La posición de la Tierra en el Universo

Si miramos el cielo en una noche sin nubes y tratamos de ver lo que se nos ofrece, entramos en el campo de la astronomía, la más antigua de todas las ciencias. Y así es, la ciencia comenzó a nacer cuando, hace algunos miles de años, alguno de nuestros antepasados comenzó a notar ciertas regularidades en el movimiento anual de las estrellas en esos cielos extraordinarios, libres de contaminación, que existían en aquella época...

Ramón Mª Sola Jábega.

Dpto. de Física y Química.

I.E.S. Manuel de Falla. Maracena (Granada)

Si observamos las estrellas durante la noche, veremos que todas se mueven, pero mantienen siempre sus posiciones relativas de unas con respecto a otras. Si nos encontramos en la latitud de Europa, veremos que durante la noche las estrellas que se ven hacia el norte van bajando hacia el horizonte, mientras que las estrellas del este se van levantando del horizonte. Hacia el norte hay estrellas que son visibles durante toda la noche y describen círculos alrededor de una estrella que permanece fija, ésta es la estrella Polar.

Si repetimos la observación a la noche siguiente, veremos que todas las estrellas están exactamente en la misma posición que tenían el día anterior, pero cuatro minutos más tarde; es decir, por ejemplo, el 8 de mayo a las 8:56 PM las estrellas están en la misma posición que estaban el 7 de mayo a las 9 PM. Y es así como al oscurecer todos los días, las estrellas están desplazadas todas hacia el oeste con respecto a la noche anterior; hacia el este se van viendo estrellas que antes no se veían a la misma hora, y en el oeste dejan de verse algunas estrellas; después de un año vuelven a aparecer las mismas estrellas del año anterior. Las estrellas circumpolares son visibles durante todo el año.

A pesar de esa gran regularidad había algo que desconcertaba a los astrónomos. Hay algunos astros que los antiguos llamaban “errantes”, que van cambiando su posición con respecto a las estrellas fijas; si se miran durante una noche, parecen moverse igual que todas las estrellas vecinas, pero si se observan durante varias noches se puede observar que se mueven con respecto a las demás estrellas, describiendo trayectorias caprichosas en forma de bucle, llamadas “movimiento retrógrado” como la que se muestra en la figura. A estos astros se les llamó “planetas”, de la palabra griega que significa, precisamente, “errante”.

Modelo aristotélico En el siglo IV a.C. Aristóteles estableció el primer modelo razonado de la estructura del Universo. Es el primero de los denominados “geocéntricos”. Para el padre de la filosofía el Universo se estructuraba en forma de esferas concéntricas, cada una de las cuales contenía a un astro, salvo la última que contenía a la totalidad de las “estrellas fijas”. En el centro de estas esferas se situaba la Tierra, fija en el centro del Universo. Cada esfera se movía impulsada por el movimiento de la exterior a ella, salvo la última, denominada “primer motor”.

Para comprender la importancia de este modelo en la historia de la astronomía hay que tener en cuenta el peso del pensamiento de Aristóteles en la filosofía escolástica durante los siglos XI a XV, en especial en lo que se refiere al argumento de autoridad (auctóritas), así como al rechazo de la comprobación empírica en favor del razonamiento puro.

Aristóteles reemplaza el mundo de las ideas por el de las formas. Para él la forma pura, carente de materia, es Dios, el primer motor inmóvil que origina el movimiento del mundo. Sostiene que existen dos mundos divididos por la esfera lunar: por debajo, el mundo sublunar o terrestre, imperfecto y cambiante; por encima, el mundo celeste, perpetuo, perfecto, inalterable e incorruptible. Abajo estaba lo imperfecto y arriba lo ideal. Abajo existía el cambio y arriba lo perpetuo. Por esta razón, a diferencia de los cuatro elementos terrestres, tierra, agua, aire y fuego, que son impredecibles e imperfectos los objetos celestes están compuestos por un quinto elemento: el éter, perfecto e inmutable. Por esta razón también todos los astros describen movimientos perfectamente circulares, ya que la circunferencia es la curva perfecta, como corresponde al mundo celeste perfecto.

El modelo de Aristóteles sin embargo no explica el movimiento retrógrado de los planetas

En el siglo II (dC) Claudio Ptolomeo propone un modelo, que, si bien está basado en las ideas de Aristóteles, tiene una formalización geométrica.

La teoría geocéntrica de Ptolomeo puede resumirse de la siguiente forma:

1.-La Tierra es estática, y ocupa el centro del Universo.

2.- Las estrellas están fijas en una inmensa esfera que gira en torno a la Tierra.

3.- El Sol, la Luna y los demás planetas giran en torno a la Tierra en órbitas complejas descritas por el modelo epiciclo/deferente.

El planeta se encaja en la esfera del epiciclo. El deferente rota alrededor de la tierra mientras que el epiciclo rota dentro del deferente, haciendo que el planeta se acerque y se aleje de la tierra en diversos puntos en su órbita.

Modelo de Ptolomeo

Modelo copernicano

De Revolutionibus Orbium Coelestium (1543)

Nicolás Copérnico está considerado el padre de la astronomía moderna. Su teoría sitúa al Sol, y no a la Tierra en el centro del Universo. Es por tanto una teoría heliocéntrica, aunque no la primera, que se debe a Aristarco de Samos ( S III a.C.)

1.- El Sol está inmóvil en el centro del Universo.2.- La Tierra tiene dos movimientos: rotación sobre sí misma y traslación alrededor del Sol.3.- La Luna gira en torno a la Tierra.4.- Los planetas giran en torno al Sol a distintas distancias, describiendo en su desplazamiento órbitas perfectamente circulares.

5.- La esfera de las estrellas fijas está muy lejana e inmóvil.

Galileo Galilei, por Ottavio Leoni (1624)

Galileo Galilei (Pisa, 1564) está considerado como uno de los más importantes científicos de todos los tiempos, no sólo por sus aportaciones al campo de la física, sino por su forma, completamente nueva, de entender la manera en que se construye la ciencia, basándose siempre en la experimentación.

Galileo Galilei

Galileo realizó notables aportaciones científicas en el campo de la física, que pusieron en entredicho teorías consideradas verdaderas durante siglos. Así, por ejemplo, demostró la falsedad del postulado aristotélico que afirmaba que la aceleración de la caída de los cuerpos -en caída libre- era proporcional a su peso, y conjeturó que, en el vacío, todos los cuerpos caerían con igual velocidad.

Entre otros hallazgos notables figuran las leyes del movimiento pendular (sobre el cual comenzó a pensar, según la conocida anécdota, mientras observaba una lámpara que oscilaba en la catedral de Pisa) y las leyes del movimiento acelerado.

Sala Bertini, Villa Andrea Ponti

Una de las más decisivas aportaciones de Galileo fue el desarrollo y mejora del telescopio, que había sido inventado algunos años antes. Este aparato permitía, con una adecuada combinación de lentes, la observación de objetos lejanos como si estuviesen mucho más cerca, lo cual tenía una indudable aplicación comercial y militar.

El “problema” surgió cuando a Galileo se le ocurrió dirigir su telescopio al cielo, lo que le permitió observar más de cerca los astros. Descubrió varias cosas que desmentían no sólo las teorías geocéntricas, sino también muchas ideas que, desde Aristóteles seguían estando vigentes:

Descubrió la existencia de cráteres y montañas en la Luna, que según Aristóteles debería ser perfectamente esférica y uniforme.

Descubrió que Venus pasa por fases, igual que la Luna, lo cual sólo puede ser justificado si el planeta gira en torno al Sol.

El telescopio le permitió observar asimismo la existencia de cuatro satélites de Júpiter, que orbitaban en torno a él.

Estos satélites, hoy llamados satélites “Galileanos” son : Io, Europa, Ganímedes y Calisto. Hoy conocemos un total de 61 satélites del mayor planeta de nuestro sistema solar.

Johannes Kepler (1571-1630)

A principios del S XVII Joahnes Kepler tuvo acceso a los datos de las observaciones realizadas por Tycho Brahe, astrónomo real de la corte de Dinamarca, observando una discrepancia de 8 minutos de arco con las órbitas que suponía circulares de acuerdo con el modelo de Copérnico. Propuso entonces una modificación al modelo copernicano en el que los planetas describirían orbitas elípticas en torno al Sol, que se situaría en uno de los focos de la elipse.

Rodolfo II, Emperador del Sacro Imperio Romano GermánicoTycho Brahe (1546-1601)

A partir de estas órbitas elípticas definió sus tres leyes del movimiento planetario, vigentes aún en la actualidad:

1.- Los planetas describen órbitas elípticas en torno al Sol, que se sitúa en uno de los focos de la elipse.

2.- Las líneas rectas (radiovectores) que unen un planeta con el Sol barren áreas iguales en tiempos iguales.

3.- El cuadrado de los períodos de la orbita de los planetas es proporcional al cubo de las distancias medias al Sol.

Isaac Newton (1643-1727)

Balanza de torsión de Cavendish

12.760 kms

1 mes luz

100.000 años luz

10 millones de años luz

90 millones de años luz

500 millones años luz

Una de las mayores estructuras descritas es Laniakea es un “cúmulo de supercúmulos”. Ha sido definido en septiembre de 2014 por astrónomos de la Universidad de Hawái. El nombre significa en hawaiano "Cielo inmenso".

Se ha cuantificado la existencia en este supercúmulo de 100.000 galaxias con 100.000.000.000 estrellas en total. Se trata de uno de los seis millones de supercúmulos que se calculan puedan existir en nuestro universo detectable. Laniakea posee un tamaño aproximado de 160 Mpc o 500 millones de años-luz, lo que hace que sea casi un 4 % del total del universo observable.

George Lemaitre

George Gamow

Desplazamiento al rojo de las bandas del espectro

Arno Penzias y Robert Wilson