A medida que la cultura europea comenzó a emerger de su larga y oscura era, el comercio con los países árabes condujo a un redescubrimiento de textos antiguos como Almagest y a un despertar del interés por las preguntas astronómicas. Esta época de renacimiento (en francés, "renacimiento") en astronomía se materializó en el trabajo de Copérnico.
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| Nicolás Copérnico (1473-1543). Copérnico fue un clérigo y científico que desempeñó un papel destacado en el surgimiento de la ciencia moderna. Aunque no pudo probar que la Tierra gira en torno al Sol, presentó argumentos tan convincentes para esta idea que cambió el rumbo del pensamiento cosmológico y sentó las bases sobre las cuales Galileo y Kepler construyeron tan efectivamente en el siglo siguiente. |
Uno de los eventos más importantes del Renacimiento fue el desplazamiento de la Tierra desde el centro del universo, una revolución intelectual iniciada por un clérigo polaco en el siglo XVI. Nicolaus Copernicus nació en Torun, una ciudad mercantil a lo largo del río Vístula. Su formación fue en derecho y medicina, pero sus principales intereses eran la astronomía y las matemáticas. Su gran contribución a la ciencia fue una reevaluación crítica de las teorías existentes del movimiento planetario y el desarrollo de un nuevo modelo del sistema solar centrado en el sol o heliocéntrico. Copérnico concluyó que la Tierra es un planeta y que todos los planetas rodean al Sol. Solo la Luna orbita la Tierra.
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| Sistema Copérnico. Copérnico desarrolló un plan heliocéntrico del sistema solar. Este sistema fue publicado en la primera edición de De Revolutionibus Orbium Coelestium. Observe la palabra Sol para "Sol" en el medio. |
Comenzó con varios supuestos que eran comunes en su tiempo, como la idea de que los movimientos de los cuerpos celestes deben estar formados por combinaciones de movimientos circulares uniformes. Pero no asumió (como lo hizo la mayoría de la gente) que la Tierra tenía que estar en el centro del universo, y presentó una defensa del sistema heliocéntrico que era elegante y persuasiva. Sus ideas, aunque no fueron ampliamente aceptadas hasta más de un siglo después de su muerte, fueron muy discutidas entre los estudiosos y, en última instancia, tuvieron una profunda influencia en el curso de la historia mundial.
Una de las objeciones planteadas a la teoría heliocéntrica fue que si la Tierra se moviera, todos percibiríamos o sentiríamos este movimiento. Los objetos sólidos serían arrancados de la superficie, una pelota caída desde una gran altura no golpearía el suelo directamente debajo de ella, y así sucesivamente. Pero una persona en movimiento no necesariamente es consciente de ese movimiento. Todos hemos experimentado ver que un tren, autobús o barco adyacente parece moverse, solo para descubrir que somos nosotros los que nos movemos.
Copérnico argumentó que el movimiento aparente del Sol sobre la Tierra durante el transcurso de un año podría representarse igualmente bien por un movimiento de la Tierra sobre el Sol. También razonó que la rotación aparente de la esfera celeste podría explicarse suponiendo que la Tierra gira mientras la esfera celestial está estacionaria. Ante la objeción de que si la Tierra girara sobre un eje, volaría en pedazos, Copérnico respondió que si tal movimiento desgarrara la Tierra, el movimiento aún más rápido de la esfera celeste mucho más grande requerido por la hipótesis geocéntrica sería aún más devastador.
El modelo heliocéntrico
La idea más importante en Copérnico De Revolutionibus es que la Tierra es uno de los seis planetas (entonces conocidos) que giran alrededor del Sol. Usando este concepto, pudo elaborar la imagen general correcta del sistema solar. Colocó los planetas, comenzando más cerca del Sol, en el orden correcto: Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter y Saturno. Además, dedujo que cuanto más cerca esté un planeta del Sol, mayor será su velocidad orbital. Con su teoría, pudo explicar los complejos movimientos retrógrados de los planetas sin epiciclos y elaborar una escala más o menos correcta para el sistema solar.
Copérnico no pudo probar que la Tierra gira alrededor del Sol. De hecho, con algunos ajustes, el antiguo sistema ptolemaico también podría haber tenido en cuenta los movimientos de los planetas en el cielo. Pero Copérnico señaló que la cosmología ptolemaica era torpe y carecía de la belleza y la simetría de su sucesor.
En la época de Copérnico, de hecho, pocas personas pensaban que había formas de probar si el sistema heliocéntrico o el sistema geocéntrico más antiguo era correcto. Una larga tradición filosófica, que se remonta a los griegos y es defendida por la Iglesia Católica, sostenía que el pensamiento humano puro combinado con la revelación divina representaba el camino hacia la verdad. La naturaleza, como lo revelaron nuestros sentidos, era sospechosa. Por ejemplo, Aristóteles había razonado que los objetos más pesados (que tenían más de la calidad que los hacía pesados) deben caer a la Tierra más rápido que los más ligeros. Esto es absolutamente incorrecto, como lo demuestra cualquier experimento simple que arroja dos bolas de diferentes pesos. Sin embargo, en los días de Copérnico, los experimentos no tenían mucho peso (si perdona la expresión); El razonamiento de Aristóteles fue más convincente.
En este entorno, había poca motivación para realizar observaciones o experimentos para distinguir entre teorías cosmológicas competidoras (o cualquier otra cosa). Por lo tanto, no debería sorprendernos que la idea heliocéntrica se haya debatido durante más de medio siglo sin que se hayan aplicado pruebas para determinar su validez. (De hecho, en las colonias de América del Norte, el sistema geocéntrico más antiguo todavía se enseñaba en la Universidad de Harvard en los primeros años después de su fundación en 1636).
Compare esto con la situación actual, cuando los científicos se apresuran a probar cada nueva hipótesis y no aceptan ninguna idea hasta que los resultados estén listos. Por ejemplo, cuando dos investigadores de la Universidad de Utah anunciaron en 1989 que habían descubierto una forma de lograr la energía nuclear. fusión (el proceso que alimenta las estrellas) a temperatura ambiente, otros científicos en más de 25 laboratorios en todo Estados Unidos intentaron duplicar la "fusión en frío" en unas pocas semanas, sin éxito, como resultó. La teoría de la fusión fría pronto se incendió.
¿Cómo veríamos el modelo de Copérnico hoy? Cuando se propone una nueva hipótesis o teoría en la ciencia, primero debe verificarse su coherencia con lo que ya se conoce. La idea heliocéntrica de Copérnico pasa esta prueba, ya que permite calcular las posiciones planetarias al menos tan bien como lo hace la teoría geocéntrica. El siguiente paso es determinar qué predicciones hace la nueva hipótesis que difieren de las de las ideas en competencia. En el caso de Copérnico, un ejemplo es la predicción de que, si Venus rodea al Sol, el planeta debería atravesar el rango completo de fases tal como lo hace la Luna, mientras que si rodea a la Tierra, no debería. Además, no deberíamos poder ver la fase completa de Venus desde la Tierra porque el Sol estaría entonces entre Venus y la Tierra. Pero en aquellos días, antes del telescopio, nadie imaginaba probar estas predicciones.
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| Fases de Venus. A medida que Venus se mueve alrededor del Sol, vemos una iluminación cambiante de su superficie, al igual que vemos la cara de la Luna iluminada de manera diferente en el transcurso de un mes. |
Galileo y el comienzo de la ciencia moderna
Muchos de los conceptos científicos modernos de observación, experimentación y prueba de hipótesis mediante cuidadosas mediciones cuantitativas fueron iniciados por un hombre que vivió casi un siglo después de Copérnico. Galileo Galilei (Figura 2.19), contemporáneo de Shakespeare, nació en Pisa. Al igual que Copérnico, comenzó a entrenar para una carrera médica, pero tenía poco interés en el tema y luego cambió a las matemáticas. Ocupó cargos docentes en la Universidad de Pisa y la Universidad de Padua, y finalmente se convirtió en matemático del Gran Duque de Toscana en Florencia.
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| Galileo Galilei (1564-1642). Galileo defendió que realicemos experimentos o hagamos observaciones para preguntarle a la naturaleza sus formas. Cuando Galileo giró el telescopio hacia el cielo, descubrió que las cosas no eran como habían supuesto los filósofos. |
Las mayores contribuciones de Galileo fueron en el campo de la mecánica, el estudio del movimiento y las acciones de las fuerzas sobre los cuerpos. Era familiar para todas las personas entonces, como lo es para nosotros ahora, que si algo está en reposo, tiende a permanecer en reposo y requiere cierta influencia externa para comenzar a moverse. Por lo tanto, el descanso se consideraba generalmente como el estado natural de la materia. Galileo demostró, sin embargo, que el descanso no es más natural que el movimiento.
Si un objeto se desliza a lo largo de un piso horizontal rugoso, pronto se detiene porque la fricción entre él y el piso actúa como una fuerza de retardo. Sin embargo, si el piso y el objeto están muy pulidos, el objeto, dada la misma velocidad inicial, se deslizará más antes de detenerse. En una capa lisa de hielo, se deslizará aún más. Galileo razonó que si se pudieran eliminar todos los efectos de resistencia, el objeto continuaría en un estado estable de movimiento indefinidamente. Argumentó que se requiere una fuerza no solo para iniciar un objeto que se mueve desde el reposo, sino también para reducir la velocidad, detenerse, acelerar o cambiar la dirección de un objeto en movimiento. Apreciará esto si alguna vez ha intentado detener un automóvil rodante apoyándose contra él, o un bote en movimiento tirando de una línea.
Galileo también estudió la forma en que los objetos aceleran: cambian su velocidad o dirección de movimiento. Galileo observó objetos mientras caían libremente o rodaban por una rampa. Descubrió que tales objetos aceleran uniformemente; es decir, en intervalos de tiempo iguales ganan incrementos iguales de velocidad. Galileo formuló estas leyes recién descubiertas en términos matemáticos precisos que permitieron a los futuros experimentadores predecir qué tan lejos y qué tan rápido se moverían los objetos en varios períodos de tiempo.
En algún momento de la década de 1590, Galileo adoptó la hipótesis copernicana de un sistema solar heliocéntrico. En la Italia católica romana, esta no era una filosofía popular, ya que las autoridades de la Iglesia todavía defendían las ideas de Aristóteles y Ptolomeo, y tenían poderosas razones políticas y económicas para insistir en que la Tierra era el centro de la creación. Galileo no solo desafió este pensamiento sino que también tuvo la osadía de escribir en italiano en lugar de latín académico, y de dar una conferencia pública sobre esos temas. Para él, no había contradicción entre la autoridad de la Iglesia en materia de religión y moralidad, y la autoridad de la naturaleza (revelada por experimentos) en materia de ciencia. Fue principalmente debido a Galileo y sus opiniones "peligrosas" que, en 1616, la Iglesia emitió un decreto de prohibición que declaraba que la doctrina copernicana era "falsa y absurda" y no debía ser sostenida o defendida.
Observaciones astronómicas de Galileo
No está claro quién concibió por primera vez la idea de combinar dos o más piezas de vidrio para producir un instrumento que ampliara las imágenes de objetos distantes, haciéndolos parecer más cercanos. Los primeros "catalejos" (ahora llamados telescopios) que atrajeron mucha atención fueron hechos en 1608 por el fabricante de gafas holandés Hans Lippershey (1570-1619). Galileo se enteró del descubrimiento y, sin haber visto nunca un telescopio ensamblado, construyó uno propio con un aumento de tres potencias (3 ×), lo que hizo que los objetos distantes parecieran tres veces más cercanos y más grandes
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| Telescopio utilizado por Galileo. El telescopio tiene un tubo de madera cubierto con papel y una lente de 26 milímetros de ancho.. |
El 25 de agosto de 1609, Galileo demostró un telescopio con un aumento de 9 × a los funcionarios del gobierno de la ciudad-estado de Venecia. Con un aumento de 9 ×, nos referimos a las dimensiones lineales de los objetos que se ven aparecieron nueve veces más grandes o, alternativamente, los objetos aparecieron nueve veces más cerca de lo que realmente estaban. Había ventajas militares obvias asociadas con un dispositivo para ver objetos distantes. Por su invento, el salario de Galileo casi se duplicó, y se le otorgó la tenencia de por vida como profesor. (Sus colegas universitarios estaban indignados, particularmente porque el invento ni siquiera era original).
Otros habían usado el telescopio antes de Galileo para observar cosas en la Tierra. Pero en un destello de conocimiento que cambió la historia de la astronomía, Galileo se dio cuenta de que podía dirigir el poder del telescopio hacia los cielos. Antes de usar su telescopio para observaciones astronómicas, Galileo tuvo que idear una montura estable y mejorar la óptica. Aumentó la ampliación a 30 ×. Galileo también necesitaba adquirir confianza en el telescopio.
En ese momento, se creía que los ojos humanos eran el árbitro final de la verdad sobre el tamaño, la forma y el color. Se sabía que las lentes, los espejos y los prismas distorsionaban las imágenes distantes al agrandarlas, reducirlas o invertirlas, o al difundir la luz en un espectro (arco iris de colores). Galileo realizó repetidos experimentos para convencerse de que lo que vio a través del telescopio era idéntico a lo que vio de cerca. Solo entonces podría comenzar a creer que los fenómenos milagrosos que el telescopio reveló en los cielos eran reales.
Comenzando su trabajo astronómico a fines de 1609, Galileo descubrió que muchas estrellas demasiado débiles para ser vistas a simple vista se hicieron visibles con su telescopio. En particular, descubrió que algunos desenfoques nebulosos se resolvieron en muchas estrellas, y que la Vía Láctea, la franja de blancura en el cielo nocturno, también estaba formada por una multitud de estrellas individuales.
Al examinar los planetas, Galileo encontró cuatro lunas girando sobre Júpiter en tiempos que van desde poco menos de 2 días hasta aproximadamente 17 días. Este descubrimiento fue particularmente importante porque demostró que no todo tiene que girar alrededor de la Tierra. Además, demostró que podría haber centros de movimiento que están en movimiento. Los defensores de la vista geocéntrica habían argumentado que si la Tierra estuviera en movimiento, entonces la Luna se quedaría atrás porque difícilmente podría seguir el ritmo de un planeta que se mueve rápidamente. Sin embargo, aquí estaban las lunas de Júpiter haciendo exactamente eso. (Para reconocer este descubrimiento y honrar su trabajo, la NASA nombró una nave espacial que exploró el sistema Júpiter Galileo).
Con su telescopio, Galileo pudo llevar a cabo la prueba de la teoría copernicana mencionada anteriormente, basada en las fases de Venus. En unos pocos meses, descubrió que Venus atraviesa fases como la Luna, lo que demuestra que debe girar alrededor del Sol, de modo que podemos ver diferentes partes de su lado de la luz del día en diferentes momentos (ver Figura 2.18.) Estas observaciones no podrían ser reconciliado con el modelo de Ptolomeo, en el que Venus dio vueltas alrededor de la Tierra. En el modelo de Ptolomeo, Venus también podía mostrar fases, pero eran las fases incorrectas en el orden incorrecto de lo que observó Galileo.
Galileo también observó la Luna y vio cráteres, cadenas montañosas, valles y áreas planas y oscuras que pensó que podrían ser agua. Estos descubrimientos mostraron que la Luna podría no ser tan diferente de la Tierra, lo que sugiere que la Tierra también podría pertenecer al reino de los cuerpos celestes.
Después del trabajo de Galileo, se hizo cada vez más difícil negar la visión copernicana, y la Tierra fue destronada lentamente de su posición central en el universo y se le dio el lugar que le corresponde como uno de los planetas que asisten al Sol. Inicialmente, sin embargo, Galileo se encontró con una gran oposición. La Iglesia Católica Romana, todavía recuperándose de la Reforma Protestante, buscaba hacer valer su autoridad y decidió hacer un ejemplo de Galileo. Tuvo que comparecer ante la Inquisición para responder a los cargos de que su trabajo era herético, y finalmente fue condenado a arresto domiciliario. Sus libros estuvieron en la lista prohibida de la Iglesia hasta 1836, aunque en países donde la Iglesia Católica Romana tuvo menos influencia, fueron ampliamente leídos y discutidos. No fue hasta 1992 que la Iglesia Católica admitió públicamente que había cometido un error al censurar las ideas de Galileo.
Las nuevas ideas de Copérnico y Galileo comenzaron una revolución en nuestra concepción del cosmos. Eventualmente se hizo evidente que el universo es un lugar vasto y que el papel de la Tierra en él es relativamente poco importante. La idea de que la Tierra se mueve alrededor del Sol como los otros planetas plantea la posibilidad de que sean mundos, tal vez incluso de vida. Como la Tierra fue degradada de su posición en el centro del universo, también lo fue la humanidad. El universo, a pesar de lo que podamos desear, no gira a nuestro alrededor.
La mayoría de nosotros damos por sentado estas cosas hoy, pero hace cuatro siglos tales conceptos eran atemorizantes y heréticos para algunos, inmensamente estimulantes para otros. Los pioneros del Renacimiento iniciaron el mundo europeo en el camino hacia la ciencia y la tecnología que aún hoy pisamos. Para ellos, la naturaleza era racional y, en última instancia, conocible, y los experimentos y observaciones proporcionaron los medios para revelar sus secretos.
Observando los planetas
En casi cualquier momento de la noche, y en cualquier estación, puedes ver uno o más planetas brillantes en el cielo. Los cinco planetas conocidos por los antiguos: Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno, son más prominentes que las estrellas más brillantes, y se pueden ver incluso desde ubicaciones urbanas si sabes dónde y cuándo mirar. Una forma de distinguir los planetas de las estrellas brillantes es que los planetas parpadean menos.
Venus, que permanece cerca del Sol desde nuestra perspectiva, aparece como una "estrella de la tarde" en el oeste después del atardecer o como una "estrella de la mañana" en el este antes del amanecer. Es el objeto más brillante en el cielo después del Sol y la Luna. Es mucho mejor que cualquier estrella real, y en las circunstancias más favorables, incluso puede proyectar una sombra visible. Algunos jóvenes reclutas militares han intentado derribar a Venus como una nave enemiga o un OVNI que se aproxima.
Marte, con su distintivo color rojo, puede ser casi tan brillante como Venus cuando está cerca de la Tierra, pero normalmente sigue siendo mucho menos visible. Júpiter es a menudo el segundo planeta más brillante, aproximadamente igualando en brillo a las estrellas más brillantes. Saturno es más tenue y varía considerablemente en brillo, dependiendo de si sus anillos grandes se ven casi de borde (tenues) o más abiertos (brillantes).
Mercurio es bastante brillante, pero pocas personas lo notan porque nunca se aleja mucho del Sol (nunca está a más de 28 ° de distancia en el cielo) y siempre se ve en los cielos brillantes del crepúsculo.
Fieles a su nombre, los planetas "vagan" contra el fondo de las estrellas "fijas". Aunque sus movimientos aparentes son complejos, reflejan un orden subyacente sobre el cual se basó el modelo heliocéntrico del sistema solar, como se describe en este capítulo. Las posiciones de los planetas a menudo se enumeran en los periódicos (a veces en la página del clima), y se pueden encontrar mapas y guías claros de sus ubicaciones cada mes en revistas como Sky & Telescope and Astronomy (disponibles en la mayoría de las bibliotecas y en línea). También hay una serie de programas de computadora y aplicaciones de teléfono y tableta que le permiten mostrar dónde están los planetas en cualquier noche.
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