¿Te has preguntado quien fue Johannes Kepler? Pues fue un científico alemán muy importante, que destacó por sus conocimientos en astronomía y filosofía, llegó a crear y demostrar la existencia de las tres leyes del movimiento planetario, que hoy son denominadas las leyes de Kepler. Le invitamos a leer este artículo para conocer más de su vida y su obra.
Biográfia de Johannes Kepler
En su época Johannes Kepler fue tan importante que llegó a trabajar junto con Tycho Brahe, sustituyéndolo posteriormente en el cargo de matemático imperial de Rodolfo II. Debido a sus extraordinarios logros, la Unión Astronómica Internacional bautizó a un astroblema lunar con el nombre de Kepler en 1935. Conozcamos un poco más de su vida
Infancia
El año de su nacimiento fue 1571, en la ciudad alemana de Wurttemberg, que para entonces era un ducado. Desde niño fue una persona aquejada de muchas dolencias, como la miopía, afecciones del estómago y era atormentado por dolores de cabeza. Cuando tenía tres años de edad, contrajo la enfermedad de la viruela, entre cuyos efectos se encontraba debilitar en grado extremo la vista.
Aunque siempre tuvo serios problemas de salud, siempre fue un niño lúcido, con mucha inteligencia, que disfrutaba de causar gran impresión entre las personas que se hospedaban en el hostal de su madre, utilizando para ello sus dotes extraordinarias con las matemáticas. En el año de 1584 logró su ingreso en el seminario protestante de la ciudad de Adelberg.
Estudios
Debido a su probada inteligencia, en el año 1589 comenzó a estudiar Teología en la Universidad de Tübingen. Encontrándose allí, tuvo la oportunidad de tener como profesor de matemáticas a Maestlin, quien ya tenía conocimiento de la teoría heliocéntrica de Copérnico y la compartía ampliamente.
Kepler seguía las enseñanzas de Pitágoras, y creía que Dios era el máximo geómetra, hacedor de un universo armónico, observando en la simplicidad de la teoría pitagórica una característica del plan creador de Dios. Continuó estudiando en Tübingen, incluso luego de haber obtenido una maestría en el año 1591.
Matrimonio
Johannes Kepler se casó en dos oportunidades. Su primer matrimonio, fruto de una absoluta conveniencia, se celebró el 27 de abril del año 1597, con la señorita Bárbara Müller. Este matrimonio, que fue concertado por sus familiares, lo hizo pareja de una mujer rolliza, con un espíritu simple, que tenía un carácter detestable.
Trayectoria académica
En el año de 1594 dejó Tübingen, para dirigirse a Graz, ciudad situada en Austria, en la cual ejerció su carrera como profesor en la universidad, impartiendo las cátedras de Aritmética, Geometría y Retórica, logrando dedicar su tiempo libre a un pasatiempo que fue la Astronomía.
Nos estamos refiriendo a un tiempo en el que no estaba totalmente trazada la diferencia entre la creencia y la ciencia, y la mecánica de la forma en que se desplazaban los cuerpos celestes era aun prácticamente desconocida. De hecho, se afirmaba que tales desplazamientos obedecían a leyes divinas.
Mientras se encontraba en Graz, hizo publicar almanaques que contenían predicciones astrológicas, que eran compuestos por Kepler, aunque no estaba de acuerdo con algunas de las pautas.
Luego, en el año 1600, se fue a vivir a la ciudad de Praga, que es hoy la capital de la República Checa, por invitación del conocido astrónomo Tycho Brahe, quien se comunicó con Kepler, después de haber leído sus publicaciones. El profesor Brahe falleció en el año siguiente y Kepler tomó su puesto como matemático y astrónomo de la corte del emperador.
Por mucho tiempo Johannes Kepler mantuvo una teoría que combinaba el geocentrismo con el heliocentrismo, para luego transformar sus diseños geocéntricos hacia el heliocentrismo. Aunque había logrado su cometido, continuaba encontrando graves discrepancias entre el trayecto que, de acuerdo a sus cálculos, debían efectuar los cuerpos celestes y el que en realidad efectuaban.
Esta conclusión le indujo a elucubrar que, constituyendo el Sol el cuerpo del que emana la fuerza que hace que los planetas giren en su entorno, cuando se aumentaba el trayecto entre un planeta y el Sol, la velocidad a la que se realizaba el movimiento debía reducirse. Para poder efectuar esta afirmación, tuvo que deshacerse de la concepción aceptada hacía miles de años, de que el recorrido que efectuaban los cuerpos celestres se hacía por medio de órbitas de forma circular.
En el año de 1612, obtuvo el honroso cargo de matemático de los estados de la Alta Austria, que componían el distrito de Linz. A despecho de los honores recibidos y de sus descubrimientos, Johannes Kepler no se sentía satisfecho.
Estaba convencido de que la armonía y la simplicidad eran las reglas que gobernaban el Universo, por ello estaba buscando siempre una relación simple, por la que se pudieran explicar los tiempos de revolución de los planetas, hoy conocidos como períodos orbitales, y la distancia hasta el Sol.
Johannes Kepler demoró más de nueve años en conseguir esta relación simple y proceder a formular la tercera ley del movimiento de los planetas, según la cual el período orbital de un planeta es proporcional al semieje mayor de la elipse elevado a 3/2.
En el año de 1628, entró a prestar sus servicios a la orden del A. von Wallenstein, en la ciudad de Sagan, para la época provincia de Silesia, quien le dio su palabra de cancelar la deuda que había contraído con él la Corona en los años que habían transcurrido, pero nunca lo cumplió. Escasamente un mes antes de fallecer, por causa de la fiebre, Johannes Kepler había salido de Silesia para encontrar un nuevo cargo.
Muerte
Johannes Kepler falleció en el año de 1630, en la ciudad de Ratisbona, mientras se desplazaba con su familia desde Linz a Sagan. En su lápida fue grabado el siguiente epitafio, que fue creado por él:
“Medí los cielos, y ahora las sombras mido.
En el cielo brilló el espíritu.
En la tierra descansa el cuerpo.”
Obra científica
En el año de 1594, cuando Johannes Kepler dejó la ciudad de Tübingen y marchó a Graz, en Austria, creó una hipótesis de geometría compleja para tratar de dar explicación a las separaciones entre las órbitas planetarias, que eran imaginadas erróneamente circulares para aquel momento.
Al analizar su hipótesis, Kepler se figuró que la Órbita de los planetas eran elípticas. Pero esas primeras deducciones sólo coincidieron en un 5% con la realidad. También afirmó que el Sol es el que ejerce una fuerza cuya magnitud decrece de manera inversamente proporcional a la distancia y hace que los planetas se desplacen alrededor de sus órbitas.
En el año de 1596, logró publicar un tratado que se llamó Mysterium Cosmographicum. La importancia de esta obra deviene de que fue la expresión de la primera demostración científica extensa y plausible de las ventajas geométricas de la teoría de Copérnico.
Al año siguiente, en 1597, publicó Mysterium Cosmographicum, en el que deja expresa prueba de las conveniencias que, desde la posición de la ciencia geométrica, se derivaban de la teoría del heliocentrismo.
Johannes Kepler fue profesor de astronomía y matemáticas en la Universidad de Graz desde el año 1954 hasta el año 1600, cuando le fue ofrecido el cargo de ayudante del astrónomo danés Tycho Brahe, en el observatorio de Praga. Para el momento en que Brahe murió, en el año de 1601, Kepler asumió su cargo como matemático imperial y astrónomo de la corte del emperador Rodolfo II.
De sus obras producidas en ese período, una de las más relevantes es Astronomía Nova, publicada en el año de 1609. Se trató de la gran recopilación de sus esmerados esfuerzos por calcular la órbita del planeta Marte, por lo que trató casi exclusivamente de plasmar en ella sus cómputos sobre la órbita de este planeta.
En Astronomía Nova introduce dos de sus tres conocidas leyes del movimiento de los planetas, que a día de hoy reciben el nombre de leyes de Kepler. En el año 1610 publicó Dissertatio cum Nuncio Sidereo, que trató sobre las observaciones hechas por Galileo Galilei.
Al año siguiente, pudo efectuar sus propias observaciones respecto a los satélites que fueron descritos por el científico italiano, gracias a la ayuda de un telescopio, publicando los resultados de dichas observaciones en su obra Narratio de Observatis Quatuor Jovis Satellitibus.
Fue nombrado matemático de los estados austriacos en el año 1612. Mientras ejerció ese cargo fijó su residencia en Linz, donde escribió su Harmonices Mundi, Libri (1619), en la que expuso su tercera ley, para demostrar la relación lineal de la distancia promedio de un planeta al Sol.
En el mismo período Johannes Kepler publica el Epitome Astronomiae Copernicanae (1618-1621), donde logra recopilar todos sus descubrimientos en una sola publicación.
La misma relevancia tuvo su primer libro de texto sobre la astronomía que se basó en los principios de Copérnico, y que en las tres décadas siguientes tuvo una extraordinaria influencia, llegando a atraer a muchos astrónomos al copernicanismo kepleriano.
La última obra relevante publicada mientras Kepler aún se encontraba con vida, fueron las Tablas Rudolfinas, en el año de 1625. Teniendo como base la información recopilada por Brahe, las nuevas tablas sobre el movimiento de los planetas lograron reducir los errores medios de la posición real de un planeta de 5 ° a 10′.
Con posterioridad, el matemático y físico inglés sir Isaac Newton, tomó como base las teorías y observaciones del Johannes Kepler, como base teórica para la formulación de su ley de la gravitación universal.
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Kepler también hizo aportes importantes a la óptica, logrando formular lo siguiente:
- Ley Fundamental de la Fotometría
- Reflexión Total
- Primera Teoría de la Visión Moderna
- Desarrolló un Sistema Infinitesimal, antecesor del Cálculo Infinitesimal de Leibnitz y Newton.
Las tres leyes de Kepler
El astrónomo alemán creó las tres conocidas leyes que llevan su nombre, luego de analizar los datos de una gran cantidad de observaciones hechas por Tycho Brahe (1546-1601) acerca de los movimientos de los planetas, en particular sobre el planeta Marte.
Johannes Kepler, haciendo uso de cálculos sumamente complicados, logró concluir que existían diferencias relevantes entre la trayectoria que se había calculado que realizaría el planeta Marte y las observaciones de Brahe, diferencias que llegaban en algunos casos a los 8 minutos de arco, en realidad las observaciones de Brahe tenían una exactitud de aproximadamente 2 minutos de arco.
Estas diferencias encontradas lo ayudaron a descubrir cuál era la real órbita del planeta Marte y de los demás planetas del Sistema Solar.
1ra Ley. Orbitas elípticas
Sostuvo Kepler, contrariamente a la teoría circular, que las órbitas de los planetas son elipses que tienen una pequeña excentricidad y en las cuales el Sol se localiza en uno de sus focos. Si se la mira atentamente, nos da la impresión de que una elipse es originalmente un círculo que ha sufrido un ligero aplastamiento.
En teoría se le da el nombre de elipse a una curva plana y cerrada en la que la suma de la distancia a los focos (puntos fijos, F1 y F2) desde uno cualquiera de los puntos M que la forman es constante e igual a la longitud del eje mayor de la elipse (segmento AB). El eje menor de la elipse es el segmento CD, es perpendicular al segmento AB y corta a este por el medio.
La excentricidad representa el grado de modificación de una elipse. Una excentricidad de cero no existe por tanto sería un perfecto círculo. A mayor modificación de la excentricidad, será mayor la cantidad de ángulos de la elipse.
Las órbitas con ángulos que son iguales a uno se denominan órbitas parabólicas, y mayores a uno se llaman órbitas hiperbólicas.
Si la distancia entre los focos F1F2 es igual a cero, como en el caso del círculo, la excentricidad también dará como resultado cero.
La conclusión a la que llegó Kepler es que las órbitas planetarias son elípticas, con una pequeña modificación o sinuosidad. En el caso del planeta Tierra, el valor de la sinuisidad es de 0.017, el planeta con mayor grado de modificación en su elipse es Plutón con 0.248, y le sigue de cerca Mercurio, con 0.206.
2da. Ley de las órbitas
El radio vector que une a los planetas con el centro del Sol puede recorrer las mismas áreas en el mismo tiempo. La velocidad orbital de un planeta, que es la velocidad a la que se traslada sobre su órbita, es variable, de manera inversamente proporcional a la distancia al Sol. Por ello se concluye que a mayor distancia, la velocidad orbital será menor, mientras que a distancias menores, la velocidad orbital será mayor.
La velocidad orbital de los planetas será la máxima, cuando se encuentren en el punto de su órbita más cercano al Sol, que es denominado perihelio, y tendrán una velocidad mínima en su punto más lejano del Sol, denominado afelio.
El vector de un planeta es la línea imaginaria que une el centro del planeta con el Sol en un momento determinado. Por otra parte, ese vector orbital será igual al la sumatoria de intervalos de tiempo que tarda el planeta en trasladarse de un vector a otro, hasta completar una vuelta.
Con las conclusiones a las que llegó Kepler sobre su análisis de las órbitas elípticas, encontró que a medida que un planta se encontraba más próximo al sol, éste se debería desplazar a mayor velocidad, encontrándose que el tiempo en que un planeta se trasladaba de un vector a otro, debía ser igual para todos los traslados por los vectores siguientes.
3ra. Ley armónica y la estrella de Kepler
En el mes de octubre del año 1604, Johannes Kepler fue capaz de ver la supernova en nuestra Galaxia, que luego sería bautizada por el nombre de estrella de Kepler. Esa misma supernova pudo ser vista por otros científicos europeos, tales como Brunowski en Praga, quien mantuvo correspondencia con Kepler, Altobelli en Verona y Clavius en Roma y Capra y Marius en Padua.
Kepler, con base en los trabajos del Brahe, hizo un análisis pormenorizado de esta aparecida supernova, en su libro De Stella Nova in Pede Serpentarii, por su traducción, la Nueva Estrella en el Pie de Ophiuchus, sentando las bases para su teoría de que el Universo siempre se encuentra en movimiento, y que se encuentra influenciado por modificaciones importantes.
Era tal la intensidad de la estrella, que pudo ser observada a simple vista en el lapso de los 18 meses siguientes a su aparición. Esta estrella supernova está situada sólo a 13.000 años luz del planeta Tierra.
Posteriormente no ha sido posible observar otra supernova dentro de nuestra propia galaxia. En virtud de la evolución del brillo de la estrella que ha podido ser medido y observado, hoy se tiene la creencia de que se trata de una supernova de tipo I.
Resumen de Obras de Kepler
Como fruto de sus investigaciones, llevadas a cabo a lo largo de su vida, Johannes Kepler publicó las siguientes obras, que han sido ordenadas cronológicamente:
- Mysterium cosmographicum (El misterio cósmico, 1596).
- Astronomiae Pars Optica (La parte óptica de la astronomía, 1604).
- De Stella nova in pede Serpentarii (La nueva estrella en el pie de Ophiuchus, 1604). El 17 de Octubre de 1604 Kepler observó la aparición de una nueva estrella. La observación, que fue confirmada por otros astrónomos europeos, despertó profundamente su curiosidad. Además del interés desde el punto de vista astronómico, se trató de una cuestión filosófica esencial, ya que Kepler defendió siempre la teoría de que el universo no era algo estático. En la actualidad se tiene conocimiento de que la Estrella de Kepler era una supernova de clase I.
- Astronomia nova (Nueva astronomía, 1609).
- Dioptrica (Dioptrio, 1611). Con base en la miopía que padecía, Kepler se interesó siempre por la óptica. Las conclusiones prácticas de esta obra dieron lugar a unas gafas o lentes que ayudaban a ver mejor a los miopes y présbitas, contribuyendo igualmente en el diseño de un nuevo telescopio, que fue utilizado para observaciones astronómicas durante años, que recibió el nombre del telescopio Kepler.
- De Vero Anno quo Aeternus Dei Filius Humanam Naturam in Utero Benedictae Virginis Mariae Assumpsit (1613). Debido a los conocimientos especiales que había adquirido, Johannes Kepler escribió esta curiosa y breve obra en la que demostró con datos científicos que Jesús había nacido en el año 4 a.C.
- Epitome astronomiae Copernicanae (publicado en tres partes, 1618-1621).
- Harmonice Mundi (La armonía de los mundos, 1619).
- Tabulae Rudolphinae (1627).
- Somnium (El sueño, 1634), se trata de un relato de fantasía, en el que los protagonistas pueden observar mayestáticos el espectáculo de la Tierra girando sobre sí misma. Debido a esta obra, se ha podido afirmar que Kepler fue el primer autor de ciencia ficción de la historia.
Aparte de su trabajo como astrónomo y matemático, Johannes Kepler llegó a ser un astrólogo muy importante. Dos pronósticos cuyos que tuvieron mucha relevancia, el primero relacionado con las cosechas, y el segundo vinculado a quien ganaría una batalla contra los turcos, le otorgaron prestigio, siendo considerado como un maestro en el arte de interpretar los oráculos de las Estrellas.
Esta actividad, de la cual que Kepler no se sentía particularmente orgulloso, le pudo conceder unos ingresos económicos de importancia en momentos en que sus ingresos estaban pasando por épocas difíciles.
Era tal su inconformidad, que se afirma que Johannes Kepler llegó a decir que la ramera astrología debía mantener a su madre, la astronomía, debido a que los salarios de los matemáticos son tan escasos que, de manera inevitable, la madre tendría que pasar hambre si la hija no obtuviera sustento. Esta afirmación no deja ninguna duda sobre la opinión que tenía Kepler respecto a la astrología.
- Las Tablas Rudolfinas. No es una obra de Johannes Kepler tan famosa como sus conocidas leyes del movimiento planetario, y a pesar de ello, constituyen una de las obras más importantes cumbres de Kepler, porque son un elemento esencial en el inicio de la nueva astronomía.
Esas tablas originalmente fueron un trabajo encargado por el Rey Rodolfo II, por eso llevan el nombre de Rudolfinas. Originalmente fueron encargadas a Tycho Brahe, pero debido a su fallecimiento, el trabajo fue entonces encargado a Kepler, quien aplicó en su elaboración sus nuevas teorías, de manera de poder perfeccionar los cálculos de las posiciones del Sol y la Luna.
Ello le permitió poder calcular los tiempos en que tendrían lugar los eclipses, no solo en aquel momento, sino para cualquier fecha, bien fuera anterior o posterior a la era cristiana.
Al analizarlo, se puede concluir que Las Tablas fue una labor verdaderamente titánica, que ofrece una demostración de los cientos de páginas con miles de cálculos que Kepler tuvo que hacer en el devenir de 22 largos años. Para su suerte, en la realización de una gran cantidad de los cálculos, Kepler pudo utilizar, porque ya habían sido introducidos en las ciencias matemáticas, los logaritmos de Napier, cuya práctica perfeccionó Kepler.
Fue tal la relevancia de Las Tablas Rudolfinas, que repercutieron de manera imprescindible, en la elaboración de calendarios de efemérides y en la navegación durante más de 200 años.