Historia del cambio de posición de la Tierra en el Universo (IV y V)

Del Sistema Geocéntrico al Heliocéntrico
En Mesopotamia y en Egipto se postularon visiones místicas sobre la Tierra. En Grecia
continuaron estas visiones, hasta que mas o menos en el 600 a.C., surgió la Ciencia
Griega, se considera como primer científico de la historia a Tales de Mileto.
Muy pronto, sobre el 450 a.C., se postuló la esfericidad de la Tierra, Filolao de Tarento
lo postuló al observar como desaparecía gradualmente el velamen de los barcos en el
horizonte, además esto coincidía con sombra que la Tierra proyectaba en los eclipses
(esta forma circular era la que esgrimían anteriormente las teorías místicas de que la
Tierra era un disco flotando sobre agua). Erastóstenes de Cirene midió el radio de la
Tierra sobre el 200 a.C., comparó la sombra de un obelisco, en el solsticio de verano al
medio día, en Alejandría, con la distancia entre Alejandría y Syene, ciudad donde no se
observaba sombra alguna.
Se supuso que la Tierra era el centro del Universo, que alrededor de ella giraban los
siete objetos (estrellas errantes: Luna, Sol, Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno)
que no mostraban una posición fija sobre la bóveda celeste (el fondo de estrellas).
Platón, sobre el 350 a.C., ya postulaba más o menos este Modelo Geocéntrico. Sobre el
300 a.C., Aristarco de Samos ya había ideado métodos para calcular la distancia TierraLuna y Tierra-Sol, así como los tamaños de la Luna y del Sol, aprovechando la
proyección del diámetro terrestre sobre la Luna y el Sol en los eclipses.
Aristarco también postulo un Modeló Heliocéntrico, así superaba los problemas de los
movimientos retrógrados de los planetas, pero su visión no fue aceptada y se
propusieron diversas modificaciones para superar este problema. La modificación que
finalmente se aceptó fue el Modelo Geocéntrico con epiciclos y deferentes, su primera
formulación se debe a Hiparco de Nicea, sobre el 150 a.C., que dijo que cada planeta
daba la vuelta (epiciclo) sobre un punto hipotético llamado deferente, que a su vez daba
la vuelta alrededor de la Tierra (ciclo del deferente). Hiparco, también midió la
luminosidad de las estrellas de la bóveda celeste por primera vez, luminosidad 1 las que
se veían en los primeros diez minutos al anochecer, 2 en los segundos diez minutos, 3
en los terceros, y así hasta 6 (una hora después de anochecer ya han salido todas).
Ptolomeo de Alejandría, sobre el 150 d.C., recopiló toda la Astronomía de la antigüedad
en su libro “Almagesto”, libro que llegó a Europa a través de los Árabes, enriquecido
con las observaciones y teorías que ellos descubrieron y postularon. Ptolomeo se
decantó por la Teoría Geocéntrica de epiciclos y deferentes, y esa teoría fue la aceptada
hasta la revolución científica que se produjo con Copérnico.
Aproximadamente en el 1500, Copérnico postuló nuevamente el Modelo Heliocéntrico,
la Iglesia lo rechazó y algunos hombres de ciencia también. El porque del rechazo era
obvio, por un lado, de la Biblia parece extraerse la enseñanza de que el Sol se mueve,
además según la Iglesia “para Dios somos su obra más perfecta, ¿por qué no situarnos
en el centro de todas las cosas?”. Por otro no se observa la rotación de la Tierra, ni
paralaje alguno en las estrellas. Dejando fuera las razones religiosas, la rotación fue
comprobada por Foucault alrededor del 1850 con un péndulo y la translación por la
observación del primer paralaje estelar alrededor del 1850, observación realizada por
Bessel.
Tycho Brahe, alrededor del 1600, dejó establecidas muchas mediciones astronómicas,
esas mediciones las utilizó Kepler para enunciar poco después sus tres leyes, su trabajo
fue puramente matemático y con el dejó claramente establecido un nuevo Modelo
Heliocéntrico. Galileo, contemporáneo de Kepler, apoyo entusiastamente la nueva
cosmología. Galileo era un gran divulgador de ciencia, pero también era un gran
investigador, contribuyó a la teoría con las observaciones que realizó al apuntar un
telescopio (que empezaba a utilizarse en Occidente) al cielo: descubrió las lunas de
Júpiter (ya no todos los cuerpos giraban alrededor de la Tierra), la Luna tenia cráteres
(el cielo no era tan perfecto como decían los griegos), una supernova apareció en su
época (la bóveda celeste no era inmutable), ... . La Iglesia le hizo retractarse de sus ideas
pero, “sin embargo la Tierra se mueve”.
Newton, alrededor del 1700, contribuyó estableciendo los factores que determinan la
fuerza que mantiene unida la Luna a la Tierra, o la Tierra al Sol, estableció la Teoría de
Gravitación Universal (fuerza gravitatoria) y, unos 100 años después, Cavendish calculó
el valor de la G mediante una balanza de torsión.
Del Sistema Solar a la Galaxia.
Inicialmente el método geométrico del paralaje fue el utilizado para calcular las
distancias en nuestro sistema solar: movimiento aparente sobre el fondo fijo de un
objeto próximo, cuando cambiamos el punto de observación.
No se pudo aplicar correctamente (algunos griegos ya habían propuesto este método)
hasta que no se tuvieron instrumentos lo suficientemente precisos, pero gracias al
avance instrumental, en tiempos de Newton, ya se sabía aproximadamente por este
método, y usando la 3ª ley de Kepler, la distancia de la Tierra al Sol (150.000.000 km).
El avance instrumental también permitió descubrir nuevos planetas (Urano, Neptuno y
Plutón) y el Sistema Solar se hizo inmenso (11.745.000.000 km), estamos hacia el 1850.
Para medir estas distancias se uso la unidad astronómica U.A. (la distancia TierraSol): 1 U.A. = 1’5·108 km.
Bessel, por estas fechas, con un instrumento aun más preciso que los anteriores,
descubrió el primer paralaje estelar. Aplicó el método sobre aquellas estrellas que tenían
movimiento propio (las que a lo largo de la historia se había observado que habían
modificado su posición, que lógicamente serían las más cercanas a la Tierra). El primer
cálculo de la distancia a una estrella fue de 103.000.000.000.000 km.
Hacia el 1950 con este método se habían medido las distancias de unas 6000 estrellas, el
límite de este método está en unos 946.000.000.000.000 km.
Para medir estas distancias se uso el año luz (la distancia recorrida por un rayo de luz
en un año): 1 año luz = 9’46·1012 km.
Por la observación de la densidad de estrellas, sobre el 1800, se había llegado a la
conclusión de que las estrellas estaban agrupadas en forma de lente (que se muestra en
nuestro cielo, su sector más apiñado, como “el Camino de Santiago”) y que el Sistema
Solar estaba aproximadamente en el centro, como veremos esta última conclusión era
errónea. Sobre el 1800 por el análisis de los movimientos propios de las estrellas se
había llegado a la conclusión de que el Sol se movía.
Con los datos de intensidades luminosas que se disponían hacia el 1900 y aplicando la
ley de que la intensidad luminosa desciende con el cuadrado de la distancia, se calculó
que la Galaxia medía de diámetro 217.580.000.000.000.000 km, para ello se supuso que
el brillo de las estrellas era aproximadamente el mismo, estas estimaciones como
veremos a continuación se quedaron cortas.
De la Galaxia al Universo
Por la observación se sabía que había unas estrellas cuyo brillo oscilaba (se les
denominaba cefeidas) con un periodo fijo. Sobre el 1900, Miss Henrietta Leavitt
observó que en la nebulosa conocida como Nube de Magallanes Menor, el brillo de las
cefeidas estaba relacionado con su periodo de oscilación. Supuso que esto ocurría
siempre, y que si no se observaba normalmente era porque el brillo se veía afectado por
la distancia (como ya hemos dicho). En el caso de estas cefeidas ella supuso que la
distancia era tan grande entre nosotros y ellas que se podía considerar idéntica (la
distancia). Con la relación periodo de oscilación-brillo aparente, con la distancia de una
cefeida calculada por paralaje, y con el brillo real de esta calculado por la ley de la
inversa del cuadrado de la distancia, se conoció la relación periodo de oscilación-brillo
real. Así pues, conociendo la oscilación se sacó el brillo y comparándolo con el brillo
que nos llega se obtuvo la distancia a la que se hallaban las cefeidas.
Con este método se cambiaron las dimensiones de la Galaxia, la forma se modificó algo
y la posición del Sistema Solar se cambio. La estructura queda así:
La forma es de lente espiral (en movimiento alrededor del centro de la galaxia) con
cúmulos estelares sobre la parte central y con el Sistema Solar en una rama de la
espiral. El diámetro quedaba en 1·1018 km. Analizando la fuerza gravitatoria que
mantiene unida las estrellas en su movimiento circular alrededor del centro de la
Galaxia, se calculó que la Galaxia esta constituida entre 100.000.000.000 y
200.000.000.000 de estrellas. Si no se ven tantas se explica porque habrá zonas (en la
Galaxia) que absorberán la radiación (zonas con polvo y gases, agujeros negros, ....).
Pero volvamos a las Nubes de Magallanes, esas cefeidas tan lejanas estaban aun más
lejos que las dimensiones de la Galaxia, “eran otras Galaxias” y así “se amplia el
Universo”. Sobre el 1925 la idea de un universo plagado de Galaxias tomo cuerpo,
Hubble observó con un nuevo telescopio que muchas de las nebulosas eran en realidad
Galaxias. Pero la contribución no acabó ahí, detectó un corrimiento hacia el rojo del
espectro luminoso de las estrellas de estas Galaxias, cogiera la Galaxia que cogiera el
desplazamiento se observaba, además mientras más lejos estaban las galaxias mayor era
el corrimiento. La única explicación plausible fue que se tratará del efecto Doppler, y
por lo tanto todas las Galaxias se alejan de nosotros y lo hacen más rápido cuanto más
lejos están.
Esa verificación del alejamiento de todas las Galaxias a la vez, indujo a pensar que
alguna vez estuvieron juntas. Por otro lado, que ha mayores distancias se alejaran más
rápido indujo a pensar que el universo en si estaba aumentando (el espacio-tiempo se
expansionaba). Esas dos ideas son las que resumen la teoría del Big Bang, y un modelo
bidimensional simple que nos aproxima a la realidad sería un globo hinchándose.
La prueba definitiva de la teoría del Big Bang vino en la década de los 60, cuando en
1965 Wilson y Penzias, detectaron casualmente una radiación proveniente de todas las
partes del universo (radiación de fondo) con las características predichas por la teoría,
esa radiación era la radiación liberada cuando el universo tenía 300.000 años de vida.
Esta radiación parecía demasiado uniforme, por lo cuál no explicaba la formación de
discontinuidades (galaxias). Pero desde hace pocos años (se detectó por primera vez con
el satélite Cobe –1992-) se observan irregularidades en esa radiación de fondo que
explican a la perfección la formación de Galaxias. Además con mediciones aún mas
recientes, año 2000 expedición Boomerang, basada en la observación de las imágenes
del Universo cuando se formaron las primeras estrellas y galaxias, se ha podido calcular
la densidad media del universo, con lo que se ha concluido que la masa existente es la
necesaria para pensar en un universo globalmente “plano” (infinito, siempre en
expansión y sin escapar a la fuerza gravitatoria).
En la actualidad se considera el siguiente modelo para el universo:
Hay más y más Galaxias formando cúmulos de Galaxias y estructuras más complejas,
las dimensiones son increíblemente grandes y se están ampliando. Para entendernos,
“el Sol es a nuestra Galaxia lo que nuestra Galaxia sería al Universo”, además todas
las Galaxias se alejan entre si (a una velocidad mayor a distancias mayores) por un
“nacimiento inflacionario (en menos de 1 segundo la expansión fue impresionante)”
llamada Big Bang que ocurrió hace unos 15.000.000.000 de años. En la actualidad se
creé que nunca se colapsará por la atracción gravitatoria, pero tampoco escapará a la
fuerza gravitatoria (para entender esta idea pensar en algo análogo al estudio
energético de las orbitas en un planeta). Todo lo que ocurrió hasta la formación de las
primeras estrellas y galaxias se llama Edad Oscura del Cosmos: