Kepler

Johannes Kepler fue el primer astrónomo que intentó explicar los fenómenos de la naturaleza a través de la observación y las mediciones, para desarrollar modelos adecuados.

Johannes Kepler es una figura clave en la revolución científica.

Astrónomo y matemático, conocido por sus leyes sobre el movimiento de los planetas en sus órbitas alrededor del Sol. Fue colaborador de Tycho Brahe.

Este admirable gran hombre fue capaz de describir brillantemente los movimientos de los planetas, pero no pudo explicar por qué se mueven alrededor del Sol y cuál es la causa de que se mantengan en sus órbitas.

Esta es una tarea que dejó a Isaac Newton.

Infancia y estudios de Kepler

Kepler nació en Würtemberg, Alemania, en el año 1571.

Sus padres despertaron su interés por la astronomía.

A los cinco años, su madre lo llevó a un lugar alto para observar el cometa de 1577.

A los nueve años, su padre le hizo contemplar el eclipse lunar del 31 de enero de 1580. Siempre recordó que la Luna se veía bastante roja. Entre los nueve y los once años tuvo que trabajar como peón en el campo.

Cometa 1577
Litografía del cometa del año 1577. Crédito: Wikipedia

Entre los nueve y los once años, Kepler tuvo que trabajar como peón en el campo.

Kepler en su juventud

En 1584, ingresó en el Seminario Protestante de Adelberg.

En 1589, se matriculó en la Universidad de Tübingen.

Allí estudió ética, dialéctica, retórica, griego, hebreo y astronomía.

En ese año, su padre se fue nuevamente a la guerra y desapareció de su vida para siempre.

Su profesor de matemáticas, el astrónomo Michael Maestlinle, enseñaba el sistema heliocéntrico de Copérnico cuya explicación estaba reservada para los mejores estudiantes.

Los otros estudiantes tomaron como verdadero el sistema geocéntrico de Ptolomeo, que afirmaba que la Tierra estaba inmóvil ocupando el centro del Universo; y que el Sol, la Luna, los planetas y las estrellas giraban a su alrededor.

Kepler se convirtió en un copernicano convencido y mantuvo una relación muy estrecha con su maestro; después, no dudó en pedirle ayuda o consejo para su trabajo.

Tubengen
Universidad de Tuebingen, Alemania. Crédito: web “master-maestrias.com/universidades/Alemania/UniversityTuebingen/”

Vida laboral de Kepler

Mientras planeaba convertirse en ministro luterano, se enteró de que la escuela protestante de Graz estaba buscando un profesor de matemáticas.

De inmediato, abandonó sus estudios de teología para ocupar el cargo, en 1594.

En Graz, Johann Kepler estudió el movimiento de los planetas y publicó almanaques con predicciones astrológicas.

Graz
Grabado de la ciudad de Graz, realizado en 1670 por Georg Matthäus Vischer. Crédito: Wikipedia.

Kepler pasó la mayor parte de su vida tratando de comprender las leyes del movimiento planetario.

En un principio, consideró que el movimiento de los planetas debía cumplir con las leyes pitagóricas de la armonía o la música de las esferas celestes.

Trató de demostrar que las distancias de los planetas al Sol estaban dadas por 6 esferas anidadas sucesivamente una dentro de la otra.

En estas esferas estarían los 6 planetas: Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter y Saturno.

En 1596 escribió un libro en el que exponía sus ideas (“El misterio cósmico”).

Kepler colaboró ​​con Tycho Brahe

Cuatro años después, en 1600, aceptó la propuesta de colaboración realizada por Tycho Brahe, astrónomo del emperador Rodolfo II.

Brahe había establecido el mejor centro de observación astronómica de esa época, en el castillo de Benatky, cerca de Praga.

benatky
El castillo de Benátky. Crédito: Wikipedia. Autor: H. Raab

En el castillo de Benátky (República Checa), Tycho Brahe vivió desde agosto de 1599 hasta junio de 1600. En febrero de 1600, Tycho Brahe y Johannes Kepler se encontraron aquí por primera vez.

Tycho Brahe tenía entonces los mejores datos de observación planetaria, mucho más precisos que los gestionados por Copérnico, pero se negó a compartirlos con Kepler.

Sólo cuando ya estaba en su lecho de muerte, Tycho accedió a legar a Kepler los datos sobre las órbitas de los planetas que había recopilado durante años.

Gracias a estos datos, los más precisos y abundantes de la época, Kepler pudo deducir las órbitas reales de los planetas conocidos.

La estrella de Kepler

El 17 de octubre de 1604, Kepler observó una supernova en nuestra propia galaxia, que más tarde se llamaría la estrella de Kepler.

La estrella se pudo observar a simple vista durante 18 meses después de su aparición.

La supernova está a solo 13.000 años luz de nosotros. No se han observado supernovas posteriores en tiempos históricos dentro de nuestra propia galaxia.

Estrella de Kepler
Así se ve ahora el remanente de la supernova de Kepler, la famosa explosión que fue descubierta por Johannes Kepler en 1604. Crédito: NASA / CXC / NCSU / M.Burkey et al; Óptico: DSS

Los colores rojo, verde y azul muestran rayos X de baja, intermedia y alta energía observados con el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA, y el campo de estrellas es del Digital Sky Survey.

La madre de Kepler fue acusada de brujería

Un poco más tarde, en 1615, su madre ya tenía 68 años y dirigía un internado.

Ella también trabajaba como curandera; por esta excusa y, por envidia, fue acusada de brujería.

Persuadido de su inocencia, Kepler pasó seis años defendiéndola en la Corte y escribiendo numerosos alegatos.

Su madre pasó un año encerrada en la torre de Güglingen; aunque, gracias a su hijo, escapó de la tortura.

Finalmente, fue liberada el 28 de septiembre de 1621. Debilitada por los duros años de juicio y encarcelamiento, murió seis meses después.

Modelo planetario de Kepler

Kepler inicialmente intentó hacer su modelo planetario con la circunferencia, siendo la más perfecta de las trayectorias, pero los datos observados no se ajustaban correctamente a ese modelo.

Afortunadamente, Tycho se había centrado en Marte, que tiene una elíptica muy pronunciada; de lo contrario, a Kepler le habría resultado imposible darse cuenta de que las órbitas de los planetas eran elípticas y no circulares.

Incapaz de aceptar que Dios no había ordenado que los planetas describieran la figura geométrica más simple, se dedicó con una determinación ilimitada a probar todo tipo de combinaciones de círculos.

Cuando estuvo convencido de que era imposible hacerlo con círculos, probó con óvalos.

Disgustado, al no poder ajustar una obstinada diferencia de arco de ocho minutos entre los datos reales y su modelo teórico, finalmente descubrió que el modelo basado en elipse encajaba perfectamente con sus medidas y las de Tycho.

Las tres leyes de Kepler

Así es como llegó a escribir la primera ley de Kepler: “Los planetas describen movimientos elípticos alrededor del Sol, este último está ubicado en uno de los focos de la elipse“.

Primera ley
Primera ley de Kepler. Crédito: web “aanda.org/glossary/198-keplers-laws”.

Después de ese importante salto mental, donde por primera vez los hechos se antepusieron a los deseos y los prejuicios existentes sobre la naturaleza del mundo, Kepler simplemente se dedicó a observar los datos y sacar conclusiones sin ideas preconcebidas.

Continuó comprobando la velocidad del planeta a través de las órbitas, llegando a la segunda ley: “Los planetas, en su viaje a través de la elipse, barren áreas iguales al mismo tiempo”.

Segunda ley
Segunda ley de Kepler. Crédito: web “aanda.org/glossary/198-keplers-laws”.

Durante mucho tiempo, Kepler pudo confirmar estas dos leyes solo en los otros planetas.

Aún así, fue un logro espectacular; pero era necesario relacionar las trayectorias de los planetas entre sí.

Después de varios años de observaciones y trabajo, descubrió la tercera y más importante ley del movimiento planetario: “El cuadrado de los períodos de los planetas es proporcional al cubo de su distancia media al Sol”.

Esta ley, también llamada ley armónica, junto con las otras leyes que ya permitían unificar, predecir y comprender todos los movimientos de las estrellas.

Tercera Ley
Tercera ley de Kepler. Crédito: web “hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/kepler.html”

Los últimos años y la muerte de Kepler

Estas tres leyes asombraron al mundo y lo convirtieron en el astrónomo más famoso de su tiempo, aunque no dejó de sentirse incómodo por el fracaso de su original intuición de la simplicidad (¿por qué elipses, tener circunferencias?).

Si hubiera podido presenciar, tres siglos después, cuando Einstein mostró en su Teoría de la Relatividad General que en la geometría tetradimensional del espacio-tiempo los cuerpos celestes siguen líneas rectas, se habría satisfecho con su búsqueda de la simplicidad; y aún quedaba una figura más simple que la circunferencia: la línea.

En 1627, Kepler publicó las Tabulae Rudolphine, a las que dedicó un enorme esfuerzo, y que durante más de un siglo se utilizaron en todo el mundo para calcular las posiciones de planetas y estrellas.

Utilizando las leyes del movimiento planetario pudo predecir satisfactoriamente el tránsito de Venus en 1631, permitiendo así que su teoría fuera confirmada.

Venus
Tránsito de Venus cruzando el Sol, en 2012. Crédito: youtube “youtube.com/watch/f6Q00EtDVSU”

Kepler murió en 1630 en Baviera, a la edad de 59 años.

En 1632, durante la Guerra de los Treinta Años, el ejército sueco destruyó su tumba y sus obras se perdieron.

Sin embargo, en 1773 fueron recuperados por Catalina II de Rusia. Actualmente se encuentran en el Observatorio Pulkovo en San Petersburgo.