EL DESARROLLO DE LA ASTRONOMÍA
Begues, 12 de octubre de 1984
Querida Nuria:
Hemos empezado un nuevo curso, este año con los problemas de la incorporación del nuevo catedrático y de los futuros titulares, y de la reinserción de los becarios que han vuelto del extranjero después de hacer un postdoc. Tú ya
conoces este mundo tan particular, muchas veces enrarecido pero casi siempre lo bastante atractivo como para continuar quebrándome la cabeza al respecto. Ciertamente los caminos de la ciencia nunca han estado circunscritos al «Alma mater», pero hay que reconocer que ésta también sobrepasa el campo de la ciencia real y tangible. Tanto desde el punto de vista institucional como por lo que respecta a las personas concretas, la Universidad ha sido y sigue siendo una gran circunstancia en el desarrollo de la corriente científica, pero tal vez nada más. Creo que esto queda bien claro en lo que llevo escrito hasta ahora en estas cartas, pero hoy no puedo evitar puntualizarlo, coincidiendo con el inefable acto inaugural de este año, que ha sido un homenaje al poeta Josep V. Foix con motivo de su nombramiento como doctor honoris causa. En su discurso se dignó ofrercernos solemnemente las primicias de un ramillete de treinta y seis «células líricas» o, como él también las llama, «núcleos emblemáticos». Sirva de muestra el cuarto, que dice:
«L’espetec de les motos esglaia les bruixes; les bruixes han deixat de sortir a les nits de lluna. Llurs ombres s’allargassen per damunt dels terrats i s’estimben.»21
¿Qué es lo que quiere decir? No lo sé. Supongo que exactamente aquello que tú seas capaz de entender, igual que en una pintura de Tapies. Además del sonido, la estética del conjunto verbal, su fuerza.
Hace aproximadamente un año te escribía acerca de los grandes astrónomos del periodo alejandrino de la Antigüedad clásica. Ahora volveré a la Astronomía, tanto dentro de este siglo XVIII que intento desgranar y hacerte digerible como en su continuación inmediata, con lo cual casi llegaremos a los fundamentos de la perspectiva actual.
James Bradley (1693-1762) sucedió a Halley, de quien ya hemos hablado, en la dirección del observatorio de Greenwich, y aportó dos nuevas e importantes ideas: la aberración de la luz (1729) y la nutación del eje de la Tierra (1748). He buscado una descripción sencilla y convincente de la aberración. No es fácil. Al final me he inclinado por Watson, un profesor de física del Imperial College of Science and Technology del primer cuarto de nuestro siglo, y miembro de la Boyal Society. Dice que en 1727 Bradley calculó la velocidad de la luz basándose en la variación observada en la posición de las estrellas.
Si el rayo de luz que llega de una estrella A es recogido por un telescopio T, tendremos la dirección AB. Pero si la Tierra se mueve del modo que indica la flecha, cuando la luz llegue al ojo, el rayo de luz incidirá en B’ y no en B. Ello obligará al telescopio a girar un poco hacia la derecha, para que la estrella quede
2/ Una traducción literal puede ser: «El estruendo de las motos aterra a las brujas; las brujas han dejado de salir en las noches de luna. Sus sombras se alargan por encima de los tejados, y se despeñan por ellos.»
en el centro del campo. Si a es el ángulo girado, y v y u son respectivamente las velocidades de la Tierra y de la luz, tendremos que taga = v/u, o sea, u = v/taga. Bradley fue el primero en observar este fenómeno, y en darle una explicación. Fíjate en que la Tierra, al cabo de medio año, se moverá en sentido opuesto, y habremos de girar el telescopio un poco hacia la izquierda. Esto es lo que comprobó Bradley. Lo que ocurre es que, si el telescopio está lleno de agua, por ejemplo, BB’ será más pequeña, y a también. Esto, en cambio, no se cumple, y la explicación no es fácil de encontrar. Tendríamos que recurrir a la teoría de la relatividad, y ello nos llevaría a la física del siglo XX, que no es lo que hemos de tratar en este
momento
La nutación es un cabeceo del eje de la Tierra, que se añade al movimiento que determina la precesión equinoccial que, como ya sabes, fue descubierta por Hiparco. Tras Bradley, muchos otros astrónomos han estudiado cuidadosamente los movimientos de la Tierra, y han llegado a la conclusión de que la nutación es simplemente una de las complicaciones de los tres movimientos fundamentales: rotación, traslación y precesión equinoccial.
Durante el siglo XVIII, la figura más destacada en el campo de la astronomía de observación fue sin duda Friedrich Wilhelm Herschel (1738-1822). Nació en Hannover, que en aquella época pertenecía a la corona británica. En 1757 se trasladó a Inglaterra, donde fue profesor de música y dirigió la orquesta de la ciudad de Bath. Como aficionado a la astronomía construyó diversos telescopios, algunos de grandes dimensiones. A comienzos de 1781 hizo un descubrimientomemorable: el planeta Urano. Sólo con esto ya tendría un sitio en la historia. Fíjate en que hasta entonces el sistema solar terminaba en Saturno, y ello había sido así desde los días de Babilonia, es decir, casi desde la prehistoria. Por tanto, Herschel rompe un viejo molde. Su mérito fue reconocido en su tiempo, y le valió ser nombrado astrónomo real con paga asegurada. Cerca de Windsor pudo montar telescopios gigantes, con los que hizo muchos otros descubrimientos. También hay que recordar a su hermana Carolina, que fue una de las astrónomas más competentes de todos los tiempos. No sólo fue ayudante infatigable de su hermano durante toda su vida, sino que continuó sus trabajos cuando él murió. Descubrió al menos ocho cometas y otros astros, y continuó activa hasta los 99 arios.
Herschel dirigió cuatro revisiones completas del cielo, cada vez con reflectores más potentes. De ellas surgió el descubrimiento de los satélites de Urano (1787) y de Saturno (1789). El conjunto de sus observaciones le llevó a concluir que la totalidad del sistema sideral tiene forma de lenteja, y que la Vía Láctea no es más que su borde. El Sol se encuentra en una posición relativamente central. Todo el inmenso conjunto de estrellas está en movimiento, y el propio Sol se dirige –con nosotros y con los demás planetas– hacia un punto del cielo llamado «ápex solar», situado en la constelación de Hércules. Herschel también descubrió cientos de nebulosas, algunas de las cuales se podían resolver en estrellas y otras no. Ello le llevó a pensar que las nebulosas difusas se irían condensando poco a poco para formar estrellas (1814). Herschel también afirmó que en general las estrellas menos brillantes para nuestra vista son las que están más alejadas de nosotros, y descubrió que la mayoría forman parejas, es decir, son estrellas dobles. Como podía verlas desde diferentes perspectivas a lo largo del año ya que la órbita de la Tierra tiene unos trescientos millones de kilómetros, también concluyó que las estrellas dobles giran una alrededor de la otra (1802).
En el siglo XVIII hay una verdadera apoteosis de la mecánica celeste, y conviene que nos detengamos en ella. Leonhardt Euler (1707-1783), natural de Basilea y que sin duda te sonará como matemático, puso de manifiesto que ciertas irregularidades del movimiento de la Tierra conocidas desde la época de Tolomeo se explicarían mejor admitiendo que la órbita descrita por nuestro planeta es una elipse con un eje mayor móvil, en vez de suponer que se trataba de una elipse fija. Tomando como centro el Sol, el eje giraría en sentido contrario a las agujas del reloj, a razón de unos cinco grados en dos mil quinientos años. Joseph Louis de Lagrange (1736-1813) nació en Turín y, a la muerte de Euler, le sucedió en la Academia de Berlin (1766), siendo nombrado por Federico el Grande. En 1787 se trasladaría a Paris para convertirse en profesor de la École Normale. Lagrange es considerado uno de los matemáticos más grandes de todos los tiempos. Descubrió
y explicó el movimiento de libración de la Luna, gracias al cual este astro nos muestra un poco de cada uno de los lados de su cara oculta. Distinguió dos clases de perturbaciones en las órbitas del sistema solar, las periódicas y las seculares. Las primeras se completan en un ciclo que coincide con una o unas pocas revoluciones del cuerpo perturbador. Las segundas son perturbaciones continuas sin vestigio de ningún factor cíclico. Como la posición relativa de los diversos planetas cambia continuamente, en sus órbitas se producen perturbaciones variables que se ponen de manifiesto según ciclos periódicos. Además, hay cambios debidos a fuerzas perturbadoras constantes, que originan cambios seculares pequeños pero
acumulativos.
La obra de Lagrange interacciona continuamente con la de Pierre-Simon Laplace (1749-1827). Éste fue profesor de matemáticas en la École Militaire y en la École Normale. Tuvo actividades políticas, y llegó a ministro. Tras la restauración borbónica fue nombrado marqués. Laplace descubrió que la perturbación causada por los demás planetas hace disminuir la excentricidad de la órbita de la Tierra, y que ello redunda en un aumento de la velocidad en el movimiento de la Luna en torno a aquélla. Como consecuencia, la duración del mes lunar disminuye a razón de 1/30 de segundo al siglo. Laplace y Lagrange hallaron una ley general que puede expresarse como
siendo X un valor diferente para cada planeta, resultado del producto
P
y constituye una especie de garantía de la estabilidad del sistema solar. Viene a decir que cuando aumenta la excentricidad de una órbita disminuye la de otra.
La obra más importante de Laplace fue el «Traité de Mécanique Céleste», en cinco volúmenes, publicados entre 1799 y 1825. En ella se presenta un cuerpo homogéneo de doctrina que lleva la gravitación universal a sus últimas consecuencias. En este sentido, la obra de Laplace se considera definitiva y sin posibilidad de superación. Napoleón, que ha sido uno de los pocos jefes de estado preparados para entender la ciencia de su tiempo, leyó a Laplace, hemos de suponer que con admiración, y le preguntó porqué no aparecía Dios en ningún momento. Laplace se limitó a contestar que no había tenido necesidad de recurrir a esa hipótesis.
En su «Exposition du systéme du monde» (1796), Laplace señala que los movimientos del sistema solar tienen todos la misma dirección, exceptuando los satélites de Urano, y que se encuentran sobre un mismo plano. Además, al margen de los cometas, son todos casi circulares. Como conocía los estudios de Herschelsobre las nebulosas, insinuó la posibilidad de que todo el sistema solar fuera la condensación de una gran masa gaseosa dotada de movimiento circular. Hay que reconocer que esta idea ha impactado profundamente en la imaginación de la mayoría de los pensadores posteriores, hasta nuestros días.
Recuerdo, querida Nuria, cómo el «Traité de Mécanique Céleste» se vincula deliciosamente con mi pequeña historia científica, de hecho con sus inicios, y constituye uno de los recuerdos más entrañables de mi adolescencia. Unas mujeres insólitas me mostraron, en la década de los cuarenta, la habitación donde había muerto el ilustre astrónomo barcelonés Josep Comas i Solá (1868-1937). Eran la viuda y la cuñada del astrónomo, y me mostraron con verdadera devoción la habitación, que permanecía intacta desde hacía años. Junto a una gran cama de matrimonio, sobre una mesita de noche, había dos volúmenes de la obra de Laplace. Del resto sólo recuerdo que todo me pareció muy recargado, un poco angustioso –hoy diría proustiano–, de una sociedad fantástica pero como enferma y en proceso de desintegración.
Johann Elert Bode (1747-1826), fundador del «Berliner Astronomisches Jahrbuch» (1774), descubrió una sucesión numérica que se obtiene añadiendo el número 4 a la sucesión simple 0, 3, 6, 12, 24, 48, 96, … (4, 7, 10, 16, 28, 52, 100, …). Coincide con gran aproximación con la proporción de las distancias al Sol de Mercurio, Venus, la Tierra, Marte, 28, Júpiter y Saturno. El vacío del término 28 le hizo suponer que faltaba un planeta. De hecho, en 1801, Giuseppe Piazze (1746¬1826), de Palermo, encontró en ese sitio el pequeño planeta Ceres, cuyo diámetro es 1/4 del de la Luna. Más tarde, en esa misma zona –entre Marte y Júpiter– se han encontrado más de mil. Algunos son rocas de poco más de un kilómetro de diámetro. La búsqueda de asteroides o pequeños planetas ha durado hasta nuestros días. El citado Comas y Solá descubrió doce, y tuvo el detalle de poner a dos de ellos los nombres de Amélia y Mercedes, que era cómo se llamaban, respectivamente, las dos damas de las que te he hablado más arriba. Tuve de profesor de Física a un discípulo de Comas i Solá, el doctor Isidre Pólit, que descubrió dos asteroides más. Era un hombre muy modesto, que estaba orgulloso de haberle llevado a Roentgen la cartera de mano, durante un congreso en París. No se atrevía a hacer públicos sus cálculos acerca del descubrimiento de dos nuevos asteroides. Finalmente lo hicieron sus colaboradores. Se supone que los asteroides han sido producidos por fragmentación de un planeta de gran tamaño. La mayor parte de los aerolitos tienen el mismo origen.
El descubrimiento de Urano planteó la posibilidad de que existieran planetas aún más alejados. El procedimiento para averiguarlo era el estudio de las perturbaciones, del que ya te he hablado. De hecho, Urano no se movía como
cabía esperar. La explicación era un planeta transuraniano. El gran astrónomo y físico Jean François Dominique Aragó (1786-1853), nacido cerca de Perpinyá aunque francés de sentimientos, encargó a un joven matemático llamado Urbain Leverrier (1811-1877) el estudio de las perturbaciones del planeta Urano. Éste presentó su trabajo a la Académie des Sciences, concluyendo que todo podía explicarse por la existencia de un planeta más alejado. Leverrier estimó el tamaño de dicho planeta y determinó el lugar del cielo en que debía buscarse. El día 23 de septiembre de 1846, el astrónomo Galle del Real Observatorio de Berlín, usando los datos que le había enviado Leverrier, localizó el nuevo planeta, que habría de llamarse Neptuno, como un astro de octava magnitud situado en el lugar predicho por Leverrier.
Neptuno era un gran triunfo de la inteligencia. Como dijo Aragó, había sido descubierto «con la punta de la pluma». Hay que reconocer que, independientemente de Leverrier y al mismo tiempo (1846), un joven matemático inglés llamado John Couch Adams (1819-1892) había presentado un cálculo parecido al de Leverrier, pero en Inglaterra no fue tomado muy en serio. La historia del descubrimiento de Neptuno era fascinante, y el tema habría de continuar. Las perturbaciones de este planeta y de algunas órbitas cometarias indicaban que el dominio del Sol podía extenderse aún más lejos. Uno de los defensores de esta idea fue Camille Flammarion (1842-1925), el célebre divulgador de la astronomía a quien el mecenas M. Méret de Bordeaux ofreció un palacio en Juvisy para que instalara en él un observatorio astronómico, además de su propia casa. No creas que era cualquier cosa. En ese palacio habían residido Luis XIV, Napoleón y Louis Philippe. A la llegada de Flammarion, aún vivían allí dos ancianos que habían asistido al trágico fin de la princesa de Lamballe, amiga de la reina María Antonieta. El éxito de la «Astronomie populaire» hizo posibles las transformaciones necesarias en la mansión. Tiempos fantásticos si los comparamos con los de hoy. Flammarion entusiasmaba a todo el mundo, y consiguió alejar de los negocios a un multimillonario americano llamado Lowell, que construyó un telescopio inmenso en el desierto de Arizona. En ese lugar, un joven granjero aficionado a la astronomía tuvo la fortuna de ser el primero en fotografiar el último planeta de nuestro sistema. El astrónomo aficionado se llamaba Tambough, y el nuevo astro hallado en febrero de 1930 recibió el nombre de Plutón. Es un poco más pequeño que la Tierra, y se encuentra a unos seis mil millones de kilómetros del Sol.
El paralaje de las estrellas tuvo como pioneros al escocés Thomas Henderson (1798-1844) y al alemán Friedrich Wilhelm Bessel (1784-1846). Según los trabajos de este último, la estrella de la constelación del cisne llamada «Cisne 61» se encuentra 587.000 veces más lejos de nosotros que el Sol. Por tanto, la luz emitidapor dicha estrella tarda nueve años y medio en llegar hasta nosotros (hoy se sabe que realmente son diez y medio).
La mecánica newtoniana no decía absolutamente nada de la estructura física y la composición química de los astros. Un viejo problema, como ya sabes, dejado a un lado desde Galileo. Wollaston (1766-1828), al examinar el espectro solar, fue el primero en advertir que estaba surcado por líneas negras (1802). Creyó que eran líneas divisorias entre los colores naturales. Doce años más tarde, Joseph Fraunhofer (1787-1826), fabricante de instrumentos ópticos y autodidacta, colocó un telescopio entre un prisma y el ojo, después de recoger sobre el primero un fino haz de luz. De este modo observó en el espectro solar más de seiscientas líneas negras, que todavía hoy llamamos «líneas de Fraunhofer». Éstas tenían una posición constante, y estaban presentes en toda luz procedente del Sol. Las encontramos en la que viene de la Luna, en la de los planetas y en la que reflejan las nubes. En cambio, las líneas de Fraunhofer de la luz de las estrellas son diferentes. Este descubrimiento, como afirma el epitafio de Fraunhofer en Munich, «nos acercó a las estrellas». Efectivamente, en 1859, dos profesores de Heidelberg, Gustav Robert Kirchhoff (1824-1877) y Robert Wilhelm Bunsen (1811-1899) lograron demostrar que existe una relación invariable entre ciertas líneas del espectro y la presencia de determinados elementos químicos. Distinguieron los espectros de emisión y de absorción. De este modo descubrieron el cesio y el rubidio, y Kirchhoff identificó muchos elementos presentes en el Sol. Ello tendría grandes repercusiones en el desarrollo posterior de la Astronomía. Ahora que hablo de todo esto, no puedo dejar de recordar aquellos inolvidables experimentos de espectroscopía de mi adolescencia, en la «Mentora Alsina». Quizá aún guardo algún cliché fotográfico de entonces.
Durante el eclipe solar de 1869, en el espectro solar se descubrió un gas nuevo, que se llamó helio. Veintiséis años más tarde se obtendría por primera vez en la Tierra. Las protuberancias solares que con un telescopio sólo eran visibles durante los eclipses pudieron examinarse a pleno día gracias al espectroscopio (1863). Dichas protuberancias se relacionaron con las manchas solares y con las tormentas magnéticas en la Tierra. Con el espectroscopio se pudo demostrar la existencia de una cromosfera externa separada de la fotosfera solar por una capa de inversión del espectro.
Quiero terminar esta visión sinóptica del fabuloso desarrollo de la astronomía en los siglos XVIII y XIX refiriéndome a un descubrimiento trascendental realizado en 1842. Hoy lo conocemos con el nombre de principio de Doppler y Fizeau. Christian Doppler (1803-1853) fue un matemático y físico austriaco con quien se relaciona especialmente el descubrimiento. Hyppolite Louis Fizeau (1819-1896), a quien debemos la primera determinación experimental de la velocidad de la luz,
al continuar los estudios de Fresnel llegó a conclusiones muy parecidas. El principio de Doppler y Fizeau se aplica tanto al sonido como a la luz, y en este último caso consiste en el corrimiento de las líneas del espectro en dirección al rojo si el cuerpo luminoso se aleja, y en dirección al violeta si se acerca. En el caso del sonido, el pitido de una locomotora se va haciendo más agudo a medida se acerca, y progresivamente más grave cuando se aleja. Gracias al efecto Doppler se ha podido conocer con detalle la rotación del Sol, el movimiento de las estrellas y su evolución, y el movimiento de las nebulosas. Esto último dio pie a la teoría de la expansión del Universo. De este modo hemos llegado a la Astrofísica y la Cosmología de nuestros días. Ellas nos muestran que las estrellas tienen una evolución definida, que comienza con la contracción de una gran masa gaseosa y continúa con el desencadenamiento de sucesivas reacciones nucleares cuando se alcanza la temperatura apropiada. Obviamente, ha sido en la actualidad cuando se han podido hacer estos tipos fabulosos de análisis. De todos modos, puedes considerarlo como una continuación de lo que acabo de contarte, lograda después de una conjunción extraordinaria entre física atómica y astrofísica. Para ilustrar este nexo, puedo añadir que las mismas líneas de Fraunhofer del espectro de las estrellas sirvieron para determinar la temperatura de su superficie. En este sentido, hoy se usan los diez tipos espectrales de Harvard, que las distribuyen de más calientes a más frías con las letras O, B, A, F, G. K, M, R, N y S. Ello constituyó un gran paso en el conocimiento de la física estelar, y te recomiendo que leas algo al respecto si aún no lo has hecho. Extenderme más en este punto sería salirme de madre.
Quizá sea apropiado despedirme con la frase que usan los astrónomos de lengua inglesa para recordar los tipos espectrales, si es que el divertido Gamow no nos tomó el pelo: Oh, Be A Fine Girl, Kiss Me Right Now, Smack.
Afectuosamente,
