Historía la Astronomía-2ª

EDAD MEDIA
Los Árabes fueron quienes después de la decadencia de los estudios Griegos y la entrada de occidente en una fase de oscurantismo durante los siglos X a XV, continuaron con las investigaciones en astronomía dejando un importante legado: Tradujeron el Almagesto; nombraron y catalogaron muchas estrellas con nombres que se utilizan aun el la actualidad.

Dentro de los astrónomos árabes mas destacados se encuentran Al Batani (858-929) y Al Sufi (903-986) y Al Farghani, una autoridad en el sistema solar, calculó que la distancia a saturno era de 130 millones de Km. (su distancia es 10 veces mayor).

Durante este periodo en Europa dominaron las teorías geocentristas promulgadas por Ptolomeo y no se presentó ningún desarrollo importante de la astronomía. Solamente hasta el siglo XV se reinició el estudio de los cielos después de traducirse hacia 1150 la obra de Ptolomeo al latín.

Johannes Müller (llamado Regiomontanus, 1436-1476) comenzó a realizar y reunir nuevas mediciones y observaciones y Nicolás de Cusa (1401-1464) afirmó en 1464 que la Tierra no podía hallarse en reposo y que el universo no podía concebirse como finito y comenzaron a presentarse dudas sobre la veracidad del sistema geocéntrico Ptolomaico.

RENACIMIENTO

En el siglo XV se descubre América y se amplia de gran forma la navegación lo que empezó a requerir mejores instrumentos navales, así como mejoría en las técnicas de cartografía terrestre y estelar, lo que significó un importante estimulo para el estudio de la geografía, la 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 referencias de la literatura a las teorías de Aristarco y evidenciando por sus propias observaciones la inexactitud del sistema geocéntrico postulado por Ptolomeo, al cual durante la edad media se le había sumado un sinnúmero de epiciclos para ajustarlo a las observaciones, comenzó a desarrollar una nueva teoría de la organización del cielo.

Copérnico estaba fuertemente influenciado por los neoplatónicos (combinando elementos del Platonismo con el Cristianismo), esto lo llevo a creer que si el Sol daba vida, 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 “.

Mantuvo la idea Aristotélica que los planetas tenían un movimiento perfecto es decir en orbitas circulares, de esta manera aunque correctamente colocaba el Sol en el centro del sistema solar no tenía menos errores que el postulado por Ptolomeo y también tuvo que ser sometido a la presencia 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, este sistema no fue aceptado por muchos estudiosos principalmente por la ausencia de paralaje de las estrellas y su supervivencia solamente fue favorecida por 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 más importante del siglo XVI fue Ticho Brahe (1546-1601), poseía el don  de la observación y el dinero para construir los equipos más avanzados y precisos de su época.

Había tomado como modelo del universo el expuesto por Heroclides en donde se colocaba a todos los planetas girando alrededor del Sol y este girando alrededor de la Tierra que se hallaba 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 el no era un sistema elegante como para haber sido creado por Dios. Estudió los cometas a los que colocó fuera de la orbita 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 el momento.

Sus observaciones que eran las más 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 más grandes científicos de la historia: Johannes Kepler.

Johannes Kepler (1571-1630) reconocido teórico pero mal observador, trabajó 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 más exactos aceptó el ofrecimiento hacia el año de 1600 para trabajar como ayudante de Ticho Brahe. 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 eclipses, con las cuales concordaban exactamente los datos obtenidos durante las observaciones, echando por el piso los otros 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 eclípticas de los planetas y mostró sus dos primeras leyes.

Las observaciones de los movimientos de Marte entre las estrellas llevo a pensar a Kepler que los planetas se mueven a velocidades variables.

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 el.

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 1609, entre sus observaciones más famosas:

• –       Estrellas tenues para ser vistas por 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 Ptolomáico ( aunque en verdad si con un modelo similar al de Brahe)

Galileo estudió el movimiento de los objetos ordinarios él 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 el 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 DIALOGO 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, dieron 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 dio a conocer a grandes astrónomos que fueron construyendo la astronomía moderna y actual:

Simon Marius (detectó la Nebulosa de Andrómeda en 1612), Christoph Scheiner (estudió las manchas solares 1630), Johannes Hevelius (realizó precisas observaciones de la luna y cometas desde su observatorio en Dantzing).

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.

Postuló que la fuerza que mantiene los planetas en órbita es la gravedad y que esta fuerza disminuye con la distancia. Se dice que Newton se inspiró 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, 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 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 más clara de objetos muy tenues. Su obra principal fue “philosophie naturalis principia matemática” 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 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 observaciones 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 de Kant decía que estas 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 Enceldus 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 más 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 de un 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 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.

Spectrografia: Joseph Frunhofer, hombre de mucha inteligencia y de gran agudeza visual tenia como profesión vidriero y llegó a fabricar lo 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 su 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 luz una nueva rama de la astronomía: La Astrofísica.

SIGLO XX

Al llegar a este siglo varias de las creencias precolombinas 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, mas allá de los confines de la galaxia se consideraba que 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 más 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 llevó 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. 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 de desplazó el Sol del centro del universo conocido a una periferia de el.

Aunque varios astrónomos defendían la teoría de los Universos Islas expuesta por Kant, seguida por Herschel no se tenía prueba 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, de esta manera 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. El encontró aparte de la rotación de dichas nebulosas un corrimiento al rojo persistente en sus espectros, este hallazgo se debió a que el efecto Doppler indica que las longitudes de onda emitidas por un objeto que se aleja del observador se alargan corriéndose hacia el rojo en el espectro estudiado. 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 artículo donde desarrollaba la relación del corrimiento al rojo con un universo en expansión. Posteriormente cuando su artículo se promulgó 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 lo 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.

ASTRONOMIA EN ESPAÑA

Los trabajos de investigación y desarrollo en Astronomía, así como sus aplicaciones prácticas son tareas del Instituto Geográfico Nacional.

Estas actividades se realizan a través del Observatorio Astronómico Nacional, cuyos orígenes se remontan al siglo XVIII, cuando se creó el Real Observatorio de Madrid.

En la actualidad, el IGN dispone de instalaciones en el Real Observatorio de Madrid, en el Centro Astronómico de Yebes (Guadalajara), en la Estación de Observación de Calar Alto (Almería), en Pico Veleta (Granada) y en el Bure (Francia) en donde se llevan a cabo trabajos de Radioastronomía y de Astronomía Óptica / Infrarroja.

El IGN participa en instituciones internacionales, como el IRAM (Instituto hispano-franco-alemán de Radioastronomía milimétrica) o la EVN/JIVE (Red Europea de Interferometría de Muy larga base), que disponen de instrumentos y laboratorios radioastronómicos, siendo los más avanzados del mundo en sus respectivos campos de aplicación en Astronomía y en Ciencias de la Tierra.