Historia de la Astronomía 2

Renacimiento

El descubrimiento de América en el siglo XV le da impulso a la navegación marítima lo que obligó a mejorar la tecnología de los instrumentos navales, así como de la cartografía terrestre y estelar, lo que significó un gran desarrollo e interés por el estudio de la geografía, astronomía y las matemáticas. Para el año de 1600 el tamaño del mundo se había duplicado.

Fue Nicolás Copérnico (1473 - 1543) quien dio el primer paso en el desarrollo de la nueva astronomía. Estudiando las teorías de Aristarco y realizando sus propias observaciones indicó la inexactitud del sistema geocéntrico postulado por Ptolomeo, al cual durante la edad media se le habían sumado un sinnúmero de epiciclos para ajustarlo a las observaciones, de esta manera, Copérnico comenzó a desarrollar una nueva teoría de la organización del cielo. 

Nicolás Copérnico estaba fuertemente influenciado por los neoplatónicos (combinando elementos del Platonismo con el Cristianismo), esto lo llevó a creer que si el Sol daba vida y luz y calor era una copia material de Dios. Adoptó entonces un  sistema heliocéntrico como el de Aristarco. En 1512 dio a conocer sus trabajos recogidos en el manuscrito «Comentariolus». 

En estos trabajos mantuvo la idea Aristotélica de que los planetas tenían un movimiento perfecto, es decir en orbitas circulares, así aunque correctamente colocaba al Sol en el centro del sistema solar su sistema no tenía menos errores que el postulado por Ptolomeo y también tuvo que sufrir la inclusión de de epiciclos y al desplazamiento del centro del universo en un punto alejado del Sol para poder aproximarse a las observaciones realizadas. Utilizó la Unidad astronómica para encontrar las distancias proporcionales de los objetos celestes pero no conoció su valor numérico. El radio del sistema creado por Copérnico se estimaba en 1.5 millones de veces el radio de la tierra. Sin embargo, el sistema copernicano no fue aceptado por muchos estudiosos y su supervivencia solamente fue favorecida por la declinación del sistema Ptolemaico. Hacia 1540 se publicó el primer informe sobre las investigaciones copernicanas "Narratio prima" de G. H. Rethicus; y el mismo año en que moría Copérnico se publicó su obra principal: "De revolutionibus orbium coelestium".

El observador mas importante del siglo XVI fue Ticho Brahe (1546 -1601), poseía la paciencia y el capital suficiente para construir los equipos más avanzados y precisos de su época. Había tomado como modelo del universo el expuesto por Heroclides en donde todos los planetas giran alrededor del Sol y este gira alrededor de la Tierra, inmóvil; este modelo tenía la ventaja que no violaba las escrituras. Calculó que si la Tierra se moviera las estrellas deberían estar 700 veces mas lejos de Saturno que este del Sol lo cual para él no era un sistema elegante como para haber sido creado por Dios. Estudió los cometas a los que puso fuera de la órbita de la Luna y tuvo la oportunidad de observar una supernova en 1572 lo que minó las teorías Aristotélicas de un universo sin cambios que habiendo sido apoyadas por los teólogos sobrevivían hasta ese momento.

Sus observaciones que eran las mas exactas disponibles darían una vez después de fallecido las herramientas para que se pudiera determinar las leyes del movimiento celeste, dadas por su ayudante y uno de los mas grandes científicos de la historia: Johannes Kepler.

Johanes Kepler (1571 - 1630) reconocido teórico pero mal observador trabajo durante muchos años tratando de encontrar un modelo que permitiese explicar los movimientos planetarios utilizando para tal efecto los pensamientos neoplatónicos y el sistema heliocéntrico de Copérnico. Trabajó con los sólidos perfectos de Platón para describir las órbitas de los planetas, sin embargo ninguno de ellos tenía la precisión suficiente. En busca de datos de observación mas exactos aceptó el ofrecimiento hacia el año de 1600 para trabajar como ayudante de de Ticho Brahe, pero solo hasta después de la Muerte de Brahe pudo Kepler acceder a todas sus observaciones. 

Con estos datos y después de probar con infinidad de formas geométricas "perfectas" intentó con variaciones del circulo: las elipses, con las cuales concordaban exactamente  los datos obtenidos durante las observaciones, echando por el piso otro de los paradigmas pitagóricos que seguían siendo considerados como ciertos después de 2000 años. 

En 1609 publicó su "Astronomía Nova" en donde postulaba las órbitas elípticas de los planetas y mostró sus dos primeras leyes:

1^a . Los planetas giran alrededor del Sol en orbitas elípticas estando este en uno de sus focos

En realidad la excentricidad de las órbitas es mínima por eso estas elipses son casi circulares y solo hasta observaciones tan precisas como las de Brahe pudo encontrarse los datos para este descubrimiento.

2^a. Una línea dibujada entre el planeta y el sol barre áreas iguales en tiempos iguales.

Su tercera ley fue publicada en Harmonices mundi años después (1619), en ella relaciona la distancia del planeta al Sol con la duración de su órbita alrededor de él.

3^a. El cubo de la distancia media de cada planeta al sol es proporcional al cuadrado del tiempo que tarda en completar una órbita.

Uno de los defensores más importantes de las teorías heliocéntricas fue Galileo Galilei (1564 - 1642). En el siglo XVI la iglesia ejercía un gran poder sobre la sociedad europea, Dios existía por fuera de la esfera celestial y delegó en los ángeles el control de los movimientos planetarios. Galileo  fue la primera persona en utilizar un catalejo como telescopio para realizar observaciones astronómicas en el año de 1609, entre sus observaciones mas famosas:

• Estrellas tenues que no podían ser vistas con el ojo desnudo
• Cráteres Lunares 
• Manchas solares
• Las lunas de Júpiter, comparándolas con un mini modelo del sistema heliocéntrico
• Las fases de Venus cuya explicación era imposible bajo un modelo Ptolemaico (aunque en verdad si con un modelo similar al de Brahe)

Galileo estudió el movimiento de los objetos ordinarios en la Tierra, encontró que la visión de Aristóteles estaba equivocada y que los objetos requieren una fuerza externa para cambiar su movimiento, que tienden a permanecer en movimiento y que todos independiente de su masa tienen la misma aceleración, ideas que estuvieron a punto de desembocar en las leyes que posteriormente descubriría Newton. 

Galileo puede considerarse el padre de las ciencias modernas ya que sus ideas se basaban en experimentos. Estas observaciones y sus lecturas fueron la principal arma con la que luchó para que la iglesia católica romana aceptara las teorías copernicanas. En principio el Vaticano había elogiado y apoyado las observaciones de Galileo, pero al insistir en que la cosmología de Copérnico debía ser aceptada por las escrituras, hizo que la iglesia prohibiera el libro de Copérnico "de Revolutions" Al llegar Urbano III al estrado papal Galileo, que contaba con su favor escribió "El Diálogo sobre los dos máximos sistemas del mundo", en el cual ridiculizaba la posición de la iglesia a través de Simplicio el simplón. Como respuesta el Papa prohibió el libro y Galileo fue llevado ante la inquisición en donde lo obligaron a abjurar de sus creencias y fue recluido de por vida bajo arresto domiciliario.

Astronomía Moderna

El desarrollo de los sistemas ópticos, dio a la astronomía un vuelco fundamental  y se comenzaron a descubrir, describir y catalogar miles de objetos celestes nunca observados. En el Siglo XVII esta gran revolución estuvo en manos de grandes astrónomos que fueron construyendo la astronomía moderna y actual: Simon Marius (detectó de la Nebulosa de Andrómeda en 1612), Christoph Scheiner (Estudió las las manchas solares 1630), Johannes Hevelius (Realizó precisas observaciones de la luna y cometas desde su observatorio en Dantzing), Christian Huygens (descubrió el anillo de Saturno y su satélite Titán), Giovanni Domenico Cassini (descubridor de 4 satélites de Saturno), Olaus Römer (determinó la velocidad de la luz a partir de los eclipses de los satélites de Júpiter en 1676) y John Flamsteed (fundó el Observatorio de Greenwich en 1675 y realizó un gran catálogo celeste).

Uno de los científicos más importantes de la humanidad es Isaac Newton (1643 - 1727), quien nació el año de la muerte de Galileo. Durante sus años universitarios estudió a Platón, Aristóteles y Descartes, poco después de su graduación y debido a la peste se trasladó a su casa en donde se le ocurrió la explicación de como la gravitación causa el movimiento de la Luna y los Planetas.

Hasta mediados del siglo XVII todos los intentos de describir el cielo matemáticamente fueron empíricos o basados directamente sobre datos y observaciones. Newton introdujo una aproximación matemática promulgando sus tres leyes del movimiento que se aplican a los movimientos terrestres y en los cielos. Estas leyes son:

• Un cuerpo permanece en reposo o en movimiento en línea recta y a una velocidad constante a menos que una fuerza externa actúe sobre el.
• La aceleración de un objeto es proporcional a la fuerza que actúa sobre el  (F= m.a)
• Cuando un objeto ejerce fuerza sobre otro, el segundo ejerce una fuerza de igual magnitud sobre el primero pero en dirección contraria. 

Postuló que la fuerza que mantiene a los planetas en órbita es la gravedad y que esta fuerza disminuye con la distancia. Se dice que Newton se inspiro en la caída de una manzana para imaginar el efecto de la gravedad,  aunque esta anécdota no puede comprobarse, si sirve como modelo para explicar la ley del inverso del cuadrado. La misma fuerza gravitatoria que hace caer la manzana se extiende hacia la Luna, y su fuerza disminuye con el cuadrado de la distancia. Newton utilizando su primera Ley determinó que la Luna escaparía en línea recta si no fuese apartada de su camino por una fuerza (la gravedad terrestre) 

La Ley de la Gravitación Universal dice que:

Dos cuerpos se atraen uno al otro con una fuerza que es directamente proporcional a la masa de cada uno e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.

Newton además modificó los telescopios creando los telescopios reflectores Newtonianos que permitieron la observación mas claras de objetos muy tenues. Su obra principal fue "Philosophiae naturalis principia mathematica" en donde expuso sus leyes que aplicadas al movimiento planetario explicaban toda la dinámica conocida del sistema solar:

Universos Islas. Aparte de los Planetas y las estrellas se observaban en el cielo elementos nebulosos (borrosos) dispersos entre ellas que en su mayoría solo podían ser vistas a través de telescopios. Uno de los primeros en escribir una teoría sobre estas nebulosas fue Inmanuel Kant (1724 -1804). Después de algunas lecturas concluyó que las estrellas de la Vía Láctea estaban distribuidas en forma de disco y como sabia de la observación de otras nebulosas elípticas pensó que estas podían estar formadas por muchas estrellas distantes. 

Desde estos estudios se manejaron dos teorías al respecto de las nebulosas una, la de Kant, decía que las nebulosas elípticas eran cúmulos de millones de estrellas y que cada una era como un "universo isla". La otra teoría explicaba que las nebulosas eran torbellinos de gas pertenecientes a la Vía Láctea y de cuya condensación nacían las estrellas. El enigma de estas teorías se resolvería años después. 

Se emprendió el estudio de todos estos objetos que se llamaron del espacio profundo y el abanderado fue William Herschel. Músico de profesión se aficionó a la astronomía y a la fabricación de telescopios tarea en que fue ayudado por su hermana Caroline. Su método de observación consistía en el barrido de zonas del cielo, teniendo como ayuda una memoria prodigiosa que prácticamente le permitía tener un atlas del cielo en su mente. Su primer descubrimiento importante fue el planeta Urano en 1781,  lo que le ganó el favor del Rey Jorge III quien le concedió un subsidio real para sus estudios con lo cual pudo dedicarse por completo a la astronomía. Posteriormente descubrió Enceladus y Mimas. En 1781 recibió el catálogo de Messier y comenzó el estudio de estos objetos muchos de los cuales eran nebulosas pero que con sus equipos pudo resolver sus estrellas componentes. Realizó un plano de la Vía Láctea y de las estrellas del hemisferio norte el cual fue completado con las del hemisferio sur por su hijo.

Llegado el siglo XVIII la tarea emprendida por los astrónomos fue la de encontrar las distancias en el universo, esto requería tanto de métodos matemáticos como de cálculos apoyados en observaciones precisas. El sistema de medición mas adecuado era el de triangulación o paralaje, su técnica consiste en realizar dos observaciones del mismo objeto en lugares diferentes y a la misma hora, el objeto observado parecerá desplazarse con respecto al fondo estrellado de acuerdo a su distancia : si es cercano el desplazamiento será mayor. Al calcular el ángulo de desplazamiento y conociendo la distancia que separa los dos puntos de observación se puede encontrar la distancia al objeto. La realización del paralaje requirió la utilización de sistemas de medida de tiempo precisas, así como de medición exacta de las distancias geográficas, esto solo se logró cuando las necesidades principalmente navieras llevaron al desarrollo de cronómetros mas exactos y de la ciencia de la cartografía. 

Se realizaron los paralajes de los planetas exteriores y de los interiores durante los tránsitos y posteriormente se realizaron los paralajes de las primeras estrellas como fue 61 del Cisne por Fiedrich Bessel en el año de 1838 dando como resultado una distancia de 11 años luz y luego alfa Centauro con una distancia de 4.3 años luz. De esta manera el tamaño del universo se extendió hasta el infinito.

Espectrografía. Joseph Fraunhofer, hombre de mucha inteligencia y de gran agudeza visual tenía como profesión vidriero y llegó a fabricar los espejos de telescopios mas perfectos para su época. Hacia 1814 en experimentos dirigidos a corregir las aberraciones cromáticas de sus telescopios utilizó las líneas espectrales de la luz y pronto se sintió fascinado por ellas. detectó centenares de rayas verticales en el espectro del Sol e idénticas irregularidades en los espectros de la Luna y los Planetas (son iguales pues es la misma luz del sol reflejada). Cuando dirigió sus espectrógrafo a las estrellas las líneas cambiaban. Estas líneas se llaman de Fraunhofer. 

Aunque Fraunhofer nunca lo supo, sus líneas son producidas por la emisión o absorción de determinadas longitudes de onda por los diferentes compuestos químicos que constituyen las estrellas, estas líneas se ven afectadas por la temperatura, el magnetismo y otras propiedades físicas y químicas de la materia, que fue lo que permitió el estudio a larga distancia de la composición y características individuales de los diferentes objetos celestes. El nacimiento de la fotografía y la creación del análisis espectral en la segunda mitad del siglo XIX, da a luz una nueva rama de la astronomía: La Astrofísica.

Siglo XX

Al llegar a este siglo varias de las creencias precopernicanas habían resurgido al hablar de las galaxias, se consideraba que el Sol se encontraba cerca del centro de la Vía Láctea que constituía el universo entero y que mas allá de sus no existía nada mas que un vacío infinito. El estudio bajo espectroscopia de las nebulosas elípticas a principios de siglo, demostró que no tenían características de ser nubes de gases sino mas bien características estelares, lo que señaló que al menos algunas nebulosas espirales estaban constituidas por estrellas. 

El estudio de estrellas variables por parte de Harlow Shapley lo llevo a descubrir variables cefeidas, estas estrellas pulsan cambiando de brillo. El ciclo de variación de brillo de las cefeidas esta directamente relacionado con su brillo intrínseco, descubrimiento realizado por Henretta Swan Leavitt. Esta propiedad de las cefeidas permitió conocer su magnitud absoluta. Para calcular su distancia solo se requiere medir su magnitud aparente y luego aplicar la formula según la cual el brillo disminuye con el cuadrado de la distancia. Shapley al estudiar las variables de los cúmulos globulares se dio cuenta que su distancia era mucho mayor de la que se creía y que se hallaban hacia el centro de la galaxia, al calcular su distancia al Sol, este debería estar localizado en la periferia de la Vía Láctea. De esta manera se desplazo al Sol del centro del universo conocido a una periferia de el.

Aunque varios astrónomos defendían la teoría de los Universos Islas expuesta por Kant y seguida por Herschel, no se tenían pruebas confirmatoria del hecho. Esta prueba provendría de las observaciones de Edwin Hubble que trabajaba en el observatorio de Monte Palomar tomando y revisando fotografías de grandes campos de cielo. Hubble el 19 de Febrero de 1924 escribió a Shapley: " Seguramente le interesará saber que he hallado una variable cefeida en la nebulosa de Andrómeda".  De esta manera se reabatió la idea de Shapley de una única galaxia, la nuestra, como constituyente del universo entero y reveló la presencia de otros universos isla en el espacio. 

En trabajos independientes a principios del siglo XX Albert Einstein propuso su Teoría de la Relatividad General en la que se deduce que el universo no debe ser estático sino que se encuentra en expansión, sin embargo, esto no coincidía con lo que se creía era realmente un universo estático, por lo tanto Einstein introdujo en su formula la constante cosmológica para adecuarla a las teorías vigentes.

Vesto Slipher miembro del observatorio Lowell bajo las ordenes del celebre Percival Lowell, fue encargado de estudiar el movimiento circular de las nubes de gas durante la formación de estrellas, teoría que era defendida por su jefe. Encontró aparte de la rotación de dichas nebulosas un corrimiento al rojo persistente en sus espectros, este hallazgo es debido a que las longitudes de onda emitidas por un objeto que se aleja del observador se alargan corriéndose hacia el rojo en el espectro estudiado (efecto Doppler), Sin embargo, Slipher no encontró la explicación a su hallazgo. Fue nuevamente Hubble quien al medir las distancias de 25 galaxias encontró una correlación directa entre su distancia y el grado de corrimiento o en otras palabras la velocidad en que se alejan.

El Hombre que unió los hallazgos de Slipher, Hubble y Einstein fue un matemático sacerdote llamado Georges Lemaitre quien en 1927 publicó un articulo donde desarrollaba la relación del corrimiento al rojo con un universo en expansión. Posteriormente cuando su artículo fue divulgado entre la comunidad científica se comenzó a pensar que si el universo se encuentra en expansión alguna vez todo debió estar unido en un punto de luz al cual llamó singularidad o "átomo primordial" y su expansión "Gran Ruido". Mas tarde el astrónomo Fred Hoyle quien era opuesto a esta propuesta la llamo despectivamente "Big Bang" como se conoce a la teoría mas aceptada actualmente como origen del universo.

En la actualidad sabemos que vivimos en un sistema solar localizado en la periferia de la Vía Láctea compuesta por miles de millones de soles, la cual hace parte de un conjunto galáctico llamado grupo local, el cual a su vez se localiza en un supercúmulo de galaxias distribuidas por un universo de mas de 15 mi millones de años luz que se encuentra en una expansión acelerada.

ASTRONOMÍA ANTIGUA