BREVE RESUMEN DE LA EVOLUCIÓN DE LA ASTRONOMÍA OBSERVACIONAL

Por Julián Orlando Jiménez

La astronomía es considerada como la madre de las ciencias porque fue, quizá, junto con las matemáticas, el primer conjunto de saberes que tuvo que adquirir el hombre cuando pasó de un estilo de vida nómada a uno sedentario. En esa época de transición era necesario saber en qué momento era adecuado plantar, cosechar, ir a pescar, entre otras cosas. A través de la experiencia, el hombre se dio cuenta de la relación que existía entre estos eventos terrenales y los celestiales, por lo que fue catalogando sistemáticamente por primera vez la relación entre ambos, con el ánimo de predecir los sucesos futuros. Dada la exactitud de la astronomía para augurar fechas importantes para la agricultura y la caza, se empezaron a buscar más respuestas, a temas más diversos, y de este modo surgió la astrología, pseudociencia cuyo objetivo es encontrar explicaciones a fenómenos más amplios como el comportamiento humano o las catástrofes naturales a través de la observación del cielo.

Siendo así, para la predicción de estos fenómenos se hace necesario tener un mapa celeste, que es básicamente una representación de la disposición del cielo en un momento dado, para la mayor parte de días del año, o al menos aquellos días en los que ocurren estos fenómenos. Los antiguos abordaban esta cuestión a través de la creación y uso de extensos catálogos, y posteriormente, en las civilizaciones más avanzadas en la materia, creaban monumentos o estructuras que se corresponden con fenómenos celestes.

Figura 1: Stonehenge, y la localización de algunas fechas astronómicas relevantes según su

disposición. Imagen tomada de [1].

La creación de catálogos en la antigüedad era una tarea extenuante, que requería estar noches completas observando y mapeando el cielo. Para intentar mitigar este problema, era necesario desarrollar un modelo predictivo que lograra explicar el movimiento de los cuerpos celestes, para que no se hiciera necesario estar catalogando el cielo noche tras noche, sino que se supiera la disposición del cielo en un momento posterior, conociendo dicha disposición en un momento dado. Históricamente, uno de los primeros en dar solución a este problema fue Ptolomeo, que en el siglo II de la era común desarrolló las bases del modelo geocéntrico de forma empírica, inspirado en los trabajos de los filósofos griegos Platón y Aristóteles. Como su nombre lo dice, este sistema postula que la Tierra es el centro del universo, y todos los planetas giran en torno a esta. Sin embargo, este modelo no se sostiene muy bien si se supone que las órbitas de los planetas son circulares, dado que en el cielo, en ciertos momentos, los planetas tienen un movimiento retrógrado, que quiere decir que en esos momentos los planetas se frenan, se detienen y luego van para atrás con respecto a su trayectoria original, y se vuelven a detener para seguir el rumbo que llevaban originalmente. Para explicar esto, Ptolomeo supuso que los planetas se mueven en epiciclos, y estos epiciclos orbitan en deferentes, como se puede apreciar en la figura 2. Con esta corrección, el modelo Ptolemaico predice relativamente bien la posición de los astros en un instante posterior, y con algunas correcciones ocasionales se convirtió en la disposición aceptada de los cuerpos celestes.

Figura 2: Representación de los deferentes y epiciclos en el modelo geocéntrico, en función de la posición del planeta con respecto a la tierra. Imagen tomada de [3].

La creación de este modelo facilitó un poco las tareas de catalogación del cielo, pero dada su acumulación de errores en el tiempo, junto con algunos eventos astronómicos ocasionales como la aparición de cometas, seguía siendo necesario mapear el cielo periódicamente para corregir las posiciones absolutas de los planetas. Más aún, con el uso del telescopio en la astronomía, aumentó el número de objetos que debían ser rastreados, y el trabajo de catalogación se hizo cada vez más extenso.

Afortunadamente, a finales del siglo XVI y principios del siglo XVII, Johannes Kepler formalizó empíricamente el modelo heliocéntrico, propuesto previamente por el clérigo Nicolás Copérnico, que requería algunas correcciones para ser preciso, como que las órbitas de los planetas no fuesen circunferencias perfectas sino más bien elipses, con el Sol en uno de sus focos. Posteriormente, Isaac Newton postuló la ley de gravitación universal, con la que matemáticamente puede deducir los hechos empíricos que en su momento planteó Kepler. Este nuevo modelo resultó ser mucho más exitoso que el modelo Ptolemaico en lo que se refiere a la predicción del movimiento de los planetas, la frecuencia en la que requería correcciones era radicalmente menor en comparación con el modelo Ptolemaico.

A pesar de esta simplificación sustancial en el modelo del movimiento de los planetas, uno de ellos se resistía, Mercurio. Las órbitas de los demás planetas eran constantes, en la misma elipse, pero con Mercurio ocurre que al transcurso de unos años, la órbita elíptica que tiene con respecto al Sol empieza a precesar (ver figura 3), lo que contradice la primera ley de Kepler: “Todos los planetas se mueven en órbitas elípticas alrededor del Sol”. Esta precesión es, sin embargo, bastante lenta, por lo que con ajustes ocasionales se puede corregir, pero sí dejó una puerta abierta para que un nuevo modelo se encargase de explicar este fenómeno.

Figura 3: Ilustración de la precesión del perihelio de la órbita de Mercurio con respecto al sol.

Imagen tomada de [5].

Se tuvo que esperar hasta principios del siglo XX para tener una teoría más general de la gravedad, que fuese capaz de explicar el movimiento de todos los planetas. Esta teoría no es más que la relatividad general, publicada por Albert Einstein en el año 1915. Esta nueva teoría contrasta con la visión de Newton en el sentido de que la gravedad deja de ser una fuerza real, y se vuelve una consecuencia de la geometría del espacio-tiempo inducida por la masa y la energía. Esta teoría se reduce a la teoría de Newton en el régimen del sistema solar para planetas exteriores a Venus, y concede algunos ajustes a la órbita de Mercurio, que predicen adecuadamente la precesión del perihelio de este planeta. Así, con esta nueva teoría queda zanjado el asunto de encontrar un modelo que explique el movimiento de los astros en el sistema solar. Sin embargo, los avances tecnológicos en la visualización del cosmos, que vinieron de la mano con los avances en la óptica incrementaron la distancia a la que se pueden visualizar los objetos celestes, y concedieron a la humanidad una perspectiva de su posición en el universo. El sistema solar no es todo, sino que este está inmerso en una galaxia espiral, y esta galaxia a su vez está en el cúmulo local, y este cúmulo hace parte del enmarañado de cúmulos que componen el universo observable.

La relatividad general provee herramientas para predecir el comportamiento de estos objetos cósmicos masivos, pero también refleja fallos en la comprensión del universo que todavía necesitan ser solucionados. Por ejemplo, observando las estrellas de nuestra galaxia, la Vía Láctea, se reconoce que la curva de rotación de esta no se corresponde con la cantidad de materia visible observable, por lo que, o la gravedad tiene un comportamiento aún más general a grandes escalas, o existe un tipo de materia que no se puede medir a través de la luz, conocida como materia oscura. También se tiene el comportamiento a gran escala del universo, que tiende a expandirse aceleradamente, lo que implica que hay otra cosa aparte de la gravedad, que expande el universo, o que la gravedad tiene un comportamiento quimérico, y a esas escalas se invierte, pasando de atraer a repeler. Este tipo de cuestiones y otras más son las que sugieren que la relatividad general sigue sin ser la teoría definitiva para explicar el movimiento de los astros, pero se espera que en las próximas décadas se hagan avances en esta materia a través del uso de instrumentos observacionales de última tecnología, como el proyecto LISA (ver figura 4), que permitirá identificar los modelos generalizados de gravedad que predicen acertadamente uno de los fenómenos gravitacionales más novedosos y energéticos del cosmos: las ondas gravitacionales.