jueves, 21 de diciembre de 2017

Qué pasó en realidad en la historia de la cosmología


Para completar el artículo de la semana pasada, voy a hacer aquí un resumen de la historia de la Cosmología, desde los griegos hasta el cambio de paradigma que tuvo lugar en los siglos XVI y XVII.
Elementos básicos de la astronomía de Ptolomeo, con un planeta en un epiciclo (círculo de puntos pequeño), un deferente (círculo de puntos grande), el excéntrico (X) y el ecuante (punto negro).
  • La cosmología griega (con la excepción de Aristarco de Samos) puso a la Tierra en el centro del universo. Platón y, sobre todo, Aristóteles establecieron la idea de que, como el cielo es perfecto, las órbitas de los planetas tenían que ser exactamente circulares, pues para ellos la circunferencia es la curva más perfecta de todas.
  • El modelo griego explicaba bien los movimientos del sol y la luna, y por tanto permitía predecir los eclipses, pero tuvo un problema con los movimientos retrógrados de los planetas entonces conocidos (Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno). Tres siglos antes de Cristo, Apolonio de Pérgamo propuso que las órbitas de esos planetas son epiciclos, circunferencias centradas en otra circunferencia (el deferente), que a su vez gira alrededor de un punto situado cerca de la Tierra, pero fuera de su centro (el excéntrico).
  • Claudio Ptolomeo formalizó y perfeccionó el sistema cosmológico ideado por los grandes filósofos y astrónomos griegos, y compiló datos experimentales. Para conciliar la teoría con los datos, Ptolomeo añadió el ecuante a los epiciclos y los deferentes: un punto alrededor del cual los planetas giran con velocidad angular constante. Para explicar su sistema, Ptolomeo escribió un texto de cosmología (llamado Almagesto, por su nombre árabe) que se utilizó como texto básico de astronomía durante casi un milenio y medio.
  • Copérnico constató que el cálculo de las órbitas de los planetas para adaptarlo a los datos experimentales es más sencillo si se pone al sol en el centro y la Tierra pasa a ser un planeta que gira, como los otros, alrededor del sol. En definitiva, como dije en el artículo anterior, esto es un simple cambio del sistema de referencia. La física subyacente es la misma. Además, como Copérnico decidió conservar las órbitas circulares de Aristóteles, su sistema, aunque hace más sencillos los cálculos, seguía necesitando epiciclos y deferentes, eso sí, más pequeños que los de Ptolomeo.
  • Tratando de mantener el equilibrio entre los dos sistemas, Ptolemaico y Copernicano, Tycho Brahe propuso un sistema intermedio, en el que los cinco planetas girarían alrededor del sol, mientras el sol y la luna (el primero arrastrando a los planetas) girarían alrededor de la Tierra.
  • Johannes Kepler, discípulo de Tycho Brahe, realizó la primera propuesta realmente revolucionaria, al afirmar que las órbitas de los planetas no son circulares, sino elípticas, con el sol en uno de los focos. Este cambio supuso la eliminación total de epiciclos y deferentes y la adaptación perfecta de los datos experimentales y los calculados. Kepler descubrió otras dos leyes empíricas que describen la velocidad cambiante de los planetas al desplazarse por esas órbitas elípticas, y el tiempo total que tardan en recorrerlas.
  • La aportación de Isaac Newton consistió en la aplicación a los movimientos de los cuerpos celestes de las nuevas leyes de la mecánica, descubiertas por los investigadores medievales franceses e ingleses y mejoradas por otros investigadores, como Galileo Galilei. Al hacerlo, dedujo teóricamente las tres leyes experimentales de Kepler, lo que dio a su sistema el espaldarazo científico.
  • Los dos sistemas cosmológicos alternativos, el de Tycho Brahe mejorado con las órbitas elípticas de Kepler alrededor de dos centros distintos (el sol y la Tierra), y el de Copérnico, igualmente mejorado con dichas órbitas elípticas y con un solo centro (el sol) son totalmente equivalentes, pues sólo difieren porque se basan en distintos sistemas de referencia, algo que, según mostró Galileo, es irrelevante. A lo largo del siglo XVII fue imponiéndose el de Copérnico, por ser más sencillo (un solo centro es más sencillo que dos), pero la demostración de que ese era el sistema de referencia correcto (o sea, la demostración de que la Tierra se mueve realmente alrededor del sol) tuvo que esperar al siglo XIX. En 1838, el matemático y astrónomo Friedrich Bessel descubrió que la estrella 61 Cisne presenta un paralaje visible, o sea, que su movimiento aparente en el cielo describe a lo largo del año una pequeña elipse, reflejo de la elipse que recorre la Tierra alrededor del sol.

Paralaje estelar por el movimiento de la Tierra
Conclusión: el verdadero cambio copernicano en la cosmología occidental no lo realizó Copérnico, sino Kepler, que fue el primero que se atrevió a oponerse al dictum aristotélico que forzaba a todos los cuerpos celestes a recorrer circunferencias perfectas. Pero la así llamada cosmología newtoniana no fue obra de uno solo, sino el resultado de la colaboración de muchos. Como dijo Newton, si he logrado ver tan lejos, es porque he subido a hombros de gigantes. ¿Quienes fueron los gigantes? Platón, Aristóteles, Apolonio, Hiparco, Ptolomeo, Buridan, Oresme, Copérnico, Tycho Brahe, Kepler, Galileo, y muchos otros que no tenemos sitio para nombrar aquí.

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Manuel Alfonseca
Feliz Navidad para todos

8 comentarios:

  1. Muchas gracias por el post. Quería pedirle si podía explicar un poco más la aportación de Bessel, pues no la acabo de relacionar.
    Un saludo.

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    1. Lo que descubrió Bessel fue que la estrella 61 Cisne describe, respecto a las estrellas más lejanas que tiene detrás, una pequeña elipse de período igual a un año exacto. Por lo tanto, ese movimiento no era propio de esa estrella, sino de la Tierra, girando alrededor del sol y proyectado sobre la estrella, ya que está bastante próxima a nosotros, tal como indica la figura adjunta al artículo. Fue la primera demostración astronómica de que la Tierra se mueve alrededor del sol.

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  2. Muchas gracias por la claridad, marca de la casa.
    Me gustaria saber cuánto hay de cierto en lo que oí en un documental, que los cambios en las orbitas de la Tierra alrededor del sol, junto con las modificaciones en la posición del eje de rotación de nuestro planeta, bastarían para justificar los cambios climáticos observados a lo largo de las distintas eras geológicas

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    1. Aunque eso sería tema para otro artículo, la Wikipedia española lo explica bastante bien:
      https://es.wikipedia.org/wiki/Paleoclimatolog%C3%ADa

      Lo más probable es que no se trate de una función de una o dos variables, sino de muchas, aunque se nota cierta correlación entre la llegada de rayos cósmicos a la Tierra y la temperatura, con una granularidad de millones de años. Además de los factores que citas y los rayos cósmicos hay que tener en cuenta también la posición de la Tierra en la galaxia (que oscila alrededor del plano central), la composición de la atmósfera, la radiación solar (que cambia a lo largo del tiempo) y la distribución de continentes y océanos. La mayor parte de estos factores oscilan con ciclos muy largos, la composición de la atmósfera es quizá el factor que puede causar cambios más rápidos, como estamos viendo.

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  3. Hola tengo, que volver a reescribir de nuevo mi comentario, porque se ha borrado felicito al autor por su artículo. Yo le hable al autor de un libro "Los Jesuitas y la ciencia" de Agustín Udías Vallina, y parece, que decían, que se sentían más cómodos con el modelo de Tycho Brahe, aunque se podía estudiar el modelo de Copernico, al menos como algo teórico. Oí, o creí leer que Arístarcos fue rechazado por los griegos por proponer su modelo heliocéntrico, y respecto a Kepler por contar una anécdota contó con la protección del siempre interesante emperador Rodolfo II, que era más raro, que un perro verde.
    Nada más felicitar al señor Alfonseca, y leeré sus artículos con gran interés.

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  4. Buena información, muchas gracias y feliz navidad.

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