 384,403 km: Distancia promedio de la Luna a la Tierra.
Véase también
En inglés: Outer space Facts for Kids
- Espacio intergaláctico
- Espacio interestelar
- Línea de Kármán
