Astronomía
El
Hubble:
telescopio ubicado fuera de la atmósfera que observa objetos celestes.
Sus maravillosas imágenes han asombrado al mundo. Es el icono de la
astronomía moderna.
La
astronomía (del
latín astronomĭa, y este del
griego ἀστρονομία)
1 es la
ciencia que se ocupa del estudio de los
cuerpos celestes del
universo, incluidos los
planetas y sus
satélites, los
cometas y
meteoroides, las
estrellas y la
materia interestelar, los sistemas de
materia oscura,
estrellas, gas y polvo llamados
galaxias
y los cúmulos de galaxias; por lo que estudia sus movimientos y los
fenómenos ligados a ellos. Su registro y la investigación de su origen
viene a partir de la información que llega de ellos a través de la
radiación electromagnética
o de cualquier otro medio. La astronomía ha estado ligada al ser humano
desde la antigüedad y todas las civilizaciones han tenido contacto con
esta ciencia. Personajes como
Aristóteles,
Tales de Mileto,
Anaxágoras,
Aristarco de Samos,
Hiparco de Nicea,
Claudio Ptolomeo,
Hipatia de Alejandría,
Nicolás Copérnico,
Tycho Brahe,
Johannes Kepler,
Galileo Galilei,
Christiaan Huygens o
Edmund Halley han sido algunos de sus cultivadores.
Es una de las pocas ciencias en las que los
aficionados aún pueden desempeñar un papel activo, especialmente en el descubrimiento y seguimiento de fenómenos como curvas de
luz de
estrellas variables, descubrimiento de asteroides y cometas, etc.
Etimología
Etimológicamente, la palabra "astronomía" proviene del
latín astronomĭa, que a su vez proviene del
griego αστρονομία ('astronomía' compuesto por
άστρον 'astron' «estrella» y seguido de
νόμος 'nomos' «regla, norma»). La mayor parte de las ciencias utilizan el sufijo griego
λογια ('logía' «tratado, estudio»), como por ejemplo
cosmología y
biología. De hecho, "astronomía" debía propiamente haberse llamado "
astrología", pero esta denominación ha sido usurpada por la
pseudociencia que hoy en día es conocida con dicho nombre. Por ello no debe confundirse la astronomía con la
astrología. Aunque ambas comparten un origen común, son muy diferentes. Mientras que la astronomía es una
ciencia estudiada a través del
método científico, la
astrología moderna es una
pseudociencia que sigue un sistema de creencias no probadas o abiertamente erróneas.
Breve historia de la Astronomía
Stonehenge,
2800 a. C.: se supone que esta construcción megalítica se realizó sobre
conocimientos astronómicos muy precisos. Un menhir que supera los 6 m
de altura indica, a quien mira desde el centro, la dirección exacta de
la salida del Sol en el
solsticio
de verano. Algunos investigadores opinan que ciertas cavidades pudieron
haber servido para colocar postes de madera capaces de indicar puntos
de referencia en el recorrido de la Luna.
Aristóteles inauguró toda una nueva perspectiva de la visión cósmica, formalizando el modelo astronómico, contra el astrológico.
En casi todas las religiones antiguas existía la
cosmogonía,
que intentaba explicar el origen del universo, ligando éste a los
elementos mitológicos. La historia de la astronomía es tan antigua como
la historia del ser humano. Antiguamente se ocupaba, únicamente, de la
observación y predicciones de los movimientos de los objetos visibles a
simple vista, quedando separada durante mucho tiempo de la
Física. En
Sajonia-Anhalt,
Alemania, se encuentra el famoso
Disco celeste de Nebra, que es la representación más antigua conocida de la
bóveda celeste. Quizá fueron los
astrónomos chinos quienes dividieron, por primera vez, el cielo en
constelaciones. En Europa, las doce constelaciones que marcan el movimiento anual del Sol fueron denominadas
constelaciones zodiacales. Los antiguos griegos hicieron importantes contribuciones a la astronomía, entre ellas, la definición de
magnitud. La
astronomía precolombina poseía
calendarios muy exactos y parece ser que las
pirámides de Egipto fueron construidas sobre patrones astronómicos muy precisos.
A pesar de la creencia común, los griegos sabían de la redondez y la
esfericidad de la Tierra. No pasó desapercibido para ellos el hecho de
que la sombra de la Tierra proyectada en la Luna era redonda, ni que su
superficie es obviamente esférica puesto que, entre otras razones, no se
ven las mismas constelaciones en el norte del Mediterráneo que en el
sur. En el modelo
aristotélico lo celestial pertenecía a la perfección -
"cuerpos celestes perfectamente esféricos moviéndose en órbitas circulares perfectas"-, mientras que lo terrestre era imperfecto; estos dos reinos se consideraban como opuestos. Aristóteles defendía la
teoría geocéntrica para desarrollar sus postulados. Fue probablemente
Eratóstenes quien diseñara la
esfera armilar que es un
astrolabio para mostrar el movimiento aparente de las estrellas alrededor de la tierra.
La
astronomía observacional estuvo casi totalmente estancada en Europa durante la
Edad Media, a excepción de algunas aportaciones como la de Alfonso X el Sabio con sus
tablas alfonsíes, o los tratados de
Alcabitius, pero floreció en el mundo con el
Imperio persa y la
cultura árabe. Al final del siglo X, un gran observatorio fue construido cerca de Teherán (Irán), por el astrónomo persa
Al-Khujandi, quien observó una serie de pasos meridianos del Sol, lo que le permitió calcular la
oblicuidad de la eclíptica. También en Persia,
Omar Khayyam elaboró la reforma del calendario que es más preciso que el
calendario juliano acercándose al
Calendario Gregoriano. A finales del siglo IX, el astrónomo persa
Al-Farghani escribió ampliamente acerca del movimiento de los cuerpos celestes. Su trabajo fue traducido al latín en el siglo XII.
Abraham Zacuto
fue el responsable en el siglo XV de adaptar las teorías astronómicas
conocidas hasta el momento para aplicarlas a la navegación de la marina
portuguesa. Ésta aplicación permitió a Portugal ser la puntera en el
mundo de los descubrimientos de nuevas tierras fuera de Europa.
Revolución científica
Vista parcial de un monumento dedicado a Copérnico en Varsovia.
Durante siglos, la visión geocéntrica de que el
Sol y otros
planetas giraban alrededor de la
Tierra no se cuestionó. Esta visión era lo que para nuestros sentidos se observaba. En el Renacimiento,
Nicolás Copérnico propuso el
modelo heliocéntrico del
Sistema Solar. Su trabajo
De Revolutionibus Orbium Coelestium fue defendido, divulgado y corregido por
Galileo Galilei y
Johannes Kepler, autor de
Harmonices Mundi, en el cual se desarrolla por primera vez la
tercera ley del movimiento planetario.
Galileo añadió la novedad del uso del telescopio para mejorar sus
observaciones. La disponibilidad de datos observacionales precisos llevó
a indagar en teorías que explicasen el comportamiento observado (véase
su obra
Sidereus Nuncius). Al principio sólo se obtuvieron reglas
ad-hoc, como las
leyes del movimiento planetario de Kepler, descubiertas a principios del siglo XVII. Fue
Isaac Newton quien extendió hacia los cuerpos celestes las teorías de la
gravedad terrestre y conformando la
Ley de la gravitación universal, inventando así la
mecánica celeste,
con lo que explicó el movimiento de los planetas y consiguiendo unir el
vacío entre las leyes de Kepler y la dinámica de Galileo. Esto también
supuso la primera unificación de la astronomía y la física (véase
Astrofísica).
Tras la publicación de los
Principios Matemáticos de Isaac Newton (que también desarrolló el
telescopio reflector), se transformó la navegación marítima. A partir de
1670
aproximadamente, utilizando instrumentos modernos de latitud y los
mejores relojes disponibles se ubicó cada lugar de la Tierra en un
planisferio o mapa, calculando para ello su latitud y su longitud. La
determinación de la latitud fue fácil pero la determinación de la
longitud fue mucho más delicada. Los requerimientos de la navegación
supusieron un empuje para el desarrollo progresivo de observaciones
astronómicas e instrumentos más precisos, constituyendo una base de
datos creciente para los científicos.
Ilustración de la teoría del "Big Bang" o primera gran explosión y de la evolución esquemática del universo desde entonces.
Durante los siglos XVIII al XIX, se presenta el
problema de los tres cuerpos, donde
Euler,
Clairaut y
D'Alembert llevan predicciones más precisas sobre los movimientos de la luna y los planetas. Este trabajo es perfeccionado por
Lagrange y
Laplace, permitiendo estimar las masas de los planetas y lunas a partir de sus perturbaciones.
2
Nueva Astronomía
A finales del siglo XIX se descubrió que, al descomponer la luz del Sol, se podían observar multitud de
líneas de espectro
(regiones en las que había poca o ninguna luz). Experimentos con gases
calientes mostraron que las mismas líneas podían ser observadas en el
espectro de los gases, líneas específicas correspondientes a diferentes
elementos químicos. De esta manera se demostró que los elementos químicos en el Sol (mayoritariamente
hidrógeno) podían encontrarse igualmente en la Tierra. De hecho, el
helio fue descubierto primero en el espectro del Sol y sólo más tarde se encontró en la Tierra, de ahí su nombre.
Se descubrió que las estrellas eran objetos muy lejanos y con el
espectroscopio se demostró que eran similares al Sol, pero con una amplia gama de temperaturas, masas y tamaños. La existencia de la
Vía Láctea
como un grupo separado de estrellas no se demostró sino hasta el siglo
XX, junto con la existencia de galaxias externas y, poco después, la
expansión del universo, observada en el efecto del
corrimiento al rojo. La astronomía moderna también ha descubierto una variedad de objetos exóticos como los
quásares,
púlsares,
radiogalaxias,
agujeros negros,
estrellas de neutrones, y ha utilizado estas observaciones para desarrollar teorías físicas que describen estos objetos. La
cosmología hizo grandes avances durante el siglo XX, con el modelo del
Big Bang fuertemente apoyado por la evidencia proporcionada por la astronomía y la física, como la
radiación de fondo de microondas, la
Ley de Hubble y la abundancia cosmológica de los elementos químicos.
Durante el siglo XX, la
espectrometría avanzó, en particular como resultado del nacimiento de la
física cuántica, necesaria para comprender las observaciones astronómicas y experimentales.
Astronomía Observacional
Estudio de la orientación por las estrellas
La
Osa Mayor
es una constelación tradicionalmente utilizada como punto de referencia
celeste para la orientación tanto marítima como terrestre.
Representación virtual en 3D de la situación de las galaxias de nuestro grupo local en el
espacio.
Para ubicarse en el cielo, se agruparon las estrellas que se ven desde la Tierra en
constelaciones. Así, continuamente se desarrollan mapas (cilíndricos o cenitales) con su propia
nomenclatura astronómica para localizar las estrellas conocidas y agregar los últimos descubrimientos.
Aparte de
orientarse en la Tierra a través de las estrellas, la astronomía estudia el movimiento de los objetos en la
esfera celeste, para ello se utilizan diversos sistemas de
coordenadas astronómicas. Estos toman como referencia parejas de círculos máximos distintos midiendo así determinados
ángulos respecto a estos planos fundamentales. Estos sistemas son principalmente:
- Sistema altacimutal, u horizontal que toma como referencias el horizonte celeste y el meridiano del lugar.
- Sistemas horario y ecuatorial, que tienen de referencia el
ecuador celeste, pero el primer sistema adopta como segundo círculo de
referencia el meridiano del lugar mientras que el segundo se refiere al
círculo horario (círculo que pasa por los polos celestes).
- Sistema eclíptico, que se utiliza normalmente para describir
el movimiento de los planetas y calcular los eclipses; los círculos de
referencia son la eclíptica y el círculo de longitud que pasa por los
polos de la eclíptica y el punto γ.
- Sistema galáctico, se utiliza en estadística estelar para
describir movimientos y posiciones de cuerpos galácticos. Los círculos
principales son la intersección del plano ecuatorial galáctico con la
esfera celeste y el círculo máximo que pasa por los polos de la Vía
Láctea y el ápice del Sol (punto de la esfera celeste donde se dirige el
movimiento solar).
La
astronomía de posición es la rama más antigua de esta ciencia. Describe el movimiento de los astros, planetas, satélites y fenómenos como los
eclipses y
tránsitos de los planetas por el disco del Sol. Para estudiar el movimiento de los planetas se introduce el
movimiento medio diario que es lo que avanzaría en la órbita cada día suponiendo movimiento uniforme. La
astronomía de posición también estudia el
movimiento diurno y el
movimiento anual del Sol. Son tareas fundamentales de la misma la determinación de la hora y para la
navegación el cálculo de las
coordenadas geográficas. Para la determinación del tiempo se usa el
tiempo de efemérides ó también el
tiempo solar medio que está relacionado con el tiempo local. El tiempo local en Greenwich se conoce como
Tiempo Universal.
La distancia a la que están los astros de la Tierra en el de
universo se mide en
unidades astronómicas,
años luz o
pársecs.
Conociendo el movimiento propio de las estrellas, es decir lo que se
mueve cada siglo sobre la bóveda celeste se puede predecir la situación
aproximada de las estrellas en el futuro y calcular su ubicación en el
pasado viendo como evolucionan con el tiempo la forma de las
constelaciones.
Con un pequeño telescopio pueden realizarse grandes observaciones. El campo amateur es amplio y cuenta con muchos seguidores.
Instrumentos de observación
Galileo Galilei observó gracias a su
telescopio cuatro lunas del planeta
Júpiter, un gran descubrimiento que chocaba diametralmente con los postulados tradicionalistas de la Iglesia Católica de la época.
Para observar la bóveda celeste y las constelaciones más conocidas no
hará falta ningún instrumento, para observar cometas o algunas
nebulosas sólo serán necesarios unos prismáticos, los grandes planetas
se ven
a simple vista;
pero para observar detalles de los discos de los planetas del sistema
solar o sus satélites mayores bastará con un telescopio simple. Si se
quiere observar con profundidad y exactitud determinadas características
de los astros, se requieren instrumentos que necesitan de la precisión y
tecnología de los últimos avances científicos.
Astronomía visible
El telescopio fue el primer instrumento de observación del cielo. Aunque su invención se le atribuye a
Hans Lippershey, el primero en utilizar este invento para la astronomía fue
Galileo Galilei
quien decidió construirse él mismo uno. Desde aquel momento, los
avances en este instrumento han sido muy grandes como mejores lentes y
sistemas avanzados de posicionamiento.
Actualmente, el telescopio más grande del mundo se llama
Very Large Telescope y se encuentra en el
observatorio Paranal,
al norte de Chile. Consiste en cuatro telescopios ópticos reflectores
que se conjugan para realizar observaciones de gran resolución.
Astronomía del espectro electromagnético o radioastronomía
Se han aplicado diversos conocimientos de la física, las matemáticas y
de la química a la astronomía. Estos avances han permitido observar las
estrellas con muy diversos métodos. La información es recibida
principalmente de la detección y el análisis de la
radiación electromagnética (
luz,
infrarrojos,
ondas de radio), pero también se puede obtener información de los
rayos cósmicos,
neutrinos y
meteoros.
Estos datos ofrecen información muy importante sobre los astros, su
composición química, temperatura, velocidad en el espacio, movimiento
propio, distancia desde la Tierra y pueden plantear hipótesis sobre su
formación, desarrollo estelar y fin.
El análisis desde la Tierra de las radiaciones (infrarrojos, rayos x,
rayos gamma, etc.) no sólo resulta obstaculizado por la absorción
atmosférica, sino que el problema principal, vigente también en el
vacío, consiste en distinguir la señal recogida del "ruido de fondo", es
decir, de la enorme emisión infrarroja producida por la Tierra o por
los propios instrumentos. Cualquier objeto que no se halle a 0 K
(-273,15 °C) emite señales electromagnéticas y, por ello, todo lo que
rodea a los instrumentos produce radiaciones de "fondo". Hasta los
propios telescopios irradian señales. Realizar una termografía de un
cuerpo celeste sin medir el calor al que se halla sometido el
instrumento resulta muy difícil: además de utilizar película fotográfica
especial, los instrumentos son sometidos a una refrigeración continua
con helio o hidrógeno líquido.
La radioastronomía se basa en la observación por medio de los
radiotelescopios, unos instrumentos con forma de antena que recogen y
registran las ondas de radio o
radiación electromagnética emitidas por los distintos objetos celestes.
Estas ondas de radio, al ser procesadas ofrecen un espectro
analizable del objeto que las emite. La radioastronomía ha permitido un
importante incremento del conocimiento astronómico, particularmente con
el descubrimiento de muchas clases de nuevos objetos, incluyendo los
púlsares (o
magnétares),
quásares, las denominadas
galaxias activas,
radiogalaxias y
blázares.
Esto es debido a que la radiación electromagnética permite "ver" cosas
que no son posibles de detectar en la astronomía óptica. Tales objetos
representan algunos de los procesos físicos más extremos y energéticos
en el
universo.
Este método de observación está en constante desarrollo ya que queda mucho por avanzar en esta tecnología.
Astronomía de infrarrojos
Gran parte de la radiación astronómica procedente del espacio (la
situada entre 1 y 1000μm) es absorbida en la atmósfera. Por esta razón,
los mayores telescopios de
radiación infrarroja
se construyen en la cima de montañas muy elevadas, se instalan en
aeroplanos especiales de cota elevada, en globos, o mejor aún, en
satélites de la órbita terrestre.
Astronomía ultravioleta
La astronomía ultravioleta basa su actividad en la detección y estudio de la
radiación ultravioleta
que emiten los cuerpos celestes. Este campo de estudio cubre todos los
campos de la astronomía. Las observaciones realizadas mediante este
método son muy precisas y han realizado avances significativos en cuanto
al descubrimiento de la composición de la
materia interestelar e intergaláctica, el de la periferia de las estrellas, la evolución en las interacciones de los sistemas de
estrellas dobles
y las propiedades físicas de los quásares y de otros sistemas estelares
activos. En las observaciones realizadas con el satélite artificial
Explorador Internacional Ultravioleta,
los estudiosos descubrieron que la Vía Láctea está envuelta por un aura
de gas con elevada temperatura. Este aparato midió asimismo el espectro
ultravioleta de una
supernova que nació en la
Gran Nube de Magallanes en 1987. Este espectro fue usado por primera vez para observar a la estrella precursora de una supernova.
Astronomía de rayos X
La emisión de
rayos x se cree que procede de fuentes que contienen materia a elevadísimas temperaturas, en general en objetos cuyos
átomos o
electrones
tienen una gran energía. El descubrimiento de la primera fuente de
rayos x procedente del espacio en 1962 se convirtió en una sorpresa. Esa
fuente denominada
Scorpio X-1 está situada en la constelación de Escorpio en dirección al centro de la
Vía Láctea. Por este descubrimiento
Riccardo Giacconi obtuvo el Premio Nobel de Física en 2002.
Astronomía de rayos gamma
El observatorio espacial
Swift
está específicamente diseñado para percibir señales gamma del universo y
sirve de herramienta para intentar clarificar los fenómenos observados.
Los
rayos gamma
son radiaciones emitidas por objetos celestes que se encuentran en un
proceso energético extremadamente violento. Algunos astros despiden
brotes de rayos gamma o también llamados
BRGs.
Se trata de los fenómenos físicos más luminosos del universo
produciendo una gran cantidad de energía en haces breves de rayos que
pueden durar desde unos segundos hasta unas pocas horas. La explicación
de estos fenómenos es aún objeto de controversia.
Los fenómenos emisores de rayos gamma son frecuentemente explosiones de
supernovas, su estudio también intenta clarificar el origen de la primera explosión del universo o
big bang.
El
Observatorio de Rayos Gamma Compton -ya inexistente- fue el segundo de los llamados
grandes observatorios espaciales (detrás del
telescopio espacial Hubble) y fue el primer observatorio a gran escala de estos fenómenos. Ha sido reemplazado recientemente por el satélite
Fermi. El observatorio orbital
INTEGRAL observa el cielo en el rango de los rayos gamma blandos o rayos X duros.
A energías por encima de unas decenas de
GeV, los rayos gamma sólo se pueden observar desde el suelo usando los llamados
telescopios Cherenkov como
MAGIC. A estas energías el universo también puede estudiarse usando partículas distintas a los fotones, tales como los
rayos cósmicos o los
neutrinos. Es el campo conocido como
Física de Astropartículas.
Astronomía Teórica
Los astrónomos teóricos utilizan una gran variedad de herramientas
como modelos matemáticos analíticos y simulaciones numéricas por
computadora. Cada uno tiene sus ventajas. Los modelos matemáticos
analíticos de un proceso por lo general, son mejores porque llegan al
corazón del problema y explican mejor lo que está sucediendo. Los
modelos numéricos, pueden revelar la existencia de fenómenos y efectos
que de otra manera no se verían.
3 4
Los teóricos de la astronomía ponen su esfuerzo en crear modelos
teóricos e imaginar las consecuencias observacionales de estos modelos.
Esto ayuda a los observadores a buscar datos que puedan refutar un
modelo o permitan elegir entre varios modelos alternativos o incluso
contradictorios.
Los teóricos, también intentan generar o modificar modelos para
conseguir nuevos datos. En el caso de una inconsistencia, la tendencia
general es tratar de hacer modificaciones mínimas al modelo para que se
corresponda con los datos. En algunos casos, una gran cantidad de datos
inconsistentes a través del tiempo puede llevar al abandono total de un
modelo.
Los temas estudiados por astrónomos teóricos incluyen:
dinámica estelar y
evolución estelar;
formación de galaxias; origen de los
rayos cósmicos;
relatividad general y
cosmología física, incluyendo
teoría de cuerdas.
La mecánica celeste
La
astromecánica o
mecánica celeste tiene por objeto interpretar los movimientos de la astronomía de posición, en el ámbito de la parte de la física conocida como
mecánica, generalmente la
newtoniana (
Ley de la Gravitación Universal de
Isaac Newton). Estudia el movimiento de los planetas alrededor del Sol, de sus satélites, el cálculo de las
órbitas de
cometas y
asteroides.
El estudio del movimiento de la Luna alrededor de la Tierra fue por su
complejidad muy importante para el desarrollo de la ciencia. El
movimiento extraño de
Urano, causado por las perturbaciones de un planeta hasta entonces desconocido, permitió a
Le Verrier y
Adams descubrir sobre el papel al planeta
Neptuno. El descubrimiento de una pequeña desviación en el avance del
perihelio de
Mercurio se atribuyó inicialmente a un planeta cercano al Sol hasta que Einstein la explicó con su
Teoría de la Relatividad.
Astrofísica
La
astrofísica es una parte moderna de la astronomía que
estudia los astros como cuerpos de la física estudiando su composición,
estructura y evolución. Sólo fue posible su inicio en el
siglo XIX cuando gracias a los
espectros se pudo averiguar la composición física de las estrellas. Las ramas de la física implicadas en el estudio son la
física nuclear
(generación de la energía en el interior de las estrellas) y la física
relativística. A densidades elevadas el plasma se transforma en
materia degenerada; esto lleva a algunas de sus partículas a adquirir altas velocidades que deberán estar limitadas por la
velocidad de la luz, lo cual afectará a sus condiciones de degeneración. Asimismo, en las cercanías de los objetos muy masivos,
estrellas de neutrones o
agujeros negros, la materia que cae se acelera a velocidades relativistas emitiendo radiación intensa y formando potentes
chorros de materia.
Estudio de los objetos celestes
El sistema solar desde la astronomía
Posición figurada de los planetas y el sol en el sistema solar, separados por planetas interiores y exteriores.
El estudio del
Universo o
Cosmos y más concretamente del
Sistema Solar
ha planteado una serie de interrogantes y cuestiones, por ejemplo cómo y
cuándo se formó el sistema, por qué y cuándo desaparecerá el Sol, por
qué hay diferencias físicas entre los planetas, etc.
Es difícil precisar el origen del Sistema Solar. Los científicos
creen que puede situarse hace unos 4.600 millones de años, cuando una
inmensa
nube de gas y polvo empezó a contraerse probablemente, debido a la explosión de una
supernova cercana. Alcanzada una densidad mínima ya se autocontrajo a causa de la fuerza de la
gravedad y comenzó a girar a gran
velocidad,
por conservación de su momento cinético, al igual que cuando una
patinadora repliega los brazos sobre si misma gira más rápido. La mayor
parte de la materia se acumuló en el centro. La presión era tan elevada
que los átomos comenzaron a fusionarse, liberando energía y formando una
estrella. También había muchas colisiones. Millones de objetos se
acercaban y se unían o chocaban con violencia y se partían en trozos.
Algunos cuerpos pequeños (planetesimales) iban aumentando su masa
mediante colisiones y al crecer, aumentaban su gravedad y recogían más
materiales con el paso del tiempo (acreción). Los encuentros
constructivos predominaron y, en sólo 100 millones de años, adquirió un
aspecto semejante al actual. Después cada cuerpo continuó su propia
evolución.
Astronomía del Sol
El Sol es la estrella que, por el efecto gravitacional de
su masa,
domina el sistema planetario que incluye a la Tierra. Es el elemento
más importante en nuestro sistema y el objeto más grande, que contiene
aproximadamente el 98% de la masa total del sistema solar. Mediante la
radiación de su energía electromagnética, aporta directa o
indirectamente toda la energía que mantiene la vida en la Tierra.
Saliendo del Sol, y esparciéndose por todo el Sistema solar en forma de
espiral tenemos al conocido como
viento solar
que es un flujo de partículas, fundamentalmente protones y neutrones.
La interacción de estas partículas con los polos magnéticos de los
planetas y con la
atmósfera genera las
auroras polares boreales o australes. Todas estas partículas y radiaciones son absorbidas por la atmósfera. La ausencia de auroras durante el
Mínimo de Maunder se achaca a la falta de actividad del Sol.
Uno de los fenómenos más desconcertantes e impactantes que podemos
observar en nuestro planeta, son las auroras boreales. Fueron misterio
hasta hace poco pero recientemente han sido explicadas, gracias al
estudio de la astronomía del Sol.
A causa de su proximidad a la Tierra y como es una estrella típica,
el Sol es un recurso extraordinario para el estudio de los fenómenos
estelares. No se ha estudiado ninguna otra estrella con tanto detalle.
La estrella más cercana al Sol,
Próxima Centauri, está a 4,2 años luz.
El Sol (todo el Sistema Solar) gira alrededor del centro de la Vía
Láctea, nuestra galaxia. Da una vuelta cada 225 millones de años. Ahora
se mueve hacia la constelación de Hércules a 19 km/s. Actualmente el Sol
se estudia desde satélites, como el
Observatorio Heliosférico y Solar (SOHO),
dotados de instrumentos que permiten apreciar aspectos que, hasta
ahora, no se habían podido estudiar. Además de la observación con
telescopios convencionales, se utilizan: el
coronógrafo, que analiza la
corona solar, el
telescopio ultravioleta extremo, capaz de detectar el campo magnético, y los
radiotelescopios, que detectan diversos tipos de radiación que resultan imperceptibles para el ojo humano.
El sol es una de las 200.000 millones a 400.000 millones de estrellas
de nuestra galaxia. Es una enana amarilla corriente, que esta a 8,5
minutos-luz de la tierra y es de media edad. Con 1,4 millones de
kilómetros de diámetro, contiene el 99,8 por ciento de la masa de
nuestro sistema solar, la cual se consume a un ritmo de 600 millones de
toneladas de hidrógeno por segundo, produciendo 596 millones de
toneladas de helio. Convirtiendo así 4 millones de toneladas en energía
según la ecuación E=mc2. Además el sol es similar a una
bomba de hidrógeno
por la colosal fusión nuclear de hidrógeno que mantiene en su núcleo y
la gran cantidad de energía que emite cada segundo. El equilibrio que
mantiene su tamaño es la contraposición entre su gravedad y la expulsión
continua de energía. También es una estrella de tercera generación. El
protio,
el isótopo de hidrógeno más abundante de la naturaleza, con su núcleo
solamente compuesto por un protón, es además el combustible que alimenta
las fusiones nucleares en el corazón de las estrellas gracias a cuya
ingente energía emitida las estrellas brillan incluyendo a nuestro sol.
La parte visible del Sol está a 6.000 °C y la
corona,
más alejada, a 2.000.000 °C. Estudiando al Sol en el ultravioleta se
llegó a la conclusión de que el calentamiento de la corona se debe a la
gran actividad magnética del Sol. Los límites del Sistema Solar vienen
dados por el fin de su influencia o
heliosfera, delimitada por un área denominada
Frente de choque de terminación o
Heliopausa.
Historia de la observación del Sol
El estudio del Sol se inicia con Galileo Galilei de quien se dice que se quedó ciego por observar los
eclipses. Hace más de cien años se descubre la
espectroscopia
que permite descomponer la luz en sus longitudes de onda, gracias a
esto se puede conocer la composición química, densidad, temperatura,
situación los gases de su superficie, etc. En los años 50 ya se conocía
la física básica del Sol, es decir, su composición gaseosa, la
temperatura elevada de la corona, la importancia de los campos
magnéticos en la actividad solar y su ciclo magnético de 22 años.
Las primeras mediciones de la
radiación solar
se hicieron desde globos hace un siglo y después fueron aviones y
dirigibles para mejorar las mediciones con aparatos radioastronómicos.
En 1914, C. Abbot envió un globo para medir la
constante solar
(cantidad de radiación proveniente del sol por centímetro cuadrado por
segundo). En 1946 el cohete V-2 militar ascendió a 55 km con un
espectrógrafo solar a bordo; este fotografió al sol en longitudes de
onda ultravioletas. En 1948 (diez años antes de la fundación de la NASA)
ya se fotografió al Sol en rayos X. Algunos cohetes fotografiaron
ráfagas solares en 1956 en un pico de actividad solar.
En 1960 se lanza la primera sonda solar denominada
Solrad.
Esta sonda monitoreó al sol en rayos x y ultravioletas, en una longitud
de onda muy interesante que muestra las emisiones de hidrógeno; este
rango de longitud de onda se conoce como
línea Lyman α. Posteriormente se lanzaron ocho observatorios solares denominados
OSO. El
OSO 1 fue lanzado en 1962. Los
OSO
apuntaron constantemente hacia el Sol durante 17 años y con ellos se
experimentaron nuevas técnicas de transmisión fotográfica a la tierra.
Imagen en la que pueden apreciarse las manchas solares.
El mayor observatorio solar ha sido el
Skylab.
Estuvo en órbita durante nueve meses en 1973 y principios de 1974.
Observó al Sol en rayos g, X, ultravioleta y visible, y obtuvo la mayor
cantidad de datos (y los mejor organizados) que hayamos logrado jamás
para un objeto celeste. En 1974 y 1976 las
sondas Helios A y B se acercaron mucho al Sol para medir las condiciones del viento solar. No llevaron cámaras.
En 1980 se lanzó la sonda
Solar Max, para estudiar al Sol en un pico de actividad. Tuvo una avería y los astronautas del
Columbia realizaron una complicada reparación.
Manchas solares
George Ellery Hale descubrió en 1908 que las
manchas solares (áreas más frías de la
fotosfera)
presentan campos magnéticos fuertes. Estas manchas solares se suelen
dar en parejas, con las dos manchas con campos magnéticos que señalan
sentidos opuestos. El ciclo de las manchas solares, en el que la
cantidad de manchas solares varía de menos a más y vuelve a disminuir al
cabo de unos 11 años, se conoce desde principios del siglo XVIII. Sin
embargo, el complejo modelo magnético asociado con el ciclo solar sólo
se comprobó tras el descubrimiento del campo magnético del Sol.
El fin del Sol: ¿el fin de la vida humana?
En el núcleo del Sol hay hidrógeno suficiente para durar otros 4.500
millones de años, es decir, se calcula que está en plenitud, en la mitad
de su vida. Tal como se desprende de la observación de otros astros
parecidos, cuando se gaste este hidrógeno combustible, el Sol cambiará:
según se vayan expandiendo las capas exteriores hasta el tamaño actual
de la órbita de la Tierra, el Sol se convertirá en una
gigante roja,
algo más fría que hoy pero 10 000 veces más brillante a causa de su
enorme tamaño. Sin embargo, la Tierra no se consumirá porque se moverá
en espiral hacia afuera, como consecuencia de la pérdida de masa del
Sol. El Sol seguirá siendo una gigante roja, con reacciones nucleares de
combustión de helio en el centro, durante sólo 500 millones de años. No
tiene suficiente masa para atravesar sucesivos ciclos de combustión
nuclear o un cataclismo en forma de explosión, como les ocurre a algunas
estrellas. Después de la etapa de gigante roja, se encogerá hasta ser
una
enana blanca, aproximadamente del tamaño de la Tierra, y se enfriará poco a poco durante varios millones de años.
Astronomía de los planetas, satélites y otros objetos del sistema solar
Astronomía lunar: el cráter mayor es el Dédalo, fotografiado por la tripulación del
Apollo 11 mientras orbitaba la
Luna en 1969. Ubicado cerca del centro de la cara oculta de la luna, tiene un diámetro de alrededor de 93 kilómetros.
Vista que presentó el
cometa McNaught a su paso próximo a la Tierra en enero de 2007.
Una de las cosas más fáciles de observar desde la Tierra y con un
telescopio simple son los objetos de nuestro propio Sistema Solar y sus
fenómenos, que están muy cerca en comparación de estrellas y galaxias.
De ahí que el aficionado siempre tenga a estos objetos en sus
preferencias de observación.
Los
eclipses y los
tránsitos astronómicos han ayudado a medir las dimensiones del sistema solar.
Dependiendo de la distancia de un planeta al Sol, tomando la Tierra
como observatorio de base, los planetas se dividen en dos grandes
grupos:
planetas interiores y
planetas exteriores. Entre estos planetas encontramos que cada uno presenta condiciones singulares: la curiosa geología de
Mercurio, los movimientos retrógrados de algunos como
Venus, la vida en la
Tierra, la curiosa red de antiguos ríos de
Marte, el gran tamaño y los vientos de la atmósfera de
Júpiter, los anillos de
Saturno, el eje de rotación inclinado de
Urano o la extraña atmósfera de
Neptuno,
etc. Algunos de estos planetas cuentan con satélites que también tienen
singularidades; de entre estos, el más estudiado ha sido la
Luna, el único satélite de la Tierra, dada su cercanía y simplicidad de observación, conformándose una
historia de la observación lunar. En la Luna hallamos claramente el llamado
bombardeo intenso tardío, que fue común a casi todos los planetas y satélites, creando en algunos de ellos abruptas superficies salpicadas de impactos.
Los llamados
planetas terrestres presentan similitudes con la Tierra, aumentando su
habitabilidad planetaria, es decir, su potencial posibilidad habitable para los seres vivos. Así se delimita la
ecósfera, un área del sistema solar que es propicia para la vida.
Más lejos de Neptuno encontramos otros
planetoides como por ejemplo el hasta hace poco considerado planeta
Plutón, la morfología y naturaleza de este
planeta menor llevó a los astrónomos a cambiarlo de categoría en la llamada
redefinición de planeta de 2006 aunque posea un satélite compañero,
Caronte. Estos
planetas enanos,
por su tamaño no pueden ser considerados planetas como tales, pero
presentan similitudes con éstos, siendo más grandes que los
asteroides. Algunos son:
Eris,
Sedna o
1998 WW31, este último singularmente binario y de los denominados
cubewanos. A todo este compendio de planetoides se les denomina coloquialmente
objetos o planetas transneptunianos. También existen hipótesis sobre un
planeta X que vendría a explicar algunas incógnitas, como la
ley de Titius-Bode o la concentración de objetos celestes en el
acantilado de Kuiper.
Entre los planetas Marte y Júpiter encontramos una concentración inusual de
asteroides conformando una órbita alrededor del sol denominada
cinturón de asteroides.
En órbitas dispares y heteromorfas se encuentran los
cometas, que subliman su materia al contacto con el viento solar, formando
colas de apariencia luminosa; se estudiaron en sus efímeros pasos por las cercanías de la Tierra los cometas
McNaught o el
Halley. Mención especial tienen los cometas
Shoemaker-Levy 9 que terminó estrellándose contra Júpiter o el
109P/Swift-Tuttle, cuyos restos provocan las
lluvias de estrellas conocidas como
Perseidas o
lágrimas de San Lorenzo. Estos cuerpos celestes se concentran en lugares como el
cinturón de Kuiper, el denominado
disco disperso o la
nube de Oort y se les llama en general
cuerpos menores del Sistema Solar.
En el Sistema Solar también existe una amplísima red de partículas, meteoroides de diverso tamaño y naturaleza, y
polvo que en mayor o menor medida se hallan sometidos al influjo del
efecto Poynting-Robertson que los hace derivar irremediablemente hacia el Sol.
Astronomía de los fenómenos gravitatorios
El
campo gravitatorio
del Sol es el responsable de que los planetas giren en torno a este. El
influjo de los campos gravitatorios de las estrellas dentro de una
galaxia se denomina
marea galáctica.
Tal como demostró Einstein en su obra
Relatividad general, la gravedad deforma la geometría del
espacio-tiempo, es decir, la
masa gravitacional de los cuerpos celestes deforma el espacio, que se
curva.
Este efecto provoca distorsiones en las observaciones del cielo por
efecto de los campos gravitatorios, haciendo que se observen juntas
galaxias que están muy lejos unas de otras. Esto es debido a que existe
materia que no podemos ver que altera la gravedad. A estas masas se las
denominó
materia oscura.
Encontrar
materia oscura
no es fácil ya que no brilla ni refleja la luz, así que los astrónomos
se apoyan en la gravedad, que puede curvar la luz de estrellas distantes
cuando hay suficiente masa presente, muy parecido a cómo una lente
distorsiona una imagen tras ella, de ahí el término
lente gravitacional o
anillo de Einstein. Gracias a las leyes de la
física, conocer cuánta luz se curva dice a los astrónomos cuánta masa hay. Cartografiando las
huellas
de la gravedad, se pueden crear imágenes de cómo está distribuida la
materia oscura en un determinado lugar del espacio. A veces se presentan
anomalías gravitatorias que impiden realizar estos estudios con exactitud, como las ondas gravitacionales provocadas por objetos masivos muy acelerados.
Los agujeros negros
son singularidades de alta concentración de masa que curva el espacio,
cuando éstas acumulaciones masivas son producidas por estrellas le les
denomina agujero negro estelar;
esta curva espacial es tan pronunciada que todo lo que se acerca a su
perímetro es absorbido por este, incluso la luz (de ahí el nombre). El
agujero negro
Q0906+6930 es uno de los más masivos de los observados. Varios modelos teóricos, como por ejemplo el
agujero negro de Schwarzschild, aportan soluciones a los planteamientos de Einstein.
Astronomía cercana y lejana
Un caso particular lo hallamos en Andrómeda que dado su
grandísimo tamaño y luminiscencia es posible apreciarla luminosa a
simple vista. Llega a nosotros con una asombrosa nitidez a pesar de la
enorme distancia que nos separa de ella: dos millones y medio de años
luz; es decir, si sucede cualquier cosa en dicha galaxia, tardaremos dos
millones y medio de años en percibirlo, o dicho de otro modo, lo que
vemos ahora de ella es lo que sucedió hace dos millones quinientos mil
años.
La astronomía cercana abarca la
exploración de nuestra galaxia, por tanto comprende también la
exploración del Sistema Solar. No obstante, el estudio de las
estrellas determina si éstas pertenecen o no a
nuestra galaxia. El estudio de su
clasificación estelar determinará, entre otras variables, si el objeto celeste estudiado es "cercano" o "lejano".
Tal como hemos visto hasta ahora, en el Sistema Solar encontramos diversos objetos
(v. El Sistema Solar desde la astronomía) y nuestro sistema solar forma parte de una galaxia que es la
Vía Láctea.
Nuestra galaxia se compone de miles de millones de objetos celestes que
giran en espiral desde un centro muy denso donde se mezclan varios
tipos de estrellas, otros
sistemas solares,
nubes interestelares o nebulosas, etc. y encontramos objetos como
IK Pegasi,
Tau Ceti o
Gliese 581 que son
soles cada uno con determinadas propiedades diferentes.
La estrella más cercana a nuestro sistema solar es
Próxima Centauri que se encuentra a 4,2
años luz.
Esto significa que la luz procedente de dicha estrella tarda 4,2 años
en llegar a ser percibida en La Tierra desde que es emitida.
Estos
soles o estrellas forman parte de numerosas
constelaciones que son formadas por
estrellas fijas
aunque la diferencia de sus velocidades de deriva dentro de nuestra
galaxia les haga variar sus posiciones levemente a lo largo del tiempo,
por ejemplo la
Estrella Polar. Estas
estrellas fijas pueden ser o no de nuestra galaxia.
La astronomía lejana comprende el estudio de los objetos visibles
fuera de nuestra galaxia, donde encontramos otras galaxias que
contienen, como la nuestra, miles de millones de estrellas a su vez. Las
galaxias pueden no ser visibles dependiendo de si su centro de gravedad
absorbe la materia (v.
agujero negro), son demasiado
pequeñas o simplemente son
galaxias oscuras
cuya materia no tiene luminosidad. Las galaxias a su vez derivan
alejándose unas de otras cada vez más, lo que apoya la hipótesis de que
nuestro universo actualmente se expande.
Las galaxias más cercanas a la nuestra (aproximadamente 30) son denominadas
el grupo local. Entre estas galaxias se encuentran algunas muy grandes como
Andrómeda, nuestra Vía Láctea y la
Galaxia del Triángulo.
Cada galaxia tiene propiedades diferentes, predomino de diferentes elementos químicos y formas (
espirales,
elípticas,
irregulares,
anulares,
lenticulares, en forma de
remolino, o incluso con forma
espiral barrada entre otras más sofisticadas como
cigarros,
girasoles,
sombreros, etc.).
