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Kepler: el descubrimiento de las órbitas elípticas. Newton: La Fuerza de la Gravedad. Lemaître y Hubble: La expansión del Universo.

Creada16-11-2021
Modificada16-11-2021
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Diciembre1

Reseña del Documental Nuestro Lugar en el Universo de la serie Cielos Ancestrales

Nuestro Lugar en el Universo

Documental de la serie Cielos Ancestrales (E3, 2019) en el que se completa la historia de la Astronomía Moderna, el descubrimiento de las órbitas elípticas y de la expansión del Universo.

En 1577, un gran cometa pasó cerca de la Tierra, brillando en el cielo durante más de dos meses. En épocas más antiguas, los pueblos primitivos siempre pensaron que los cometas eran espíritus malignos que auguraban calamidades y desastres. Pero los tiempos estaban cambiando.

La Caída de las Esferas

Tycho Brahe era el astrólogo del rey de Dinamarca. En aquella época, la astronomía y la astrología eran inseparables. Aún se pensaba que los fenómenos astronómicos tenían consecuencias en los caracteres de las personas nacidas en determinadas fechas o en los acontecimientos históricos que ocurrieran.

Con el fin de ser lo más preciso posible en sus predicciones astrológicas, Brahe estudiaba las estrellas, los planetas y sus movimientos, y lo hizo con tal precisión que se convirtió en el mejor astrónomo de su época.

Con los casi ilimitados fondos que le concedía el rey, Brahe construyó un observatorio astronómico en el que, a falta de telescopios, que aún no habían sido inventados, fabricó gigantescos sextantes y compases con los que pudiera anotar con precisión la posición de estrellas y planetas. Cuando observó el cometa de 1577, analizó su trayectoria y pudo determinar con precisión que estaba atravesando la órbita de Venus, lo cual llevó a replantear por completo la estructura del Sistema Solar.

Sea con el sistema Ptolemaico o con el Copernicano, los antiguos astrónomos pensaban que los astros estaban incrustados y sujetos por esferas cristalinas concéntricas. No era una imagen metafórica, CREÍAN que esas esferas existían, y que eran sólidas e impenetrables. Al constatar que la trayectoria del cometa había atravesado esas hipotéticas esferas, no hubo más remedio que admitir que esas esferas, en realidad, no existían.

Saliendo del Círculo

Aún quedaba la primitiva idea de que los astros se movían en círculos perfectos. O epiciclos: Círculos perfectos que rodaban entre círculos perfectos. Era la única forma de explicar que los planetas, a veces, retrocedieran en el firmamento durante unas semanas antes de continuar su viaje a través del campo estelar.

El cálculo de la posición de los planetas a partir la teoría de los epiciclos era sumamente complejo pero, aparentemente, exacto. Sin embargo, la gran precisión de las observaciones de Brahe revelaba que en realidad el sistema no era tan exacto como se creía.

Cuando era niño, Johannes Kepler vio el cometa de 1577 y quiso entender qué era ese fenómeno y cómo se producía. Estudió astronomía y lo que aprendió lo cotejó con las observaciones y mediciones de Ticho Brahe, observando que, al contrario de los demás planetas, el movimiento del cometa no era un círculo. Se preguntó por qué y entonces se le ocurrió: ¿Y si los planetas no se movían en círculos perfectos, sino en alguna otra figura geométrica?

Constató que si los planetas se movieran en elipses, su movimiento sería más fácil de calcular y predecir. No sólo eso, también se resolvían todas las variaciones y diferencias que se encontraban entre los cálculos y las observaciones más precisas. Llegó a la conclusión de que, en realidad, los planetas orbitaban en elipses, y desarrolló tres leyes matemáticas muy simples, las Leyes de Kepler, que describían perfectamente el movimiento de los planetas.

Publicó sus conclusiones en 1609 en un libro titulado Astronomia nova, coincidiendo con la invención del telescopio.

Sus leyes del movimiento de los planetas y su método de cálculo, sin necesidad de usar los complejos epiciclos, fue adoptado por toda la comunidad astronómica. Pero seguía siendo una teoría.

La Caída de los Planetas

En el siglo XVII, Isaac Newton se propuso reescribir todos los libros de texto de ciencias. Estudió filosofía, ciencia, matemáticas, física, astronomía, incluso alquimia, la ciencia precursora de la química.

Él entendía que las leyes que regían el movimiento de los planetas habían sido establecidas por Dios, y había que comprenderlas para conocer Su plan divino. Su golpe de genialidad fue preguntarse si las leyes que regían el movimiento de los astros en el cielo serían las mismas que regían el movimiento de los cuerpos aquí en la Tierra. Y concluyó que sí.

Determinó que en la Tierra existe una fuerza que atrae todos los cuerpos hacia abajo, hacia el centro de la Tierra, y que los astros se movían atraídos entre sí por la misma fuerza que cada uno ejercía sobre los demás cuerpos que le rodeaban.

Había descubierto la Fuerza de Gravedad.

En 1680 pudo verse un cometa surcando los cielos, y otro en 1681. Los astrónomos se preguntaban si eran dos cometas distintos o era el mismo que había pasado dos veces. Usando su recién descubierta fórmula de la gravedad, Newton pudo demostrar que era el mismo cometa, que procedente de la zona exterior del Sistema Solar había entrado en la zona interior, había dejado de ser visible durante varios meses al estar por detrás del Sol y ahora estaba regresando, alejándose del Sol, pero siendo frenado por éste hasta llegar, muchas décadas más tarde, a la misma distancia del Sol de la que procedía. Y que más adelante volvería a caer hacia el interior del sistema solar en un ciclo eterno.

Navíos Perdidos

En 1707, un error de navegación hizo que una flota mercante inglesa se estrellara, en su viaje de vuelta, en las islas Sorlingas. Fue la mayor tragedia marítima de toda la historia, con más de 2.000 marinos muertos.

No sabían dónde estaban.

Desde los orígenes de la navegación, cuando un barco se adentraba en altamar y perdía de vista la costa, no tenían referencias que les permitieran conocer su posición. Se orientaban por la posición de la salida y puesta del Sol o la Luna, y por la noche por la posición de las estrellas, especialmente por la Estrella Polar, que siempre estaba al Norte.

Aprendieron a usar sextantes con los que medían el ángulo formado por la Estrella Polar sobre el horizonte, y eso les permitía averiguar, con bastante precisión, su latitud, su posición Norte-Sur. Pero su longitud, la posición Este-Oeste, era imposible de averiguar.

Relojes en el Océano

En el siglo II aC, el matemático griego Hiparco de Nicea teorizó que si se pudiera saber la hora con exactitud, la hora de la salida o la puesta del Sol permitiría conocer la longitud, pero en esa época no existían relojes que tuvieran suficiente precisión para conseguirlo. El invento de los relojes de péndulo permitía medir con bastante precisión el tiempo, pero sólo funcionaban en tierra firme. En alta mar, con el balanceo del barco, los relojes de péndulo perdían muchísima exactitud.

Tras la catástrofe de 1707, en 1714 la corona inglesa ofreció una gran recompensa a quien pudiera descubrir un método que permitiera descubrir la longitud en alta mar.

El ebanista John Harrison era un apasionado de los relojes, y se propuso resolver el problema.

Reloj Marino de Harrison

Construyó un reloj con DOS péndulos que oscilaban solidariamente en sentido contrario, de tal manera que cualquier balanceo del barco que alterara el movimiento de un péndulo alteraría en sentido opuesto el contrario. El resultado sería que, en la práctica, no se producirían alteraciones en la velocidad del reloj.

Su precisión era tal que sólo tenía un margen de error de 3 segundos al día.

Pero Harrison quería más.

En 1750 consiguió diseñar el primer reloj compacto, en el que los péndulos eran sustituidos por un anillo pesado, sujeto por un muelle en espiral, que rotaba a la izquierda y luego a la derecha en un ciclo muy rápido, mucho más rápido que el balanceo del barco, por lo que la velocidad de oscilación no se vería afectada en alta mar.

Su nuevo modelo se puso a prueba en 1764, funcionó, y pronto fue instalado en la mayoría de los barcos británicos.

Y, conociendo la hora exacta, se podía calcular la longitud en alta mar.

El Sexto Planeta

A mediados del siglo XVIII se estaban construyendo en todo el mundo numerosos telescopios, cada vez más grandes y precisos, con el fin de observar los astros.

Telescopio de William HerschelWilliam Herschel y su hermana Carolina Herschel diseñaron y construyeron varios telescopios, cada uno más grande y potente que el anterior, y con ellos catalogaron y descubrieron miles de estrellas. En 1781 observaron una estrella, pero en sucesivas noches descubrieron que se desplazaba respecto al fondo estelar. Habían descubierto un nuevo planeta, al que más adelante conoceríamos como Urano. Inicialmente lo dedicó al rey de Inglaterra, el cual le recompensó con fondos suficientes para construir su último y mayor telescopio.

La primera noche que lo usó, descubrió dos nuevas lunas de Saturno, Encélado y Mimas.

La Ciencia en la Literatura

Los descubrimientos realizados gracias a la invención del telescopio dispararon la imaginación de científicos y literatos, dando origen a un nuevo género literario: la Ciencia Ficción. Su máximo exponente en el siglo XIX fueron las obras de Julio Verne. Su serie de Viajes extraordinarios, iniciada con Cinco semanas en globo, continuó con numerosas obras en las que anticipaba nuevos vehículos, aún no inventados ni imaginados por la mayoría de la gente. El Submarino, la Televisión, el Helicóptero, y en un alarde de imaginación, el viaje a la Luna.

En esta última obra, Verne narra un hipotético viaje de unos astronautas que son lanzados al espacio, recorren la distancia a la Luna, la orbitan y regresan a la Tierra, amerizando en el océano. Sorprendentemente, Verne hace que la nave sea lanzada desde Florida y el regreso es sobre la fosa de las Marianas, los mismos lugares de los que un siglo más tarde partirían y amerizarían las misiones Apolo.

Verne no previó la invención del cohete, por lo que el lanzamiento se realizaba con un gigantesco cañón, pero aún así llegó a exponer las fórmulas matemáticas que permitían calcular la velocidad que debía alcanzar un proyectil para escapar de la gravedad de la Tierra.

Los Canales de Marte

En 1877, el planeta Marte llegó a estar excepcionalmente cerca de la Tierra, y el astrónomo Giovanni Schiaparelli aprovechó para realizar las observaciones más precisas de su superficie hasta la fecha.

Describió lo que creyó que eran mares y continentes, y algunas líneas que surcaban el paisaje a las que llamó canales. Y la imaginación hizo que el público pensara que se trataba de canales artificiales, construidos por una hipotética raza marciana. La posibilidad de que existieran seres extraterrestres inspiró una serie de obras en las que vinieran a visitarnos, quizás como amistosos vecinos o, más frecuentemente, como enemigos invasores.

De nuevo, tal como en la prehistoria de la astronomía, el cielo se pobló de seres sobrenaturales y monstruos.

La Expansión del Universo

A principios del siglo XX ya sabíamos que el Sol era una de las millones de estrellas que poblaban la Vía Láctea, aunque aún ignorábamos su tamaño y forma. Y pensábamos que más allá de la Vía Láctea sólo había espacio vacío.

El mismo Albert Einstein pensaba que el Universo era finito y estático, y que siempre había sido y seguiría siendo así. Pero a partir de las ecuaciones de Einstein, el sacerdote Georges Lemaître las desarrolló y llegó a la conclusión de que el Universo no podía ser estático, sino que debía estar expandiéndose. Einstein pensó que Lemaître debía estar equivocado, y corrigió sus fórmulas para incorporar un elemento que eliminaría la posibilidad de la expansión. Pero fuera cual fuera la teoría correcta, hacía falta demostrarlo.

Por esa época, Edwin Hubble estaba trabajando como astrónomo en el observatorio de Monte Palomar. Con un telescopio reflector de 100 pulgadas, el mejor de su época, estudió las nebulosas, unos puntos luminosos que llevaban siglos confundiendo a los astrónomos, pues eran más grandes que las estrellas, aunque brillaban de forma similar.

Al fijar su atención en la nebulosa de Andrómeda descubrió que no era, como se creía, una nube de gas, sino una inmensa colección de estrellas. Al calcular su distancia, comprobó que se encontraban mucho más lejos que cualquier otra estrella de nuestra galaxia. Andrómeda era OTRA galaxia, más allá de nuestra galaxia, la Vía Láctea.

Al estudiar otras muchas galaxias, y estudiar sus espectros luminosos, observó que en la mayoría la luz estaba desplazada hacia el rojo, lo que indicaba que se estaban alejando de nosotros. Es como el sonido, la sirena de una ambulancia o un tren cuando se acerca se oye más aguda, pero la misma sirena al alejarse se oye más grave. Con la luz ocurre lo mismo, si una estrella se acerca hacia nosotros su luz se volverá más azul. Si se aleja, se volverá roja.

Midiendo la distancia de unas 40 galaxias y la velocidad a la que se acercaban o alejaban de nosotros, constató que, excepto las más cercanas, TODAS las galaxias se estaban alejando, y mientras más lejanas, a más velocidad.

Lemaître tenía razón: El Universo se estaba expandiendo.

El Origen del Universo

Si el Universo se estaba expandiendo, cabía preguntarse cómo, desde dónde y por qué, empezó a expandirse.

Por lógica, en el pasado las galaxias estaban más cerca las unas de las otras. Y más en el pasado, aún más cerca. En algún momento TODA la materia del Universo debió estar concentrada en un lugar muy pequeño, según Lemaître del tamaño de un átomo, un Átomo Primigenio que en algún momento estalló y comenzó a expandirse. Y ese es el origen de nuestro Universo.

Cientos de Miles de Millones de Galaxias

Ha pasado casi un siglo desde que Hubble y Lemaître cambiaron nuestro concepto del Universo. Desde entonces hemos construido mejores telescopios, y algunos han sido instalados en el espacio, por encima de las interferencias atmósfericas.

Fondo de Estrellas del HubbleEl más famoso de estos telescopios es el Hubble, que en 2012 tomó una imagen del Campo Profundo Extremo del Hubble, una imagen tomada en un lugar en el que no se veía nada, ninguna estrella, ni nebulosa ni galaxia, pero que al mantener la cámara fija en ese punto aparentemente vacío reveló que en realidad estaba repleto de pequeñas y muy lejanas galaxias.

Actualmente calculamos que existen, como mínimo, Cien Mil Millones de Galaxias en el Universo, cada una con cien mil millones de estrellas. Y aún más.

Según unos cálculos que hice hace algún tiempo (ver La Ciencia de la Gran Onda), estimo que en realidad hay cien veces más, alrededor de 10 Billones de galaxias.

Y mientras más lejos está una galaxia, más antigua es la luz que recibimos. La luz ha tardado tanto en llegar hasta nosotros que no las vemos tal como son hoy en día, sino como eran en el momento en que emitieron esa luz, hace miles de millones de años, más cerca del origen del Universo que de la actualidad.

Actualmente pensamos que ese origen tuvo lugar hace 13.800 Millones de años.

El Próximo Gran Telescopio

En la cima de un monte en el desierto de Atacama se está construyendo el telescopio óptico más grande del mundo. Está previsto que termine de construirse en 2025.

Tiene un reflector de 39 m de diámetro, cuatro veces más que los mayores telescopios actuales. Permitirá VER planetas en otras estrellas. Permitirá ver estrellas individuales en otras galaxias, analizar su composición y, según su distancia, la época en la que esa luz fue emitida hacia nosotros.

Podremos reconstruir gran parte de la Historia del Universo, saber cuáles eran los materiales de los que se formaron estrellas y galaxias y como su composición ha cambiado a lo largo de la historia.

Antiguamente, para explicar los misterios del Universo, inventábamos mitos de dioses y monstruos. Hoy buscamos explicaciones naturales, y con la ayuda de las ciencias, las matemáticas, la física y la ingeniería de la construcción de telescopios, estamos más cerca de comprender, realmente, cómo funciona el Universo.

Ver Ficha de Nuestro Lugar en el Universo de la serie Cielos Ancestrales

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