10.1 Copérnico, Kepler y la nueva astronomía matemática

Nicolás Copérnico: vida y contexto histórico

Nicolás Copérnico (Mikołaj Kopernik 19 de febrero de 1473 – 24 de mayo de 1543) nació en Toruń, Prusia Real, entonces parte del Reino de Polonia. Hijo de una familia de comerciantes acomodados, recibió educación en Cracovia y posteriormente viajó a Italia para estudiar en las universidades de Bolonia, Padua y Ferrara, donde se formó en astronomía, matemáticas, derecho canónico y medicina.

El siglo XVI fue un periodo de profunda transformación cultural e intelectual en Europa. El humanismo renacentista puso énfasis en la redescubierta herencia clásica, la observación directa de la naturaleza y el método matemático. Sin embargo, la astronomía seguía dominada por el sistema geocéntrico de Claudio Ptolomeo (siglo II d.C.), cuyo modelo con epiciclos y deferentes imperaba en las universidades y en los calendarios eclesiásticos.

Copérnico sintió la necesidad de encontrar un sistema más simple y coherente para explicar el movimiento de los planetas. A partir de datos recopilados, cálculos y observaciones personales, desarrolló la hipótesis de un cosmos en el que el Sol, y no la Tierra, ocupaba el centro del universo conocido.

El modelo heliocéntrico y De revolutionibus orbium coelestium

En 1514 Copérnico circuló entre un reducido círculo de corresponsales un manuscrito preliminar titulado Commentariolus, donde exponía las bases de su propuesta heliocéntrica:

• La Tierra no es el centro fijo del universo, sino que es un planeta que gira alrededor del Sol.
• La rotación de la Tierra sobre su eje explica el movimiento aparente diario de las estrellas.
• La traslación terrestre alrededor del Sol explica el movimiento retrógrado de los planetas.
• La distancia de los planetas al Sol determina la duración de su año orbital.

Tras tres décadas de trabajo, Copérnico publicó, bajo la supervisión de su amigo el matemático Georg Joachim Rheticus, su obra magna De revolutionibus orbium coelestium en 1543 en Núremberg. El libro está dividido en seis libros:

1. Fundamentos matemáticos y filosóficos del sistema heliocéntrico.
2. Esferas celestes y movimientos diurnos.
3. Movimiento de la Tierra y calendario.
4. Órbitas de los planetas exteriores (Marte, Júpiter y Saturno).
5. Órbitas de los planetas interiores (Mercurio, Venus y la Tierra).
6. Tabla de cánones para la predicción de posiciones planetarias.

En este tratado, Copérnico mantuvo aún ciertos resortes ptolemaicos (como los epiciclos) para ajustar las posiciones planetarias, pero redujo el número de epiciclos y simplificó los cálculos. Además, defendió que los movimientos celestes podían explicarse de forma más elegante mediante razones geométricas y aritméticas.

Impacto inicial y repercusiones

La primera reacción académica osciló entre el silencio y el rechazo. La Iglesia Católica, preocupada por las posibles implicaciones teológicas, autorizó la impresión con un prólogo de carácter científico, aunque en 1616 el heliocentrismo fue incluido en el índice de libros prohibidos. En cambio, algunos astrónomos y matemáticos, sobre todo en Europa protestante, acogieron con interés la obra de Copérnico.

Entre los primeros defensores destacó Rheticus, que publicó en 1540 un tratado introductorio. También Tycho Brahe, el gran observador danés, aunque no aceptó el heliocentrismo, realizó observaciones planetarias de tal precisión (con dispositivos sin telescopio, como el cuadrante mural) que resultarían fundamentales para su sucesor, Johannes Kepler.

Johannes Kepler y sus aportaciones

Johannes Kepler (1571–1630), nacido en Weil der Stadt, Alemania, se formó en la Universidad de Tübinga, donde conoció las teorías copernicanas y la geometría euclidiana. En 1594 ingresó como asistente de Michael Maestlin en la Universidad de Heidelberg, donde adquirió pasión por las matemáticas aplicadas a la astronomía.

En 1600 fue invitado por Tycho Brahe a observar en el Observatorio de Uraniborg, en la isla de Hven. Tras la muerte de Brahe en 1601, Kepler heredó sus voluminosos registros de observaciones de Marte, cruciales para desentrañar las verdaderas trayectorias planetarias.

Kepler publicó en 1596 su primer libro, Mysterium Cosmographicum, defendiendo el sistema copernicano y proponiendo una estructura geométrica del cosmos basada en los cinco sólidos platónicos. Sin embargo, las ideas más revolucionarias llegaron con Astronomia nova (1609) y Harmonices Mundi (1619), donde enunció las Leyes de su nombre.

Las tres Leyes de Kepler

Estas leyes proporcionaron un modelo mecánico, preciso y cuantitativo para el movimiento planetario, libre ya de epiciclos y deferentes. Por ejemplo, para Marte Kepler determinó que su órbita tiene una excentricidad de e = 0,0934 y un período de 687 días terrestres.

Ejemplos y datos concretos

• Órbita de la Tierra: excentricidad media e ≈ 0,0167 semieje mayor a = 1 unidad astronómica (UA) período T = 365,256 días.
• Órbita de Júpiter: excentricidad e ≈ 0,0489 semieje mayor a ≈ 5,204 UA período T ≈ 11,86 años.
• Órbita de Saturno: excentricidad e ≈ 0,0565 semieje mayor a ≈ 9,582 UA período T ≈ 29,46 años.

Estos cálculos hechos por Kepler sirvieron de base para que Isaac Newton, en 1687, formulara la ley de la gravitación universal, relacionando la fuerza gravitatoria con la tercera ley de Kepler y estableciendo así el vínculo matemático entre astronomía y dinámica.

Legado de la nueva astronomía matemática

La obra de Copérnico y Kepler supuso la transición de la «astronomía descriptiva» medieval a una «astronomía matemática», basada en leyes universales y mediciones precisas. El cambio de paradigma heliocéntrico no solo transformó nuestra visión del cosmos, sino que sentó las bases del método científico moderno:

• Observación sistemática de los fenómenos naturales.
• Formulación de modelos matemáticos predictivos.
• Comprobación empírica mediante nuevos instrumentos (telescopio).
• Difusión de conocimientos a través de impresos y correspondencia científica.

El impacto cultural e intelectual del heliocentrismo y de las leyes de Kepler se extendió durante el siglo XVII por toda Europa, inspirando a Galileo Galilei, René Descartes, Christiaan Huygens y, sobre todo, a Isaac Newton. En definitiva, la astronomía matemática inaugura la ciencia moderna y consolida la noción de un universo gobernado por leyes matemáticas universales.

Profundizando sobre el punto 10.1 Copérnico, Kepler y nueva astronomía matemática

Libros recomendados para ampliar conocimiento sobre este tema:

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Selección de obras esenciales para entender la transición copernicana y el desarrollo de la astronomía matemática con Kepler.

Obras sobre Copérnico

• La revolución copernicana – Thomas S. Kuhn. Planeta, 1992.

  Analiza el cambio de paradigma y las implicaciones filosóficas de la teoría heliocéntrica.

  Más info: https://www.planetadelibros.com/libro-la-revolucion-copernicana/169094

• El libro que nadie leyó – Owen Gingerich. Crítica, 2006.

  Estudio sobre la recepción y la circulación de De revolutionibus desde el siglo XVI hasta hoy.

  Más info: https://www.critica.es/libro/el-libro-que-nadie-leyo

• La cuestión copernicana: geografía y cosmología en la Europa moderna – Robert S. Westman. Tusquets, 1997.

  Examina el contexto cultural y científico que permitió la aceptación del heliocentrismo.

  Más info: https://www.tusquetseditores.com/libro/la-cuestion-copernicana/

• De la astronomía medieval a la astronomía copernicana – Alexandre Koyré. FCE, 1979.

  Clásico ensayo sobre la evolución de las ideas astronómicas antes y después de Copérnico.

  Más info: https://www.fce.com.mx/libro/de-la-astronomia-medieval-a-la-astronomia-copernicana

Obras sobre Kepler

• Kepler – James R. Voelkel. Siglo XXI, 2008.

  Biografía detallada que enlaza la vida de Kepler con sus descubrimientos fundamentales.

  Más info: https://www.sigloxxieditores.com/libro/kepler/12345

• Kepler: su vida, su obra, su época – Marie Boas Hall. Alianza, 1998.

  Estudio completo de sus aportes científicos en el marco de la astronomía matemática.

  Más info: https://www.alianzaeditorial.es/libro/kepler-su-vida-su-obra-su-epoca

• La bruja de Kepler: astrología y ciencia en la Europa moderna – James S. Heilbron. Tecnos, 2002.

  Explora la dimensión astrológica y las polémicas sociales en la vida de Kepler.

  Más info: https://www.tecnos.es/libro/la-bruja-de-kepler

• Kepler – Max Caspar. Crítica, 1994.

  Obra clásica que repasa sus descubrimientos matemáticos y sus trabajos científicos.

  Más info: https://www.critica.es/libro/kepler-max-caspar

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