El día en que los planetas dejaron de obedecer al mismísimo Newton.

Hasta bien entrado el siglo XVIII "sólo" se conocía la existencia de seis planetas (incluida la Tierra). Estos eran (son), de menor a mayor distancia al Sol: Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter y Saturno. Aunque esto es desde nuestra perspectiva actual, ya que hasta la llegada de la teoría heliocéntrica copernicana se tenía por cierto que los planetas eran siete puesto que se consideraba que la Tierra permanecía quieta mientras el resto de planetas orbitaban alrededor de ella, incluyendo como planetas al Sol y a la Luna. Si alguno tiene interés por conocer el origen del nombre de los planetas, hace unos días publicamos un post donde lo explicabamos. Aquí podéis leerlo.

Hecha esta precisión llegamos al año 1781, en el que William Herschel descubre un nuevo planeta, que terminaría llamándose Urano aunque en un primer momento se propusieran otros nombres ('Neptuno' e incluso 'Herschel' en honor a su descubridor). El nuevo planeta ya había sido observado en varias ocasiones anteriores pero se había creído que se trataba de una estrella. Incluso el propio Herschel creyó al principio que lo que había descubierto podría tratarse de un cometa. Finalmente se concluyó que se trataba del séptimo planeta de nuestro sistema solar.

William Herschel.

En este punto de la historia (año 1781) encontramos una diferencia notable con respecto a descubrimientos planetarios anteriores. Era el primer planeta que se descubría una vez que Isaac Newton había descubierto la ley de la gravitación (Hace poco hablamos de la historia de Newton y sus manzanas). Es decir, contábamos ya con una herramienta poderosísima, la ley de la gravitación newtoniana, que fue puesta a prueba una vez más (ya había pasado pruebas satisfactorias anteriormente). Es decir, se disponía de un nuevo planeta cuya órbita, obviamente, tenía que seguir lo que las ecuaciones matemáticas de la gravitación decían que tenía que hacer (si esta era correcta claro y no parecía que hubiera por qué dudar). Se calculó, se observó, pasó un tiempo, se volvió a observar y ¡¡todo cuadraba!! Alegría, todos a su casa, la cosa funciona, fín de la historia. Y comieron perdices y todo eso... O a lo mejor no (¿¿Cómo...??)

Quietos todos, aquí está pasando algo. Veamos, Urano se encuentra situado muy lejos del Sol, a unos 3000 millones de km (la Tierra está aproximadamente a unos 150 millones de km) con lo que Urano tiene una velocidad angular muy pequeña que para el caso que nos ocupa supone que tarda 84.01 años (terrestres) en completar una vuelta alrededor del Sol. ¿Y esto qué implica? Pues que necesitamos varios años (terrestres nuevamente) para poder apreciar una parte significativa de la órbita de Urano. Y eso es lo que pasó, allá por el año 1800 Urano se desviaba significativamente del camino que había sido calculado según la gravitación newtoniana. Se intentaban reajustar los cálculos pero Urano seguía erre que erre sin "hacer caso" a Newton y para 1830 la desviación era tal que ya era alarmante.

Parecía que la gravitación de Newton podía enfrentarse a un duro reto pero, como veremos, lejos de amedrentarse se creció y saco pecho. Había dos alternativas: o la teoría era errónea (o incompleta, pero esto lo dejamos para más tarde) o existía "algo" que estaba afectando a la órbita de Urano. Este "algo" según propusieron algunos podía ser un nuevo planeta situado más allá de la órbita de Urano que estaría afectando a su movimiento. Al igual que hemos mencionado ya con el descubrimiento de Urano, a estas alturas de la historia la humanidad contaba ya con toda una ley de la gravitación en la que apoyarse así que se volvió a hacer uso de ella. Ya que contabamos con unas anomalias en el recorrido que Urano realizaba era cuestión de comparar estas con las predicciones de la órbita hechas por  la gravedad Newtoniana (en ausencia de un planeta posterior), para así poder deducir donde estaría el hipotético planeta y cual sería su tamaño en el caso de que esta hipotesis de un nuevo planeta fuera correcta. A esta tarea se dedicaron dos astrónomos de forma independiente: el francés Urban Le Verrier y el inglés John Couch Adams pero ambos encontraron en principio dificultades en recibir apoyo de los observatorios astronómicos. Finalmente el 23 de septiembre de 1846, ante la insistencia de Le Verrier fue observado por el observatorio de Berlin un nuevo planeta allí donde los cálculos decían que tenía que estar. Era la primera vez que se descubría un planeta gracias a predicciones matemáticas. El nuevo planeta recibiría el nombre de Neptuno. Para ser justos con la historia y con Galileo, hemos de decir que este había observado ya en 1612 y en 1613 el planeta Neptuno habiéndolo confundido en ambas ocasiones con una estrella como atestiguan sus dibujos. Newton una vez más podía estar contento, su gravitación había salvado un nuevo escollo y había salido reforzada, sus ecuaciones habían demostrado su validez hasta el punto de predecir un nuevo planeta. Ahora Newton ya descansaría viendo "salvada" su gravitación.... O no... ¿¿Cómo..??

John Couch Adams.

Aunque la gravedad Newtoniana había demostrado su enorme validez y capacidad de predicción ahora se enfrentaría a un nuevo problema. La órbita de Mercurio era otro de los planetas que no quería seguir a pies juntillas los "mandatos" de Newton. Hacía tiempo que se venía observando una anomalía en la órbita de Mercurio. En concreto, lo que se había observado era una desviación en su perihelio (el punto de mayor aproximación al sol en la órbita de un cuerpo celeste) de unos 38 segundos de arco por siglo. Este desplazamiento en la práctica implica que cuando Mercurio completa una vuelta alrededor del Sol el punto por el que vuelve a pasar no es exactamente el mismo. [A este respecto quiero hacer una aclaración. En este razonamiento no estoy teniendo en cuenta el movimiento del Sol (arrastrando con el todo el Sistema Solar) a lo largo de la Vía Láctea (nuestra galaxia), en concreto alrededor del centro de esta. Estamos suponiendo un Sol quieto y unos planetas que orbitan alrededor de él, por lo que es de esperar que una vez completada una órbita regresen a su punto de partida.] Decíamos pues que cuando Mercurio completaba su órbita no volvía exactamente a su punto de partida sino que se había producido un fenómeno conocido como "avance del perihelio". Este fenómeno no es exclusivo de Mercurio, pero en él está más acusado por lo que su efecto era más llamativo.

Urban Le Verrier

El primero en darse cuenta de esta anomalía de Mercurio fue el frances Le Verrier, sí, el mismo que descubrió Neptuno (teniendo a John Couch Adams como codescubridor). Y la propuesta que se hizo para esta anomalía fue... ¿Os lo imaginais? Sí, la presencia de un nuevo planeta entre el Sol y Mercurio que perturbaría la órbita de este. Fueron muchos los que apoyaron esta teoría, incluyendo a Le Verrier (algunos afirman que fue originaria suya) cosa que no debe extrañarnos puesto que en el caso de la anomalía de Urano esta había sido la solución, un nuevo planeta (Neptuno) o sea que era algo bastante lógico. Inmediatamente varios astrónomos "confirmaron" la presencia de este nuevo planeta, asegurando que lo habían visto. Para ellos se basaron en lo que en Astronomía se conoce cómo tránsito planetario, que es cuando un planeta "pasa" por delante del Sol. Desde nuestra posición terrestre podemos ver los tránsitos de Venus y Mercurio (ya que se encuentran entre nosotros y el Sol) por lo que este "nuevo" planeta también podría verse así. Como he mencionado fueron varios astrónomos los que observaron el nuevo planeta utilizando este método, casi seguro que lo que observaron fueron manchas solares. No obstante el nuevo planeta fue bautizado como Vulcano. Le Verrier predijo nuevos tránsitos para Vulcano fallando en todos ellos, no obstante creía en su apuesta de un nuevo planeta hasta el punto de que murió creyendo que Vulcano existía.

Pasados unos cuantos años, en 1882, el astrónomo norteamericano Simon Newcomb ajustó más el valor de esta desviación obteniendo un valor de 43 segundos de arco por siglo (el cual es el valor correcto) y sostuvo que Vulcano no era la explicación para esta anomalía. Habría que esperar unos cuantos años más para que entrara en escena otro de los grandes, uno de los actores principales (un protagonista sin duda) de esta película que es la historia de la humanidad. Allá por 1915 Einstein presentaba su Teoría de la Relatividad General, y una de las primeras pruebas a las que sometió su flamante teoría fue la de calcular la órbita de un planeta alrededor del Sol. En concreto para el caso de Mercurio obtuvo que sus ecuaciones le daban una desviación de... ¡¡43 segundos!! No es de extrañar que Einstein manifestara que este hecho le produjera taquicardias y le mantuviera fuera de si a causa de la emoción durante días. Con los valores más precisos que su Teoría proporcionaba frente a la gravedad Newtoniana se corregían las deficiencias que esta no podía explicar en casos tales como la órbita de Mercurio. En esta ocasión, el bueno de Newton "veía" como su teoría no había podido finalmente dar una solución al problema de Mercurio que venía arrastrándose durante decenios. Mercurio se sublevó de una manera tal que fue precisa la llegada de otro grande que ayudará a Newton en su tarea planetaria.

Newton y Einstein.

Llegados a este punto me gustaría hacer una precisión puesto que a veces comentarios simplistas o titulares sensacionalistas distorsionan la verdadera naturaleza de las leyes de la ciencia o el progreso de perfeccionamiento de la ciencia en sí. En ocasiones he oído decir aquello de "Einstein desbancó a Newton" o "la gravedad Newtoniana fue sustituida por la Relatividad General de Einstein" pudiéndose sacar de esto la conclusión de que Newton estaba equivocado o sus ecuaciones era erróneas.
La gravedad Newtoniana sigue teniendo plena vigencia para multitud de aplicaciones y escenarios en los que podemos seguir utilizando sus ecuaciones de forma totalmente satisfactoria y únicamente cuando introducimos objetos que se muevan a velocidades cercanas a la de la luz o cuando estamos en presencia de objetos muy masivos necesitamos las ecuaciones de Einstein que nos proporcionan valores más precisos, en algunas ocasiones esenciales. Del mismo modo las ecuaciones de Einstein se muestran impotentes frente a determinados escenarios, como son las llamadas singularidades (Big bang, agujeros negros) en los que simplemente no funcionan ya que se enfrentan a situaciones en las que debido a las caracteristicas de estos escenarios se necesita usar de forma simultánea la mecánica cuántica (por lo pequeño) y la relatividad general (por lo masivo) y estas dos teorías hasta el momento se han mostrado incapaces de trabajar juntas. Por lo tanto podemos pensar que la relatividad Einsteniana es incompleta en determinadas situaciones como lo es la newtoniana en otras. Es necesario encontrar una nueva teoría más completa que facilite soluciones allá donde las anteriores no pueden llegar. En este contexto se está trabajando para encontrar soluciones que puedan unificar ambas teorías (cuántica y relatividad general) postulándose como promesas la Teoría de cuerdas / Teoría M o la gravedad cuántica de bucles entre otras. O sea, que afortunadamente no podemos aún descansar en paz (ni mucho menos) pensando que todo está ya atado y bien atado. Queda un largo camino por recorrer, ¿os lo vais a perder? Yo no...


"Esta entrada participa en la edición 7² del Carnaval de la Física alojado en esta ocasión en el blog El zombi de Schrödinger."


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El Sistema Solar, la mitología romana y los guardametas.

Cómo bien sabréis, los distintos planetas que forman el Sistema Solar reciben el nombre mayoritariamente de la mitología romana. Así que me ha parecido interesante hacer un recorrido para explicar a qué dioses, titanes o personificaciones hacen referencia y el por qué de sus nombre ya que como veréis algunos de ellos tienen mucho sentido y no fueron puestos al azar.

En la actualidad, desde 2006 cuando la Unión Astronómica Internacional redefinió la categoría de Plutón que pasó a ser un planeta enano, el Sistema Solar está compuesto de ocho planetas, a saber: Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Jupiter, Saturno, Urano y Neptuno. Este orden corresponde a su cercania al Sol (de menos a más). Pasemos ahora a ver que se esconde detrás de sus nombres.

Mercurio es el mensajero de los dioses, el que anuncia las noticias. Además era un dios importante del comercio y de lo que se pacta en los tratos. Su nombre deriva de la palabra latina merx (mercancia). A él se le atribuía la invención de las pesas y las medidas. Asimismo Mercurio era protector de los caminos y guía del viajero. Mercurio, al igual que el resto de dioses romanos es la versión latinizada de su equivalente griego, en este caso Hermes. Su imagen es muy característica ya que se le representa con unas zapatillas aladas. Ha dado nombre además de al planeta a diferentes sustancias. Por ejemplo al elemento químico del mismo nombre, llamado así debido a su alta movilidad que hizo que fuera comparado con el dios mensajero. También da nombre a una planta (mercurial).

Venus quizás sea el nombre más conocido por la mayoria de la gente, ya que es la diosa del amor. Al igual que su equivalente griego, Afrodita. Su imagen también es muy famosa porque se la suele representar sobre una concha naciendo de la espuma del mar. La mitología cuenta cómo los genitales de Urano después de haber sido arrancados por el hijo de este (Saturno) fueron arrojados al mar de Chipre fecundándolo y dando lugar al nacimiento de Venus. Riete tú de las telenovelas.
Representa también la fecundidad en la naturaleza vegetal y animal.

El nacimiento de Venus. Sandro Botticelli

Nuestro planeta, la Tierra, aparentemente es el que más nos cuesta identificar con la mitología, pero como veremos esto no es así. Su nombre deriva del nombre latino Terra que hace referencia a su equivalente griego Gea. Esta es una divinidad importante porque de ella surgen innumerables dioses así como los Titanes y los Cíclopes. Vamos a centrarnos un poco en ella ya que está relacionada directamente con otros dioses que darán nombre a varios planetas.
Hesíodo, el poeta de la Antigua Grecia, nos cuenta en su Teogonía  (la cual es una de las versiones más antiguas del origen del cosmos) como del Caos (el cual es el estado primigenio del cosmos antes de que aparecieran los dioses y las fuerzas de la naturaleza) surgió Gea. Esta engendró sin ninguna ayuda o como se dice "sin mediar el grato comercio" a su hijo Urano (el cual representa al cielo). Posteriormente yaciendo con Urano (hijo y amante) engendraría a Saturno (Cronos es su nombre griego) el cual como ya hemos dicho acabaría matándole (a su padre Urano) para hacerse con el poder.

Marte es el dios de la guerra, el equivalente al Ares griego. Es hijo de Júpiter (el Zeus griego) y Juno (Hera). Con el nombre de este planeta se inaugura una saga de padres-hijos como iremos viendo, ya que cada nuevo planeta (según nos alejemos del Sol) es el padre del anterior en cuanto a nombre se refiere.

Júpiter conocido en la mitología griega como Zeus es el dios de dioses y de hombres. Desde el Olimpo, sentado en su trono, lanza el rayo y administra la justicia, es el que "amontona las nubes". En palabras de Homero, Zeus "que se huelga con el rayo". Júpiter yació con innumerables diosas y mortales por lo que su descendencia es enorme. Como hemos comentado unos de sus muchos hijos fue Marte, fruto de la unión con su legítima esposa Juno (Hera). Y su padre es Saturno. Como veis ya comienza la linea sucesoria padre-hijo en relación a los planetas según nos alejamos del Sol.

Saturno es el más joven de los Titanes. Es hijo de Urano (personificación del cielo) y de Gea.
Armado con una hoz emascula a su padre arrojando los genitales al mar, fecundando este y naciendo (cómo ya hemos visto) de su espuma Venus. Saturno destrona así a su padre y por miedo a que sus propios hijos en un futuro le deparen el mismo destino a él decide acabar con ellos devorándolos. Pese a su previsión, la jugada no le salio bien ya que uno de sus hijos, Júpiter (Zeus) fue puesto a salvo por su mujer y hermana Rea para acabar en un futuro destronando a su padre, haciendo que los temores de Saturno se cumplieran y que recibiera el mismo castigo que había infligido a su padre (Urano)
Son famosas las representaciones de este mito (Saturno devorando a sus hijos) por numerosos escultores y pintores, entre ellos Goya. Su nombre griego es Crono.

Saturno devorando a un hijo. Goya.

Urano es la representación del cielo. Nos encontramos aquí como excepción con un nombre proveniente de la mitología griega, su equivalente latino es Caelus, nombre poco conocido.
Urano es padre de Saturno y en consecuencia abuelo de Júpiter, y con él termina el recorrido familiar en cuanto a nombres de planetas. Como ya hemos visto fue engendrado por Gea en solitario para posteriormente unirse con él y dar comienzo a toda una estirpe. Recordemos que fue castrado por su hijo Saturno que arrojó sus genitales al mar.

Con la llegada de Neptuno rompemos el linaje que habíamos ido manteniendo con los cuatro planetas anteriores puesto que Neptuno es hijo de Saturno y hermano de Júpiter. En la mitología griega es el conocido Poseidón. Neptuno gobierna las aguas y los mares. Famoso es el tridente que porta y también su cólera, la cual fue la responsable, entre otras cosas, del periplo que sufrió el bueno de Odiseo (Ulises) en su regreso a Ítaca después de haber luchado en la guerra de Troya. Hijo de Neptuno fue Polifemo, el Cíclope al que Odiseo dejó ciego.

Y aunque aquí terminan los planetas de nuestro Sistema Solar, vamos a permitirnos decir unas palabras acerca de Plutón en reconocimiento a los años que vivió gozando del título de planeta. Además, con él se cierra la triada del reparto de los dominios del mundo ya que Júpiter gobierna el cielo, Neptuno las aguas y Plutón el inframundo, es el dios de la muerte. Su palacio esta custodiado por el can Cerbero (perro de tres cabezas) que da nombre a los guardametas del fútbol, ¿Cómo he empezado hablando de mitología y he terminado nombrando el fútbol...? En fín... Su nombre griego es Hades y según la mitología cuando alguien moría era transportado por Mercurio hasta la orilla del río Éstige, más conocido como la laguna Estigia para allí por medio del barquero Caronte cruzar la frontera que dividía el mundo de los vivos del de los muertos y llegar a la morada de Plutón. Puesto que Caronte cobraba un peaje por realizar el trayecto era costumbre depositar una moneda en los párpados o en la boca de los fallecidos para que pudieran pagar el recorrido.

Y hasta aquí nuestro recorrido por el Sistema Solar del que espero que hayáis disfrutado.


Esta entrada participa en la IX Edición del Carnaval de Humanidades organizado en esta ocasión por Ciencia y alguna otra cosa.



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