7.5 Leyes de Kepler

De la escuela pitagórica a Kepler

El camino histórico que lleva hasta el establecimien­to de la ley de la gravitación universal fue largo y sinuoso. Pero es, a la vez, uno de los ejemplos más interesantes que se pueden encontrar en la Historia de la Ciencia. En este proceso de construcción del saber científico cabe distinguir dos etapas: en primer lu­gar, la descripción del movimiento planetario y, en segundo, el análisis de las causas del mismo.

Ya desde la escuela pitagórica, los astrónomos griegos se preocuparon por dar una interpre­tación al movimiento de los astros, procuran­do describir el Universo en términos geomé­tricos y numéricos.

Después de la propuesta de Eudoxo (408-355 a.C.) y Calipo (330 a.C.), la teoría de las esferas homocéntricas, una de las primeras teorías capaces de explicar la ci­nemática del Sistema Solar, fue la defendida por Hiparco (190-120 a.C). Se trata de la teo­ría geocéntrica, según la cual la Tierra se en­contraba estacionaria en el centro, mientras que los planetas, el Sol y la Luna giraban en torno a ella.

Como las órbitas circulares simples no podían explicar los complicados movimientos de los planetas, Hiparco supuso que el planeta describe, con movimiento uniforme, una circunfe­rencia -llamada epiciclo- alrededor de un punto D, el cual, a su vez, se mueve sobre otra circunferencia mayor con centro en la Tierra -de nombre deferente-. La trayectoria resul­tante es una epicicloide.

Claudio Ptolomeo (85-165 d.C.) adoptó y desarrolló el sistema utilizado por Hiparco. El nú­mero de movimientos periódicos conocidos en aquel momento era ya enorme: hacían falta unos ochenta círculos para explicar los movimientos aparentes de los cielos. El propio Ptolomeo llegó a la conclusión de que tal sistema no podía tener realidad física, considerándolo una conveniencia matemática. Su famoso tratado de astronomía, el Almagesto, fue una obra capital durante toda la Edad Media y, aún hoy, constituye la fuente de nuestro conocimiento acerca de las ideas de los astrónomos griegos.

En el siglo XVI, Nicolás Copérnico (1473- 1543), con la publicación en 1543 de su obra De Revolutionibus Orbium Caelestium, inau­gura un profundo cambio en el pensamiento astronómico: frente a la teoría geocéntrica, propuso la llamada teoría heliocéntrica. En ella el Sol era el centro del Sistema Solar y la Tierra, al igual que el resto de los planetas, giraba en torno a él. Con esta teoría, Copérni­co, que seguía utilizando circunferencias, epiciclos y distribuciones similares, proporcionó una descripción más simple del movimiento planetario. Sobre todo, estableció las bases para el futuro desarrollo de la imagen del Sistema Solar.

Las ideas de Copérnico estimularon a algunos astrónomos, entre los que se encontraba Tycho Brahe (1546-1601). Brahe pasó su vida recopilando datos referentes al movimiento de los pla­netas; sus medidas eran de una precisión extraordinaria para la tecnología de la época, máxi­me si consideramos que aún no se había inventado el telescopio. Su ayudante Johannes Kepler (1571-1630), a partir de los datos obtenidos por Brahe y con el modelo de Copérnico, enunció las leyes que llevan su nombre y que describen cinemáticamente el movimiento de los planetas.

 

 

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Leyes de Kepler

1. Los planetas describen órbitas elípticas, estando el Sol en uno de los focos (ley de las órbitas). Se termina así con las órbitas circulares, la más antigua premisa que has­ta ese momento unía al sistema copernicano con el modelo griego.

2. El vector de posición de cualquier planeta con respecto al Sol barre áreas iguales en tiempos iguales (ley de las áreas).

3. Los cuadrados de los períodos de revolución son proporcionales a los cubos de las distancias promedio de los planetas al Sol (ley de los periodos).


El año marciano (¿otra vez?)

Ya has calculado la duración del año marciano. Ahora solamente debes fijarte en que en realidad has utilizado la tercera ley de Kepler para hacerlo, aunque la has deducido a partir del movimiento circular uniforme que llevan la Tierra y Marte alrededor del Sol.

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En invierno y en verano

El hecho de que la Tierra se mueve más rápidamente (o que el Sol, visto desde la Tierra, se desplaza con mayor rapidez sobre el fondo de las estre­llas) en invierno que en verano era bien conocido por los astrónomos mu­cho antes de Kepler.

¿Qué puede decirse, a partir de las leyes de Kepler, acer­ca de la distancia entre el Sol y la Tierra durante estas dos estaciones?


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El periodo de revolución de dos satélites

Dos satélites de un planeta determinado se mueven en órbitas cuyos diáme­tros están en una relación de 1,7 a 1. ¿En qué proporción se hallan sus pe­riodos?


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Los satélites de Marte

Marte tiene dos satélites, llamados Fobos y Deimos, cuyas órbitas tiene radios de 9400 y 23000 km, respectivamente. Fobos tarda 7,7 horas en dar una vuelta alrededor del planeta. Aplicando las leyes de Kepler, calcula el periodo de Deimos.


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¿Guió la buena estrella de Kepler a los Reyes Magos?

Uno de los hitos de la tradición cirstiana es la celebración de la Navidad, el nacimiento del Hijo de Dios. Y si hay un acontecimiento que se ha pintado en multitud de ocasiones es la adoración de los magos (que se han convertido en los Reyes Magos del consumismo). Una estrella guió la ruta de los magos desde Oriente hasta Belén ¿Era la estrella de Kepler?