Historia de la astronomía

Astronomía antigua

Uno de los primeros en realizar un trabajo astronómico-científico fue Aristarco de Samos quien calculó las distancias que separan a la Tierra de la Luna y del Sol, y además propuso un independiente y en diferentes lugares, comenzó el desarrollo de las matemáticas y geometría, herramientas que unidas a la observación celeste permitieron la determinación precisa de fenómenos tales como solsticios, equinoccios y aun la predicción de eventos celestes como los eclipses solares y lunares. Para estos efectos se construyeron verdaderos observatorios astronómicos algunos de los cuales aún se conservan, siendo los más famosos Stonehenge (en Inglaterra) y Carnac (en Francia).(L)

El modelo geocéntrico fue una idea original de Eudoxo de Cnido (390–337 a. C.) y años después recibió el apoyo decidido de Aristóteles y su escuela. Este modelo, sin embargo, no explicaba algunos fenómenos observados, el más importante de ellos era el comportamiento diferente del movimiento de algunos astros cuando se comparaba éste con el observado para la mayoría de las estrellas. Estas parecen siempre moverse todas en conjunto, con la misma rapidez angular, lo que hace que, al moverse, mantengan 'fijas' sus posiciones unas respecto de las otras. Por esta razón se les conoció siempre como «estrellas fijas». Sin embargo, ciertos astros visibles en el firmamento nocturno, si bien se movían en conjunto con las estrellas, parecían hacerlo con menor velocidad (movimiento directo). De hecho, se observan retrasarse todos los días un poco respecto de ellas; pero, además, y sólo en ciertas ocasiones, parecen detener el retraso e invertir su movimiento respecto de las estrellas 'fijas' (movimiento retrógrado), para luego detenerse nuevamente, y volver a retomar el sentido del movimiento de ellas, pero siempre con un pequeño retraso diario (movimiento directo). Debido a estos cambios aparentemente irregulares en su movimiento a través de las estrellas 'fijas,' a estos astros se les denominó estrellas 'errantes' o estrellas 'planetas,' para diferenciarlas de las otras.

Fue Ptolomeo quien se dio a la tarea de buscar una solución para que el sistema geocéntrico pudiera ser compatible con todas estas observaciones.

Sistema ptolemaico.

Epiciclos de Ptolomeo.

En el sistema ptolemaico la tierra es el centro del universo y la luna, el sol, los planetas y las estrellas fijas se encuentran en esferas de cristal girando alrededor de ella; para explicar el movimiento diferente de los planetas ideó un particular sistema en el cual la Tierra no estaba en el centro exacto y los planetas giraban en un epiciclo alrededor de un punto ubicado en la circunferencia de su órbita o esfera principal (conocida como 'Deferente').

Los epiciclos habían sido una idea original de Apolonio de Pérgamo (262–190 a. C.) y mejorada por Hiparco de Nicea (190–120 a. C.). Como el planeta gira alrededor de su epiciclo mientras el centro de éste se mueve simultáneamente sobre la esfera de su deferente, se logra, por la combinación de ambos movimientos, que el planeta se mueva en el sentido de las estrellas 'fijas' (aunque con cierto pequeño retraso diario) y que, en ocasiones, revierta este movimiento (de retraso) y parezca (por cierto período de tiempo) adelantarse a las estrellas fijas, y con esto se logra explicar el movimiento retrógrado de los planetas, respecto de las estrellas (ver figura a la derecha). El esquema ptolemaico, con todo y sus complicados epiciclos y deferentes, fue aceptado por muchos siglos por variadas razones pero, principalmente, por darle a la raza humana una supremacía y un lugar privilegiado o 'central' en el universo.

Otros estudios importantes durante esta época fueron: la determinación del tamaño de la Tierra; la compilación del primer catálogo estelar; el desarrollo de un sistema de clasificación de las magnitudes de los brillos estelares basado en la luminosidad aparente de las diferentes estrellas; la determinación del ciclo de Saros para la predicción de los eclipses solares y lunares, entre muchos otros.

Artículos sobre arqueoastronomía en culturas antiguas:

• Clásicas: caldea, egipcia, griega, árabe

• Orientales: china, hindú

• Otras: precolombina

Astronomía medieval

Durante la Edad Media la astronomía no fue ajena al estancamiento que sufrieron las ciencias y artes. Durante este largo periodo predominó el legado ptolemaico de sistema geocentrista apoyado por la Iglesia, debido esencialmente a que este era acorde con las escrituras en las cuales la Tierra y el hombre son los centros de la creación divina.

En el siglo XV se renovó el interés en el estudio de los cielos gracias, en parte, a la escuela de traductores de Toledo, creada por el rey Alfonso el Sabio (1221-1284) quienes empiezan a traducir antiguos textos astronómicos.

Personajes como Johannes Müller Regiomontano (1436-1476), comenzaron a realizar observaciones astronómicas y a discutir las teorías establecidas al punto que Nicolás de Cusa (1401-1464), en 1464 planteó que la Tierra no se encontraba en reposo y que el universo no podía concebirse como finito, comenzando de alguna manera a resquebrajarse el sistema imperante hasta ese momento.

Durante este desafortunado periodo oscurantista fueron los árabes quienes continuaron los estudios astronómicos aportando trabajos importantes y que tendrían posterior repercusión en la astronomía occidental: tradujeron el Almagesto; dieron nombre y catalogaron muchas estrellas. Dentro de sus principales exponentes se encuentran Al-Batani (858-929), Al Sufi (903-986) y Al-Farghani (805-880), una autoridad en el sistema solar. Estos conocimientos llegan a Europa Central con las invasiones turcas de Europa Oriental a lo largo del siglo XV.

Astronomía moderna

El Renacimiento

Imagen del sistema copernicano. Extraída de la obra: De revolutionibus Orbium Coelestium.

Durante el siglo XV hay un crecimiento acelerado del comercio entre las naciones mediterráneas, lo que lleva a la exploración de nuevas rutas comerciales hacia oriente y a occidente, estas últimas son las que permitieron el descubrimiento de América por los europeos. Este crecimiento en las necesidades de navegación impulsó el desarrollo de sistemas de orientación y navegación y con ello el estudio a fondo de materias como la geografía, astronomía, cartografía, meteorología, y la tecnología para la creación de nuevos instrumentos de medición como compases y relojes.

Nicolás Copérnico (1473-1543) retoma las ideas heliocentristas y propone un sistema en el cual el sol se encuentra inmóvil en el centro del universo y a su alrededor giran los planetas en órbitas con «movimiento perfecto», es decir circular. Este sistema copernicano, sin embargo, adolecía de los mismos o más errores que el geocéntrico postulado por Ptolomeo en el sentido de que no explicaba el movimiento retrogrado de los planetas y erraba en la predicción de otros fenómenos celestes. Copérnico por tanto incluyó igualmente epiciclos para aproximarse a las observaciones realizadas.

Tycho Brahe hombre acomodado y de vida disipada fue un gran observador del cielo y realizó las más precisas observaciones y mediciones astronómicas para su época, entre otras cosas porque tuvo la capacidad económica para construir su propio observatorio e instrumentos de medición. Las mediciones de Brahe no tuvieron sin embargo mayor utilidad sino hasta que Johannes Kepler (1571-1630), las utilizara. Kepler gasto muchos años tratando de encontrar la solución a los problemas que se tenían con el sistema enunciado por Copérnico, utilizando modelos de movimiento planetario basados principalmente en los sólidos perfectos de Platón. Con los datos completos obtenidos después de la muerte de Brahe, llego por fin al entendimiento de las órbitas planetarias probando con elipses en vez de los modelos perfectos de Platón y pudo entonces enunciar sus leyes del movimiento planetario.

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

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

3ª. Publicada años después al mundo (1619): El cubo de la distancia media al sol es proporcional al cuadrado del tiempo que tarda en completar una órbita.

Nacido en el año de la muerte de Copérnico, Galileo Galilei (1564-1642) fue uno de los defensores más importantes de la teoría heliocentrista. Construyó un telescopio a partir de un invento del holandés Hans Lippershey y fue el primero en utilizarlo para el estudio de los astros descubriendo los cráteres de la Luna, las lunas de Júpiter, las manchas solares y las fases de Venus. Sus observaciones tan sólo eran compatibles con el modelo copernicano.

El trabajo de Galileo lo enfrento a la Iglesia Católica que ya había prohibido el libro de Copérnico de Revolutions. Después de varios enfrentamientos con los religiosos en los cuales fue respaldado por el Papa Urbano VIII y a pesar de los pedidos de moderación en la difusión de sus estudios, Galileo escribió El Diálogo sobre los dos máximos sistemas del mundo, en esta obra ridiculizó la posición de la iglesia a través de Simplicio el simplón. Por esta desobediencia fue llevado a juicio en donde fue obligado a abjurar de sus creencias y posteriormente recluido bajo arresto domiciliario, que duró poco. Murió con la bendición papal a los 88 años. Durante el siglo XX el Papa Juan Pablo Segundo dio disculpas al mundo por esta injusticia contra Galileo.

Primeros astrónomos modernos

A partir de los desarrollos técnicos, ópticos y de las nuevas teorías matemáticas y físicas se dio un gran impulso a las ciencias y en el tema que nos toca a la astronomía. Se descubrieron y catalogaron miles de objetos celestes. Aparecen en el siglo XVII grandes hombres constructores de lo que hoy conocemos como astronomía moderna: Johannes Hevelius (observaciones de la luna y cometas), Christian Huygens (anillos de Saturno y Titán), Giovanni Domenico Cassini (satélites de Saturno), Ole Rømer (velocidad de la luz a partir de los eclipses de los satélites de Júpiter en 1676) y John Flamsteed (fundador del Observatorio de Greenwich en 1675).

Isaac Newton (1643-1727).

Dentro de este ambiente Isaac Newton promulgó sus tres leyes que quitaron definitivamente el empirismo en la explicación de los movimientos celestes. Estas leyes son:

• Un cuerpo permanece en reposo o en movimiento en línea recta y a una velocidad constante a menos que una fuerza externa actúe sobre él.
• La fuerza aplicada por un cuerpo sobre otro, genera una fuerza de igual magnitud sobre el primero pero en dirección contraria.

Se dice que Newton fue inspirado por la caída de una manzana para imaginar el efecto de la gravedad, aunque está comprobado que esto es tan solo una leyenda, sirve como herramienta para entender la fuerza de la gravitación: La misma fuerza gravitatoria que hace caer la manzana se extiende hacia la Luna y si no fuera por ella la luna escaparía de la órbita terrestre. La Ley de la gravitación universal dice que:

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

Newton realizó muchos otros trabajos en astronomía, como la modificación del diseño de los telescopios de la época en un modelo por él llamado reflectores newtonianos; escribió Philosophiae naturalis principia mathematica, en ella expuso sus leyes y explicó la dinámica del sistema solar.

Nuevas teorías en el universo

La observación astronómica cada vez más detallada permitió el descubrimiento de objetos celestes diferentes a las estrellas fijas, los planteas y cometas.

Estos nuevos objetos observados eran como parches de luz que por su aspecto se les dio el nombre de nebulosas. El alemán Friedrich Wilhelm Herschel (1738-1822) fue uno de los primeros en estudiar estos objetos, músico de profesión, finalmente abandonó las notas por las estrellas, su hermana Caroline Herschel (1750-1848), trabajó con él realizando barridos de zonas del cielo, con lo cual dibujaron un mapa de la galaxia con un gran número de estrellas observadas. Herschell también realizo otros importantes descubrimientos como Urano, Sus lunas Titania y Oberon y las lunas de Saturno Enceladus y Mimas.

Forma de la Vía Láctea deducida por W. Herschel a partir del recuento de estrellas en el cielo.

Durante el siglo XVIII uno de los objetivos de los estudios astronómicos fue el de calcular las distancias en el universo. El sistema de medición fue la paralaje en donde se mide el movimiento de una estrella con respecto a las estrellas vecinas cuando se observa desde dos puntos diferentes. La primera distancia a una estrella medida con este método fue realizada por Friedrich Bessel (1784-1846) en 1838 fue a 61 del Cisne (constelación) obteniendo una distancia de 11 años luz y, posteriormente, Alfa Centauro con una distancia de 4,3 años luz.

La astronomía en el siglo XX

La teoría heliocéntrica llega al siglo XX en todo su esplendor, el sol es el centro del universo y todo gira alrededor de él incluidos todos los objetos del espacio profundo dentro de los cuales se encontraban unas nebulosas muy especiales llamadas nebulosas espirales.

El descubrimiento y estudio de las estrellas variables (estrellas que varían en brillo periódicamente), iniciado principalmente por Harlow Shapley (1885-1972) llevó a descubrir un tipo especial de ellas cuya característica era que los cambios de brillo estaban relacionas con su luminosidad intrínseca, como la estrella prototipo se encontró en la constelación de cefeo se les denominó Cefeidas. Al conocer su luminosidad de un objeto celeste basta aplicar la ley del cuadrado inverso que dice que el brillo disminuye de acuerdo al cuadrado de la distancia para calcular la distancia a la que se encuentra del observador. Shapley encontró que los cúmulos globulares, grupos de millones de estrellas que forman un cumulo compacto y redondo que giran alrededor de los centros galácticos, están mucho más alejados del Sol que del centro de la galaxia y de esta manera el sistema solar debería estar localizado en la periferia lejos del centro del universo alrededor del cual giran los cúmulos globulares y los demás astros observados.

Edwin Hubble (1889-1953).

A principios del siglo pervivía la teoría de los universos isla esbozada por Kant en la cual las nebulosas espirales eran universos islas separados de la vía láctea a la cual pertenecía el sol, esta teoría fue fuertemente apoyada por Herschel pero no se tenían pruebas que la sustentaran. Estas pruebas llegarían a partir de las observaciones de Edwin Hubble (1889-1953) realizadas en el observatorio de Monte Wilson.

Hubble, el 19 de febrero de 1924, escribió a Shapley su contradictor quien defendía la existencia de una sola galaxia: «Seguramente le interesará saber que he hallado una variable cefeida en la nebulosa de Andrómeda». De esta manera se reveló que las nebulosas espirales no eran simples cúmulos de gas dentro de la vía láctea sino verdaderas galaxias independientes o como Kant describió «universos isla».

Durante esta época Albert Einstein expuso su Teoría de la Relatividad General de la que se deduce que el universo no es estático sino que se expande, Einstein sin embargo le introdujo una constante llamada cosmológica para «detener» la expansión y adecuar su teoría a los conocimientos del momento.

Los descubrimientos de Hubble estimularon el estudio de las nebulosas espirales, el joven Vesto Slipher quien trabajaba en el observatorio Lowell bajo las órdenes del tristemente célebre Percival Lowell, estaba encargado de su estudio, durante sus investigaciones encontró que dichas nebulosas espirales tenían un corrimiento al rojo persistente en sus espectros (un objeto que se aleja del observador alarga las longitudes de onda por él emitidas corriéndose hacia el rojo en el espectro estudiado). Sin embargo Slipher no encontró la explicación a su hallazgo. En un trabajo independiente Hubble al medir las distancias de 25 galaxias encontró una correlación directa entre su distancia y el grado de corrimiento o en otras palabras la velocidad a la que se alejan.

Expansión del universo.

El hombre que fusionó los resultados de la investigaciones de Slipher, Hubble y Einstein fue un matemático sacerdote llamado Georges Lemaitre (1894-1966) quien en 1927 publicó un artículo donde desarrollaba la relación del corrimiento al rojo con un universo en expansión. Cuando su artículo se divulgó la comunidad científica concluyó que si el universo se encuentra en expansión alguna vez debió estar unido en un punto de luz al cual llamó singularidad o «átomo primordial» y su expansión «gran ruido». El astrónomo Fred Hoyle (1915-2001) —contradictor de esta teoría— la llamó despectivamente «Big Bang», que es como se conoce en la actualidad a la teoría más aceptada como origen del universo.

Si se tiene que el universo se expande hacia todos lados a partir de un momento inicial se cree que esta expansión puede ser constante o detenerse en algún momento determinado, una u otra posibilidad dependerá de la cantidad de materia presente en el universo y si la fuerza de gravedad entre ella será suficiente para contraer la materia o no, esta cantidad no se ha determinado. En la actualidad se ha demostrado que la expansión del universo se está acelerando. Estos últimos hallazgos aún están bajo intenso estudio para lograr aclarar el futuro del universo, nuestra galaxia, nuestro Sol y nuestra casa, la Tierra.

La astronomía en el siglo XXI

En la actualidad sabemos que habitamos un minúsculo planeta de un sistema solar regido por el Sol que avanza en el primer tercio de su vida y que está localizado en la periferia de la Vía Láctea, una galaxia espiral barrada compuesta por miles de millones de soles, que posee como las demás galaxias un agujero negro súper masivo en su centro y que forma parte de un conjunto galáctico llamado Grupo Local, el cual, a su vez, se encuentra dentro de un supercúmulo de galaxias. El universo está constituido por miles de millones de galaxias como la Vía Láctea y se le ha calculado una edad entre 13 500 y 13 900 millones de años, y su expansión se acelera constantemente.

Muchos adelantos científicos y técnicos nos abren nuevas ventanas al estudio del espacio: tenemos poderosos telescopios terrestres y orbitales, sondas interplanetarias llegan a los confines del sistema solar y robots se encuentran en la superficie de otros mundos aumentando la capacidad del hombre de su maravilloso entorno astronómico.

Véase también

• Astrofísica
• Arqueoastronomía