La astronomía como ciencia

En las llanuras inglesas del norte de Salisbury se encuentra Stonehenge, uno de los monumentos megalíticos más visitados del mundo. En un estado de conservación extraordinario para tratarse de una construcción que se inició en el año 3100 a.C., su monumental doble círculo de menhires y dólmenes ha dejado un testimonio intrigante y revelador de los usos y los conocimientos de las gentes del Neolítico en el noroeste de Europa.

Las interpretaciones acerca del significado del monumento, mucho más sofisticado, por ejemplo, que la hilera de grandes piedras verticales de Avebury de las proximidades, han sido numerosas, diversas y controvertidas. Parece clara su finalidad de templo religioso al aire libre, dedicado a ceremonias y acaso a cultos sacrificiales. No obstante, el singular reparto de los elementos de la construcción ha llevado a elucubrar acerca de su posible función de calendario agrícola, predictor de eclipses y primitivo observatorio astronómico.

Esta última opinión viene respaldada por indicios en otros lugares sobre los conocimientos relativamente avanzados de los antiguos sobre las posiciones de los astros en el firmamento. No en vano, los mitos de las culturas más antiguas son a menudo recreaciones personificadas de la disposición en la bóveda celeste de las estrellas y las constelaciones. Atendiendo a la riqueza y variedad de la tradición oral podría así afirmarse que las primeras historias legendarias compuestas por la humanidad pueden aún «leerse» en las luminarias que animan el firmamento.

Definición y ámbitos de estudio

Se ha dicho que la astronomía es la ciencia más antigua. Sus orígenes se remontan a los tiempos prehistóricos, conforme fue desarrollándose durante el largo periodo de diseminación de la especie humana por el planeta mientras ésta aprendía a reconocer las diferentes clases de hábitat que iba ocupando. El interés del hombre en la astronomía no era sólo estético o recreativo. Ya fuera para optimizar la recolección en terrenos ya explorados o ante la extensión progresiva de la agricultura, conocer el ciclo de las estaciones se hizo esencial para la subsistencia de los grupos humanos, al menos desde el periodo del Neolítico.

El monumento megalítico de Stonehenge, en el sur de Inglaterra, se ha interpretado como un inmenso observatorio astronómico que habría permitido a los pobladores de la Edad de Bronce fijar el curso de las estaciones y predecir los eclipses.

A lo largo de la historia, el conocimiento de los astros ha ido enriqueciéndose con el legado de las observaciones de los distintos pueblos. Chinos, sumerios y egipcios demostraron durante la antigüedad ser unos extraordinarios «cazadores» de estrellas. El periodo antiguo de la astronomía finalizó hacia el filo del siglo XVII, con la invención de los primeros telescopios astronómicos. Actualmente, estos instrumentos de observación multiplican profusamente los límites de visibilidad, tanto en distancia como en longitud de onda de las radiaciones, del ojo humano desnudo.

La astronomía, que puede definirse como la ciencia que estudia los objetos celestes, se erige así como una ciencia singular. A diferencia de otras disciplinas científicas, no puede recurrir a la experimentación para demostrar sus teorías y modelos, pues no es posible medir directamente el radio de una galaxia, ni tampoco reproducir en un laboratorio el proceso de nacimiento de una estrella o la órbita de un satélite alrededor de un planeta o de éste en torno a un sol.

La materia prima de trabajo de los astrónomos es la luz, o, mejor dicho, las radiaciones electromagnéticas que se reciben en la Tierra desde todas partes del Universo. Estas radiaciones cubren todo el espectro electromagnético, desde los rayos gamma y X, en uno de sus extremos, hasta las microondas y las ondas de radio en el opuesto.

Entre ambos se extienden las regiones del ultravioleta lejano y cercano, la luz visible y el infrarrojo. Con este exiguo elemento, la astronomía ha desarrollado ingeniosos procedimientos para determinar distancias, ciclos, luminosidades, interrelaciones entre los astros y composición de las estrellas y las galaxias para elaborar hipótesis y conjeturas fundadas sobre la estructura, el origen y el destino del cosmos.

Divisiones de la astronomía

En la actualidad, la astronomía es una ciencia compleja en la que confluyen numerosos campos de estudio. Los objetos de su investigación son los cuerpos celestes, ya se trate de sistemas planetarios, galaxias, agrupaciones galácticas (cúmulos) o estructuras cósmicas de orden superior.

El modelo arquetípico de sistema planetario es el Sistema Solar al que pertenece la Tierra, y que comprende básicamente una estrella central con varios planetas mayores con sus satélites, asteroides, cometas y material interestelar. Las galaxias son congregaciones de infinidad de estrellas de diversas clases, brillos y composiciones, muchas de ellas provistas presuntamente de sus propios sistemas planetarios. En las últimas décadas se han obtenido las primeras constataciones de la existencia de planetas extrapolares.

A su vez, las galaxias aparecen ligadas por efectos de una atracción gravitatoria mutua en agrupaciones mayores denominadas cúmulos galácticos. La Vía Láctea, galaxia en uno de cuyos brazos se encuentra el Sistema Solar, está encuadrada en un cúmulo conocido como Grupo Local. Finalmente, el estudio exhaustivo de distintas porciones del cielo y el análisis de las débiles radiaciones de microondas recibidas desde el cielo en todas direcciones en los observatorios terrestres han permitido descubrir ciertas pautas que permiten hablar de una organización del Universo en otras superestructuras.

Dentro de este campo tan diverso de observaciones se ha hecho imprescindible una progresiva especialización de la ciencia astronómica. Ésta cubre, en su acepción más extensa, el estudio directo de los astros (planetas, estrellas, galaxias, nebulosas), de su composición y su evolución, de sus movimientos y sus posiciones cambiantes en la bóveda celeste, de la estructura del cosmos, su origen y su posible destino.

Desde este punto de vista, la astronomía se ha especializado en diferentes ramas que pueden agruparse y relacionarse según distintos criterios. Los dos más aceptados son los que se basan en la naturaleza del objeto o problema estudiado y los que se inspiran en el método o procedimiento de observación y captación de datos.

Especialidades según el objeto de estudio. La lista de especialidades de la astronomía compilada atendiendo a su objeto de estudio puede ser muy prolija. Se habla así de astronomía planetaria, estelar, galáctica o extragaláctica según se centre en la investigación de planetas, estrellas, galaxias y objetos exteriores a éstas, respectivamente.

Especial interés suscitan, dentro de estas clasificaciones, otras disciplinas afines, integradas en la astronomía o estrechamente imbricadas con ella, como son la astrofísica, la astronomía de posición y la cosmología. La primera se entiende como la ciencia que se ocupa del estudio de la física del Universo, en lo que se incluyen las propiedades físicas de los objetos celestes, como son su temperatura, densidad, brillo y composición química.

La invención de los primeros telescopios astronómicos en el siglo XVII marcó el paso de la astronomía antigua a la moderna. En la ilustración, grabado alemán de esa centuria que muestra a un astrónomo observando el cielo con su telescopio.

La astronomía de posición, o astrometría, se encarga del estudio de la posición en el firmamento de los cuerpos celestes. Finalmente, la cosmología persigue comprender el origen y la evolución del Universo. Ante la imposibilidad de recrear la historia del cosmos por medios empíricos, la cosmología es una ciencia eminentemente teórica y especulativa. En las últimas décadas han experimentado asimismo un notable desarrollo las ramas especializadas en el estudio y evolución de la vida en el Universo (astrobiología) y de los primeros tiempos de la astronomía (arqueoastronomía).

Especialidades según el método de observación. La astronomía tradicional, la basada en el uso de telescopios y que puede ser practicada por aficionados que a menudo aportan notables contribuciones a las observaciones de esta ciencia, recibe el nombre genérico de astronomía óptica. Con este término pretende diferenciarse de una disciplina de aparición más reciente, la radioastronomía, que utiliza telescopios dotados de inmensas antenas parabólicas (radiotelescopios) para recoger las radiaciones cósmicas recibidas en la Tierra en el ámbito de las ondas de radio.

Imagen de la galaxia de Andrómeda. La astronomía galáctica se ocupa de identificar y describir las galaxias estelares.

Análogamente, se han desarrollado en las últimas décadas otras ramas de la observación denominadas astronomía en el infrarrojo, en el ultravioleta o de altas energías. Esta creciente dotación de instrumentos astronómicos se enriqueció extraordinariamente con el empleo de satélites artificiales para mejorar las observaciones.

Uno de los problemas seculares de la ciencia astronómica es el debilitamiento de las radiaciones llegadas desde el exterior al atravesar la capa de gases de la atmósfera. Al situar observatorios fuera de la atmósfera, como el telescopio óptico Hubble en órbita alrededor de la Tierra desde 1990, se logra superar este inconveniente. El detalle y la riqueza de los observatorios en órbita han movido a poner en marcha varias misiones espaciales cuyos principales estudios se han centrado en el contexto de la astrofísica y la cosmología.

Métodos y herramientas de la astronomía

La astronomía es una ciencia empírica, que se basa en las observaciones para proponer modelos y teorías acerca del origen, la composición y la evolución de los objetos celestes. Para ello utiliza el método científico común a otras ciencias de la naturaleza, como la física o la química.

El uso de radiotelescopios y observatorios en órbita alrededor de la Tierra, como el Hubble, ha permitido ampliar notablemente la cantidad de datos y observaciones manejados por la astronomía.

Por otra parte, la física y las matemáticas forman una parte esencial del abecedario astronómico. Para conocer la posición de los astros en el cielo y predecir sus movimientos es importante un buen conocimiento de geometría y trigonometría esférica. Las tablas de efemérides donde se recogen los datos de los calendarios astronómicos están repletas de símbolos y anotaciones expresados en el lenguaje matemático de la medida de ángulos. A su vez, la astrofísica y la cosmología exigen perentoriamente un conocimiento profundo de las leyes físicas de la naturaleza, desde la mecánica y la termodinámica a las partículas elementales.

En otro orden de cosas, la materia básica de la astronomía es la radiación electromagnética. Ello exige en el astrónomo una base teórica firme en los distintos aspectos de la óptica y el electromagnetismo. Este hecho se ve reforzado por la necesidad de conocer el funcionamiento de los telescopios y sus distintos componentes de lentes, espejos y otros dispositivos ópticos.

A partir del siglo xix, la espectroscopia y la fotografía pasaron a integrarse como elementos indispensables en las medidas astronómicas. Sus instrumentos asociados permitieron a los astrónomos medir la cantidad y la calidad de la luz emitida por las estrellas y las nebulosas, abriendo el camino hacia la construcción de modelos de luminosidad y temperatura de los cuerpos celestes.

En la actualidad, el arsenal de instrumentos de observación y equipos auxiliares de la astronomía se ha enriquecido extraordinariamente. De él forman parte herramientas tecnológicamente avanzadas como las unidades de radio y de radar, los detectores electrónicos, las computadoras de alta velocidad y, en último término, las sondas planetarias y los observatorios en órbita alrededor de la Tierra.