Mecánica celeste
La mecánica celeste es la rama de la mecánica clásica que estudia el movimiento de los cuerpos celestes , en particular los planetas , satélites naturales y artificiales , asteroides y cometas desde un punto de vista físico-matemático . El principal problema de la mecánica celeste se refiere a la estabilidad del sistema solar . Este problema se puede abordar mediante técnicas matemáticas, conocidas con el nombre de teoría de la perturbación , o mediante integraciones de movimiento realizadas a la computadora de ecuaciones.
Otros problemas interesantes de la mecánica celeste son las resonancias orbitales , las interacciones entre la revolución y la rotación (resonancia espín-órbita), la dinámica de asteroides y objetos de Kuiper , la determinación de las órbitas de sistemas planetarios extrasolares y aplicaciones relacionadas con ' viajes espaciales .
Fondo
El estudio de la mecánica celeste se puede encontrar en todas las civilizaciones antiguas. [2] En los sistemas complejos de la ' astronomía babilónica y la egipcia , por ejemplo, el comportamiento de los ásteres computables mediante modelos matemáticos permitió hacer pronósticos a largo plazo, especialmente en el campo astrológico . [3] La regularidad del mecanismo de los cuerpos celestes, regidos por dioses , permitió marcar la hora con la ayuda de relojes de sol y los primeros relojes astronómicos .
Incluso los pitagóricos concibieron el universo como un cosmos , que es un conjunto ordenado racionalmente que respondía a las necesidades esotéricas y religiosas , en las que los planetas iban haciendo movimientos armónicos según proporciones precisas de los matemáticos , creando un sonido sublime y celestial llamado " música de las esferas ". [4]
El alcance de la astronomía griega pertenecía de hecho al concepto de esferas celestes , es decir, de capas o porciones circulares del cielo que se movían teniendo un solo centro de rotación, la Tierra. En cada uno de ellos había un conjunto de planetas que arrastraban con ellos en su movimiento: por encima del mundo sublunar estaba así el cielo de la Luna , Mercurio , Venus , el Sol , Marte , Júpiter y Saturno . En la cosmología aristotélica y neoplatónica , estas esferas corresponden no solo a un círculo en el espacio , sino también a un estado de conciencia progresivamente superior, cada una presidida por un 'motivo de inteligencia , responsable de su movimiento como expresión de su deseo de adivinar' .
Dado que, sin embargo, los diversos planetas parecían seguir una trayectoria irregular (en griego πλάνητες, planètes, que significa precisamente "errante"), a diferencia del Sol y de las estrellas más distantes y por lo tanto llamado " fijo ", los astrónomos griegos la teoría de que cada de ellos no se había movido por una sino por un conjunto de más bolas, cuyas combinaciones saltaban a causa de los movimientos planetarios de otra manera inexplicables como los retrógrados y su estabilización periódica. [5]
Para llenar más lagunas en la explicación de la mecánica celeste, Apolonio de Perga introdujo un nuevo dispositivo, según el cual los planetas rotarían con velocidad constante en una órbita circular más pequeña llamada "epiciclo", mientras que el centro de este rotaría alrededor de la Tierra. .pasando por un círculo más grande llamado "deferente". De esta forma se podría describir la rotación de los planetas con modelos matemáticos muy cercanos a la realidad, capaces de reproducir movimientos retrógrados e incluso variaciones en la distancia y brillo del planeta. [6]
Finalmente, Claudio Ptolomeo , al intentar crear un modelo lo más preciso posible que no se diferenciara de las observaciones astronómicas, introdujo el concepto de ecuante , perfeccionando la hipótesis del sistema excéntrico según el cual la Tierra no estaba perfectamente en el centro de la órbita. de los cuerpos celestes. Y para abordar el hecho de que incluso las estrellas fijas poseen una cámara lenta desigual, debido a la precesión de los equinoccios, descubierta por Hiparco de Nicea , que parecía remontarse a algunos lugares distintos a la dirección diurna normal, introdujo un noveno cielo arriba. ellos, identificándolo con el primer Aristóteles móvil .
"El lento pero continuo avance que las hipótesis en teoría y la observación en la observación desde el disco de la Tierra Plano-circular d ' Homer llevaron a all'artifiziosa y multifacético equipo de excéntricos y epiciclos, a ofrecer un gran espectáculo y filósofo instructivo, y quien considera bien, no menos interesante que el desarrollo actual de la astronomía moderna por Copérnico hasta el día de hoy ". |
| ( Giovanni Virginio Schiaparelli , Le homocentric spheres, § 1, Pearson Education, Inc., 1875) |
La revolución astronómica
A partir del siglo XVI, con la revolución copernicana que vio la órbita de la Tierra alrededor del sol en un movimiento circular, el movimiento de los planetas y los alargamientos de Mercurio y Venus se explicaron con mayor sencillez, sin recurrir a la complicación de los epiciclos y deferenciales. [8]
Tycho , sin embargo, ideó un nuevo sistema geocéntrico , que tomó el nombre de Tychonic , perfectamente equivalente al modelo heliocéntrico según el principio de relatividad general del movimiento. [9] Reemplazó el concepto de esferas cristalinas rígidamente concéntricas con una visión de órbitas planetarias que se cruzaban entre sí: la Tierra estaba de hecho colocada inmóvil en el centro del Universo, mientras que la Luna y el Sol orbitaban alrededor de ella, alrededor del cual orbitó a su vez los otros cinco planetas entonces conocidos (Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno).
Debe ser Johannes Kepler el regreso a una concepción heliocéntrica, además de la enunciación de las tres leyes que toman su nombre de él, según las cuales el movimiento de los planetas más que circular describía una ' elipse , de la cual el Sol ocupaba una de los quemadores . [10] . Estas leyes, que sentaron las bases de la mecánica celeste moderna, nacieron de la necesidad todavía neoplatónica de un universo armonioso gobernado por jerarquías espirituales . [11]
mecánica celeste moderna.
El tratamiento científico de la mecánica celeste continuó con Isaac Newton , quien introdujo la ley de la gravitación universal en la obra Principia de 1687 . Propuso el término mecánica racional para el estudio del movimiento de los cuerpos celestes. Más de cien años después, Pierre-Simon Laplace para introducir la nomenclatura de la mecánica celeste. Las principales etapas de la astronomía moderna fueron, por tanto, las siguientes:
- En el siglo XVI la revolución copernicana . La teoría heliocéntrica colocó al Sol , no a la Tierra , en el centro del sistema solar .
- En el siglo XVII los estudios de Galileo y Kepler contribuyeron a la afirmación de la visión heliocéntrica.
- En 1687 la ley de la gravitación universal de Isaac Newton , quien introdujo la idea de que los objetos en el cielo y los objetos de la tierra obedecen a las mismas leyes físicas .
- En 1838, Friedrich Wilhelm Bessel midió el primer paralaje y la distancia a otra estrella.
- En el siglo XX, la llegada de la computadora ha aumentado enormemente la velocidad y confiabilidad de cálculos matemáticos complicados, que antes se hacían a mano.
Temas principales
Los cuerpos del sistema solar han sido observados con gran precisión por los astrónomos durante cuatro siglos. Las interacciones mutuas de estos cuerpos, principalmente gravitacionales, dan lugar a movimientos también muy complejos y difíciles de predecir con el grado de precisión que requieren las observaciones. La posición de la luna se conoce, por ejemplo, con un error de unos diez centímetros gracias a la técnica de medición láser .
Son por tanto técnicas muy sofisticadas que se requieren para resolver el problema de los n cuerpos , teniendo en cuenta posibles fuentes de perturbaciones incluso no gravitacionales, como la presión de radiación y la posible presencia de atmósferas, como en el caso de los satélites que orbitan la Tierra. en baja altitud. Incluso limitándose únicamente a los efectos gravitacionales, el problema de los n cuerpos es muy complejo desde un punto de vista matemático, ya que no admite una solución por cuadraturas excepto en el caso de dos cuerpos.
Técnicas de mecánica celeste
Una de las aproximaciones a este problema consiste en estudiar cualitativamente las ecuaciones diferenciales con el fin de determinar algunas características de movimiento global sin necesariamente calcular las órbitas en detalle.
Este estudio cualitativo puede proporcionar información valiosa: en algunos casos es posible establecer que el movimiento de un cuerpo está restringido dentro de una superficie o decidir sobre la estabilidad a largo plazo de una órbita.
Otro abordaje complementario es resolver un problema aproximado, generalmente el problema de los dos cuerpos , y posteriormente agregar las correcciones, pequeños supositorios, que derivan de la presencia de los otros cuerpos.
Finalmente, la tecnología informática moderna resuelve el problema mediante algoritmos adecuados para integrar numéricos . Sin embargo, esta solución al problema no reemplaza por completo a la otra, debido a la sensible dependencia de las condiciones iniciales, típica de los sistemas caóticos .
Nota
- ^ Reconstrucción de ' Astrario de Giovanni Dondi por Luigi Pippa exhibido en el Museo Nacional de Ciencia y Tecnología Leonardo da Vinci , Milán.
- ^ Guido Cossard, cielo perdido. Arqueoastronomía: las estrellas de los pueblos antiguos, § 1, Utet, 2018.
- ↑ Thorwald Dethlefsen , Destiny as a choice, p. 71, Mediterranee, 1984.
- ^ Varios autores, Música, págs. 46-47, Revista internacional de teología y cultura Communio, n. 171, Libro de Jaca, 2000.
- ^ Eudoxo de Cnidus , en Enciclopedia italiana , Instituto de enciclopedia italiano.
- ^ Excéntricas, deferentes, epiciclos y equivalentes , en mathpages.com. Consultado el 25 de mayo de 2014 .
- ^ Diseño Andreas Cellarius , Harmonia macrocosmic seu atlas universalis et novus, totius universes crearon cosmographiam generalem, et novam exhibens (1661).
- ↑ Antonio Vincensi, Man (e) 'the universe. Viaja por el camino de la ciencia, Armando Editore , 2004, p. 102, ISBN 978-88-8358-654-5 .
- ^ Thomas S. Kuhn, La revolución copernicana, p. 204, Harvard University Press, 1957.
- ^ Revolución científica: los protagonistas. Johannes Kepler , en Historia de la Ciencia, Instituto de la Enciclopedia Italiana, 2001-2004.
- ^ Andrea Albini, La caída de la astrología, p. 39, Odradek, 2010.
Artículos relacionados
- Astronomía
- Astrometria
- Efemérides
- Navegación astronómica
- Orbita
- El problema de los n-cuerpos
- Sistema solar
- Esferas celestes
Otros proyectos
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enlaces externos
- (EN) Mecánica celeste , de Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
- Sociedad Italiana de Mecánica Celeste y Astrodinamica SIMCA en mat.uniroma2.it.
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