blog del ingeniero Ernesto Ibáñez: Galileo Galilei y sus aportes a la Astronomía.

En el Año Internacional de la Astronomía dedicado a Galileo Galilei. Por ello he querido redactar un sencillo artículo en el que el lector pueda enterder las importantes aportaciones a la astronomía que nos brindó este importante astrónomo.Espero que disfrutéis de su lectura.

Galileo Galilei y la Astronomía.

Galileo y la Luna.

Una de las aportaciones más importantes de Galileo a la astronomía, fueron sus observaciones lunares y sus investigaciones sobre los movimientos de nuestro satélite. De hecho, el interés de Galileo como científico no se centraba en la astronomía, sino en la mecánica y en el movimiento de los cuerpos. Desde el primer momento en el que Galileo contempló la Luna con el telescopio percibió con claridad que su superficie no era lisa y no dudó en señalar la existencia de valles y montañas. Contempló la Luna a lo largo de varios días constatando el movimiento aparente del avance de luces y sombras sobre su superficie, recogiendo todos los datos en “La gaceta sideral”, una de sus grandes obras.

Dibujos de la Luna realizados por Galileo

Una de las pruebas que Galileo utilizó para demostrar que la superficie de la Luna no era lisa consistía en que el límite que divide la parte clara y la parte oscura, el llamado terminador, no es uniforme, presentando irregularidades. Otro aspecto que lo demostraba, es la existencia de pequeñas zonas de luz en la superficie lunar aún en sombras lo que delata la existencia de montañas. En cuanto a los cráteres, Galileo percibió claramente, numerosas manchas oscuras en la zona iluminada que tenían una particularidad: sus contornos son muy luminosos y sus sombras van disminuyendo a medida que aumenta la parte luminosa. Galileo comparó esta situación con el orto terrestre. Es conocido por todos, que el Sol al salir por el horizonte primero ilumina las cimas de las montañas y a medida que se va elevando en el cielo va inundando de luz los valles. Otro dato a tener en cuenta de la observación de los cráteres es que la parte oscura de su interior siempre se hallaba orientada hacia el lugar de la irradiación solar.

Dibujos de la Luna de Galileo

Pero a Galileo le fascinó también la observación de los mares lunares. Una vez más razonó su naturaleza en base a las observaciones de nuestro propio planeta. Dedujo que las zonas que conformaban las grandes manchas estaban más deprimidas con respecto a las tierras que la bordeaban y constató, evidentemente, que su superficie era más uniforme. En cuanto a su tonalidad, dedujo que al contemplar los mares terrestres, éstos se mostraban más oscuros a la luz del Sol que las zonas emergidas.

Galileo y las estrellas fijas.

A Galileo le llamó la atención que al contemplar a través de su telescopio las estrellas no aumentasen de tamaño como ocurría con las observaciones terrestres o de la propia Luna. E incluso no mostrasen una pequeña figura esférica como ocurría con los planetas. Pero sí percibió que a través de las lentes, las estrellas parecían más luminosas que a simple vista, y que se podían contemplar numerosos astros que eran demasiado débiles como para que el ojo humano pudiera resolverlos. En su búsqueda de mostrar este efecto, Galileo realizó una serie de dibujos en los que recogió las estrellas que se podían ver a través de su instrumento.

Dibujó con doble trazo aquéllas estrellas que veía a simple vista y con un trazo las que sólo podía contemplar a través del telescopio. Hizo lo mismo con las Pléyades. Según la mitología griega, las Pléyades eran hijas de Pleiona y Atlas, y eran perseguidas continuamente por Orión, el cazador, que las deseaba. Pero una de ellas, Merope o Electra, no era visible a simple vista porque se había casado con un mortal. Galileo la descubrió junto con otras cuarenta hermanas más.

Galileo también contempló la Vía Láctea y comprobó que esa mancha lechosa no era más que un conglomerado de innumerables estrellas, tantas que las más débiles escapaban a la potencia de su telescopio. Basándose en esta observación dedujo erróneamente que las nebulosas que se contemplaban a simple vista como la de Orión, no eran más que un conglomerado de estrellas muy juntas, cuya luz, al sumarse provoca esa nebulosa nívea. Representó M42 de la siguiente manera:

También presentó un esquema de la “nebulosa” del Pesebre, y descubrió que no era una única estrella como se creía, sino más de cuarenta, dispuestas a modo de un pesebre entre dos potros.

Es decir, Galileo no logró con sus investigaciones discernir una nebulosa de un cúmulo de estrellas.

Galileo y los satélites de Júpiter.

Para Galileo las observaciones más importantes correspondieron a las realizadas sobre los satélites de Júpiter. Con un instrumento perfeccionado las observó la noche del 7 de enero de 1.610, fecha clave en la historia de la astronomía. Ya lo había observado un mes antes con otras lentes, pero eran de tan mala calidad que no pudo percibir los satélites. La sorpresa de Galileo al contemplar el planeta fue mayúscula cuando observó tres estrellas pequeñas, pero muy brillantes cerca de Júpiter, y con la increíble característica de que se encontraban en una línea recta paralela a la elíptica, dos al este y una al oeste. Afortunadamente, se conservan sus apuntes de observación de esas noches.

Apuntes de las observaciones realizadas por Galileo

La noche siguiente, al contemplar de nuevo a Júpiter descubrió que la disposición de las estrellitas había variado, hallándose las tres al oeste de Júpiter, a intervalos regulares. En un principio, Galileo llegó a pensar que Júpiter había adelantado a las estrellitas en su recorrido sobre el fondo de estrellas. Pero observando nuevamente el planeta el 10 de enero, se encontró con que una de las estrellitas había desaparecido., y que las otras dos aparecían al este. Entonces supuso que la desaparecida se encontraba oculta detrás de Júpiter. Esto hizo que asombro y confusión vagaran en la mente de Galileo. Así, el planeta Júpiter captó la mayor atención del científico y reforzó sus observaciones desde ese día. Paralelamente, empezó a suponer que Júpiter no tenía nada que ver con el movimiento propio de las estrellas y quería averiguar la naturaleza de estos astros.

La siguiente noche, Galileo volvió a ver dos estrellas al oriente de Júpiter, pero percibió que la más alejada del planeta brillaba mucho más que el día anterior. Hoy se sabe que estos dos satélites son Ganímedes y Calixto, mientras que Io y Europa se encontraban demasiado cerca de Júpiter como para ser resueltos por el telescopio de Galileo.

Basándose en estas observaciones, Galileo ya apuntó a que las estrellas observadas en torno a Júpiter eran estrellas errantes que giraban en torno al planeta del mismo modo que Venus y Mercurio lo hacen alrededor del Sol. El científico se interesó entonces en establecer el periodo de órbita de cada uno de los astros. Comprobó cómo estos variaban de posición en la misma noche realizando observaciones a diferentes horas y durante diversos días.

Fue el 13 de enero cuando Galileo consiguió ver los cuatro satélites, que hoy en día llevan su nombre: los satélites Galileanos, Io, Europa, Ganímedes y Calixto. Galileo no logró calcular el periodo de los satélites para cuando publicó una de sus obras más conocidas, el Sidereus Nuncius, pero sí consiguió demostrar que los satélites que orbitaban más cerca de Júpiter se movían a mayor velocidad que los que, en sus recorridos, se alejaban más del planeta.

Galileo fue meticuloso en recoger los movimientos orbitales de los satélites mediceos.

Como he indicado, Galileo redactó sus descubrimientos en la obra Sidereus Nuncius, que la escribió en latín en apenas dos semanas. Mientras su obra estaba en la imprenta, escribió a Belisario Vinta, secretario del duque indicándole que quería dedicarle sus descubrimientos al soberano de Toscana. Pero no sólo quería dedicarle la obra, sino que como él era el descubridor de las estrellas errantes, tenía el deber de ponerles nombre y había decidido inmortalizar el nombre del duque en las estrellas. Pero Galileo necesitaba el consejo de Vinta. No sabía si llamar a todos los satélites Cosmeanos por Cosme o llamarlos satélites mediceos por los cuatro hermanos: Francisco, Carlos, Lorenzo y el propio Cosme. O simplemente designar a todos los satélites en conjunto como astros mediceos, para gloria de la familia. Vinta respondió, en nombre del duque, que prefería esta última opción. Y así puede verse en la portada del libro, considerado como el más famoso del siglo XVII.

Galileo y Saturno.

Galileo comenzó a observar Saturno a finales de julio con la intención de buscar más satélites para dedicárselos a monarcas que pudieran favorecerles. Pero en vez de lunas, se sorprendió al contemplar una “especie de aceituna con orejas”. Así que, erróneamente, llegó a la conclusión de que Saturno era una estrella triple.

Para evitar disputas en la prioridad de este descubrimiento, o simplemente que publicaran con otro nombre sus nuevas observaciones, envió mensajes cifrados a Vinta. Por ello causó sensación el mensaje que recibieron eminentes científicos de toda Europa como Kepler:

SMAISMRMILMEPOETALEUMIBVNENUGTTAVIRAS

Kepler lo interpretó como: Salve umbistineum geminatum Martia proles. Por lo que erróneamente lo atribuyó a algún descubrimiento sobre el planeta Marte. A final, por petición de Giuliano de Médicis, que era entonces emperador de Toscana del Sacro Imperio Romano, en Praga, Galileo interpretó el mensaje para el emperador alemán Rodolfo II y para el propio Kepler. Su contestación fue aclaratoria: “Saturno no es una única estrella, sino tres estrellas juntas que están en contacto. Con un telescopio de una potencia de mil aumentos pueden verse los tres globos clarísimamente, casi tocándose, sólo con un pequeño espacio entre ellos”.

Pero dos años después, en diciembre de 1.612, al volver a observar Saturno, Galileo fue incapaz de encontrar sus “asas”, viéndolo tan sólo como una pequeña esfera. Las preguntas lo asaltaron y llegó a dudar de sus investigaciones. Saturno parecía “haber devorado a sus hijos” y no sabía cómo.

El 3 de septiembre de 1.616 en una carta a Federico Cesi, le comunicó que en sus nuevas observaciones de Saturno, había descubierto que sus “orejas” ya no eran dos cuerpos definidos, sino que era mucho mayores y no redondos, sino con la forma de dos medios eclipses.

Galileo y Venus.

El 30 de diciembre de 1.610, Galileo le escribió desde Florencia una carta a Cristóforo Clavius, un matemático con el que solía discutir sus investigaciones, para exponerle las observaciones llevadas a cabo durante tres meses del planeta Venus. Galileo señala que al principio de su aparición vespertina, Venus aparecía a través del telescopio como una esfera blanquecina de pequeño tamaño. A medida que los días iban transcurriendo, aumentó su tamaño aunque siguió conservando su forma circular. Pero al acercarse a la elongación máxima, su disco comenzó a disminuir por la parte opuesta al Sol alcanzando la forma de un arco de Luna que fue menguando progresivamente hasta que su aparición dejó de ser vespertina. Así, cuando el planeta apareció en el cielo matutino lo hizo como un fino arco lunar. A medida que pasaron los días, observó que Venus disminuía de tamaño conforme aumentaba la superficie iluminada por el Sol, alcanzando una forma de semicírculo en torno a la máxima elongación. Y después, rápidamente, Venus apareció más bajo sobre el horizonte, mientras alcanzaba de nuevo una forma circular.

Para Galileo, ésta es una prueba irrefutable de que Venus gira en torno al Sol del mismo modo que lo hace Mercurio. También señala que ambos planetas no emiten luz, sino que reflejan la del propio Sol, de ahí las fases que se observan.

Galileo y las manchas solares.

Como ya he señalado anteriormente, las disputas sobre la autoría de un descubrimiento eran habituales en la época de Galileo. Y las manchas solares no escaparon a esta contienda. Hay que tener en cuenta que los telescopios llegaron a muchos científicos casi al mismo tiempo, lo que hizo que comenzara una carrera por realizar nuevos descubrimientos. Galileo no fue una víctima de estas artimañas. Participaba activamente en ellas para ganarse el favor de los monarcas e influir lo máximo posible en sus decisiones científicas para mejorar su estatus y su poción económica, así como para lograr un prestigio, más que merecido según él. Además, para seguir cultivando su ego, hizo que compusieran odas con los descubrimientos que ya se le habían atribuido.

Sí que destacaré, en, favor de Galileo, que fue realmente él el creador del compás geométrico, y no otros investigadores tal y como se cuenta en algunos pasajes de la historia de este instrumento.

Pero regresemos al tema de las manchas solares y las disputas que generaron en Europa. Para entender esta historia debemos conocer primero el trabajo de Christopher Scheiner, matemático jesuita que en 1.610 comenzó la construcción de telescopios y fue el primer europeo, según algunas crónicas de la época, que observó las manchas solares. Inicialmente utilizó lentes coloreadas para no dañar su vista, pero a sus oídos llegó el método de proyección ideado por Kepler, siendo el primero en usarlo. En marzo de 1.611 descubrió las manchas solares, pero sus convicciones religiosas le empujaban a creer que el Sol debía ser perfecto e inalterable, por lo que no publicó sus descubrimientos. Sus estudios han llegado hasta nosotros, porque al año siguiente, en 1.612, un amigo suyo publicó sus investigaciones bajo un pseudónimo. A pesar de su miedo a la inquisición, Scheiner siguió estudiando la superficie solar, y dieciséis años después publicó su obra más importante, "Rosa Ursina", en la que describe el plano de rotación de las manchas solares como fruto de la inclinación del eje solar respecto al de la Tierra.

Rosa Ursina de Christopher Scheiner

Galileo comenzó una disputa con Scheiner sobre quién había descubierto las manchas solares. Es cierto que Galileo realizó sus observaciones sin tener conocimiento de las investigaciones de Scheiner y se sabe que en abril de 1.611 mostró a varias personas influyentes de Roma dichas manchas. Pero un tercer científico entra también en juego en esta carrera por ser el primero en atribuirse el descubrimiento. David Fabricius fue uno de los primeros astrónomos alemanes en utilizar el telescopio para la observación del cielo.

Aunque algunas fuentes le conceden ser el descubridor de las manchas solares, mientras que otras lo niegan, lo que se sabe con seguridad es que Fabricius fue el primer astrónomo que estudió una estrella variable. En 1.596 localizó una nueva estrella en la constelación de la Ballena, a la que llamó Mira, la maravillosa, y que antes no había estado ahí. Fue la primera estrella variable de la que se tuvo constancia en Europa.

Lo que ni Galileo, ni Scheiner, ni Fabricius sospechaban es que su disputa por ser el primer astrónomo en haber observado las manchas solares era una pérdida de energía, ya que los científicos chinos conocían su existencia desde hacía siglos. Además numerosos observadores europeos se encontraban ya en posesión de telescopios con los que realizaban sus observaciones. Y con los registros que se conservan hoy en día, no se puede asegurar quién realizó las primeras observaciones de este fenómeno.

Una diferencia importante entre Galileo y Scheiner es que mientras el primero nunca mostró poseer un mayor conocimiento de las manchas solares del que realmente tenía, el alemán, veía obstaculizados sus estudios por el deseo de preservar las enseñanzas aristotélicas mientras que no aparecieran pruebas concluyentes que obligaran a rechazarlas. Por ello, en vez de pensar que había manchas en el Sol, lo que convertía a este astro en un cuerpo imperfecto y sometido a cambios, prefería considerarlas como cuerpos reales, es decir como pequeños planetas situados entre la Tierra y el Sol. En cambio, Galileo, al no tener estos prejuicios avanzó en el conocimiento de las manchas, ya que consideraba que éstas eran una prueba más que desmerecía las ideas aristotélicas de un cielo inmutable e incorruptible. Scheiner también se dejó engañar por el descubrimiento de los satélites de Júpiter por parte de Galileo y realizó un símil equivocado con respecto a las manchas solares. Si este planeta contaba con un conjunto de satélites, ¿por qué no iba a tenerlos el Sol?

Dibujos sobre las manchas solares realizados por Scheiner y publicados en Rosa Ursina

Mucho se ha escrito sobre la manifiesta enemistad entre Scheiner y Galileo. Algunos autores sostienen que el jesuita intrigó para que se presentaran cargos de herejía contra Galileo, pero por otra parte, se sabía que él mismo era temeroso de lo que le pudiera pasar a raíz de sus descubrimientos. De hecho, Galileo comentó a sus amistades que se sentía más seguro sabiendo que un jesuita estaba llevando a cabo investigaciones astronómicas, porque eran muchas las voces que manifestaban que las manchas solares eran fruto de hechizos perpetrados por el “brujo Galileo”. Entonces, ¿se atreverían a decir que Scheiner era un brujo? Pero al astrónomo lo que más le enfureció fue que en Perugia decían que su telescopio era un instrumento óptico en el que había insertado partículas para que parecieran estrellas. Galileo retó a un premio de diez mil coronas al hombre capaz de construir un telescopio que hiciera girar lunas alrededor de un planeta pero no de otro. Al mismo tiempo, en la Universidad de Bolonia se estaba levantando una corriente contra las ideas galilenanas, movimiento que aprovechó un joven luterano alemán llamado Martin Horky. Este joven era protegido de Kepler y pensó que atacando a Galileo, conseguiría el favor de su maestro. Pero lo que logró fue precisamente lo contrario. Kepler abandonó a su discípulo y escribió una carta de disculpa a Galileo sellando su amistad.

A continuación dejaré los entresijos históricos que dieron lugar al descubrimiento de las manchas solares y me centraré en las observaciones de Galileo y en las cartas que escribió sobre ello.

Lo primero que comenta Galileo sobre las manchas solares en la segunda de las cartas escritas sobre este tema el 14 de agosto de 1.612, es su convencimiento de que las manchas se encuentran sobre la superficie solar o muy cerca de ella, pero no en su lejanía como indicaba Scheiner. También añade que no son cuerpos consistentes como los planetas y que desaparecen y se generan nuevas siendo su tiempo de duración variable, desde unos pocos días a más de un mes de existencia. Galileo percibió cómo las manchas van variando su forma y tonalidad con el paso de los días y cómo algunas que aparecen en racimos parecen juntarse en una única mancha y como otras, provenientes de una sola mancha, al disgregarse ésta, se forman algunas más pequeñas. Cada mancha parece seguir un curso evolutivo propio diferente al de las demás, pero todas tienen una característica en común: recorren el disco solar siguiendo líneas paralelas entre sí. A raíz de este movimiento, Galileo dedujo que el Sol es completamente esférico y que gira en torno a su propio eje central aproximadamente en un mes lunar en dirección de oriente a occidente. También apuntó que las manchas se encuentran en una franja que no declina más de 29 grados al norte o sur respecto de su círculo máximo de rotación.

Dibujos de Galileo

Galileo dio una sencilla explicación a todas las conclusiones que había alcanzado respecto a la morfología solar. Primero argumentó que si todas las manchas, independientemente de que fuera una sola o un grupo de ellas, manifiestan siempre el mismo movimiento, y no que cada una presente un curso diferente, era argumento suficiente para decir que su movimiento estaba provocado por una sola causa. Es decir, o se hallaban sobre una sola esfera muy próxima al Sol, o se hallaban sobre la propia superficie solar. Galileo desechó rápidamente la primera hipótesis avalándose en los resultados de sus posteriores observaciones. Contemplo cómo, cuando las manchas se encuentran próximas a la circunferencia, conservan la misma anchura pero pierden longitud. Este efecto, en perspectiva, es lo que ocurre cuando un cuerpo se mueve en una esfera. Luego, de aquí se pueden deducir dos cosas: el Sol es esférico, y las manchas se encuentran muy próximas a su superficie. Más interesante aún fue la argumentación de la profundidad de las manchas. Percibió que en las cercanías de la circunferencia, algunas manchas sólo se presentan como si fueran un hilo, mientras que otras presentan un grosor, lo que puede deberse a que tienen “altura”, siendo ésta variable en el tiempo. Esta verticalidad no podría percibirse tampoco si las manchas no estuvieran cerca de la superficie solar.

Otro argumento que presentó fue la distancia que recorrían las manchas sobre la superficie solar en intervalos de tiempo iguales. El espacio atravesado en tiempos iguales por la misma mancha decrece a medida que se hallan más próximas a la circunferencia y es máximo en el centro de la misma. Éste argumento es verdaderamente sólido para indicar que el Sol es una esfera. Del mismo modo, cuando dos manchas se hallan en la misma declinación, en el centro de la esfera, puede apreciarse una separación mayor entre ellas, mientras que cuando se hallan cerca de la circunferencia, algunas incluso parecen tocarse.

Dibujos de Galileo que abarcan desde el 2 de junio hasta el 8 de julio de 1.613

Galileo, en sus cartas, presentó una demostración geométrica que explicaba estas variaciones de percepción cuando un objeto es observado en una esfera. Aún así, por último, para reforzar todas sus teorías, y para resolver un misterio que a su amigo Kepler le habían costado múltiples horas de estudio en vano, recordó un evento que había tenido en vilo a los astrónomos no hacía muchos años. En el año 1.588, se recogieron los testimonios de muchos científicos en París que aseguraban haber visto una mancha en el Sol durante ocho días. Entonces, con la idea aristotélica de que el Sol era una esfera pura e inalterable, se dedujo, que tal mancha era en realidad el planeta Mercurio que transitaba por delante del disco solar. Pero Mercurio no puede permanecer en conjunción con el Sol más de siete horas, por lo que Kepler trató de dar una explicación al evento. Ahora bien, con el descubrimiento de las manchas solares, quedaría resuelto este enigma: aquella mancha observada no era Mercurio sino una mancha solar de enorme tamaño, fenómeno que con toda probabilidad podría repetirse en el futuro.

Galileo y la nueva estrella

Dibujo de Tycho sobre la ubicación de la nova

En 1.572, cuando Galileo era niño, apareció en el cielo una estrella a la que se conoce como Nova de Tycho, porque fue este astrónomo danés quien la estudió con más profundidad. Este suceso no inmutó las mentes aristotélicas que mantuvieron sus fuertes ideales intactos argumentando aún la solidez de un Universo inalterable. Lo que los astrónomos se cuestionaban sobre esta estrella nueva era su naturaleza. De hecho, muchos científicos tenían la convicción de que esta estrella nada tenía que ver con el mundo de los astros.

Hoy día se sabe que la nova de Tycho fue fruto de la explosión de una estrella, una supernova. Este fenómeno es raramente observable, por lo que Galileo tuvo mucha suerte de contemplar dos en su vida.

Nova de Tycho observada por instrumentos actuales

En 1.604 otra estrella nueva de las mismas características apareció en el cielo en la constelación de Sagitario. Ésta es conocida como la “nova de Kepler”. Ambas fueron tan brillantes que podían verse a simple vista. Uno de los primeros observadores en contemplarla fue Simon Mayr que contaba con la colaboración de su alumno Baldassare Capra, el 10 de octubre de 1.604. Mediante un amigo común, Giacomo Cornaro, Mayr dio noticia a Galileo de su descubrimiento. Aunque otras fuentes indican que fue un sacerdote de ideas independientes, Ilario Altobelli, el que comunicó el hallazgo a Galileo.

Galileo interrumpió sus estudios sobre el movimiento y se entregó a la observación de esta estrella nueva. A raíz de este evento, Galileo se crea un nuevo enemigo. En las conferencias que ofrece sobre la nueva estrella, no menciona nunca a Capra, lo que enfurece a éste y empieza a publicar notas relativas sobre Galileo, incluyendo en una de ellas, que fue él quien realmente inventó el compás geométrico. Galileo contraatacó y puso en evidencia los conocimientos científicos de Capra, quien viendo arruinada su reputación como astrónomo, le quedó el consuelo de al menos ser uno de los primeros observadores de la nueva estrella.

Galileo tenía la esperanza de que las mentes aristotélicas tambalearan sus cimientos a raíz de este suceso. Pero en vez de ello, explicaron el fenómeno desde el punto de vista más trágico posible: la nueva estrella era un ml presagio que avecinaba grandes males. Se sustentaban en que no mostraba paralaje alguno. Galileo trató de explicarles, que si no mostraba este movimiento era porque se encontraba muy alejada de la Tierra. Pero entonces, otros científicos aristotélicos calmaron a sus compañeros más pesimistas dando la explicación de que la nueva estrella no era más que mantos de vapores procedentes de la Tierra

Finalmente, Galileo después de razonar y estudiar profundamente el tema, llegó a la conclusión de que la Tierra sí que podría estar detrás de este nuevo fenómeno, pero no alcanzó a exponer ninguna de estas ideas. Lo que sí se sabe es que este evento hizo que mostrara más interés por las ideas copernicanas del heliocentrismo.