(clase I)
El origen de la energía.
Para conocer el origen de la energía el ser humano debe mirar hacia el pasado, la forma más práctica que el hombre a desarrollado para poder hacerlo, es mirar el espacio, la Cosmología es una ciencia derivada de la Astronomía que estudia el universo en su conjunto y el origen de este. En la actualidad la teoría más aceptada por los astro-físicos y la población en general respecto al origen del universo, es la del «Big Bang» (Gran Exploción) hipótesis propuesta por el físico matemático y sacerdote belga Georges Lemaitre en 1931, a la que llamo «Átomo primigenio». Este hipótesis propone que el punto de inicio del universo tuvo lugar hace unos 13.700 millones de años atrás, debido a que este se encontraba en un estado de muy alta densidad prácticamente infinita y temperaturas millones de millones de °K hasta que colapsó y generó una «rápida inflación» del universo en todas direcciones liberando una inmensa cantidad de energía, billones de billones de veces mayor a la generada en el núcleo del sol y que se encontraba concentrada en un espacio menor al de la cabeza de un alfiler, también la gravedad, el electromagnetismo y fuerzas nucleares fuerte y débil se encontraban unificadas en una sola gran fuerza, la «explosión» dio origen a la «materia», el «espacio» y el «tiempo».
El nuevo universo comenzó a expandirse a una gran velocidad y también a enfriarse, al final del tiempo cósmico de Planck (1 segundo), durante el primer segundo desde la explosión, ya había alcanzado un tamaño de unas mil veces mayor al de nuestro sistema solar y estaba inundado de partículas de materia del componente básico que nos rodea los «Quarkz», estos se agrupan de 3 en 3 formando protones y neutrones dependiendo de su combinación, debido a la fuerza de la «gravedad» que influía en todo el espacio las nubes de materia comienzan a comprimirse, al pasar unos 3 minutos la temperatura bajó lo suficiente, lo que permitió la formación de los primeros núcleos atómicos, unos 300.000 años después aparece el primer átomo. Las primeras estrellas aparecen al pasar unos 200 millones de años y la primera galaxia unos 300 millones de años después del «big Bang».
Los científicos estiman que la formación y evolución del Sistema Solar dio inicio hace unos 4.500 millones, este hipótesis es conocida como «Teoría nebular de Kant», propone que una nebulosa gigantesca de gas y polvo se fue uniendo gradualmente debido a la acción de la gravedad y cuando la gravedad provocó el desplome de esa nube se liberó una cantidad enorme de energía, aumentó la temperatura a unos 15.000.000 °K y en el centro del colapso comenzaron a generarse reacciones nucleares que convertían el «Hidrogeno» en «Helio» lo que se sería el núcleo de una nueva estrella, el Sol, el material estelar restante comenzó a girar como un torbellino alrededor del Sol recién formado, los restos de material con mayor masa fueron atrayendo a los de menor y así se fueron formando los planetas de nuestro Sistema Solar, junto con ellos nuestro planeta, La Tierra.
El Sol es la estrella más cercana a la Tierra, se encuentra a unos 150.000.000 de kilómetros de distancia, la que equivale a una UA (unidad astronómica), tiene un diámetro de 1,4 millones de km, una masa de unos 1,99 x 10³º kg y una gravedad de 274 m/s². El Sol contiene más del 95% del total de la masa del Sistema Solar y este gira a su alrededor debido a la gran gravedad que este ejerce en el espacio. Está compuesto por cerca de un 75% de Hidrógeno, 23% Helio y un 2% de otros elementos, estructuralmente no está compuesto por capas esféricas como el planeta Tierra sin embargo podemos definir que está compuesto por diferentes «regiones» en su estructura externa e interna, estas regiones o zonas son difíciles de diferenciar física y químicamente, sin embargo en la actualidad los astrofísicos disponen de un modelo solar que determina que son 6 las regiones que conforman el Sol, con las cuales han logrado explicar de manera satisfactoria la mayor parte de los fenómenos observados.
Las 6 regiones (capas) que forman el sol son las siguientes:
Núcleo solar: Es el centro del Sol y esta formado principalmente por hidrógeno y helio, la temperatura y la presión son extremadamente altas debido a la gravedad y a la gran masa del propio Sol que son capaces de genera un fenómeno conocido como «fusión nuclear», en este proceso los átomos de hidrógeno se fusionan para formar átomos de helio. Los átomos de hidrógeno son absorbidos al centro del núcleo solar donde la presión es tan alta que los núcleos de hidrogeno ya no tienen espacio para moverse a tal punto que se fusionan para transformarse en un núcleo de helio-4, estas reacciones nucleares liberan una gran cantidad de energía en forma de luz y calor, también son las que dan vida al Sol y al Sistema Solar por completo.
Zona radiante: Es la región que envuelve al núcleo solar por la cual se transmite la energía generada por las fusiones nucleares, los fotones se desplazan por medio del plasma solar en forma de radiación electromagnética, interactúan constantemente con los átomos del plasma de esta región, generando una constante emisión y absorción de fotones que permite que lentamente se propague la energía hasta la superficie del Sol, esta región es tan densa y caliente que un fotón puede tardar hasta unos 100.000 años en atravesar esta zona.
Zona convectiva: Es la parte anterior a la fotosfera, a diferencia de la zona radiante que transmite su energía en forma de radiación la energía en esta zona es transmitida directamente por el movimiento del plasma. El plasma cercano a la zona radiante sube al tener una alta temperatura y menos densidad hasta llegar a un punto cercano a la fotosfera donde baja su temperatura y aumenta su densidad por lo cual bajo nuevamente a una zona de mayor temperatura cerca de la zona radiante, generando un ciclo constante acenso y descenso de plasma y transmisión de energía hacia la superficie.
Fotosfera: Es la región que sigue a la zona convectiva, es la parte más externa y visible del Sol, es la parte que podemos ver desde nuestro planeta, tiene una temperatura de unos 5.500 °C. La fotosfera emita una gran gama de longitudes de onda de luz, estando la mayor radiación en el espectro de la luz visible, emite principalmente una luz blanca. En esta zona podemos visualizar «manchas solares», «granulaciones solares» y «erupciones solares» entre otros muchos fenómenos.
Cromosfera: Es una zona delgada y de menor densidad que envuelve la fotosfera, la temperatura es mayor y pueda alcanzar alrededor de 6.000 a 20.000 °C. La estructura de la cromosfera esta compuesta por zonas brillantes y oscuras, además de una mezcla de gases calientes. En esta región ocurren fenómenos como «fulguraciones solares», «prominencias solares», «las espiculas» entre otros.
Corona: Es la parte más externa y menos densa del Sol, la temperatura en esta zona es mucho mayor que la fotosfera y la cromosfera, oscila entre 1.000.000 y 3.000.000 °C pudiendo alcanzar en algunas regiones puede alcanzar hasta unos 10.000.000 °C, lo cual hasta el momento no tiene una explicación científica. El calentamiento de la corona sigue siendo un tema de investigación activa y se espera que la «misión Parker Solar» de la NASA pueda proporcionar mediciones y datos directamente de la corona solar que podrían ayudar a explicar este fenómeno.
La energía que es emitida por el Sol sobre la Tierra y el espacio es generada en su núcleo donde la temperatura alcanza unos 15.000.000 °C, aquí los átomos de hidrogeno abundan por todas partes, han sido separados de sus electrones por la energía en el núcleo Sol y están formados solo por sus núcleos. Debido a la aplastante gravedad y densidad del Sol los núcleos de hidrogeno son absorbidos y sometido a una gran presión que los comprime dejándolos sin espacios ni libertad para moverse, a tal punto que se ven obligados a unirse unos con otros para formar nuevos núcleos de «Helio», luego pueden alejarse del centro donde se formaron y recombinarse con los electrones libres separados de los átomos de hidrogeno, formando átomos nuevos y más pesados, este es un proceso conocido como «Fusión Nuclear». La energía de la fusión nuclear de billones de átomos de hidrogeno cada segundo generada por el Sol es emitida en forma de fotones, calor y radiaciones electromagnéticas en todas las direcciones en el espacio.
La vida en la Tierra es posible gracias a la energía generada en el sol, que es transmitida a través del espacio, recibida y transformada en alimento por las plantas, algas y algunas bacterias gracias a un proceso fundamental llamado «fotosíntesis». Las plantas producen su propio alimento capturando la energía de los fotones por medio de 2 fases.
Fase lumínica: En esta fase la energía de los fotones es capturada por medio de pigmentos fotosintéticos (principalmente clorofila) que se encuentran en el cloroplasto, la energía capturada por la clorofila es utilizada para generar reacciones lumínicas, durante este proceso se descompone el agua (H2O) en moléculas de oxígeno (O2), la energía de la luz se convierte en energía química en forma de ATP (adenosín trifosfato) y NADPH (nicotinamida adenina dinucleótido fosfato reducido) que son moléculas que transportan energía.
Fase oscura: En esta fase la planta utiliza la energía química en forma de ATP y NADPH para transformar el dióxido de carbono (CO2) en glucosa (C6H12O6) este proceso se genera en el estroma de los cloroplastos. La glucosa será utilizada para el desarrollo y crecimiento de la planta.
Las plantas generan su propio alimento capturando la energía de los fotones que le permite transformar el dióxido de carbono (CO2) y el agua (H2O) que son moléculas inorgánicas en glucosa (C6H12O6) que son moléculas orgánicas por medio de un proceso químico, la glucosa será la energía que consuma la planta para su desarrollo, su crecimiento y su reproducción. Esta energía se puede almacenar en las raíces, las hojas, los frutos o las semillas pudiendo la planta utilizar esta energía en caso de ser necesario. También a través de esta proceso químico se genera oxígeno como un subproducto.
La fotosíntesis es la principal fuente de oxígeno en el planeta tierra y este es fundamental para la vida de muchos organismos vivos incluyendo la vida de los animales y seres humanos. A lo anterior se suma que la energía del Sol es el punto inicial donde comienza la base de la cadena alimentaría en nuestro planeta, la energía generada en el Sol es transformada por las plantas en sus propio alimento lo que les permite reproducirse y multiplicarse, otros organismos como los herbívoros se alimentan a su vez de plantas u otro tipo de organismos «autótrofos» para obtener sus nutrientes y energía. En la cima de la cadena alimenticia se encuentran los organismos «carnívoros» que obtienen la energía que necesitan a partir de la alimentación de los organismos «herbívoros». Esto forma una cadena alimentaria que permite el desarrollo de la vida en la Tierra de ecosistemas terrestres y acuáticos gracias a la energía generada en el Sol.
