La astronomía moderna

A mediados del siglo xviii, un descubrimiento astronómico de gran repercusión vino a ratificar la validez de la teoría de Newton sobre la gravitación para describir el movimiento de los cuerpos celestes. La observación de la órbita de Urano, descubierto por William Herschel en 1781, revelaba ciertas anomalías que no era posible explicar por la presencia de los restantes planetas conocidos: Mercurio, Venus, la Tierra, Marte, Júpiter y Saturno, los que conocieron los clásicos y los únicos visibles sin ayuda de prismáticos o telescopios.

De modo independiente, en 1845 el francés Urbain-Jean-Joseph Le Verrier y el inglés John Couch Adams determinaron que para comprender las irregularidades de la órbita de Urano era necesario presuponer que había un planeta más allá del mismo. Este planeta tendría sobre Urano un efecto, por la acción gravitatoria debida a su masa, que aplicando las leyes de Newton sería posible calcular matemáticamente. Como fruto de aquellas investigaciones teóricas, Le Verrier y Adams predijeron la posición de este nuevo planeta y la distancia de su órbita con respecto al Sol.

Sólo un año más tarde, guiados por los cálculos de ambos astrónomos, los investigadores del Observatorio de Berlín descubrieron efectivamente el planeta tal y donde había sido pronosticado por la teoría. Bautizado con el nombre de Neptuno, dios romano de los mares, su descubrimiento supuso una feliz constatación del genio científico de Isaac Newton.

La revolución copernicana

La sucesión de descubrimientos teóricos y experimentales que se produjo a partir del siglo xvi en Europa permite trazar una línea divisoria muy clara en la historia de la astronomía. Antes de esa época se creía en un Universo geocéntrico y estático, estratificado en esferas cristalinas e inmutable con el paso del tiempo, salvo por el movimiento periódico recurrente que describía alrededor de la Tierra.

Fotografía de Urano, captada por el Voyager 2. Las irregularidades orbitales de este planeta fueron descubiertas en el siglo XIX por Joseph Le Verrier y John Couch.

A partir de argumentos meramente teóricos, Copérnico propuso como posibilidad teórica la existencia de un Universo centrado en el Sol. Con este cambio de sistema de referencia, de la Tierra al Sol, se eludían algunos problemas de la mecánica de los movimientos celestes del modelo geocéntrico, descrita por el griego alejandrino Claudio Ptolomeo en el siglo ii. Sin embargo, la teoría de Copérnico no aportaba datos experimentales que la avalaran ni explicaba las causas dinámicas que podrían justificar sus resultados.

La convalidación de la hipótesis copernicana y el abandono del Universo geocéntrico sostenido durante la Edad Media se debieron al trabajo acumulativo de varios astrónomos experimentales. Los más sobresalientes entre ellos fueron el danés Tycho Brahe, el alemán Johannes Kepler y el italiano Galileo Galilei.

Observaciones de Brahe y leyes de Kepler

Tycho Brahe se distinguió como uno de los astrónomos más concienzudos de la historia. A lo largo de su vida, en pleno siglo xvi, compiló una extraordinaria cantidad de datos sobre las posiciones de los planetas, las estrellas y demás luminarias de la esfera celeste. La extraordinaria precisión de sus trabajos sorprende aún más al saber que no contó para ello con ningún instrumento óptico. Ciertamente, pudo contar con un conjunto de instrumentos de mayor tamaño, estabilidad y calibrado que los precedentes. También le ayudó su condición de astrónomo real y el apoyo del rey Federico ii para la construcción de cuantos observatorios e instrumentos necesitara.

Una de las aportaciones más sobresalientes de Brahe fue la anotación del nacimiento de una nova (estrella de luminosidad variable), lo cual contradecía el principio defendido por la filosofía aristotélica de que los cielos son inmutables. La influencia del sabio danés se multiplicó cuando otro científico, el alemán Kepler, heredó sus tablas astronómicas y construyó con su ayuda un nuevo sistema de interpretación de la astronomía.

La trabajosa ordenación de los datos de Tycho Brahe permitió a Kepler elaborar tres leyes del movimiento de los cuerpos planetarios que dieron sustrato definitivo a la hipótesis copernicana frente al modelo de Universo geocéntrico:

  • Todos los planetas se desplazan describiendo órbitas elípticas alrededor del Sol, de manera que esta estrella está situada en uno de los focos de la elipse.

  • Los planetas se mueven a lo largo de su órbita de manera que al trazar una línea desde el planeta al Sol se barren siempre áreas iguales en tiempos iguales.

  • En su trayectoria, el cuadrado del periodo orbital, o tiempo que invierte el planeta en dar una vuelta completa al Sol, es directamente proporcional al cubo de la distancia media que separa al planeta de la estrella.

Estas tres leyes no sólo corroboraban la superioridad del modelo heliocéntrico con respecto al tolemaico, sino que ofrecieron un marco matemático para estudiar el movimiento de los planetas. Las observaciones astronómicas posteriores demostraron la validez general de las leyes de Kepler para el movimiento de los planetas.

El telescopio de Galileo

La astronomía experimentó un importante impulso en los inicios del siglo xvii merced a la figura de Galileo Galilei. Este sabio originario de Pisa fue el primero de la historia en emplear telescopios para observar los cielos. Al conocer el desarrollo de instrumentos ópticos en los Países Bajos ideados inicialmente para mejorar las artes de la navegación, intuyó que aquellos anteojos podían serle de utilidad para escrutar el firmamento.

Las imágenes reproducen el observatorio levantado en la isla danesa de Sund, donde Tycho Brahe estudió las posiciones de los objetos celestes en el siglo XVI, y al científico en su lugar de trabajo, según un grabado de la época.

Las imágenes reproducen el observatorio levantado en la isla danesa de Sund, donde Tycho Brahe estudió las posiciones de los objetos celestes en el siglo XVI, y al científico en su lugar de trabajo, según un grabado de la época.

De este modo modificó de acuerdo con sus necesidades uno de aquellos instrumentos, formado esencialmente por un tubo opaco provisto de una lente (objetivo) en un extremo y otra lente (ocular) en el otro. La adecuada disposición relativa de estas lentes, a una distancia conveniente entre ellas según los valores de sus respectivas distancias focales, permitía ampliar considerablemente el campo de visión accesible para el observador.

Cuando Galileo apuntó en el cielo nocturno a diversos objetos astronómicos de interés descubrió objetos inesperados y sorprendentes. Alrededor de Júpiter divisó cuatro pequeños puntos brillantes a los que denominó «estrellas errantes». Hoy se identifican con las cuatro mayores lunas del planeta, bautizadas como Io, Europa, Ganímedes y Calisto. Atisbó también las manchas solares y las montañas de la Luna, y mostró cierta perplejidad ante la luz difusa que observaba en torno a Saturno. Lo que llegó a calificar de «asas» u «orejas» del planeta se reconoció posteriormente como los bellos anillos que lo rodean.

Un descubrimiento más de Galileo sirvió para impulsar definitivamente la teoría heliocéntrica de Copérnico. Observó que el planeta Venus tenía fases, semejantes a las visibles claramente en la Luna. Ello sólo podía explicarse si Venus estaba situado entre la Tierra y el Sol y giraba alrededor de la estrella.

De la Ilustración al siglo xxi

Los siglos xviii y xix en Europa estuvieron repletos de hallazgos astronómicos de notable envergadura. Uno de los más notorios fue el reconocimiento por Edmond Halley de que las apariciones en el cielo de un cometa en los años 1531, 1607 y 1682 correspondían a un mismo objeto que regresaba a las proximidades del Sol cada 75 años aproximadamente. Aquel objeto fue bautizado como cometa Halley y abrió nuevas perspectivas al estudio del Sistema Solar más allá de los planetas conocidos.

Retrato de Galileo Galilei a cargo del pintor flamenco Joost Sustermans. Europa (foto) es una de las cuatro lunas de Júpiter que el científico italiano descubrió en el siglo XVII y a las que llamó «estrellas errantes».

Retrato de Galileo Galilei a cargo del pintor flamenco Joost Sustermans. Europa (foto) es una de las cuatro lunas de Júpiter que el científico italiano descubrió en el siglo XVII y a las que llamó «estrellas errantes».

En un contexto científico de creciente depuración de la óptica de los telescopios, el británico William Herschel descubrió en 1781 un nuevo planeta en el Sistema Solar, al que se llamó Urano. A mediados del siglo xix se encontró el planeta Neptuno y, a principios del xx, el estadounidense Percival Lowell predijo el hallazgo de un cuerpo transneptuniano que sería identificado poco después y denominado Plutón. Éste fue considerado un planeta más del Sistema Solar hasta que, en 2003, se descubrió otro cuerpo transneptuniano mayor que él, al que tres años más tarde se bautizaría como Eris.

En la actualidad, Plutón, Eris y Ceres, este último ubicado en el cinturón de asteroides, están clasificados como planetas menores o enanos del Sistema Solar. Entre tanto, la observación de los cometas, los asteroides y los satélites ligados a los distintos planetas experimentó, asimismo, un auge creciente.

En honor del inglés Edmond Halley, que descubrió un objeto estelar que aparecía sobre el firmamento aproximadamente cada 75 años, se dio su nombre al con posterioridad identificado cometa. En 1986 pudo fotografiarse el último paso cerca de la Tierra del cometa Halley.

De este modo, en los inicios del siglo xx se pensaba que el Universo se reducía en extensión a una sola galaxia, la Vía Láctea, que contenía al Sistema Solar en su conjunto. Aunque se habían detectado y catalogado «nebulosas» de aspecto extraño, solían concebirse como nubes de gas de materia difusa dentro de la Vía Láctea.

En aquel tiempo, el aprovechamiento del efecto Doppler para obtener conclusiones de las radiaciones luminosas recibidas de los astros se había convertido en una herramienta habitual entre los astrónomos. Este efecto, debido a la deformación relativa de las ondas cuando la fuente de las mismas o el observador están en movimiento, se percibe de modo característico en el ulular de la sirena de las ambulancias: al acercarse al observador el sonido es más agudo que cuando el vehículo se aleja.

En la luz, el efecto Doppler hace que las radiaciones electromagnéticas se muevan hacia el rojo para objetos que se alejan del observador y hacia el azul cuando se acercan. Un barrido sistemático de las radiaciones de los objetos celestes realizado en las décadas de 1910 y 1920 arrojó un resultado inesperado: casi todos los objetos cósmicos se están alejando de la Tierra. Este hallazgo permitió al estadounidense Edwin Hubble conjeturar que existen objetos exteriores a la Vía Láctea, otras galaxias semejantes a ella aunque exteriores, y que el Universo se encuentra en expansión.

Independientemente de las implicaciones para la cosmología de estos hallazgos, el modelo de Universo teórico surgido de las investigaciones de Hubble y sus colaboradores auspició un importante avance en las técnicas astronómicas. Asimismo, la aplicación de los descubrimientos de la física sintetizados en la teoría de la relatividad, la mecánica cuántica o la física de partículas elementales permitió un desarrollo exitoso de nuevas especialidades de la astronomía, en particular la astrofísica. El avance se agudizó aún más con el advenimiento de la era espacial desde finales de la década de 1950.

La astronomía cuenta en la actualidad con una extraordinaria dotación de medios para la investigación. Los observatorios radicados en la superficie terrestre se han especializado en diversos campos, como la astronomía óptica, la radioastronomía o la detección de fuentes de emisión de altas energías, microondas, etc. Una rama de la física de partículas elementales realiza la búsqueda de neutrinos y otras partículas exóticas en las emisiones de los objetos cósmicos.

Por otra parte, el extraordinario avance de las naves espaciales ha abierto un ámbito del conocimiento insospechado tan sólo un siglo antes. La llegada del hombre a la Luna a bordo del Apolo xi en 1969 supuso un hito en la historia de la humanidad y simboliza el poder de la tecnología al servicio de la ciencia. De especial interés para la misma fue el envío de sondas interplanetarias que han recogido fotografías y datos de gran valor de la mayor parte de los planetas del Sistema Solar. La exploración de Marte ha adquirido particular relevancia desde la década de 1990.

Esquema del Observatorio de Neutrinos de Sudbury. El laboratorio subterráneo de la ciudad canadiense es uno de los centros más modernos dedicados al estudio de las partículas elementales conocidas como neutrinos.

Paralelamente, la puesta en órbita alrededor de la Tierra de satélites artificiales dedicados a la investigación astronómica ha dotado a la astronomía contemporánea de una potencia de investigación extraordinaria. Varios telescopios orbitales ayudaron a revitalizar los conceptos científicos esenciales y a proponer ajustes y modificaciones en las teorías. El satélite iras permitió avanzar en el conocimiento de las radiaciones en el infrarrojo; COBE y WMAP, en el estudio de las microondas del fondo cósmico; Chandra y ROSAT, en el de los rayos x, y el telescopio Hubble, en la región del espectro óptico, donde ha ofrecido algunas de las imágenes más espectaculares sobre la belleza y complejidad del Universo profundo.

El satélite Chandra, especializado en el análisis de los rayos X en el espacio, tomó, en 1999, esta espectacular imagen de la explosión de una estrella de neutrones.