esferas celestes

En la antigüedad griega, las ideas de esferas y anillos celestes aparecieron por primera vez en la cosmología de Anaximandro a principios del siglo VI a. C. ^{[ 7 ]} En su cosmología, tanto el Sol como la Luna son aberturas circulares en anillos tubulares de fuego encerrados en tubos de aire condensado; estos anillos constituyen los bordes de ruedas giratorias similares a carros que pivotan sobre la Tierra en su centro. Las estrellas fijas también son aberturas en dichos bordes de rueda, pero hay tantas ruedas de este tipo para las estrellas que sus bordes contiguos forman en conjunto una capa esférica continua que envuelve la Tierra. Todos estos bordes de rueda se habían formado originalmente a partir de una esfera de fuego original que envolvía completamente la Tierra, la cual se había desintegrado en muchos anillos individuales. ^{[ 8 ]} Por lo tanto, en la cosmogonía de Anaximandro , en el principio fue la esfera, de la cual se formaron los anillos celestes, de algunos de los cuales se compuso a su vez la esfera estelar. Vista desde la Tierra, el anillo del Sol era el más alto, el de la Luna el más bajo y la esfera de las estrellas la más baja.

Siguiendo a Anaximandro, su discípulo Anaxímenes ( c. 586/585 a. C. – c. 526/525 a. C. ) sostenía que las estrellas, el Sol, la Luna y los planetas estaban hechos de fuego. Pero mientras que las estrellas estaban fijadas a una esfera de cristal giratoria como clavos o remaches, el Sol, la Luna, los planetas y también la Tierra, simplemente flotaban en el aire como hojas debido a su anchura. ^{[ 9 ]} Y mientras que las estrellas fijas eran llevadas en un círculo completo por la esfera estelar, el Sol, la Luna y los planetas no giraban bajo la Tierra entre la puesta y la salida como lo hacían las estrellas, sino que al ponerse se movían lateralmente alrededor de la Tierra como un gorro que giraba a medias alrededor de la cabeza hasta que volvían a salir. Y a diferencia de Anaximandro, relegó las estrellas fijas a la región más alejada de la Tierra. La característica más perdurable del cosmos de Anaxímenes fue su concepción de las estrellas fijas en una esfera cristalina, como en un marco rígido, lo 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. ^{[ 10 ]} Mucho más tarde, en el siglo IV a. C., el Timeo de Platón propuso que el cuerpo del cosmos tenía la forma más perfecta y uniforme: la de una esfera que contenía las estrellas fijas. ^{[ 11 ]} Pero postulaba que los planetas eran cuerpos esféricos dispuestos en bandas o anillos giratorios, en lugar de llantas de ruedas como en la cosmología de Anaximandro.

En lugar de bandas, Eudoxo, discípulo de Platón, desarrolló un modelo planetario utilizando esferas concéntricas para todos los planetas, con tres esferas para sus modelos de la Luna y el Sol, y cuatro para los modelos de los otros cinco planetas, lo que da un total de 26 esferas. ^{[ 12 ] [ 13 ]} Calipo modificó este sistema, utilizando cinco esferas para sus modelos del Sol, la Luna, Mercurio, Venus y Marte, y conservando cuatro esferas para los modelos de Júpiter y Saturno, lo que da un total de 33 esferas. ^{[ 13 ]} Cada planeta está unido a la más interna de su propio conjunto particular de esferas. Aunque los modelos de Eudoxo y Calipo describen cualitativamente las características principales del movimiento de los planetas, no logran explicar con exactitud estos movimientos y, por lo tanto, no pueden proporcionar predicciones cuantitativas. ^{[ 14 ]} Aunque los historiadores de la ciencia griega tradicionalmente han considerado estos modelos como meras representaciones geométricas, ^{[ 15 ] [ 16 ]} estudios recientes han propuesto que también pretendían ser físicamente reales ^{[ 17 ]} o han abstenido de emitir un juicio, señalando la limitada evidencia para resolver la cuestión. ^{[ 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 se encuentra en el centro del universo y los planetas son movidos por 47 o 55 esferas interconectadas que forman un sistema planetario unificado, ^{[ 19 ]} mientras que en los modelos de Eudoxo y Calipo, el conjunto individual de esferas de cada planeta no estaba conectado con el del planeta siguiente. Aristóteles afirma que el número exacto de esferas, y por lo tanto el número de agentes motrices, debe determinarse mediante investigación astronómica, pero añadió esferas adicionales a las propuestas por Eudoxo y Calipo para contrarrestar el movimiento de las esferas exteriores. Aristóteles considera que estas esferas están hechas de un quinto elemento inmutable, el éter . Cada una de estas esferas concéntricas es movida por su propio dios: un motor divino inmutable e inmóvil , que mueve su esfera simplemente por el hecho de ser amado por ella. ^{[ 20 ]}

En su Almagesto , el astrónomo Ptolomeo (fl. c. 150 d. C.) desarrolló modelos predictivos geométricos de los movimientos de las estrellas y los planetas y los extendió a un modelo físico unificado del cosmos en sus Hipótesis planetarias . ^{[ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]} Al utilizar excéntricas y epiciclos , su modelo geométrico logró mayor detalle matemático y precisión predictiva que la exhibida por los modelos esféricos concéntricos anteriores del cosmos. ^{[ 25 ]} En el modelo físico de Ptolomeo, cada planeta está contenido en dos o más esferas, ^{[ 26 ]} pero en el Libro 2 de sus Hipótesis planetarias Ptolomeo representó gruesas rebanadas circulares en lugar de esferas como en su Libro 1. Una esfera/rebanada es el deferente , con un centro ligeramente desplazado de la Tierra; La otra esfera/rebanada es un epiciclo incrustado en el deferente, con el planeta incrustado en la esfera/rebanada epicíclica. ^{[ 27 ]} El modelo de Ptolomeo de esferas anidadas proporcionó las dimensiones generales del cosmos, siendo la mayor distancia de Saturno 19.865 veces el radio de la Tierra y la distancia de las estrellas fijas al menos 20.000 radios terrestres. ^{[ 26 ]}

Las esferas planetarias se dispusieron desde la Tierra esférica y estacionaria en el centro del universo en este orden: las esferas de la Luna , Mercurio , Venus , Sol , Marte , Júpiter y Saturno . En modelos más detallados, las siete esferas planetarias contenían otras esferas secundarias en su interior. A las esferas planetarias les seguía la esfera estelar que contenía las estrellas fijas; otros estudiosos añadieron una novena esfera para explicar la precesión de los equinoccios , una décima para explicar la supuesta trepidación de los equinoccios , e incluso una undécima para explicar la oblicuidad cambiante de la eclíptica . ^{[ 28 ]} En la antigüedad, el orden de los planetas inferiores no era universalmente aceptado. Platón y sus seguidores los ordenaron Luna, Sol, Mercurio, Venus, y luego siguieron el modelo estándar para las esferas superiores. ^{[ 29 ] [ 30 ]} Otros discreparon sobre la posición relativa de las esferas de Mercurio y Venus: Ptolomeo las colocó ambas debajo del Sol, con Venus encima de Mercurio, pero señaló que otros las colocaron ambas encima del Sol; algunos pensadores medievales, como al-Bitruji , colocaron la esfera de Venus encima del Sol y la de Mercurio debajo de él. ^{[ 31 ]}

A principios del siglo XVI, Nicolás Copérnico reformó drásticamente el modelo astronómico al desplazar la Tierra de su posición central en favor del Sol, aunque tituló su gran obra De revolutionibus orbium coelestium ( Sobre las revoluciones de las esferas celestes ). Si bien Copérnico no aborda en detalle la naturaleza física de las esferas, sus escasas alusiones dejan claro que, al igual que muchos de sus predecesores, aceptaba la no solidez de las esferas celestes. ^{[ 58 ]} Copérnico rechazó la novena y la décima esferas, situó la órbita de la Luna alrededor de la Tierra y trasladó el Sol de su órbita al centro del universo . Las órbitas planetarias orbitaban el centro del universo en el siguiente orden: Mercurio, Venus, la gran órbita que contenía la Tierra y la órbita de la Luna, y luego las órbitas de Marte, Júpiter y Saturno. Finalmente, conservó la octava esfera de las estrellas , que consideraba estacionaria. ^{[ 59 ]}

El autor de almanaques inglés, Thomas Digges , delineó las esferas del nuevo sistema cosmológico en su Perfit Description of the Caelestiall Orbes… (1576). En ella dispuso las «esferas» según el nuevo orden copernicano, expandiendo una esfera para contener «el globo de la mortalidad», la Tierra, los cuatro elementos clásicos y la Luna, y expandiendo la esfera de las estrellas infinitamente para abarcar todas las estrellas y servir también como «la corte del Gran Dios, la morada de los elegidos y de los ángeles celestes». ^{[ 60 ]}

En el siglo XVI, varios filósofos, teólogos y astrónomos —entre ellos Francesco Patrizi , Andrea Cisalpino, Peter Ramus , Robert Bellarmine , Giordano Bruno , Jerónimo Muñoz , Michael Neander , Jean Pena y Christoph Rothmann— abandonaron el concepto de esferas celestes. ^{[ 61 ]} Rothmann argumentó, a partir de observaciones del cometa de 1585, que la falta de paralaje observada indicaba que el cometa estaba más allá de Saturno, mientras que la ausencia de refracción observada indicaba que la región celeste era del mismo material que el aire, por lo que no había esferas planetarias. ^{[ 62 ]}

Las investigaciones de Tycho Brahe sobre una serie de cometas desde 1577 hasta 1585, con la ayuda de la discusión de Rothmann sobre el cometa de 1585 y las distancias tabuladas de Michael Maestlin del cometa de 1577, que pasó a través de las esferas planetarias, llevaron a Tycho a concluir ^{[ 63 ]} que "la estructura de los cielos era muy fluida y simple". Tycho contrapuso su punto de vista al de "muchos filósofos modernos" que dividían los cielos en "varias esferas hechas de materia dura e impermeable". Edward Grant encontró relativamente pocos creyentes en esferas celestes duras antes de Copérnico y concluyó que la idea se popularizó en algún momento entre la publicación del De revolutionibus de Copérnico en 1542 y la publicación de la investigación cometaria de Tycho Brahe en 1588. ^{[ 64 ] [ 65 ]}

En su obra temprana Mysterium Cosmographicum , Johannes Kepler consideró las distancias de los planetas y las consiguientes brechas requeridas entre las esferas planetarias implícitas en el sistema copernicano, que habían sido señaladas por su antiguo maestro, Michael Maestlin. ^{[ 66 ]} La cosmología platónica de Kepler llenó las grandes brechas con los cinco poliedros platónicos , que explicaban la distancia astronómica medida de las esferas. ^{[ 67 ]} En la física celeste madura de Kepler, las esferas se consideraban regiones espaciales puramente geométricas que contenían cada órbita planetaria, en lugar de los orbes físicos giratorios de la física celeste aristotélica anterior. La excentricidad de la órbita de cada planeta definía así los radios de los límites interior y exterior de su esfera celeste y, por lo tanto, su grosor. En la mecánica celeste de Kepler , la causa del movimiento planetario pasó a ser el Sol giratorio, a su vez girado por su propia alma motriz. ^{[ 68 ]} Sin embargo, una esfera estelar inmóvil era un remanente duradero de las esferas celestes físicas en la cosmología de Kepler.