Las Ra

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Las Raíces de la Ciencia La Astronomía Clásica

2
Bibliografía, referencias

• Básica
• Physics, the human adventure from Copernicus to
  Einstein and beyond Gerald Holton and Stephen G.
  Brush. -- 3rd ed.
• Introducción a los conceptos y teorías de las
  ciencias físicas por Gerald Holton revisada y
  ampliada por Stephen G. Brush.
• Complementaria
• The History and Practice of Ancient Astronomy J.
  Evans, Oxford U. Press
• Ptolomeo, El astrónomo de los círculos Carlos
  Dorce, Nivola ediciones.
• En la web
• Historia de la matemática (U. of St. Andrews)
• http//www-history.mcs.st-andrews.ac.uk/Indexes/Gr
  eeks.html
• Más de 400 textos electrónicos de los clásicos
• http//classics.mit.edu/index.html
• Animaciones
• http//faculty.fullerton.edu/cmcconnell/Planets.h
  tml3

3
Contenido

• Los antecedentes
• El invención renacentista del Mundo Clásico
• Las primeros referencias astronómicas.
• La astronomía, una rama aplicada de la
  matemáticas El cuestión de Platón
• La respuesta Eudoxo y el sistema del mundo de
  Aristóteles.
• Las propuestas heliocéntricas Heráclito y
  Aristarco
• Ajustes finos geocéntricos Apolonio e Hiparco
• La cima de la astronomía helena Ptolomeo
• Las técnicas de observación y de cálculo
• La dimensión de la tierra y la distancia
  sol-tierra
• Los primeros elementos de las teorías científicas
• Las fuentes históricas del clasicismo

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La Arqueoastronomía

• El primer problema de la astronomía la medida
  del tiempo, definición del calendario. Cuándo
  sembrar y recolectar la cosecha?

Stonehenge 2500 y 2000 adC.
Disco celeste de Nebra 1600 adC.
5
La Antigüedad una invención reciente

• El Renacimiento (s. XV) se arrogó el rol de
  heredero del saber clásico griego (indirectamente
  babilónico) tras el era oscura del Medievo.
• En realidad, el saber clásico se transfiere al
  mundo árabe (s. IX-XII d. de N.E.)
• Edad de oro de la ciencia árabe Fundación de la
  Casa de la Sabiduría (Bagdad s. IX), Al-Jwarizmi,
  (inventor del Algebra )
• Siglo XI el centro científico se translada a la
  España del Islám.
• Los conocimientos astronómicos llegan a Europa a
  traves de la escuela de traductores de Toledo,
  traducidos del Arabe (Gerardo de Carmona)

6
Primeras referencias astronómicas

• La literatura recoge la Astronomía popular la
  definición del calendario agrícola y la
  astrología.

• Babilonia, primeros registros astronómicos
  literarios, poema épico Enuma Elish (1700 adC),
  Reinado de Amurabi.
• En Grecia, los primeras referencias en la Iliada
  y en la Odisea de Homero (700 AC) y en Los
  trabajos y los días de Hesiodo. (650 adC)

7
Las primeras observaciones astronómicas

• En Babilonia registros sistematizados (21 años)
  de las efemérides de Venus aprox. s.XVII adC.

Tablilla de Venus de Ammisaduqa siglo VII adC,
copia de un texto babilonio unos 1000 años
anterior

• No se da el equivalente griego hasta 1300 años
  después

8
El nacimiento de la Astronomía Pura

• La astronomía babilónica se centra en astronomía
  lunar, establecimiento del calendario y la
  astrología. Sus observaciones sí son usadas por
  los griegos.
• El con el auge del la filosofía griega en el s. V
  a.C. Se plantean las cuestiones de la astronomía
  pura
• La naturaleza de los objetos celestes, su origen.
  
• La forma y dimensión de la tierra.
• Las distancias entre sol, tierra, luna, planetas,
  
• La descripción y predicción del movimiento de las
  estrellas fijas, de los planetas y del sol.
• La realización de este programa científico
  conllevará el desarrollo de nuevas técnicas
  matemáticas (trigonometría) y técnicas de
  observación y computo.
• Al conseguirlo, se dará el primer paso, aún
  renqueante, hacia el establecimiento de la física
  (la filosofía de la naturaleza) como una ciencia
  empírica.

9
El desafío de Platón (427-347 a.C.)

• Las estrellas eternas, divinas, inalterables se
  mueven se han de mover alrededor de la tierra
  en un movimiento uniforme y ordenado (mov.
  Circular Uniforme)

En realidad es un enunciado cuasiexperimental La
inmesa mayoría de las estrellas siguen
trayectorias circulares uniformes. PERO
10
El desafío de Platón (2)

• existen unas pocas estrellas errantes
  (planetas) que no siguen aparentemente
  trayectorias circulares uniformes. Como en
  realidad, sólo el movimiento uniforme circular es
  posible, Cómo se puede obtener estos movimientos
  errantes como composición de movimientos
  circulares uniformes y así salvar las
  apariencias?

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Desafío de Platón (3)

• Al formular el problema implícitamente se asume
• La teoría física sólo tiene sentido si es
  consistente con la teoría metafísica evidente
  por si misma
• La teoría física se puede expresar en lenguaje
  geométrico (pitagóricos)

Platón nunca se intentó seriamente solucionar el
problema
12
El sistema aristotélico la solución de Eudoxo

• Postulados arístotélicos.
• La materia es una mezcla de tierra, agua, aire y
  fuego (sublunares) el eter para objetos
  celestiales.
• Cada elemento tiene una tendencia a alcanzar un
  lugar natural (principio dinámico) (sublunar
  linea recta, eter circulos uniformes).
• El movimiento de objeto viene marcado por la
  tendencia del elemento más abundante.
• La astronomía no puede ir en contra de estos
  principios La tierra es una esfera finita
  inmóvil en el centro del cosmos que también es
  finito. Cada planeta y a la estrellas fijas van
  guiados por esferas homocéntricas entre ellas
  que describen movientos circulares (sistema de
  Eudoxo con decenas de esferas! )

13
El sistema aristotélico la solución de Eudoxo
14
El modelo de Eudoxo de Cnidos

• Explica el movimiento retrógrado
• Adoptado por Aristóteles.
• Extremadamente complejo gt 33 esferas.
• No explica los cambios de brillo de los planetas.

15
Una solución geocéntrica mejorada

• El centro de gravedad científico se desplaza a de
  Atenas a Alejandría.
• Apolonio (ca. 262 a.C. ca. 190 a.C. ) introduce
  el concepto de epiciclos y deferentes para
  explicar los movimientos retrógrados, Hiparco
  (190 BC ca. 120 BC)lleva a cabo ajustes de
  observación astronómicas basadas en este nuevo
  concepto.
• Ptlomeo ( 83 d.C 161 d.C. ) lleva a cabo la
  descripción completa del cosmos conocido dando
  nombre a estos modelos.

16
El modelo planetario de Ptolomeo

• los planetas se mueven en trayectorias circulares
  -hepiciclos- cuyos centros describen un
  movimiento circular uniforme -deferente- entorno
  a la tierra

Animación Museo de Historia de la Ciencia de
Florencia
17
El modelo planetario de Ptolomeo

• La velocidad no uniforme de los planetas exigía
  refinamiento aún mayores la excentricidad y el
  equante

Equante
Excentricidad
18
El éxito del modelo de Ptolomeo

• Ptolomeo haciendo uso de su modelo y de
  observaciones propias y Babilónicas consiguió un
  modelo del universo que perduró casi 1400 años.
• El ajuste fino de los parámetros de sistema era
  enorme, del orden de 70 revoluciones eran
  necesarias. No explicaba los tamaños aparentes de
  la luna.
• Su prolongado éxito se basó en
• Proporcionar ajuste preciso de las
  observaciones disponibles.
• Predicciones suficientemente buenas de las
  efemérides.
• Explica la ausencia de paralaje de las estrellas.
• Sigue la doctrina física dominante
• Se basa en el sentido común

19
Los modelos Heliocéntricos

• Propuesto por Aristarco de Samos (310 a.C. - ca.
  230 a.C.)

20
Crítica de los Modelos Heliocéntricos

• Completamente en contra de la física de sistema
  aristotélico
• Movilidad de la tierra e inmovilidad de los
  cuerpos celestiales en contra de sus principios
  dinámicos.
• Carencia de cálculos detallados.
• Ausencia de Paralaje de las estrellas. (critica
  científica)

21
Técnicas Experimentales

• Durante este periodo todas las medidas eran
  realizadas a ojo
• Gnomon (Usado por Eratóstenes 276 a.C. - 194 a.C.
  para medir el tamaño de la tierra)

250.000 estadios entre Siena y Alejandría
22
Técnicas Experimentales (2)

• La esfera Armillar (como calculadora analógica)

23
Técnicas Experimentales

• La dioptra
• El astrolabio, cuadrante

24
Discusión

• Validez de los sistemas físicos aristotélicos y
  sus diferentes modelos cosmológicos.
• Puede considerarse ciencia empírica el sistema
  Aristotélico?
• Es el mundo físico geometría?

25
La Astronomía Renovada

• Astronomía Árabe y Renacentista

26
Bibliografía adicional

• La Revolución Copernicana, T. S. Kuhn (cap. 4 y
  5)
• Mecánica de la Astronomía Renovada, T. Brahe, Ed.
  Fascímil Ed. San Millán
• A hombros de Gigantes, S. Hawking. Incluye
  extractos de Sobre las revoluciones de los orbes
  celestes de Copérnico El diálogo de las dos
  nuevas ciencias de Galilei y Armonías del
  Mundo de Kepler.
• Cosmos, C. Sagan cap.3

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Índice

• La astronomía árabe heredera del mundo clásico
• Críticas físicas al modelo Ptolemaico.
• Sistema Copernicano antecedentes, opositores.
• Copérnico frente a Ptolomeo
• Tycho Brahe y el observatorio de la isla de HVEN
• Las leyes de Kepler
• El telescopio y la Nueva física de Galileo
• La unión entre astronomía y mecánica Newton
• Discusión el fin del sistema Aristotélico

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La Astronomía Árabe en el medioevo

• Durante el medioevo la frontera del conocimiento
  matemático-astronómico emigra del mundo
  helenístico al mundo árabe siguiendo la expansión
  del Islam.
• En el Siglo VIII comienza una época de esplendor
  cultural centrada en Bagdad, las grandes obras
  filosóficas griegas son traducidas al árabe.
• S. IX se crea la Casa de la Sabiduría y el
  observatorio astronómico de Bagdad lleva a cabo
  la traducción sistemática de las obras clásicas
  griegas.
• Las matemáticas experimentan un gran desarrollo
  trigronometría esférica, álgebra.
• Con respecto a la astronomía, el modelo
  ptolemaico empezará siendo el referente pero dos
  de sus elementos esenciales (el ecuante y la
  excentricidad) son muy criticados por su falta de
  verosimilitud física.
• Los escolásticos europeos acceden a los clásicos
  griegos y las nuevas obras árabes en gran parte a
  través de la Escuela de Traductores de Toledo.

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Críticas al sistema ptolemaico

• A principios del XV el sistema ptolemaico seguía
  siendo el modelo estándar del cosmos.
• No se disponía de ninguna nueva evidencia
  experimental contraria a su validez.
• Los astrónomos árabes no pueden aceptar los
  movimientos circulares entorno a puntos no
  materiales, consideran especialmente aberrante la
  introducción del ecuante. (Al-Tusi, Bakú,
  Maimonides)
• Para formular un sistema físico inteligible es
  necesario eliminar los ecuantes (esta fue la
  motivación seguida por Copérnico en sus obras )
• Un nuevo modelo con la eliminación final de los
  ecuantes y excentricidades la consigue en Damasco
  Ibn Al-Shatir en 1350, su solución es idéntica a
  la propuesta por Copérnico 150 más tarde.

30
Antecedentes Heliocéntricos

• Aristarco de Samos (310 aC - 230 aC)
  (Heliocentrismo)
• Nicolas de Oresme (1323 1382) (Heliocentrismo)
• Ibn Al-Shatir (1304 1375) (geocentrismo,
  idéntico método geométrico)

31
El modelo Heliocentrico Copernicano

• Copérnico (1473 1543) desarrolla por primera
  vez un modelo heliocéntrico completo con el
  mayor rigor geométrico. Su sistema es publicado
  en el mismo año de su muerte.
• Se muestra extremadamente precavido y dubitativo
  en la publicación de su propuesta consciente de
  la oposición que va a levantar.
• La difusión de su obra Sobre las revoluciones de
  los cuerpos celestes es modificada y un prólogo
  es añadido sin su consentimiento.
• El prólogo trata de presentar la propuesta como
  un mero cambio de sistema de referencia sin
  necesariamente tener una base de realidad física.

32
Ventajas del modelo copernicano

• Predice las efemérides con 2 grados de precisión.
• Movimiento retrógrado explicado de manera
  natural
• Distancias entre los planetas al sol fácilmente
  medibles (en UA)
• Los periodos orbitales son también medibles
• Explica de manera natural las diferencias entre
  los planetas interiores (venus, mercurio) y el
  resto.
• Elimina la necesidad de los ecuantes.
• Preserva la dinámica de las esferas de
  Aristóteles
• No requiere los cambios de tamaño aparente de la
  luna (como en el caso de Ptolomeo)

33
Objeciones al modelo de Copérnico

• No se da una reacción inmediata
• Incluido en el índice en 1616 hasta 1835!
• La Biblia y Aristóteles establecen la inmovilidad
  de la tierra.
• Ausencia de paralaje de las estrellas del
  firmamento (también posible con Ptolomeo).
• Desde un perspectiva moderna
• NO establece nuevas predicciones.
• NO es más preciso que el modelo Ptolomaico.
• NO es un sistema más natural desde la perspectiva
  de su física contemporánea (exige el movimiento
  de la pesada tierra y elimina el movimiento de la
  etérea esfera celestial)

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El Astrónomo de la Isla de Hven Tycho Brahe

• Tycho Brahe (1546-1601) inclinación por la
  astronomía muy temprana.
• Con 17 años de edad se muestra decepcionado por
  la falta de precisión en la determinación de
  conjunción de Saturno y Júpiter.
• Es consciente de la poca calidad de la
  observaciones astronómicas hasta ese momento.
• Se embarca en el proyecto de renovar la
  astronomía empezando por la mejora de los métodos
  y los instrumentos observacionales.

35
Tycho Brahe La supernova de 1572

• En un golpe de suerte (que ocurre una par de
  veces cada 1000 años) Tycho Brahe observa durante
  16 meses la aparición de una supernova en la
  constelación de Casiopea.

• Se convence de su pertenencia a la esfera de las
  esferas fijas, el cielo Aristotélico deja de ser
  inmutable.

36
Tycho Brahe El observatorio de HVen

• Con el apoyo del rey de Dinamarca (5 de su
  presupuesto), comienza la construcción en 1576 de
  observatorio para la astronomía renovada en la
  isla de HVen
• Se rodea de un nutrido grupo de colaboradores y
  estudiantes, realizando observaciones
  coordinadas.
• Diseño y construcción de los instrumentos
  astronómicos más precisos jamás construidos para
  la observación con el ojo desnudo.
• Medida sistemática de más de 777 estrellas, los
  cinco planetas, el sol y la luna durante más de
  20 años.
• Mejora un factor 10 las precisión de las
  observaciones (1 de arco)

37
Tycho Brahe El observatorio de HVen

• Cuadrantes, reglas paralácticas, esferas
  armillares.
• No fueron superados hasta que se incorporó la
  óptica al diseño de los instrumentos.
• Destacaba el gran cuadrante mural y el gran
  globo.

38
La solución de compromiso

• Tycho Brahe propone un sistema heliocéntrico y
  geoestacionario. Rápidamente aceptado por la
  iglesia

39
La precisión geométrica Kepler

• Kepler (1571 - 1630) resultó ser el complemento
  de Brahe la precisión Teórica.
• Muy influenciado por su mística religiosa, y la
  filosofía pitagórica, cree en la naturaleza
  geométrica/divina del mundo. Publica su modelo
  del universo en del El Misterio Cósmico(1596)

• Como todo teórico ante la imposibilidad de
  ajustar las observaciones a su modelo decide que
  las observaciones son malas y que necesita datos
  mejores decide contactar al mejor astrónomo
  instrumental de todos los tiempos Tycho Brahe.

40
Un trabajo de precisión

• Unos meses antes de su muerte Kepler se convierte
  en ayudante de Tycho Brahe.
• Consigue entonces, no sin dificultad, acceder a
  las observaciones de Brahe.
• Tras años de trabajos y fracasos como buen
  teórico abandona su primer modelo de los
  sólidos perfectos anidados.
• Acaba el problema usando un modelo copernicano
  con órbitas circulares. No consigue un ajuste
  satisfactorio, sólo aproximado
• Finalmente tras años de trabajos descubre que los
  datos se ajustan perfectamente a órbitas
  heliocéntricas elípticas (1ra ley de Kepler)
• La astronomía abandona al fin el sistema
  Aristotélico

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Las leyes de Kepler

• Transcurren más de 20 años entre la publicación
  de la última de las leyes y el acceso a los datos
  de Brahe.

1a Ley
2 Ley
3a Ley
T2 ? r3
42
Una nueva física para Kepler

• Galileo(1564 1642 ), que mantiene una
  correspondencia fluida con Kepler, abre otro
  frente en el sistema aristotélico con sus
  estudios mecánicos.

• El arma casi definitiva para la derrota de
  Aristóteles viene nuevamente de la mano de la
  técnica el telescopio
• Su carácter más decido lo lleva a un
  enfrentamiento directo con la jerarquía eclesial.
  Culminado con su famoso juicio (no se declaró
  nulo hasta 1992!)

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Las observaciones de Galileo

• La imperfección de la luna
• Nuevas estrellas en la via láctea
• Las lunas de Júpiter.
• Las fases de venus.
• Sus observaciones cuentan ipso facto con el apoyo
  de Kepler

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El final del sistema Aristotélico

• Fuera ya del campo de la Astronomía, Galileo con
  sus estudios cinemáticos y definidamente Newton
  con su dinámica, que conecta el movimiento de los
  orbes celestes con los objetos terrenales,
  apuntillan el modelo del mundo Aristotélico.

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Discusión

• es la teoría copernicana la primera de la
  teorías modernas o la última de la antigüedad?
• Cuál es la trascendencia de la propuesta de
  Copérnico?
• Cuál es origen (primum mobile) en las teorías de
  Kepler y Copérnico?