Arqueoastronomía:


Se comenzó a conocer en el siglo XX (1965)

Stonehenge (Salisbury) 2800-1075 a.C.

La rueda de la medicina de Big Horn (Wyoming)

Indios Plains 1500-1750 d.C.

Templo del caracol (Chichén Itzá) Mayas 1000 d.C.

Posibles restos en Asia y Oriente.

Utilidad:

Servir de guía en sus calendarios.

Señalar fechas importantes. Eran agricultores.


Problema:

No sabemos qué interpretaban de sus observaciones.

No quedan registros escritos.






Astronomía en Grecia:


Tales de Mileto (624-547 a.C.)

Conocimiento posible con el razonamiento.



Pitágoras (570-500 a.C.)

Naturaleza gobernada por relaciones matemáticas o geométricas.

Tierra esférica.

Las estrellas, Sol, Luna y los 5 planetas que se conocían: Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno circulaban por esferas concéntricas.



Platón (428-347 a.C.)

Pensamiento puro: no observar.

Los sentidos nos engañan.

Forma circular perfecta.

Movimiento circular uniforme.



Aristóteles (384-322 a.C.)

Tierra corrupta y cambiante.

Cielos perfectos e inmutables.

Añadió más esferas porque creían que la Tierra era inmóvil.


Creían que la tierra era inmóvil porque no observaban paralaje en las estrellas.

La paralaje es el cambio que se observa en la posición de un objeto cuando el observador cambia de posición.



Ptolomeo (140 a.C.)

Desarrolló un modelo basado en Aristóteles.

Modelo:

Geocéntrico

Movimiento circular uniforme

Epiciclos y deferentes.


Incluyó su trabajo en La gran composición, denominado Almagesto en la actualidad.






Edad Media:


Copérnico (1473-1543):

Médico, canónigo y astrónomo.

Leyó a todos los clásicos.

S. III a.C. Aristarco de Samos propuso un sistema Heliocéntrico.

Durante 20 años trató de demostrar su teoría.


Modelo:

Heliocéntrico.

Movimiento circular uniforme.

La Tierra es un planeta más.

La Luna es un satélite de la Tierra.


Consecuencias importantes:

Amplia las dimensiones del universo porque no  observan movimientos en las estrellas.

Explica de forma más sencilla los bucles de los planetas.


Publicó su modelo en “De Revolutionibus Orbium Coelestium”.

Fue prohibido en 1616.




Galileo (1564-1642):


Estudió medicina.Fue un gran defensor de la teoría de Copérnico. Enseñó astronomía y matemáticas en la Universidad de Pisa.

En 1609 Galileo consiguió unas lentes y construyó un telescopio siguiendo indicaciones de ópticos holandeses.

En “Sidereus Nuncius” describió sus observaciones y demostró que apoyaban la teoría de Copérnico.

Descubrió:

Las fases de Venus.

Los cuatro satélites más grandes de Júpiter. Hoy se llaman Satélites Galileanos en su honor.

Esto fue muy importante por dos motivos:

No todo gira en torno a la Tierra.

Júpiter conserva sus lunas igual que la Tierra.


El cielo no es perfecto ni inmutable:

Manchas en el Sol.

Agrietada y craterizada superficie lunar.


Se trasladó a Florencia. Fue matemático y filósofo personal del Gran Duque de Toscana.

En 1616 visita Roma donde el Papa Pablo V por medio del Cardenal Bellarmino le ordenan que finalice sus trabajos astronómicos.

En 1632 publicó un libro “Diálogo sobre los dos grandes sistemas del mundo”. Fue aprobado por la censura pero fue llamado a Roma a declarar ante la Inquisición.

Declaró cuatro veces y modificó su postura al final.

El 22 de junio de 1633 leyó un documento en el que reconocía sus errores. Tenía 70 años.

Fue condenado a cadena perpetua pero fue un arresto domiciliario. Estaba ciego.




Tycho Brahe (1546-1601):


Estudió astronomía y matemáticas.

En su época de estudiante recibió un sablazo en la nariz y toda su vida llevó una nariz postiza hecha de oro y plata.

Descubrió que las Tablas Alfonsinas tenían un error de un mes en la posición de Júpiter y pensó que el modelo debía revisarse.

Además, en 1572 apareció una “estrella nueva” conocida en la actualidad como Supernova de Tycho que brillaba más que Venus. Midió su posición y no detectó ninguna paralaje.

Parecía que había nacido una nueva estrella en el cielo.

Como Aristóteles y Ptolomeo sostenían que el cielo era perfecto e inmutable puso en cuestión el modelo ptolemaico.

Estos resultados los publicó en un libro llamado De Stella Nova en 1573.

Se hizo muy popular y el rey danés Federico II le ofreció fondos para la construcción de un nuevo observatorio. Pronto se convirtió en un gran centro astronómico.

Era una mansión lujosa con cuatro torres especialmente adaptada a la astronomía y llena de sirvientes, ayudantes.

La contribución de Tycho no fue teórica.

Como no observaba paralaje en las estrellas pensó que la Tierra estaba inmóvil y rechazó el modelo de Copérnico.

Pero también rechazó el de Ptolomeo por la poca precisión de las observaciones realizadas con el.


Se inventó un modelo complejo y “mixto”:

Geocéntrico, porque la Tierra está inmóvil y el

Sol y la Luna giran en torno a ella

Heliocéntrico, porque todos los planetas giran

también en torno al Sol.   

No fue muy popular durante mucho tiempo.


Su mayor contribución fue experimental.

Diseñó mejores instrumentos para observar. No disponía de telescopios pero pudo medir con bastante precisión las posiciones de 777 estrellas y también las posiciones del Sol, la Luna y los planetas casi a diario durante 20 años.

Cuando murió el rey en 1588 y su hijo subió al trono perdió su favor. Marchó a Praga en 1596 con sus instrumentos y sus libros.

Se convirtió en matemático imperial del Sagrado Emperador Romano Rodolfo II.

Su trabajo consistía en revisar las Tablas Alfonsinas y publicar su trabajo con el nombre de las Tablas Rudolfinas.

Pretendió sustentar esas tablas utilizando como base su propio modelo y para ello contrató a astrónomos y matemáticos para ayudarle, uno de los cuales era Johannes Kepler.

En 1601 durante una cena sufrió un ataque y antes de morir nueve días más tarde recomendó al emperador que contratara a Kepler para continuar el trabajo.




Johannes Kepler (1571-1630):


Nació en 1571 en una familia pobre y protestante en una región predominantemente católica de la actual Alemania.

Su padre les abandonó y su madre fue acusada de brujería aunque fue absuelta al final.

Tras una infancia desgraciada consiguió una beca para la Universidad de Tübingen donde estudió para convertirse en pastor de la iglesia luterana.

Durante el último año de sus estudios fue profesor en Graz donde enseñó matemáticas y astronomía sin mucho éxito.

Sus superiores le hicieron preparar un almanaque con predicciones astronómicas, astrológicas y meteorológicas.

Afortunadamente en 1595 tuvo buena suerte y acertó muchas de sus predicciones meteorológicas. Esto le dio fama como vidente y astrólogo y se ganó la vida hasta el final de sus días realizando almanaques.

Como él estudiaba astronomía en sus ratos libres durante su estancia en Graz, en 1596 publicó su libro Misterium Cosmographicum, donde trata de explicar los misterios del universo.

No tiene casi nada de valor. En la primera parte describe el copernicanismo explica que las separaciones entre las órbitas de los cinco planetas están regidas por los cinco sólidos regulares: cubo, tetraedro, dodecaedro, icosaedro y octaedro. ¡Utiliza argumentos astrológicos, numéricos e incluso musicales!

La segunda mitad revela únicamente que debía tener buenos conocimientos matemáticos y astronómicos para calcular las órbitas de los planetas. Dio copia a Tycho y a Galileo y reconocieron su talento a pesar del contenido místico del libro.

En 1600 Tycho le pide ir a Praga.

Cuando muere tiene una gran lucha con los familiares de Tycho.

En 1606 resolvió el misterio de la órbita de Marte. Es una elipse y el Sol está en uno de los focos. Esto acaba con 2000 años de movimientos circulares.

En 1609 publicó Astronomia Nova donde contiene sus dos primeras leyes y además intuye la fuerza de la gravedad.

Siguió investigando y escribiendo sobre cometas, la supernova de Kepler aparecida en 1604 y escribió un libro de texto de astronomía copernicana.

En 1619 escribió Harmonice Mundi (La armonía del mundo) en el que sólo destaca su tercera ley.


LEYES DE KEPLER:


Las órbitas de los planetas son elipses en uno de cuyos focos está el Sol.

La línea que une al planeta con el Sol barre áreas iguales en tiempos iguales.

El cuadrado del periodo orbital de un planeta es proporcional al cubo del semieje mayor de su órbita.


Las leyes son experimentales. No explica porqué sucede así, sólo describe el fenómeno.


Terminó las Tablas Rudolfinas en 1628, dos años antes de morir, y financió él mismo su publicación y se las dedicó a Tycho.


Estas tablas fueron la prueba definitiva de la teoría heliocéntrica de Copérnico y de sus órbitas elípticas.






Newton: predecesores y sucesores


Nació el 25 de diciembre de 1642 o el 4 de enero de 1643 en Woolsthorpe, Inglaterra.

Fue uno de los más grandes científicos de la historia, pero a él se le debe la frase: “Si yo he visto más allá de otros hombres es porque me he apoyado en hombros de gigantes.”

Fue muy polifacético: estudió óptica, inventó sistemas de cálculo, desarrolló sus tres leyes del movimiento y descubrió el principio de gravitación mutua, entre otras cosas.

Newton refinó el modelo de Kepler porque explicó el movimiento de los planetas.

Fundamentó su trabajo sobre el de Galileo principalmente.




Galileo:


Estudió el movimiento libre de los cuerpos, pero lo importante fue que dejó a un lado la autoridad (Aristóteles) y pensó por sí mismo.


Aristóteles creía en las cuatro esferas: tierra, agua, aire y fuego. Todas las cosas de la Tierra estaban hechas de una mezcla de tierra y agua.

Distinguía entre los movimientos naturales y los movimientos violentos. Eran movimientos uniformes.

Todo se basaba en ello.


Galileo comenzó a hacer experimentos por sí mismo.

Empezó por los movimientos naturales. Estudió la caída libre de los cuerpos pero pronto se dio cuenta de que era muy rápido y no podría medirlos con precisión.

Usó bolas de bronce sobre planos inclinados.

Vio que los movimientos no eran uniformes sino que se iban acelerando.

Calculó gracias a sus experimentos la aceleración de la gravedad, que en la superficie terrestre es de 9.8 m/s2.

Descubrió que esa aceleración no dependía de la masa del objeto. David Scott del Apolo 15 en la superficie de la Luna dejó caer una pluma y un martillo de geólogo de acero y se comprobó que caían a la vez.

Para estudiar los movimientos violentos usó de nuevo los mismos instrumentos: bolas de acero sobre planos inclinados.

Estudió su movimiento ascendente y vio que los cuerpos se frenaban. Dedujo que si la superficie fuese horizontal entonces no habría ni aceleración ni frenado que cambiase la velocidad del cuerpo, si no hubiera rozamiento.


En sus propias palabras: “cualquier cuerpo en movimiento mantiene indefinidamente su velocidad salvo que causas externas le obliguen a ello.” Este es el Principio de Inercia de Galileo.




Newton:


LEYES DEL MOVIMIENTO:


Un cuerpo permanece en reposo o con movimiento rectilíneo y uniforme, salvo que actúe sobre él alguna fuerza.

La aceleración de un cuerpo es proporcional a su masa, directamente proporcional a la fuerza que lo produce y tiene el mismo sentido que ésta.

A toda acción le corresponde una reacción igual y de sentido contrario.

Una consecuencia importante es que estas leyes son universales, es decir, explican de igual manera los movimientos de los objetos sobre la superficie terrestre que los de los cuerpos celestes.

Por ejemplo, la tercera ley explica tanto que podamos andar como que podamos detectar la presencia de planetas extrasolares.


LEY DE GRAVITACIÓN MUTUA:


Aceleración hacia abajo de los cuerpos. (Galileo)

¿Llega la gravedad a la Luna? ¿Cuánto valdrá?

Ley de cuadrados inversos para la distancia. Lo supuso por sus experimentos de óptica.

Vale 0.0027 m/s2 en la superficie de la Luna.

Los objetos muy masivos manifiestan su atracción y los pequeños no, entonces depende de la masa.

      

La fuerza gravitatoria es una fuerza que depende de la masa pero que a todos los cuerpos les produce una aceleración  (9.8 m/s2 en la superficie de la Tierra) independiente de su masa.

Siempre es atractiva nunca puede ser repulsiva.


Es más correcto decir que la Tierra y la Luna orbitan entorno a su centro de masas. (Analogía: punto de apoyo de un balancín.)

Difícil de entender en aquel momento. Es una acción a distancia.

Hoy en día modelizamos la gravedad como un campo.


MOVIMIENTO ORBITAL:


Tipos de órbitas:

Cerradas:

Elipse

Circunferencia


Velocidad de escape: velocidad necesaria para dejar de sentir el campo gravitatorio de un cuerpo.


Abiertas:

Parábolas

Hipérbolas


Puntos importantes de las órbitas:


Periastro: punto más cercano de la órbita al cuerpo que se orbita.

Apoastro: punto más alejado de la órbita al cuerpo que se orbita.


(Se cambia “astro” por “helio” o “geo” según convenga)

La Tierra tiene su perihelio a comienzos de enero.


Publicó sus trabajos en los Principia (Philosophiae Naturalis Principia Mathematica) en 1687.


Fue una revolución. Marca el final de la transición y el inicio de la astronomía moderna. A partir de él cualquier texto científico tenía que utilizar las matemáticas.

Rompió con la filosofía porque nunca discutió sobre la bondad o maldad de la gravedad.


Él dijo: “Es bastante con que exista la gravedad y es suficiente con que explique los fenómenos celestes.”






Sucesores de Newton



Herschel (1738-1822):


Nació en Hannover (Alemania). Estudió y destacó en la carrera musical como virtuoso del oboe y del órgano.

Se trasladó a Inglaterra en 1757 donde trabajó como director de orquesta y organista.

Compartía con su hermana Caroline la afición por la astronomía. Construyeron juntos su primer telescopio de reflexión.

Descubrió con él: Urano, los satélites Mimas y Encélado de Saturno y los satélites Oberón y Titania de Urano.

Estudió Saturno con sus anillos, Marte y las estrellas binarias. Además fue el primero en sugerir que las manchas del Sol ejercen influencia sobre la atmósfera de la Tierra. Catalogó unas 2500 nebulosas y cúmulos estelares. Descubrió que el Sistema Solar se mueve en la dirección de la constelación de Hércules y muchas más cosas.


El 13 de marzo de 1781 descubrió Urano en un estudio rutinario del cielo en busca de estrellas binarias. En un primer momento pensó que era un cometa.

Tras 20 meses de observaciones el astrónomo alemán Johann Elert Bode confirmó que se trataba de un planeta.

Por su velocidad orbital dedujeron que estaba al doble de distancia que Saturno. 

El rey Jorge III gracias a este descubrimiento le nombró Astrónomo Real británico y la Royal Society le admitió como miembro.

En honor al rey Herschel propuso que se llamara el planeta  Georgium Sidus, ya que desde entonces estaba “bajo la protección del excelente monarca y todo lo que posee se lo debe a su ilimitada bondad”. Sin embargo Bode sugirió denominarlo Urano, padre mitológico de Saturno. 


Descubrimiento de Neptuno:


Urano se desviaba de su órbita.

En 1821 se realizaron unas tablas y al poco tiempo se tuvieron que rechazar.

Algunos astrónomos propusieron que le perturbaba algún objeto celeste más externo aún sin identificar.

En Francia e Inglaterra sin saberlo estaban estudiando el problema a la vez.

En Inglaterra John Couch Adams (1819-1892) resolvió el problema a mediados de 1845. Para ello Georges Airy (director del Observatorio de Greenwich) le había proporcionado datos años antes. Sin embargo cuando le comunicó los resultados no le hizo ningún caso.




Problema:


Para determinar las características del cuerpo perturbador de Urano hay dos incógnitas: su masa y su distancia. Es necesario conocer una de las dos por otros métodos para poder solucionar el problema.


Solución:


Recurrir a la Ley de Titius-Bode.

No tiene base teórica.

Parte de una sucesión de números en que cada uno es el doble del anterior, salvo el primero y el segundo.

A cada número se le suma 4 y después se divide entre 10 el resultado.


Planeta        Sucesión      Bode      Distancia real (U.A.)


Mercurio            0               0.4                  0.39

Venus                 3               0.7                  0.72

Tierra                 6               1.0                   1.0

Marte                12              1.6                  1.52

(Asteroides)      24              2.8                2.2-3.3

Júpiter               48              5.2                   5.2

Saturno             96             10.0                  9.55

Urano               192           19.6                  19.2

Neptuno           384           38.8                  30.1



Adams utilizó la predicción que la Ley de Bode hacía sobre la distancia del nuevo planeta.

Consiguió dar con el resultado correcto pese a que en este caso la ley comenzaba a fallar.

Como vio que Airy no le hizo caso y él no disponía de los medios para observar, abandonó el problema.


En Francia François Arago (director del Observatorio de París) sugirió a Urbain Le Verrier (1811-1877) que abordara el problema de Urano.

Estudió muy a fondo el problema y calculó la masa que debía tener, a qué distancia debía girar y en qué posición de la órbita se debía encontrar en 1846 para que en 1820 hubiera perturbado la órbita de Urano de la forma en que lo hizo.

Cuando Airy vió sus conclusiones se quedó perplejo porque coincidían con las de Adams.

Encargó a Challis (astrónomo de Cambridge) que tratase de localizarlo con las predicciones de Adams pero era un pésimo observador.

Le Verrier comunicó sus resultados definitivos el 31 de agosto de 1845 pero en Francia nadie reaccionó para encontrar el planeta.

Él mismo escribió en septiembre a un colega suyo alemán Johann Gottfried Galle para que le ayudara.

Recibió la carta el día 23 y esa misma noche, él y Heinrich Louis d’Arrest, se pusieron a observar. En una hora encontraron un objeto que no estaba en los mapas celestes. Estaba a menos de un grado de la posición calculada por Le Verrier.

Ni Le Verrier ni Adams intervinieron en los debates posteriores.

Pasaron juntos a la historia como descubridores de Neptuno, el hermano de Júpiter.

Airy recibió la noticia por el director del Observatorio de Berlín días más tarde. Challis se enteró por el Times. Pero lo peor fue comprobar que él había estado viendo al astro desde el 30 de julio, ¡pero no había comprobado sus observaciones!


Con el descubrimiento de Neptuno se volvió a duplicar la dimensión del Sistema Solar.

Supuso un gran triunfo de la Ley de la Gravitación Universal de Newton.


Descubrimiento de Plutón:


Al igual que con Neptuno su trayectoria presentaba irregularidades.

Sin embargo el problema era esta vez más difícil de solucionar. No sirve la Ley de Bode.

Percival Lowell costeó un observatorio en Arizona para localizar el planeta X pero murió en 1916 sin conseguirlo.

En 1929 se reanudó la caza desde un punto de vista empírico.

Clive Tombaugh, mozo de granja y con estudios primarios fue contratado para peinar el cielo con unos instrumentos más precisos.

Al cabo de 10 meses obtuvo la recompensa. El 18 de febrero de 1930 observó un objeto muy poco brillante que recibió el nombre de Plutón, el dios de los infiernos.

Dudaron de que realmente fuera Plutón el causante de las perturbaciones de Neptuno.

Aún se sigue buscando...






Einstein y la relatividad:



Albert Einstein (1879-1955):


Nació en Ulm (Alemania) en el seno de una familia judía.

Sobrevivió al pésimo sistema educativo alemán.

En 1900 se licencia “por los pelos” en el Instituto Politécnico de Zurich, donde había seguido cursos de matemáticas y física.

En 1902 consiguió un empleo en la oficina suiza de patentes por medio de su amigo Marcel Grossmann, porque no pudo conseguir un empleo en ninguna universidad. Allí pudo desarrollar sus teorías.

Las grandes obras de su vida fueron la Teoría Especial  y la Teoría General de la Relatividad, aunque también desarrolló otros trabajos menos conocidos pero de una  gran importancia.

Por uno de esos trabajos, el estudio del efecto fotoeléctrico, publicado en 1905, le concedieron el Premio Nobel en 1921.

Adquirió por su personalidad y sus revolucionarias ideas una gran fama. Fue un pacifista y durante algún tiempo ejerció de gurú de la humanidad.


Su participación en la bomba atómica fue absolutamente marginal. Sus colegas científicos requirieron de él simplemente su prestigio e influencia para conseguir reconocimiento político para sus suposiciones.





TEORÍA DE LA RELATIVIDAD:


Tiene poco impacto en nuestra vida diaria.

Sus efectos sólo se manifiestan cuando vamos a grandes velocidades o los campos gravitatorios son muy fuertes.

La revolución que causó esta teoría no se limitó a la física.

La teoría consta de dos partes:

relatividad especial, que habla de los movimientos uniformes (velocidad constante) y

relatividad general, que habla de los movimientos con aceleraciones.



RELATIVIDAD ESPECIAL:


Primer postulado:

Un observador no es capaz de detectar el movimiento uniforme salvo en relación a otros objetos.

Es decir, las leyes de la física son las mismas para todos los observadores aunque estén en movimiento, siempre que no tengan movimientos acelerados.


Segundo postulado:

La velocidad de la luz es constante y es la misma para todos los observadores: 300.000 km/s.


Consecuencias:


Contracción de los objetos en la dirección del movimiento.

Aumento de masa de los objetos en movimiento. Definición de masa en reposo.

Energía de los cuerpos en movimiento y en reposo.

E=m0 c2

donde m0 es la masa en reposo del cuerpo y c la velocidad de la luz.

La dilatación del tiempo en los sistemas que tienen grandes velocidades.

La velocidad relativa de los cuerpos en movimiento no puede superar a la de la luz.


Confirmaciones:


Átomos radiactivos emiten electrones relativistas.

Aceleradores de partículas. Consiguen acelerar protones hasta 0.999998 c y midieron masas en los choques 530 veces mayor que la suya en reposo.

Rayos cósmicos: los muones se desintegran en 2 microsegundos. Aunque deberían tardar más de 200 microsegundos en llegar al suelo incluso a la velocidad de la luz (ellos van a 0.9998 c), observamos algunos en el suelo porque para sus relojes no ha transcurrido ese tiempo.


RELATIVIDAD GENERAL:


Principio de equivalencia:


Los observadores no pueden distinguir localmente entre fuerzas inerciales debidas a las aceleraciones y las fuerzas gravitatorias debidas a la presencia de un cuerpo masivo.

Masa inercial y masa gravitacional:


Hasta ahora eran distintas pero para Einstein son iguales.


Gravedad:


La gravedad es consecuencia del espacio-tiempo.

Las masas curvan el espacio-tiempo y esa curvatura aparece en nuestro espacio tridimensional  como una fuerza de atracción entre masas: la fuerza de la gravedad.


Confirmaciones:


La órbita de Mercurio.

La desviación de la luz de las estrellas (29/05/1919, África y Sudamérica). Efecto de lente gravitacional.

Radiación gravitatoria: ondas gravitacionales.




 
Historia de la astronomía

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