Johannes Kepler: Pionero de la Astronomía Moderna y su Inmensa Influencia

Johannes Kepler fue un brillante matemático alemán que descubrió las leyes fundamentales del movimiento planetario. Fue una figura clave de la Revolución Científica que sucedió entre los siglos XVI y XVII. Es recordado principalmente por haber descubierto las leyes que rigen el movimiento de los planetas de nuestro Sistema Solar. Su vida estuvo marcada por dificultades personales y persecuciones religiosas, pero esto no le impidió sentar las bases de la astronomía moderna.

Retrato de Johannes Kepler, c. 1610.

Biografía de Johannes Kepler: Orígenes y Formación

Johannes Kepler nació el 27 de diciembre de 1571 en un pequeño pueblo de la actual Alemania. Nació prematuramente, era hipocondríaco y sufrió toda su vida de una salud frágil. A los tres años contrajo viruela, lo que, entre otras secuelas, debilitó seriamente su vista. Era hijo de un mercenario que abandonó a la familia y una madre herborista que fue acusada de brujería. Su padre era mercenario en el ejército del duque de Württemberg, por lo que constantemente participaba en combates. La última vez que éste salió de su hogar Johannes tenía cinco años y se cree que falleció en la guerra contra Holanda. Su madre era hija de un posadero, era curandera y herborista por lo que eventualmente fue acusada de brujería. Su infancia transcurrió entre la inestabilidad y la pobreza. Durante su infancia vivió con su madre en la posada de su abuelo.

Pese a todo, consiguió una beca para estudiar en el Seminario Protestante de Maulbronn y luego en la Universidad de Tübingen. Realizó sus primeros estudios en una escuela de Leonberg y posteriormente en el Seminario protestante de Adelberg. Con la intención de ordenarse como sacerdote, decidió ingresar a la Universidad de Tübingen. Allí se sumergió en el estudio de las matemáticas y la astronomía.

La Fe y la Razón

Durante toda su vida, Kepler fue un hombre profundamente religioso. Veía sus labores como el cumplimiento de su deber cristiano. Creía que, como el ser humano estaba hecho a la imagen y semejanza de Dios, entonces era capaz de comprender el Universo que éste había creado. También estaba convencido, como Platón, de que Dios había hecho el Universo de acuerdo con un plan matemático.

En esa época, los estudiantes universitarios, además de cursar materias como ética, griego y hebreo, tomaban cursos de “matemáticas” que incluían aritmética, geometría, astronomía y música. Kepler tuvo la suerte de que su maestro de astronomía fuera uno de los principales astrónomos de ese momento, Michael Maestlin. En Tübingen, la astronomía geocéntrica era la que se estudiaba, que era la versión del sistema Ptolomeico, en el cual los siete astros distintos a las estrellas conocidos hasta entonces, la Luna, Mercurio, Venus, el Sol, Marte, Júpiter y Saturno, se movían alrededor de la Tierra, la cual permanecía inmóvil en el centro del Universo, relata Julieta Fierro, investigadora del Instituto de Astronomía de la UNAM.

Kepler fue un alumno sobresaliente, por lo que Maestlin lo eligió para enseñarle astronomía más avanzada, introduciéndolo al nuevo sistema cosmológico heliocéntrico de Copérnico, el cual consistía solo de seis planetas que giraban alrededor del Sol, quien estaba al centro del Universo. La Luna era un cuerpo de un tipo hasta entonces desconocido en astronomía y al que Kepler llamó después “satélite”. Kepler se convirtió en un copernicano convencido y mantuvo una estrecha relación con Maestlin durante mucho tiempo.

Mientras Kepler planeaba seguir una carrera religiosa, la escuela de Graz, en Austria, buscaba un profesor de matemáticas, puesto que decidió tomar y dejó Tubinga en 1594. En 1594, aceptó un puesto como profesor en Austria y allí comenzó a desarrollar sus primeras teorías. En Graz, publicó almanaques con predicciones astrológicas pues en esa época la distinción entre ciencia y creencia no estaba establecida claramente y se consideraba que el movimiento de los astros era gobernado por leyes divinas.

Primeras Teorías y Colaboración con Tycho Brahe

Kepler estudió el movimiento de los planetas durante la mayor parte de su vida. Partidario del modelo copernicano, intentó demostrar que las distancias entre los planetas y el Sol venían dadas por esferas en el interior de poliedros perfectos o sólidos platónicos, cuerpos geométricos cuyas caras son polígonos regulares iguales. Kepler veía a Dios como un gran geómetra: su creación respondía a un plan prefijado de distancias y proporciones perfectas. Creía en la armonía del mundo y veía a Dios como un gran geómetra: su creación respondía a un plan prefijado de distancias y proporciones perfectas. Nada podía haber sido fijado al azar. El joven Kepler quería desentrañar el plan de Dios.

El 19 de julio de 1595, mientras enseñaba las conjunciones del zodíaco, Kepler dibujó un triángulo equilátero con un círculo inscrito y otro circunscrito. De repente, pensó que esas proporciones eran casi las mismas que había entre Júpiter y Saturno. Tantos cuerpos como intervalos entre planetas. Y creyó ver en ellos la arquitectura secreta del universo. En su obra "El secreto del universo" (1597), argumentó su modelo:

“La Tierra es la medida para el resto de las órbitas, a ella [la órbita terrestre] se circunscribe un dodecaedro; la esfera que lo comprenda será la de Marte. La órbita de Marte está circunscrita en un tetraedro; la esfera que lo comprenda será la de Júpiter. La órbita de Júpiter está circunscrita por un cubo; la esfera que lo comprenda será la de Saturno. Ahora ubica un icosaedro dentro de la órbita de la Tierra; la esfera inscrita en él será la de Venus. Sitúa un octaedro dentro de la órbita de Venus; la esfera inscrita en él será la de Mercurio. He aquí la causa del número de planetas”.

Kepler envió su libro a astrónomos de la talla de Galileo Galilei y a un aristócrata danés considerado el más preciso observador de los cuerpos celestes, Tycho Brahe. No obstante, tal como dijo Koestler, la historia de la ciencia está llena de verdades estériles y mentiras fértiles, y esta fue una de las segundas.

El Modelo de los Sólidos Platónicos de Kepler

Este es un resumen de la relación propuesta por Kepler entre los sólidos platónicos y las órbitas planetarias en su obra "Mysterium Cosmographicum":

Diagrama del modelo cosmológico de Kepler basado en los sólidos platónicos.

Kepler y su Colaboración con Tycho Brahe

En 1600, Kepler se trasladó a Praga invitado por el reconocido astrónomo danés Tycho Brahe, quien durante veinte años realizó las observaciones más precisas y detalladas del Sol, la Luna y los planetas, empleando astrolabios. La relación profesional entre Kepler y Tycho Brahe fue fructífera, pero también tensa. Brahe había acumulado registros detallados de las posiciones planetarias y era muy celoso con sus datos.

Celoso del trabajo de toda una vida, Tycho solo compartía con Kepler datos aislados e inconexos. Solo le proporcionó información parcial y le asignó el estudio del problema de la órbita de Marte, que presentaba anomalías para el modelo de la época. Un muro de vanidades y desconfianzas se levantaba entre ambos, aunque fue un estudio de la órbita de Marte encomendado por Brahe lo que permitió a Kepler alcanzar sus dos primeras leyes universales. Esta restricción terminó siendo clave para los descubrimientos de Kepler.

Tycho Brahe y Johannes Kepler, una colaboración histórica.

Tycho murió en Praga en 1601, unos años antes de la invención del telescopio. Mucho antes de lograrlo, apenas dieciocho meses después del encuentro entre ellos, Brahe murió tras uno de sus desmesurados banquetes. Sus últimas palabras sonaron como una súplica a Kepler: “Que no parezca que he vivido en vano”. Tras la repentina muerte de Brahe en 1601, Kepler obtuvo el acceso completo a sus registros. Kepler lo sucedió en el puesto de Matemático Imperial y utilizó sus copiosos y valiosísimos datos observacionales para continuar el trabajo que Tycho había iniciado: la determinación de la órbita de Marte, dice Julieta Fierro. Tras su muerte, Kepler lo sucedió como Matemático Imperial de Rodolfo II. Esto le dio acceso a los mejores datos astronómicos de la época. Johannes pudo acceder a las tablas de datos de Tycho y trabajar por fin en plenitud.

Las Tres Leyes del Movimiento Planetario

Durante los siguientes años estudió cuidadosamente esos datos y llegó a conclusiones revolucionarias. El mayor aporte de Kepler fue la formulación de tres leyes. Después de cinco años de un trabajo muy laborioso, Kepler se dio cuenta de que la órbita de este planeta es elíptica (y no circular como se pensaba en esa época) y que el Sol está en uno de sus focos. Cuando realizó las comprobaciones posteriores, valiéndose de dos mediciones raras del archivo del danés, observó que la trayectoria se desviaba en ocho minutos de arco. Por alguna extraña razón, el círculo, la más perfecta de las formas geométricas, no encajaba en la órbita de Marte. Contrariado e ilusionado a la vez, el astrónomo tuvo que despojarse de sus prejuicios para admitir que la órbita que buscaba se ajustaba a una “vulgar” figura ovalada, una elipse con el Sol en uno de sus focos. Esta noción, una vez que se extendió a todos los planetas, se conoce como la primera ley de Kepler.

Primera Ley: Órbitas Elípticas

Señala que los planetas no se mueven en círculos perfectos alrededor del Sol, sino en órbitas elípticas, con el Sol situado en uno de los focos de la elipse. Este descubrimiento rompió con dos milenios de tradición astronómica. Kepler invalidó el viejo axioma del movimiento circular y uniforme de los planetas y anticipó la física de Newton.

Representación de la primera ley de Kepler, mostrando una órbita elíptica con el Sol en uno de los focos.

Segunda Ley: Ley de las Áreas

Meses más tarde descubrió que la línea imaginaria que une al Sol con el planeta recorre áreas iguales en tiempos iguales conforme el planeta recorre su órbita (“La Segunda Ley de Kepler”), es decir, el área se puede usar como medida del tiempo. Kepler descubrió también que un planeta, al avanzar por su órbita, arrastra un área imaginaria en forma de cuña, que es más larga y estrecha cuanto más lejos está del Sol y más ancha y corta cuanto más cerca. Y, a pesar de esas formas distintas, el movimiento de los planetas barría áreas iguales en tiempos iguales. Establece que una línea que conecta un planeta al Sol barre áreas iguales en tiempos iguales. Esto significa que los planetas se mueven más rápido cuando están más cerca del Sol y más lentamente cuando están más lejos. Con esos dos primeros principios, enunciados en la Nueva astronomía, Kepler invalidó el viejo axioma del movimiento circular y uniforme.

Representación de la segunda ley de Kepler, donde áreas iguales son barridas en tiempos iguales.

Tercera Ley: Relación entre el Tiempo Orbital y la Distancia al Sol

Tras varios años, descubrió la tercera ley del movimiento planetario. Kepler completaría su aportación a la ciencia con una tercera ley, publicada en su obra de madurez, La armonía del mundo (1619): “El cuadrado de los períodos orbitales de los planetas [el tiempo que tardan en dar una vuelta alrededor del Sol] es proporcional al cubo de sus distancias medias al Sol”. Establece una relación matemática: el cuadrado del período orbital es proporcional al cubo de la distancia media al Sol. El matemático buscaba una fórmula así desde su juventud, una prueba de que el cosmos estaba ordenado.

Representación de la tercera ley de Kepler, mostrando la relación entre el período orbital y la distancia al Sol.

Trabajó hasta su muerte en 1630, a los 58 años.

Impacto y Legado

El trabajo de Kepler sentó las bases para la física moderna y la astronomía. Sus leyes del movimiento planetario no solo fueron fundamentales para el desarrollo de la teoría gravitacional de Isaac Newton, sino que también ayudaron a desmantelar el modelo geocéntrico del universo, que había dominado durante siglos. Las leyes empíricas de Kepler mostraron patrones que Newton luego explicó teóricamente con su ley de gravitación universal. Esa norma fue esencial para que Newton formulase la ley de la gravitación universal, la respuesta a la pregunta esencial de la cosmología: ¿por qué se mueven los planetas?

Además de sus contribuciones a la astronomía, Kepler también entró en la óptica y la geometría. También realizó trabajos importantes en óptica, en matemáticas y completó las Tablas Rudolfinas, instrumentos astronómicos que sirven para hacer más fáciles los cálculos necesarios para determinar las posiciones de los planetas, cuya precisión ayudó a establecer la veracidad del sistema heliocéntrico. Su libro «Astronomia Nova» describía sus descubrimientos y teorías, y su obra «Harmonices Mundi» exploraba las relaciones matemáticas detrás de la música y el cosmos.

Kepler fue el primero en describir correctamente el movimiento planetario. La figura de Johannes Kepler es un referente indispensable en la historia de la ciencia. Su vida, marcada por la búsqueda incansable de la verdad y el conocimiento, se ha convertido en un símbolo de la curiosidad humana y el deseo de comprender el universo. Kepler no solo transformó nuestra comprensión del movimiento planetario, sino que también nos enseñó que, al igual que los planetas, nuestras ideas pueden moverse en órbitas nuevas y sorprendentes.