La astronomía en la Revolución Científica

Los astrónomos de la Revolución Científica rechazaron las ideas largo tiempo prevalecientes de los pensadores de la Antigüedad como Claudio Ptolomeo y Aristóteles, y se lanzaron a realizar observaciones sistemáticas de la esfera celeste con el objetivo de crear un modelo del universo que se correspondiera con los hechos que constataban, y no con teorías preconcebidas.

Cosmógrafos como Nicolás Copérnico, Tycho Brahe, Galileo Galilei, Johannes Hevelius, Edmond Halley, Christiaan Huygens, Johannes Kepler e Isaac Newton habían resuelto emplear la observación, los instrumentos científicos y las matemáticas para reconciliar la teoría y los datos con los fenómenos que contemplaban, y de esa manera incrementar los conocimientos sobre el mundo que nos circunda.

Aristóteles y Ptolomeo contra el método científico

Numerosos pensadores de la antigüedad habían mostrado interés por la astronomía, pero a lo largo de la Edad Media perduraron y prevalecieron dos visiones o modelos distintos del universo, uno propuesto por Aristóteles (384-322 a.C.), y el otro por Ptolomeo (en torno a 100 - en torno a 170 a.C.). El modelo aristotélico concebía que los planetas se movían de manera uniforme en un medio indefinido de esferas invisibles, ubicadas siempre a distancias fijas de un centro ocupado por la Tierra. El planteamiento de Ptolomeo establecía que los planetas se trasladaban a lo largo de una pequeña órbita circular propia (epiciclo) cuyo centro trazaba una órbita mayor (deferente) alrededor de un punto fijo central (ecuante), la Tierra. Los círculos ideales reflejaban la perfección del Creador, y la posición focal de la Tierra era símbolo de la importancia de la humanidad. Estos modelos habían mantenido su vigencia desde la antigüedad y al parecer ejercieron un férreo dominio sobre las mentes de los astrónomos medievales. Sin embargo, el problema era que dejaban muchas preguntas sin responder. La Revolución Científica tuvo como característica fundamental el cuestionamiento de las creencias de la antigüedad y la comprobación de si eran compatibles con los fenómenos observados; además, se propuso describir los hallazgos mediante el nuevo idioma internacional de las matemáticas. Con posterioridad se compartían los hallazgos para someterse a escrutinio por investigadores independientes. La concepción y promoción de este procedimiento se debió a Francis Bacon (1561-1626).

En lo que respecta a la aplicación del método científico, la astronomía se posicionó como líder de las demás disciplinas por amplio margen. Los astrónomos se encontraban prestos a buscar respuestas satisfactorias a los enigmas de antaño. No encontraban satisfacción en “registrar fenómenos”, es decir, en limitarse a medir los movimientos de la esfera celeste, sino que comenzaban sin demora a emplear instrumentos científicos de precisión, con el objetivo de desafiar a los filósofos naturalistas. Se proponían poner a prueba los modelos que habían concebido para explicar el funcionamiento del universo.

Copérnico abre el camino

El astrónomo polaco Nicolás Copérnico (1473-1543) conocía las obras de Aristóteles y de Ptolomeo, así como las de los astrónomos persas que les sucedieron. Estaba convencido de que ninguno de ellos había hallado una respuesta que explicara de manera correcta los fenómenos que se observaban en el cielo. Copérnico formuló una teoría, no completamente nueva, en que la Tierra y los demás planetas giraban alrededor del Sol en un sistema heliocéntrico, la cual negaba el sistema geocéntrico ptolemaico. Copérnico sugirió además que la Tierra rotaba sobre su propio eje y que cada año completaba una órbita alrededor del Sol. Asimismo, propuso que los pequeños cambios de ángulo que experimentaba el eje de la Tierra a lo largo del tiempo explicaban la precesión de los equinoccios, es decir, el corrimiento gradual de las constelaciones sobre el cielo nocturno observado durante un período determinado. Copérnico afirmó que el orden en que se encontraban los planetas observables a partir del Sol era: Mercurio, Venus, La Tierra, Marte, Júpiter y Saturno. Todas estas ideas radicales se presentaron en Sobre las revoluciones de las esferas celestes (1543).

El modelo heliocéntrico desafió de manera directa al modelo aristotélico, predominante en la filosofía naturalista. Más aún, el modelo de Copérnico adoptaba una posición contraria a la visión tradicional respaldada por la Iglesia católica en la que la humanidad ocupaba un lugar central en el universo. Para la Iglesia, la humanidad constituía el foco, y de hecho, era el único motivo por el cual Dios había creado el universo. La teoría de Copérnico se mostró lenta en ganar defensores, pero hacia el último cuarto del siglo XVI los astrónomos se propusieron establecer su veracidad. Algunas cuestiones quedaban pendientes de esclarecerse, tales como la gravedad, explicada por la tradición a partir de la posición de la Tierra en el centro del universo. Hacia 1616 el modelo de Copérnico había alcanzado mayor difusión, lo cual trajo por consecuencia que las autoridades eclesiales declararan que su trabajo constituía una herejía y lo condenaran. Sobre las revoluciones… se incluyó en la lista de obras prohibidas. Nada de esto impidió que los cosmógrafos, en su mayoría cristianos que no abrigaban el interés de desafiar la doctrina cristiana, continuaran con el estudio de los cielos. Para muchos, el conocimiento de las verdaderas causas del funcionamiento del universo resultaba complementario a la creencia en un Creador divino.

Tycho y la observación sistemática

El noble danés Tycho Brahe (1546-1601) era una especie de visionario de la astronomía, lo que lo llevó a construir su propio observatorio. Muchos de sus predecesores habían observado solo lo necesario para sustanciar sus modelos particulares del universo. Tycho, por el contrario, se propuso elaborar las tablas de datos más precisas que se hubieran compilado hasta entonces acerca del firmamento. Tras terminar, se dedicaría a generar una teoría que se ajustara con mayor exactitud a los hechos. Brahe diseñó sus propios instrumentos, entre los cuales se encontraba el nuevo sextante astronómico y un gigantesco cuadrante mural.

El rey Federico II de Dinamarca y Noruega (que reinó de 1559-1588) le concedió al astrónomo la isla de Hven (Ven), donde a partir de 1576 erigió su observatorio de Uraniborg. El nombre se inspiró en Urania, la musa griega de la astronomía. Tycho ya había descubierto la nueva estrella de 1572, una supernova que se encontraba en la constelación de Casiopea, lo cual resultó suficiente para convencer a Federico de que invirtiera en la astronomía. Las cartas celestes resultaban esenciales para la navegación comercial y para la armada, lo que trajo por consecuencia que los gobernantes comenzaran a prestar apoyo financiero a los astrónomos.

La dedicación de Brahe lo condujo a realizar varios descubrimientos, entre los cuales destacó la identificación de la forma elíptica de la órbita interplanetaria de tres cometas: los de 1577, 1580, y 1585. Las observaciones del Sol llevadas a cabo por Tycho demostraron la inexactitud del calendario juliano, lo cual dio lugar a que en 1582 se creara el calendario gregoriano. Asimismo, completó un catálogo de las estrellas en el que ubicaba la posición de más de 800 estrellas, el primero en elaborarse desde Ptolomeo. En 1603 Johann Bayer (1572-1625) presentó el catálogo de Tycho Brahe en forma de atlas de las estrellas.

Armado con todos los datos que había acumulado durante décadas, Tycho conformó una teoría acerca del movimiento de los planetas, que publicó en De mundi aetherei recentioribus phaenomenis (Acerca de los más recientes fenómenos del mundo etéreo, 1588). El sistema que proponía era un compromiso entre el modelo geocéntrico de Ptolomeo y la representación heliocéntrica de Copérnico. Tycho propuso que la Luna y el Sol orbitaban la Tierra mientras los demás planetas hacían su recorrido alrededor del Sol. Aunque la teoría era errónea, la obra de Brahe le propinó el golpe definitivo al modelo de Ptolomeo. Los trabajos de Tycho sobre la supernova variable y las órbitas elípticas de los cometas le ocasionaron similar perjuicio al modelo aristotélico. Resultaba claro que el universo estaba muy lejos de ser perfecto y de poseer una estabilidad eterna. Para algunos historiadores el instante en que las observaciones desafiaron a las teorías erradas marcó el inicio de la Revolución Científica. La creencia de Brahe de que las mediciones debían realizarse de manera continua para mejorar la precisión se convirtió en un principio fundacional de las ciencias modernas, razón por la cual muchos califican a Tycho de “verdadero fundador de la nueva astronomía” (Wooton, 456), y a la astronomía como la primera ciencia moderna. Lo que se necesitaba a partir de entonces era un instrumento de alta tecnología, y los astrónomos hallaron en el telescopio la herramienta que abría ante ellos un vasto mundo inexplorado.

El telescopio de Galileo

El telescopio, materialización de la sencilla idea de colocar una lente convexa y una cóncava en los extremos opuestos de un tubo, originó una revolución en la astronomía. Les permitió a los astrónomos poder ver cosas que ningún humano había visto con anterioridad. Aunque es probable que su invención alrededor de 1608 se debiera al fabricante flamenco de anteojos Hans Lippershey (en torno a 1570 - en torno a 1619), el perfeccionamiento del instrumento se debió al astrónomo italiano Galileo (1564-1642). El telescopio de Galileo, su occhiale (anteojo), tenía 60 cm (24 pulgadas) de longitud y proporcionaba unos asombrosos 33 aumentos.

Por primera vez se podía observar la superficie de la Luna y cartografiarla. Se comprendió que la Luna, al igual que la Tierra, poseía valles y montañas. Galileo descubrió cuatro lunas o satélites de Júpiter, lo cual proporcionó evidencia adicional de que no todos los cuerpos celestes orbitaban a la Tierra o al Sol. Estudió las fases de Venus y en consecuencia demostró que la Tierra no podía ser el centro de la galaxia. Observó las manchas solares, que sugerían que el Sol era una esfera que rotaba sobre sí misma. Galileo publicó sus estudios en Sidereus Nuncius (El mensajero sideral) en 1610. Como descubridor del nuevo cosmos alcanzó tanta fama como Cristóbal Colón (1451-1506), con quien se le comparaba con frecuencia. Las ciencias, y en particular la astronomía, habían pasado a constituir la nueva frontera del conocimiento humano; no obstante, habría de pagarse un precio.

Las observaciones realizadas por Galileo lo condujeron a expresar apoyo público por el modelo de Copérnico, lo cual devino en que recibiera una censura formal de la Iglesia católica en 1616. Galileo persistió en sus afirmaciones, las que de nuevo aparecieron en 1632 en su Diálogo sobre los dos máximos sistemas del mundo (1632). El asunto resultó demasiado para la Iglesia, la cual en 1633 lo llevó a juicio por herejía. Galileo fue hallado culpable, tuvo que cesar de promover las teorías que apoyaban a Copérnico, y se le obligó a permanecer bajo arresto domiciliario en Florencia durante el resto de su vida.

Las contribuciones de Galileo resultan impresionantes, aunque quizá el mayor de sus legados fue la redefinición de la tarea del astrónomo. Desde tiempos inmemoriales los astrónomos habían sido matemáticos enfrascados en la creación de meticulosos mapas y tablas de datos. Galileo redirigió el enfoque de la astronomía hacia la observación y los descubrimientos directos. En este sentido “Galileo cambió de manera fundamental el concepto de lo que era la astronomía”. (Burns, 63). Para llevar adelante estas metas se necesitaban telescopios más potentes que, mientras quedara un solo hecho desconcertante que investigar, permitieran observar objetos más lejanos. Galileo estaba convencido de que lo que se podía ver a través del telescopio era apenas una galaxia y no el universo completo. El horizonte de la misión del intelecto humano se había desplazado hacia el infinito.

Kepler y las órbitas elípticas

Johannes Kepler (1571-1630) fue el matemático oficial de Rodolfo II, emperador del Sacro Imperio Romano Germánico (que reinó de 1576-1612) en Praga. Heredó el puesto de Tycho Brahe, cuyos datos le permitieron a Kepler concebir sus célebres tres leyes descriptivas del movimiento planetario publicadas en dos obras: Astronomia Nova (La nueva astronomía, 1609) y De Harmonices Mundi (Armonías del mundo, 1619). En ellas demostraba que el modelo del mundo elaborado por Copérnico era correcto, pero con la adecuación de que los planetas se movían alrededor del Sol en órbitas elípticas, no circulares. Además observó que la velocidad de cada planeta varía y que el Sol es el responsable de tal variación. Fue el primero en emplear el término "satélite", que aplicó a las cuatro lunas de Júpiter. Apegado a creer en una armonía cósmica controlada por Dios, fue el último de los grandes astrónomos en practicar la astrología. Kepler apoyó a la comunidad astronómica al perfeccionar el telescopio mediante el empleo de dos lentes convexas, capaces de producir imágenes de mayor claridad y más aumento que lo que hasta entonces se había creído posible. La humanidad contaba al fin con un modelo preciso de su galaxia. Había llegado el momento de observar con mayor detalle todo lo que ocurría en ella.

Hevelius, maestro de la precisión

En 1641 el astrónomo polaco Johannes Hevelius (1611-1687 d.C.) estableció un observatorio en Danzig (Gdansk), con el empleo de fondos personales. Lo nombró Stellaeburg, donde lo asistían su esposa y varios talentos del futuro como Gottfired Kirsh (1639-1710). A Hevelius se le conocía por el mote de “Lince Prusiano” (Vertesi, 213) debido a su aguda habilidad de observación, y, al igual que con Tycho, sus actividades atrajeron inversiones de los gobernantes, en este caso materializadas por los reyes polacos y por Luis XIV de Francia (que reinó de 1643-1715), quien deseaba mejorar las cartas de navegación de su armada.

Hevelius realizó varios descubrimientos importantes con su telescopio de 46 metros (150 pies) de longitud. Observó la primera estrella variable, en las que el brillo cambia de manera cíclica, a la que nombró Mira. Identificó cuatro cometas nuevos y estudió los tránsitos solares de Mercurio y de Venus. Descubrió que la Luna oscila y creó un mapa detallado de su superficie, el cual publicó en Selenographia (Selenografía, 1647). Hevelius permaneció fiel a los instrumentos diferentes a los telescopios, como el sextante y el cuadrante, que empleaba para medir el movimiento a largo plazo de los cuerpos celestes, lo cual realizó con excepcional precisión. En 1679 Edmond Halley (1656-1742), el astrónomo inglés, visitó Stellaeburg, comparó los datos de Hevelius con las lecturas que había realizado con su propio telescopio y descubrió que eran de extrema exactitud. La obra completa de Hevelius se recogió en Prodromus Astronomiae (1690), la cual contiene un amplio catálogo ilustrado y un atlas celeste que incluye más de 1564 estrellas.

Hevelius constituye un buen ejemplo del empeño colectivo en que se convirtió la astronomía. Intercambiaba correspondencia con astrónomos de toda Europa y se le otorgó el título de miembro de la Royal Society de Londres en 1664. Una importante característica de la Revolución Científica consistió en la creencia en que se podían lograr datos de mayor precisión si cada científico los obtenía por separado en diferentes lugares y luego los sometía a comparación, en particular los relativos a observaciones simultáneas del mismo fenómeno. Los datos y las investigaciones se analizaban de manera independiente, se identificaban los errores y luego se corregían, lo cual incrementaba su exactitud.

Los descubrimientos continúan

El holandés Christiaan Huygens (1629-1695) fabricó el primer reloj de péndulo en 1657, con lo que incrementó de forma dramática la precisión de las mediciones de tiempo; las divergencias pasaron a ser de segundos, en vez de minutos. Esta cuestión resultaba importante para los astrónomos enfrascados en el cálculo de los movimientos de los astros. Alrededor de 1658 Huygens observó por primera vez los anillos de Saturno y uno de sus satélites: Titán. En 1686 Huygens construyó un enorme telescopio aéreo, entonces el mayor del mundo. Mediante la eliminación del tubo y al mantener solo los lentes, el telescopio de Huygens logró una distancia focal de 67 metros, unos 210 pies. Las ideas de Huygens relativas a los telescopios aéreos, capaces de proporcionar aumentos mucho mayores, se publicaron en Astroscopia Compendiaria (1684). Por otra parte, se acoplaron telescopios miniaturizados a los instrumentos de navegación existentes, como el cuadrante. Se añadieron micrómetros a las miras telescópicas, lo cual permitió obtener mediciones aún más precisas, en particular, las de los ángulos.

El astrónomo Italiano Gian Domenico Cassini (1652-1712) estableció el Observatorio de París en 1667. Identificó los espacios entre los anillos de Saturno, lo que hoy en día se denomina división de Cassini, y halló que la distancia entre el Sol y la Tierra era de más de 140 millones de kilómetros (87 millones de millas), cálculo que realizó con una exactitud superior a lo que hasta entonces se había logrado. Del otro lado del canal John Flamsteed (1646-1719) fundó el Real Observatorio de Greenwich en 1675. Surgieron observatorios habilitados con telescopios en lugares tan improbables como el reino de Siam, la actual Tailandia, alrededor de 1680, y Jaipur, en la India, en el decenio de 1720. La cantidad de científicos dedicados a observar los cielos desde observatorios patrocinados por los estados aumentaba sin interrupción.

Edmond Halley erigió un observatorio en la isla de Santa Elena en el Atlántico sur, en 1677. El número de compañías privadas que se interesaba en la astronomía y en la elaboración de cartas de navegación de mayor calidad iba en constante aumento. Parte del financiamiento recibido por Halley lo proporcionó la Compañía de las Indias Orientales. Desde Santa Elena, Halley pudo levantar un mapa celeste del hemisferio sur, el primero basado en observaciones realizadas por medio de un telescopio. Halley descubrió la aceleración de la Luna y registró el movimiento relativo entre las estrellas, denominado movimiento propio. De fama indiscutible, Halley identificó que el cometa de 1682 era el mismo de 1607 y 1531. En 1705 predijo con exactitud que retornaría en 1758. En 1729, la prestigiosa Real Academia de las Ciencias de Francia invitó a Halley a formar parte de su membresía, con lo cual se hizo eco de la creciente internacionalización de la astronomía. No obstante, quizá la mayor de las contribuciones de Halley a la astronomía fue la de persuadir a un colega de que publicara sus extraordinarios hallazgos: su nombre era Isaac Newton (1642-1727).

Newton y la gravedad

Newton inventó el telescopio reflector en 1668, dispositivo que empleaba un espejo curvo para mejorar la calidad de la imagen observada y reducir el tamaño del aparato. Newton descubrió la gravedad, que explicaba los fenómenos que habían desconcertado a todos los astrónomos que le antecedieron. El porqué de la rotación de los planetas, la forma en que mantenían sus satélites y el cambio de velocidad en el movimiento de los planetas en dependencia de su distancia al Sol se debía todo a esta misteriosa fuerza. Newton fusionó la filosofía mecanicista con la matemática para expresar las tres leyes del movimiento, que expuso en Principios Matemáticos de la Filosofía Natural, en 1687:

1. Los cuerpos en reposo o en movimiento rectilíneo tienden a mantenerse en el mismo estado.
2. Los cambios en el movimiento de un cuerpo varían en dependencia de la fuerza que se ejerce sobre ellos.
3. Cada acción genera una reacción igual y contraria a ella. (Burns, 218)

De la misma manera, definió su ley universal de la gravedad, a la cual se otorga dicho calificativo por ser aplicable a todo lo existente en la Tierra y en el espacio:

Que entre dos cuerpos cualesquiera del universo se ejerce una fuerza que es directamente proporcional al producto de las masas de los dos cuerpos e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. (ibid, 245)

La relevancia de estas leyes resultó crucial para Newton, al posibilitarle la realización de predicciones muy precisas acerca de los efectos de la gravedad. Se trataba de una nueva ciencia, con independencia de que algunos se mostraban reticentes a reconocer la verdad, en particular los filósofos mecanicistas a quienes les parecía inaceptable que un cuerpo físico afectara a otro cuerpo sin que existiera vínculo material alguno entre ellos. La gravedad permaneció en el misterio debido a que nadie, ni siquiera Newton, sabía cómo se originaba, ni por qué existía, ni quién o qué garantizaba su persistencia. Aún quedaba espacio suficiente para la realización de investigaciones adicionales, por lo que, de manera importante para Newton en su nueva visión del cosmos, había espacio para Dios. Con el transcurso del tiempo las ideas de Newton llegaron a ser aceptadas por la mayor parte de la comunidad científica, y se desarrolló un movimiento bien definido conocido como newtonismo, que impulsaba el concepto de que el conocimiento científico debía presentarse en forma de series de leyes matemáticas. El newtonismo se difundió de manera gradual por toda Europa hasta convertirse en el enfoque dominante en las universidades y entre los intelectuales. Con el liderazgo de la astronomía, las ciencias por fin se separaban de la filosofía para ir en pos de un camino propio de medición, interpretación, y mejoramiento del mundo en que vivimos.

Legado

Los astrónomos de la Revolución Científica transformaron en su época el enfoque sobre su campo de estudios y realizaron una miríada de descubrimientos que cambiaron por completo la visión del espacio y de nosotros mismos. No se los ha olvidado. Uno de los más grandes cráteres de la Luna lleva el nombre de Copérnico. Una supernova observable en la actualidad se denomina Tycho. La Agencia Espacial Europea depositó una nave nombrada Huygens en Titán, el satélite de Saturno, en 2005. Un satélite astronómico polaco designado Hevelius se puso en órbita en 2014. Halley, por supuesto, se rememora por el cometa que pasa raudo con período aproximado de 75 años, a ser visto de nuevo en 2061 para recordarnos que la escala de tiempo en que el universo funciona se encuentra más allá de la comprensión humana.