Una historia de astrometría - Parte I mapas del cielo desde la antigüedad hasta premodernos

Las personas empezaron a medir las posiciones de las estrellas hace miles de años y la historia de la medición de las estrellas es una historia de algunos de los científicos más talentosos y dedicados que han vivido alguna vez. Como marca el comienzo de la misión Gaia de la ESA en una nueva era de la astrometría basado en el espacio, nos fijamos en la historia de esta disciplina distinguida, empezando por los pioneros que trabajaron antes de la invención del telescopio.Los registros arqueológicos muestran que la astronomía es una de las primeras ciencias naturales desarrolladas por las primeras civilizaciones en todo el mundo. Los antiguos astrónomos podrían realizar sólo las investigaciones limitadas del cielo, el uso de ayudas rudimentarios para el ojo humano. Aun así, la humanidad ya había comenzado la medición de las posiciones de los cuerpos celestes, por lo que la astrometría - la ciencia de la cartografía del cielo - una de las ramas más antiguas de la astronomía.

Tablilla de piedra de Shamash, el dios-Sol, de la antigua ciudad de Babilonia de Sippar. Crédito: © administradores del museo británico.

La luna y el cometa Hale-Bopp sobre las grandes pirámides de Giza en 1997. Crédito: John Goldsmith

La curiosidad por sí sola no inspiró a los primeros astrónomos: la astronomía y las ciencias prácticas astrometría eran demasiado. El seguimiento de los movimientos de las estrellas y planetas en el cielo era el mejor instrumento para medir el tiempo, que fue fundamental para la agricultura, rituales religiosos y la navegación.

Los primeros registros documentados de observaciones astronómicas sistemáticas se remontan a los asirio-babilonios alrededor del año 1000 antes de Cristo. A partir de esta cuna de la civilización en Mesopotamia - en la parte sur del actual Irak - astrónomos habían acumulado conocimiento de los cuerpos celestes y sus movimientos periódicos registrado. Pero no tenían idea de lo lejos que las estrellas y los planetas estaban.

 
Antigua Grecia

Fue mucho más tarde, en el siglo III aC, que los astrónomos griegos primero intentaron usar astrometría para estimar escalas cósmicas. Entre otras ciencias, astronomía floreció en Alejandría, una colonia griega en la costa norte de Egipto, con una renombrada biblioteca y un museo. El punto de vista dominante del cosmos entre los científicos era geocéntrica, con la Tierra estar en el centro del Universo y todo lo demás gira a su alrededor, pero había algunos que estaban acercándose a la verdad.

Aristarco de Samos fue uno de los pocos partidarios del sistema heliocéntrico, identificando que la Tierra viaja alrededor del Sol y no al revés. Un matemático competentes, trató de evaluar la distancia relativa del Sol y la Luna desde la Tierra, midiendo el ángulo entre ellos cuando la Luna aparece exactamente como una cuarta parte. Con la ayuda de la trigonometría, determinó que el Sol es de 18 a 20 veces más distante de la Tierra que la Luna. Él tenía la idea correcta, pero la medida no era muy preciso; Los datos actuales muestran que el Sol es unas 400 veces más lejos que la Luna.

 

Arriba: siglo 10 CE copia griega de Aristarco de Samos del 2do siglo BCE cálculos de los tamaños relativos del Sol, la Luna y la Tierra.

 

El Atlas Farnesio, copia romana de un original griego, 2do siglo CE. La figura mitológica de Atlas sostiene un globo celeste que representa las constelaciones ya que pueden haber aparecido en el cielo en el siglo 2 aC, cuando Hiparco compiló su catálogo estelar.El primer catálogo estelarEn el siglo II aC, el famoso astrónomo griego Hiparco de Nicea compiló el primer catálogo estelar. Un registro de su trabajo fue dictada por Ptolomeo, astrónomo de la escritura trescientos años más tarde en Alejandría - por entonces parte del Imperio Romano.Para medir los ángulos en el cielo, Hiparco emplea la práctica antigua de Babilonia, todavía en uso hoy en día, de dividir un círculo en 360 grados y cada grado en 60 minutos de arco. El catálogo de Hiparco, uno de los primeros intentos exitosos para trazar los cielos, se indican las posiciones de 850 estrellas en el cielo con una precisión de alrededor de un grado (aproximadamente el doble del tamaño angular de la Luna llena). Él fue capaz de alcanzar esta precisión exclusivamente con observaciones a simple vista y los pocos instrumentos disponibles en el momento - gnomones, astrolabios y esferas armilares. Hiparco también creó el sistema de magnitudes para describir el brillo de las estrellas, que todavía está en uso hoy en día, y estudió la distancia relativa del Sol y la Luna desde la Tierra. 

El progreso durante la Edad Media

El Observatorio de Beg Ulugh en Samarkand, Uzbekistán.Mientras Europa languidecía en la Edad Media, la astronomía floreció en Asia y en el mundo islámico. Extensas observaciones se realizaron en los imperios de China e India, incluyendo la compilación de los catálogos estelares. En el mundo islámico, las observaciones del cielo fueron acompañados por el estudio y la traducción de textos de antiguos científicos griegos. eruditos islámicos construyeron instrumentos astronómicos exquisitos para medir ángulos en el cielo. Mejoraron en el cuadrante, un dispositivo de medición con forma de cuarto de círculo que fue propuesto originalmente por Ptolomeo, e inventaron el sextante, un instrumento similar en la forma de una sexta parte de un círculo.Un catálogo de 994 estrellas fue creado por Ulugh pide de la dinastía timúrida en el siglo XV. Gobernando sobre Asia Central el astrónomo y matemático construyeron un enorme sextante con un radio de 36 metros en Samarcanda, situada en el actual Uzbekistán. Catálogo de Ulugh pide tiene una precisión de un poco mejor que un grado, comparable a la de la compilación de Hiparco de varios siglos antes. Ulugh pide y los muchos otros astrónomos que estaban activos en el mundo islámico mantuvieron la práctica de la astronomía y la astrometría vivos, sin problemas introduciéndolos en la era moderna.

Renacimiento europeoEl flujo de descubrimientos e invenciones de otras culturas y territorios catalizada por la reactivación de la ciencia en la Europa del Renacimiento. En astronomía, el redescubrimiento de los textos originales de Ptolomeo que finalmente conduciría astrónomo polaco Nicolás Copérnico para revolucionar la visión del cosmos, con la sorprendente revelación de que la Tierra no es el centro del Universo. 

Retrato Nicolaus Copernicus 

El retrato del sistema copernicano 

Tycho Brahe

Copérnico publicó su teoría de un sistema heliocéntrico en 1543, identificando el Sol como centro del Universo, con la Tierra y los otros planetas unidos a moverse alrededor de ella. Aunque la visión heliocéntrica describe los movimientos planetarios de una manera más simple y más ordenado que el sistema geocéntrico de Ptolomeo, se necesitarían por lo menos un siglo antes de que este modelo controvertido fue aceptada tanto dentro como fuera de la comunidad científica.Incluso una de las grandes mentes de la astronomía, Tycho Brahe, rechazaron el heliocentrismo. Sin embargo, desde su base en Dinamarca, Brahe hizo grandes avances en la astronomía observacional. En la isla de Hven, que se encuentra en la actual Suecia, Brahe construyó Uraniborg, el mayor observatorio astronómico antes de la invención del telescopio. Con la ayuda de grandes cuadrantes y sextantes, compiló un catálogo con las posiciones de cerca de 1000 estrellas. Terminado en 1598 y publicado en 1627, el catálogo de Brahe tiene una precisión de alrededor de un minuto de arco - un gran salto hacia adelante, y la primera mejora importante en los catálogos estelares que se extendía hacia atrás diecisiete siglos.

En busca de la paralaje estelarEl sistema heliocéntrico reavivó el debate sobre paralajes estelares. El paralaje es un movimiento aparente de un objeto en primer plano con respecto a su fondo debido a un cambio en la posición del observador. También conocida como triangulación, este método se utiliza para evaluar las distancias a objetos lejanos de la Tierra. Los astrónomos habían tratado de aplicarlo para determinar la distancia a las estrellas, pero ninguna línea de base en la Tierra era lo suficientemente grande para detectar la paralaje estelar debido a las inmensas distancias.Después de Copérnico sugirió que la Tierra gira alrededor del Sol, los astrónomos se dieron cuenta de que era posible explotar la línea de base mucho más grande ofrecido por la órbita de la Tierra para medir paralajes estelares. Así Brahe empujó hacia los límites de observación de su tiempo, en busca de la paralaje estelar. Por desgracia, no pudo detectarlo. Incorrectamente suponiendo que las estrellas no pueden ser tan distantes que su paralaje no estaría al alcance de sus mediciones, Brahe rechazó el modelo de Copérnico y propuso su propio sistema híbrido, que incorpora ambas características geocéntrico y heliocéntrico.No había manera de saber Brahe, a finales del siglo XVI, que las estrellas son de hecho tan lejos que sus medidas no serían suficientes para detectar la paralaje incluso para las estrellas más cercanas al Sol A una distancia de poco más de cuatro años luz, nuestras estrellas vecinas más cercanas tienen una menor paralaje de un segundo de arco. La invención del telescopio y dos siglos de la astronomía diligente sería necesaria antes de la primera distancia a una estrella podría ser medido. Fue a principios del siglo XIX, antes de empezar a comprender la verdadera inmensidad del cosmos.