9.1 Astros errantes
Observa en esta imagen de la figura 9.1, la conocida constelación zodiacal de Géminis. Aparecen además dos “estrellas” muy brillantes que no figuran en los mapas, que no deberían estar allí, una cerca del pie de Castor y la otra ya más bien en la zona de Cáncer.
Estas apariciones de “estrellas intrusas” son bastante frecuentes. En la imagen de la figura 9.2 centrada en Aldebarán es fácil distinguir dos “puntos luminosos” que no están en los mapas, uno entre Aldebarán y las Pléyades y otro a la derecha del anterior, debajo de las Pléyades.
Ejercicio 9.1
La figura inferior es el mapa de una conocida constelación zodiacal en la que aparece un “invitado”. ¿De qué constelación se trata? Localiza la posición de esa “estrella invitada”. ¿Puedes estimar, aproximadamente, de qué magnitud se ve en el mapa?
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¿Qué son estas “estrellas fantasma”? Para empezar es inmediato constatar que sus apariciones siempre se sitúan en las constelaciones zodiacales, como la Luna y el Sol, y que suelen ser muy, muy brillantes, a menudo superando en brillo a las estrellas más destacadas. Además no presentan el centelleo típico de las estrellas, no “titilan”, su luz parece más fija, más constante.
Naturalmente nuestra curiosidad nos hace preguntarnos si estas apariciones son momentáneas para desaparecer al poco tiempo o si permanecen largas temporadas en el mismo sitio. Es muy sencillo hacer un seguimiento de uno de estos puntos observando el cielo varios días seguidos a ver qué es lo que ocurre con él. Por ejemplo, durante el mes de julio de 2014, en la constelación de Virgo tuvimos la presencia de uno, de marcado color rojizo. Esto fue lo ocurrido (los puntos corresponden a su posición los días 1, 5, 10, 15, 20, 25 y 30), figura 9.3.
La “estrella intrusa” no se estuvo quieta, sino que se desplazó hacia la izquierda pasando ligeramente por encima de Spica y todo ese mes era claramente superior en brillo a α Virginis.
A diferencia de las estrellas ordinarias que tienen una posición fija, hay algunas “estrellas” que se mueven entre las constelaciones y por eso fueron llamadas “planetas”, término que proviene del griego y que significa “errante”, “vagabundo”. Pronto se identificaron cinco: Venus, Júpiter, Marte, Saturno y Mercurio.
¿Cómo localizar los planetas por la noche? ¿Cómo distinguirlos entre la maraña de puntos luminosos que pueblan la bóveda celeste? Para empezar, los planetas son bastante brillantes, de magnitud 1 como poco, superando a veces a las más espléndidas estrellas. Así que nuestros candidatos son los pocos objetos celestes muy brillantes que aparezcan en el cinturón zodiacal. Puesto que nos encontramos en el hemisferio norte, los planetas en su recorrido por la eclíptica, se localizarán hacia el Sur.
Si además notamos que alguno de esos puntos no titila, no centellea, como hacen todas las estrellas, sino que su luz permanece constante, entonces la probabilidad de que sea un planeta aumenta. Si no es identificable en el planisferio, sino que aparece como añadido en alguna constelación, y si, una semana después, se ha movido un poco respecto a las estrellas normales del planisferio, ya podemos asegurar que es un planeta.
De cualquier manera para saber de antemano qué planetas estarán visibles una noche, lo más práctico es utilizar algún simulador del aspecto del cielo (programas como el Stellarium, o una aplicación para el móvil, o una página web) o consultar alguna revista especializada. Porque los planetas llevan cada uno su propio ritmo (como iremos viendo en este tema) y son visibles a temporadas, pero no siempre en la misma época del año. Marte, por ejemplo, no siempre se ve en verano sino que unos años sí que se ve en esa estación pero otros no. Y lo mismo les pasa a todos ellos. Analicemos ahora con un poco más de detalle ese “vagabundeo” de los planetas. En los dos mapas que siguen están señaladas las posiciones de Marte desde noviembre de 2015 hasta octubre de 2017, numeradas según avanzan las fechas.
En las figuras 9.4 se observa como Marte va avanzando por el Zodiaco de derecha a izquierda es decir, hacia el Este. Se muestra un poco por encima (al Norte) de la eclíptica hasta la posición 6; en ese momento comienza a ir “hacia atrás” (no en el sentido de los signos sino al revés) para retomar su marcha normal desde la posición 7 en adelante. Cruza la eclíptica hacia el Sur (entre las posiciones 6 y 7) y la vuelve a atravesar hacia el Norte en la número 14. Ese extraño movimiento de ida y vuelta recibe el nombre de “retrogradación” o “bucle”, se observa con detalle en la figura 9.5.
Además el brillo aparente del planeta rojo fue cambiando; al principio era de magnitud 2 pero al acercarse al bucle fue aumentando hasta alcanzar la magnitud -2 justo en el centro de la retrogradación; a partir de ese momento fue atenuándose poco a poco hasta volver a la magnitud 2.
Ejercicio 9.2
En la tabla tienes las coordenadas de Marte a lo largo de dos años. Utiliza los dos mapas para colocar a Marte donde proceda según la tabla. Une los puntos en orden cronológico mediante una línea continua. ¿En qué se parece y en qué se diferencia la trayectoria de Marte a través del Zodiaco de las del Sol y la Luna? ¿Qué día alcanzó Marte su máximo brillo? ¿En qué momento de su trayectoria estaba? ¿Cuánto tarda en dar una vuelta completa al Zodiaco? Haz clic aquí para imprimir las gráficas.| Fecha | A.R | Dec. | m | Fecha | A.R | Dec. | m | |||
| 1 | 15 07 | 3h 19m | 17o 16’ | 0.8 | 14 | 12 08 | 12h 01m | 0o 32’ | 1.7 | |
| 2 | 14 08 | 4h 43m | 21o 39’ | 0.7 | 15 | 12 09 | 13h 14m | -7o 35’ | 1.6 | |
| 3 | 13 09 | 6h 02m | 23o 23’ | 0.5 | 16 | 12 10 | 14h 31m | -14o 57’ | 1.6 | |
| 4 | 13 10 | 7h 09m | 23o 11’ | 0.2 | 17 | 11 11 | 15h 56m | -20o 49’ | 1.4 | |
| 5 | 12 11 | 7h 52m | 22o 40’ | -0.4 | 18 | 11 12 | 17h 30m | -23o 56’ | 1.3 | |
| 6 | 12 12 | 7h 56m | 23o 53’ | -1.0 | 19 | 10 01 | 19h 10m | -23o 22’ | 1.2 | |
| 7 | 14 01 | 7h 08m | 26o 38’ | -1.4 | 20 | 9 02 | 20h 48m | -18o 57’ | 1.2 | |
| 8 | 13 02 | 6h 39m | 26º 51’ | -0.5 | 21 | 11 03 | 22h 21m | -11o 31’ | 1.2 | |
| 9 | 15 03 | 6h 57m | 25o 44’ | 0.2 | 22 | 10 04 | 23h 48m | -2o 28’ | 1.2 | |
| 10 | 14 04 | 7h 44m | 23o 36’ | 0.8 | 23 | 10 05 | 1h 13m | 6o 45’ | 1.2 | |
| 11 | 14 05 | 8h 43m | 19o 58’ | 1.2 | 24 | 9 06 | 2h 39m | 14o 47’ | 1.2 | |
| 12 | 13 06 | 9h 47m | 14o 43’ | 1.5 | 25 | 9 07 | 4h 06m | 20o 32’ | 1.3 | |
| 13 | 13 07 | 10h 53mn | 8o 05’ | 1.6 |
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Todos los planetas tienen un movimiento similar con respecto al telón de fondo de las constelaciones; avanzan por el Zodiaco en el sentido de los signos, cada uno a su ritmo, bastante próximos a la línea de la eclíptica aunque sin seguirla exactamente estando a veces un poco al Norte y en otros momentos ligeramente al Sur; y todos realizan esa extraña danza de momentáneo retroceso, todos hacen bucles y presentan un máximo brillo precisamente en el centro de la retrogradación. Así pues, hay otros astros errantes además del Sol y de la Luna: los cinco planetas visibles a simple vista y conocidos desde la Antigüedad, Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno.
En total siete astros errantes, uno para cada día de la semana: lunes (Luna), martes (Marte), miércoles (Mercurio), jueves (Júpiter), viernes (Venus), sábado (Saturno) y domingo (Sol). En todas las lenguas europeas hay clarísimas huellas de este origen astronómico de la semana. En castellano tan sólo se han perdido los primitivos “día del Sol” convertido en “día del señor” (domenica en latín) y el “día de Saturno” que ha pasado a ser el sábado (de la palabra hebrea sabbath). Lo mismo ha ocurrido en las lenguas romances; en cambio las germánicas (Sunday y Saturday en inglés o Sonnetag en alemán) han conservado la tradición.
Epiciclos
Los movimientos del Sol y de la Luna pueden ser explicados con sencillez dentro del universo de las dos esferas: no están situados en la esfera celeste, sino más cerca, y se mueven cada uno a lo largo de su circunferencia (la eclíptica para el Sol y otro círculo un poco más inclinado para la Luna) con la velocidad que le corresponde. Hasta aquí el asunto se puede seguir bastante bien, pero los planetas presentan un movimiento mucho más complicado. No están fijos en la esfera celeste, sino que se mueven de una forma bastante rara: circulan por el Zodíaco, lo mismo que el Sol y la Luna, pero no siempre avanzan “en el sentido de los signos”, no siempre van de derecha a izquierda (de Oeste a Este), sino que alguna vez se paran, dudan unos días, comienzan a retroceder y luego se arrepienten y vuelven a recuperar el sentido común. No parece fácil encontrar un esquema simple que dé cuenta de estos movimientos. Para empezar a trabajar necesitamos cuantificar. Los primeros datos numéricos que se pueden obtener con facilidad directamente de la observación de los planetas son sus periodos. El tiempo que tarda un planeta en recorrer el Zodiaco (desde que lo vemos en el centro de Géminis, por ejemplo, hasta que vuelve a estar allí, o desde que tiene ascensión recta 0 hasta que vuelve a tener ascensión recta 0) se llama periodo sidéreo (Sd). He aquí estos tiempos medios para los planetas conocidos:| Planeta | Mercurio | Venus | Marte | Júpiter | Saturno |
| Sd (años) | 1 | 1 | 1,88 | 11,86 | 29,45 |
| Planeta | Mercurio | Venus | Marte | Júpiter | Saturno |
| Sn (días) | 115 | 584 | 780 | 399 | 378 |
Los astrónomos dedicaron sus esfuerzos a intentar encontrar alguna explicación lógica y coherente a estos desordenados movimientos y no es exagerado decir que la Historia de la Astronomía, desde el año 400 antes de nuestra era hasta 1600 (¡2.000 años!), se podría llamar “Historia de las explicaciones de los movimientos planetarios”. Todos estos trabajos han quedado totalmente superados y son solo objeto de estudios históricos. Aún así creemos interesante que al menos tengas un somero conocimiento de las ideas que llenaron tan amplio lapso temporal.
El modelo básico surgió en Grecia de la mano de Eudoxo (c. 400 a.C.), Apolonio (c. 250 a.C.), Hiparco (siglo II a.C.) y Ptolomeo (siglo II d.C.), siempre dentro del universo de las dos esferas, con la Tierra inmóvil en el centro.
Consistía en suponer que cada planeta circula alrededor de la Tierra arrastrado por el movimiento combinado de dos círculos: uno, el “deferente”, cuyo centro es la Tierra (T) y otro, el “epiciclo”, cuyo centro C avanza por el deferente completando una vuelta en el periodo sidéreo del planeta; éste (P) se encuentra situado en el epiciclo avanzando por él (desde el apogeo A) de forma que complete el círculo en su periodo sinódico, figura 9.7
Con este esquema se podían reproducir los bucles puesto que cuando P está hacia el exterior (cerca de A) su avance por el epiciclo se suma al avance general de C por el deferente, pero cuando se sitúa en el interior (como en esta figura) su velocidad de avance por el epiciclo, visto desde la Tierra, es hacia atrás. Además, en el centro de la retrogradación (con P entre T y C) resulta que P está más cerca de la Tierra lo que concuerda con su máximo de brillo.
Observa esta animación donde puedes observar el funcionamiento del modelo epiciclo-deferente. Visto desde la Tierra la proyección del planeta P sobre el fondo de las constelaciones es P’, y se ve claramente que P’ a veces se para, da marcha atrás un momento y luego retoma su avance habitual.
En el Almagesto, uno de los grandes libros científicos de todos los tiempos, Claudio Ptolomeo expuso con rigor matemático este modelo, obteniendo un expediente completo para cada planeta. Asignando ciertos valores a todos los parámetros (radios de deferente y epiciclo, velocidades angulares e inclinación del deferente y del epiciclo con respecto a la eclíptica) consiguió reproducir bastante bien casi todas las apariencias pero tuvo que añadir numerosos detalles extra y no logró un ajuste perfecto con las observaciones.
A lo largo de la Edad Media la mayor parte de los trabajos de los astrónomos árabes y, posteriormente en el Renacimiento, de los europeos, consistió en intentar mejorar los procedimientos ptolemaicos cambiando ligeramente algunos valores de los parámetros, incluyendo algún que otro detalle adicional, pero siempre dentro del modelo general deferente-epiciclo y, por supuesto, con una visión geocéntrica y geostática.
Pero quedaban muchos cabos sueltos. Lo más llamativo es que no se conseguía avanzar en el ajuste entre las predicciones del modelo y las observaciones. Éstas habían mejorado considerablemente gracias a la construcción de algunos grandes observatorios (como el de Samarcanda); siempre se encontraban discrepancias, menores, pero no despreciables.
Aunque, desde el punto de vista teórico, era más importante la frustración por no conseguir un esquema, un modelo, unificado. Cada planeta tenía su expediente propio, independiente de los demás. No era posible ordenarlos de forma consistente; se suponía que cuanto más “lento” fuera el planeta más lejos de la Tierra (y más cerca de la esfera celeste) debía estar; por eso el orden, de fuera a dentro, fue Saturno, Júpiter, Marte. Y la Luna, la más rápida, que recorre el Zodiaco en solo 27 días, la más próxima a la Tierra. Pero ¿cómo ordenar al Sol, Mercurio y Venus, que tardan los tres el mismo tiempo (un año) en recorrer el cinturón zodiacal?
Y surgían algunas coincidencias, algunos detalles, que había que imponer artificialmente a los modelos sin ninguna explicación coherente; por ejemplo, para Mercurio y Venus, la línea TC tenía que ser paralela a la recta entre la Tierra y el Sol. ¿Por qué? Pues no había ninguna razón para ello, tenía que ser así para que todo cuadrara pero era una construcción ad hoc, sin fundamento. Este gran problema teórico fue resuelto por Copérnico quien, sin embargo, no avanzó nada en cuanto al ajuste entre predicción y posiciones observadas.