doc - Eureka! Zientzia Museoa
Anuncio
HISTORIA DE LA ASTRONOMÍA Una síntesis del proceso de desarrollo del conocimiento astronómico desde la prehistoria hasta la revolución científica del Siglo XVII Curso de iniciación a la astronomía en Eureka! Zientzia Museoa. 2013 Introducción .................................................................................................................................. 2 Contenido ...................................................................................................................................... 2 Arqueoastronomía. ....................................................................................................................... 3 Megalitos y alineamientos astronómicos ................................................................................. 3 Egipto. ........................................................................................................................................... 3 Astronomía y religión. ............................................................................................................... 3 Pirámides y Templos. ................................................................................................................ 3 El Calendario y la medida del Tiempo ....................................................................................... 3 Mesopotamia. ............................................................................................................................... 4 El periodo Ammisaduqa. ........................................................................................................... 4 El Mul Apin, la Eclíptica y el Zodíaco ......................................................................................... 4 Los astrólogos Caldeos .............................................................................................................. 4 Astronomía en la Antigüedad. Los griegos.................................................................................... 4 Eudoxio y el centro del cosmos ................................................................................................. 5 Aristóteles y las esferas ............................................................................................................. 5 El catálogo de Hiparco, el Punto Aries y la precesión de los equinoccios ................................ 5 La biblioteca de Alejandría ........................................................................................................ 6 El empirismo de Ptolomeo ........................................................................................................ 6 Instrumentos de observación y medición astronómica en la antigüedad ............................... 6 Epiciclos y excéntricas ............................................................................................................... 7 Astronomía medieval .................................................................................................................... 8 El islam y la astronomía............................................................................................................. 8 Observatorios árabes ................................................................................................................ 8 Alfonso X El Sabio ...................................................................................................................... 9 La revolución científica.................................................................................................................. 9 Copérnico y el Heliocentrismo .................................................................................................. 9 Tycho Brahe en Uraniborg ...................................................................................................... 10 El telescopio de Galileo ........................................................................................................... 11 El proceso a Galileo ................................................................................................................. 12 Las leyes de Kepler .................................................................................................................. 12 GLOSARIO ................................................................................................................................ 14 Bibliografía .................................................................................................................................. 16 1 Nuestro universo sería una cosa muy limitada sino ofreciera a cada época algo que descubrir…La naturaleza no revela sus misterios de una vez para siempre. SENECA, Cuestiones Naturales, libro 7, siglo I Introducción El propósito de esta jornada es presentar a los asistentes a este cursillo una síntesis del proceso de desarrollo del conocimiento astronómico desde la prehistoria hasta la revolución científica del Siglo XVII a través de un recorrido por los diferentes periodos, lugares y momentos, presentando a los más destacados protagonistas en la observación y estudio del cielo, sus métodos y sus descubrimientos. Contenido 1.- Arqueoastronomía Megalitos y alineamientos astronómicos 2.- Egipto Astronomía y religión Pirámides y Templos. El Calendario y la medida del Tiempo 3.- Mesopotamia. El periodo Ammisaduqa El Mul Apin, la Eclíptica y el Zodíaco Los astrólogos Caldeos 4.- Grecia Eudoxio y el centro del cosmos. Aristóteles y las esferas El catálogo de Hiparco, el Punto Aries y la precesión de los equinoccios La biblioteca de Alejandría El empirismo de Ptolomeo Instrumentos de observación y medición en la antigüedad Epiciclos y excéntrica. Elongación y retrogradación en el geocentrismo 5.- Astronomía medieval El Islam y la astronomía Observatorios árabes Alfonso X El Sabio 6.- La revolución científica Copérnico y el Heliocentrismo Tycho Brahe en Uraniborg El telescopio de Galileo El proceso a Galileo Las leyes de Kepler 2 Arqueoastronomía. Megalitos y alineamientos astronómicos Desde la noche de los tiempos el ser humano ha necesitado comprender el mundo, y observando el cielo ha percibido la regularidad en el movimiento de los astros, y ha asociado los movimientos celestes a los cambios en la naturaleza, al paso de las estaciones y a los ciclos biológicos. La historia de la astronomía arranca con la observación de las salidas del Sol, de la Luna y las salidas helíacas de las estrellas más brillantes. Por las construcciones megalíticas del Neolítico tenemos constancia de que en aquel tiempo, quienes las levantaron, ya conocían los puntos del horizonte por donde tenían lugar las salidas o puestas de los astros, evidenciando un saber antiguo sobre los periodos de visibilidad de las estrellas brillantes y los ciclos de la Luna y del Sol. Muestras de ese saber astronómico las encontramos en Stonehenge, en los círculos de piedra de Callanish en Las Hébridas en Escocia, en el Anillo de Brodgar en las islas Órcadas, en los círculos de piedra de Temple Wood, Learable Hill y Castle Rigg, en el Túmulo de Cairn T en Lougherew, en el de Knowth, en el de Newgrange en Irlanda, en la celda de Xochicalco en Méjico, en la Gran Kiva del Cañón del Chaco, en las Torres del Chanquillo en Perú. Egipto. Astronomía y religión. En el creciente fértil, entre el Tigris y el Éufrates, y en las orillas y delta del Nilo, el conocimiento preciso del ciclo solar y de las estaciones, entre otras causas, posibilitó la agricultura, lo que supuso el nacimiento de las primeras civilizaciones con complejas sociedades de campesinos y pastores, y la aparición de ciudades que albergaban a artesanos, comerciantes, sacerdotes, funcionarios, mercenarios y esclavos. Pirámides y Templos. Los egipcios desarrollaron una fuerte vinculación entre la religión y la observación del cielo. Construyeron pirámides y templos orientados con una gran precisión astronómica, como la gran pirámide de Giza, o el templo de Karnak. Del periodo helénico destaca el templo de Hathor, en Dendera, con el zodíaco de influencia mesopotámica en su techo. También destaca el templo de Hatshepsut con la decorada tumba de Senenmut, una muestra sorprendente del interés egipcio por el calendario y la medida del tiempo. El Calendario y la medida del Tiempo A ellos debemos nuestro calendario de años bisiestos y la división del día en 24 partes iguales. Para la medida del tiempo se servían de relojes de sombra, de sol y de clepsidras. Este interés por el calendario está relacionado con la crecida del Nilo, un fenómeno anual fundamental 3 para la agricultura egipcia. Durante algunos periodos que duraban siglos, este fenómeno estuvo asociado a la salida helíaca de la estrella sirio. En el periodo de influencia helena el ciclo pasó a llamarse ciclo sothíaco. Mesopotamia. El periodo Ammisaduqa. En Mesopotamia, sumerios, acadios, asirios, babilonios y caldeos, realizaron exhaustivas y metódicas observaciones que registraron sistemáticamente en tabletas de barro con escritura cuneiforme. En las tabletas del periodo Ammisaduqa aparecen registros de los movimientos de Venus y su ciclo de 8 años solares. Del periodo asirio nos llegan listados de salidas helíacas de estrellas relacionadas con el paso de los meses. El Mul Apin, la Eclíptica y el Zodíaco De entre las listas destaca el Mul Apin, un compendio del conocimiento astronómico babilónico en el que aparecen listados de estrellas secundarias (Ziqpu) que culminaban en el mismo instante en el que salían las fundamentales, e indicaciones de cómo realizar las observaciones A partir de estos registros, los babilonios, como se puede ver en su mito de la creación Enuma Elish, trazaron la trayectoria del movimiento del Sol entre las estrellas, trayectoria circular que se cerraba a lo largo de un año y que dividieron en 360 unidades agrupadas en 12 partes iguales, cada una en un signo o constelación. Los astrólogos Caldeos De las predicciones en las posiciones de los astros, los caldeos pasaron a la astrología, dedicada a la interpretación de estas posiciones, que en formato de horóscopo, mostraba una lectura de las señales del cielo ante empresas humanas significativas, un viaje, una batalla, una boda o el nacimiento de un heredero. La astrología propició la conservación de los viejos registros y el interés por su estudio, algo necesario para conocer los ciclos astronómicos amplios. De este modo alcanzaron a conocer el ciclo de eclipses, uno cada de 18 años y 10 u 11 días, que hoy conocemos como el Saros. Desde épocas remotas se conocían las relaciones periódicas simples entre la Luna y el Sol, y entre éste y los planetas, relaciones que se sabían no exactas, pero utilizando reglas aritméticas adicionales calcularon relaciones de periodos más amplios y precisos como el de 1151 años entre Venus y el Sol. Astronomía en la Antigüedad. Los griegos Los sistemas aritméticos babilónicos atrajeron el interés de hindúes y griegos. Los griegos aplicaron racionalidad al conocimiento astronómico oriental, y lo despojaron de esoterismo y magia. Adaptaron los métodos de cálculo sexagesimal de los babilonios a la geometría y desarrollaron la trigonometría. 4 Observando y estudiando el cosmos como un todo pronto describieron la esfera celeste con la Tierra en el centro y los elementos fundamentales como los polos, el ecuador celeste y la eclíptica, lo que los babilonios consideraban el trayecto anual del Sol entre las constelaciones del zodíaco. También comprendieron que la Tierra era una esfera. Fueron los griegos quienes entendieron que la Luna no tenía luz propia sino que era iluminada por el Sol, y fueron ellos quienes explicaron por primera vez el fenómeno de los eclipses solares como la interposición del disco del Sol por el de la Luna. Eudoxio y el centro del cosmos En el siglo V a. C. Platón formuló el problema de cómo pueden ser explicados en términos de orden y uniformidad los movimientos de los planetas. Eudoxio de Cnido, contemporáneo suyo, propuso una descripción del universo formado por esferas concéntricas, el primer sistema cosmológico geocentrista, con la Tierra inmóvil en el centro, y girando alrededor de ella, la Luna, el Sol y los 5 planetas visibles. Pero esta descripción geométrica mostraba inconsistencias para explicar la diferente declinación del Sol en verano y en invierno, y tenía limitaciones al describir los movimientos de retrogradación de los planetas, y eludía la cuestión de las diferencias de brillo y tamaño de los planetas a lo largo de su recorrido, que era una evidencia de que los planetas se alejaban y se acercaban. Aristóteles y las esferas La idea del cosmos de Aristóteles, siglo IV a. C., evolucionó de la de Eudoxio hacia un universo esférico y finito construido sobre la esfera de la Tierra, inmóvil en su centro. Para explicar las basculaciones de la eclíptica, las retrogradaciones y los cambios de brillo, postuló la existencia de hasta 55 esferas con diferentes funciones; con una esfera, la de las estrellas, moviéndose eternamente e imprimiendo movimiento a las demás; el primer motor. El modelo de Aristóteles no era únicamente una descripción geométrica sino también una explicación mecanicista basada en la física del movimiento expresada en términos de causa y efecto. Así, el movimiento de los astros era circular, movimiento identificado con la perfección. Al contrario que los cuerpos en la Tierra, constituidos por una mezcla de los cuatro elementos, agua, aire, tierra y fuego, y sometidos a los cambios y a la degradación, los cuerpos celestes eran objetos puros y eternos, constituidos por un quinto elemento, el éter. El mundo se dividía en un mundo supralunar eterno e inalterable en el que se hallaban la Luna, el Sol, los planetas y las estrellas, y un mundo sublunar sometido a la mutabilidad, la generación y la destrucción, en el que se hallaban la Tierra, los meteoros y los cometas. El catálogo de Hiparco, el Punto Aries y la precesión de los equinoccios Comparados con los babilónicos, los reportes de observaciones griegos fueron escasos. El primer registro de una observación griega, según nos cuenta el historiador Herodoto, es la de Tales de Mileto sobre el eclipse de sol del 585 a. C. Posteriormente existe constancia de la observación de algún solsticio observado por Arquímedes, algún eclipse registrado por 5 Diodoro de Sicilia, y 20 registros de ocultaciones de estrellas por la Luna realizadas por Timocaris. En el siglo II a.C. Hiparco de Nicea fue el primer astrónomo griego conocido que, basándose en sus observaciones, aplicó los modelos aritméticos babilónicos a los modelos geométricos poniendo las bases de la trigonometría en el cálculo astronómico. Proyectó la esfera celeste sobre planos que involucraban círculos y triángulos tal como posteriormente se manejarían en los astrolabios, y siguiendo la práctica babilónica dividió la circunferencia en 360 grados, y cada grado en 60 minutos, marcando el comienzo de nuestro actual sistema de coordenadas celestes. Elaboró un catálogo de 1022 estrellas, ordenándolas por su brillo de manera que las más brillantes las consideró de primera magnitud, y las más débiles de sexta. Con algunas mejoras, esta ordenación sigue utilizándose hoy en día para valorar la magnitud aparente de las estrellas. A partir de las posiciones en declinación de algunas estrellas registradas en el siglo III a. C. por Timocaris, Hiparco descubrió una lenta deriva de 50,2”/año del Punto Vernal, fenómeno que hoy conocemos como la Precesión de los Equinoccios, lo que suponía que el instante de equinoccio, es decir la primavera, se adelantaba lentamente por el calendario. La biblioteca de Alejandría La ciudad fundada por Alejandro Magno en el delta del Nilo, Alejandría, debido al mestizaje de la antigua cultura egipcia con la helénica, recibió la astronomía de origen mesopotámico. El rey Ptolomeo I Soter, en el siglo III a. C. había fundado el Museo y la Biblioteca. Durante la dinastía de los Ptolomeo, Alejandría se erigiría como el más brillante referente intelectual del mundo antiguo. La biblioteca, durante siglos albergó a matemáticos como Euclides, Arquímedes, Apolonio, Menelao, Diofanto, Teón y su hija Hipatia, y también a geógrafos como Estrabón, médicos como Galeno, etc. Y por supuesto reunió el trabajo de astrónomos como Aristilo, Timocaris, Aristarco, Hiparco, Eratóstenes, y el más brillante, Claudio Ptolomeo. El empirismo de Ptolomeo Claudio Tolomeo es considerado el más grande astrónomo de la antigüedad. En la Alejandría del siglo II d.C. redactó varios tratados reunidos posteriormente en el tratado astronómico conocido como Almagesto, obra que se preservó, como todas las obras clásicas de ciencia, en manuscritos árabes. Ptolomeo era heredero de la concepción del Universo dada por Platón y Aristóteles, aunque su método de trabajo era notablemente diferente, pues mientras éstos teorizaron sobre el cosmos, Ptolomeo era un empirista que lo observaba, lo medía y lo estudiaba. Contaba con una gran cantidad de datos astronómicos sobre las posiciones del Sol y de la Luna, y sobre los movimientos de los cuerpos celestes, registros reunidos a través de siglos por los astrólogos mesopotámicos, registros a los que unió los calculados apenas unos siglos antes por los astrónomos griegos Aristilo, Timocaris e Hiparco. Instrumentos de observación y medición astronómica en la antigüedad Ptolomeo, tal y como expone en su tratado Mathematiké Syntasis, utilizando instrumentos de observación como la Armilla Meridiana pudo determinar la inclinación de la eclíptica y con el Plinto, la latitud geográfica. 6 Con la Armilla Ecuatorial pudo determinar el instante de equinoccio y la posición del Punto Vernal, y con el Astrolabio o Esfera Armilar los valores en longitud del Sol y de la Luna; con el Paraláctico calculó la paralaje lunar, estimando su distancia con bastante acierto en 60 veces el radio terrestre. El astrolabio también lo utilizaba para determinar durante la noche las coordenadas de posición de los planetas visibles lo que le permitió contrastar las posiciones de los astros, y construir un modelo geométrico que explicase dichas posiciones en el pasado y fuese capaz de predecir sus posiciones futuras mediante la elaboración de tablas astronómicas. También observó la variación temporal en los tránsitos del Sol a lo largo del año, fenómeno que hoy explicamos mediante la Ecuación de Tiempo. Ptolomeo afirmó explícitamente que su sistema no pretendía descubrir la realidad, sino sólo ser un método de cálculo. Su modelo geocéntrico se oponía claramente a la física aristotélica ya que las órbitas de su sistema eran excéntricas, en contraposición a las circulares y perfectas de Platón y Aristóteles. Epiciclos y excéntricas Al sistema de sencillos Epiciclos que primeramente Apolonio e Hiparco de Nicea habían manejado, Ptolomeo les añadió el Deferente. En su sistema, un planeta se mueve uniformemente en una órbita circular, el Epiciclo, pero simultáneamente, el centro de éste a su vez se mueve por el Deferente en una órbita mayor alrededor de la Tierra. El Deferente a su vez, gira uniformemente alrededor de un punto llamado Ecuante, alineado con la Tierra, y con el centro geométrico entre ambos. Este último elemento era ajeno a la idea de Aristóteles del movimiento circular uniforme, pero el modelo se ajustaba bien a la idea de las esferas, y resultaba útil para explicar los cambios de brillo de los planetas y las variaciones en los tamaños del disco de la Luna y el Sol apreciables durante los eclipses. Ptolomeo jerarquizó un orden de distancias a los cuerpos celestes utilizando el criterio que determinaba que la distancia de los planetas al centro del cosmos era proporcional a su periodo orbital. El criterio era correcto, pero al colocar a la Tierra inmóvil en el centro del modelo el ordenamiento se desvirtuaba. La Luna era el cuerpo celeste más próximo tal y como los eclipses lo sugerían, además era el único cuerpo del que se podía medir su paralaje. Los planetas superiores (exteriores) los ordenó en orden creciente según su periodicidad respecto a la esfera de las estrellas fijas…Marte, Júpiter y Saturno. Pero para ordenar los planetas inferiores (interiores) su criterio de determinar la distancia a Venus y a Mercurio en función de sus periodos orbitales no era aplicable. Además, para que la Elongación de Venus y Mercurio se correspondiese con las observaciones, recurría al artificio de considerar al centro de los respectivos epiciclos alineados siempre con la Tierra y el Sol; y por otra parte, la retrogradación de los planetas superiores durante la oposición exigía que la alineación del centro del epiciclo con el planeta fuese paralela en todo momento a la de la Tierra con el Sol en medio. 7 Astronomía medieval Tras la caída del imperio romano y la destrucción de la biblioteca de Alejandría, el interés por la astronomía despareció en occidente, y habría que esperar varios siglos a que este interés prendiese en el mundo árabe. A principios del siglo IX, el califa de Bagdad, Abdallah alMa’mun, reunió los textos de Ptolomeo y los tradujo al árabe. El islam y la astronomía La filosofía de Aristóteles y la obra de Ptolomeo inspiraron posteriormente toda la astronomía medieval tanto en occidente como en el mundo árabe. El deseo de actualizar las tablas con las posiciones de la Luna, para utilizarlas con propósitos religiosos, alentó el desarrollo de la astronomía y la construcción de instrumentos de observación y medición. Se construyeron observatorios en Bagdad y en Damasco destinados a poner al día las tablas con las posiciones del Sol, para determinar las horas en las que realizar las plegarias y fijar la dirección de La Meca. La observación de la Luna serviría para ajustar el calendario y fijar el ramadán. Muhammad al-Battani, en Raqqa, en el norte de la actual Siria a comienzos del siglo X, utilizando un gnomon, un cuadrante y el instrumento paraláctico de Ptolomeo, puso al día las posiciones de los cuerpos celestes. Observatorios árabes En los observatorios los instrumentos de observación eran de grandes dimensiones, los instrumentos eran grandes cuadrantes o sextantes, construcciones pensadas para ganar precisión al poder fraccionarse más claramente sus escalas graduadas; sin embargo debido a los problemas de dilatación y a las deformidades de obra en muros y paredes, también afectadas por las inclemencias del tiempo, estas construcciones no proporcionaban mayor precisión que el Plinto de los griegos. Ante la disparidad de datos que entre los numerosos astrónomos árabes comenzaron a proliferar, los califas determinaron en el siglo XII que debía de crearse una única institución que asegurase resultados válidos. Así surgió en el siglo XIII, fundado por el sobrino de Gengis Khan, Hulagu Khan, el observatorio de Maragha, en la actual Azerbaiyán, donde trabajó uno de los mejores matemáticos de la época, Nasir al-Din al-Tusí. Fue aquí donde comenzó una primera reforma de la astronomía ptolemaica. Los cálculos de Ptolomeo sobre la precesión fueron corregidos, también el valor de la inclinación de la eclíptica, observándose además que el apogeo solar, considerado fijo por el alejandrino, se había desplazado 10 grados. También advirtieron un error en el valor de la excentricidad del Sol. A partir de los nuevos datos y las correcciones realizadas, los árabes fueron descubriendo que los problemas del sistema de Ptolomeo no podían resolverse dentro de la cosmología de Aristóteles. La búsqueda de la coherencia entre la observación aparente de los cuerpos celestes y la física de las esferas y su naturaleza, sugería que la astronomía griega estaba llena de disparates cosmológicos. Algunos autores defienden que sin el trabajo de al-Tusí, el cuestionamiento de Ibn al-Shatir sobre la naturaleza del éter de Aristóteles, y en general sin la aportación de la astronomía árabe a la astronomía occidental medieval, el proceso de evolución de la astronomía clásica griega a la astronomía del renacimiento hubiese sido muy diferente. 8 Alfonso X El Sabio A partir de siglo XII, desde España comenzaron a circular por Europa las primeras obras clásicas traducidas del árabe al latín por la escuela de traductores de Toledo. El Almagesto fue traducido por Gerardo de Cremona. Astrónomos musulmanes, judíos y cristianos trabajaron bajo el patrocinio del rey de Castilla Alfonso X el Sabio en la elaboración de una obra que reuniese el saber astronómico de la época, los Libros del Saber de Astronomía, un compendio que además de explicar la construcción y el manejo de instrumentos como la esfera armilar, contenía las Tablas Alfonsinas con las posiciones actualizadas de los astros. Tanto en la Antigüedad como a lo largo de toda la Edad Media, creer que la Tierra era el centro del cosmos era una conclusión obvia y una opinión muy extendida que se ajustaba a la observación de la naturaleza, a la filosofía y las creencias religiosas, por lo que, a pesar de sus inconsistencias, el sistema geocéntrico de Ptolomeo y la filosofía aristotélica perduraron varios siglos. La revolución científica Tras la caída de Constantinopla en 1453, muchos cristianos de las regiones del Mediterráneo oriental huyeron a Europa trayendo consigo muchos textos originales en griego de autores y filósofos clásicos que se habían salvado de la destrucción de la biblioteca de Alejandría y que serían la semilla para el renacimiento en Europa. Copérnico y el Heliocentrismo El Geocentrismo estuvo vigente sin oposición ninguna hasta finales del siglo XVI cuando Copérnico propuso el Heliocentrismo, un sistema cosmológico que ya fue formulado en la antigüedad por Heráclides de Ponto y Aristarco de Samos, y que explicaba los fenómenos y los movimientos de los cuerpos celestes desalojando a la Tierra del centro del cosmos y colocando en su lugar al Sol. Copérnico en su primera obra, el Comentariolus, hacia 1514 ya decía entre otras cosas que el movimiento diario de la esfera de la fijas no se debe a ningún movimiento de ésta, sino al movimiento de la Tierra alrededor de sus polos fijos en el firmamento, y que el movimiento anual del Sol es pura apariencia y se debe en realidad al movimiento de revolución anual de la Tierra a su alrededor. En el año 1543, poco antes de su muerte, Copérnico publicó De Revolutionibus, la obra en la que presentó su sistema heliocéntrico, la obra de su vida. En un principio, su modelo fue recibido con indiferencia por parte de las autoridades religiosas, probablemente, el prefacio que sin su autorización añadió su editor Ossiander, tuvo algo que ver. El prefacio decía que “el modelo descrito en el libro no debía ser entendido como una descripción del Universo como éste realmente era, sino como una herramienta matemática para clarificar y simplificar los cálculos que tienen que ver con el movimiento de los planetas”. En un primer momento la hipótesis Copernicana no causó reacción, su modelo se consideró hipotético, pero pronto la obra tendría unas consecuencias poderosas. Al colocar a la Tierra girando sobre sí misma y moviéndose alrededor del Sol como un planeta más describía de 9 una manera más sencilla los movimientos de todos los cuerpos celestes y facilitaba enormemente el cálculo de sus posiciones, lo que determinó que, con el consentimiento de la iglesia, simplificando los cálculos sobre las posiciones del Sol, se avanzara finalmente en el proceso de reforma del calendario gregoriano de 1582. Aunque seguía manteniendo las órbitas circulares junto con algunos epiciclos, la mecánica cosmológica de las esferas de Aristóteles saltaba por los aires, éstas ya no se tocaban, separadas por un inmenso espacio vacío. Tycho Brahe en Uraniborg El danés Tycho Brahe, con apenas 14 años, había observado el eclipse de sol de 1560. Tras estudiarlo constató que las posiciones de la Luna ofrecidas por las Tablas Alfonsinas mostraban un error mucho mayor que las ofrecidas por las Tablas Prusianas elaboradas a partir de los cálculos copernicanos. En 1572 había aparecido una nueva estrella en Casiopea, un acontecimiento que abriría un nuevo tiempo para la ciencia y llevaría a Tycho Brahe a una vida dedicada a la astronomía. En 1577 apareció un cometa muy brillante del que consiguió, por primera vez, determinar su trayectoria en coordenadas ecuatoriales y eclípticas. Tycho interpretó que ambos sucesos ponían en entredicho la idea aristotélica de un cielo inalterable. Para Aristóteles, los fenómenos celestes como los cometas y los meteoros sucedían en el mundo sublunar, pero tras las mediciones de paralaje, aquella nova se hallaba aún mucho más lejos, y al cometa, su trayectoria lo llevaba tan alto como el sol. El rey Federico II de Dinamarca, impresionado por los trabajos de Tycho, le ofreció la isla de Hven y fondos para construir un observatorio donde podría instalarse con su familia y dedicarse plenamente a la astronomía. En Uraniborg, el palacio del cielo, disponía de los mejores instrumentos astronómicos como las reglas de Ptolomeo que el mismo Copérnico había utilizado, esferas armilares, cuadrantes acimutales, sextantes. Destacaba un cuadrante de 1,8 metros en una pared en el plano del meridiano con el que Tycho consiguió el más alto grado de exactitud de todas las épocas en las mediciones astronómicas a simple vista, observando diferencias de menos de un minuto de arco. Su logro más destacado fue uno de los aspectos de la teoría orbital de la Luna. Contrastando los tiempos de los eclipses de 1650 y de 1654 observó que la Luna en el primero se había adelantado y que en el segundo se había retrasado. La luna parecía acelerarse en oposición y retrasarse en algún otro momento de su órbita, ¿dónde? Ajustó los sextantes a medio camino entre las sicigias y las cuadraturas y observando cuidadosamente los movimientos de la Luna entre ambas posiciones descubrió lo que ahora se conoce como variación de la Luna. La meticulosidad de Tycho era extraordinaria y con ella se aplicó a la detección del paralaje en las estrellas, pensando que estás no estaban en absoluto a la misma distancia de la Tierra, pero las estrellas observadas a simple vista, estaban muy lejos de dejar mostrar ese secreto, en ninguna de sus muchas mediciones encontró paralaje alguno de la estrellas. Según el modelo copernicano, observar paralaje anual en las estrellas no sería posible debido a que la esfera de las fijas debería hallarse muy distante, pero Tycho consideraba absurdo que la esfera de las fijas estuviera, según sus cálculos, más allá de 700 veces la distancia de la esfera del Sol a la de Saturno. -¿Para qué crearía Dios tanto espacio vacío? Por esta razón desechó el heliocentrismo 10 y propuso su propio modelo en el que los planetas girarían alrededor del Sol, y éste a su vez, con todos ellos, alrededor de la Tierra. También este modelo traía como consecuencia que las esferas cristalinas de Aristóteles eran imposibles ya que las órbitas de Marte y del Sol se cortaban. La revisión de la filosofía aristotélica abría también cuestiones sobre la física del movimiento para las que el pensamiento de la época todavía no estaba preparado y qué aun no podían ser respondidas. ¿Por qué no notamos que la Tierra se mueve? ¿Qué es lo que está arriba y lo que está abajo? ¿Dónde está el cielo, y donde el infierno? El telescopio de Galileo A finales del año 1609, en Florencia, Galileo Galilei construyó un telescopio refractor colocando una lente convergente en el objetivo y una divergente en el ocular, con el que apenas conseguía 30 aumentos. Las observaciones con su telescopio le llevarían al descubrimiento de detalles, objetos y fenómenos astronómicos nunca antes conocidos, como el relieve lunar, las fases de Venus, las lunas de Júpiter, la peculiaridad desconcertante de Saturno, y un sinnúmero de estrellas invisibles a simple vista en la Vía Láctea. En su trabajo publicado en 1610 en el Sidereus Nuncius exponía una imagen de la Luna semejante a la Tierra, con montañas y mares, contradiciendo la filosofía aristotélica de los dos mundos, el sublunar y el supralunar. Exponía que la existencia de las lunas de Júpiter era una evidencia de que la Tierra no era el centro de todos los cuerpos celestes; con este argumento Galileo se declaraba copernicano; decía que en la Vía Láctea, en la espada de Orión, en el Pesebre, en Las Pléyades, podían apreciarse muchas más estrellas que las visibles a simple vista; que éstas no parecían aumentar de tamaño, al contrario, y que la paralaje no podía advertirse por hallarse muy distantes. En el verano de 1610, Galileo dirigió por primera vez a Saturno su telescopio y se sorprendió y extrañó por la forma ovalada de éste; a pesar de observar y estudiarlo varios años no llegó a comprender correctamente a qué se debía su peculiar aspecto. En febrero de 1611, Johannes Fabricius, comenzó a utilizar los primeros telescopios que su padre vendía, en la observación del Sol, descubriendo unas manchas oscuras que al principio pensó que eran nubes. Al observarlas en los días siguientes, cambiadas de su posición desplazándose oblicuamente, desapareciendo tras el limbo y apareciendo nuevamente varios días después, comprendió que se hallaban situadas sobre el mismo cuerpo del Sol en revolución. El padre jesuita Christopher Scheiner, profesor de matemáticas, también observó en marzo de 1611 con un pequeño anteojo, unos puntos negros en el disco solar que enseñó al padre Cysati y a otras personas. Estas indicaron a Scheiner que no divulgase tales fenómenos para salvaguardar sus principios peripatéticos, ya que no sabían explicar tales manchas. Sin embargo, Scheiner, utilizando el pseudónimo de Apelles, comunicó su hallazgo, iniciando una disputa con Galileo no solo por la explicación del fenómeno sino por la autoría de su descubrimiento. Galileo anunció un año después, que ya en 1610 había observado y mostrado, a amigos suyos, dichas manchas. Formuló una teoría sobre las manchas completamente diferente a la de Scheiner, quien las consideraba planetas orbitando muy próximos al Sol, y de acuerdo con Fabricius, expuso que las manchas estaban sobre la superficie del Sol. También 11 explicó que su desplazamiento se debía al movimiento de rotación de éste en un periodo de 28 días, sobre su propio eje. Las trayectorias de los desplazamientos de las manchas indicaban que el eje de rotación del Sol estaba inclinado respecto a la eclíptica 7 grados. El proceso a Galileo En un primer momento, las maravillas descubiertas se celebraron, pero pronto surgieron voces que acusaban al heliocentrismo de ser incompatible con las sagradas escrituras. Galileo, queriendo divulgar sus ideas, fue arrastrado de sus disputas científicas con los peripatéticos y matemáticos jesuitas del colegio romano, a los debates teológicos con las autoridades religiosas. Convocado por el cardenal Bellarmino ante un tribunal de teólogos enviados por el santo oficio, se le anunció que sus proposiciones eran estúpidas y absurdas en filosofía, y formalmente heréticas; se le conminó a no defender ni divulgar las ideas de Copérnico, a la vez que la congregación del índice decretó la prohibición de la obra de éste, De Revolutionibus. Con más cautela, Galileo continuó con sus trabajos y su labor de difusión del modelo copernicano. Los descubrimientos con su refractor, sus estudios e interpretaciones, en su mayoría correctas, mostrarían numerosas evidencias que confirmarían la realidad del modelo heliocéntrico de Copérnico; estaba cerrando las puertas a la astronomía medieval e iniciando una nueva época para la astronomía con la observación astronómica a través del telescopio como método científico. En 1630 había completado su obra Diálogo sobre los dos máximos sistemas del mundo Ptolemaico y Copernicano, en la que proponía una visión del mundo que desafiaba el pensamiento filosófico y teológico dominante en la época, fuertemente tutelado por la autoridad religiosa. La reacción de ésta, encabezada por el papa Urbano VIII fue procesar a Galileo en 1633 y condenarlo a abjurar de sus opiniones obligándole a permanecer aislado y encerrado en su casa. Las leyes de Kepler Antes de que Galileo comenzase sus observaciones con el telescopio, el matemático y astrólogo Johannes Kepler, nacido cerca de Stuttgart y formado en astronomía por el experto en la teoría copernicana, Michael Mästlin, trataba de averiguar la relación entre los números, los tamaños de las órbitas, y la armonía de los movimientos de los cuerpos celestes. Mientras enseñaba matemática en Graz y elaboraba horóscopos a personas adineradas bajo pedido, trabajaba en su primera obra, Misterium Cosmographicum, donde propuso su extraña teoría de los sólidos geométricos anidados según las proporciones de los tamaños orbitales de los planetas. Esa teoría hoy solo es una curiosidad matemática, pero tuvo enorme repercusión posterior en las formulaciones de Titius y Bode, las cuales también hoy están en desuso. El interés de Kepler por las armonías también iba dirigido hacia sus causas. De acuerdo a su formación copernicana entendió que la clave para explicar los movimientos planetarios se hallaba en la posición central del Sol. En 1600, cuando la iglesia enviaba a la hoguera al filósofo, científico y erudito Giordano Bruno, acusado de herejía por postular, entre otras cosas, la existencia de otros mundos habitados además del de la Tierra, Kepler comenzó a trabajar como matemático con Tycho Brahe. Tycho se hallaba embarullado entonces con sus datos observacionales de las posiciones de Marte y 12 su modelo Tychónico, y agradeció a alguien con talento matemático para proseguir con la elaboración de las tablas astronómicas. Kepler llevaba tiempo trabajando en la elaboración de las Tablas Rudolfinas y entendía bien el tema. Con los registros observacionales de Tycho, Kepler no tardó en sospechar que la posición de Marte se ajustaba mejor con el Sol en el centro de su órbita que con la Tierra, pero aún no disponía de todos los datos registrados por el danés sobre el planeta rojo, ya que éste los guardaba celosamente. En aquella época comenzaron a circular textos que hablaban de las fuerzas magnéticas, que, al igual que de los imanes terrestres, emanarían del Sol y podrían explicar los movimientos planetarios. A pesar de este endeble razonamiento, Kepler llegó al principio de las distancias, por el que la velocidad orbital de un planeta es inversamente proporcional a su distancia al Sol. De allí concluyó lo que hoy llamamos la 2ª ley de Kepler, la ley de las áreas, en la que establece que -el vector del radio del Sol a un planeta, recorre áreas iguales en tiempos iguales. Tras la muerte de Tycho, Kepler pudo acceder a los registros de Marte guardados por aquel, estudiándolos le pareció que la órbita del planeta no era circular, así comenzó a buscar soluciones deformado epiciclos y deferentes, hasta ovalarlos tanto que se topó con la solución en la elipse, llegando de este modo a lo que hoy llamamos la 1ª Ley de Kepler, por la que -los planetas se mueven en órbitas elípticas con el Sol en uno de sus focos. Estas dos leyes aparecieron en su obra Astronomía Nova, obra publicada en 1609 y por la que empezó a ser considerado uno de los mayores talentos intelectuales de la época. Es entonces cuando comienza su relación epistolar con Galileo. También publicaría dos importantes trabajos sobre óptica y desarrollaría el hoy llamado telescopio de Kepler, en el que el ocular divergente es sustituido por uno convergente que invierte la imagen, cualidad característica en los telescopios actuales. En 1621 apareció su obra Epítome, una obra en la que exponía consideraciones teológicas con las que pretendía defender el heliocentrismo y en la que aparecía su 3ª Ley, que decía que - el cuadrado del periodo orbital de cada planeta, en años, es proporcional al cubo del semieje mayor de la órbita del planeta. La obra también fue condenada al índice de libros prohibidos. Kepler también introdujo en esta obra una ecuación fundamental para el cálculo de las órbitas planetarias, la que relaciona los ángulos conocidos como anomalía excéntrica y anomalía media. Con ellas terminó de elaborar las Tablas Rudolfinas, mucho más precisas que todas las anteriores y con las que pudo predecir por primera vez en la historia los tránsitos de Venus y de Mercurio. El modelo Heliocéntrico que Copérnico, Galileo y Kepler habían descrito pasó a ser explicado matemáticamente en 1687 por Newton en sus Philosphiae Naturalis Principia Mathematica, inaugurando un nuevo tiempo para la astronomía, la de la Mecánica Celeste y el Cálculo de Efemérides y una nueva ciencia, la Física. 13 GLOSARIO Anomalía Excéntrica: ángulo entre el periápside de una órbita y un punto determinado de un círculo trazado alrededor de la órbita, visto desde el centro de la órbita. La posición de ese punto se calcula dibujando una línea perpendicular al eje mayor a través de la posición real del cuerpo que orbita hasta que corte el círculo que rodea la órbita. Anomalía media: ángulo entre el periápside de una órbita y la posición de un cuerpo imaginario que orbita con el mismo periodo que el real, pero a una velocidad angular constante. La velocidad angular asignada al cuerpo imaginario es la velocidad angular promedio (movimiento medio) del cuerpo que orbita realmente. Apogeo solar: el apogeo es el punto más alejado en la órbita elíptica de un cuerpo alrededor de la Tierra, generalmente se habla del apogeo de la Luna. En el geocentrismo o cuando se habla del movimiento aparente del Sol, al punto en el que éste se encuentra más alejado de la Tierra se le llama apogeo solar. Ciclo Sothíaco: período de 1460 años del calendario egipcio en honor de Sothis, anteriormente Isis, representada por la estrella sirio, cuya salida helíaca anunciaba la crecida del Nilo. Cada ciclo sothíaco, el calendario civil egipcio, sin años bisiestos, se desfasaba un año trópico exacto, con lo que se sincronizaba con el ciclo de las estaciones. Cuadrante: Instrumento de observación antiguo utilizado para medir ángulos. Consistía en un arco de un cuarto de círculo grabado con una escala graduada. Del centro del círculo pendía una plomada. Las estrellas eran observadas a través de un brazo que se elevaba sobre la escala y su altura era marcada por la cuerda de la plomada. Cuadratura: configuración en la que un cuerpo del sistema solar tiene una elongación de 90 grados al este o al oeste del Sol. Ecuación de tiempo: diferencia entre el tiempo solar verdadero o aparente y el tiempo solar medio. Mientras el sol medio se mueve uniformemente siguiendo el tiempo uniforme del reloj, el sol verdadero puede encontrarse hasta 15 minutos por delante o por detrás de aquel, debido a las desigualdades entre la supuesta uniformidad de la rotación terrestre y la aceleración de su movimiento orbital debido a la excentricidad de la órbita por un lado, y a la oblicuidad de la eclíptica. Efemérides: listado o tabla que contiene las posiciones de los cuerpos celestes en un instante determinado. Elongación: ángulo entre el Sol y un cuerpo del sistema solar visto desde la Tierra. Las elongaciones están comprendidas entre los 0 y los 180 grados al este o al oeste del Sol, en el plano que contiene a éste, a la Tierra y al cuerpo del que se da el valor, generalmente Venus y Mercurio de los que sus valores de elongación máxima respectivamente son 46,33 y 22,76 grados. Enuma Elish: poema babilónico de la creación, una de las más grandes obras de la cultura mesopotámica, pieza clásica de poesía religiosa y saber astronómico. Sus antecedentes deben buscarse en el acervo religioso de los sumerios y en su compleja cosmogonía y teogonía, inspiradora de las respuestas religiosas y políticas de los sacerdotes babilonios. En el poema se narra la victoriosa lucha de Marduk, a quien se le atribuye la creación del mundo y del hombre, contra Tiamat y sus vástagos que representan el caos. Gnomon: parte del reloj de sol que proyecta la sombra. Magnitud: medida del brillo de un astro. Los astrónomos griegos consideraban estrellas de primera magnitud a las estrellas más brillantes y de sexta a las más débiles. Esta ordenación, que nos sorprende hoy en día por parecernos ordenar el brillo de las estrellas al revés, sigue vigente pero con algunas mejoras que definen rigurosamente la escala de magnitudes, de manera que una diferencia de una magnitud se corresponde realmente con una diferencia de brillo en un factor de 2,512, por lo que entre las estrellas de magnitud 1 y las de magnitud 6, la diferencia de brillo es de 100. Debemos tener en cuenta que el valor de la magnitud que apreciamos no tiene en cuenta la distancia a la que se encuentra el objeto, por lo que debemos aclarar que el valor de la magnitud que apreciamos es el valor de una magnitud aparente, y la distinguimos del valor de una magnitud absoluta que sí tiene en cuenta la distancia relativa de la estrella. Mecánica Celeste: rama de la astronomía que se ocupa de los movimientos de los cuerpos celestes que orbitan describiendo trayectorias elípticas siguiendo las leyes de Kepler, debido a las fuerzas gravitacionales calculadas por la Ley Gravitacional de Newton. Nova: la nova de Tycho o SN 1572, fue una supernova en la constelación de Casiopea, una de las ocho supernovas que han sido visibles a simple vista. Fue observada por primera vez el 11 de noviembre de 1572 por Tycho Brahe 14 cuando era más brillante que Venus y fue visible en el cielo diurno durante 16 meses. En marzo de 1574, su brillo había disminuido de nuevo y ya no era visible a simple vista. El remanente de esta supernova fue descubierta en los años sesenta por astrónomos del Observatorio del Monte Palomar Oposición: configuración celeste en la que un cuerpo del sistema solar se encuentra en el lugar opuesto al del Sol. Precesión de los equinoccios: o precesión general, es el movimiento de los equinoccios a lo largo de la eclíptica, resultado de los movimientos combinados del ecuador causados por la Luna y al Sol (precesión lunisolar), y de la eclíptica, causados por los planetas (precesión planetaria). La precesión era un fenómeno conocido desde que Hiparco la observó en el siglo II a.C. pero cuya causa era desconocida hasta que Newton la explicó como el movimiento de rotación alrededor de su eje de simetría que experimenta la Tierra en revolución al exponerse a los pares de fuerza de la gravedad del Sol y de la Luna. Paralaje Anual: máxima diferencia aparente en la posición de una estrella cercana respecto a otras más alejadas durante el transcurso de un año debido a la posición variable de la Tierra en su órbita en torno al Sol. Paralaje estelar: la diferencia angular entre las direcciones de una estrella vista desde dos puntos de observación diferente. Esa diferencia aparente será máxima cuando los puntos de observación están separados diametralmente por un intervalo de medio año en la órbita terrestre, y se llama paralaje anual. La paralaje también puede definirse como la distancia angular entre dos puntos vistos desde un tercero alejado en el espacio. Paralaje lunar: ángulo subtendido en la Luna por el radio ecuatorial de la Tierra. La paralaje correspondiente a la distancia media de la Luna a la Tierra es de 57’. Peripatético: seguidor a ultranza de las enseñanzas de Aristóteles. Precesión de los equinoccios: o precesión general, es el movimiento de los equinoccios a lo largo de la eclíptica, resultado de los movimientos combinados del ecuador causados por la Luna y al Sol (precesión lunisolar), y de la eclíptica, causados por los planetas (precesión planetaria). La precesión era un fenómeno conocido desde que Hiparco la observó en el siglo II a.C. pero cuya causa era desconocida hasta que Newton la explicó como el movimiento de rotación alrededor de su eje de simetría que experimenta la Tierra en revolución al exponerse a los pares de fuerza de la gravedad del Sol y de la Luna. Refractor: telescopio que permite observar imágenes por refracción de la luz utilizando lentes. Los primeros telescopios eran refractores. A diferencia de los reflectores, los refractores proporcionan mayor contraste y brillo, y resultan idóneos para observar planetas y detalles de la Luna. Retrogradación: movimiento aparente observado desde la Tierra como un retroceso transitorio en el sentido de desplazamiento o movimiento directo de un planeta sobre la esfera celeste Salida u orto helíaco: momento en el que una estrella es visible en el cielo de la mañana poco después de su conjunción con el sol. Con el paso de los días la salida del astro se adelanta respecto a la salida del sol y su tiempo de visibilidad se irá ampliando, permaneciendo en el cielo nocturno hasta el ocaso helíaco, cuando el astro se ve por última vez sobre el horizonte occidental antes de la salida del sol, comenzando su periodo de invisibilidad. El tiempo en el que la estrella es visible durante la noche puede durar varios meses Saros: periodo de 18 años y 10,3 u 11,3 días, según el año sea o no bisiesto, que se corresponde con 223 periodos sinódicos lunares = 6585,32 días. Los Caldeos conocían que al cabo de 223 lunaciones después de un eclipse, la Luna volvería a estar en la misma fase llena, y muy próxima al camino del Sol (el nodo lunar o cabeza del dragón en la astronomía medieval), con lo que el eclipse volvería a repetirse en una configuración casi idéntica, con apenas una pequeña diferencia en el valor del ángulo de separación entre la línea de nodos y el eje de sombra. No está claro que también supieran que, acumuladamente, la separación aumentaría hasta finalizar con el ciclo de Saros tras 70 eclipses. Sicigia: configuración en la que la longitud celeste de un planeta o de la Luna es la misma que la del Sol, o difiere de la de éste en 180 grados. La Luna en fase llena o nueva se halla en sicigia. En el caso de los planetas ocurre cuando se hallan en oposición o en conjunción. Unidad Astronómica UA es una unidad de longitud que fue definida antiguamente como la distancia media de la Tierra al Sol, y donde 1UA = 149.597.870 km Variación: la Luna, acompañando a la Tierra en su viaje alrededor del Sol, puede encontrarse a diferentes distancias de éste, lo que causa variaciones de la atracción gravitatoria que se traducen en una variación de la curvatura de su 15 órbita elíptica y en los valores de longitud de ésta; puede definirse como una perturbación periódica en la longitud celeste de la Luna causada por cambios en la atracción gravitacional del Sol a medida que la Luna orbita la Tierra. Tiene una amplitud de 40’ y un periodo de 14.76 días, la mitad del periodo sinódico. José Antonio Carrasco Izaguirre Departamento de Astronomía de la Sociedad de Ciencias Aranzadi Bibliografía NORTH, John D.: Historia Fontana de la Astronomía y la Cosmología. Fondo de Cultura Económica. México, 2001 GRIBBIN, John: Historia de la ciencia. 1543-2001. Crítica. Barcelona, 2003 BRYSON, Bill: Una breve historia de casi todo. RBA, Barcelona 2004 LARA PEINADO, Federico: Enuma Elish. Poema babilónico de la creación. Trotta. Madrid, 1994 LULL, José: La astronomía en el antiguo Egipto. Universitat de València. 2006 DU MONT, Bernard: Ulugh Beg. Investigación y Ciencia, febrero 2004 SALIBA, George.: La astronomía griega y la tradición árabe medieval. Investigación y Ciencia junio 2003 LUMINET, Jean Pierre: El incendio de Alejandría. Ediciones B. Barcelona, 2003 VERNET, Juan: Astrología y astronomía en el renacimiento. El acantilado. Barcelona, 2000 BOORSTIN, Daniel J.: Los descubridores. Crítica. Barcelona, 1986 STRANO, Giorgio.: La astronomía antes de Galileo. Investigación y Ciencia enero 2010 COUPER, Heather; HENBEST, Nigel.: Historia de la astronomía. Paidos. Barcelona, 2008 COPÉRNICO, Nicolás: Sobre las revoluciones de los orbes celestes. Crítica. Barcelona,2002 LUMINET, Jean Pierre: El enigma de Copérnico. Ediciones B. Barcelona, 2007 GALILEO GALILEI, Linceo: Sidereus Nuncius. La gaceta sideral. Alianza. Madrid, 1984 DUPRÉ, Sven: Los orígenes del telescopio. Investigación y Ciencia, septiembre 2009 RENN, Jürgen.: La revolución de Galileo y la transformación de la ciencia. Investigación y Ciencia, julio 2009 16 GALILEO GALILEI, Linceo: Diálogo sobre los dos máximos sistemas del mundo Ptolemaico y Copernicano. Edición de Antonio Beltrán Mari. Alianza. Madrid, 1994 MARTINEZ, Rafael A.: Ciencia, filosofía y teología en el proceso a Galileo. Investigación y Ciencia, julio 2009 GALILEO GALILEI, Linceo. Historia y demostraciones en torno a las manchas solares. Alianza. Madrid 2007 BREDEKAMP, Horst: La investigación del sol en la época de Galileo. Investigación y Ciencia, diciembre 2009 KEPLER, Johannes: Conversación con el mensajero sideral. Alianza. Madrid, 1990 SANCHEZ RON, J.M.: El Jardín de Newton. Crítica. Barcelona, 2001 GALADÍ, David: Astronomía General, Teoría y Práctica. Omega. Barcelona, 2001 ABAD, A.; DOCOBO, J.A.; ELIPE, A.: Curso de Astronomía. Prensas Universitarias. Zaragoza, 2002 RIDPATH, Ian: Diccionario de Astronomía. Oxford-Complutense 1998 17
