Astronomía: definición, qué estudia y sus ramas

Historia antigua

Los primeros astrónomos sólo utilizaban sus ojos para observar las estrellas. Hicieron mapas de las constelaciones y las estrellas por motivos religiosos y calendarios para calcular la época del año. Las primeras civilizaciones, como los mayas y los antiguos egipcios, construyeron observatorios sencillos y dibujaron mapas de las posiciones de las estrellas. También empezaron a pensar en el lugar de la Tierra en el universo. Durante mucho tiempo se pensó que la Tierra era el centro del universo y que los planetas, las estrellas y el sol giraban alrededor de ella. Esto se conoce como geocentrismo. Astronomía proviene del griego astron (ἄστρον) que significa "estrella" y nomos (nόμος) que significa "ley")

Los antiguos griegos trataron de explicar los movimientos del sol y las estrellas realizando mediciones. Un matemático llamado Eratóstenes fue el primero que midió el tamaño de la Tierra y demostró que ésta es una esfera. Una teoría de otro matemático llamado Aristarco fue, que el sol es el centro y la Tierra se mueve alrededor de él. Esto se conoce como heliocentrismo. Sólo unos pocos creyeron que era correcta. El resto siguió creyendo en el modelo geocéntrico. La mayoría de los nombres de las constelaciones y las estrellas proceden de los griegos de la época.

Los astrónomos árabes hicieron muchos avances durante la Edad Media, incluyendo la mejora de los mapas estelares y las formas de estimar el tamaño de la Tierra. También aprendieron de los antiguos traduciendo los libros griegos al árabe.

Del Renacimiento a la era moderna

Durante el renacimiento, un sacerdote llamado Nicolás Copérnico pensó, al observar la forma en que se movían los planetas, que la Tierra no era el centro de todo. Basándose en trabajos anteriores, dijo que la Tierra era un planeta y que todos los planetas se movían alrededor del sol. Esto hizo resurgir la vieja idea del heliocentrismo. Galileo Galilei construyó sus propios telescopios y los utilizó para observar más de cerca las estrellas y los planetas por primera vez. Estuvo de acuerdo con Copérnico. La Iglesia Católica pensó que Galileo estaba equivocado. Pasó el resto de su vida bajo arresto domiciliario. Las ideas heliocéntricas fueron pronto mejoradas por Johannes Kepler e Isaac Newton, que inventaron la teoría de la gravedad.

Después de Galileo, la gente fabricó mejores telescopios y los utilizó para ver objetos más lejanos, como los planetas Urano y Neptuno. También vieron cómo las estrellas eran similares a nuestro Sol, pero con una gama de colores y tamaños. También vieron otros miles de objetos lejanos, como galaxias y nebulosas.

La era moderna

En el siglo XX, después de 1920, se produjeron importantes cambios en la astronomía.

A principios de la década de 1920 se empezó a aceptar que la galaxia en la que vivimos, la Vía Láctea, no es la única galaxia. La existencia de otras galaxias fue resuelta por Edwin Hubble, que identificó la nebulosa de Andrómeda como una galaxia diferente. También fue Hubble quien demostró que el universo estaba en expansión. Había muchas otras galaxias a grandes distancias y están retrocediendo, alejándose de nuestra galaxia. Eso fue completamente inesperado.

En 1931, Karl Jansky descubrió la emisión de radio procedente del exterior de la Tierra cuando intentaba aislar una fuente de ruido en las comunicaciones por radio, lo que supuso el nacimiento de la radioastronomía y los primeros intentos de utilizar otra parte del espectro electromagnético para observar el cielo. Las partes del espectro electromagnético que la atmósfera no bloqueaba se abrían ahora a la astronomía, permitiendo realizar más descubrimientos.

La apertura de esta nueva ventana al Universo supuso el descubrimiento de cosas totalmente nuevas, por ejemplo los púlsares, que enviaban pulsos regulares de ondas de radio al espacio. Al principio se pensó que las ondas eran de origen extraterrestre porque los pulsos eran tan regulares que implicaban una fuente artificial.

En el periodo posterior a la Segunda Guerra Mundial se multiplicaron los observatorios en los que se construyen y operan telescopios grandes y precisos en buenos lugares de observación, normalmente por parte de los gobiernos. Por ejemplo, Bernard Lovell comenzó la radioastronomía en Jodrell Bank utilizando restos de equipos militares de radar. En 1957, el lugar contaba con el mayor radiotelescopio orientable del mundo. Del mismo modo, a finales de la década de 1960 se inició la construcción de observatorios dedicados en Mauna Kea, en Hawai, un buen lugar para los telescopios visibles e infrarrojos gracias a su gran altitud y a sus cielos despejados.

La siguiente gran revolución en la astronomía fue gracias al nacimiento de la cohetería. Esto permitió colocar telescopios en el espacio en satélites.

Los telescopios espaciales dieron acceso, por primera vez en la historia, a todo el espectro electromagnético, incluidos los rayos que habían sido bloqueados por la atmósfera. Los rayos X, los rayos gamma, la luz ultravioleta y partes del espectro infrarrojo se abrieron a la astronomía cuando se lanzaron los telescopios de observación. Al igual que con otras partes del espectro, se hicieron nuevos descubrimientos.

A partir de los años 70 se lanzaron satélites que fueron sustituidos por otros más precisos y mejores, lo que permitió cartografiar el cielo en casi todas las partes del espectro electromagnético.

A grandes rasgos, los descubrimientos son de dos tipos: cuerpos y fenómenos. Los cuerpos son cosas en el Universo, ya sea un planeta como nuestra Tierra o una galaxia como nuestra Vía Láctea. Los fenómenos son acontecimientos y sucesos en el Universo.

Cuerpos

Por comodidad, esta sección se ha dividido según el lugar en el que se encuentran estos cuerpos astronómicos: los que se encuentran alrededor de las estrellas son cuerpos solares, los que están dentro de las galaxias son cuerpos galácticos y todo lo demás más grande son cuerpos cósmicos.

Solar

• Planetas
• Asteroides
• Cometas

Galáctico

• Estrellas

Objetos difusos:

• Nebulosas
• Agrupaciones

Estrellas compactas:

• Estrellas enanas blancas
• Estrellas de neutrones
• Agujeros negros

Cósmico

• Galaxias
• Cúmulos de galaxias
• Superclusters

Fenómenos

Los eventos de estallido son aquellos en los que se produce un cambio repentino en los cielos que desaparece rápidamente. Se llaman estallidos porque normalmente se asocian a grandes explosiones que producen un "estallido" de energía. Incluyen:

• Supernovas
• Novas

Los sucesos periódicos son aquellos que ocurren regularmente de forma repetitiva. El nombre de periódico viene de periodo, que es la longitud de tiempo que necesita una onda para completar un ciclo. Los fenómenos periódicos incluyen:

• Pulsares
• Estrellas variables

Los fenómenos de ruido tienden a relacionarse con cosas que sucedieron hace mucho tiempo. La señal de estos acontecimientos rebota en el Universo hasta que parece venir de todas partes y varía poco en intensidad. De este modo, es "ruido", la señal de fondo que impregna todos los instrumentos utilizados para la astronomía. El ejemplo más común de ruido es la estática que se ve en los televisores analógicos. El principal ejemplo astronómico es: la radiación cósmica de fondo.

Instrumentos

• Los telescopios son la principal herramienta de observación. Toman toda la luz de un área grande y la ponen en un área pequeña. Esto es como hacer que sus ojos sean muy grandes y potentes. Los astrónomos utilizan los telescopios para observar cosas que están lejos y son tenues. Los telescopios hacen que los objetos parezcan más grandes, más cercanos y más brillantes.
• Los espectrómetros estudian las diferentes longitudes de onda de la luz. Esto muestra de qué está hecho algo.
• Muchos telescopios están en satélites. Son observatorios espaciales. La atmósfera terrestre bloquea algunas partes del espectro electromagnético, pero los telescopios especiales situados por encima de la atmósfera pueden detectar esa radiación.
• La radioastronomía utiliza radiotelescopios. La síntesis de apertura combina telescopios más pequeños para crear un conjunto en fase, que funciona como un telescopio tan grande como la distancia entre los telescopios más pequeños.

Técnicas

Hay formas de que los astrónomos puedan obtener mejores imágenes de los cielos. La luz de una fuente lejana llega a un sensor y se mide, normalmente por un ojo humano o una cámara. En el caso de las fuentes muy tenues, es posible que no haya suficientes partículas de luz procedentes de la fuente para que se pueda ver. Una técnica que tienen los astrónomos para hacerla visible es el uso de la integración (que es como las exposiciones más largas en fotografía).

Integración

Las fuentes astronómicas no se mueven mucho: sólo la rotación y el movimiento de la Tierra hacen que se desplacen por el cielo. A medida que las partículas de luz llegan a la cámara a lo largo del tiempo, inciden en el mismo lugar haciéndolo más brillante y visible que el fondo, hasta que se puede ver.

Los telescopios de la mayoría de los observatorios (y los instrumentos de los satélites) normalmente pueden seguir una fuente mientras se mueve por el cielo, lo que hace que la estrella parezca inmóvil para el telescopio y permite exposiciones más largas. Además, las imágenes pueden tomarse en diferentes noches, por lo que las exposiciones abarcan horas, días o incluso meses. En la era digital, las imágenes digitalizadas del cielo pueden sumarse por ordenador, que superpone las imágenes tras corregir el movimiento.

Óptica adaptativa

La óptica adaptativa significa cambiar la forma del espejo o de la lente mientras se mira algo, para verlo mejor.

Análisis de datos

El análisis de datos es el proceso de obtener más información de una observación astronómica que simplemente mirándola. La observación se almacena primero como datos. A continuación, se utilizan diversas técnicas para analizar estos datos.

Análisis de Fourier

El análisis de Fourier en matemáticas puede mostrar si una observación (durante un periodo de tiempo) está cambiando periódicamente (cambia como una onda). Si es así, puede extraer las frecuencias y el tipo de patrón de onda, y encontrar muchas cosas, incluidos nuevos planetas.

Los púlsares pulsan regularmente en ondas de radio. Estos resultaron ser similares a algunos (pero no todos) de un tipo de fuente brillante en rayos X llamada binaria de rayos X de baja masa. Resultó que todos los púlsares y algunas LMXB son estrellas de neutrones y que las diferencias se debían al entorno en el que se encontraba la estrella de neutrones. Los LMXB que no eran estrellas de neutrones resultaron ser agujeros negros.

Esta sección trata de ofrecer una visión general de los campos importantes de la astronomía.

Astronomía solar

La astronomía solar es el estudio del Sol. El Sol es la estrella más cercana a la Tierra, a unos 92 millones de millas (92.000.000) de distancia. Es la más fácil de observar en detalle. Observar el Sol puede ayudarnos a entender cómo funcionan y se forman otras estrellas. Los cambios en el Sol pueden afectar al tiempo y al clima de la Tierra. Del Sol sale constantemente una corriente de partículas cargadas llamada viento solar. El viento solar que choca con el campo magnético de la Tierra provoca las auroras boreales.

Astronomía planetaria

La astronomía planetaria es el estudio de los planetas, lunas, planetas enanos, cometas y asteroides, así como de otros pequeños objetos que orbitan alrededor de las estrellas. Los planetas de nuestro propio Sistema Solar han sido estudiados en profundidad por muchas naves espaciales visitantes como la Cassini-Huygens (Saturno) y las Voyager 1 y 2.

Astronomía galáctica

La astronomía galáctica es el estudio de las galaxias lejanas. Estudiar las galaxias lejanas es una buena forma de aprender sobre nuestra propia galaxia, ya que los gases y las estrellas de nuestra propia galaxia dificultan su observación. Los astrónomos galácticos intentan comprender la estructura de las galaxias y cómo se forman utilizando diferentes tipos de telescopios y simulaciones por ordenador.

Astronomía de ondas gravitacionales

La astronomía de ondas gravitacionales es el estudio del Universo en el espectro de las ondas gravitacionales. Hasta ahora, toda la astronomía que se ha hecho ha utilizado el espectro electromagnético. Las ondas gravitacionales son ondulaciones en el espaciotiempo emitidas por objetos muy densos que cambian de forma, entre los que se encuentran las enanas blancas, las estrellas de neutrones y los agujeros negros. Dado que nadie ha sido capaz de detectar las ondas gravitacionales directamente, el impacto de la astronomía de ondas gravitacionales ha sido limitado.