La Historia de la Astronomía

Estudios realizados por paleontólogos y antropólogos en diferentes tribus parecen demostrar la necesidad de las sociedades por guardar un registro de los sucesos del firmamento a fin de obtener conocimiento acerca de sucesos tales como las estaciones de migración de las aves, la recursión de los períodos menstruales o la necesidad de orientación. Se han encontrado cientos de rudimentarios calendarios, con una antigüedad de unos 30.000 años, en lugares tan distantes como América, África, Europa o el extremo oriente.

Alrededor de 10.000 años atrás el sedentarismo y el cultivo hicieron su aparición, y se hizo necesario el conocimiento de las estaciones climáticas, y consecuentemente una sofisticación de los calendarios. Sucesos tales como las crecidas anuales de ciertos ríos como el Nilo obligaron a establecer cuentas de 365 días para la duración de un año, cuentas que fueron refinándose hasta alcanzar los actuales 365 días y 1/4. De una somera observación celeste se desprende la existencia de un polo celeste, una estrella polar, el cenit, el ecuador celeste y la eclíptica, todos ellos ya conocidos por las civilizaciones asiáticas antiguas, en particular asirios y babilónicos, y las civilizaciones chinas.

Los babilónicos, alrededor del 3000 a.C, se mostraban convencidos de la influencia de los cuerpos celestes en la vida humana. Advirtieron la diferencia entre un fondo de estrellas que consideraron fijas y un pequeño grupo de astros que se mueven a simple vista (El Sol, la Luna y los planetas). Dividieron el firmamento en doce sectores, cada uno de ellos distinguible según la constelación característica que en él se encuentra. Utilizaron un sistema sexagesimal que aún hoy en día se utiliza: nuestra numeración sexagesimal de distancias angulares y tiempo derivan directamente del antiguo calendario babilónico de 360 días anuales. La observación de los movimientos solares con relación a las estrellas fijas reveló que el Sol recorre las doce constelaciones del Zodíaco en un largo lapso de tiempo, con lo que se obtuvo la noción de año y la distribución del mismo en doce meses.

La regularidad de los movimientos celestes y su coincidencia con acontecimientos terrenos indujo a los sabios a crear un pensamiento mítico, en el que éstos ocurren por voluntad de aquellos, convertidos en dioses. Así, el estudio de la mecánica celeste permitía no sólo estudiar la voluntad de los dioses, sino desentrañar el destino de los hombres, que es lo que hoy en día se conoce como astrología. Con el surgir del pensamiento racional en Asia menor se consigue separar en parte el estudio matemático del movimiento de los astros (la mecánica pura) de sus implicaciones teológicas y cosmogónicas, aunque siempre estará supeditada a ellas. En este contexto surgen en la antigua Grecia los primeros modelos de mecánica celeste.

Uno de los primeros en aplicar la geometría al estudio del cosmos es Tales de Mileto, quien pudo predecir un eclipse de sol. Entre sus discípulos destaca Anaximandro, quien construyó mapas astronómicos y geográficos e intentó, infructuosamente, medir la distancia relativa entre la Tierra, el Sol y la Luna.

Pitágoras (570-480 a.C.), observando la zona de sombra de las distintas fases de la Luna y sus cambios de curvatura, afirmó que era una esfera, y por analogía supuso que la tierra también sería una esfera, que situó en el centro del universo. Sus doctrinas se propagaron en torno a una escuela de discípulos cuya influencia fue considerable durante varias décadas. Los pitagóricos propusieron un modelo cosmológico en el que la tierra se mueve igual que el sol y la luna, alrededor de un centro ígneo cuya fuerza controla el movimiento de la tierra y los astros. La figura de la esfera como elemento geométrico perfecto, reflejo de la perfección divina, es recurrente en todos los modelos cosmológicos hasta épocas renacentistas. Así, desde el centro se encontraban las esferas correspondientes a la tierra, la Luna, el Sol, los cinco planetas conocidos (Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno) y la esfera de las llamadas estrellas fijas. Para completar el número en diez elementos (que consideraban sagrado y supone un ejemplo de lo supeditadas que se encuentran las observaciones a los modelos cosmológicos) introdujeron la anti-tierra, objeto que compensaría el movimiento terrestre alrededor del centro. Esta idea, que se anticipaba a las teorías copernicanas en 2000 años, no fue aceptada por la ausencia de evidencias a su favor, como argumentó Aristóteles.

Anaxágoras, a quien se atribuye la explicación de la verdadera causa de los eclipses, observó durante los eclipses de Luna que la sombra de la Tierra era la de una esfera. Sostuvo que el Sol no era sino una mera piedra incandescente, y por este y otros motivos políticos fue acusado de impiedad y expulsado de Atenas.

Eudoxo (408-355 a.C.) y su discípulo Calipo (330 a.C.) propusieron la teoría de las esferas homocéntricas, una teoría capaz de explicar la cinemática del sistema solar. La teoría señalaba que los planetas giraban en esferas perfectas, estando los polos situados en otra esfera, que a su vez tenía sus polos en otra esfera. Cada esfera giraba regularmente, pero la combinación de las velocidades y la inclinación de una esfera en relación a la siguiente daba como resultado el movimiento irregular de los planetas que se percibe. Para explicar los movimientos necesitaba 24 esferas. Calipo abundó en el mismo modelo e introdujo mejoras en sus resultados, complicándolo con 34 esferas.

Aristóteles (384-322 a.C.) rechazó las tesis pitagóricas y colocó la tierra en el centro del universo. No obstante, su modelo cosmológico incluía varias ideas acertadas. Aceptó que la Luna era una esfera por su zona no iluminada. Aceptó también que la tierra es esférica, "pues cuando se viaja hacia el Norte, las estrellas del sur desaparecen bajo el horizonte y aparecen más estrellas en el Norte, lo que no ocurriría si la tierra fuese plana". Argumentó que el Sol se encuentra más lejos de la Tierra porque "en su fase creciente la luna pasa entre el sol y la tierra". Acerca del movimiento terrestre, dijo que "si la tierra se moviese deberíamos ver cambios en las configuraciones de las estrellas", lo que no se observa a simple vista o durante la duración de una vida humana (el ahora llamado paralaje estelar fue finalmente observado en 1838). Su modelo de universo era análogo al de Calipo, aunque contaba con cincuenta y cuatro esferas.

Aristarco de Samos realizó una estimación de los tamaños relativos y las distancias basándose en la geometría de las fases lunares, y aunque cometió un error considerable en sus estimaciones, su metodología supuso un avance considerable en la utilización de la geometría con fines astronómicos. Al medir los tamaños relativos de la tierra, el Sol y la Luna observó que el sol era unas siete veces mayor que la tierra y dedujo que el sol debía encontrarse en el centro del universo, ganándose las airadas críticas de sus contemporáneos.

La primera medida mínimamente rigurosa de una distancia cósmica la realizó Eratóstenes de Cirene, hacia el 240 a. C. Encargado de la Biblioteca de Alejandría, sus observaciones geométricas le permitieron deducir el tamaño de la tierra. Su deducción está basada en el hecho de que en el mediodía del 21 de Junio el sol se encuentra directamente encima de la ciudad de Syena, en Egipto, y tiende un arco de siete grados y medio sobre Alejandría. Conociendo la distancia entre ambas ciudades dedujo el diámetro terrestre con una precisión asombrosa (12.870 km frente al valor aceptado de 12.756). Desgraciadamente, este dato no trascendió, y sí lo hizo un experimento análogo llevado a cabo por Posidonio de Apamea, cuyo valor era sensiblemente inferior, unos 5000 km.

Hiparco (170-125 a.C.), quien trabajó en un observatorio en la Isla de Rodas, elaboró un catálogo de 800 estrellas. En su modelo de universo, geocéntrico, retoma el propuesto por Aristóteles, aunque redujo el número de esferas a siete, una por cada planeta. Como con círculos no se pueden explicar los complicados movimientos de los planetas, desarrolló un modelo similar al actual para explicar el movimiento de la Luna en el que cada planeta describe con movimiento uniforme una circunferencia alrededor de un punto que, a su vez, se mueve sobre una circunferencia mayor con centro en la Tierra. Su mayor descubrimiento es sin duda la precesión o movimiento del polo terráqueo en relación con la esfera de estrellas fijas.

Ptolomeo (85-165 d.C.) adoptó y desarrolló el sistema de Hiparco. El número de movimientos periódicos necesarios en aquel momento era enorme, pues hacían falta unos ochenta círculos para explicar los movimientos aparentes de los cielos. Ptolomeo llegó a la conclusión de que tal sistema no podía tener realidad física, considerándolo una mera conveniencia matemática. Sus trabajos, realizados en la biblioteca de Alejandría, fueron traducidos al árabe con el nombre de Al-Megiste (el más grande), y traducido en occidente como Almagesto. Su influencia, basada en la errónea creencia de la tierra como centro de todo el movimiento, fue dominante durante mil cuatrocientos años, debido a que permitía predecir la posición de los planetas con un escaso error. A modo de ejemplo, los círculos que Dante describe en su Divina Comedia se ciñen asombrosamente al sistema Tolemaico. Extendió el catálogo de Hiparco a 1022 estrellas.

En Alejandría se encontraba la primera mujer astrónomo, Hypatia, quien elaboró un comentario al sistema Tolemaico e inventó ciertos aparatos de navegación. Cayó asesinada durante los violentos disturbios que asolaron la ciudad en el año 640 d.C, que culminaron con la quema de su biblioteca, verdadero centro intelectual del mundo. Tan sólo fueron salvados unos pocos libros, entre los que se encontraba, afortunadamente, el Almagesto. Fueron los árabes quienes cultivaron durante la oscurantista edad media las matemáticas y la astronomía, y así los nombres de las estrellas más brillantes del firmamento provienen de su denominación árabe, como por ejemplo Altair, Aldebarán y Algol. La astronomía árabe produjo cálculos precisos del tamaño de la tierra, realizado hacia el año 820 en Bagdad, y un cálculo de la excentricidad de la órbita solar (la órbita terrestre actual) con un asombroso 4% de error, realizado por el astrónomo Muhammad Al-Battani hacia el año 900.

Copérnico (1473-1543) inaugura la salida de Europa del largo receso medieval en lo que a astronomía se refiere. Rechazó el universo geocéntrico de Aristóteles y Ptolomeo y en su lugar propuso una teoría heliocéntrica en la que tanto la tierra como el resto de los planetas se movían alrededor del Sol en órbitas circulares, consiguiendo simplificar los cálculos de teorías anteriores. Su tratado De revolutionibus orbium coelestium (De la revolución de los orbes) publicada en el año de su muerte por temor a la reacción de la iglesia (estaba lista para su publicación trece años antes), dice: "...cuando un barco navega sin sacudidas, los viajeros ven moverse, a imagen de su movimiento, todas las cosas que les son externas y, a la inversa, creen estar inmóviles con todo lo que está con ellos. Ahora, en lo referente al movimiento de la Tierra, de manera totalmente similar, se cree que es todo el Universo íntegro el que se mueve alrededor de ella...". Su libro fue el punto de partida sobre el que Galileo basó su batalla para la reforma de la astronomía.

Thomas Digges en 1576 introdujo la idea de un universo infinito. En la portada de su libro mostraba un Sistema Solar copernicano, pero las estrellas no estaban dispuestas en una esfera estacionaria, sino dispersas en el espacio (las distancias entre ellas y el Sol eran variables).

Tycho Brahe (1546-1601) pasó su vida recopilando datos referentes al movimiento de los planetas en el mayor laboratorio astronómico de aquel tiempo, el construido por Federico II rey de Dinamarca. Sus medidas, realizadas por observación directa, eran de una precisión extraordinaria. Brahe descubrió la hoy conocida estrella de Tycho, una supernova que acababa con el concepto griego de la inmutabilidad de los cielos, descubrió que los cometas describían una órbita más alargada que circular y construyó un modelo cosmológico en el que el Sol y la Luna giraban alrededor de la Tierra, en tanto que los demás planetas lo hacían alrededor del Sol. Su ayudante, Johannes Kepler (1571-1630), aplicó los datos de su maestro al modelo copernicano y consiguió enunciar las leyes que llevan su nombre relativas a la cinemática de las órbitas planetarias:

1ª. Los planetas describen órbitas elípticas, estando el Sol en uno de los focos (ley de las órbitas). Se termina así con las órbitas circulares, la más antigua premisa que hasta el momento unía el sistema copernicano con el modelo griego.

2ª. El vector de posición de cualquier planeta con respecto al Sol barre áreas iguales en tiempos iguales (ley de las áreas).

3ª. Los cuadrados de los períodos de revolución son proporcionales a los cubos de las distancias promedio de los planetas al Sol (ley de los períodos) .

Simultáneamente Galileo Galilei (1564-1643), conociendo la existencia de un "tubo magnificador de imágenes" que un cómico holandés presentaba como objeto lúdico por las cortes europeas, modificó el aparato y lo aplicó a la observación astronómica, utilizando por primera vez el telescopio. Con este aparato descubrió los cráteres y montañas de la Luna, los cuatro grandes satélites de Júpiter y defendió el sistema copernicano. Realizó una observación de las manchas solares que, junto con su defensa de la teoría copernicana, fueron consideradas heréticas por las autoridades eclesiásticas, iniciándose un largo proceso cuya resolución fue una sentencia que obligó a Galileo a abjurar de sus escritos y viéndose condenado a reclusión domiciliaria. Compárese la levedad de esta condena con la sufrida por Giordano Bruno en 1600, quemado vivo por defender un universo compuesto de infinitos soles alrededor de los cuales giran infinitos mundos.

El método del paralaje, que hace uso de la trigonometría para medir distancias astronómicas, fue utilizado por primera vez por Giovanni Domenico Cassini y Jean Richer, midiendo la posición de Marte y sus periodos de rotación en 1673.

Jean Picard (1620-1682), director del Observatorio de París, precisó la medida de la circunferencia terrestre. El Observatorio real de Greenwich entró en funcionamiento con John Flamsteed (1646-1719), quien usó anteojos con cruz filiar para situar las estrellas. Implantó un sistema para numerarlas y dio los nombres de las constelaciones que actualmente se sigue usando. James Bradley (1693-1762), tercer astrónomo real de Greenwich, obtuvo la primera prueba de que la Tierra se mueve alrededor del Sol al observar que la luz de una estrella que entra por un anteojo es ligeramente desplazada debido al movimiento terrestre.

En 1830 el astrónomo alemán F. W. Bessel inventó el heliómetro como un aparato para medir con precisión el diámetro solar, y fue rápidamente aplicado a medir distancias estelares, pues supuso que las estrellas se encontraban a distintas distancias por el simple hecho de su diferencia de brillo, e hizo medidas de paralaje estelar utilizando el eje mayor de la órbita terrestre como base del triángulo de paralaje, obteniendo las primeras distancias fiables de las estrellas más cercanas.

En 1785 William Herschel sugirió, observando la Vía Láctea, que las estrellas se agrupaban en estructuras lenticulares, que hoy en día conocemos como galaxias. Estimó su tamaño suponiendo que la única razón para su diferencia de brillo es la bien conocida ley que indica que la luminosidad de una fuente decrece con el cuadrado de la distancia.

Tras el descubrimiento por Newton de la refracción luminosa, construyó el primer telescopio de reflexión, utilizando un espejo parabolico y no una lente para magnificar las imágenes, a fin de corregir la aberración cromática producida por las lentes. En 1757 el óptico inglés J. Dollond construyó la primera lente acromática, utilizándola en su telescopio de refracción.

En 1814 J. Von Fraunhofer observó que al hacer pasar la luz por una rendija y desviarla con un prisma obtenía una imagen múltiple de ella en cada longitud de onda posible. El espectrómetro así construido fue utilizado por Becquerel en 1842 para fotografiar el espectro solar. Varios años después se descubrió que las líneas representaban cada uno de los elementos químicos presentes en el sol, entre los que Ångström identificó el hidrógeno. Por esos años comenzó la clasificación de las estrellas por medio de sus espectros característicos, comenzado por el italiano Secchi y refinado por el estadounidense Pickering. Originalmente la clasificación eran las letras mayúsculas en orden alfabético, pero hubo de alterarse por imperativo lógico de acuerdo con las nuevas observaciones. En orden de temperaturas decrecientes, éste resulta ser O, B, A, F, G, K, M, R, N y S, cada letra sucedida por un número de uno a diez. Así, el Sol pertenece a la clase G0, mientras que Sirio es A0. El espectroscopio demostró además ser una herramienta insustituible en el estudio de la estructura de la materia.

Los estudios realizados con el espectrómetro produjeron el descubrimiento de las radiaciones infrarrojas y ultravioletas, no visibles, y la teoría de Maxwell, en la que se predijo que los fenómenos electromagnéticos eran un tipo de radiación similar a la luminosa, aceleró los descubrimientos de las ondas de radio (Hertz, 1887), los rayos X (Roentgen, 1895) y los rayos gamma (Becquerel y Rutherford, 1896). Destacan entre los estudios espectrales el descubrimiento de Doppler de la variación de frecuencia de una onda cuando el emisor y el observador están en movimiento relativo, pues al obtener los espectros de las estrellas y galaxias más lejanas el astrónomo E. Hubble detectó en 1929 su movimiento recesivo, mayor cuanto más lejano sea el objeto astronómico estudiado, lo que sugiere un universo en expansión que en última instancia dio origen a la teoría del Big Bang o gran explosión primigenia, que ya sugiriera el astrónomo belga Lemâitre en 1927.

Sin embargo, parece confirmarse que no todos aquellos espectros que presentan corrimiento al rojo significan necesariamente alejamiento. Desde que A. Einstein formuló su teoría general de la Relatividad, ha quedado establecido que materia y espacio-tiempo se encuentran íntimamente relacionados, de forma que el corrimiento al rojo puede explicarse también por el desvío de los rayos luminosos debido a una singular distorsión del espacio-tiempo producida por algún objeto extraordinariamente masivo.

Karl Jansky, un ingeniero electrónico de los Laboratorios Bell, mientras estaba estudiando los ruidos estáticos que acompañan a las recepciones de ondas de radio, se percató de que no podían proceder de ninguna de las estaciones emisoras, y las interpretó correctamente como procedentes del espacio exterior. Hacia 1933 encontró que la mayor parte de estas ondas procedían de la vía láctea, en particular de una zona cercana a la constelación de Sagitario, el centro de la Galaxia. Hacia el final de la segunda guerra mundial se encontró una gran cantidad de fuentes de radioondas. Destaca el descubrimiento de Cass, fuente intensa de ondas de radio hacia la cual se dirigió el telescopio convencional de Monte Palomar y en el que se descubrió una turbulenta nube de gas que resultaron ser los restos de una explosión nova observada en 1604 por Kepler en Cassiopeia. En 1950 Baade descubrió con un radiotelescopio dos galaxias en colisión.

Hacia 1960 la atención se desvió hacia un tipo de radiofuentes inusualmente pequeñas e intensas, aparentemente galaxias de pequeño tamaño que fueron bautizadas con el nombre inglés de quasi-stellar, abreviado a quasar (Hong Yee Chiu, 1964), cuyo corrimiento al rojo del espectro por efecto Doppler demostró ser los objetos más lejanos del Universo. Su interés radica en que pueden ser además los objetos más jóvenes del universo.

En 1965 A. Penzias y R. W. Wilson detectaron lo que se conoce como la radiación de fondo, ondas de radio que proceden por igual de todos los puntos del universo equivalente a la que desprenden los objetos a una temperatura de 3K, que Gamow había predicho en 1949 como los restos del Big Bang. No se ha encontrado para esta radiación otra explicación que la proporcionada por esta teoría, de forma que, de momento, la teoría evolucionista del universo es la única universalmente aceptada.

En otra zona del espectro electromagnético, la de los rayos X, también se produjo un hallazgo sorprendente, la existencia de fuentes pulsantes de radiación, llamados púlsares, que únicamente podían explicarse suponiendo que eran producidos por estrellas de neutrones, cuyo estudio teórico había sido realizado por R. Oppenheimer en 1939, y rápidamente asociados con un tipo particular de evolución de las estrellas más masivas.

Eventualmente, estos púlsares pueden alcanzar un estado de colapso gravitatorio tal que produzca una fuerza de gravedad tan intensa que la luz quede atrapada. Tales agujeros negros, no obstante, deben emitir cierto tipo de radiación, como demostrara S. Hawking. Varios candidatos se han propuesto para estos objetos, entre ellos el núcleo de la Vía Láctea. No obstante, sigue sin confirmarse plenamente su existencia.