Introducción: Temas Fundamentales de Ciencias de la Tierra y el Cosmos

Este documento recopila conceptos esenciales sobre astronomía, geología y meteorología, abordando desde las distancias cósmicas hasta los fenómenos atmosféricos y magnéticos terrestres.

1. Las distancias del Sistema Solar
2. Para medir el universo
3. Año Luz
4. Constelaciones
5. Estrella Polar
6. Eratóstenes
7. La Luna
8. Superluna
9. Fases Lunares
10. Las Mareas Terrestres
11. Isaac Newton y las Mareas
12. Mareas Muertas y Vivas
13. Los Eclipses
14. Presión Atmosférica
15. Viento
16. Tipos de Viento (Escala)
17. Tipos de Nubes (Cuadro)
18. Fenómenos Ópticos
19. El Color del Cielo
20. Coloración de Atardeceres y Amaneceres
21. El Arcoíris
22. Tipos de Electricidad
23. Polos y Campo Magnético
24. Definición de Campo Magnético

I. El Universo y las Distancias Cósmicas

1. Las Distancias del Sistema Solar

Las distancias planetarias se miden en Unidades Astronómicas (UA). Para calcular la distancia entre planetas partiendo de la Tierra, se restan sus valores en UA.

• Distancia Tierra-Marte (T-M): 1 UA – 1.5 UA = 0.5 UA

Distancias en UA (desde el Sol):

SOL – ME (0.39 UA) – VE (0.77 UA) – TI (1 UA) – MA (1.5 UA) – JUPI (5.2 UA) – SA (9.5 UA) – URA (19.2 UA) – NEP (30 UA)

2. Para Medir el Universo

Unidad Astronómica (UA)

Es la distancia promedio entre el Sol y la Tierra: 1.5 x 10⁸ km (aproximadamente 150,000,000 km).

3. Año Luz

Es la distancia que recorre la luz a lo largo de un año.

• Velocidad de la luz: 3 x 10⁸ m/s.
• La luz tarda 8 minutos en viajar del Sol a la Tierra (1 UA).
• La luz tarda aproximadamente 4 horas en recorrer el Sistema Solar.

II. Estrellas, Constelaciones y la Forma de la Tierra

4. Constelaciones

Son conjuntos de estrellas que forman figuras imaginarias. Existen 88 constelaciones reconocidas.

• Ejemplo: Constelación de Orión > Las Pléyades (conocidas como las 7 palomas: Estenope, Taigete, Maya, Celeno, Electra, Alcione y Merope).
• Estrellas Circumpolares: Son aquellas que parecen dar vueltas alrededor de la Estrella Polar (debido al movimiento de rotación de la Tierra). Ejemplo: La Osa Mayor (El Carro).
• Constelaciones Zodiacales: Son 12 constelaciones que pasan por la eclíptica, la única zona donde pueden ocurrir los eclipses. (Anteriormente se consideraban 13, pero una desapareció). Las figuras zodiacales cambian con el tiempo, lo que implica que las fechas de los horóscopos deberían modificarse.

5. Estrella Polar

Es la única estrella que permanece fija en el cielo nocturno (o cuyo movimiento es imperceptible).

• 3000 a.C.: Thuban
• Actualmente: Polaris
• Futuro: Vega

¿Por qué cambia la Estrella Polar? Debido a la precesión del eje de rotación de la Tierra (inclinación de 23º).

6. Eratóstenes y la Esfericidad Terrestre

Eratóstenes demostró que la Tierra era redonda. Observó que a las 12:00 h en Siena no había sombra (el sol estaba situado en un pozo), mientras que en Alejandría sí había sombra. La diferencia en la longitud de las sombras demostró la curvatura de la Tierra. Cuanto mayor era la curva, mayor era la sombra. Calculó el radio de la Tierra en aproximadamente 6,400 km.

III. La Luna, Fases y Mareas

7. La Luna

Movimiento de Traslación

La distancia de la Luna a la Tierra varía:

• Perigeo: Cuando la Luna está más cerca de la Tierra.
• Apogeo: Cuando la Luna está más lejos de la Tierra.

8. Superluna

Coincidencia de la Luna llena o Luna nueva con el máximo acercamiento a la Tierra (Perigeo).

La Luna tarda 28 días en dar la vuelta a la Tierra.

9. Fases Lunares

Hay 8 fases, pero se estudian 4 principales:

• Si la Luna tiene forma de C: Decrece (Menguante).
• Si la Luna tiene forma de D: Crece (Creciente).

Fases principales: Luna Nueva, Luna Creciente, Luna Llena, Luna Menguante.

10. Las Mareas Terrestres

Las mareas se producen por la atracción gravitatoria de la Luna sobre las grandes masas de agua.

• Marea Alta (Pleamar): Ocurren dos mareas altas al día, con un periodo de 6 horas entre ellas. La altura máxima media puede alcanzar 1 metro.
• Marea Baja (Bajamar): Ocurren cuatro mareas al día (una cada 6 horas).

Dato curioso: La gravedad nos atrae constantemente (por ejemplo, medimos más al despertar que al acostarnos). Esto mismo sucede con el mar. Se cree que hay más peces en Luna Llena y Luna Nueva.

11. Isaac Newton y el Efecto Marea

Isaac Newton explicó el efecto marea.

La Luna frena el movimiento de rotación de la Tierra debido a la atracción del agua y su propia gravedad. La gravedad de la Tierra hace que la Luna siempre nos muestre la misma cara, realizando reajustes cada mes. Esto ha provocado que el tiempo de rotación y de traslación de la Luna sean casi iguales.

12. Mareas Muertas y Mareas Vivas

Mareas Muertas

El agua ni sube ni baja significativamente. Ocurren cuando el Sol y la Luna están desalineados, atrayendo en diferentes puntos. Es la menor subida del agua del mes y ocurre dos veces al mes: en Cuarto Creciente y en Cuarto Menguante.

Mareas Vivas

La marea es más grande. Ocurren cuando la Luna y el Sol están alineados, sumando sus fuerzas de atracción. Es la mayor subida del agua del mes y ocurre dos veces al mes: en Luna Nueva y en Luna Llena.

IV. Los Eclipses

13. Definición y Tipos de Eclipses

Un eclipse es un fenómeno astronómico donde un planeta o luna interfiere, tapando la luz de un sol o estrella. Históricamente, eran vistos como síntomas de presagio negativo.

Eclipse de Sol

La Luna se interpone entre el Sol y la Tierra. Ocurre de día, oscureciendo el ambiente, y sucede cuando es Luna Nueva. Un eclipse solar dura entre 2 y 7 minutos.

• Eclipse Total: Ocurre en la zona de umbra (sombra oscura). Dura entre 2 y 7.5 minutos. El Sol está completamente tapado y se observa la Corona.
• Eclipse Parcial: Ocurre en la zona de penumbra (sombra clara). La Luna no tapa el Sol por completo.
• Eclipse Anular: Se observa un anillo de luz. Ocurre cuando la Luna está más lejos de la Tierra y no logra tapar el Sol por completo. En este tipo de eclipse, no se observa la corona.

La Corona es un viento solar de partículas luminosas que se hace visible durante un eclipse total.

Eclipse de Luna

La Tierra se interpone entre la Luna y el Sol. Dura aproximadamente 1 hora y media (puede ser total o parcial). Ocurre cuando es Luna Llena.

Generalmente, hay dos eclipses de Sol y dos de Luna al año, sumando un total de 4 eclipses.

V. Meteorología y Fenómenos Atmosféricos

14. Presión Atmosférica

Es la fuerza que ejerce el aire sobre distintas superficies. Se define como «el efecto del peso del aire».

15. Viento

El viento es el movimiento del aire, causado por las diferencias de presión. Se mueve de zonas de alta presión (muchas moléculas) a zonas de baja presión (pocas moléculas), o de zonas de calor a frío.

16. Tipos de Viento (Escala)

• Planetaria (Alisios): Duración de semanas.
• Continental (Ciclones): Duración de 7 a 10 días.
• Media (Brisas Costeras): Duración de 1 día.
• Pequeña (Remolinos): Duración de horas.

17. Tipos de Nubes

Clasificación de nubes según su altitud:

Altitud	Tipos de Nubes
Más de 6,000 m	Cirros, Cirroestratos, Cirrocúmulos, Cumulonimbos (verticales)
Entre 2,000 y 6,000 m	Altostratos, Altocúmulos, Nimboestratos (verticales)
Debajo de 2,000 m	Estratos, Niebla, Estratocúmulos, Cúmulos (verticales)

VI. Fenómenos Ópticos y Color

18. Fenómenos Ópticos: El Color

El color que percibimos es la luz reflejada por un objeto. Todos los objetos absorben la luz, excepto el color que vemos, que es el que reflejan.

Ejemplo: Si una pelota roja se ilumina con luz verde, la pelota aparece negra porque la superficie absorbe la luz verde y no hay fuente de luz roja para reflejarla.

19. El Color del Cielo

La luz blanca solar entra en la atmósfera. El color azul se dispersa debido a las moléculas de oxígeno y nitrógeno de la atmósfera (dispersión de Rayleigh). Las ondas azules, al ser más cortas, se dispersan más fácilmente, mientras que las luces rojas y amarillas continúan su trayectoria hacia abajo. Este fenómeno fue descubierto por Lord Rayleigh (1820).

20. ¿Por qué los Atardeceres y Amaneceres son de Color Rojo?

En la puesta o salida del Sol, la luz solar recorre una trayectoria más larga a través de la atmósfera. Durante este recorrido extendido, la luz azul y verde se dispersa completamente, dejando solo las longitudes de onda más largas (rojo, naranja) visibles para el observador.

21. El Arcoíris

El arcoíris se forma por una secuencia de refracción, reflexión y refracción de la luz en las gotas de agua.

• Arcoíris Primario: 2 refracciones, 1 reflexión. (El color rojo queda arriba y el violeta abajo).
• Arcoíris Secundario: 2 refracciones, 2 reflexiones. (Los colores están invertidos respecto al primario).

VII. Electricidad y Magnetismo Terrestre

22. Tipos de Electricidad

• Fricción: Generada por el frotamiento o movimiento (Ejemplo: frotar un globo).
• Contacto: Ocurre al tocar un objeto ya cargado.
• Inducción: Carga a distancia (sin contacto físico).

23. Polos y Campo Magnético

Los Imanes

Tienen polo Norte y polo Sur. Polos opuestos se atraen (Norte y Sur), y polos iguales se repelen.

24. ¿Cuál es el Campo Magnético?

Es el movimiento circular de los electrones de los átomos.

Campo Magnético de la Tierra

El movimiento del hierro fundido en el núcleo externo de la Tierra crea un efecto de dinamo, generando un campo magnético. El Polo Norte geográfico no coincide con el Polo Norte magnético; hay una distancia de aproximadamente 1,800 km entre ellos.

¿Para qué sirve el Campo Magnético?

La rotación terrestre crea el campo magnético, cuya función principal es protegernos de la radiación solar (rayos cósmicos, partículas cargadas provenientes del Sol).

Cuando estas partículas interactúan con la atmósfera cerca de los polos, se producen las auroras:

• Aurora Boreal (Norte): Color verde, causado por las partículas de oxígeno.
• Aurora Austral (Sur): Color verde.

VIII. Preguntas y Respuestas Clave sobre Geología y Astronomía

H4. Geología y Tectónica de Placas

1. ¿Qué son las discontinuidades en la medición de las partes de la Tierra?

   Son las zonas limítrofes existentes dentro de la Tierra. Se les dio nombres debido a sus descubridores.

2. ¿Qué quiere decir la teoría de la expansión del fondo oceánico?

   Que bajo el océano se encuentran dorsales que generan movimientos divergentes, separando zonas de Tierra.

3. Empareja la discontinuidad descubierta por los descubridores con la zona correspondiente del interior de la Tierra:
   • Mohorovicic: Litosfera – Manto
   • Lehmann: Núcleo externo – Núcleo interno
   • Gutenberg: Manto – Núcleo externo
4. Empareja cada científico con su descubrimiento en el ámbito de la geología:
   • J. Tuzo Wilson: Teoría de la tectónica de placas
   • Harry Hess: Expansión del fondo oceánico
   • Alfred Wegener: Teoría de la deriva continental
5. ¿Cómo se forma un volcán?

   Por un movimiento convergente de una placa oceánica con otra oceánica.

H4. Astronomía y Fenómenos Terrestres

5. ¿A qué se debe que en el Polo Norte no haya estaciones?

   A la inclinación de 23º que presenta el eje terrestre.

6. ¿Para qué sirve el campo magnético de la Tierra?

   Para protegernos del viento solar o rayos cósmicos.

7. ¿En qué consiste la observación en un niño/a de infantil?

   En incitar la curiosidad y la exploración, poniendo en juego los sentidos.

8. ¿Cuál es la razón de que haya día y noche?

   El movimiento de rotación de la Tierra.

9. ¿A qué se debe que haya estaciones durante todo un año?

   A que la eclíptica está inclinada.

10. El 21 de marzo es siempre un día muy especial para los ciudadanos de la península del Yucatán, en México, ya que celebran un acontecimiento astronómico: la luz del sol atraviesa una ventana central de la pirámide de Kukulcán, justamente al mediodía. ¿Sabría decir qué fenómeno astronómico es?

    El equinoccio de primavera.

11. ¿Cuánto dura un día en la Luna?

    Aproximadamente 28 días.

12. Un fenómeno sin precedentes es el hecho de las mareas. En este caso, según la imagen, ¿qué tipo de marea podemos estar teniendo?

    Una marea viva porque es de noche y la Luna está en el horizonte.

13. ¿Cuándo se origina un eclipse de Luna?

    Cuando es de noche y la fase de la Luna está en Luna Llena.

H4. Óptica y Electricidad

1. Uno de los fenómenos más naturales es observar nuestro cielo, que es de color azul. ¿Por qué tiene ese color?

   Por la dispersión que realizan las moléculas de la atmósfera del color azul (Dispersión de Rayleigh).

2. ¿Cuántas refracciones tiene un arcoíris secundario? (Escribe un número en la respuesta)

   2

3. En la película de ciencia-ficción “Regreso al Futuro”, Marty Mcfly va al pasado, a 1955, y tiene que regresar a su futuro, a 1985. Para ello necesita la energía de un rayo, rayo que él sabe que caerá sobre la torre del ayuntamiento la noche del 12 de Noviembre de 1955, a las 22:04 h. ¿Cómo pudo originarse ese rayo?

   El pararrayos de la torre tenía carga positiva y las nubes tenían carga negativa, por lo que se produjo una descarga eléctrica en la noche fijada.

4. En esta imagen, ¿qué tipo de fenómeno está ocurriéndole a la alumna Ana Belén?

   Carga por inducción.

H4. Meteorología

9. ¿Cómo se origina el viento?

   Por ascensión del aire caliente (generando baja presión).

10. ¿Qué tipo de nube es la que hay en la imagen? (Nubes)

    Cirrocúmulo.