MODELOS COSMOLÓGICOS

 LOS MODELOS COSMOLÓGICOS

En la edad moderna encontramos al astrónomo  Nicolás Copérnico,(1473-1543) nació en Polonia, quien desarrolló un modelo menos complicado que el de Ptolomeo y que se ajustara a la observaciones recogidas durante años, desde los tiempos de los astrónomos griegos, se basó en las observaciones de brillo y movimientos de Marte, éste planeta  al desplazarse desde sus epiciclos se iba alejando de la tierra, pero esta variación desde la más cercana a la más lejana era muy pequeña para explicar la diferencia de su brillo.

Las deficiencias que tenía el sistema de Ptolomeo se resolvían si se colocaba el sol en el centro del sistema solar y los planetas moviéndose a su alrededor y si se considera como tercer planeta la posición del Sol, pero antes de dar  a conocer su teoría Nicolás fue preciso  y cuidadoso con las  observaciones realizadas, para comprender las diferencias de brillo de Marte ya que la distancia hasta la tierra varía desde 55 millones de Km que es la posición más cercana (oposición), hasta 377 millones de Km que es la posición más lejana (conjunción), marte tarda el doble de tiempo en recorrer  su órbita que el tiempo que gasta la tierra. (Hernández, 2004).

REVOLUCIÓN COPERNICANA.

El trabajo de  Nicolás Copérnico  causo gran revolución para el pensamiento de esa época, a tal punto que su obra fue publicada el mismo año de su muerte en su famoso libro “De las revoluciones de los cuerpos celestes”;  allí sugirió la rotación de la tierra alrededor del sol, esta teoría fue denominada con el nombre de heliocéntrica, porque se suponía  que el sol era el centro del universo. Uno de los que apoyó la teoría de Copérnico fue Giordano Bruno, diciendo que las estrellas se encontraban a grandes distancias y que el universo es infinito. (Hernández, Historia de las ideas que llevaron a formulación de la ley de gravitación, 2004; Giancoli, D, 2006)

LOS APORTE DE BRAHE

La importancia de Tycho Brahe (1546-1610) no fue por ningún aporte teórico, sino por la precisión de sus observaciones y la calidad de sus datos, lo cual le convenció de que el sistema Ptolemaico era incorrecto, pero su creencia religiosa le impedía aceptar que la tierra girara alrededor del Sol y no fuera el centro del universo y optó por conciliar la tradición religiosa con los datos científicos.

A pesar de lo anterior, Brahe contribuyó a los primeros pasos de la  astronomía y la cosmología con dos importantes aportes:

1- Que los planetas no eran transportados en esferas cristalinas, conclusión a la que llegó observando la trayectoria de los cometas.

2-  Que los cielos no eran inmutables como se creía en esa época, esta afirmación se debió al estudio de la aparición de una estrella nueva o “nova” en 1572. Hoy sabemos que en realidad fue una supernova más allá de las orbitas planetarias y fuera del mundo sublunar.

Brahe fue un gran observador, que obtuvo datos  muy precisos a pesar de no poseer  instrumentos que le ayudaran a esta tarea y comprobó que la refracción de la atmosfera, impide hacer observaciones nítidas con respecto al objeto a estudiar. (Hernández, 2004)

LEYES DE KEPLER 

Johannes Kepler (1571- 1630) con todos los datos obtenidos por Brahe, procedió a buscar una explicación que permitió  establecer  las bases científicas de esta disciplina. Kepler centro su atención en el  movimiento de Marte; por  lo cual,    tardó muchos años para hallar los cálculos matemáticos que describían la dinámica de este planeta.

Desde una perspectiva heliocéntrica, le permitió a Kepler descartar la hipótesis del movimiento uniforme, abandonando así el postulado de la circularidad  de las órbitas, partiendo de eso,  Kepler publica en 1609 su libro “astronomía nova”, allí él publica sus dos primeras leyes:

1- Todos los planetas se desplazan alrededor del Sol describiendo órbitas elípticas, estando el Sol situado en uno de los focos de la elipse. (Giancoli, D, 2006), (Hernández, Historia de las ideas que llevaron a formulación de la ley de gravitación, 2004), (McMillan, 2004)

El  radio vector que une el planeta y el Sol barre áreas iguales en tiempos iguales. (Giancoli, D, 2006), (Tipler, Paul, 1993).

2- La ley de las áreas es equivalente a la constancia del momento angular, es decir, cuando el planeta está más alejado del Sol (decimos que se encuentra en el afelio), su velocidad es menor que cuando está más cercano al Sol (perihelio). En el afelio y en el perihelio, el momento angular L es el producto de la masa del planeta, por su velocidad y por su distancia al centro del Sol. La fórmula es la siguiente: 

Y posteriormente publica su libro llamado “Las armonías del mundo”, donde se encontraba su tercera ley:

3- Para cualquier planeta, el cuadrado de su periodo orbital (tiempo que tarda en dar una vuelta alrededor del Sol) es directamente proporcional al cubo de la distancia media al sol. (Giancoli, D, 2006).                                                    

                

                                           

P = Periodo orbital (tiempo que tarda el planeta en dar una vuelta al Sol).

r  = Distancia media del planeta con el Sol.

K = Constante de proporcionalidad.

Kepler, infería que la razón del movimiento de los planetas era por algún tipo de fuerza, pero por aquel entonces no sabían qué podía explicar esta clase de movimiento. Hasta el descubrimiento de la gravedad por parte de Isaac Newton. (Giancoli, D, 2006), (Tipler, Paul, 1993). 

Cada una de las anteriores afirmaciones requerían de  alguna explicación, estas eran las elipses,  son la intersección de un plano y un circulo. Esta figura era bien conocida por los antiguos griegos:

1-     Un corte perpendicular al  eje del cono resulta un círculo.

2- Un corte ligeramente inclinado una elipse.

3- Un corte inclinado casi que paralelo al eje del cono resulta una parábola.   

4-  Un corte un tanto más inclinado una hipérbole. 

Comprendiendo esto, Kepler logró dar una explicación dinámica del por qué los planetas siguen estas leyes, creyó que este movimiento no era natural, como el movimiento circular uniforme, considerando una fuerza que actuaba constantemente  sobre la tierra, generando su movimiento.

Para explicar esta fuerza Kepler postulo, que algunos rayos del sol arrastraban a los planetas y por tanto la rotación de cada uno de ellos, esta idea la recogió Gilbert en su  “de magnete”, mencionado también que el juego de atracciones y repulsiones convertían las orbitas circulares en elípticas. (Stern, D, 13 de Diciembre de 2001)

El siguiente simulador te permitirá comprender mejor lo descrito anteriormente.