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UNIVERSIDAD DE CHILE Curso EH2801 Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas Prof. José Maza Sancho Departamento de Astronomía 4 Agosto 2016

1.16. Edmond Halley (1656-1742).

1.16.01. Introducción:

Edmond Halley, uno de los adversarios más tenaces del primer astrónomo real, John Flamsteed, fue designado para sucederle en el cargo de Director del Observatorio de Greenwich en 1720. Nació cerca de Londres, el 8 de Noviembre de 1656. Hijo de un próspero comerciante que fabricaba jabones y que fuera asesinado en extrañas circunstancias. Halley mostró interés por la ciencia desde temprana edad. Cursó estudios de astronomía en la Universidad de Oxford, donde se destacó por sus dotes matemáticos, como así también por su conocimiento de latín y griego.

A los veinte años abandona la Universidad, antes de graduarse, para complementar la obra de Hevelio y la que iniciaba Flamsteed en Greenwich, mediante observaciones de posiciones precisas de estrellas australes. Se trasladó a la isla de Santa Elena, que un siglo y medio más tarde se hiciera famosa por ser utilizada como cárcel para Napoleón, en la costa de África. Esa era la posesión inglesa más austral (en latitud 16º sur). Desgracia-damente sus condiciones meteorológicas predominantes no son adecuadas para las observaciones astronómicas. Pese a ello Halley, con un telescopio de 8 m. de distancia focal y un sextante de 1,5 m de radio, midió pacientemente durante 18 meses la posición de las estrellas más brillantes del inexplorado cielo austral. En Santa Elena Halley hizo observaciones de la longitud del péndulo que confirmaron

los resultados encontrados por Richer en Cayena. En 1678 publica su “Catalogus Stellarum Australium” que contiene 381 posiciones estelares. Publicado muchos años antes que el de Flamsteed, el catálogo de Halley tiene el privilegio de ser el primero publicado en base a observaciones hechas con ayuda de un telescopio.

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En Santa Elena observó el tránsito de Mercurio por la faz del Sol, el 7 de Noviembre de 1677, lo que le sugirió su uso para determinar la paralaje solar como veremos más adelante. Esta observación del tránsito de Mercurio era la cuarta de su tipo y la primera que se hizo observando el tránsito de comienzo a fin. En 1679 visitó a Hevelio en Danzing para trabajar con él por un tiempo. Observó con Cassini, en París, el eclipse de 1680. Por su obra astronómica recibió un título honorífico de la Universidad de Oxford, y fue elegido miembro de la Royal Society. Estableció una amistad con Newton que perduró por casi medio siglo. Colaboró con Newton en los Principia, en particular en lo que se refiere a los cometas. Newton demostró que, de acuerdo con su ley de gravitación universal, un cuerpo puede describir alrededor del Sol una órbita elíptica, parabólica o hiperbólica. En particular, Newton mostró que la órbita del cometa de 1680 quedaba muy bien representada por una parábola. Hay que hacer notar que una elipse de gran excentricidad y una parábola son muy difíciles de distinguir sólo con observaciones cerca del perihelio. Por ende es usual hasta hoy que las órbitas de cometas sean primero aproximadas como órbitas parabólicas (e=1.0). 1.16.02. El cometa Halley: Halley calculó, siguiendo los pasos de Newton, las órbitas de 24 cometas aparecidos entre 1337 y 1698. Utilizó los datos disponibles para todos los cometas que encontró en la literatura astronómica. Por simplicidad les calculó una órbita parabólica a todos los cometas, encontrando un acuerdo bastante satisfactorio entre las efemérides calculadas y las observaciones. Advirtió la semejanza entre las órbitas de los cometas de 1682, 1607 y 1531. Los cometas, a diferencia de los planetas poseen órbitas que no tienen preferencia por la eclíptica y el ángulo de inclinación entre el plano de la órbita del cometa y la eclíptica puede ser cualquiera, entre 0 y 360°. Para los tres cometas antes señalados Halley vio que poseían una órbita con la misma inclinación y los demás parámetros orbitales eran muy coincidentes. Dedujo que bien podía tratarse del mismo cometa que describía una órbita elíptica muy alargada en lugar de una parábola, con un período de 76 años. En una memoria publicada en 1716 vuelve al punto y sugiere que los cometas de 1456 y de 1378 sean otras apariciones del mismo objeto. Predijo la reaparición del cometa para 1758, fecha en que regresaría al perihelio. Así ocurrió, por lo cual fue bautizado con justicia como el cometa Halley. Los cometas son cuerpos celestes muy hermosos y en algunos casos llegan a ser espectaculares. Sus extraordinarias colas llegan a extensiones angulares en el cielo de 60° a 90°. Los cometas son cuerpos celestes muy pequeños, tan sólo de unos diez a veinte kilómetros de diámetro, compuestos principalmente por hielos con algunas incrustaciones de partículas de polvo, silicatos y otras. El modelo básico lo denominan como una “bola de hielo sucio”, como una bola de nieve con barro. Al aproximarse al Sol los hielos se subliman y forman una coma en torno al núcleo que puede alcanzar a miles de kilómetros. La radiación solar se encarga posteriormente de “crearle” una cola por la presión de la radiación solar. Los cometas se cree que sólo pueden acercarse al

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Sol unos pocos de miles de veces antes de “derretirse” completamente. Por ello se piensa que hay una gran nube de cometas en el sistema solar (nube de Oort) que orbitan a grandes distancias del Sol [a unas 10.000 unidades astronómicas del Sol] y con períodos de unos pocos millones de años; ocasionalmente alguno de ellos es capturado por Júpiter y puesto en una órbita de corto período que llevará al cometa a su futura destrucción.

Por mucho tiempo se asoció a los cometas, en la superstición de los pueblos, con grandes catástrofes. Por ejemplo Plinio, autor romano que murió en la erupción del Vesubio del año 79 a.C., escribió: “tenemos en la guerra entre Cesar y Pompeyo un ejemplo de los terribles efectos que siguen a la aparición de un cometa ... el astro espantoso que tergiversa las potencias terrestres, mostrando su terrible aspecto”. Los cometas presentaban un doble problema: se ignoraba totalmente su naturaleza y era imposible predecir sus

temidas apariciones. En el marco de la teoría aristotélica se pensaba que los cometas eran exhalaciones terrestres, visibles en la alta atmósfera, mucho más cercanos que la Luna. Tycho Brahe observó varios cometas llegando a la conclusión que no podrían ser emanaciones terrestres o meteoritos cercanos, sino cuerpos distantes, pertenecientes al Sistema Solar. Planteó incluso la posibilidad que orbitaran alrededor del Sol. Kepler creía que se movían en trayectorias rectilíneas cruzando el Sistema Solar. Más tarde, Cassini y Hevelio, después de observar el cometa de 1662, sugirieron que podrían describir órbitas en torno al Sol al igual que los planetas. Hevelio mencionó la posibilidad que las órbitas fuesen parabólicas. Newton fue el primero en demostrar que las órbitas pueden representarse por parábolas con el Sol en el foco. Cometa Halley sobre Nueva York, 1910

Halley publicó en 1705 su estudio sobre cometas, titulado “Treatise of Cometary Astronomy”. Al hacer su predicción que el cometa de 1682 reaparecería en 1758 sabía que habría fallecido para ese año pero señaló: “Si el cometa regresa de acuerdo con nuestra predicción, hacia el año 1758, la posterioridad imparcial no rehusará decir que ello fue descubierto por primera vez por un inglés”. Así fue pues el nombre de Halley acompaña al más

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espectacular de los cometas de período menor de 100 años. El cometa Halley pasó por el perihelio el 13 de marzo de 1759, el 16 de noviembre de 1835 y el 20 de Abril de 1910. La última aparición del cometa Halley ocurrió en 1986. La Tierra no se encontraba en una posición favorable en su órbita al pasar el Halley por el perihelio, por lo cual el paso de 1986 careció de la espectacularidad que ha caracterizado al cometa Halley en otras ocasiones.

Cometa Halley en su paso en 1986 Se espera su regreso por el perihelio para el 28 de Julio del año 2061. En esa ocasión el paso será más favorable. Si así fuere, parafraseando a Halley diré que ojalá, el lector imparcial, recuerde que esto lo leyó, quizás por primera vez, en estos apuntes de historia de la astronomía.

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Órbita del cometa Halley; el 2024 alcanzará el afelio.

1.16.03. Los tránsitos de Venus:

El nombre de Halley será siempre recordado en Astronomía por sus estudios de cometas y por proponer un nuevo método de determinación de la paralaje solar. Este consiste en la observación, desde a lo menos dos lugares de la Tierra, del tránsito de Venus frente al disco solar. Presentó sus argumentos en una memoria publicada en 1716 “Methodus singularis, qua solis parallaxis, ope Veneris...” En ciertas conjunciones inferiores el planeta Venus pasa frente al Sol, viéndose como un punto negro que se desplaza sobre la faz del Sol. Esto ocurre sólo dos veces por siglo. En el momento del transito Venus se encuentra a la distancia mínima de la Tierra. Dos observadores en distintos lugares de la Tierra verán a Venus proyectados sobre diferentes posiciones del disco solar.

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Para el observador "a" Venus describirá la cuerda “gh”, mientras el observador "b" verá a Venus sobre “ef”. Midiendo el tiempo que demora el tránsito para cada observador se puede determinar la distancia angular "cd". Conociendo la distancia entre los dos observadores y la razón TV/VS que se deduce de la tercera ley de Kepler, se puede determinar el valor de "cd", en kilómetros. Por tanto, al conocer el ángulo cVd y el valor de cd en km se obtiene el valor VS en kilómetros y, por ende, la medida de la unidad astronómica de distancia.

Los tránsitos de Venus de 1761 y 1769 permitieron a los astrónomos del siglo XVIII probar el método propuesto por Halley. A pesar de presentar dificultades mayores que las que Halley previó, tal como veremos más adelante, los resultados obtenidos mejoraron bastante la determinación de Cassini del paralaje solar. La mayor dificultad,

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no prevista por Halley, es la imposibilidad de determinar con exactitud el comienzo y el final del tránsito para un observador. La atmósfera de Venus, muy densa, le resta nitidez a dicho instante que puede, según la estimación del observador, diferir en varios segundos, hasta diez o más. Pese a ello los tránsitos de Venus del siglo XVIII, observados por diferentes grupos en distintas partes del globo, permitieron determinar un valor de 8,5 segundos de arco para el paralaje solar, bastante mejor que el valor de Cassini. Este valor, ligeramente menor que el real, por primera vez en la historia sobre-estima el valor de la unidad astronómica de distancia [154.700.000 km en lugar de los actuales 149.600.000 km]. 1.16.04. Movimientos Propios Estelares: Dos años después de la publicación de su método para determinar la paralaje solar, Halley hace un descubrimiento muy importante, al presentar evidencias acerca del movimiento en el cielo de algunas estrellas brillantes. En su memoria titulada “On the change of some of the principal fixed stars”, publicada en 1718, Halley afirma que Arturo, Sirio, Aldebarán y Betelgeuse cambiaron su posición en el cielo desde los tiempos de Ptolomeo. Esos cambios, aunque pequeños en valor, eran demasiado grandes para atribuírselo a errores en las posiciones antiguas. Encontró que Arturo se había movido 1° hacia el sur y Sirio 30'. Esta fue la primera prueba del movimiento de las así llamadas “estrellas fijas”.

Los movimientos estelares han sido plenamente confirmados y hoy en día se conoce el movimiento de muchos miles de estrellas, respecto de los objetos más distantes, el así llamado movimiento propio de las estrellas. El movimiento propio de una estrella es directamente proporcional a su velocidad espacial en el sentido tangencial en el cielo e inversamente proporcional a su distancia. Por ello son las estrellas más cercanas las que, en promedio tienen los mayores movimientos propios. Los valores de los movimientos propios van desde 10 segundos de arco por año para las más rápidas hasta una fracción de un milésimo de segundo por año para las más lentas que se ha medido hasta ahora. Una estrella brillante, de las 6,000 estrellas visibles a simple vista, tienen movimientos propios que no superan los valores de 1 a 2 segundos de arco por año. Por ello sólo fue posible detectarlos comparando catálogos con bases de tiempo de más de mil años (donde los movimientos propios acumulan valores que se acercan a un grado).

Actualmente se pueden medir posiciones estelares con precisiones de una milésima de segundo de arco o menos. Por ello ahora es posible determinar movimientos propios incluso con bases de tiempo de unos pocos años. 1.16.05. Epílogo: En 1693 Halley presentó un trabajo ante la Royal Society donde llama la atención acerca de la dificultad de reconciliar ciertos eclipses de la antigüedad y el movimiento conocido de la Luna. Halley se refiere a la posibilidad de un pequeño aumento en el

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movimiento lunar. Esta irregularidad, conocida como aceleración secular del movimiento medio lunar, fue establecida posteriormente en base a mejores datos, pero es de Halley el mérito de haberlo notado por primera vez. Halley también encontró irregularidades en los movimientos de Júpiter y Saturno que atribuyó correctamente a perturbaciones mutuas. Si bien Halley no pudo calcular dichas perturbaciones, las caracterizó y tomó en cuenta en las tablas planetarias.

A los 63 años, en 1720, Edmond Halley fue nombrado como segundo Astrónomo Real, sucediendo en el cargo de Director del Observatorio de Greenwich a John Flamsteed. La viuda de John Flamsteed retiró del observatorio todos los instrumentos que había

comprado su marido a sus expensas, por considerarlos, con justicia, como patrimonio familiar, procediendo a su venta. Halley, hombre de fortuna personal, no tuvo inconvenientes para equipar al Observatorio de Greenwich de nuevos instrumentos. Al asumir se propuso mejorar las tablas lunares, observando nuestro satélite durante un período de los nodos lunares (período de los “saros”, 18 años y 10 días). Pese a iniciar su proyecto con 64 años de edad alcanzó a completarlo. De sus observaciones lunares descubrió la aceleración secular de la Luna, que fuera más tarde explicada por el gran mecánico celeste francés Pierre Simón Laplace. Edmond Halley murió a la patriarcal edad de 85 años, el 14 de Enero de 1742.

Bibliografía: G. Abetti, “Historia de la Astronomía”, Fondo de Cultura Económica, Breviario#119,

México, 1956, (pp 164-166). F. Arago, “Grandes Astrónomos Anteriores a Newton”, Espasa-Calpe, Buenos Aires,

1962. F. Hoyle, “Astronomy”, Crescent Books, Londres, 1962. E. Maor, “June 8, 2004. Venus in Transit”, Princeton University Press, 2000. P. Moore, “Astronomía”, Vergara, Barcelona, 1963, (pp 80-83). A. Pannekoek, “A History of Astronomy”, Dover Publications, Inc., Nueva York, 1989. D. Papp y J. Babini, “Panorama General de Historia de la Ciencia” , Vol. VII, Espasa-

Calpe, B. Aires, 1954. (pp 138-143).