Branques de l’astronomia
Són branques seves interrelacionades: l’astrometria, que determina les posicions dels astres (la qual cosa permeté la confecció del calendari, la mesura del temps i la navegació astronòmica); la mecànica celeste, que descriu i calcula els moviments dels astres, fonamentalment objectes del sistema solar (planetes, satèl·lits, asteroides, cometes, i també els ginys llançats per l’home, satèl·lits, astronaus i sondes), alhora que confecciona taules astronòmiques, almanac nàutic o efemèrides; i l’astrofísica, successora de l’astronomia descriptiva, que aplica els mètodes de la física a l’esbrinament dels fenòmens celestes, i que ocupa actualment gairebé tota l’activitat de l’astronomia.
L’astronomia és la més antiga de les ciències de la natura. La interpretació que l’home primitiu feu dels fenòmens astronòmics més elementals fou essencialment religiosa i donà origen a l’astrologia. Totes les primitives cosmologies tenen nombrosos trets comuns; així, la Terra sol ésser considerada plana, amb una campana per cúpula celeste, surant en l’aigua o bé sostinguda per pilars. La confusió entre els fenòmens meteorològics (trons, llampecs, pluja) i els astronòmics (dia, nit, eclipsis) feu retardar que aquests darrers fossin considerats subjectes a lleis. L’increment de les necessitats d’una navegació astronòmica embrionària i d’una agricultura més racional donaren pas a nous plantejaments que acabaren alliberant l’astronomia de les concepcions mítiques. Segons la cosmologia caldea, la Terra era una muntanya, la part superior de la qual era habitada pels déus, que també caminaven pel cel, que era fix. Aquesta cosmologia fou adoptada amb poques variants pels hebreus, que hi afegiren el concepte de cel i d’infern. El caldeus arribaren a conèixer els moviments aparents del Sol i de la Lluna i dels cinc planetes visibles sense telescopi, els eclipsis, la conjunció de la Lluna amb els planetes i dels planetes entre ells. Usaren el gnòmon per a saber l’hora, conèixer el moviment del Sol al llarg de l’eclíptica i trobar la direcció nord-sud; també dividiren el dia en dotze hores dobles, l’hora en 60 minuts i aquests en 60 segons, dividiren el cercle en 360 graus, els graus en 60 minuts i aquests en 60 segons; aplegaren els estels en constel·lacions i assignaren un nom als dotze signes del zodíac. Encara que es preocuparen del problema de l’ajust del calendari, no trobaren un cicle que els permetés de conjuminar les llunacions i l’any tròpic.
El sistema solar segons la hipòtesi copernicana (detall d’un planisferi celest, 1700)
© Fototeca.cat
Per contra, curiosament, segons Halley, descobriren el període o cicle de Saros, que consisteix en la repetició dels eclipsis cada 18 anys i 11 dies aproximadament. Però totes aquestes consideracions eren empíriques i els mecanismes dels fenòmens eren ignorats. Els coneixements dels egipcis en astronomia eren inferiors als dels caldeus. Així, per exemple, els eclipsis deixaren pràcticament d’ésser estudiats. D’altra banda llurs piràmides són orientades als quatre punts cardinals; en algunes, a la façana nord, hi ha corredors amb una inclinació de 27.007 que probablement permetien, de l’interior estant, l’observació de l’a del Dragó, de quarta magnitud, Estel Polar des del 3.700 fins al 1.500 aC. El camp en què els progressos dels egipcis foren més importants és el del calendari. Per aconseguir-ne un de més perfecte per tal de preveure les avingudes del Nil estudiaren el moviment del Sol amb el gnòmon i, sobretot, les sortides i postes acròniques de 36 estels equatorials, cosa que determinà els decans, grups de deu dies que tenien una significació màgica. Ben aviat les observacions se centraren en la sortida acrònica de l’estel Sírius, l’any sideri del qual fou conegut, cosa que els permeté d’establir abans que ningú la veritable durada de l’any tròpic. En circumstàncies molt diferents, destaca també l’astronomia xinesa (annals i cròniques molt antigues), així com les coneixences dels maies i inques.
L’astronomia a occident: dels grecs a l’aportació de Newton
Fou a Grècia, al segle VI aC, on l’astronomia començà a desenvolupar-se a partir d’una concepció racionalista del món. Un fet de primeríssima importància fou l’afirmació d’Anaximandre (segle VI aC) que la Terra és un cos celeste, de forma cilíndrica, isolat en l’espai i voltat d’un cel que té forma d’esfera completa. Per raons de bellesa geomètrica, idea pròpia dels pitagòrics, Parmènides (segle V aC) anuncià l’esfericitat de la Terra. Anaxàgores (segle V aC) formulà una teoria correcta dels eclipsis. Filolau atribuí a la Terra una forma esfèrica, considerant-la en moviment i com un cos secundari de l’univers. Plató (segle IV aC) defensà l’esfericitat de la Terra, i imposà la idea que la perfecció dels cels implicava que els cossos havien de seguir moviments circulars. Èudox (segle IV aC) formulà un sistema geocèntric basat, paradoxalment, en dades força rigoroses. Heràclides del Pont (segle IV aC) fou el primer a anunciar el moviment de rotació de la Terra; a més afirmà que Venus gira entorn del Sol, essent en aquest aspecte un precedent de l’heliocentrisme d’Aristarc de Samos (segle III aC), la teoria del qual fou menyspreada fins a Copèrnic. Aquests segles predominà la teoria geocèntrica de la Gran Sintaxi Matemàtica de Ptolemeu (segle II dC), el qual s’havia beneficiat de les observacions d’Hiparc (segle II aC), descobridor de la precessió dels equinoccis i el primer a establir un catàleg d’estels (sistema sistema ptolemaic). Eratòstenes (segle III aC) havia mesurat amb notable precisió el meridià terrestre geodèsia. Tot i que l’aportació de Grècia fou considerable, hom arribà al cristianisme amb una astronomia totalment vinculada només a les posicions aparents dels astres en relació amb la Terra, amb un total predomini de la concepció geocèntrica del món. Amb el cristianisme l’observació astronòmica disminuí enormement. Hom s’interessà, només, pels pocs aspectes que podien semblar confirmar els texts bíblics, els quals donen una concepció del món pròpia de les antigues cosmologies.
Els àrabs foren els continuadors de l’obra dels astrònoms de l’antiguitat, per tal com llur religió no entrebancà la recerca científica; així traduïren i estudiaren l’Almagest, nom que donaren a la Gran Sintaxi de Ptolemeu. Consideraren l’astronomia com una branca de les matemàtiques i es dedicaren amb cura a la confecció de taules astronòmiques. Són considerables en aquest sentit els treballs d’al-Battānī. Fins al segle XII no aparegueren traduccions al llatí de les versions àrabs de les obres d’Aristòtil i Ptolemeu. Com a constructor d’instruments astronòmics destacà Regiomontanus (segle XV). Bé que al final de l’edat mitjana algunes veus minoritàries, com per exemple Nicolau de Cusa (segle XV), intentaren una interpretació del sistema solar diferent de l’única admesa, la publicació el 1543 de De Revolutionibus Orbium Coelestium de Copèrnic assenyala el naixement de la moderna astronomia. La reacció dels creients en un món geocèntric i antropocèntric fou violenta: l’heliocentrisme de Copèrnic fou condemnat per l’Església Catòlica el 1616, basant-se, entre altres raons, en el fet que, segons la Bíblia, Josué havia parat el Sol i no la Terra. Giordano Bruno (segle XVI), que s’adherí a les idees de Copèrnic i en tragué conclusions filosòfiques, morí cremat per la inquisició. Copèrnic, bé que posava el Sol al centre del seu sistema, cometé l’error de limitar el sistema solar en una esfera on es trobaven fixats els estels i, també, el de vincular el moviment dels planetes a la Terra i no al Sol, tot seguint trajectòries circulars. Mesurà, però, per primera vegada les distàncies als diferents planetes. Tycho Brahe (1546-1601) efectuà un nombre extraordinari d’observacions, les quals el portaren a descobrir la refracció astronòmica i la natura celeste dels cometes. Cometé l’error de considerar la Terra immòbil, al voltant de la qual giren la Lluna i el Sol, mentre que els altres planetes giren al voltant d’aquest darrer. Kepler (1571-1630), deixeble de Tycho Brahe, anuncià el 1596 que els plans orbitals dels planetes passen pel Sol i que llur inclinació respecte de l’eclíptica és constant.
Però la seva aportació més important foren les seves lleis lleis de Kepler, sobre la base de les quals Newton formulà més tard la teoria de la gravitació universal. Galileu (1564-1642) aplicà la ullera a l’observació astronòmica telescopi: descobrí les fases de Venus i els satèl·lits de Júpiter i llurs fases; així restà palès que hi havia altres cossos celestes que giraven entorn d’un planeta altre que la Terra. Galileu descobrí també molts estels i estudià la natura de la Via Làctia. Les acumulacions de fets observats per Kepler, Tycho Brahe i Galileu permeteren les transformacions qualitatives que aportaren els treballs de Newton (1643-1727), fundador de la mecànica celeste. Aquest, amb la seva llei de l’atracció universal (interacció gravitatòria), arribà a la causa dels problemes plantejats per Kepler i, amb una única llei, de valor per a tot l’univers, eliminà tota incursió irracional en el camp de la ciència i desmuntà la distinció aristotèlica entre el món sublunar i la resta de l’univers. Amb la seva aportació, restà identificada la gravitació i l’atracció exercida entre els astres, fet que permeté de calcular l’estat del sistema en un moment qualsevol, a més de les marees, la trajectòria dels cometes, l’aplatament de la Terra, etc. El pensament humà quedava així vinculat a una concepció mecànica (i posteriorment mecanicista) del món.
L’astronomia a occident: de la geodèsia del segle XVIII a la cosmologia del segle XX
Els instruments progressaren contínuament. El 1667, Auzout i Picard inventen el micròmetre de fils que, col.locat a l’ocular, millorava la precisió de les mesures angulars. Huygens perfeccionà l’òptica dels telescopis i inventà el rellotge de pèndol amb què hom assolí de mesurar millor els temps. Giovanni Domenico Cassini (1625-1712) descobrí diversos satèl.lits de Saturn, i estudià l’activitat solar. Però el problema més important del tombant del segle XVIII fou el de determinar la forma de la Terra. Malgrat l’important precedent d’Eratòstenes, la geodèsia, en tant que ciència, nasqué llavors. Jean Picard mesurà el 1669-70 un arc de meridià entre Amiens i Malvoisine. El problema de l’aplatament originà nombroses discussions que motivaren diverses expedicions amb la finalitat de mesurar diferents arcs de meridià, com la de La Condamine al Perú (1735), i la de Maupertius a Lapònia (1736). El 1739 la polèmica acabà amb la victòria de la tesi que confirmava les teories de Newton: la Terra és aplatada pels pols. Nogensmenys i a causa, entre d’altres, de la necessitat de trobar un patró de la unitat de longitud, hom decidí de mesurar l’arc de meridià entre Dunkerque i Barcelona: els treballs foren duts a terme per Delambre i Mechain amb la participació de Francesc Aragó (geodèsia, Terra).
En ple mercantilisme expansionista, a Anglaterra foren perfeccionats els mètodes de navegació astronòmica trobats pels navegants holandesos; per això Carles II creà, el 1675, l’observatori de Greenwich i el càrrec d’astrònom reial, que recaigué successivament en Flamsteed (1646-1719), en Halley (1656-1742) i en Bradley (1693-1762). El problema fonamental de la navegació astronòmica consistia aleshores a trobar un mètode que permetés de calcular la longitudnavegació. El primer mètode seguit fou el de les distàncies lunars, superat a partir del 1736, que John Harrison perfeccionà el cronòmetre. Es confeccionaren també els catàleg astronòmic: el boreal de Flamsteed, l’austral de Lacaille, els de Bradley, Piazzi i Bessel. Halley, continuant el camí de Newton, predigué amb un avançament d’anys el pas del cometa del seu nom i demostrà que els estels presentaven un moviment propi. Bradley feu dos descobriments importantíssims que incrementaren la precisió dels instruments astronòmics: l’aberració de la llum i la nutació. Amb l’aberració quedaren confirmats els treballs d’Ole C. Römer (1644-1710), que havia calculat la velocitat de la llum, i alhora confirmà el sistema de Copèrnic: per primera vegada un fenomen físic semblava demostrar la translació de la Terra. D’entre altres continuadors de l’obra de Newton cal esmentar Euler (1707-83), Lagrange (1736-1813) i Laplace (1749-1827), autor d’un tractat de mecànica celeste i d’una teoria cosmogònica científica. El 1780, amb l’ajut del telescopi, William Herschel (1738-1822) trobà Urà, i al llarg del segle XIX foren descoberts nombrosos asteroides. Per càlcul fou descobert Neptú (1846). Igualment, per mitjà del càlcul teòric i de la interpretació fotogràfica, el 1930 Howell descobrí Plutó, el més allunyat dels planetes coneguts. Abans del segle XVIII l’astronomia s’havia ocupat exclusivament del sistema solar. Durant aquest segle hom inicià l’estudi del estels, que al segle XIX començaren a desplaçar en importància els planetes fins a arribar a ésser actualment l’objecte fonamental d’estudi estel.
William Herschel fundà l’astronomia estel·lar, demostrà i calculà el moviment del sistema solar vers l’àpex, establí el primer catàleg de nebuloses i, molt especialment, inicià l’estudi dels estels dobles, als quals aplicà les lleis que Kepler i Newton havien aplicat al sistema solar; així estengué llur validesa a tot l’univers, bé que posteriorment la teoria de la relativitat, en superar-les, les relegà al valor d’una primera aproximació. Al llarg del segle XIX l’astrofísica substituí l’astronomia, atès que els seus mètodes resultaren més potents. Foren d’importància en el desenvolupament d’aquest nou camp els següents fets: l’aplicació de l’espectroscòpia a l’esbrinament de la composició i natura dels estels i altres objectes celestes; la determinació de les distàncies als estels i el descobriment de les galàxies com a sistemes estel.lars exteriors a la Via Làctia (Hubble 1924-29), fets que canviaren l’escala de dimensions de l’univers; els nous models sobre l’origen i evolució de l’univers, sorgits de la relativitat general d’Einstein (1916) i de la hipòtesi de la gran explosió inicial de Lemaître (1927). El desenvolupament de noves tècniques d’observació (noves finestres infraroja, ultraviolada, ràdio, X i γ), els progressos en l’instrumental, l’impuls de l’astronàutica (exploració del sistema solar, satèl·lits astronòmics), així com l’ús dels ordinadors per al control dels instruments i per a l’anàlisi de dades, constitueixen els trets més destacats de l’astrofísica contemporània. Hom està especialment interessat en el problema de l’origen de l’univers, en la consegüent formació de les galàxies, les interaccions entre elles i les raons de la inesperada activitat que presenten algunes.
L’astronomia als Països Catalans
L’interès per l’astronomia als Països Catalans començà amb les versions dels tractats àrabs fetes per Llobet de Barcelona a la segona meitat del segle X: eren obres dedicades a la construcció de l’astrolabi i al càlcul de l’hora de pas dels estels, dels meridians i de les latituds. D’aquest tipus d’obres es conserven còpies fetes a Ripoll ja al segle X, en part influïdes pel tractat sobre l’astrolabi del jueu egipci Mašal-lāh (mort vers el 815). Es difongueren per Europa gràcies a l’estada de Gerbert a Catalunya i a les seves relacions amb Miró Bonfill de Girona i amb el mateix Llobet de Barcelona. Posteriorment foren coneguts també a Barcelona els tractats astronòmics de diversos deixebles de Maslāma al-Maǧriṭī; radicats a la taifa de Muǧāhid de Dénia, principalment l’obra d’ibn al-Ṣaffar, traduïda al segle XII al llatí per Plató de Tívoli amb la col.laboració del jueu barceloní Abraham Bar Ḥiyya, un dels astrònoms i astròlegs més coneguts del seu temps. També de Dénia fou el metge i filòsof Abu-l-Ṣalt Umayya (1067-1134), autor d’un tractat sobre l’ús de l’astrolabi. Alguns dels aparells astronòmics més antics conservats (una esfera celeste i uns astrolabis) foren construïts a la fi del segle XI pel valencià Ibrahim ibn Sa’id al-Sahli. Entre els autors catalans de la baixa edat mitjana cal esmentar Ramon Llull amb el seu Tractat d’astronomia, aplicació dels principis de l’Art general, escrita amb la intenció d’allunyar els rics i els poderosos de les creences astrològiques. Tots els astrònoms medievals acceptaven les hipòtesis ptolemaiques.
Ja al segle XVI, destacats astrònoms, com el valencià Jeroni Munyós, contribuïren amb dades d’observació a la crítica de la cosmologia aristotèlica, però no fou fins a la darreria del segle XVII, quan les hipòtesis copernicanes i keplerianes, recolzades després en les teories de Newton, començaren a penetrar, que hom registrà una renovació dels estudis astronòmics; als Països Catalans aquesta renovació fou iniciada a Mallorca per Vicenç Mut (1614-87) i a València pel seu deixeble Josep Saragossà (1627-79); l’observació que aquest darrer feu del cometa del 1677 fou la primera del món i la seva obra Esfera en común celeste y terráquea (1675) fou l’únic tractat complet de trigonometria esfèrica, astronomia i geofísica publicat a la península Ibèrica fins al segle XIX; Saragossà, que intentà de cercar una fórmula per admetre les doctrines de Copèrnic sense caure en la condemna eclesiàstica, influí decisivament en la introducció de l’astronomia moderna a València a la fi del segle XVIII, especialment a l’Acadèmia de València i a les reunions científiques organitzades pel marquès de Vilatorques; en aquest ambient es formaren Joan Baptista Coratjà (1661-1741) i Tomàs Vicent Tosca (1651-1723), seguidors de les idees astronòmiques de Saragossà, però amb les mateixes limitacions respecte a l’acceptació de les idees copernicanes.
No fou, però, fins el 1774 amb la publicació de l’Estado de la Astronomía en Europa de Jordi Joan i Santacília (1713-73), que hom defensà oficialment el sistema de Copèrnic, tot donant la culpa a l’obscurantisme pel retard d’Espanya en matèria d’astronomia; de fet, el mateix Jordi Joan havia estat obligat a escriure, el 1748, en les seves Observaciones astronómicas y físicas hechas por orden de su majestad en los reinos del Perú, que la hipòtesi copernicana de la Terra era falsa; la refutació del sistema ptolemaic fou feta igualment, bé que de manera més velada, a Itàlia, pel jesuïta Joan Andrés (1740-1817). Contribucions importants a l’astronomia feren encara els matemàtics Benet Baïls (1730-97) i Josep Chaix (?-1811) i els especialistes en astronomia nàutica Gabriel Ciscar (1769-1829) i Agustí Canelles (1765-1818); els tres darrers participaren en l’establiment del metre, en el qual tingué un paper decisiu Francesc Aragó (1786-1853), que esdevingué un dels astrònoms més coneguts de l’Europa del seu temps. Fins a la fi del segle XIX no tornà a sorgir un grup important que contribuí al progrés de l’astronomia als Països Catalans: Josep Joaquim Landerer i Climent (1881-1922), els jesuïtes Ricard Cirera (1864-1932), fundador de l’Observatori de l’Ebre (1905), i Lluís Rodés (1881-1939) i Josep Comas i Solà (1868-1937), sota la iniciativa del qual fou fundat l’Observatori Fabra (1904).
Cronologia de l’astronomia
- segle II dC Ptolemeu publica l’Almagest
- 1543 Aparició del De revolutionibus orbium coelestium de Copèrnic
- 1608 Lippershey inventa el telescopi de refracció
- 1609 Galileu es construeix el primer telescopi de refracció i observa els anells de Saturn, els satèl·lits de Júpiter, les taques solars, etc.; Kepler publica les dues primeres lleis empíriques sobre el moviment dels planetes
- 1618 Kepler enuncia la tercera llei
- 1668 Newton construeix el primer telescopi de reflexió
- 1687 Newton publica els Principia Mathematicae que contenen els fonaments de la dinàmica i la teoria de la gravitació
- 1729 Bradley descobreix el fenomen d’aberració dels estats fixos
- 1780 Hershell descobreix el planeta Urà
- 1798 Cavendish estudia al laboratori la gravitació, i assoleix la determinació de la massa de la Terra
- 1803 Hershell demostra que els estels es desplacen
- 1846 Descoberta de Neptú. Adams i Le Verrier calculen la seva òrbita a partir d’irregularitats del moviment d’Urà
- 1881 MIchelson i Morley demostren que el moviment de la Terra no influeix sobre les mesures de la velocitat de la llum
- 1913 Hertzsprung i Russell demostren l’existència d’una relació entre la magnitud absoluta d’un estel i el seu tipus espectral, i classifiquen els estels
- 1924 Appleton descobreix la ionosfera
- 1929 Hubble descobreix la recessió de les galàxies
- 1930 Per mitjà de càlculs teòrics Howell descobrí Plutó
- 1932 Jansky descobreix les ràdios-ones emeses per cossos celests
- 1938 Bethe proposa un mecanisme de reaccions nuclears per a la generació d’energia dins els estels (cicle de Bethe)
- 1942 Schönberg i Chandrasekhar demostren que el diagrama de Hertzsprung i Russell correspon a una evolució dels estels
- 1951 Desenvolupament de les observacions en radioastronomia
- 1957 Burbidge, Fowler i Hoyle proposen una explicació detallada de la formació dels nuclis dels estels
- 1960 Descoberta dels quasars per Sandage
- 1965 Descoberta de la radiació cosmològica universal, evidència directa del big-bang
- 1968 Hewish i Burnell descobreixen els púlsars
- 1971 Primers indicis concrets sobre l’exitència dels forats negres
- 1977 Guth enuncia la teoria sobre l’Univers inflacionari;Es descobreix que Urà té anells
- 1983 Gillett obté les primeres imatges de possibles planetes fora del sistema solar
- 1987 Esclata la supernova 1987 A, visible a ull nu
- 1990 Es posa en òrbita el telescopi espacial Hubble
- 1992 El radiotelescopi Cobe evidencia l’existència de fluctuacions en la temperatura de la radiació de fons de microones, fet que dona suport a la teoria del big-bang
- 1994 El cometa Shoemaker-Levy col·lideix amb Júpiter
- 2004 Es localitza un nou cos més enllà de l’òrbita de Plutó, anomenat Sedna
- 2006 La Unió Astronòmica Internacional crea una nova categoria de cos celeste: els planetes nans