Personajes de la astronomía v2
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VENTANA INTERACTIVA AL UNIVERSO Acercando el Cosmos a los científicos del futuro… PERSONAJES DE LA ASTRONOMÍA Por Rafael Rodriguez A través de la historia han existido diferentes personas que han realizado un gran aporte al tema de la Astronomía, los cuales se presentan a continuación, divididos por la época en que vivieron. Antigüedad y Edad Media - Tales de Mileteo: Se le llamó Tales de Mileto (o Thales) porque vivió en la ciudad de Mileto, entre 624 a.C. - 546 a.C. Fue uno de los "siete sabios" de la antigüedad. Se destacó principalmente por sus trabajos en filosofía y matemáticas. En esta última ciencia, se le atribuyen las primeras "demostraciones" de teoremas geométricos mediante el razonamiento lógico y, por esto, se la considera el Padre de la Geometría. Según Tales, el principio original de todas las cosas es el agua, de la que todo procede y a la que todo vuelve otra vez. Se atribuye a Tales el uso de sus conocimientos de geometría para medir las dimensiones de las pirámides de Egipto y calcular la distancia desde la costa hasta barcos en alta mar. Son seis sus teoremas geométricos: 1.- Todo diámetro biseca a la circunferencia. 2.- Los ángulos en la base de un triángulo isósceles son iguales. 3.- Los ángulos opuestos por el vértice son iguales. 4.- Dos triángulos que tienen dos ángulos y un lado respectivamente iguales son iguales. 5.- Todo ángulo inscrito en una semicircunferencia es recto. 6.- El famoso "teorema de Tales": los segmentos determinados por una serie de paralelas cortadas por dos transversales son proporcionales. En astronomía fue observador de la Osa Menor e instruyó a los marinos para guiarse con esta constelación. Predijo el eclipse solar del año 585 a.C., utilizando el Saros, un ciclo de 18 años, 10 días y 8 horas. Thales fue el primero en sostener que la Luna brillaba por el reflejo del Sol y además determinó el número exacto de días que tiene el año. www.astronomos.cl 1 VENTANA INTERACTIVA AL UNIVERSO - Acercando el Cosmos a los científicos del futuro… Pitágoras: Se dice que es el primer matemático puro y también uno de los primeros astrónomos de quien se tiene información. Vivió entre los años 569 a 475 a.C., en Samos, y dedicó su vida al estudio de la ciencia, filosofía, matemáticas y música. Se interesó por el concepto de número, triángulo y otras figuras matemáticas así como la idea abstracta de probar. De esta manera dio a los números un valor abstracto que puede aplicarse a muchas circunstancias. Sostuvo que todas las relaciones podían ser reducidas a relaciones numéricas: las cuerdas vibrantes poseen tonos armoniosos cuando la relación de sus longitudes son números enteros. Actualmente se recuerda mucho a por su Teorema: "Para un triangulo rectángulo el cuadrado de la hipotenusa es igual a la suma de los cuadrados de sus catetos". En astronomía planteo tres Paradigmas: 1.- Los planetas, el Sol, la luna y las estrellas se mueven en órbitas circulares perfectas. 2.- La velocidad de los astros es perfectamente uniforme. 3.- La Tierra se encuentra en el centro exacto de los cuerpos celestes. Estos paradigmas fueron seguidos fielmente por sus discípulos Platón y Sócrates, y significaron el punto de partida las teorías geocéntricas. También reconoció que la orbita de la luna estaba inclinada y fue uno de los primeros en establecer que Venus es la misma estrella de las mañanas y tardes. - Aristóteles Aristóteles (384-322 a.C.), filósofo y científico griego, considerado, junto a Platón y Sócrates, como uno de los pensadores más destacados de la antigua filosofía griega y posiblemente el más influyente en el conjunto de toda la filosofía occidental. Fue uno de los filósofos y científicos griegos más importantes. Su influencia fue tal que algunas de las teorías que elaboró se mantienen vigentes todavía, dos mil años después de su muerte. En el campo astronómico, adelantó los primeros argumentos sólidos contra la tradicional teoría de la Tierra plana, haciendo notar que las estrellas parecen cambiar su altura en el horizonte según la posición del observador en la Tierra. Este fenómeno puede explicarse partiendo de la premisa que la Tierra es una esfera; pero resulta incomprensible suponiendo que sea plana. www.astronomos.cl 2 VENTANA INTERACTIVA AL UNIVERSO Acercando el Cosmos a los científicos del futuro… Aristóteles notó además que durante los eclipses lunares, cuando la sombra de la Tierra se proyecta sobre la Luna, la línea del cono de sombra es curva. Elaboró también un modelo propio del Universo que se fundamentaba en el sistema geocéntrico propuesto por Eudoxio de Cnido y sucesivamente modificado por Calipo. En el sistema de Eudoxio, llamado de las esferas homocéntricas (que tienen un centro común), la Tierra era imaginada inmóvil en el centro del Universo y los cuerpos celestes entonces conocidos, fijados a siete grupos de esferas de dimensiones crecientes desde la más interna a la más externa: tres esferas pertenecían a la Luna, tres al Sol y cuatro a cada uno de los planetas entonces conocidos (Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno), con un total de 26 esferas celestes. Más tarde Calipo, discípulo de Eudoxio, con la finalidad de hacer funcionar mejor todo el conjunto, llevó a 33 el número total de esferas. Sin embargo, parece que Eudoxio y Calipo pensaban en sus esferas como un recurso geométrico, carente de consitencia física, inventado sólo para explicar y prever el movimiento de los cuerpos celestes. En cambio Aristóteles considera que las esferas, constituídas por una sustancia purísima y transparente, rodeaban realmente a la Tierra, teniendo engarzados como diamantes a todos los cuerpos celestes visibles. En el intento de explicar el origen de los movimientos planetarios, Aristóteles pensó en una "fuerza divina" que transmitía sus movimientos a todas las esferas desde la más externa, o esfera de las estrellas fijas, a la más interna, o esfera de la Luna. Sin embargo esta idea se tradujo en una enorme complicación de todo el sistema, ya que elevó de 33 a 55 el número total de esferas, todas relacionadas entre sí. La teoría descrita en su obra "Metafísica", fue sustituida por el sistema de Tolomeo (ll siglo d. J.C.), siempre geocéntrico, pero que tenía en cuenta de manera más precisa los movimientos celestes y que fue universalmente aceptado hasta Copérnico. - Aristarco de Samos Aristarco nació en Samos - Grecia - en el año 310 a.C. y murió en el 220 a.C. Fue discípulo de Estratón de Lampsacos jefe de la escuela peripatética fundada por Aristóteles. Años después Aristarco sucedería a Teofrasto como jefe de esta institución entre años 288 y 287 a.C. Fue un hábil geómetra pero es poco lo que se conoce de su vida. Sus hipótesis sobre el universo se han extraído a partir de las referencias hechas por otros autores después de su muerte. Ptolomeo en el Almagesto lo nombra como un concienzudo observador de los solsticios y equinoccios. Parece haber interpretado estas observaciones correctamente, atribuyendo estos fenómenos al movimiento de la Tierra alrededor del Sol. Dedujo por esto que era necesario que la órbita terrestre estuviera inclinada para explicar los cambios de estación. Comenzó a medir la distancia y comparar los tamaños relativos en la cosmología utilizando la trigonometría. Explicó los movimientos de rotación y traslación terrestres. Dedujo que la orbita de la tierra se encuentra inclinada. Amplio el tamaño del universo conocido - aunque con un gran margen de error ya que calculó que el Sol era 19 veces mas www.astronomos.cl 3 VENTANA INTERACTIVA AL UNIVERSO Acercando el Cosmos a los científicos del futuro… grande que la Luna y se encontraba 19 veces mas lejos, actualmente se sabe que es 400 veces mas grande y esta 400 veces mas lejos. Aristarco pudo asumir que el Sol era una estrella más de las que se observan en el cielo. Desafortunadamente sólo una de las obras de Aristarco nos ha llegado a los tiempos modernos, "Sobre las magnitudes y las distancias del Sol y de la Luna", y aunque la mayoría de sus ideas se conocen a través de terceros, se puede decir que fue uno de los que se ha presentado más avanzado a su época. Aristarco consideraba al Sol como una estrella y probablemente que las estrellas eran soles. De lo que se conoce de sus pensamientos sobre el cosmos se puede resumir que fue uno de los primeros en promulgar la teoría Heliocéntrica. - Eratóstenes Eratóstenes nació en Cyrene (Libia) en el año 276 a. C. Fue astrónomo, historiador, geógrafo, filósofo, poeta, crítico teatral y matemático. Estudió en Alejandría y Atenas. Alrededor del año 255 a. C fue el tercer director de la Biblioteca de Alejandría. Trabajó con problemas de matemáticas, como la duplicación del cubo y números primos. Escribió muchos libros de los cuales sólo se tienen noticias por referencias bibliográficas de otros autores Una de sus principales contribuciones a la ciencia y a la astronomía fue su trabajo sobre la medición de la tierra. Eratóstenes en sus estudios de los papiros de la biblioteca de Alejandría, encontró un informe de observaciones en Siena, unos 800 Km. al sureste de Alejandría, en el que se decía que los rayos solares al caer sobre una vara el mediodía del solsticio de verano (el actual 21 de junio) no producía sombra. Eratóstenes entonces realizó las mismas observaciones en Alejandría el mismo día a la misma hora, descubriendo que la luz del Sol incidía verticalmente en un pozo de agua el mismo día a la misma hora. Asumió de manera correcta que si el Sol se encontraba a gran distancia, sus rayos al alcanzar la tierra debían llegar en forma paralela si esta era plana como se creía en aquellas épocas y no se deberían encontrar diferencias entre las sombras proyectadas por los objetos a la misma hora del mismo día, independientemente de donde www.astronomos.cl 4 VENTANA INTERACTIVA AL UNIVERSO Acercando el Cosmos a los científicos del futuro… se encontraran. Sin embargo, al demostrarse que si lo hacían, (la sombra dejada por la torre de Sienna formaba 7 grados con la vertical) dedujo que la tierra no era plana y utilizando la distancia conocida entre las dos ciudades y el ángulo medido de las sombras calculó la circunferencia de la tierra en aproximadamente 250 estadios (40. 000 kilómetros, bastante exacto para la época y sus recursos). Diagrama del experimento de Eratostenes Este es un boceto de lo que fue el experimento de Eratostenes en el siglo III A.C. en las ciudades de Siena y Alejandría. - Hiparco Hiparco de Nicea (c. 190-120 a. C. ), también conocido como Hiparco de Rodas, fue un matemático y astrónomo griego, el más importante de su época. Hiparco nació en Nicea, Bitinia (hoy Iznik, Turquía). Se le considera el primer astrónomo científico. Fue muy preciso en sus investigaciones, de las que conocemos parte por comentarse en el tratado científico Almagesto del astrónomo alejandrino Tolomeo, sobre quien ejerció gran influencia. Sus cálculos del año tropical, duración del año determinada por las estaciones, tenían un margen de error de 6, 5 minutos con respecto a las mediciones modernas. Murió en Rodas, Grecia en el año 120 a. C. www.astronomos.cl 5 VENTANA INTERACTIVA AL UNIVERSO Acercando el Cosmos a los científicos del futuro… En astronomía descubrió la presesión de los equinoccios y describió el movimiento aparente de las estrellas fijas cuya medición fue de 46', muy aproximado al actual de 50. 26". Calculó un periodo de eclipses de 126. 007 días y una hora; calculó la distancia a la luna basándose en la observación de un eclipse el 14 de marzo de 190 a. C. Su cálculo fue entre 59 y 67 radios terrestres el cual está muy cerca del real (60 radios). Desarrolló un modelo teórico del movimiento de la luna basado en epiciclos. Hiparco elaboró el primer catálogo celeste que contenía aproximadamente 850 estrellas, diferenciándolas por su brillo en seis categorías o magnitudes, clasificación que aun hoy se utiliza. Probablemente este trabajo fue utilizado por Ptolomeo como base para su propio catálogo celeste. Sobre este último tuvo gran influencia y, al rechazar la teoría heliocéntrica de Aristarco de Samos, fue el precursor de los trabajos geocéntricos de Ptolomeo. - Ptolomeo Nació en Egipto aproximadamente en el año 85 y murió en Alejandría en el año 165. Aunque se sabe muy poco de él, por lo que nos ha llegado puede decirse que fue el último científico importante de la antigüedad. Aunque debe su fama a la exposición de su sistema ptolomaico, su saber fue mucho más allá; recopiló los conocimientos científicos de su época, a los que añadió sus observaciones y las de Hiparco de Nicea, y formó 13 volúmenes que resumen quinientos años de astronomía griega y que dominaron el pensamiento astronómico de occidente durante los catorce siglos siguientes. Esta obra llegó a Europa en una versión traducida al árabe, y es conocida con el nombre de Almagesto (Ptolomeo la había denominado Sintaxis Matemática). El tema central de Almagesto es la explicación del sistema ptolomaico. Según dicho sistema, la Tierra se encuentra situada en el centro del Universo y el sol, la luna y los planetas giran en torno a ella arrastrados por una gran esfera llamada "primum movile", mientras que la Tierra es esférica y estacionaria. Las estrellas están situadas en posiciones fijas sobre la superficie de dicha esfera. También, y según la teoría de Ptolomeo, el Sol, la Luna y los planetas están dotados además de movimientos propios adicionales que se suman al del primun movile. Ptolomeo afirma que los planetas describen órbitas circulares llamadas epiciclos alrededor de puntos centrales que a su vez orbitan de forma excéntrica alrededor de la Tierra. Por tanto la totalidad de los cuerpos celestes describen órbitas perfectamente circulares, aunque las trayectorias aparentes se justifican por las excentricidades. Además, en esta obra ofreció las medidas del sol y la luna y un catálogo de 1. 028 estrellas. La teoría ptolomaica es insostenible porque parte de la adopción de supuestos falsos; sin embargo es coherente consigo misma desde el punto de vista matemático. A pesar de todo, su obra astronómica tuvo gran influencia en la Edad Media, comparándose con la de Aristóteles en filosofía. www.astronomos.cl 6 VENTANA INTERACTIVA AL UNIVERSO Acercando el Cosmos a los científicos del futuro… Modelo de Ptolomeo. El Renacimiento - Nicolás Copérnico Nicolás Copérnico (1473-1543), astrónomo polaco, conocido por su teoría Heliocéntrica que había sido descrita ya por Aristarco de Samos, según la cual el Sol se encontraba en el centro del Universo y la Tierra, que giraba una vez al día sobre su eje, completaba cada año una vuelta alrededor de él. Copérnico nació el 19 de febrero de 1473 en la ciudad de Thorn (hoy Toru), en el seno de una familia de comerciantes y funcionarios municipales. El tío materno de Copérnico, el obispo Ukasz Watzenrode, se ocupó de que su sobrino recibiera una sólida educación en las mejores universidades. Copérnico ingresó en la Universidad de Cracovia en 1491, donde comenzó a estudiar la carrera de humanidades; poco tiempo después se trasladó a Italia para estudiar derecho y medicina. En enero de 1497, Copérnico empezó a estudiar derecho canónico en la Universidad de Bolonia. www.astronomos.cl 7 VENTANA INTERACTIVA AL UNIVERSO Acercando el Cosmos a los científicos del futuro… Sus trabajos de observación astronómica practicados en su mayoría como ayudante en Bolonia del profesor Domenico María de Novara dejan ver su gran capacidad de observación. Fue gran estudioso de los autores clásicos y además se confesó como gran admirador de Ptolomeo cuyo Almagesto estudió concienzudamente. Después de muchos años finalizó su gran trabajo sobre la teoría heliocéntrica en donde explica que no es el Sol el que gira alrededor de la Tierra sino al contrario. Modelo de Copernico Esta teoría sin embargo también requería de complicados mecanismos para la explicación de los movimientos de los planetas, debido a la perfección de la esfera. Estimulado por algunos amigos Copérnico publica un resumen en manuscrito, en sus comentarios establece su teoría en 6 axiomas, reservando la parte matemática para el trabajo principal que se publicaría bajo el título "Sobre las revoluciones de las esferas celestes". A partir de aquí la teoría heliocéntrica comenzó a expandirse. Rápidamente surgieron también sus detractores, siendo los primeros los teólogos protestantes aduciendo causas bíblicas. En 1616 La iglesia Católica colocó el trabajo de Copérnico en su lista de libros prohibidos. La obra de Copérnico sirvió de base para que, más tarde, Galileo, Brahe y Kepler pusieran los cimientos de la astronomía moderna. www.astronomos.cl 8 VENTANA INTERACTIVA AL UNIVERSO - Acercando el Cosmos a los científicos del futuro… Tycho Brahe Astrónomo danés (1546-1601). Tycho Brahe ha sido considerado como el más grande observador del periodo anterior a la invención del telescopio e innovador en los estudios astronómicos. De familia noble, carácter intrépido, e intolerante de las convenciones sociales, tuvo una vida muy aventurera: viajó mucho, prosiguiendo siempre los estudios de astronomía que había comenzado siendo joven, impresionado con el eclipse solar de 1560 En 1565, a causa de una diferencia de opinión con otro estudiante por un problema matemático, se batió en duelo y quedó mutilado de la nariz, debiendo llevar el resto de su vida una postiza de oro, plata y cera. Gozaba del favor del rey de Dinamarca Federico I quien, en 1576, le cedió la pequeña isla de Hven, en el estrecho de Sund, hoy territorio sueco. Aquí, Tycho hizo construir el observatorio más grande de su época, al que llamó Uraniborg, es decir, "ciudad del cielo". Dotó el observatorio de monumentales y perfeccionados instrumentos, algunos de los cuales fueron ideados por él mismo: cuadrantes murales, sextantes, esferas armilares, escuadras y gnomones con gigantescas escalas graduadas para obtener la mejor precisión entonces posible en la determinación de las coordenadas celestes y de las otras medidas astronómicas. En 1572 una estrella muy luminosa apareció en la constelación de Casiopea, alcanzando la luminosidad de Júpiter y después se fue apagando lentamente, aunque permaneció visible hasta marzo de 1574. Tycho la observó durante un año y medio, tratando de calcular con sus instrumentos y conocimientos la distancia con el método del paralaje. El astrónomo se dio cuenta que la estrella nova carecía de paralaje, lo que equivalía a admitir que se encontraba a una distancia infinita, o sea que pertenecía a la esfera de las estrellas fijas. Tycho Brahe publicó los resultados de su trabajo, provocando con él una verdadera revolución en el campo de las creencias astronómicas: por primera vez se demostró que las esferas superlunares no eran en absoluto inmutables, contrariamente a la opinión de Aristóteles. En 1588, el astrónomo desmintió, no con simples disertaciones, sino con pruebas basadas en sus observaciones y medidas, otra teoría que en aquel tiempo era universalmente aceptada: la de la naturaleza atmosférica de los cometas. Siguió con sus instrumentos al cometa aparecido el 13 de noviembre de 1577, midió su paralaje y, por lo tanto, la distancia, y concluyó que se encontraba a aproximadamente 230 radios terrestres, es decir, más allá de la Luna, que está a 60 radios terrestres. www.astronomos.cl 9 VENTANA INTERACTIVA AL UNIVERSO Acercando el Cosmos a los científicos del futuro… Modelo de Tycho Brahe Tycho rechazó el sistema copernicano no por ignorancia, sino por coherencia con sus observaciones. Él razonó de esta manera: si la Tierra girara a lo largo de una órbita alrededor del Sol, como pensaba Copérnico, el observador debería notar un desplazamiento anual (paralaje) en las posiciones de las estrellas fijas. Como Tycho nunca pudo medir ese desplazamiento, se convenció de que Copérnico estaba en un error. El razonamiento de Tycho era inaceptable: fue la insuficiente precisión de sus instrumentos lo que no le permitió apreciar el pequeño paralaje de las estrellas. Después de la muerte del rey de Dinamarca, acaecida en 1588, abandonó la isla de Hven y se instaló en el castillo de Benatky, próximo a Praga, convirtiéndose en matemático oficial del emperador Rodolfo ll. Aquí se le une en 1600 el joven J. Kepler, con el cual tuvo una fructífera colaboración en los últimos años de su vida. Al morir dejó a Kepler las observaciones realizadas a lo largo de años y años de estudio, con la esperanza de que éste pudiera demostrar su teoría del Universo. Kepler se sirvió de los trabajos de Tycho para formular sus famosas leyes sobre los movimientos planetarios, que, en cambio, sirvieron como confirmación de la teoría de Copérnico sobre el sistema solar. www.astronomos.cl 10 VENTANA INTERACTIVA AL UNIVERSO - Acercando el Cosmos a los científicos del futuro… Galileo Galilei El físico y astrónomo italiano Galileo Galilei (15641642) sostenía que la Tierra giraba alrededor del Sol, lo que contradecía la creencia de que la Tierra era el centro del Universo. Se negó a obedecer las órdenes de la Iglesia católica para que dejara de exponer sus teorías, y fue condenado a reclusión perpetua. Junto con Kepler, comenzó la revolución científica que culminó con la obra de Isaac Newton. Su principal contribución a la astronomía fue el uso del telescopio para la observación y descubrimiento de las manchas solares, valles y montañas lunares, los cuatro satélites mayores de Júpiter y las fases de Venus. En el campo de la física descubrió las leyes que rigen la caída de los cuerpos y el movimiento de los proyectiles. En la historia de la cultura, Galileo se ha convertido en el símbolo de la lucha contra la autoridad y de la libertad en la investigación. Nació cerca de Pisa el 15 de febrero de 1564. Estudió con los monjes en Vallombroso y en 1581 ingresó en la Universidad de Pisa para estudiar medicina. Al poco tiempo cambió sus estudios por la filosofía y las matemáticas, abandonando la universidad en 1585 sin haber llegado a obtener el título. En 1589 trabajó como profesor de matemáticas en Pisa, donde se dice que demostró ante sus alumnos el error de Aristóteles, que afirmaba que la velocidad de caída de los cuerpos era proporcional a su peso, dejando caer desde la torre inclinada de esta ciudad dos objetos de pesos diferentes. En 1609 oyó decir que en los Países Bajos habían inventado un telescopio. En diciembre de 1609 Galileo había construido un telescopio de veinte aumentos, con el que descubrió montañas y cráteres en la Luna. También observó que la Vía Láctea estaba compuesta por estrellas y descubrió los cuatro satélites mayores de Júpiter. En marzo de 1610 publicó estos descubrimientos en El mensajero de los astros. Su fama le valió el ser nombrado matemático de la corte de Florencia, donde quedó libre de sus responsabilidades académicas y pudo dedicarse a investigar y escribir. En diciembre de 1610 pudo observar las fases de Venus, que contradecían la astronomía de Tolomeo y confirmaban su aceptación de las teorías de Copérnico. A principios de 1616, los libros de Copérnico fueron censurados por un edicto, y el cardenal jesuita Roberto Belarmino dio instrucciones a Galileo para que no defendiera la teoría de que la www.astronomos.cl 11 VENTANA INTERACTIVA AL UNIVERSO Acercando el Cosmos a los científicos del futuro… Tierra se movía. Galileo guardó silencio sobre el tema durante algunos años y se dedicó a investigar un método para determinar la latitud y longitud en el mar basándose en sus predicciones sobre las posiciones de los satélites de Júpiter Telescopio de Galileo En 1624 Galileo empezó a escribir un libro que quiso titular Diálogo sobre las mareas, en el que abordaba las hipótesis de Tolomeo y Copérnico respecto a este fenómeno. En 1630 el libro obtuvo la licencia de los censores de la Iglesia católica de Roma, pero le cambiaron el título por Diálogo sobre los sistemas máximos, publicado en Florencia en 1632. A pesar de haber obtenido dos licencias oficiales, Galileo fue llamado a Roma por la Inquisición a fin de procesarle bajo la acusación de "sospecha grave de herejía". Galileo fue obligado a abjurar en 1633 y se le condenó a prisión perpetua (condena que le fue conmutada por arresto domiciliario). Los ejemplares del Diálogo fueron quemados y la sentencia fue leída públicamente en todas las universidades. La última obra de Galileo, Consideraciones y demostraciones matemáticas sobre dos ciencias nuevas relacionadas con la mecánica, publicada en Leiden en 1638, revisa y afina sus primeros estudios sobre el movimiento y los principios de la mecánica en general. Este libro abrió el camino que llevó a Newton a formular la ley de la gravitación universal, que armonizó las leyes de Kepler sobre los planetas con las matemáticas y la física de Galileo. - Johannes Kepler Johannes Kepler (1571-1628). Nació en Leonberg, Alemania, donde comenzó a estudiar en el colegio latino. En 1584 ingresó en el seminario protestante de Adelberg y en 1589 comenzó su educación universitaria en teología en la Universidad Protestante de Tübingen. Allí le influenció un profesor de matemáticas, Michael Maestlin, partidario de la teoría heliocéntrica del movimiento planetario desarrollada en principio por el astrónomo polaco Nicolás Copérnico. Kepler aceptó inmediatamente la teoría copernicana al creer que la simplicidad de su ordenamiento planetario tenía que haber sido el plan de Dios. En 1594 marchó a Graz (Austria), donde elaboró una hipótesis geométrica compleja para explicar las distancias entre las órbitas planetarias, que se consideraban circulares erróneamente. Kepler planteó que el Sol ejerce una fuerza que disminuye de forma inversamente proporcional a la distancia e impulsa a los planetas alrededor de sus órbitas. Publicó sus teorías en un tratado titulado Mysterium Cosmographicum en 1596. Esta obra es www.astronomos.cl 12 VENTANA INTERACTIVA AL UNIVERSO Acercando el Cosmos a los científicos del futuro… importante porque presentaba la primera demostración amplia y convincente de las ventajas geométricas de la teoría copernicana. Excepto por Mercurio, el sistema de Kepler funcionaba de manera muy aproximada a las observaciones. Debido a su fama como matemático, Kepler fue invitado por Tycho Brahe a Praga para que trabajara con él como asistente y calculara las nuevas órbitas de los planetas basándose en sus observaciones. Al morir Tycho, en el año 1601, fue nombrado su sucesor en el cargo de matemático imperial, puesto que ocupó hasta 1612. Una de sus obras más importantes durante este periodo fue Astronomía nova (1609), la gran culminación de sus cuidadosos esfuerzos para calcular la órbita de Marte. Este tratado contiene la exposición de dos de las llamadas leyes de Kepler sobre el movimiento planetario. Según la primera ley, los planetas giran en órbitas elípticas con el Sol en un foco. La segunda, o regla del área, afirma que una línea imaginaria desde el Sol a un planeta recorre áreas iguales de una elipse durante intervalos iguales de tiempo. En otras palabras, un planeta girará con mayor velocidad cuanto más cerca se encuentre del Sol. Segunda ley de Kepler: las areas recorridas en CD y AB son iguales En 1612 Kepler se hizo matemático de los estados de la Alta Austria. Mientras vivía en Linz, publicó su Harmonices mundi Libri (1619), cuya sección final contiene otro descubrimiento sobre el movimiento planetario (tercera ley): la relación entre el cubo de la distancia media (o promedio) de un planeta al Sol y el cuadrado del periodo de revolución del planeta es una constante y es la misma para todos los planetas. Hacia la misma época publicó un libro, Epitome astronomiae copernicanae (1618-1621), que reúne todos los descubrimientos de Kepler en un solo tomo. Igualmente importante fue el primer libro de texto de astronomía basado en los principios copernicanos, y durante las tres décadas siguientes tuvo una influencia capital para muchos astrónomos. La última obra importante aparecida en vida de Kepler fueron las Tablas rudolfinas (1625). Basándose en los datos de Brahe, las nuevas tablas del movimiento planetario reducen los errores medios de la posición real de un planeta de 5° a 10'. Isaac Newton se basó en las teorías y observaciones de Kepler para formular su ley de la gravitación universal. www.astronomos.cl 13 VENTANA INTERACTIVA AL UNIVERSO Acercando el Cosmos a los científicos del futuro… La Astronomía Moderna - Isaac Newton Isaac Newton nació en Woolsthorpe, Lincolnshire, Inglaterra el 4 de Enero de 1643. Su vida infantil fue prácticamente la de un huérfano, debido a la muerte de su padre y el nuevo matrimonio de su madre, viviendo con sus tíos. Este cambio de vida le convirtieron en un hombre difícil de carácter y solitario. Sus primeros años de estudio no dieron muy buenos frutos, sus informes destacaban poca atención en las actividades escolares. Cuando la Universidad de Cambridge fue reabierta después de una peste, Newton fue nombrado profesor menor en Trinity College y después de su grado de maestro fue elegido profesor mayor. En 1669 fue recomendado para ocupar la cátedra lucasiana. Su primer trabajo en la cátedra fue sobre óptica. Diseñó y construyó el primer telescopio reflector. Concluyó que la luz blanca no es una única entidad después de observar la aberración cromática de su telescopio y de realizar el experimento del prisma en donde pudo observar el espectro - de spectrum, fantasma - de los componentes individuales de la luz blanca y recomponerlo con un segundo prisma. Descubrió los anillos de Newton, una serie de franjas claras y oscuras debidas a la interferencia luminosa, que aparecen cuando se unen dos superficies de vidrio una plana y la otra convexa. En 1666 Newton imaginó que la gravedad de la tierra influenciaba la Luna y contrabalanceaba la fuerza centrífuga. Con su ley sobre la fuerza centrífuga y utilizando la tercera ley de Kepler, dedujo las tres leyes fundamentales de la mecánica celeste: Ley de la inercia. Todo cuerpo tiene a mantener su estado de movimiento mientras no actue sobre él otra fuerza externa. Ley fundamental de la dinámica. La fuerza es igual a la masa por aceleración. Ley de la acción y la reacción. A toda fuerza siempre se le opone una reacción de la misma magnitud pero de sentido contrario. El Telescopio de Newton que se encuentra en la Royal Society de Londres.. www.astronomos.cl 14 VENTANA INTERACTIVA AL UNIVERSO Acercando el Cosmos a los científicos del futuro… Newton demostró que la fuerza gravitatoria disminuye según el cuadrado de la distancia y que esto da origen a las leyes de Kepler del movimiento planetario. Expuso la Ley de la gravitación universal: Entre dos cuerpos se ejerce una fuerza de atracción directamente proporcional al producto de sus respectivas masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que separa sus centros de gravedad. Ley de gravitacion de Newton En 1687 Newton publicó Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, donde estableció los principios básicos de la mecánica teórica y la dinámica de los fluidos. Aplicó el primer tratamiento matemático al movimiento ondulado, dedujo las leyes de Kepler a partir de la ley de cuadrados inversos de la gravitación y explicó las órbitas de los cometas; calculó las masas de la Tierra, el Sol y los planetas con sus satélites, explicó la forma aplastada de la Tierra y utilizó esta idea para explicar la presesión de los equinoccios, además de que estableció la teoría de las mareas. Después de sufrir una crisis nerviosa en 1693, Newton se retiró de la investigación. Viajó a Londres en donde se posesionó como guardián custodio de la casa de la moneda y director en 1699. En estas posiciones Newton se convirtió en un hombre muy rico. En 1703 fue elegido presidente de la Royal Society y fue reelegido cada año hasta su muerte. Fue nombrado caballero por la reina Ana en 1705. Murió el 31 de marzo de 1727 en Londres. - William Herschel William Herschel nació en Hannover, Alemania, el 15 de Noviembre de 1738, pero vivió la mayor parte de su vida en Inglaterra. Estudió música, profesión en la cual tuvo éxito trabajando en diversas orquestas. Fue profesor y organista en la iglesia Octagon en Bath, Inglaterra, compuso y dio muchos conciertos. Sus horas libres, sin embargo, las dedicaba al estudio de la matemática, lenguas y filosofía. A los 35 años empezó a interesarse por la astronomía. Hacia 1773, Herschel construyó un telescopio e inició sus trabajos de investigación. Comenzó con la observación de estrellas dobles en busca de su paralaje, de esta manera www.astronomos.cl 15 VENTANA INTERACTIVA AL UNIVERSO Acercando el Cosmos a los científicos del futuro… descubrió que las estrellas binarias se mueven una alrededor de la otra alrededor de un centro común. Observó cerca de 1000 estrellas dobles y realizó su primer catálogo. El 13 de Marzo de 1781, realizó un histórico descubrimiento, con un telescopio de 18 cm de apertura: el planeta Urano. Este descubrimiento lo llevó a la fama internacional y a ganarse el favor del Rey Jorge III, quien lo nombró caballero de la corte y se convirtió en "Astrónomo del rey", cargo que le permitió dedicarse totalmente a la astronomía. Otro descubrimiento importante realizado por Herschel fue el movimiento del sol en el espacio, tomando como referencia el movimiento propio de trece estrellas, encontró que el Sol se mueve en el espacio con respecto de sus vecinos estelares hacia un punto localizado en la constelación de Hércules, cerca de la estrella Vega. Telescopio Usado por Herschel Realizó observaciones de las manchas solares y confirmó la naturaleza gaseosa del sol. Instaló un telescopio en Slough (Berkshire) con un espejo de 1, 22 m y una distancia focal de 12, 2 m. Con este telescopio descubrió dos satélites de Urano y los satélites sexto y séptimo de Saturno. Concluyó que la Vía Láctea tiene forma de disco más grueso en su centro y colocó al sol cerca del centro del disco. También analizó las nebulosas, aportando nuevas informaciones sobre su constitución y aumentando el número de nebulosas observadas aproximadamente de 100 a 2. 500. Herschel fue el primero en formular que estas nebulosas estaban compuestas de estrellas. Su mayor proyecto fue el de estudiar la estructura de la Vía Láctea. Realizó un conteo de estrellas en el campo de vista de su telescopio. Cuando terminó el proyecto, 20 años después, había contado mas de 90. 000 estrellas en 2400 áreas de muestra. Durante estas observaciones descubrió muchos objetos interesantes como cúmulos, nebulosas, estrellas variables y estrellas dobles. Años después, en 1864, su hijo John realizó observaciones del hemisferio sur y recolectó gran cantidad de objetos celestes reuniéndolos en una sola base con los descubrimientos de Herschel padre, y lo publicó bajo el título: "The General Catalogue of Nebulae". En 1888 esta catálogo fue revisado por L. E. Dreyer, quien le agregó varios objetos más, publicando el famoso catálogo "New General Catalogue" (NGC). William Herschel fue elegido miembro de la Sociedad Real en 1781 y nombrado Sir en 1816. Se le considera el fundador de la astronomía estelar. Murió el 25 de Agosto de 1822 en Slough, Inglaterra. www.astronomos.cl 16 VENTANA INTERACTIVA AL UNIVERSO Acercando el Cosmos a los científicos del futuro… Astronomía del Siglo XX - Max Planck Max Karl Ernst Ludwig Planck nació el 23 abril de 1858, en Kiel, Schleswig-Holstein, Alemania y falleció el 4 de octubre de 1947, en Göttingen. Fue premiado con el Nobel y considerado el creador de la teoría cuántica. Albert Einstein dijo: "Era un hombre a quien le fue dado aportar al mundo una gran idea creadora". De esa idea creadora nació la física moderna. Planck estudió en las universidades de Munich y Berlín. Fue nombrado profesor de física en la Universidad de Kiel en 1885, y desde 1889 hasta 1928 ocupó el mismo cargo en la Universidad de Berlín. En 1900 Planck formuló que la energía se radia en unidades pequeñas separadas denominadas cuantos. Avanzando en el desarrollo de esta teoría, descubrió una constante de naturaleza universal que se conoce como la constante de Planck. La ley de Planck establece que la energía de cada cuanto es igual a la frecuencia de la radiación multiplicada por la constante universal. Sus descubrimientos, sin embargo, no invalidaron la teoría de que la radiación se propagaba por ondas. Los físicos en la actualidad creen que la radiación electromagnética combina las propiedades de las ondas y de las partículas. Los descubrimientos de Planck, que fueron verificados posteriormente por otros científicos, fueron el nacimiento de un campo totalmente nuevo de la física, conocido como mecánica cuántica y proporcionaron los cimientos para la investigación en campos como el de la energía atómica. Reconoció en 1905 la importancia de las ideas sobre la cuantificación de la radiación electromagnética expuestas por Albert Einstein, con quien colaboró a lo largo de su carrera. El propio Planck nunca avanzó una interpretación significativa de sus quantums. En 1905 Einstein, basándose en el trabajo de Planck, publicó su teoría sobre el fenómeno conocido como efecto fotoeléctrico. Dados los cálculos de Planck, Einstein demostró que las partículas cargadas absorbían y emitían energías en cuantos finitos que eran proporcionales a la frecuencia de la luz o radiación. En 1930, los principios cuánticos formarían los fundamentos de la nueva física. Planck recibió muchos premios, especialmente, el Premio Nobel de Física, en 1918. En 1930 Planck fue elegido presidente de la Sociedad Kaiser Guillermo para el Progreso de la Ciencia, la principal asociación de científicos alemanes, que después se llamó Sociedad Max Planck. Sus críticas abiertas al régimen nazi que había llegado al poder en Alemania en 1933 le forzaron a abandonar la Sociedad, de la que volvió a ser su presidente al acabar la II Guerra Mundial. La oposición de Max Planck al régimen nazi, lo enfrentó con Hitler. En varias ocasiones intercedió por sus colegas judíos ante el régimen nazi. Max Planck sufrió muchas tragedias personales después de la edad de 50 años. En 1909, su primera esposa murió después de 22 años de matrimonio, dejando dos hijos y dos hijas gemelas. Su hijo mayor murió en el frente de combate en la Primera Guerra Mundial en 1916; sus dos hijas murieron de parto. Durante la Segunda Guerra Mundial, su casa en www.astronomos.cl 17 VENTANA INTERACTIVA AL UNIVERSO Acercando el Cosmos a los científicos del futuro… Berlín fue destruida totalmente por las bombas en 1944 y su hijo más joven, Erwin, fue implicado en la tentativa contra la vida de Hitler que se efectuó el 20 de julio de 1944 murió de forma horrible en manos de la Gestapo en 1945. Todo este cúmulo de adversidades, aseguraba su discípulo Max von Laue, las soportó sin una queja. Al finalizar la guerra, Planck, su segunda esposa y el hijo de ésta, se trasladaron a Göttingen donde él murió a los 90 años, el 4 de octubre de 1947. Max Planck hizo descubrimientos brillantes en la física que revolucionaron la manera de pensar sobre los procesos atómicos y subatómicos. Su trabajo teórico fue respetado extensamente por sus colegas científicos. Entre sus obras más importantes se encuentran Introducción a la física teórica (5 volúmenes, 1932-1933) y Filosofía de la física (1936). - Henrietta Leavitt Henrietta Leavitt (1868-1921), hija de un ministro del Congreso norteamericano, nació en Lancaster, Massachusetts. Realizó sus estudios en el colegio Oberlin y en el Radcliffe donde se graduó en 1892. Fue entonces cuando descubrió la Astronomía. Después de graduarse realizó un curso de Astronomía, aunque no pudo poner en práctica sus conocimientos astronómicos hasta tres años más tarde, como consecuencia de una enfermedad que le obligó a permanecer en su casa durante todo ese tiempo. En 1895 entró como voluntaria en el Observatorio de Harvard y siete años más tarde entró a formar parte de la plantilla del mismo, bajo la dirección de Charles Pickering. Durante ese tiempo tuvo la oportunidad de realizar trabajos teóricos, pero se convirtió en la jefa del Departamento Fotográfico del Observatorio, donde, junto con su grupo, estudió las imágenes de las estrellas para determinar sus magnitudes. Durante su carrera, Leavitt descubrió más de 2.400 estrellas variables. Se dedicó entonces al estudio de esas estrellas variables, lo que supondría su mayor aportación a la Astronomía: la relación entre el período y la luminosidad de las Cefeidas. Las Cefeidas son estrellas variables que muestran un ritmo regular de brillo, oscurecimiento y brillo cuando se observan en períodos de tiempo que van desde unas semanas a unos meses. Leavitt observó que cuanto más brillante era la estrella, más tiempo duraba la pulsación. Esto significa que observando una de esas estrellas, se puede determinar el período de pulsación y descubrir lo brillante que es la estrella. Estas estrellas son pulsantes debido a que las zonas de hidrógeno y helio ionizado se encuentran cerca de la superficie. Las Cefeidas son más brillantes cuando están cerca de su tamaño mínimo y, puesto que todas las Cefeidas están, aproximadamente, a la misma temperatura, su tamaño determina su luminosidad. Además, estas estrellas son tan brillantes que se pueden observar en galaxias muy lejanas. www.astronomos.cl 18 VENTANA INTERACTIVA AL UNIVERSO Acercando el Cosmos a los científicos del futuro… Aquí vemos como varia la luminosidad de una estrella variable cefeida en el tiempo, podemos ver que tiene cierpa periodicidad bien definida de unos pocos dias Una vez constatada, la ley de Leavitt se utilizó para medir la distancia de objetos muy lejanos, como las galaxias. Para calibrarla, hubo que obtener por otros medios la distancia a la que se encuentra alguna cefeida próxima, de donde se deduce su luminosidad real. Utilizando este método, los astrónomos Shapley y Curtis midieron la distancia a la galaxia M31, llegando a diferentes conclusiones, ya que no estaban de acuerdo en el tamaño de la Vía Láctea ni se conocía en aquella época la distinción entre novas y supernovas. Henrietta Leavitt también desarrolló un patrón de medidas fotográficas que fue aceptado por el Comité Internacional de Magnitudes Fotográficas en 1913. Para elaborar este patrón de medición, Leavitt utilizó 299 placas de 13 telescopios y empleó ecuaciones logarítmicas para ordenar las estrellas sobre 17 magnitudes de luminosidad. Leavitt continuó redefiniendo este trabajo durante toda su vida. Debido a los prejuicios de la época, Henrietta no pudo desarrollar sus propios métodos de trabajo, por lo que no tuvo la oportunidad de sacar el máximo rendimiento a su intelecto. En el transcurso de su trabajo también descubrió cuatro estrellas novas y estudió algunos tipos de estrellas binarias y asteroides. Fue miembro de Phi Beta Kappa, de la Asociación Americana de la Universidad de la Mujer, de la Sociedad Americana de Astronomía y Astrofísica, de la Asociación para el Avance de la Ciencia y miembro honorífico de la Asociación de Observadores de Estrellas Variables. Henrietta Leavitt trabajó en el Observatorio de Harvard hasta su muerte en 1921 a causa de un cáncer. Desafortunadamente, Henrietta falleció antes de poder concluir otro trabajo sobre las escalas de medición de la magnitud de las estrellas. Sus importantes contribuciones al mundo científico fueron reconocidas en 1925 a título póstumo, cuando fue nominada por la Academia Sueca de Ciencias para el premio Nobel. www.astronomos.cl 19 VENTANA INTERACTIVA AL UNIVERSO - Acercando el Cosmos a los científicos del futuro… Edwin Hubbel Hubble, Edwin Powell (1889-1953). Astrónomo y cosmólogo estadounidense, célebre por descubrir la expansión del universo y estimar su tamaño y edad, aunque su contribución al conocimiento del universo es mucho más amplia y va más allá de esta premisa fundamental. Comenzó su carrera profesional estudiando jurisprudencia en Chicago y Oxford, pero también se distinguió como atleta y boxeador. Uno de sus primeros descubrimientos se remonta a 1919, cuando demostró que en el interior de nuestra Galaxia existen nubes de hidrógeno que se hacen luminosas por la existencia de estrellas en su interior En 1923 descubrió las estrellas individuales que constituyen la nebulosa de la región externa de la galaxia de Andrómeda, y, gracias a la relación luminosidad-distancia que caracteriza a estas estrellas, pudo demostrar que Andrómeda no está en el interior de nuestra Galaxia, sino fuera, y que es un sistema de estrellas completamente similar al nuestro. Hubble introdujo asimismo un sistema de clasificación de las Galaxias según su estructura. En 1929 Hubble comparó las distancias que había calculado para diferentes galaxias con los desplazamientos hacia el rojo fijados por Slipher para las mismas galaxias. Descubrió que cuanto más lejos estaba la galaxia, más alta era su velocidad de recesión. A esta relación se la conoce como la ley de los desplazamientos hacia el rojo o ley de Hubble; determina que la velocidad de una galaxia es proporcional a su distancia. La relación entre la velocidad de recesión de una galaxia y su distancia es la constante de Hubble. El valor de esta constante se calcula que está entre los 50 y los 100 km/s por megaparsec (1 megaparsec equivale a 1 millón de parsecs), aunque los datos más recientes apuntan a un valor comprendido entre los 60 y 70 km/s por megaparsec. Como parece que las galaxias retroceden en todas direcciones desde la Vía Láctea, se podría pensar que nuestra galaxia es el centro del Universo. Sin embargo, esto no es así. Imaginemos un globo con puntos uniformemente separados. Al inflar el globo, un observador en un punto de su superficie vería cómo todos los demás puntos se alejan de él, igual que los observadores ven a todas las galaxias retroceder desde la Vía Láctea. La analogía también nos proporciona una explicación sencilla de la ley de Hubble: el Universo se expande como un globo. Antes de morir, Hubble participó también en el diseño del mastodóntico telescopio americano de Monte Palomar en California. En su honor, el Telescopio Espacial Hubble lleva su nombre. Bibliografia www.astromia.com http://www.astrocosmo.cl/biografi/biografi.htm#indice www.wikipedia.org www.astronomos.cl 20
