La ciencia Astronómica

La ciencia astronómica. La Astronomía, es decir, el estudio de los astros, es seguramente la ciencia más antigua. Su objetivo es la descripción de todos los cuerpos celestes, el análisis de su composición, de las relaciones establecidas entre sí y de su evolución en el tiempo.

En el siglo XX, la ciencia astronómica ha experimentado un avance de tal magnitud que hoy ya no se puede concebir el universo como en ese lugar apacible e inmutable que era para los antepasados. Gracias a los avances de la física se han construido modelos para explicar el comportamiento del universo y se sabe que en su seno existen lejanos y extraños objetos que emiten enormes cantidades de energía.

La astronomía, es una ciencia que se basa, principalmente, en la observación desde la Tierra. Solo el desarrollo de la astronomía, que ha posibilitado en los últimos años la explosión directa del sistema solar, ofrece a los astrónomos la posibilidad de contar, en ciertos casos, con imágenes y muestras captadas y recogidas in situ. 

Historia de la astronomía.

No sería muy aventurado afirmar que el estudio del firmamento se inició en la edad de piedra. La orientación de ciertos monumentos megalíticos, por ejemplo, el alineamiento de los dólmenes de AStonehenge en Inglaterra, avala la tesis de que tenían como objetivo la observación y el registro de los eclipses. 

Fe en China donde, alrededor del año 5.000 a.C, se empezó a desarrollar una actividad astronómica más o menos organizada. Los chinos elaboraron un calendario de 365 días, crearon relojes de sol, construyeron edificios exclusivamente dedicados a observar el firmamento y sus astrónomos distinguieron entre estrellas fijas, estrellas móviles o planetas y estrellas invitadas (cometas, novas y supernovas).

En Occidente, dos civilizaciones impulsaron la ciencia astronómica: los caldeos y los egipcios. Los primeros establecieron con bastante exactitud la posición de estrellas y planetas, además de bautizar estrellas y constelaciones, observar eclipses y determinar la altura del Sol sobre el horizonte. Los egipcios desarrollaron una astronomía con una finalidad eminentemente práctica: poder predecir las inundaciones periódicas del Nilo.

Así elaboraron un calendario anual, basado en los movimientos de la estrella sirio, que constaba de 365 días y medio agrupados en doce meses. Las pirámides también presentan interesantes ordenaciones astronómicas.

Más adelante entre los años 700 y 200 a.C., los griegos pusieron los cimientos de la astronomía moderna.

Tales de Mileto (640 a.C.) propugno la convexidad del universo; Pitágoras (en el 583 a. C.) dedujo que el Sol era un cuerpo esférico y afirmo que los planetas y cometas giraban alrededor de él.

Entre los científicos de la escuela de Alejandría (331 a.C.) destacaron: Eratóstenes, quien mediante el sencillo procedimiento de colocar unos palos verticales en Alejandría y observar que ambos proyectaban sombra hacia el mediodía del 21 de Junio, sabiendo de antemano que otro palo colocado en la lejana ciudad de Siena no proyectaba a la misma hora ninguna sombra, comprendió que la superficie de la Tierra era curva; Aristarco de Samos, que estableció las medidas de los diámetros aparentes de la Luna y el Sol, y, sobre todo, Hiparco de Nicea, que fue capaz de determinar el periodo de revolución de la Luna, ordeno el mapa de las constelaciones y realizo estimaciones acerca del brillo de las estrellas.

En el año 142 de la era cristiana, Claudio Tolomeo público su sintaxis matemática, que durante mucho tiempo fue considerada como la obra cumbre de la astronomía matemática. Ptolomeo concibió un modelo para poder explicar los movimientos planetarios. Creía que la Tierra era el centro del universo y que el Sol, la Luna y las Estrellas y los planetas giraban alrededor de ella. Esta hipótesis geocéntrica, avalada por los grande filósofos y eruditos de los primeros siglos de la era cristiana, se mantuvo vigente durante casi un milenio.

En 1543, el clérigo placo Nicolás Copérnico público De rebplutiomibus orbium celestium, obra en la que expuso una hipótesis totalmente diferente de la de Ptolomeo para explicar el aparente movimiento de los planetas. En ella afirmó que era el Sol, y no la Tierra, el centro del universo. Comenzaba así un enfrentamiento histórico entre las dos concepciones del cosmos –centrado en la Tierra o centrado en el Sol-, que prolongaría hasta el siglo XVII.

Johanes Kepler, nació en Alemania en 1571, se basó en las observaciones de Tycho Brahe para establecer las tres leyes básicas que rigen el movimiento planetario. Su primera ley, “todos se mueven describiendo una órbita elíptica y el Sol se halla en uno de los focos de la elipse”, fue enunciada cuando descubrió que marte no giraba alrededor del Sol circularmente, sino siguiendo una elipse. La segunda ley de Kepler, “el radio de la órbita barre áreas iguales en tiempos iguales”, aclara que un planeta se mueve con mayor rapidez cuanto más próximo se encuentra del Sol (perihelio) y más lentamente si se encuentra en un punto alejado del mismo (afelio). Su tercera ley afirma que “los cuadrados de los periodos de revolución de los planetas (o lo que es lo mismo, los tiempos necesarios para completar una órbita) son proporcionales a los cubos de sus distancias medias con respecto al Sol”. Esta última ley tiene gran importancia, ya que propone que las leyes físicas validas en la Tierra sostienen también las leyes físicas que gobiernan los cielos y permiten determinar las dimensiones del sistema solar cuando se conoce su escala.

Galileo Galilei (1564-1642) fue el primer astrónomo que hiso un uso sistemático del telescopio. Descubrió así manchas en el Sol y la rotación solar, los cuatro satélites más importantes de Júpiter, la naturaleza de la Vía Láctea, los cráteres y montañas de la Luna.

El camino abierto pos Johanes Kepler culmino en la obra de Isaac Newton. nacido en 1642 Newton ha sido talvez el mayor genio científico que jamás haya existido. descubrió la ley de la inercia, es decir, la tendencia de un objeto en movimiento a continuar desplazándose en line recta, a no ser que sufra la influencia de algo que lo desvié de su camino. Basándose en este principio, supuso que si la Luna, por ejemplo, no salía disparada en línea recta era porque otra fuerza la empujaba en dirección a la Tierra, estableció así la distancia de una interacción que llamo gravedad. La ley de la gravedad, según la cual la fuerza disminuye inversamente al cuadrado de la distancia, es válida en cualquier punto del universo.

En la actualidad se ha empezado a responder a algunas de las grandes preguntas que plantea la astronomía.

Los límites del universo se ampliaron al descubrirse las galaxias externas y se ha podido medir su distancia. Con la radiactividad se desveló por fin el misterio del brillo de las estrellas.

Ramas de la astronomía

Olas diferentes ramas de la astronomía se diferencian sobre todo en función de los distintos cuerpos u objetos celestes observados; así cabe distinguir entre:

1. La astronomía planetaria, que estudia los planetas y el sistema solar en general.
   1. La astrofísica estelar, que se ocupa de las estrellas y de la materia interestelar.
   1. La astrofísica galáctica, que centra su estudio en la dinámica, formación estructura y clasificación de las galaxias.
   1. La cosmología, que estudia el universo como un todo y las estructuras celestes a gran escala.

En ocasiones la longitud de onda de la radiación utilizada para observar los objetos celestes da también nombre a algunas ramas de la astronomía, aunque no siempre sucede así.

 Entre las principales longitud de onda empleadas en el estudio astronómico se encuentran las de radio –muy poco energéticas y utilizadas para estudiar las estrellas de neutrones, las supernovas, las galaxias activas y la dinámica de las galaxias-, las infrarrojas –más energéticas que las anteriores, pero menos que la luz visible, se aplican sobre todo al estudio del medio interestelar-, las de la luz visible; utilizadas para estudiar diversos aspectos de las galaxias y las estrellas-; las ultravioletas –más energéticas que las de la luz visible; se usan para, u observar estrellas masivas, galaxias activas con formación estelar, supernovas, etc.; los rayos x –radiación muy energética, con la que se trata de observar estrellas de neutrones y agujeros negros; los rayos gama –la radiación con energía más alta; en este rango se observa fenómenos muy energéticos que se producen  en el universo, mucho de los cuales son aún de origen desconocido.

Aunque la utilización de un tipo u otro de longitud de ondas da origen a diferentes tipos de estudios, como ya sea comentado antes, sólo dos de ellas dan nombre a otras tantas ramas de la astronomía: las de radio, de donde proviene la denominación de radioastronomía óptica.

1. Mecánica celeste. – considerada también en ocasiones como una rama de la astronomía, la mecánica celeste estudia los movimientos de los astros en relación con las causas que los producen. Como ya se ha indicado, las leyes que rigen el movimiento planetario fueron enunciados a comienzo del siglo XVII por Johannes Kepler, si bien sus reglas se limitan a describir el movimiento de los planetas sin explicar su causa. En consecuencia, la mecánica celeste se basa en las leyes de Newton, partiendo de las siguientes hipótesis:
2. Las leyes de Newton se cumplen en un sistema de referencia inercial.
3. La ley de gravitación enunciada por Newton es válida para cualquier punto del universo. Esta ley afirma que los cuerpos se atraen con una fuerza (F) directamente proporcional al producto de sus masas (m) e inversamente proporcional l cuadrado de la distancia que las separa:

En la formula, la letrea G indica la constante gravitatoria, cuyo valor es 6,67. 10⁸ cm³/g·s². A partir de esta ley es posible deducir y generalizar las leyes de Kepler. Al tratarse de una ley universal, no solo es aplicable al movimiento de los planetas, sino también a cualquier otro sistema de cuerpos que se mueven bajo la acción de la gravedad (satélites, sistemas binarios de estrellas, etc.) por otra parte, aunque es cierto que la teoría de la relatividad general de Albert Einstein ha corregido la ley de la gravitación de Newton, esta última sigue siendo necesaria para una gran parte de los cálculos de órbitas que se llevan a cabo.

Einstein partió del hecho de que el universo no hay ningún punto fijo e inmóvil y, por tanto, ni medida ni velocidad absoluta. Demostró que el espacio-tiempo es curvo y su curvatura aumenta en el lugar en que se halle presente un objeto que tenga masa. La curvatura obliga a que los objetos en el universo se muevan en trayectorias específicas. De este modo, la fuerza de la gravedad enunciada por Newton no es sino una propiedad básica del espacio-tiempo. Además, si la teoría de Newton la fuerza gravitatoria entre los cuerpos depende de las masas de los cuerpos y de la distancia entre ellos, en la teoría de la relatividad las masas y las distancias varían con la velocidad, por lo que la fuerza de la gravitación universal no es constante. De acuerdo con la teoría de la relatividad, la masa y la energía son intercambiables. Con su famosa ecuación E=mc², Einstein puso de manifiesto que una gran cantidad de energía € se libera. Cuando una pequeña cantidad de masa (m) es aniquilada porque m está multiplicada por el cuadrado de la velocidad de la luz. Estas grandes liberaciones de energía se producen el Sol y en las estrellas.

Grandes hitos en la historia de la astronomía

a.C 5000         3000         2500           S VII             S III                       0          S II            S XVI          S XVII              S XX

En China comienza a desarrollarse una actividad astronómica más o menos organizada Los Sumerios conocen algunas constelaciones Los mayas construyen monumentos destinados a la observación astronómica y elaboran un calendario sorprendentemente precioso Tales de Mileto afirma que la Tierra esférica. Pitágoras deduce la esfericidad del Sol y admite que todos los planetas y cometas giran alrededor de él. Escuela de Alejandría Eratóstenes descubre que la superficie de la Tierra está curvada. Aristarco de Samos establece las medidas de los diámetros aparentes de Luna y el Sol Hiparco de Nicea determina el periodo de revolución de la Luna y ordena el mapa de las constelaciones   Claudio Ptolomeo concibe un modelo para entender los movimientos planetarios. Piensa que la Tierra es el centro del universo Nicolás Copérnico afirma que el centro del universo no es la Tierra sino el Sol. Johanes Kepler las tres leyes básicas que rigen el movimiento planetario Galileo Galilei utiliza sistemáticamente por vez primera el telescopio. Isaac Newton enuncia la ley de la inercia y la de la gravitación universal Einstein formula la ley de la relatividad Apolo XI El hombre pisa por vez primera la luna. Envió al espacio de las naves Viking y Voyager 2000. La sonda de la nave Galileo atraviesa la atmosfera de Júpiter.