Esferas celestes

Esferas celestes geocéntricas en la Cosmographia de Pedro Apiano (Amberes, 1539).

Las esferas celestes, u orbes celestes, eran las entidades fundamentales de los modelos cosmológicos desarrollados por Platón, Eudoxo, Aristóteles, Ptolomeo, Copérnico y otros. En estos modelos celestes, los movimientos aparentes de las estrellas fijas y de los planetas se explicaban tratándolos como objetos incrustados en unas esferas giratorias, hechas de un etéreo quinto elemento transparente ( quintaesencia), como joyas fijadas en orbes. Puesto que se creía que las estrellas fijas no cambiaban de posición entre sí, se argumentaba que debían estar en la superficie de una sola esfera estrellada.[1]

En el pensamiento moderno, las órbitas de los planetas se ven como las trayectorias de esos planetas a través del espacio vacío. Los pensadores antiguos y medievales, sin embargo, consideraban que los orbes celestiales eran esferas gruesas de materia enrarecida anidadas una dentro de la otra, cada una en el contacto completo con la esfera superior y la esfera inferior.[5]

Según Albert Van Helden, desde el año 1250 hasta el siglo XVII, prácticamente todos los europeos educados estaban familiarizados con el modelo ptolemaico de «esferas anidadas y con las dimensiones cósmicas derivadas de ellas».[6]​ Incluso después de la adopción del modelo heliocéntrico del universo de Copérnico se introdujeron nuevas versiones de la teoría de las esferas celestes, con el Sol en el centro y las esferas planetarias siguiendo la secuencia: Mercurio, Venus, Tierra- Luna, Marte, Júpiter y Saturno.

La creencia tradicional en la teoría de las esferas celestiales no sobrevivió a la Revolución científica. A principios del siglo XVII, Kepler continuaba hablando de esferas celestes, aunque no consideraba que los planetas fueran portados por las esferas, sostenía que se movían en los caminos elípticos descritos por sus leyes del movimiento planetario. A finales del siglo XVII, las teorías griegas y medievales sobre el movimiento de los objetos terrestres y celestes fueron reemplazadas por la ley de Newton de la gravitación universal y la mecánica newtoniana, que explicaban cómo las leyes de Kepler surgen de la atracción gravitacional entre los cuerpos.

Historia

Ideas iniciales acerca de de esferas y círculos

En la Antigua Grecia los conceptos de esferas celestes y anillos aparecieron por primera vez en la cosmología de Anaximandro en el siglo VI a. C.[9]​ Por lo tanto, en la cosmogonía de Anaximandro, en el principio era la esfera, de la cual se formaron los anillos celestiales, de algunos de los cuales la esfera estelar fue compuesta a su vez. Visto desde la Tierra, el anillo del Sol era el más alto, el de la Luna estaba más abajo y la esfera de las estrellas era la más baja.

Siguiendo a Anaximandro, su discípulo Anaxímenes (c. 585-528/4) sostuvo que las estrellas, el Sol, la Luna y los planetas estaban hechos de fuego. Pero mientras que las estrellas estaban sujetas en una esfera cristalina giratoria como clavos o botones, el Sol, la Luna y los planetas, y también la Tierra, simplemente flotaban en el aire como hojas por su envergadura.[10]​ Y mientras que las estrellas fijas eran movidas alrededor en un círculo completo por la esfera estelar, el Sol, la Luna y los planetas no giraban bajo la Tierra entre la puesta y el nacimiento como hacen las estrellas, sino más bien en la puesta van lateralmente alrededor de la Tierra como un casquillo que da vueltas alrededor de la cabeza hasta que se levantan otra vez. Y a diferencia de Anaximandro, relegó a las estrellas fijas a la región más distante de la Tierra. La característica más duradera del cosmos de Anaxímenes fue su concepción de que las estrellas estaban fijadas en una esfera de cristal como en un marco rígido, que se convirtió en un principio fundamental de la cosmología hasta Copérnico y Kepler.

Después de Anaxímenes, Pitágoras, Jenófanes y Parménides sostuvieron que el universo era esférico.[12]​ Pero postulaba que los planetas eran cuerpos esféricos colocados en bandas giratorias o anillos en lugar de llantas como en la cosmología de Anaximandro.

Surgimiento de las esferas planetarias

En lugar de bandas, Eudoxo, el alumno de Platón, desarrolló un modelo planetario usando esferas concéntricas para todos los planetas, con tres esferas cada una para sus modelos de la Luna y el Sol y cuatro para los modelos de los otros cinco planetas, habiendo así 26 esferas en total.[18]

En su Metafísica, Aristóteles desarrolló una cosmología física de esferas, basada en los modelos matemáticos de Eudoxo. En el modelo celeste completamente desarrollado de Aristóteles, la Tierra esférica estaba en el centro del universo y los planetas eran movidos por 47 o 55 esferas interconectadas que formaban un sistema planetario unificado,[20]

Modelo Ptolemaico de las esferas de Venus, Marte, Júpiter y Saturno con epiciclos, deferentes y ecuantes. Georg von Peuerbach, Theoricae novae planetarum, 1474.

En su Almagesto, el astrónomo Claudio Ptolomeo (fl. 150 d. C.) desarrolló modelos geométricos predictivos de los movimientos de las estrellas y los planetas y los extendió a un modelo físico unificado del cosmos en sus Hipótesis Planetarias.[26]

Las esferas planetarias estaban dispuestas hacia fuera desde la Tierra, esférica y estacionaria en el centro del universo, en este orden: Luna, Mercurio, Venus, Sol, Marte, Júpiter y Saturno. En modelos más detallados, las siete esferas planetarias contenían otras esferas secundarias dentro de ellas. Después de las esferas planetarias se encontraba la esfera estelar que contenía a las estrellas fijas; otros astrónomos añadieron una novena esfera para explicar la precesión de los equinoccios, una décima para dar cuenta de la supuesta trepidación de los equinoccios e incluso una undécima para explicar la oblicuidad cambiante de la eclíptica.[31]

Edad Media

Debate astronómico

La Tierra dentro de siete esferas celestes, de Beda, De natura rerum, finales del siglo XI.

Una serie de astrónomos, comenzando con el astrónomo musulmán Al-Farghani, usaron el modelo ptolemaico de esferas anidadas para calcular distancias a las estrellas y a las esferas planetarias. La distancia que ofrece Al-Farghani a las estrellas era 20 110 radios de la Tierra que, en la suposición que el radio de la tierra era 3 250 millas, llegaba a 65 357 500 millas.[34]

Alrededor del cambio de milenio, el astrónomo árabe y el polímata Ibn al-Haytham ( Alhacén) presentó un desarrollo de los modelos epicíclicos geocéntricos de Ptolomeo en términos de esferas anidadas. A pesar de la similitud de este concepto con la de las Hipótesis planetarias de Ptolomeo, la presentación de al-Haytham difiere con suficiente detalle de que se ha argumentado que refleja un desarrollo independiente del concepto.[36]

Hacia finales del siglo XII, el astrónomo musulmán andalusí al-Bitrūjī ( Alpetragio) trató de explicar los complejos movimientos de los planetas sin los epiciclos y excéntricos de Ptolomeo, utilizando un marco aristotélico de esferas puramente concéntricas que se movían con diferentes velocidades de este a oeste. Este modelo era mucho menos preciso como modelo astronómico predictivo,[39]

En el siglo XIII, el astrónomo al-'Urḍi, propuso un cambio radical en el sistema de Ptolomeo de esferas anidadas. En su Kitāb al-Hayáh, recalculó la distancia de los planetas usando parámetros redeterminados. Tomando la distancia del Sol como 1266 radios de la Tierra, se vio obligado a colocar la esfera de Venus por encima de la esfera del Sol; como refinamiento adicional, añadió los diámetros de los planetas al espesor de sus esferas. Como consecuencia, su versión del modelo de esferas anidadas tenía la esfera de las estrellas a una distancia de 140 177 radios de la Tierra.[34]

Al mismo tiempo, los eruditos de las universidades europeas comenzaron a abordar las implicaciones de la redescubierta filosofía de Aristóteles y la astronomía de Ptolomeo. Tanto los eruditos astronómicos como los escritores populares consideraron las implicaciones del modelo de esfera anidada para las dimensiones del universo.[47]

Debate filosófico y teológico

Los filósofos se preocuparon menos de tales cálculos matemáticos que de la naturaleza de las esferas celestiales, de su relación con los relatos revelados de la naturaleza creada y de las causas de su movimiento.

Adi Setia describe el debate entre los eruditos islámicos en el siglo XII, basado en el comentario de Fakhr al-Din al-Razi acerca de si las esferas celestes son cuerpos físicos concretos o «meramente los círculos abstractos en los cielos trazados ... por por las diversas estrellas y planetas». Setia señala que la mayoría de los eruditos, y los astrónomos, decían que eran esferas sólidas «sobre las que giran las estrellas ... y esta visión está más cerca del aparente sentido de los versos coránicos sobre las órbitas celestes». Sin embargo, al-Razi menciona que algunos, como el erudito islámico Dahhak, los consideraban abstractos. Al-Razi mismo, estaba indeciso, afirmo: «En verdad, no hay manera de averiguar las características de los cielos, excepto por la autoridad [de la revelación divina o de las tradiciones proféticas]». Setia concluye: «Así parece que, para al-Razi (y para otros antes y después de él), los modelos astronómicos, sea cual sea su utilidad o carencia para ordenar los cielos, no se basan en pruebas racionales sólidas, por lo que no se pueden comprometer intelectualmente en cuanto a la descripción y explicación de las realidades celestiales».[48]

Los filósofos cristianos y musulmanes modificaron el sistema de Ptolomeo para incluir una región ultraperiférica inmóvil, el cielo empíreo, que llegó a ser identificado como la morada de Dios y de todos los elegidos.[51]

Edward Grant, un historiador de la ciencia, ha proporcionado evidencias de que los filósofos escolásticos medievales generalmente consideraban las esferas celestiales sólidas en el sentido de tridimensionales o continuas, pero la mayoría no las consideraba sólidas en el sentido de duras. El consenso era que las esferas celestes estaban hechas de algún tipo de líquido continuo.[52]

Más tarde en el mismo siglo, el mutakalim Adud al-Din al-Iji (1281-1355) rechazó el principio del movimiento uniforme y circular, siguiendo la doctrina de la teología Ash'ari del atomismo, que sostenía que todos los efectos físicos eran causados directamente por la voluntad de Dios y no por causas naturales.[54]

Los astrónomos y filósofos medievales desarrollaron diversas teorías sobre las causas de los movimientos de las esferas celestiales. Intentaron explicar los movimientos de las esferas en términos de los materiales de los que se pensaba que estaban hechos, los motores externos tales como inteligencias celestiales, y los motores internos tales como almas motrices o fuerzas inculcadas. La mayoría de estos modelos eran cualitativos, aunque algunos incorporaron análisis cuantitativos que relacionaban velocidad, fuerza motriz y resistencia.[57]

Renacimiento

Modelo heliocéntrico copernicano de los orbes celestiales de Thomas Digges (1576).

A principios del siglo XVI Nicolás Copérnico reformó drásticamente el modelo de la astronomía desplazando a la Tierra de su lugar central a favor del Sol, pero llamó a su gran obra De revolutionibus orbium coelestium (Sobre los giros de los orbes celestes). Aunque Copérnico no trata en detalle la naturaleza física de las esferas, sus pocas alusiones aclaran que, como muchos de sus predecesores, aceptó esferas celestes no sólidas.[59]

El escritor inglés de almanaques, Thomas Digges, delineó las esferas del nuevo sistema cosmológico en su Perfit Description of the Caelestiall Orbes... (1576). Aquí organizó los «orbes» en el nuevo orden copernicano, expandiendo una esfera para llevar «el globo de mortalidad», la Tierra, los cuatro elementos y la Luna; y expandiendo la esfera estrellada infinitamente hacia arriba para abarcar todas las estrellas, y también para servir como «la corte del Gran Dios, el habitáculo de los elegidos, y de los ángeles celestiales».[60]

El diagrama de las esferas celestes de Kepler y de los espacios entre ellas, siguiendo la opinión de Copérnico (Mysterium Cosmographicum, 2ª ed., 1621)

En el curso del siglo XVI, varios filósofos, teólogos y astrónomos -entre ellos Francesco Patrizi, Andrea Cesalpino, Pierre de la Ramée, Roberto Belarmino, Giordano Bruno, Jerónimo Muñoz, Michael Neander, Jean Pena y Christoph Rothmann- abandonaron la concepto de esferas celestiales.[62]

Las investigaciones de Tycho Brahe de una serie de cometas de 1577 a 1585, ayudada por la discusión de Rothmann del cometa de 1585 y las distancias tabuladas de Michael Maestlin del cometa de 1577, que pasó a través de los orbes planetarios, llevaron a Tycho a concluir que «los cielos eran muy fluidos y sencillos».[65]

En el temprano Mysterium Cosmographicum de Johannes Kepler, consideró las distancias de los planetas y los huecos consecuentes necesarios entre las esferas planetarias implicadas por el sistema copernicano, que había sido observado por su antiguo maestro, Michael Maestlin.[69]​ Sin embargo, una esfera estelar inmóvil era un remanente duradero de las esferas celestiales físicas en la cosmología de Kepler.

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