Historias de la ciencia

Si sabéis distinguir la Osa Mayor en el cielo nocturno ya sabréis que tiene cuatro estrellas que forman el carro y tres que forman la cola. Pues bien, la estrella central de esa cola es un sistema doble formado por las estrellas Mizar y Alcor. Es uno de los sistemas dobles más conocidos. Ya los indios y muchos ejércitos europeos antiguos hacían la prueba a los reclutas de ver si podían distinguirlas, pues así sabían si tenían buena vista o no. Los sistemas dobles son muy comunes en el Universo y uno de ellos está implicado en nuestra historia de hoy. Y así, lo podré aprovechar como excusa para hablaros de Bessel, de los Clark y de Hall.

Si eres estudiante de físicas, tarde o temprano te encontrarás con las funciones de Bessel. En realidad, dichas funciones eran de Bernoulli, pero fue Bessel quien las generalizó y quien se llevó la fama por ellas. Friederich Bessel nació en Brandeburgo, en 1784. Era hijo de un funcionario del estado y a los 15 años se puso a trabajar, porque no tenía otro remedio, como aprendiz en una empresa de importación y exportación de diversas mercancías. Como hacía muy bien su trabajo, empezó a prosperar en la empresa. Pero le apasionaba la astronomía y aprendió todo lo que pudo por sí mismo.

Aunque no lo vio, quedó fascinado con el cometa Halley y a los 20 años de edad, escribió un artículo calculando su órbita basado en en las observaciones hechas y compiladas anteriormente. Aunque el trabajo era bastante torpe lo hizo con un rigor asombroso. Envió dichos cálculos al astrónomo más famoso de la época, un tal Olbers, el mismo que formuló la famosa paradoja de Olbers. Quedó tan impresionado que lo publicó y sugirió al joven que solicitara una plaza de ayudante de astrónomo que había vacante en el observatorio de Lilienthal. Sin cobrar, por supuesto, salvo quizás alguna ayuda esporádica. Bessel aceptó y seis años después, en 1810, ya había destacado lo suficiente como para que el rey Federico Guillermo III de Prusia le hiciera superintendente en la construcción de un observatorio en Königsberg.

La obra de Bessel es auténticamente impresionante. Dejó escritos casi cuatrocientos artículos científicos, y algunos extraordinariamente relevantes, como en el que explicaba las funciones a las que hacíamos referencia; calculó las posiciones de 75.000 estrellas y fue el primero en conseguir lo que los astrónomos llevaban buscando desde tres siglos atrás: medir la paralaje de una estrella. En este punto, superó a mentes como la de James Bradley o William Herschel. La paralaje, en realidad, ya había sido utilizada siglo y medio atrás, cortesía de Cassini, pero con objetos más cercanos, como Marte; nunca con una estrella.

Había empezado a fijarse en la 61 Cigny, no porque tuviera un brillo particular, sino porque anteriormente Guiseppe Piazzi había descubierto que tenía un movimiento propio (el movimiento respecto el fondo de estrellas fijas) muy elevado: unos 5,2 segundos de arco por año. Bessel midió cuidadosamente su posición y para ello utilizó un heliómetro que él mismo diseñó y que le construyó nada menos que Joseph von Fraunhofer, otro conocido nuestro (el heliómetro había sido inventado anteriormente por Pierre Bouguer). En 1838 anunció que describía una pequeña elipse en el cielo, siendo el mayor desplazamiento 0,31 segundos de arco. Eso significaba que 61 Cigny estaba 690.000 veces más lejos de la Tierra que el Sol, lo que equivalía a unos once años luz; cinco veces más de lo que había dicho Halley un siglo atrás.

Esto, que pueda parecer una simple curiosidad, tenía unas implicaciones tremendas. Por un lado, acababa definitivamente con la doctrina de que la Tierra está en el centro del Universo, dado que si podemos medir la distancia de una estrella por paralaje quiere decir que la Tierra realmente se mueve por el espacio cambiando de posición; y confirmaba, además, la aberración de la luz descubierta por James Bradley. Por otro lado, también nos hizo ver que el Universo era más grande de lo que se había pensado, pues empezábamos a abarcar las estrellas cercanas. Fue un detonante que hizo que la comunidad astronómica dejara de estudiar tanto el Sistema Solar para empezar a dedicarse a mirar a otras estrellas.

Durante sus últimos años, Bessel también atacó el problema del Sistema Solar. Por aquel entonces, Neptuno todavía no había sido descubierto y Urano presentaba un raro movimiento. Bessel calculó las masas de Júpiter y Saturno con una precisión mayor de la que entonces jamás se había alcanzado y demostró que las irregularidades de Urano no podían ser explicadas por las atracciones de los otros dos gigantescos planetas. Desgraciadamente, murió antes de que pudiera seguir con el problema planteando la existencia de otro planeta, en lo que se hubiera adelantado a John Couch Adams y Joseph Urbain Leverrier.

Funciones con su nombre, paralaje, Sistema Solar. ¿Suficiente? Pues esperad, que todavía hay más.

Si observáis alguna vez el cielo nocturno del hemisferio norte, la estrella más brillante que podáis ver no es otra que Sirio. Ojo, no la confundáis con Júpiter, que en realidad es un planeta. Bien, Sirio está a 8,65 años luz, siendo la quinta estrella más cercana sin contar el Sol. Nuestro héroe estuvo fascinado con Sirio durante diez años. Y cuando digo fascinado, quiero decir que no había noche en la que no midiera su posición entre las demás tareas que tenía como astrónomo profesional.

Aquí he de hacer un incisio. Alguna vez os he explicado que, si pudiéramos observar desde lejos el movimiento de la Tierra alrededor del Sol, veríamos que se mueve en elipses alrededor de este último. Pero si nos acercáramos, descubriríamos que no sería propiamente una elipse, sino que la recorrería zigzagueando alrededor de la línea que la define. ¿La razón? La Luna, que está al lado. En realidad, no es que la Luna gire alrededor de la Tierra, sino que ambas giran en torno a un punto medio entre ambas. Este punto está 81,3 veces más cerca de la Tierra que de la Luna, por la sencilla razón que la Tierra tiene 81,3 veces más masa que la Luna. En nuestro caso es un zigzagueo pequeño, pero ahí está. O sea que, aun sin ver la Luna, podríamos deducir su existencia a partir de los movimientos oscilatorios de la Tierra alrededor del camino ideal. Es así como se descubren muchos objetos astronómicos que no podemos verlos dado su pequeño tamaño o por la razón que sea. Todo esto os lo expliqué con detalle en el artículo que dedicábamos a las perturbaciones.

Pues bien, en 1844, dos años antes de su muerte, Bessel contaba con 60 años. Con esa edad su mente todavía seguía activa y mostró que Sirio no se movía en línea recta, sino que hacía oscilaciones. ¿Cómo era posible? Concluyó que debía estar acompañada por otra estrella, aunque no se la podíamos ver. La llamó la Cachorro de Sirio (cachorro porque Sirio está en la constelación Canis Maior y claro, era la madre) y calculó el periodo orbital en torno a la madre: 50 años. Además, también calculó que la masa de Sirio debía ser 2,3 masas solares y la del Cachorro la misma que nuestro Sol. Por si fuera poco, también descubrió un comportamiento similar en otra estrella llamada Procyon. Por supuesto, todos le creyeron, pues era un astrónomo muy respetado, pero al morir todo el entusiasmo se enfrió.

Hubo que esperar 18 años para resolver la primera parte del enigma gracias a Alvan Clark, un pintor de profesión al que fascinaba la astronomía. Tan fascinado estaba que soñaba con pulir lentes para hacer mejores telescopios. En cuanto pudo, aprovechó para estudiar cómo funcionaban los telescopios cuidadosamente y detectar ligeros errores que lo hacían desviarse del aparato ideal. Así que cerró su taller y se dedicó a aprender a pulir lentes. Pasó años de penosísima labor, puliendo lentes de hasta 20 centímetros pero los astrónomos de la época no confiaban en un desconocido.

Careciendo de dones como vendedor, las montó en sus propios telescopios y pronto empezó a hacer observaciones que requerían lentes excelentes, como la separación de estrellas dobles. Y claro, las noticias llegaron a oídos de un experto en estrellas dobles llamado William Rutter Dawes, quien siguió esas observaciones y se entusiasmó, comprándole varias lentes, una de las cuales acabó en un telescopio que realizó una precursora labor en espectroscopía. En 1859, Dawes invitó a Clark a Londres y se lo presentó a John Herschel entre otros. De golpe, empezó a ser conocido y montó una fábrica en Cambridge, Massachusetts, con la ayuda de sus dos hijos, particularmente el menor, Alvan Graham Clark.

En 1860 les llegó un pedido de una lente de 18 pulgadas (algo más de 41 centímetros; las de hoy día tienen 10 metros) para la Universidad de Mississippi y así superar al Observatorio de Harvard. Querían tener el mayor telescopio refractor de los EEUU de la época. Los Clark tardaron dos años en tenerla lista. Tenían que probarla para ver cuán nítidamente se veían los objetos difíciles de observar. Clark hijo la quiso poner a prueba. ¿Y adivináis dónde apuntó? Pues a Sirio y ¡oh, maravilla! halló una diminuta chispa muy cerca que no pudo encontrar en ninguno de los mapas estelares que poseía. Al principio, pensó que era una imperfección de la lente, pero repetidas observaciones dejaron claro que si la chispa aquella se veía era precisamente porque la lente era excelente.

¿Y qué era? Pues lo que Bessel había dicho prácticamente veinte años atrás: allí estaba la Cachorro, donde debía estar. Mamá Sirio era 23,5 veces más luminosa que el Sol, mientras que el Cachorro era… 0,03 veces. La temperatura de la madre era 9.910 K y la de la Cachorro 27.000 K, lo cual constituye la segunda parte del enigma. Clark recibió la medalla de la Academia de Ciencias Francesa.

La incógnita se extendió hasta bien entrado el siglo XX, en que las llamaron Sirio A y Sirio B. La primera es una estrella madura, aún en pleno esplendor; mientras que Sirio B es una enana blanca. Pero eso es otra historia. El periodo que había calculado Bessel, 50 años, no era del todo exacto. Las mediciones actuales dicen que en realidad es de 49,92 años. Y Procyon B, de la que Bessel había informado de un movimiento similar al del Cachorro, se pudo ver finalmente en 1896. Tanto las Sirio como las Procyon están separadas aproximadamente la misma distancia que hay entre el Sol y Urano.

Fenomenal Bessel, ¿verdad?

Irónicamente, aquella lente que había descubierto al Cachorro nunca llegó a su destino en Mississipi, pues se separó de la Unión y estalló la guerra civil, así que acabó en el Observatorio Dearborn de la Universidad de Chicago.

No puedo resistirme a explicaros un detalle más de las lentes de los Clark. Resulta que cuando acabó la guerra, EEUU entró en una época de gran prosperidad. El Observatorio Naval de EEUU se propuso tener el mejor telescopio que pudiera construirse por valor de 50.000 dólares, así que ese dinero se puso en manos del astrónomo Simon Newcomb. Obviamente, llamó a los Clark, que se pusieron inmediatamente manos a la obra. Un par de años más tarde, el Observatorio Naval tenía un nuevo telescopio refractor de 13 metros de largo con una lente de 66 centímetros de diámetro que pesaba 45 kilogramos. Era la más grande y potente que existía en ese momento.

El que iba a utilizarla era un astrónomo llamado Asaph Hall. Había tenido poca educación formal y se había visto obligado a trabajar de carpintero cuando era adolescente para ayudar a su padre. Pero también le apasionaba la astronomía, y su deseo de mirar a los cielos le hizo aprender todo lo que pudo. Se convirtió en ayudante de astrónomo con un sueldo de tres dólares a la semana, pero pronto se convirtió en profesor de astronomía y fue entonces cuando llegó el telescopio con la lente de los Clark.

En aquel momento, en 1877, Marte estaba a punto de pasar por un lugar de su órbita en que se encontrara lo más cerca de la Tierra que puede estar. Todos los telescopios del mundo apuntaron hacia el planeta rojo. En aquella época no se le había visto satélite alguno y eso planteaba también otro problema. Se conocían satélites en el resto de los planetas a partir de la Tierra, pero no en Marte. Así que, si los tenía, o bien debían ser muy pequeños o estar muy cerca del brillo del planeta o ambas cosas. Y si estaban cerca, debían girar de forma muy rápida alrededor de él.

Hall empezó a mirar y remirar explorando sistemáticamente la superficie de Marte. Once días después, el brillo que reflejaba el planeta le empezó a obstruir las observaciones. Decidió abandonar y fue a casa comunicando a su mujer su decisión. La señora Hall (la maravillosa señora Hall) le dijo: “Inténtalo una noche más”. Y esa misma noche descubrió un diminuto objeto en movimiento cerca del planeta. Desgraciadamente, se acumularon nubes y tuvo que esperar cinco atormentadores días llenos de ansiedad. El 16 de agosto de aquel mismo año reanudó las observaciones y divisó claramente un satélite. Al día siguiente divisó otro. Hall los llamó Fobos y Deimos, por los hijos de Marte, dios de la guerra en la mitología clásica. En 1879 le dieron la Medalla de Oro de la Royal Astronomical Society de Gran Bretaña y uno de los mayores cráteres de Fobos se llama Hall en su honor. Los Clark, por su lado, también tienen un cráter en la Luna y otro en Marte.

Bessel, los Clark y Hall. Grandes hombres que hoy forman parte de la Historia de la Astronomía.

Fuentes:
“El Cosmos en la palma de la mano”, Manuel Lozano Leyva.
“Encilopadia Biográfica de Ciencia y Tecnología (Tomo II)”, Isaac Asimov
“Historia del telescopio”, Isaac Asimov