Astronomía En El Renacimiento

 

La Astronomía En El Renacimiento

Nicolás Copérnico

La persona que revolucionó las ideas astronómicas que continúan hasta hoy, fue el médico y abogado polaco llamado Nicolás Copérnico. A principios del siglo XVI, Copérnico hizo muchos intentos para conciliar el modelo geocéntrico de Ptolomeo con los siglos de datos sobre las posiciones de los planetas, pero fracasó. Por lo cual se vio obligado a reconsiderar la antigua idea de Aristarco. Un modelo heliocéntrico en el que el Sol (helios, en griego) es el centro del movimiento de los planetas, ofreciendo una explicación más sencilla del movimiento retrogrado. De hecho, si los planetas orbitan alrededor del Sol, el movimiento retrógrado se convierte en una simple consecuencia de un planeta que sobrepasa y pasa a otro, como demostró Copérnico:

La Tierra completa su órbita alrededor del Sol en 1 año, mientras que Marte tarda 1,88 años en completar una órbita, con la Tierra adelantando y pasa por Marte cada 780 días. Si trazamos líneas desde la Tierra a través de Marte, vemos que Marte parece cambiar su dirección de movimiento contra las estrellas de fondo cuando la Tierra lo adelanta y lo pasa.  

Con su modelo heliocéntrico, Copérnico no sólo pudo dar una explicación sencilla del movimiento retrógrado, sino que también pudo explicar por qué Venus y Mercurio nunca se alejan del Sol. Estos dos planetas tienen órbitas más pequeñas que la de la Tierra, por lo que su ángulo respecto al Sol está limitado por el tamaño de sus órbitas. Copérnico pudo utilizar la geometría para determinar la distancia de cada planeta al Sol. Las distancias encontradas de esta manera deben ser expresadas en términos de la distancia de la Tierra al Sol, la unidad astronómica o UA (cuyo valor no se conoció con exactitud hasta varios centenares de años después). Copérnico describió su modelo de un universo centrado en el sol en su libro De Revolutionibus Orbium Coelestium (Sobre las Revoluciones de las Esferas Celestes).

Irónicamente, algunas de las críticas a la obra de Copérnico estaban justificadas. Aunque su modelo era básicamente correcto, no explicaba las posiciones observadas de los de los planetas con más precisión que el modelo de Ptolomeo, más complicado pero incorrecto. Esta falta de concordancia completa entre el modelo y la observación surgió, al menos en parte porque Copérnico insistió en que las órbitas planetarias eran círculos. Además, su modelo volvía a plantear la cuestión de por qué no se veía ningún paralaje estelar. Por último, sus opiniones sobre el movimiento planetario fueron recibidas con hostilidad y escepticismo, iban en contra de las enseñanzas de Aristóteles, opiniones apoyadas tanto por el "sentido común" como por la Iglesia Católica de la época.

Tycho Brahe

El modelo de Copérnico, aunque no fue el único estímulo, marcó la apertura de una nueva era en la historia de la astronomía. Un científico cuyas ideas florecieron en este ambiente intelectualmente más abierto fue el astrónomo danés del siglo XVI Tycho Brahe. Nacido en la nobleza danesa, Tycho aprovechó su posición y su riqueza para satisfacer su pasión por el estudio de los cielos, una pasión basada en parte en su creencia de que Dios colocó los planetas en los cielos para que sirvieran de señales a la humanidad sobre los acontecimientos en la Tierra. Impulsado por este interés por los cielos, Tycho diseñó y construyó instrumentos de mayor precisión que cualquiera de los concebidos en Europa. Tycho utilizó estos aparatos para realizar mediciones precisas de las posiciones de los planetas. Sus meticulosas observaciones resultaron ser cruciales no sólo para demostrar la superioridad del sistema heliocéntrico sobre el geocéntrico, sino también para revelar la verdadera forma de los planetas. Aunque Tycho podía apreciar la simplicidad del modelo copernicano, no estaba convencido de su validez porque no podía detectar ningún paralaje estelar. En su lugar, ofreció un modelo de compromiso en el que todos los planetas, excepto la Tierra giraban alrededor del Sol, mientras que el Sol, como en los modelos anteriores, daba vueltas alrededor de la Tierra. Tycho fue el último astrónomo importante que sostuvo que la Tierra estaba en el centro del Universo. 

Johannes Kepler

Tras la muerte de Tycho Brahe, su joven ayudante, Johannes Kepler, fue capaz de obtener del enorme conjunto de información precisa de Tycho una imagen detallada de la trayectoria del planeta Marte. Kepler pudo demostrar que la trayectoria de Marte no era circular, sino elíptica. No sólo la órbita de Marte era elíptica, Kepler determinó que el Sol estaba situado en un punto que no era el centro de la elipse, sino que estaba en un foco. Usando una forma elíptica para la órbita, fue capaz de obtener un excelente acuerdo entre las posiciones calculadas y las observadas de los otros planetas también. Además de descubrir la forma de las órbitas planetarias, Kepler también midió el tamaño relativo de las órbitas. Como una órbita es elíptica, su tamaño no puede describirse con un solo número. La forma de una elipse viene dada, en cambio, por sus dimensiones larga y corta, llamadas ejes mayor y menor, respectivamente. Basándose en las mediciones de Tycho, Kepler pudo medir no sólo la forma de un de un planeta, sino también su velocidad al cambiar la distancia al Sol. Y cuando Kepler comparó el tamaño de los semiejes mayores de un planeta con el tiempo que tarda el planeta en orbitar el Sol -su período orbital- Kepler descubrió la relación que el cuadrado del período es proporcional al cubo del tamaño orbital, medido por el eje semimayor.

Los descubrimientos de Kepler sobre la naturaleza de los movimientos planetarios se expresan en lo que son conocidas hoy en día como las tres leyes de Kepler:

I.                  Los planetas se mueven en órbitas elípticas con el Sol en uno de los focos de la elipse.

II.               La velocidad orbital de un planeta varía de manera que una línea que une el Sol y el planeta recorra áreas iguales en intervalos de tiempo iguales.

III.            La cantidad de tiempo que un planeta tarda en orbitar alrededor del Sol está relacionada con el tamaño de su órbita, de manera que el periodo, P, al cuadrado es proporcional al semieje mayor, al cubo.  P ² = a 3

Estas tres leyes describen las características esenciales del movimiento planetario alrededor de nuestro Sol.

Las leyes de Kepler son las primeras fórmulas matemáticas que describen los cielos correctamente, y como tales revolucionaron nuestra forma de pensar sobre el Universo. Estas leyes son, por tanto, un gran avance en nuestra búsqueda de la comprensión del mundo que nos rodea. Los trabajos de Tycho Brahe y Johannes Kepler fue la cumbre de la astronomía pre-telescópica.

El Nacimiento De La Astrofísica

Galileo Galilei

Más o menos al mismo tiempo que Tycho Brahe y Johannes Kepler se esforzaban por comprender el movimiento de los cuerpos celestes, el científico italiano Galileo Galilei también estaba intentando comprender los cielos. Sin embargo, su enfoque era totalmente diferente. Galileo se interesaba no sólo por el movimiento celeste, sino por todos los aspectos del movimiento. Estudió la caída de los cuerpos y el balanceo de las cuerdas y trató de encontrar las leyes universales del movimiento. Además, utilizó el recién inventado telescopio para estudiar los objetos astronómicos. Su libro Mensajero de las Estrellas se publicó en 1610. Lo que encontró fue sorprendente. Al observar la Luna, Galileo vio que su superficie tenía montañas y era en ese sentido similar a la superficie de la Tierra. Por lo tanto, concluyó que la Luna no era un misterioso cuerpo etéreo sino una bola de roca. Miró al sol y observó manchas oscuras (manchas solares). Se dio cuenta de que la posición de las manchas cambiaba de un día a otro. Al observar la posición cambiante de las manchas solares de un día para otro, Galileo dedujo que el Sol giraba. Galileo observó a Júpiter y vio cuatro objetos más pequeños orbitando alrededor de él, y concluyó que eran lunas del planeta (satélites Galileanos). Galileo también descubrió que el cielo estaba poblado por un número incontable de estrellas dondequiera que mirara.

Galileo observó que Venus pasaba por un ciclo de fases, como la Luna. La relación entre la fase del planeta y su posición con respecto al Sol no dejó ninguna duda de que Venus debía estar en órbita alrededor del Sol porque si orbitara alrededor de la Tierra, siempre se mantendría en fase creciente Galileo dedujo las primeras "leyes de la luna" correctas al pasar a la fase de media luna de la Tierra y el Sol", leyes que en última instancia condujeron a Newton a su explicación de por qué los planetas obedecen a las leyes del movimiento planetario que Kepler descubrió. Las investigaciones de Galileo sobre las leyes de la naturaleza le llevaron a tener problemas con la "ley" religiosa. Fue un firme partidario de la visión copernicana de un universo centrado en el Sol, escribió y difundió sus puntos de vista de forma amplia y con poco tacto. La iglesia católica le obligo a retractarse de su “herejía” y fue puesto bajo arresto domiciliario por el resto de su vida.

Isaac Newton

Isaac Newton, que nació el año en que murió Galileo, es posiblemente el mayor científico de todos los tiempos. Las contribuciones de Newton abarcan las matemáticas, la física y la astronomía. Además, Newton fue pionero en los estudios modernos del movimiento, la óptica y la gravedad. En sus intentos por comprender el movimiento de la Luna, Newton no sólo dedujo la ley de la gravedad, sino que también descubrió que necesitaba métodos matemáticos para calcular la fuerza gravitatoria de un cuerpo esférico y que entonces no se disponía de tales métodos. Esta constatación le llevó a inventar lo que hoy conocemos como cálculo. Las leyes del movimiento de Newton, combinadas con su ley de la gravedad, se aplicaron con éxito durante los 200 años siguientes a casi todos los problemas del movimiento de los cuerpos astronómicos. Todavía hoy constituyen la base de los vuelos espaciales.

Nuevos Descubrimientos

Las contribuciones de Newton tienden a eclipsar otros avances en astronomía durante los siglos XVIII y XIX. Sin embargo, al final del periodo leyes físicas recién descubiertas dieron a los astrónomos herramientas totalmente nuevas para estudiar el cielo. El desplazamiento de las estrellas debido al paralaje cuando la Tierra orbita alrededor del Sol no se detectó hasta 1838, pero la prueba del movimiento de la Tierra se descubrió en 1729. El movimiento de la Tierra hace que las posiciones observadas de todas las estrellas cambien a lo largo del año porque a medida que la Tierra se mueve en el espacio, el ángulo de la luz que entra en el telescopio cambia, el movimiento de la Tierra hace que la luz parezca que se dirige en un ángulo hacia la dirección del movimiento de la Tierra en su órbita alrededor del Sol. En 1781 el astrónomo inglés Sir William Herschel descubrió el planeta Urano. También descubrió que algunas estrellas tienen estrellas compañeras en órbita a su alrededor. El triunfo más sorprendente de las leyes del movimiento fue la explicación de las irregularidades en el movimiento orbital de Urano. Estas irregularidades indicaban que otro cuerpo ejercía una fuerza gravitacional sobre Urano, a partir de las leyes de Newton, los astrónomos podían calcular la posición del cuerpo invisible.

Nuevas Tecnologías

Con las mejoras en los telescopios, el perfeccionamiento de la óptica permitió a los astrónomos construir telescopios más grandes, con los cuales observaron manchas tenues difusas de luz, las llamadas nebulosas, nubes de gas dentro de la galaxia y sistemas estelares externos similares a la Vía Láctea. Otro importante avance tecnológico fue la aplicación de la fotografía a la astronomía, a partir de mediados del siglo XIX. Los astrónomos podían ahora detectar objetos mucho más débiles de lo que el ojo podía ver en un solo momento. Los avances científicos en otras áreas como La Naturaleza de la Materia y el Calor se aplicaron también para comprender el funcionamiento de las estrellas lo que supuso un misterio: las estrellas generaban mucha más energía de la que se podía explicar por cualquier fuente de energía conocida. Este enigma se resolvió finalmente con el descubrimiento de la energía nuclear en el siglo XX. Fue en el siglo XX que se descubrió una discrepancia en el movimiento de Mercurio, calculado según las leyes de newton, lo que demostró que estas leyes no eran exactas para el movimiento planetario. Esto requeriría modificaciones que vendrían con la teoría de la relatividad de Einstein más tarde.