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La historia de la astronomía se centra en las contribuciones que han hecho las civilizaciones para ampliar su comprensión del universo más allá de la atmósfera terrestre. [1] La astronomía es una de las ciencias naturales más antiguas , alcanzando un alto nivel de éxito en la segunda mitad del primer milenio. La astronomía tiene orígenes en las creencias y prácticas religiosas , mitológicas , cosmológicas , calendáricas y astrológicas de la prehistoria. Los primeros registros astronómicos se remontan a los babilonios alrededor del año 1000 a. C. También hay evidencia astronómica de interés de las primeras culturas china, centroamericana y del norte de Europa. [2]
Las culturas primitivas utilizaban la astronomía por diversas razones, como el cronometraje, la navegación , las prácticas espirituales y religiosas y la planificación agrícola. Los astrónomos antiguos utilizaban sus observaciones para cartografiar los cielos en un esfuerzo por aprender sobre el funcionamiento del universo. Durante el Renacimiento surgieron ideas revolucionarias sobre la astronomía. Una de esas ideas fue aportada en 1593 por el astrónomo polaco Nicolás Copérnico , quien desarrolló un modelo heliocéntrico que representaba los planetas orbitando alrededor del sol. Este fue el comienzo de la Revolución Copernicana . [3]
El éxito de la astronomía, en comparación con otras ciencias, se logró por varias razones. La astronomía fue la primera ciencia en tener una base matemática y contar con procedimientos sofisticados como el uso de esferas armilares y cuadrantes. Esto proporcionó una base sólida para recopilar y verificar datos. [4] [5] A lo largo de los años, la astronomía se ha ampliado en múltiples subcampos como la astrofísica , la astronomía observacional , la astronomía teórica y la astrobiología . [6]
Las culturas primitivas identificaban los objetos celestes con dioses y espíritus. [7] Relacionaban estos objetos (y sus movimientos) con fenómenos como la lluvia , la sequía , las estaciones y las mareas . En general, se cree que los primeros astrónomos eran sacerdotes y que entendían que los objetos y eventos celestes eran manifestaciones de lo divino , de ahí la conexión de la astronomía primitiva con lo que ahora se llama astrología . Un colmillo de mamut tallado en marfil de 32.500 años de antigüedad podría contener el mapa estelar más antiguo conocido (parecido a la constelación de Orión ). [8] También se ha sugerido que los dibujos en la pared de las cuevas de Lascaux en Francia que datan de hace 33.000 a 10.000 años podrían ser una representación gráfica de las Pléyades , el Triángulo de Verano y la Corona del Norte . [9] [10] Las estructuras antiguas con alineaciones posiblemente astronómicas (como Stonehenge ) probablemente cumplieron funciones astronómicas, religiosas y sociales .
Los calendarios del mundo a menudo se han establecido mediante observaciones del Sol y la Luna (que marcan el día , el mes y el año ), y eran importantes para las sociedades agrícolas , en las que la cosecha dependía de la siembra en el momento correcto del año, y para las que la luna casi llena era la única iluminación para los viajes nocturnos a los mercados de la ciudad. [11]
El calendario moderno común se basa en el calendario romano . Aunque originalmente era un calendario lunar , rompió el vínculo tradicional del mes con las fases de la Luna y dividió el año en doce meses casi iguales, que en su mayoría alternaban entre treinta y treinta y un días. Julio César instigó la reforma del calendario en el año 46 a. C. e introdujo lo que ahora se llama calendario juliano , basado en la duración del año de 365 + 1 ⁄ 4 días propuesta originalmente por el astrónomo griego Calipo del siglo IV a . C.
Se han encontrado artefactos astronómicos antiguos en toda Europa . Los artefactos demuestran que los europeos del Neolítico y la Edad del Bronce tenían un conocimiento sofisticado de las matemáticas y la astronomía.
Entre los descubrimientos se encuentran:
Los orígenes de la astronomía se encuentran en Mesopotamia , la «tierra entre los ríos» Tigris y Éufrates , donde se encontraban los antiguos reinos de Sumer , Asiria y Babilonia . Una forma de escritura conocida como cuneiforme surgió entre los sumerios alrededor del 3500-3000 a. C. Nuestro conocimiento de la astronomía sumeria es indirecto, a través de los primeros catálogos estelares babilónicos que datan de alrededor del 1200 a. C. El hecho de que muchos nombres de estrellas aparezcan en sumerio sugiere una continuidad que se extiende hasta la Edad del Bronce Temprano. La teología astral , que dio a los dioses planetarios un papel importante en la mitología y la religión mesopotámicas , comenzó con los sumerios . También utilizaron un sistema numérico de valor posicional sexagesimal (base 60), que simplificaba la tarea de registrar números muy grandes y muy pequeños. La práctica moderna de dividir un círculo en 360 grados , o una hora en 60 minutos, comenzó con los sumerios. Para obtener más información, consulte los artículos sobre números babilónicos y matemáticas .
Las fuentes clásicas utilizan con frecuencia el término caldeos para referirse a los astrónomos de Mesopotamia, quienes eran, en realidad, sacerdotes-escribas especializados en astrología y otras formas de adivinación .
La primera evidencia del reconocimiento de que los fenómenos astronómicos son periódicos y de la aplicación de las matemáticas a su predicción es babilónica. Las tablillas que datan del período babilónico antiguo documentan la aplicación de las matemáticas a la variación en la duración de la luz del día a lo largo de un año solar. Siglos de observaciones babilónicas de fenómenos celestiales están registrados en la serie de tablillas cuneiformes conocidas como Enūma Anu Enlil . El texto astronómico significativo más antiguo que poseemos es la Tablilla 63 del Enūma Anu Enlil , la tablilla de Venus de Ammi-saduqa , que enumera las primeras y últimas salidas visibles de Venus durante un período de aproximadamente 21 años y es la evidencia más temprana de que los fenómenos de un planeta fueron reconocidos como periódicos. El MUL.APIN , contiene catálogos de estrellas y constelaciones, así como esquemas para predecir las salidas helíacas y las puestas de los planetas, las duraciones de la luz del día medidas por un reloj de agua , gnomon , sombras e intercalaciones . El texto GU babilónico organiza las estrellas en "cuerdas" que se encuentran a lo largo de círculos de declinación y, por lo tanto, miden ascensiones rectas o intervalos de tiempo, y también emplea las estrellas del cenit, que también están separadas por diferencias de ascensión recta dadas. [26]
Durante el reinado de Nabonasar (747-733 a. C.) se produjo un aumento significativo de la calidad y la frecuencia de las observaciones babilónicas . Los registros sistemáticos de fenómenos ominosos en los diarios astronómicos babilónicos que comenzaron en esta época permitieron, por ejemplo, el descubrimiento de un ciclo repetitivo de 18 años de eclipses lunares . El astrónomo griego Ptolomeo utilizó más tarde el reinado de Nabonasar para fijar el comienzo de una era, ya que creía que las primeras observaciones utilizables comenzaron en esta época.
Las últimas etapas del desarrollo de la astronomía babilónica tuvieron lugar durante la época del Imperio seléucida (323–60 a. C.). En el siglo III a. C., los astrónomos comenzaron a utilizar "textos de años-meta" para predecir los movimientos de los planetas. Estos textos compilaban registros de observaciones pasadas para encontrar ocurrencias repetidas de fenómenos ominosos para cada planeta. Casi al mismo tiempo, o poco después, los astrónomos crearon modelos matemáticos que les permitieron predecir estos fenómenos directamente, sin consultar registros. Un astrónomo babilónico notable de esta época fue Seleuco de Seleucia , que era partidario del modelo heliocéntrico .
La astronomía babilónica fue la base de gran parte de lo que se hizo en la astronomía griega y helenística , en la astronomía clásica india , en el Irán sasánida, en Bizancio, en Siria, en la astronomía islámica , en Asia Central y en Europa Occidental. [27]
La astronomía en el subcontinente indio se remonta al período de la civilización del valle del Indo durante el tercer milenio a. C., cuando se utilizó para crear calendarios. [28] Como la civilización del valle del Indo no dejó documentos escritos, el texto astronómico indio más antiguo existente es el Vedanga Jyotisha , que data del período védico . [29] El Vedanga Jyotisha se atribuye a Lagadha y tiene una fecha interna de aproximadamente 1350 a. C., y describe reglas para rastrear los movimientos del Sol y la Luna con fines rituales. Está disponible en dos recensiones, una perteneciente al Rig Veda y la otra al Yajur Veda. Según el Vedanga Jyotisha, en una yuga o "era", hay 5 años solares, 67 ciclos siderales lunares, 1.830 días, 1.835 días siderales y 62 meses sinódicos. Durante el siglo VI, la astronomía estuvo influenciada por las tradiciones astronómicas griega y bizantina. [28] [30] [31]
Aryabhata (476–550), en su obra magna Aryabhatiya (499), propuso un sistema computacional basado en un modelo planetario en el que se consideraba que la Tierra giraba sobre su eje y los períodos de los planetas se daban con respecto al Sol. Calculó con precisión muchas constantes astronómicas, como los períodos de los planetas, los tiempos de los eclipses solar y lunar , y el movimiento instantáneo de la Luna. [32] [33] [ página requerida ] Los primeros seguidores del modelo de Aryabhata incluyeron a Varāhamihira , Brahmagupta y Bhāskara II .
La astronomía avanzó durante el Imperio Shunga y se produjeron muchos catálogos de estrellas durante esta época. El período Shunga es conocido [ ¿según quién? ] como la "Edad de oro de la astronomía en la India". Fue testigo del desarrollo de los cálculos de los movimientos y las posiciones de varios planetas, su salida y puesta, las conjunciones y el cálculo de los eclipses.
Los astrónomos indios del siglo VI creían que los cometas eran cuerpos celestes que reaparecían periódicamente. Esta fue la opinión expresada en el siglo VI por los astrónomos Varahamihira y Bhadrabahu, y el astrónomo del siglo X Bhattotpala enumeró los nombres y los períodos estimados de ciertos cometas, pero lamentablemente no se sabe cómo se calcularon estas cifras ni cuán precisas eran. [34]
Los antiguos griegos desarrollaron la astronomía, que consideraban una rama de las matemáticas, hasta un nivel muy sofisticado. Los primeros modelos geométricos tridimensionales para explicar el movimiento aparente de los planetas fueron desarrollados en el siglo IV a. C. por Eudoxo de Cnido y Calipo de Cícico . Sus modelos se basaban en esferas homocéntricas anidadas centradas en la Tierra. Su contemporáneo más joven, Heráclides Póntico, propuso que la Tierra gira alrededor de su eje.
Los filósofos naturales como Platón y Aristóteles adoptaron un enfoque diferente de los fenómenos celestes . Estaban menos interesados en desarrollar modelos matemáticos predictivos que en desarrollar una explicación de las razones de los movimientos del cosmos. En su Timeo , Platón describió el universo como un cuerpo esférico dividido en círculos que transportaban los planetas y gobernado según intervalos armónicos por un alma mundial . [35] Aristóteles, basándose en el modelo matemático de Eudoxo, propuso que el universo estaba hecho de un sistema complejo de esferas concéntricas , cuyos movimientos circulares se combinaban para llevar a los planetas alrededor de la Tierra. [36] Este modelo cosmológico básico prevaleció, en diversas formas, hasta el siglo XVI.
En el siglo III a. C. Aristarco de Samos fue el primero en sugerir un sistema heliocéntrico , aunque solo sobreviven descripciones fragmentarias de su idea. [37] Eratóstenes estimó la circunferencia de la Tierra con gran precisión (véase también: historia de la geodesia ). [38]
La astronomía geométrica griega se alejó del modelo de esferas concéntricas para emplear modelos más complejos en los que un círculo excéntrico llevaría a su alrededor un círculo más pequeño, llamado epiciclo , que a su vez llevaría a su alrededor un planeta. El primer modelo de este tipo se atribuye a Apolonio de Perge y otros desarrollos en él fueron llevados a cabo en el siglo II a. C. por Hiparco de Nicea . Hiparco realizó una serie de otras contribuciones, incluida la primera medición de la precesión y la compilación del primer catálogo de estrellas en el que propuso nuestro sistema moderno de magnitudes aparentes .
El mecanismo de Antikythera , un antiguo dispositivo de observación astronómica griega para calcular los movimientos del Sol y la Luna, posiblemente los planetas, data de alrededor de 150-100 a. C., y fue el primer antepasado de una computadora astronómica . Fue descubierto en un antiguo naufragio frente a la isla griega de Antikythera , entre Citera y Creta . El dispositivo se hizo famoso por su uso de un engranaje diferencial , que anteriormente se creía que había sido inventado en el siglo XVI, y la miniaturización y complejidad de sus partes, comparable a un reloj fabricado en el siglo XVIII. El mecanismo original se exhibe en la colección de bronce del Museo Arqueológico Nacional de Atenas , acompañado de una réplica.
Dependiendo del punto de vista del historiador, el apogeo o la corrupción [ cita requerida ] [ dudosa – discutir ] de la astronomía física clásica se ve con Ptolomeo , un astrónomo grecorromano de Alejandría de Egipto, que escribió la clásica presentación integral de la astronomía geocéntrica, la Megale Syntaxis (Gran Síntesis), mejor conocida por su título árabe Almagesto , que tuvo un efecto duradero en la astronomía hasta el Renacimiento . En sus Hipótesis planetarias , Ptolomeo se aventuró en el reino de la cosmología, desarrollando un modelo físico de su sistema geométrico, en un universo muchas veces más pequeño que la concepción más realista de Aristarco de Samos cuatro siglos antes.
La orientación precisa de las pirámides egipcias proporciona una demostración duradera del alto grado de habilidad técnica en la observación de los cielos alcanzado en el tercer milenio antes de Cristo. Se ha demostrado que las pirámides estaban alineadas hacia la estrella polar , que, debido a la precesión de los equinoccios , era en ese momento Thuban , una estrella débil en la constelación de Draco . [39] La evaluación del sitio del templo de Amón-Ra en Karnak , teniendo en cuenta el cambio a lo largo del tiempo de la oblicuidad de la eclíptica , ha demostrado que el Gran Templo estaba alineado con la salida del Sol de mediados de invierno . [40] La longitud del corredor por el que viajaría la luz del sol habría limitado la iluminación en otras épocas del año. Los egipcios también encontraron la posición de Sirio (la estrella del perro) que creían que era Anubis, su dios con cabeza de chacal, moviéndose a través de los cielos. Su posición fue crítica para su civilización, ya que cuando salió helíacamente en el este antes del amanecer predijo la inundación del Nilo. También es el origen de la frase "días caninos del verano". [41]
La astronomía desempeñó un papel importante en cuestiones religiosas , pues fijaba las fechas de las festividades y determinaba las horas de la noche . Se conservan los títulos de varios libros del templo que registraban los movimientos y fases del Sol , la Luna y las estrellas . La salida de Sirio ( egipcio : Sopdet, griego : Sothis) al comienzo de la inundación era un punto particularmente importante que debía fijarse en el calendario anual.
Escribiendo en la época romana , Clemente de Alejandría da una idea de la importancia de las observaciones astronómicas para los ritos sagrados:
Después del cantor, el astrólogo (ὡροσκόπος) presenta, con un horologium (ὡρολόγιον) en la mano y una palma (φοίνιξ), los símbolos de la astrología . Debe saber de memoria los libros astrológicos herméticos , que son cuatro. De ellos, uno trata de la disposición de las estrellas fijas que son visibles; otro de las posiciones del Sol y la Luna y de cinco planetas; otro de las conjunciones y fases del Sol y la Luna; y otro trata de sus salidas. [42]
Los instrumentos del astrólogo ( horologium y palm ) son una plomada y un instrumento de medición de la vista [ aclaración necesaria ] . Se han identificado con dos objetos inscritos en el Museo de Berlín : un mango corto del que se colgaba una plomada y una rama de palma con una ranura para la vista en el extremo más ancho. Esta última se sostenía cerca del ojo, la primera en la otra mano, tal vez con el brazo extendido. Los libros "herméticos" a los que se refiere Clemente son los textos teológicos egipcios, que probablemente no tienen nada que ver con el hermetismo helenístico . [43]
De las tablas de estrellas que se encuentran en el techo de las tumbas de Ramsés VI y Ramsés IX se desprende que para fijar las horas de la noche un hombre sentado en el suelo se enfrentaba al astrólogo en una posición tal que la línea de observación de la estrella polar pasaba por el centro de su cabeza. En los diferentes días del año, cada hora se determinaba por una estrella fija que culminaba o estaba a punto de culminar en ella, y la posición de estas estrellas en ese momento se indica en las tablas como en el centro, en el ojo izquierdo, en el hombro derecho, etc. Según los textos, al fundar o reconstruir templos, el eje norte se determinaba con el mismo aparato, y podemos concluir que era el habitual para las observaciones astronómicas. En manos cuidadosas, podía dar resultados de un alto grado de precisión.
La astronomía del este de Asia comenzó en China . El término solar se completó en el período de los Reinos Combatientes . El conocimiento de la astronomía china se introdujo en el este de Asia.
La astronomía en China tiene una larga historia. Se conservan registros detallados de observaciones astronómicas desde aproximadamente el siglo VI a. C. hasta la introducción de la astronomía occidental y el telescopio en el siglo XVII. Los astrónomos chinos eran capaces de predecir eclipses con precisión.
Gran parte de la astronomía china primitiva tenía como finalidad medir el tiempo. Los chinos utilizaban un calendario lunisolar, pero como los ciclos del Sol y de la Luna son diferentes, los astrónomos solían preparar nuevos calendarios y realizar observaciones con ese fin.
La adivinación astrológica también era una parte importante de la astronomía. Los astrónomos tomaban nota cuidadosa de las "estrellas invitadas" ( chino :客星; pinyin : kèxīng ; lit. 'estrella invitada') que aparecían repentinamente entre las estrellas fijas . Fueron los primeros en registrar una supernova, en los Anales Astrológicos de Houhanshu en 185 d. C. Además, la supernova que creó la Nebulosa del Cangrejo en 1054 es un ejemplo de una "estrella invitada" observada por astrónomos chinos, aunque no fue registrada por sus contemporáneos europeos. Los registros astronómicos antiguos de fenómenos como supernovas y cometas a veces se utilizan en estudios astronómicos modernos.
El primer catálogo de estrellas del mundo fue realizado por Gan De , un astrónomo chino , en el siglo IV a. C.
Los códices astronómicos mayas incluyen tablas detalladas para calcular las fases de la Luna , la recurrencia de los eclipses y la aparición y desaparición de Venus como estrella de la mañana y de la tarde . Los mayas basaban sus calendarios en los ciclos cuidadosamente calculados de las Pléyades , el Sol , la Luna , Venus , Júpiter , Saturno y Marte , y también tenían una descripción precisa de los eclipses como se representa en el Códice de Dresde , así como la eclíptica o el zodíaco, y la Vía Láctea era crucial en su cosmología. [44] Se cree que varias estructuras mayas importantes estaban orientadas hacia las salidas y puestas extremas de Venus. Para los antiguos mayas, Venus era la patrona de la guerra y se cree que muchas batallas registradas se sincronizaron con los movimientos de este planeta. Marte también se menciona en los códices astronómicos preservados y en la mitología temprana . [45]
Aunque el calendario maya no estaba ligado al Sol, John Teeple ha propuesto que los mayas calculaban el año solar con una precisión algo mayor que el calendario gregoriano . [46] Tanto la astronomía como un intrincado esquema numerológico para la medición del tiempo eran componentes de vital importancia de la religión maya .
Los mayas creían que la Tierra era el centro de todas las cosas y que las estrellas, las lunas y los planetas eran dioses. Creían que sus movimientos eran los dioses que viajaban entre la Tierra y otros destinos celestiales. Muchos eventos clave en la cultura maya se cronometraban en torno a eventos celestiales, en la creencia de que ciertos dioses estarían presentes. [47]
El mundo árabe y persa bajo el Islam se había vuelto altamente culto, y muchas obras importantes de conocimiento de la astronomía griega , india y persa fueron traducidas al árabe, utilizadas y almacenadas en bibliotecas de toda la zona. Una importante contribución de los astrónomos islámicos fue su énfasis en la astronomía observacional . [48] Esto llevó al surgimiento de los primeros observatorios astronómicos en el mundo musulmán a principios del siglo IX. [49] [50] Los catálogos de estrellas Zij se produjeron en estos observatorios.
En el siglo IX, el astrólogo persa Albumasar fue considerado uno de los más grandes astrólogos de la época. Sus manuales prácticos para la formación de astrólogos influyeron profundamente en la historia intelectual musulmana y, a través de traducciones, en la de Europa occidental y Bizancio. En el siglo X, [51] la "Introducción" de Albumasar fue una de las fuentes más importantes para la recuperación de Aristóteles para los eruditos europeos medievales. [52] Abd al-Rahman al-Sufi (Azophi) realizó observaciones sobre las estrellas y describió sus posiciones, magnitudes , brillo y color y dibujos para cada constelación en su Libro de las estrellas fijas . También dio las primeras descripciones e imágenes de "Una pequeña nube" ahora conocida como la Galaxia de Andrómeda . La menciona como situada ante la boca de un gran pez, una constelación árabe . Esta "nube" aparentemente era comúnmente conocida por los astrónomos de Isfahán , muy probablemente antes del 905 d. C. [53] La primera mención registrada de la Gran Nube de Magallanes también fue dada por al-Sufi. [54] [55] En 1006, Ali ibn Ridwan observó SN 1006 , la supernova más brillante de la historia registrada, y dejó una descripción detallada de la estrella temporal.
A finales del siglo X, el astrónomo Abu-Mahmud al-Khujandi construyó un enorme observatorio cerca de Teherán , Irán , y observó una serie de tránsitos meridianos del Sol, lo que le permitió calcular la inclinación del eje de la Tierra con respecto al Sol. Observó que las mediciones realizadas por astrónomos anteriores (indios, luego griegos) habían encontrado valores más altos para este ángulo, posible evidencia de que la inclinación axial no es constante sino que, de hecho, estaba disminuyendo. [56] [57] En la Persia del siglo XI, Omar Khayyám compiló muchas tablas y realizó una reforma del calendario que era más precisa que el juliano y se acercaba al gregoriano .
Otros avances musulmanes en astronomía incluyeron la recopilación y corrección de datos astronómicos previos, la resolución de problemas significativos en el modelo ptolemaico , el desarrollo del astrolabio universal independiente de la latitud por Arzachel , [58] la invención de numerosos otros instrumentos astronómicos, la creencia de Ja'far Muhammad ibn Mūsā ibn Shākir de que los cuerpos celestes y las esferas celestes estaban sujetos a las mismas leyes físicas que la Tierra , [59] y la introducción de pruebas empíricas por Ibn al-Shatir , quien produjo el primer modelo de movimiento lunar que coincidía con las observaciones físicas. [60]
La filosofía natural (particularmente la física aristotélica ) fue separada de la astronomía por Ibn al-Haytham (Alhazen) en el siglo XI, por Ibn al-Shatir en el siglo XIV, [61] y por Qushji en el siglo XV. [62]
Bhāskara II (1114-1185) fue el director del observatorio astronómico de Ujjain y continuó la tradición matemática de Brahmagupta. Escribió el Siddhantasiromani , que consta de dos partes: Goladhyaya (esfera) y Grahaganita (matemáticas de los planetas). También calculó el tiempo que tarda la Tierra en orbitar alrededor del Sol con 9 decimales. La Universidad Budista de Nalanda ofrecía en esa época cursos formales de estudios astronómicos.
Otros astrónomos importantes de la India incluyen a Madhava de Sangamagrama , Nilakantha Somayaji y Jyeshtadeva , que fueron miembros de la escuela de astronomía y matemáticas de Kerala desde el siglo XIV hasta el siglo XVI. Nilakantha Somayaji, en su Aryabhatiyabhasya , un comentario sobre el Aryabhatiya de Aryabhata , desarrolló su propio sistema computacional para un modelo planetario parcialmente heliocéntrico , en el que Mercurio, Venus, Marte , Júpiter y Saturno orbitan alrededor del Sol , que a su vez orbita alrededor de la Tierra , similar al sistema ticónico propuesto posteriormente por Tycho Brahe a finales del siglo XVI. El sistema de Nilakantha, sin embargo, era matemáticamente más eficiente que el sistema ticónico, debido a que tenía en cuenta correctamente la ecuación del centro y el movimiento latitudinal de Mercurio y Venus. La mayoría de los astrónomos de la escuela de astronomía y matemáticas de Kerala que lo siguieron aceptaron su modelo planetario. [63] [64]
Tras las importantes contribuciones de los eruditos griegos al desarrollo de la astronomía, esta entró en una era relativamente estática en Europa occidental desde la época romana hasta el siglo XII. Esta falta de progreso ha llevado a algunos astrónomos a afirmar que no ocurrió nada en la astronomía europea occidental durante la Edad Media. [65] Sin embargo, investigaciones recientes han revelado un panorama más complejo del estudio y la enseñanza de la astronomía en el período comprendido entre los siglos IV y XVI. [66]
Europa occidental entró en la Edad Media con grandes dificultades que afectaron a la producción intelectual del continente. Los tratados astronómicos avanzados de la antigüedad clásica se escribieron en griego y, con el declive del conocimiento de esa lengua, solo se disponía de resúmenes simplificados y textos prácticos para su estudio. Los escritores más influyentes que transmitieron esta antigua tradición en latín fueron Macrobio , Plinio , Martianus Capella y Calcidio . [67] En el siglo VI, el obispo Gregorio de Tours señaló que había aprendido astronomía leyendo a Martianus Capella y pasó a emplear esta astronomía rudimentaria para describir un método mediante el cual los monjes podían determinar la hora de la oración por la noche observando las estrellas. [68]
En el siglo VII, el monje inglés Beda de Jarrow publicó un texto influyente, On the Reckoning of Time (Sobre el cálculo del tiempo) , que proporcionó a los clérigos el conocimiento astronómico práctico necesario para calcular la fecha correcta de la Pascua mediante un procedimiento llamado computus . Este texto siguió siendo un elemento importante de la educación del clero desde el siglo VII hasta mucho después del surgimiento de las universidades en el siglo XII . [69]
La variedad de escritos romanos antiguos sobrevivientes sobre astronomía y las enseñanzas de Beda y sus seguidores comenzaron a estudiarse en serio durante el renacimiento del aprendizaje patrocinado por el emperador Carlomagno . [70] En el siglo IX, circulaban en Europa occidental técnicas rudimentarias para calcular la posición de los planetas; los eruditos medievales reconocieron sus defectos, pero los textos que describían estas técnicas continuaron siendo copiados, lo que refleja un interés en los movimientos de los planetas y en su significado astrológico. [71]
Basándose en estos conocimientos astronómicos, en el siglo X, eruditos europeos como Gerberto de Aurillac comenzaron a viajar a España y Sicilia en busca de conocimientos que habían oído que existían en el mundo de habla árabe. Allí se encontraron por primera vez con diversas técnicas astronómicas prácticas relacionadas con el calendario y el cronometraje, en particular las relacionadas con el astrolabio . Pronto, eruditos como Hermann de Reichenau escribieron textos en latín sobre los usos y la construcción del astrolabio y otros, como Walcher de Malvern , utilizaron el astrolabio para observar el tiempo de los eclipses con el fin de comprobar la validez de las tablas de cálculo. [72]
En el siglo XII, los eruditos viajaban a España y Sicilia en busca de textos astronómicos y astrológicos más avanzados, que traducían al latín desde el árabe y el griego para enriquecer aún más el conocimiento astronómico de Europa occidental. La llegada de estos nuevos textos coincidió con el auge de las universidades en la Europa medieval, en las que pronto encontraron un hogar. [73] Como reflejo de la introducción de la astronomía en las universidades, Juan de Sacrobosco escribió una serie de influyentes libros de texto introductorios de astronomía: la Esfera , un Cómputo, un texto sobre el Cuadrante y otro sobre el Cálculo. [74]
En el siglo XIV, Nicole Oresme , más tarde obispo de Liseux, demostró que ni los textos bíblicos ni los argumentos físicos presentados contra el movimiento de la Tierra eran demostrativos y adujo el argumento de la simplicidad para la teoría de que la Tierra se mueve, y no los cielos. Sin embargo, concluyó que "todo el mundo mantiene, y yo mismo lo creo, que los cielos se mueven y no la tierra: porque Dios ha establecido el mundo que no será movido". [75] En el siglo XV, el cardenal Nicolás de Cusa sugirió en algunos de sus escritos científicos que la Tierra giraba alrededor del Sol, y que cada estrella es en sí misma un sol distante.
Durante el período del Renacimiento, la astronomía comenzó a experimentar una revolución en el pensamiento conocida como la Revolución Copernicana , que recibe el nombre del astrónomo Nicolás Copérnico , quien propuso un sistema heliocéntrico, en el que los planetas giraban alrededor del Sol y no de la Tierra. Su De revolutionibus orbium coelestium se publicó en 1543. [76] Si bien a largo plazo esta fue una afirmación muy controvertida, al principio solo generó una controversia menor. [76] La teoría se convirtió en la visión dominante porque muchas figuras, sobre todo Galileo Galilei , Johannes Kepler e Isaac Newton, defendieron y mejoraron el trabajo. Otras figuras también ayudaron a este nuevo modelo a pesar de no creer en la teoría general, como Tycho Brahe , con sus conocidas observaciones. [77]
Brahe, un noble danés, fue un astrónomo esencial en este período. [77] Entró en la escena astronómica con la publicación de De nova stella , en la que refutó la sabiduría convencional sobre la supernova SN 1572 [77] (Tan brillante como Venus en su apogeo, SN 1572 más tarde se volvió invisible a simple vista, refutando la doctrina aristotélica de la inmutabilidad de los cielos). [78] [79] También creó el sistema ticónico , donde el Sol, la Luna y las estrellas giran alrededor de la Tierra, pero los otros cinco planetas giran alrededor del Sol. Este sistema combinó los beneficios matemáticos del sistema copernicano con los "beneficios físicos" del sistema ptolemaico. [80] Este fue uno de los sistemas en los que la gente creía cuando no aceptaban el heliocentrismo, pero ya no podían aceptar el sistema ptolemaico. [80] Es más conocido por sus observaciones altamente precisas de las estrellas y el Sistema Solar. Más tarde se trasladó a Praga y continuó su trabajo. En Praga trabajó en las Tablas Rudolfinas , que no se terminaron hasta después de su muerte. [81] Las Tablas Rudolfinas eran un mapa estelar diseñado para ser más preciso que las Tablas Alfonsinas , realizadas en el siglo XIV, y las Tablas Pruténicas , que eran inexactas. [81] En esta época contó con la ayuda de su asistente Johannes Kepler, que más tarde utilizaría sus observaciones para terminar las obras de Brahe y también para sus teorías. [81]
Tras la muerte de Brahe, Kepler fue considerado su sucesor y se le encomendó la tarea de completar las obras inacabadas de Brahe, como las Tablas Rudolfinas. [81] Completó las Tablas Rudolfinas en 1624, aunque no se publicaron durante varios años. [81] Como muchas otras figuras de su época, estuvo sujeto a problemas religiosos y políticos, como la Guerra de los Treinta Años , que condujo al caos que casi destruyó algunas de sus obras. Sin embargo, Kepler fue el primero en intentar derivar predicciones matemáticas de los movimientos celestes a partir de supuestas causas físicas. Descubrió las tres leyes de Kepler del movimiento planetario que ahora llevan su nombre, y que son las siguientes:
Con estas leyes, Kepler logró mejorar el modelo heliocéntrico existente. Las dos primeras leyes se publicaron en 1609. Las aportaciones de Kepler mejoraron el sistema en su conjunto, dándole más credibilidad porque explicaba adecuadamente los acontecimientos y podía dar lugar a predicciones más fiables. Antes de esto, el modelo copernicano era tan poco fiable como el modelo ptolemaico. Esta mejora se produjo porque Kepler se dio cuenta de que las órbitas no eran círculos perfectos, sino elipses.
Galileo Galilei fue uno de los primeros en utilizar un telescopio para observar el cielo, y después construyó un telescopio refractor de 20x. [83] Descubrió las cuatro lunas más grandes de Júpiter en 1610, que ahora se conocen colectivamente como las lunas galileanas , en su honor. [84] Este descubrimiento fue la primera observación conocida de satélites orbitando otro planeta. [84] También encontró que la Luna tenía cráteres y observó, y explicó correctamente las manchas solares, y que Venus exhibía un conjunto completo de fases parecidas a las fases lunares. [85] Galileo argumentó que estos hechos demostraban incompatibilidad con el modelo ptolemaico, que no podía explicar el fenómeno e incluso lo contradeciría. [85] Con las lunas demostró que la Tierra no tiene por qué tener todo orbitando alrededor de ella y que otras partes del Sistema Solar podían orbitar otro objeto, como la Tierra orbitando alrededor del Sol. [84] En el sistema ptolemaico se suponía que los cuerpos celestes eran perfectos por lo que tales objetos no deberían tener cráteres ni manchas solares. [86] Las fases de Venus sólo podrían ocurrir en el caso de que la órbita de Venus estuviera dentro de la órbita de la Tierra, lo que no podría suceder si la Tierra fuera el centro. Él, como el ejemplo más famoso, tuvo que enfrentar los desafíos de los funcionarios de la iglesia, más específicamente la Inquisición romana . [87] Lo acusaron de herejía porque estas creencias iban en contra de las enseñanzas de la Iglesia Católica Romana y desafiaban la autoridad de la Iglesia Católica cuando estaba en su punto más débil. [87] Si bien pudo evitar el castigo por un tiempo, finalmente fue juzgado y se declaró culpable de herejía en 1633. [87] Aunque esto tuvo un cierto costo, su libro fue prohibido y fue puesto bajo arresto domiciliario hasta que murió en 1642. [88]
Isaac Newton desarrolló aún más los vínculos entre la física y la astronomía a través de su ley de gravitación universal . Al darse cuenta de que la misma fuerza que atrae los objetos a la superficie de la Tierra mantiene a la Luna en órbita alrededor de la Tierra, Newton pudo explicar, en un marco teórico, todos los fenómenos gravitacionales conocidos. En su Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica , derivó las leyes de Kepler a partir de los primeros principios. Esos primeros principios son los siguientes:
Así, mientras Kepler explicaba cómo se movían los planetas, Newton logró explicar con precisión por qué se movían como lo hacían. Los desarrollos teóricos de Newton sentaron muchas de las bases de la física moderna.
Fuera de Inglaterra, la teoría de Newton tardó un tiempo en consolidarse. La teoría de los vórtices de Descartes prevaleció en Francia, y Huygens , Leibniz y Cassini aceptaron solo partes del sistema de Newton, prefiriendo sus propias filosofías. Voltaire publicó un relato popular en 1738. [90] En 1748, la Academia Francesa de Ciencias ofreció una recompensa por resolver las perturbaciones de Júpiter y Saturno que finalmente fue resuelta por Euler y Lagrange . Laplace completó la teoría de los planetas, publicándola entre 1798 y 1825. Los orígenes tempranos del modelo nebular solar de formación planetaria habían comenzado.
Edmond Halley sucedió a Flamsteed como astrónomo real en Inglaterra y logró predecir el regreso del cometa que lleva su nombre en 1758. Sir William Herschel descubrió el primer planeta nuevo, Urano , observado en los tiempos modernos en 1781. La brecha entre los planetas Marte y Júpiter revelada por la ley de Titius-Bode se llenó con el descubrimiento de los asteroides Ceres y Palas en 1801 y 1802, y le siguieron muchos más.
En un principio, el pensamiento astronómico en América se basaba en la filosofía aristotélica , [91] pero el interés por la nueva astronomía empezó a aparecer en los almanaques ya en 1659. [92]
El pluralismo cósmico es el nombre que se le da a la idea de que las estrellas son soles distantes, tal vez con sus propios sistemas planetarios. Las ideas en esta dirección fueron expresadas en la antigüedad, por Anaxágoras y por Aristarco de Samos , pero no encontraron aceptación generalizada. El primer astrónomo del Renacimiento europeo que sugirió que las estrellas eran soles distantes fue Giordano Bruno en su De l'infinito universo et mondi (1584). Esta idea, junto con la creencia en vida extraterrestre inteligente, fue una de las acusaciones presentadas contra él por la Inquisición. La idea se convirtió en la corriente principal a finales del siglo XVII, especialmente después de la publicación de Conversaciones sobre la pluralidad de mundos de Bernard Le Bovier de Fontenelle (1686), y a principios del siglo XVIII era la hipótesis de trabajo predeterminada en la astronomía estelar.
El astrónomo italiano Geminiano Montanari registró la observación de variaciones en la luminosidad de la estrella Algol en 1667. Edmond Halley publicó las primeras mediciones del movimiento propio de un par de estrellas "fijas" cercanas, demostrando que habían cambiado de posición desde la época de los antiguos astrónomos griegos Ptolomeo e Hiparco. William Herschel fue el primer astrónomo que intentó determinar la distribución de las estrellas en el cielo. Durante la década de 1780, estableció una serie de indicadores en 600 direcciones y contó las estrellas observadas a lo largo de cada línea de visión. A partir de esto dedujo que el número de estrellas aumentaba constantemente hacia un lado del cielo, en dirección al núcleo de la Vía Láctea . Su hijo John Herschel repitió este estudio en el hemisferio sur y encontró un aumento correspondiente en la misma dirección. [93] Además de sus otros logros, William Herschel es conocido por su descubrimiento de que algunas estrellas no solo se encuentran a lo largo de la misma línea de visión, sino que son compañeras físicas que forman sistemas estelares binarios. [94]
Antes de la fotografía, el registro de datos astronómicos estaba limitado por el ojo humano. En 1840, John W. Draper , un químico, creó la primera fotografía astronómica conocida de la Luna. Y a finales del siglo XIX se crearon miles de placas fotográficas de imágenes de planetas, estrellas y galaxias. La mayoría de las fotografías tenían una eficiencia cuántica menor (es decir, capturaban menos fotones incidentes) que los ojos humanos, pero tenían la ventaja de largos tiempos de integración (100 ms para el ojo humano en comparación con horas para las fotos). Esto aumentó enormemente los datos disponibles para los astrónomos, lo que llevó al surgimiento de las computadoras humanas , famosas como las Computadoras Harvard , para rastrear y analizar los datos.
Los científicos comenzaron a descubrir formas de luz que eran invisibles a simple vista: rayos X , rayos gamma , ondas de radio , microondas , radiación ultravioleta y radiación infrarroja . Esto tuvo un gran impacto en la astronomía, generando los campos de la astronomía infrarroja , la radioastronomía , la astronomía de rayos X y, finalmente, la astronomía de rayos gamma . Con la llegada de la espectroscopia se demostró que otras estrellas eran similares al Sol, pero con un rango de temperaturas , masas y tamaños.
La ciencia de la espectroscopia estelar fue iniciada por Joseph von Fraunhofer y Angelo Secchi . Al comparar los espectros de estrellas como Sirio con el Sol, encontraron diferencias en la fuerza y el número de sus líneas de absorción (las líneas oscuras en los espectros estelares causadas por la absorción de frecuencias específicas por parte de la atmósfera). En 1865, Secchi comenzó a clasificar las estrellas en tipos espectrales . [95] La primera evidencia de helio se observó el 18 de agosto de 1868, como una línea espectral amarilla brillante con una longitud de onda de 587,49 nanómetros en el espectro de la cromosfera del Sol. La línea fue detectada por el astrónomo francés Jules Janssen durante un eclipse solar total en Guntur, India.
La primera medición directa de la distancia a una estrella ( 61 Cygni a 11,4 años luz ) fue realizada en 1838 por Friedrich Bessel utilizando la técnica de paralaje . Las mediciones de paralaje demostraron la gran separación de las estrellas en los cielos. [ cita requerida ] La observación de estrellas dobles ganó cada vez más importancia durante el siglo XIX. En 1834, Friedrich Bessel observó cambios en el movimiento propio de la estrella Sirio e infirió una compañera oculta. Edward Pickering descubrió el primer binario espectroscópico en 1899 cuando observó la división periódica de las líneas espectrales de la estrella Mizar en un período de 104 días. Astrónomos como Friedrich Georg Wilhelm von Struve y SW Burnham recopilaron observaciones detalladas de muchos sistemas estelares binarios , lo que permitió determinar las masas de las estrellas a partir del cálculo de elementos orbitales . La primera solución al problema de derivar una órbita de estrellas binarias a partir de observaciones con telescopio fue realizada por Felix Savary en 1827. [96] En 1847, Maria Mitchell descubrió un cometa usando un telescopio.
Con la acumulación de grandes conjuntos de datos astronómicos, equipos como Harvard Computers ganaron prominencia, lo que llevó a que muchas astrónomas, previamente relegadas como asistentes de astrónomos masculinos, ganaran reconocimiento en el campo. El Observatorio Naval de los Estados Unidos (USNO) y otras instituciones de investigación astronómica contrataron "computadoras" humanas , que realizaban los tediosos cálculos mientras los científicos realizaban investigaciones que requerían más conocimientos de fondo. [97] Una serie de descubrimientos en este período fueron originalmente notados por las "computadoras" mujeres e informados a sus supervisores. Henrietta Swan Leavitt descubrió la relación período-luminosidad de la estrella variable cefeida que luego desarrolló como un método para medir la distancia fuera del Sistema Solar.
Annie J. Cannon , veterana de Harvard Computers, desarrolló la versión moderna del sistema de clasificación estelar a principios del siglo XX (OBAFGKM, basado en el color y la temperatura), clasificando manualmente más estrellas en una vida que cualquier otra persona (alrededor de 350.000). [98] [99] El siglo XX vio avances cada vez más rápidos en el estudio científico de las estrellas. Karl Schwarzschild descubrió que el color de una estrella y, por lo tanto, su temperatura, se podía determinar comparando la magnitud visual con la magnitud fotográfica . El desarrollo del fotómetro fotoeléctrico permitió mediciones precisas de magnitud en múltiples intervalos de longitud de onda. En 1921, Albert A. Michelson realizó las primeras mediciones de un diámetro estelar utilizando un interferómetro en el telescopio Hooker en el Observatorio del Monte Wilson . [100]
Durante las primeras décadas del siglo XX se produjeron importantes trabajos teóricos sobre la estructura física de las estrellas. En 1913 se desarrolló el diagrama de Hertzsprung-Russell , que impulsó el estudio astrofísico de las estrellas. En Potsdam , en 1906, el astrónomo danés Ejnar Hertzsprung publicó los primeros gráficos de color frente a luminosidad para estas estrellas. Estos gráficos mostraban una secuencia prominente y continua de estrellas, a la que llamó Secuencia Principal. En la Universidad de Princeton , Henry Norris Russell trazó los tipos espectrales de estas estrellas frente a su magnitud absoluta y descubrió que las estrellas enanas seguían una relación distinta. Esto permitió predecir el brillo real de una estrella enana con una precisión razonable. Se desarrollaron modelos exitosos para explicar los interiores de las estrellas y la evolución estelar. Cecilia Payne-Gaposchkin propuso por primera vez que las estrellas estaban hechas principalmente de hidrógeno y helio en su tesis doctoral de 1925. [101] Los espectros de las estrellas se comprendieron mejor gracias a los avances en la física cuántica . Esto permitió determinar la composición química de la atmósfera estelar. [102] A medida que se desarrollaban los modelos evolutivos de las estrellas durante la década de 1930, Bengt Strömgren introdujo el término diagrama de Hertzsprung-Russell para denotar un diagrama de clase espectral de luminosidad. En 1943, William Wilson Morgan y Philip Childs Keenan publicaron un esquema refinado para la clasificación estelar .
La existencia de nuestra galaxia , la Vía Láctea , como un grupo separado de estrellas fue probada recién en el siglo XX, junto con la existencia de galaxias "externas", y poco después, la expansión del universo vista en el alejamiento de la mayoría de las galaxias de nosotros. El " Gran Debate " entre Harlow Shapley y Heber Curtis , en la década de 1920, se centró en la naturaleza de la Vía Láctea, las nebulosas espirales y las dimensiones del universo. [103]
Con el advenimiento de la física cuántica , la espectroscopia se perfeccionó aún más.
Se descubrió que el Sol formaba parte de una galaxia formada por más de 10 10 estrellas (10 mil millones de estrellas). La existencia de otras galaxias, uno de los asuntos del gran debate , fue zanjada por Edwin Hubble , quien identificó la nebulosa de Andrómeda como una galaxia distinta, y muchas otras a grandes distancias y que se alejaban, alejándose de nuestra galaxia.
La cosmología física , disciplina que tiene una gran intersección con la astronomía, hizo enormes avances durante el siglo XX, con el modelo del Big Bang caliente fuertemente apoyado por la evidencia proporcionada por la astronomía y la física, como los corrimientos al rojo de galaxias muy distantes y fuentes de radio, la radiación cósmica de fondo de microondas , la ley de Hubble y las abundancias cosmológicas de elementos .
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