Campo gravitatorio: Concepciones del universo. Desde la antigüedad hasta Kepler
Concepciones del universo desde la antigüedad hasta Kepler
El estudio del universo interesó a las personas desde la más remota antigüedad. Los egipcios dividían en 36 grupos las estrellas, En Mesopotamia se introdujeron los meses y la semana bautizando los días por el Sol, la luna y los cinco planetas conocidos. También dividieron el día en 2 grupos de 12 horas, y la hora en minutos y segundos. Los chinos se preocuparon del universo. Para ellos, los cuerpos celestes más importantes eran la estrella polar y las estrellas circumpolares, que nunca salen ni se ponen. La polar era el emperador de los cielos, las circumpolares príncipes y el resto de estrellas funcionarios.
Rompiendo con las explicaciones míticas de las civilizaciones anteriores los grandes filósofos y astrónomos griegos emiten las primeras teorías racionales sobre la forma de la tierra y su concepción del universo.
Teorías geocéntricas
Anaximandro (siglo VII a.C.), dice que la tierra era de forma cilíndrica y estaba rodeada de una neblina formada por tres anillos estelares que se movían alrededor de la tierra, las estrellas, la luna y el Sol en la que de forma ocasional se abrían agujeros y entonces se podía ver que más allá brillaban el fuego y la luz (el sol, la luna y las estrellas). Thales de Mileto predice un eclipse.
Pitágoras (siglo VI a.C.) explicó la estructura del universo en términos matemáticos. El gran fuego central, origen de todo se relacionaba con el uno, origen de los números. A su alrededor giraban la tierra, la luna, El sol y los planetas conocidos. El período de la Tierra en torno al fuego central era de 24 horas y ofrecía a este siempre su cara oculta, donde no habitan las personas. También se conocían los períodos de la Luna (un mes) y del Sol (1 año). El universo concluía en una esfera celeste de estrellas fijas y más allá estaba el Olimpo. La obsesión matemática de los pitagóricos le llevó a pensar que el número de cuerpos que formaban el universo era diez, ya que este es el número perfecto. Como solo encontraban nueve supusieron que el décimo estaba entre la tierra y el gran fuego y por eso no era visible. Lo llamaron Antitierra.
Filolao de Tarento (siglo V a.C.) formuló la idea de una tierra esférica. Esta idea fue fácilmente aceptada ya que era el único modelo capaz de aceptar fenómenos como la desaparición gradual del casco y velamen de los barcos en el horizonte o que la sombra que la tierra proyecta sobre la Luna en los eclipses es circular.
En el siglo IV a.C. Platón elabora un teoría del universo basada en que la tierra esférica, ocupa el centro del universo, y los cuerpos celestes son de carácter divino y se mueven en torno a la tierra con movimientos circulares uniformes.
Aristóteles, discípulo de Platón, añade que el Cosmos está dividido en dos partes, el mundo sublunar y el mundo supralunar. El mundo sublunar está compuesto por los cuatro elementos de la región terrestre (tierra, aire, agua y fuego). El mundo supralunar es el mundo de la armonía perfecta, donde todos los planetas se mueven con movimiento circular uniforme y está compuesto por la quinta esencia el éter.
Esta concepción tenía una cierta consistencia al explicar los movimientos observados en la superficie terrestre. En esta época no se tenía en cuenta la medición y la experimentación, y era comúnmente admitido que los objetos más pesados caen más deprisa que los más ligeros. La razón es que al contener más cantidad del elemento tierra, su tendencia a situarse en su lugar natural era más acusada. Igualmente el vapor tendía a ascender por encima de la tierra hacia su lugar natural, el aire.
Esta teoría no daba una explicación satisfactoria del movimiento retrogrado que a veces parecían experimentar los planetas (estrellas errantes) ni de las variaciones de brillo observadas para esos planetas y que se asociaban (correctamente) con variaciones de distancia.
Con el debilitamiento de Atenas, surge la etapa de Alejandría, con nuevos astrónomos que desarrollaban programas de observación y valoraban la observación sistemática.
Entre ellos destaca Aristarco de Samos (Siglo III a.C.) que ideó métodos para calcular la relación entre los diámetros de la Tierra y la Luna, la distancia Tierra-Luna en función del diámetro de la Tierra y la distancia entre la Tierra y el Sol en relación con a la distancia Tierra - Luna. Los resultados no son muy exactos debido a la imprecisión de los aparatos pero los métodos son correctos. Aristarco mantenía la idea de un Universo en el que el centro es el Sol y en torno a él giran la Tierra y los demás planetas. Es el precursor del modelo heliocéntrico, que no fue aceptada en su cultura. También indica que la Tierra gira sobre su eje, basándose en los estudios de Hericlades del Porto. Un discípulo suyo, Eratóstenes de Cirene, ideó un método para medir el diámetro de la tierra.
Hiparco de Nicea (siglo II a.C.) considerado el mejor astrónomo de la antigüedad, estudió el movimiento del Sol y observó que no tiene siempre la misma velocidad. Propuso un modelo en el cual es Sol se mueve en un círculo que llamo epiciclo: el centro del epiciclo a su vez se mueve en torno a la tierra describiendo otro círculo llamado deferente.
En el siglo II de nuestra era, Ptolomeo, siguiendo Con los trabajos de Hiparco, sugirió un esquema geocéntrico según el cual la Tierra seguía estando inmóvil en el centro del universo y los astros, en orden de proximidad la Luna, Mercurio, Venus
El Sol, Marte, Júpiter, Saturno y las estrellas efectuaban dos tipos de movimientos: Un movimiento orbital en el llamado epiciclo del planeta, y otro movimiento que llevaba a cabo el centro del epiciclo alrededor de la tierra y que se llamaba deferente.
Ajustando adecuadamente las velocidades del movimiento del planeta y en su epiciclo y de su centro en la deferente se podía dar una explicación bastante precisa de todos los problemas, como el movimiento retrogrado de los planetas tuvo una gran aceptación y se mantuvo en vigor durante muchos siglos. Mantenía el movimiento circular uniforme como movimiento natural de los cielos. El artificio de los epiciclos no satisfacía a los que abogaban por un modelo simplista como el aristotélico.
Figura 1.1: Movimiento de un planeta representado en epiciclos y deferentes, según la teoría ptolemaica.
Teorías heliocéntricas
La primera teoría heliocéntrica la formula Aristarco de Samos (siglo III a.C.) Sugiere que el esquema más simple del movimiento de los astros se obtiene si se sitúa el Sol en el centro del Universo. La Tierra tendría dos movimientos, rotación diaria y traslación anual. Esta teoría fue desechada frente a la aristotélica, porque la Tierra debía ser el centro del universo. Además se le hacía un reproche; Si la teoría fuese acertada la Tierra estaría unas veces más cerca y otras más lejos de ciertas estrellas del fondo estelar, lo que haría que se vieran como si hubieran sufrido un desplazamiento sobre el fondo de las estrellas más lejanas. Nadie había observado este desplazamiento. A esto se le conoce como paralaje estelar.
Galileo fue quién apuntó, en el siglo XVII, la clave de la dificultad para medir el paralaje: las estrellas estaban mucho más lejos de lo que se pensaban. En 1.838, un astrónomo alemán, Friedrich Wilhelm Bessel, midió el primer paralaje de una estrella. El resultado que obtuvo equivaldría al tamaño del ángulo de una peseta medido desde 5 km de distancia.
Teoría heliocéntrica de Copérnico
Nicolás Copérnico (1.473 - 1.543) expone una teoría heliocéntrica que desecha la teoría Ptolomeica y retorna a la simplicidad de los movimientos planetarios. Sitúa al Sol en el centro del Sistema y todos los planetas, incluida la Tierra se moverían en circunferencias concéntricas. La Tierra tendría un doble movimiento de traslación y rotación.
Esta concepción del Universo es contraria a la Biblia y a las teorías de Aristóteles, por lo que no fueron aceptadas por sus contemporáneos. De hecho, Copérnico nunca publicó su obra De revolutionibus orbius caelestium (Revoluciones de las esferas celestes) que se publicó póstumamente en 1.443
Uno de los mayores aciertos de la teoría de Copérnico fue el establecimiento de los períodos orbitales de los planetas alrededor del Sol y las distancias relativas de los planetas al Sol.
 | También ofrecía una sencilla explicación del movimiento retrogrado de los planetas. Si se observa el dibujo, la retrogradación del planeta tiene lugar cuando la Tierra lo adelanta, debido a que su período de revolución alrededor del Sol es más corto. |
Justificó también correctamente la no observación del paralaje. Las estrellas estaban tan lejos que la diferencia era inapreciable.
Galileo
Galileo Galilei (1.564 - 1.642) apoyó y desarrolló la teoría heliocéntrica de Copérnico.
En 1.610 publica el Mensajero celestial donde dice:
- Júpiter tiene cuatro planetas (Johannes Kepler los llamaría después satélites) girando en torno a él. Esto venía a decir que la Tierra no era el centro de rotación de todos los cuerpos celestes y rompía con el dogma de los siete cuerpos celestes, aparte de las estrellas fijas, que se suponía constituían el universo
- La superficie lunar no era lisa ni perfectamente esférica sino que tenía rugosidades, cadenas montañosas y valles. Esto supone atentar contra la idea de que salvo la Tierra los demás cuerpos celestes eran esféricos y uniformes
- Las estrellas fijas no parecían aumentar a través del telescopio. Esto implicaba que estaban increíblemente lejos, lo que permite explicar la ausencia de paralajes observadas
- La Vía Láctea, cuyo nombre se deber al aspecto lechoso que presenta su rastro en el cielo, estaba compuesto por una infinidad de estrellas indistinguibles a simple vista
En 1.632 publica Diálogos sobre los dos grandes sistemas del mundo, obra en la que hace una defensa del sistema Coperniciano (sigue creyendo que las orbitas son circulares) y expone el principio de la inercia y la idea de la caída libre de los cuerpos independientemente de la masa, en contra de Aristóteles.
Sus ideas le acarrearon problemas con la inquisición y abjuró de ellas.
Paralaje: Desplazamiento aparente que sufre un objeto cuando el observador cambia de lugar. Por ejemplo: Si mantienes inmóvil el dedo índice de una mano frente a la cabeza y desplazas ésta de un lado a otro, parece como si el dedo también se moviera.
• Fuente:
Física de 2° de Bachillerato - Colegio Montpellier
Autor: Leandro Bautista. España.
Editor: Ricardo Santiago Netto (Administrador de Fisicanet).