Los planetas se desplazan alrededor del Sol describiendo órbitas elípticas, estando situado el Sol en uno de los focos. El radio vector que une el planeta y el Sol barre áreas iguales en tiempos iguales (ley de las áreas). Por tanto, cuando el planeta en su órbita alrededor del Sol se encuentra en el afelio (posición más alejada) su velocidad es menor que cuando está en el perihelio (más próximo al Sol). Esta ley de las áreas es equivalente a la constancia del momento angular del planeta (L = momento angular = m r v = constante). Para cualquier planeta, el cuadrado de su período orbital, o tiempo que tarda en completar una vuelta alrededor del Sol, es directamente proporcional al cubo de la distancia media al Sol. Señalemos que estas leyes también se aplican a otros astros que interaccionen gravitatoriamente, como el sistema Tierra – Luna. Estas son las célebres leyes de Kepler, enunciadas por el matemático y astrónomo alemán algunos años después de la muerte del más grande astrónomo observacional que había escrutado los cielos hasta entonces: Tycho Brahe (Knudstrup, en su época de Dinamarca, hoy de Suecia, 1546 – Praga, 1601), a veces llamado “el Leonardo de Dinamarca”, pues encarna perfectamente el espíritu del Renacimiento.
Johannes Kepler (Weil, Alemania, 1571 – Ratisbona, 1630) enunció las dos primeras leyes en Astronomia Nova (“Nueva astronomía”), 1609, y la tercera diez años más tarde en Harmonices Mundi (“La armonía de los mundos”). No podría haberlo hecho sin contar con las numerosas y precisas observaciones realizadas por Brahe, cuyos datos constituían un auténtico tesoro astronómico. Las leyes de Kepler describieron el movimiento planetario pero también, a partir de ellas, Newton dedujo la ley de la gravitación universal. Como señala el historiador de la ciencia A.C. Crombie, Kepler tuvo asimismo el mérito de hacer las primeras sugerencias de una nueva cosmología física acorde con sus leyes sobre el movimiento de los planetas alrededor del Sol; mas este asunto, de extrema dificultad, sólo fue resuelto cuando Isaac Newton, aquel genio que había visto más lejos al estar “de pie sobre los hombros de gigantes”, unió las leyes de Kepler con la dinámica terrestre de Galileo “por medio de la ley puente de la gravitación universal”. Como se ha indicado, fueron las precisas observaciones celestes de Tycho Brahe (sin precedentes) las que posibilitaron la cadena de cruciales descubrimientos.
Tycho Brahe (Tyge Ottesen Brahe) nació en el seno de una familia de la nobleza danesa. El padre de Tycho era una figura relevante de la corte real danesa. El joven Tycho comenzó sus estudios en la Universidad de Copenhague en la primavera de 1559, donde, para satisfacer los deseos familiares, estudió derecho, junto con otras disciplinas. Pronto se sintió atraído por la astronomía. Parece ser que el hecho de que se confirmaran las predicciones del eclipse del 21 de agosto de 1560 le produjo una gran impresión. Esto le motivó de manera extraordinaria y comenzó a estudiar astronomía, la cual se convertiría en su gran pasión. Sin embargo, no tardó en advertir que los datos astronómicos disponibles no eran suficientemente precisos y había discrepancias que él, meticuloso y exigente, no podía tolerar: “hay tantas medidas y métodos como astrónomos hay, y todos ellos difieren”, se quejaba el joven Tycho. Y es que el 17 de agosto de 1563 observó que Júpiter y Saturno estaban tan próximos el uno al otro que casi no podía distinguirlos. Se apresuró a consultar las tablas planetarias y comprobó que las tablas alfonsíes (medievales, del siglo XIII, elaboradas por iniciativa del rey Alfonso X "El Sabio") tenían un error de nada menos que un mes en la previsión de dicha efeméride astronómica. Las tablas copernicanas se aproximaban más, aunque el error era también importante pues era de varios días. La inquieta mente de Tycho rápidamente se dio cuenta de que la única forma de avanzar en el conocimiento del cosmos era emprender una observación sistemática muy rigurosa, en búsqueda de la máxima precisión. Si era necesario construir nuevos instrumentos, no había tiempo que perder; debía hacer todo lo que estuviera en sus manos y agudizar el ingenio.
Todas las observaciones que realizó Tycho Brahe fueron hechas sin telescopio, cuya invención es algunos años posterior a la muerte del astrónomo danés. En 1608, un óptico, Lippershey, había construido en Holanda un tubo con lentes que acercaba la imagen de los objetos lejanos. Galileo se hizo de uno de estos anteojos y lo perfeccionó notablemente. Para ello, el propio Galileo nos cuenta que tuvo que realizar un profundo estudio de la refracción. En 1609 comenzó a utilizar su telescopio refractor y no tardó en apuntar hacia el cielo. La Luna le deparó interesantes sorpresas al construir un telescopio que aumentaba los objetos casi un millar de veces, aparentando estar más de treinta veces más cerca. Galileo publicó sus valiosos hallazgos en Sidereus Nuncius (“El mensajero sideral”) en 1610, su primera obra científica (escrita en un estilo claro y conciso, algo muy novedoso para la época). Tycho por su parte, mucho antes de que el sabio de Pisa perfeccionase los anteojos para construir sus telescopios refractores, se dedicó a mejorar y agrandar los instrumentos existentes, además de usar su talento renacentista para construir otros completamente nuevos.
Una anécdota importante de la vida de Tycho Brahe, que nos muestra su carácter fogoso, es el duelo que mantuvo con un tal Parsbjerg, noble danés, en 1566, tras una fiesta con abundante bebida. Ambos jóvenes discutieron acaloradamente y se retaron a un duelo en la oscuridad de la noche. La espada de su oponente le rebanó la nariz. A raíz del suceso, parece ser que Tycho comenzó a interesarse por la medicina y la alquimia (además de ser el mejor astrónomo de su tiempo, llegó a convertirse en un practicante de la iatroquímica o química médica y en su observatorio tenía una dependencia como laboratorio, con hornos, alambiques y todo el instrumental necesario para elaborar sus preparados químicos). Debido al grave incidente, Tycho tuvo que usar una prótesis nasal metálica (se ha escrito frecuentemente que hecha de una mezcla de oro y plata, aunque hay indicios de que fuera de latón, una aleación de cobre y zinc, más ligera y confortable) fijada con una sustancia adhesiva. Es posible incluso que usara diferentes prótesis, según las ocasiones, de distintas aleaciones. Algunos estudiosos han señalado que la prótesis nasal debió producirle a Tycho úlceras y, tal vez, alguna infección.
En 1572, en la noche del 11 de noviembre, cuando Tycho daba un paseo antes de cenar, quedó impactado al dirigir la mirada hacia la constelación de Casiopea y ver una nueva estrella brillar en el cielo con gran intensidad. ¿Era posible? La doctrina aristotélica afirmaba que las estrellas formaban parte de un cielo inmutable. “Caí en tal perplejidad, por lo increíble del suceso, que empecé a dudar de mis propios ojos”, narró Tycho. Hoy sabemos que lo que dejó estupefacto al inquieto danés fue una supernova (una estrella en violenta explosión que se hace visible en el espacio nítidamente). Esta supernova que apareció en la constelación de Casiopea llegó a superar el brillo de Venus, siendo visible incluso en pleno día. De la nada parecía surgir una nueva estrella; bien sabía Tycho que podría ser tomado por loco si contaba alegremente su descubrimiento. Debía asegurarse y comprobar si aquel intenso y sorprendente punto luminoso se encontraba más allá de la Luna. Tycho Brahe observó que en varios meses la “nueva estrella” no había cambiado su posición “ni un solo minuto” del lugar en que la vio por primera vez. Puesto que permanecía fija en el mismo punto del cielo y no mostró ningún cambio en la perspectiva al ser triangulada por observadores muy distantes, podía concluirse que dicha “nueva estrella” estaba más allá de la Luna, en el cielo “eterno e inmutable” de Aristóteles (que, por tanto, no podía ser como pensaba el gran sabio de la antigüedad); incluso más allá de cualquier órbita planetaria. Tycho, después de las cuidadosas observaciones, no tuvo dudas: la “nueva estrella” que había irrumpido en el cielo (sin permiso de los seguidores de Aristóteles) se debía encontrar en “la octava esfera, entre las otras estrellas fijas”. Una segunda supernova apareció pocos años después, en 1604, siendo observada por Kepler. Dos “proyectiles” en poco tiempo contra la teoría de Aristóteles. También Brahe demostró que el brillante cometa de 1577 se encontraba más allá de la Luna. Sin duda, el cielo era cambiante y no como pensaba Aristóteles.
De esta manera, “por la puerta grande”, Tycho Brahe se hizo un sitio entre los astrónomos ilustres. El rey Federico II de Dinamarca, mecenas de filósofos y artistas, quedó impresionado con los descubrimientos de Tycho y le concedió la isla de Hven, en el estrecho de Oresund, que separa la costa danesa de la sueca (en aquella época ambas orillas pertenecían a la corona danesa), financiando la construcción de dos observatorios: Uraniborg (en honor de Urania, musa de la Astronomía y de la Geometría, que es representada con un compás y una esfera), que también contaba con un laboratorio de alquimia (iatroquímica), y Stjerneborg (este observatorio fue construido cuando la fama de Tycho era tan grande que acudían a trabajar con él numerosos ayudantes, siendo subterráneo la mayor parte del edificio con la finalidad de proteger los instrumentos). Uraniborg fue construido por un arquitecto alemán y, tanto el edificio principal como los jardines, parecen más un suntuoso palacio que un observatorio astronómico. Parece ser que hizo época en la arquitectura escandinava. Koestler describe el palacio-observatorio como un “cruce entre el Palazzo Vecchio y el Kremlin”. Las torres del magnífico observatorio tenían techo móvil y en ellas situó Tycho sus instrumentos. En las galerías había relojes, cuadrantes, globos y figuras alegóricas. En el sótano se encontraba la prensa para imprimir, el horno de alquimista e incluso una prisión particular por si algún vasallo se rebelaba (Brahe era un auténtico señor feudal en Hven). Asimismo tenía su propia farmacia. El edificio estaba lleno de aparatos y autómatas, y un sistema de comunicaciones permitía hacer sonar una campanilla en la habitación de cualquiera de sus ayudantes. Los banquetes con invitados distinguidos eran frecuentes y en ellos, como no podía ser de otra manera, se bebía abundantemente. Tycho tenía un enano como bufón, Jepp, que se sentaba a sus pies bajo la mesa y al que consideraba como alguien con ciertos poderes de clarividencia. Al parecer, el extravagante astrónomo danés había tenido con anterioridad un alce domesticado, que cierto fatal día subió las escaleras que llevaban a una estancia en la que bebió el pobre animal gran cantidad de cerveza, dándose un batacazo al bajar y muriendo como consecuencia de la caída. Según cuenta Koestler, la vida en Uraniborg se asemejaba más a una corte del Renacimiento que a una comunidad intelectual. Y sin embargo allí se hicieron numerosísimas observaciones astronómicas, sin telescopio, de una precisión sin precedentes y que, más tarde, cambiarían la visión del mundo: trabajo riguroso y titánico; diversión y placer, por otro lado, a raudales.
[Observatorio astronómico de Uraniborg]
Tycho buscó por toda Europa los mejores instrumentos astronómicos para su observatorio y, además, como mente privilegiada y audaz del Renacimiento (y aquí nos recuerda a Leonardo), diseñó él mismo cuadrantes, para medir con gran precisión la altura o ángulo de los astros respecto al horizonte y seguir el movimiento de los planetas o "astros errantes" (en particular de Marte), y esferas armilares, incorporando en su palacio-observatorio de Uraniborg un ingenioso sistema de comunicaciones, como se ha dicho, y una fábrica de papel para surtir a su imprenta. Contaba en el observatorio con una pieza fundamental para su trabajo: un globo celeste de bronce (de un metro y medio de diámetro); en él se fueron grabando las estrellas fijas, una a una, durante veinticinco años, hasta un total de un millar. Del millar de estrellas fijas, las posiciones de 777 estaban determinadas con gran exactitud, colocándose las 223 restantes de forma apresurada poco antes de verse obligado a abandonar su observatorio en la isla danesa de Hven. De esta manera alcanzaba la cifra redonda del millar. Los datos obtenidos por Tycho Brahe en la meticulosa observación de estrellas y planetas tenían una exactitud de más del doble que los disponibles hasta entonces.
Tycho Brahe no fue nunca un defensor de la teoría heliocéntrica de Copérnico. El que fuera eminente (y polémico) astrónomo, Fred Hoyle, pensaba que Tycho Brahe se oponía a la teoría copernicana sin prejuicios religiosos. Según Hoyle, su oposición al heliocentrismo provenía más bien de la propia psicología de los grandes observadores (“el mundo tiene para ellos, tal como lo ven, una realidad emocional más inmediata que para una persona corriente, y muchísimo más que para el teórico”): el observador tiende a dudar de la realidad de situaciones en las que no puede él mismo establecer contacto físico (por ejemplo, cuando la luz penetra en el ojo). Así, un observador no tiene conciencia directa e inmediata del movimiento de la Tierra, mientras que lo que sus sentidos le dicen es que los demás astros son los que se mueven y eso le llevaría a considerar a la Tierra inmóvil. Cualquiera con conocimientos elementales de Astronomía diría hoy: “las apariencias engañan …” Brahe se atrevió a proponer un modelo cosmológico: un modelo de compromiso entre los modelos copernicano y tolemaico. En dicho modelo (el modelo tychónico) todos los planetas conocidos entonces (Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno) giran en torno al Sol, girando éste (al igual que la Luna) alrededor de la Tierra. Es decir, el sistema de Tycho es geocéntrico. Este fue su gran fracaso teórico pues, como indica Timothy Ferris, el modelo propuesto por Brahe “creaba tantos problemas como los que resolvía”. Sería necesario esperar a que un hombre de sólida formación en matemáticas y de prodigiosa intuición, el alemán Johannes Kepler, defensor de la teoría de Copérnico, resolviera satisfactoriamente el complejo rompecabezas que constituían los numerosos datos acumulados por Tycho Brahe. Y esto sucedería después de la muerte del astrónomo danés, quien guardaba con excesivo celo su tesoro.
[Modelo cosmológico de compromiso, aunque geocéntrico, de Tycho Brahe]
Ambos astrónomos, Brahe y Kepler, se habían encontrado en Praga, pues tras la muerte de Federico II, su protector, Brahe perdió su pensión y los derechos que el rey le había concedido respecto a la isla de Hven. Esto le obligó a abandonar tierras danesas, instalándose definitivamente en el castillo de Benatky, próximo a Praga, al servicio del emperador Rodolfo II (en cuya corte no faltaban los astrólogos y alquimistas). Allí, en 1600, se produjo uno de los más importantes, y misteriosos, encuentros de la historia de la ciencia. Johannes Kepler, un joven matemático de oscura personalidad (ebrio de idealismo y de misticismo), llegó a Praga para trabajar con Tycho Brahe, el célebre astrónomo. Fue un encuentro de dos científicos complementarios pero de antagónicas personalidades; una colaboración breve y difícil pero que fructificó espléndidamente. El secreto de las órbitas planetarias alrededor del Sol fue desvelado por Kepler pocos años después del fallecimiento de Tycho Brahe.
Carl Sagan nos cuenta en el capítulo III de su memorable obra Cosmos ("La armonía de los mundos") que Kepler se imaginó que con Tycho Brahe, en Praga, encontraría refugio y podría confirmar su modelo cosmológico (su Misterio Cósmico: seis esferas para los seis planetas y los cinco sólidos platónicos entre ellas), aspirando a convertirse en su colega pero, para su desgracia y sufrimiento personal, estas expectativas nunca se cumplieron. Llegó a decir de Tycho que, siendo extraordinariamente rico, no sabía hacer uso de su riqueza, "uno cualquiera de sus instrumentos vale más que toda mi fortuna y la de mi familia reunidas", se quejaba amargamente el matemático alemán. Tycho Brahe apenas le proporcionaba información de sus observaciones: "Tycho no me dio oportunidad de compartir sus experiencias. Se limitaba a mencionarme, durante una comida y entre otros temas de conversación, como si fuera de paso, hoy la cifra del apogeo de un planeta, mañana los nodos de otro... ". Esto, sin duda, debió de resultar desesperante a Kepler. Denuncia Sagan que Tycho Brahe no estaba dispuesto a regalar toda la ingente labor astronómica de su vida a un joven rival en potencia. "El nacimiento de la ciencia moderna -hija de la teoría y de la observación- se balanceaba al borde de este precipicio de desconfianza mutua", apunta certeramente Sagan. Tycho Brahe murió en 1601, en Praga, por complicaciones de una enfermedad renal (durante algún tiempo se ha especulado que pudo haber muerto debido a una intoxicación por mercurio, muy empleado en las prácticas alquímicas, o incluso envenenado, pero esto ha sido descartado). Parece ser que en su lecho de muerte legó, por fin, sus valiosísimas observaciones a su frustrado colaborador, Johannes Kepler, quien, gracias a su talento matemático, sacaría el máximo provecho de ellas: las leyes de los movimientos planetarios alrededor del Sol. "Que no crean que he vivido en vano...", repetía Brahe una y otra vez, delirando, en su última noche en este mundo bajo las estrellas.
Respecto al telescopio (instrumento fundamental para la observación astronómica, que no tuvo la oportunidad de utilizar Tycho Brahe) no está del todo clara la autoría de su invención. Según nos cuenta Arthur Koestler en su biografía de Kepler (Biblioteca Salvat de Grandes Biografías, Barcelona, 1985), el 2 de octubre de 1608, el fabricante de lentes holandés (de Middleburg) Lippershey solicitó al gobierno de su país una licencia por treinta años para manufacturar telescopios con lentes simples y dobles. Parece ser que durante el siguiente mes vendió varios de sus catalejos, pero no le fue concedida la licencia en exclusiva debido a que en el intervalo otros dos hombres habían presentado el mismo invento.
No obstante, recientes investigaciones llevadas a cabo por Nick Pelling, atribuyen la autoría del invento a un español, el catalán Juan Roget en 1590. El catalejo de nuestro compatriota habría sido copiado por Zacharias Janssen, quien intentó patentarlo el 17 de octubre. Éste y Jacob Metius, que intentó patentarlo el día 14, serían los dos hombres a los que se refería Koestler. El informático Nick Pelling defiende su tesis apoyándose en las pesquisas de José María Simón de Guilleuma (1886 - 1965), quien no llegaría a concluir su investigación.
En 1609 varios telescopios holandeses llegaron a Italia y fueron copiados. Galileo, que había tenido noticias del invento, decidió construir un instrumento similar, para lo cual se vio obligado a estudiar profusamente la teoría de la refracción. Lo cierto es que, dadas su habilidad y capacidad intelectual, Galileo perfeccionó notablemente el catalejo, convirtiéndolo en un verdadero telescopio refractor capaz de escrutar los cielos como nunca se había hecho antes.
Cuenta Koestler que Galileo, tras sucesivas mejoras de su telescopio, comenzó a apuntarlo hacia la Luna y las estrellas (que anteriormente no le habían atraído demasiado). Según palabras del propio sabio pisano, logró construir un instrumento tan superior que los objetos vistos a través de él aparecían aumentados casi un millar de veces, y parecían estar más de treinta veces más cerca que vistos simplemente con los ojos (como hizo Brahe). Afirmaba esto Galileo en Sidereus Nuncius ("El mensajero sideral"), publicado en Venecia en marzo de 1610. Fue esta la primera obra científica de Galileo, en la que no sólo describía su telescopio y los descubrimientos efectuados con él, sino que el libro, como indica Koestler, estaba escrito en un estilo nuevo, claro y conciso que ningún erudito había empleado antes (se vislumbra ya aquí al gran Galileo, el que sería considerado padre de la nueva ciencia, basada en el método experimental). Con su telescopio observó la Luna (con sus "mares" de polvo, cráteres y cadenas montañosas), el Sol (con sus zonas oscuras o manchas) y los planetas. De gran trascendencia es el descubrimiento de cuatro lunas de Júpiter el 7 de enero de 1610, satélites que giraban alrededor del más gigante de los planetas exteriores. Pruebas evidentes a favor de la teoría heliocéntrica de Copérnico (aunque a la sazón no tan evidentes para muchos).
¡Ay, Tycho Brahe, si hubieras vivido un poco más para poder usar el telescopio en tus observaciones astronómicas!
BIBLIOGRAFÍA:
- CROMBIE, Alistair C. Historia de la ciencia: de San Agustín a Galileo. Alianza Editorial (Alianza Universidad); 1996.
- FERRIS, Timothy. La aventura del universo. De Aristóteles a la teoría de los cuantos; una historia sin fin. Editorial Crítica; 2009.
- HOYLE, Fred. Astronomía. Ediciones Destino; 1967.
- KOESTLER, Arthur. Kepler. Salvat. Biblioteca Salvat De Grandes Biografias, 46; 1988.
- SAGAN, Carl. Cosmos. Editorial Planeta; 1982.
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