El Movimiento del Sol (II)

Astronomía copernicana

Copérnico

Con Copérnico, la ordenación de los planetas cambió, aunque complicó la estructura y la mecánica del Universo. Una idea arriesgada que Copérnico nunca hizo pública.
 De manera telegráfica expondremos lo siguiente sobre la vida de Copérnico:
- Nace el 19 de febrero de 1473 en Torún (actual Polonia)
- A los 10 años se queda huérfano de padre (comerciante) y es criado por su tío Lucas Watzelrode (obispo)
- Estudia en la universidad de Cracovia (pero no Astronomía). No obtiene ningún título en Cracovia.
- En Italia estudia Derecho y hace alguna observación astronómica.
- En el año 1501 se hace canónigo en Frombork y vuelve a Italia (Padua) para estudiar Medicina y misteriosamente se doctora en 1503 en Derecho.
- Vuelve a Polonia y se dedica a labores administrativas, políticas y médicas
- En el año 1510 escribe El commentariolus

- Primera versión del sistema heliocéntrico (sólo tres copias)
- Ordena los planetas correctamente y en la última esfera se encuentran las estrellas fijas.
- Describe el movimiento de rotación, traslación de la Tierra circular alrededor del Sol con velocidad angular constante y el movimiento de declinación (peonza) explicando las estaciones.
- Propone las estrellas fijas como referente absoluto de los movimientos celestes.
- Explica el movimiento de la Luna como sistema biepicíclico.
- En total necesita 34 círculos (Sistema de Ptolomeo: más de 80 círculos) y abandona la idea del ecuante por violar el principio del movimiento circular uniforme.
- Explica la gravedad como efecto terrestre y no como efecto natural de orden cósmico.

- Al final del año 1542, Copérnico sufre una hemorragia cerebral y muere el 24 de mayo de 1543, a la edad de 70 años.
- Después de muchas indecisiones y animado por un matemático (Rethico) y su amigo Giese, se publica en 1543 De Revolutionibus Orbium Coelestium.

- Consta de seis libros o capítulos.
- El primer libro consta de los fundamentos cosmológicos de la obra y de las matemáticas necesarias para las pruebas científicas.
- Desde el segundo hasta el sexto libro, consta de la parte técnica para especialistas en Astronomía de posición.
- Ideas más importantes que aporta son:

• La Tierra es esférica.
• El movimiento de los cuerpos celestes es uniforme, circular y perpetuo o compuesto por movimientos circulares.
• La Tierra no es el centro del Universo y tiene un movimiento circular alrededor del Sol.

• Los planetas se mueven alrededor del Sol y clasifica a Mercurio y Venus como planetas interiores y Marte, Júpiter y Saturno como exteriores.
• La Tierra tiene un triple movimiento: rotación, traslación y declinación.
• Lo más importante: Por primera vez en la historia de la humanidad se presenta una teoría heliocéntrica avalada por una base matemática.
• Tomando los datos de observaciones acumuladas a lo largo de trece siglos describió el movimiento de la Tierra con nueve movimientos circulares. Al final, su teoría presentó más círculos que el sistema de Ptolomeo.

- En Inglaterra, las ideas de Copérnico tuvieron una buena acogida y España fue uno de los primeros países donde se impartieron en la Universidad.
- A partir de finales del siglo XVI, será la Iglesia Católica, con "La Inquisición", la que convirtió el heliocentrismo en el enemigo más inmediato.

Kepler

La siguiente figura que destacó en el mundo astronómico es Kepler. Su perseverancia y su vida (un cúmulo de desgracias que superó) son dignas de admiración. Sus tres leyes pusieron un punto y aparte dentro de la Astronomía y la Física.

- Nace en Weil der Stadt - Nuremberg (Alemania) el 27 de diciembre de 1571, 28 años después de la muerte de Copérnico, (Fue sietemesino, lo que repercutió en su salud toda su vida) dentro de una familia con mucha falta de amor.
- Sus padres lo abandonan a la edad de 4 años y se traslada con sus abuelos que no lo quieren.
- Cae enfermo de viruela y le deja miope y con visión doble en uno de los ojos.
- Respecto a su formación académica: Repite dos veces en la escuela e ingresa en el Seminario a los trece años donde sus compañeros se burlan de él por sobresalir del resto por su inteligencia.
- Ingresa en la Universidad de Tubinga en el año 1589 y adquiere una buena reputación entre sus compañeros.
- Se hace amigo del profesor de Astronomía Michael Maestlin, quien le enseña la teoría copernicana.
- En el último curso, antes de terminar los estudios, le ofrecen una plaza de profesor de Matemáticas y Astronomía en la Universidad de Graz (Austria) y, además, debe realizar las efemérides y los pronósticos astrológicos. (Él quiere ser canónigo y piensa mucho sobre el hecho de tomar la plaza)

El primer año tiene algunos alumnos. El segundo año, ninguno.
- Su mente busca un modelo matemático que esté de acuerdo con los datos de observación de Copérnico.
- Plantea un modelo de cinco sólidos regulares y seis esferas (¡Tantos como planetas!) pero los datos no encajan.
- Publica su descubrimiento en "El secreto del universo" (Mysterium Cosmographicum)
-Su modelo y las observaciones de Copérnico encajan dentro de un límites, pero para Júpiter, la diferencia es grande. - Sigue utilizando el sistema epiciclo-deferente de tal manera que el epiciclo debe estar dentro del grosor de las esferas.
- Se pregunta cuál es el motor de los planetas. Coloca el Sol en el centro físico y geométrico y  hace  que sea el motor del movimiento de los cuerpos celestes de forma que actúa con más fuerza sobre los planetas más cercanos.
- Se casa con Bárbara Müller (de 27 años de edad), viuda por partida doble y con una hija de siete años, en el año 1597. En el año 1598 tienen el primer hijo pero muere a los 2 meses. En el año 1599 tiene una hija que muere con 1 mes. Kepler cae en una profunda depresión.

- Kepler visita a Tycho Brahe para utilizar sus observaciones. Se encuentran en Praga. Son dos personalidades muy diferentes y Tycho le muestra las observaciones muy poco a poco (Observaciones de más de veinte años). Los dos llegan a un acuerdo económico y Kepler se traslada a Praga.
- Su familia se ve obligada a abandonar Graz por cuestiones religiosas (son luteranos). Pide trabajo en la Universidad de Tubinga y obtiene una respuesta negativa. Cae en otra depresión. Mientras tanto, Tycho le hace la vida imposible. Estará once años en Bohemia.
- En el año 1602 fallece Tycho de una cena muy copiosa y le confia a Kepler sus observaciones.
- Kepler es nombrado Matemático Imperial pero no siempre cobra su sueldo. Hace horóscopos para la nobleza, estudia una nova (1604), sigue elaborando tablas astronómicas y publica varias obras astronómicas y astrológicas.
- Adaptar un modelo a las observaciones le cuesta cinco años. En este periodo tiene tres hijos y su hijastra se casa.
- En el año 1611 muere el segundo de sus hijos de varicela y su esposa de tifus.
Rodolfo, rey de Bohemia, abdica en el año 1612 y Kepler se traslada a Linz (Austria) para trabajar como matemático provincial.

- MARTE tuvo una especial importancia a la vida de Kepler.
- Para  su estudio de adaptación del modelo con las observaciones utilizó el planeta Marte.
- Determinó que el plano de la órbita marciana está inclinado 1º 58' respecto a la eclíptica.
- Para encontrar la forma de la órbita repitió los cálculos setenta veces utilizando métodos geométricos y dinámicos. (¡y no tenía calculadora!)
- Se dio cuenta de que la órbita de la Tierra no es circular y su velocidad no es uniforme.
- Publicó sus conclusiones en el libro Astronomía Nova o Física Celeste (1609) donde se ve que sus pensamientos están llenos de ideas "newtonianas" en cuanto al concepto de gravedad. Dio a conocer la primera y segunda leyes de Kepler. La tercera ley tardará quince años en aparecer.
- Cultivó otras especialidades como la Óptica y mantuvo contacto, a nivel científico, con Galileo. Sus investigaciones de óptica se inician en Graz y son aplicaciones en instrumental óptico y correcciones en observaciones astronómicas (Atmósfera y refracción) para observaciones cercanas al horizonte.
- Escribe un tratado sobre óptica "Dióptrica" como respuesta rigurosa a las cartas de Galileo.
- 1610: Galileo fabrica su primer telescopio y descubre los satélites de Júpiter. Observa la Luna, las manchas solares, los anillos de Saturno y las fases de Venus.
- Kepler se convirtió en defensor de las ideas de Galileo.
- Continuando con la vida de Kepler en LINZ:
- Es contratado por la nobleza como Matemático provincial. Desde 1612, pasa doce años en Linz.
- Nada más llegar, el cura principal le niega la comunión.
- Los nobles le presentan a varias mujeres y elige de entre once a una joven huérfana: Susanne Reuttinger. Se casa en el año 1613 y tiene siete hijos más, aunque cinco mueren. En total Kepler tuvo doce hijos, de los cuales murieron ocho.
- 1614: Napier inventa los logaritmos y simplifica los cálculos. (¡Kepler lo agradece!)

- Publica en el año 1615 "Estereometria de los toneles de vino", aproximándose al cálculo integral tal y como hoy lo conocemos.
- Termina las "Tablas Rudolfinas" y establece la órbita de Mercurio y Venus y las anomalías de la Luna.
- 1615: Su madre, recolectora de hierbas y vendedora de recetas, es acusada de brujería. El proceso dura seis años. Muere en el año 1622.

- Durante esta época hace un estudio sobre proporciones musicales y matemáticas.
- 1618: Publica  "La armonía del mundo" que contiene cinco libros con meditaciones sobre geometría, música, astrología y astronomía y donde aparece la tercera ley de Kepler del movimiento planetario. La única idea copernicana que queda es que el Sol es el centro material del Universo. Ya no hay círculos, epiciclos ni deferentes y ha desaparecido el movimiento uniforme.
- 1619: "La armonía del mundo" es incluida en el índice de libros prohibidos por la Iglesia Católica.
- 1625: Kepler publica trabajos teóricos sobre logaritmos y sus tablas correspondientes.
- A finales del año 1626 abandona Austria y se traslada a Alemania.
- 1627: Publica "Tablas Rudolfinas" que constan de dos partes:

-1628: Es contratado por Albretch von Wallenstein, comandante en jefe de los ejércitos imperiales, al que veinte años antes le hizo un horóscopo y se traslada al Ducado de Sagan (Silesia). Allí realiza efemérides hasta el año 1639 y predice el tránsito de Mercurio y Venus a lo largo del disco solar en el año 1631.

- 1630: Wallenstein pierde su condición de de comandante en jefe y Kepler decide volver a Linz, haciendo una parada en Ratisbona donde estaba el emperador. Allí cae enfermo y muere con 58 años de edad. Su mujer muere en el año 1636.
- 1765: Sus manuscritos fueron descubiertos en Frankfurt y actualmente se encuentran repartidos entre San Petersburgo (la parte más importante), Viena y Stuttgart. En Oxford, Munich, Graz y Tubinga se encuentran cartas manuscritas.

Leyes de Kepler

Recordemos las tres leyes de Kepler:

Primera ley de Kepler

Los planetas describen órbitas elípticas de tal manera que en uno de los focos está situado el Sol.

Segunda ley de Kepler

El vector de posición de cualquier planeta respecto al Sol cubre áreas iguales de la elipse en tiempos iguales. (Ley de las áreas)

Tercera ley de Kepler

Así, para dos planetas diferentes P1 y P2 tenemos:

de tal manera, que si sabemos el valor de T1, R1 y R2 podemos calcular T2

¿Y... después de Kepler?

La siguiente etapa en la historia de la Astronomía fue una discusión sobre la dinámica del movimiento planetario y un esfuerzo por determinar la interacción responsable de este movimiento. Es aquí donde Newton hizo su gran contribución con la Ley de la Gravitación Universal, pero eso ya es otra historia.