lunes, 21 de diciembre de 2009

6 Cosmología Heliocéntrica

La idea de que la Tierra no era el centro del universo había empezado de nuevo a tomar cuerpo. Lo que muchos habían pensado, sin atreverse a expresarlo. El astrónomo Nicolás Copérnico tuvo la audacia de postularlo el año l543, debilitando sustancialmente la visión cosmológica geocéntrica del universo imperante en la época. En pugna con el antropocentrismo y con los prejuicios vigentes, este extraño monje, si bien es cierto con prudencia y gran cautela, dejó durante cuarenta años sin publicar sus observaciones sobre lo que más tarde se llamó el sistema heliocéntrico o copernicano. Degradó la Tierra, calificándola como un simple planeta que orbita alrededor del Sol. Este importante cambio introdujo una explicación muchísimo más simple para los movimientos observados de los planetas, a costa del rechazo de la sensación intuitiva de que la Tierra no se movía.

Nicolás Copérnico; polaco de origen, nacido en Torún en 1473, educado en Polonia e Italia, era un canónigo y hombre de mucha cultura, sabía cómo la Iglesia acogería sus heréticas afirmaciones. Recién el día de su muerte pudo recibir y tener en sus manos el primer ejemplar de su obra titulada «Sobre las Rotaciones de los Cuerpos Celestes». Es indudable que la inmensa mayoría no comprendió lo que el gran hombre había escrito, en parte por falta de imaginación y en parte por desconocimiento de las nociones matemáticas por él empleadas. La postulación copernicana era bien clara: "El centro del universo no es la, Tierra, es el Sol, el astro rey, y alrededor suyo giran los planetas, algunos de los cuales, al igual que la Tierra, tienen sus propios satélites".

Copérnico, en el sistema que propuso para explicar el movimiento de los planetas, considera al Sol el centro del sistema, con todos los planetas girando a su alrededor, la Tierra también la considera un planeta que gira en torno de un eje en 24 horas y se traslada en torno al Sol en un año. Este modelo de universo se conoce como el «sistema heliocéntrico», por tener el Sol como centro. No difiere en concepción al propuesto antes por Aristarco de Samo, pero Copérnico no tan sólo propone la idea, sino que elaboró totalmente el modelo matemático para describir los movimientos planetarios basado en un sistema heliocéntrico. Con Copérnico las llamadas estrellas fijas dejan de tener que girar en tomo a la Tierra en 24 horas. Básicamente, Copérnico en la construcción de su sistema traslada toda la descripción del universo y sus movimientos, de la Tierra al Sol. La esfera última de las estrellas fijas marca el límite del mundo al igual como se fija en el geocentrismo cosmológico. La gran diferencia que se establece entre el modelo geocéntrico y el que propugnó Copérnico radica en la recreación que hacen cada uno de ellos del movimiento de los planetas. Si nos referimos al sistema cosmológico de Ptolomeo, vemos que éste introduce todo un conjunto de epiciclos mayores y menores, además de los deferentes; Copérnico, por su cuenta, elimina los epiciclos mayores para explicar el fenómeno de la retrogradación. El movimiento característico o bucle de un planeta es tan sólo aparente, su trayectoria cambia de dirección por efecto del movimiento de la Tierra en su traslación alrededor del Sol.



Gráficos que interpretan los movimientos de retrogradación para planetas exteriores (a) y planetas interiores (b), según el modelo heliocéntrico de Copérnico. En ambos diagramas el bucle es debido a que la Tierra se adelanta o se atrasa en su movimiento con relación al respectivo planeta. Entre A y C, la proyección en las esferas de las estrellas fijas muestra un movimiento hacia el Este; pero entre C y E aparentemente cambia la dirección de su movimiento hacia el Oeste. Al final, entre E y G el planeta retoma su movimiento hacia el Este.

En el caso de los planetas exteriores, sus movimientos de traslación orbital alrededor del Sol les ocupa un período de tiempo menor al que emplea la Tierra en efectuar su propio recorrido sobre su órbita; en consecuencia, ésta se adelanta en el movimiento con respecto a los planetas externos y observará a los mismos formando bucles. Por el contrario, al tratarse de planetas interiores, éstos poseen un período más corto de traslación alrededor del Sol que el que ocupa la Tierra; los planetas se adelantan al movimiento de la Tierra y, observados contra el fondo estelar, entonces formarán los característicos bucles. Copérnico describe a las órbitas planetarias como circulares y, seguramente lo hizo así, debido a que consideraba en su pensamiento que el círculo era la más perfecta de las figuras. Con igual ortodoxia pitagórica admitió la esfericidad de la Tierra que profesaran ya los griegos, la esfericidad de todos los planetas - lo que en realidad no podía saber, ya que carecía de telescopio -, y por último, la esfericidad de todo el conjunto del universo, cosa que aún no hemos podido constatar.

Una vez que Copérnico logró alcanzar una descripción satisfactoria sobre la rotación de la Tierra, y llevadas la puesta y salida de Sol, la Luna y los astros hacia una razón objetiva, se enfrentó a examinar los fenómenos engendrados por la traslación anual de la Tierra que efectúa alrededor del Sol. Esto debería reflejarse en un aparente cambio posicional de las estrellas fijas: fenómeno que nunca fue observado por Copérnico ni por ninguno de sus predecesores. Mas, la intuición de su sagaz cerebro penetró el mutismo de los hechos. Si somos incapaces – explicó – de reconocer el reflejo de la traslación de la Tierra sobre la esfera de las estrellas fijas, es porque ellas están enormemente lejos; vista la órbita terrestre desde tal distancia, parecería casi un punto sin dimensiones. En efecto, se debió algo más de tres siglos después de Copérnico para que los instrumentos otorgaran la posibilidad de descubrir el desplazamiento paraláctico de las estrellas, ya que las enormes distancias a que se encuentran desde la Tierra las hacía inaccesibles a los instrumentos ópticos hasta casi los finales del siglo XIX.



Un Sol dominante.-Influenciados por Copérnico, los autores de este dibujo del siglo XVII hicieron del Sol, no la Tierra, el punto focal de un universo orbitante.

El modelo matemático de Copérnico es algo más preciso que el de Ptolomeo pero, dado que Copérnico no era un destacado observador, las observaciones en que basa su teoría están tomadas en gran parte del propio Ptolomeo. Así el libro de Copérnico no significó un aumento importante en la precisión con que se podían calcular las posiciones del Sol, la Luna y los planetas. El modelo de Copérnico es más simple desde el punto de vista matemático y por ser una descripción correcta fue mucho más fecundo. Sin embargo, no fue de muy rápida adopción. Las razones para ello fueron a lo menos de dos tipos: por una parte el sistema de Copérnico parecía contradecir las Sagradas Escrituras si se las tomaba literalmente y, por otra parte, estaba en desacuerdo con la física de Aristóteles que era el marco de razonamiento de los filósofos de la época. En particular, dentro de la física aristotélica no existía el concepto de inercia, razón por la cual muchos dijeron que era imposible que la Tierra girase en 24 horas porque significa que un punto en el ecuador terrestre se mueve con una velocidad cercana a los 2.000 kilómetros por hora. Argumentaban que seríamos arrojados por los aires, que habría vientos huracanados permanentes, pues el aire se quedaría atrás produciendo grandes vendavales, etc. Por lo tanto muchos de los que no adhirieron al sistema copernicano lo hicieron basándose en argumentos científicos (errados por cierto, pero esa era la ciencia de la época) y no en argumentos teológicos.

Sin embargo, Copérnico no pudo desentenderse de muchas de las venerables características de la visión aristotélica. Las órbitas planetarias seguían compuestas de círculos perfectos, como dignos cuerpos celestiales. Y, a pesar de que la Tierra fue despojada de su ubicación central, nuestro Sol tomó su lugar cerca del centro del universo.
El universo aun era una creación exclusiva para los seres humanos. Tal como afirmó el gran astrónomo alemán Johannes Kepler a finales del siglo XVI, nuestro propio Sol era la estrella más luminosa en el cosmos, pues "si en el cielo existen esferas similares a nuestra Tierra, ¿rivalizamos con ellas acerca de quién ocupa una mejor parte del universo? Si sus esferas son más importantes, nosotros no somos las criaturas racionales más nobles. Entonces, ¿cómo pueden ser todas las cosas por el bien del hombre? ¿Cómo podemos ser los dueños de la obra de Dios?" El universo de Copérnico aun se encontraba limitado por una única capa externa formada por las estrellas. Al igual que Aristóteles, Copérnico también creyó que las estrellas estaban fijas y no cambiaban. Explicó su idea al respecto de la siguiente manera: "El estado de inmovilidad es considerado como más noble y divino que el de cambio e inestabilidad, el que por esa razón debiera pertenecer a la Tierra y no al universo". Como Aristóteles, Copérnico pensaba que los fenómenos terrestres correspondían a un conjunto de leyes, y que los cuerpos celestiales "divinos" se regían por códigos distintos.

Pero en el mismo siglo XVI, finalmente las estrellas fueron liberadas de sus esferas cristalinas y esparcidas por el espacio. En efecto, el astrónomo británico Thomas Digges, discípulo de Copérnico, en el año 1576, publicó bajo el título «Una descripción perfecta de las orbes celestiales», la idea de que las estrellas no estaban sujetas a esfera alguna y que, además, se encontraban esparcidas a lo largo y ancho de la «gran esfera celeste». Esta publicación de Digges provocó un efecto inmensamente liberador en el pensamiento cosmológico. A contar de entonces, las estrellas empezaron a ser consideradas objetos físicos; estarían regidas por las mismas leyes físicas que conocemos para la Tierra.


S-Digges

Sistema del universo según Thomas Digges, de su libro Una descripción perfecta de las orbes celestiales. Las estrellas están esparcidas por el espacio, más allá de la órbita exterior de los planetas.
Ahora, el reemplazo definitivo de la teoría geocéntrica por la heliocéntrica sólo vino hacia fines del siglo XVII, gracias a los trabajos fundamentales de Tycho Brahe, Kepler, Galileo y Newton.
En la vida hay acontecimientos imprevistos que no sólo pueden decidir el destino que los humanos pueden escoger, sino que también a veces esas decisiones pueden llegar a representar una parte del futuro evolutivo de la ciencia. Es el caso de Tycho Brahe, ya que un acontecimiento imprevisto, la aparición en noviembre de 1572 de una nueva estrella en la constelación de Casiopea (La Reina de Etiopía), puso término a su vacilación entre focalizar sus inquietudes investigadoras tras descubrimientos alquimísticos o consagrarse al culto de Urania, la musa de la astronomía y de la geometría. La aparición de esa nueva estrella en el cielo fue la que definió su vocación con claridad.

La brillante nova, una supernova hasta hoy en día la más notable en la historia de esos enigmáticos astros, permaneció visible durante dieciocho meses, y fue observada por Tycho que midió su distancia angular con respecto a las estrellas vecinas, ayudado por un gigantesco y exacto sextante de su propia fabricación e inventiva. Hasta esa fecha, jamás antes el cielo había sido observado con un instrumento de esa exactitud. Las observaciones que pudo realizar Tycho con su famoso sextante lo llevaron a colocar la fulgurante nova en la región de las estrellas fijas, región que, según el modelo geocéntrico y también el de Copérnico, debería estar en perpetua inmutabilidad, sin ofrecer ocasión a ningún cambio físico. Pero, la nueva estrella –primero tan brillante como Venus, después debilitando su resplandor, para finalmente desaparecer– evidenciaba que las zonas superiores del cielo, aquella de la esfera fronteriza, daba lugar a que se produjeran fenómenos cuyas observancias, en esa época, coadyuvaron al aceleramiento del derrumbe teórico del modelo cosmológico geocéntrista que aún imperaba por aquellos años.

En los trabajos de observación que realizó Tycho Brahe, también se dio cuenta que para poder perfeccionar el modelo matemático que describe el movimiento de los planetas en torno al Sol era necesario disponer de observaciones muy precisas de los planetas. Tycho observó el planeta Marte, por veinte años. Hacia fines de su vida fue matemático imperial de Rodolfo II en Praga. Mientras tanto un joven y talentoso matemático alemán llamado Johannes Kepler, cuya vista no le permitía, por haber sufrido viruelas en su niñez, asomarse a un telescopio (que tampoco habría podido adquirir dada su extrema pobreza), y que había adherido a la doctrina copernicana, escribe en 1596 un pequeño libro llamado Misterio Cosmográfico. Kepler envía una copia de su libro a Tycho en Praga quien reconoce el talento de su autor y lo invita a trabajar como su ayudante. Al morir Tycho, Kepler heredó el puesto de Matemático Imperial, y sus valiosas observaciones del planeta Marte, llegando a deducir la forma de su órbita. Después de innumerables tanteos y de interminables cálculos realizados durante muchos años, llegó a colegir sus famosas tres leyes del movimiento planetario. Kepler es el gran legislador del sistema planetario: escribe las leyes del tránsito en el sistema solar.


LEYES DE KEPLER




En 1609 Kepler publica su libro titulado «Astronomía Nova», donde da a conocer las dos primeras leyes del movimiento planetario.

PRIMERA LEY: 




Las órbitas de los planetas son planas. El Sol está en el plano de la órbita. La trayectoria del planeta respecto del Sol es una elipse de la cual el Sol ocupa uno de los focos.

Una elipse es una curva cerrada, simétrica respecto de dos ejes perpendiculares entre sí, con dos focos o puntos fijos (F1 y F2), cuyas distancias tomada desde la curva permanece constante.

SEGUNDA LEY: 




El radio vector que une al Sol y el planeta barre áreas iguales en tiempos iguales.
La segunda ley de Kepler, conocida como ley de las áreas determina que la distancia en que se encuentre con respecto al Sol un planeta genera cambios en la energías potencial y cinética de éste; o sea, un planeta se mueve más rápidamente en su perihelio que en su afelio. Mientras más excéntrica sea la órbita, o sea, con curvas más cerradas, mayor será la diferencia de velocidad en ambos extremos de la órbita.

TERCERA LEY: 

Kepler publica en 1619 su tercera ley del movimiento planetario que se puede enunciar de la siguiente manera:
Los cuadrados de los períodos de revolución en torno al Sol son proporcionales a los cubos de los semiejes mayores de las órbitas.



Nota: La constante k es sólo para el Sol. La constante k para la Tierra es 1,02 x 1013m3/s2.
Se llama eje mayor de una elipse a su mayor diámetro; semieje mayor a la mitad del eje mayor. La tercera ley de Kepler, conocida como ley armónica, dice que la velocidad media con que un planeta recorre su órbita disminuye a medida que el planeta está más y más lejos del Sol. La tercera ley de Kepler muestra que la "influencia" que el Sol ejerce sobre los planetas disminuye con la distancia. ¿De qué forma exactamente? Kepler trató de encontrar una respuesta a esa pregunta pero no lo logró. Es muy posible que hubiese requerido para ello una evolución más avanzada de la física.

Kepler, en el trabajo de sus tres leyes, demostró que todos los planetas se mueven en órbitas elípticas, que pueden ser descritas con detalle mediante simples reglas matemáticas que pasaron a ser llamadas las «leyes de Kepler». En sus famosas «Tablas Rudolfinas», compiló los resultados obtenidos a partir de las observaciones de Tycho Brahe y sus propias teorías. Kepler también fue acusado de herejía; sin embargo, con la perspectiva de los años, podemos apreciar que sus planteamientos fueron los primeros en mostrar, científicamente, la grandeza y la ordenación matemática y geométrica de la Creación. También, y pese a su ceguera, Kepler hizo importantes contribuciones al desarrollo de la óptica.

F. L. Boschke* dice: "Lo que más fascinaba a Kepler eran los movimientos de los planetas alrededor de nuestro Sol. El goce que le inspiraba la observación de su orden maravilloso, probablemente fue lo que le confirió las fuerzas necesarias para sobrellevar su destino. Parecíale que en ello se manifestaban las formas precisas de una divina geometría. La creación se le ofrecía en toda su belleza y parecíale existir de eternidad en eternidad."

Con las leyes keplerianas se empezó a circunscribir el universo en un marco científico que luego ampliaría sus horizontes al comprobarse la existencia de movimientos relativos independientes del Sol respecto a los demás cuerpos celestes.

Para comprender lo fragoso del camino seguido por estos grandes hombres inteligentes y la lucha mantenida con ellos mismos y con el entorno de la época, me parece necesario mencionar que Brahe, si bien aceptó la teoría copernicana, lo hizo sólo a medias, cuidando de no herir sus propias creencias religiosas ni contradecir las Escrituras. Sus contribuciones más importantes se refieren a la observación de la supernova que anteriormente hemos mencionado, y cuya descripción la relata en su obra «De Nova Stella»; a la interpretación de los cometas, y a las posiciones del Sol, la Luna y los planetas, particularmente el planeta Marte. Con respecto a la última contribución señalada, en ella acepta la rotación de los planetas alrededor del Sol, pero la Tierra seguía siendo, según sus esquemas, el centro alrededor del cual el conjunto Sol-planetas giraba.


Mientras Kepler desentrañaba los misterios del cosmos el genial Galileo Galilei, nuestro gran conocido, más que todo por la tragedia que le correspondió vivir y por el símbolo que representa en la lucha por el conocimiento científico, se preocupaba en Italia de construir una nueva física. Con Galileo comienza la física como ciencia. Abandona los trabajos especulativos acerca de los porqué, concentrándose en el cómo ocurren los fenómenos físicos. Galileo adhirió fervorosamente, y según algunos amigos suyos con demasiada ostentación, a las ideas de Copérnico y agregó pruebas irredargüibles a sus verdades. Sin embargo, no se tiene conocimiento de que Galileo haya tenido la ocasión de conocer el trabajo de Digges, ya que en el siglo XVII, siguió subsistiendo la creencia en que la bóveda celeste estaba constituida por un complicado e inexplicable sistema de esferas giratorias. Las estrellas eran la luz del infinito proyectada a través de perforaciones existentes en tales esferas, lo cual muestra cuán vagas e incompletas eran todavía las ideas en discusión y cómo los prejuicios y el sometimiento a los cánones religiosos habían hecho perder a la inteligencia su capacidad de vuelo.

Galileo Galilei, con un modesto telescopio de su propia invención y fabricación, en 1609 observó las manchas solares y las fases de Venus, pruebas definitivas de la movilidad e «imperfección» de los viandantes del espacio. La observación de las fases de Venus (estrella de la tarde) y de los satélites de Júpiter destruyó la creencia aristotélica en la inmutabilidad de las esferas planetarias y sus recorridos y señaló la existencia de otros sistemas semejantes a la Tierra y su Luna, con una familia más numerosa que giraba alrededor de él.
También Galileo realizó una serie de trascendentales experimentos que demostraban que en ausencia de la resistencia del aire todos los cuerpos que caen, independientemente de su tamaño o de su peso, se comportan de forma idéntica. Aceleran -es decir, su velocidad cambia- a un ritmo constante y estandarizado.
A pesar de que la teoría de Copérnico había sido proscrita oficialmente, Galileo publicó en 1632 sus diálogos, después de vencer múltiples dificultades y apelando siempre a su socorrida frase que en muchas ocasiones con ella logró acallar a sus enemigos: "Decidnos cómo se va al cielo, y dejad que os digamos como 'marcha' el cielo". No obstante haber ascendido al Solio Pontificio su muy amigo y científico Urbano VIII, fue obligado por el Tribunal del Santo Oficio a retractarse y, aun cuando salió con vida del proceso, debió permanecer en confinamiento solitario en su villa de Arcetri, en las afueras de Florencia, hasta su muerte permanentemente vigilado. En los últimos años de su vida escribió allí su genial tratado sobre física, en el cual establece las bases de la ciencia moderna.



(*)El libro de Copérnico fue puesto en el índice de los libros prohibidos sólo el año 1916.
(*)« Die Schopfung ist noch nicht zu ende » (« La Creación no ha terminado todavía »)



Fuente: http://www.astrocosmo.cl/h-foton/h-foton-02_03.htm

4 comentarios:

  1. bueno esta informacion es ¡aburridaaaaaaaaaa¡

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  2. esta informacion es muy larga tiene que ser resumida

    pdt:es muy ¡aburridaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa!

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