Última actualizacón: 24 septiembre 2017 a las 12:45
Ayer me despertaba con la noticia de que el telescopio espacial Kepler puede tener los días contados para continuar con su importantísima misión: encontrar planetas terrestres (es decir, aquellos que tienen entre la mitad y dos veces el tamaño de la Tierra), especialmente aquellos que se encuentren en la zona habitable de su estrella donde pueda haber agua líquida y, quizás, vida. Os invito a todos a leer la magnífica (como siempre) entrada del blog Eureka sobre los recientes informes acerca de los progresos de esta misión.
Hace tiempo que rondaba por mi cabeza la idea de escribir sobre ello, pero la inauguración de la XXXVIII edición del Carnaval de física y de la III edición del Carnaval de Humanidades me han llevado por otro camino. He preferido remontarme al pasado y recordar la vida de uno de los más importantes astrónomos de la historia.
Johannes Kepler nació el 21 de diciembre de 1571 en el seno de una familia de religión protestante luterana radicada en la ciudad de Weil der Stadt, en Würtemberg (actual Alemania). Sus dos abuelos gozaban de una buena posición social; tanto Sebald Kepler, un artesano reconocido, como Melchior Guldenmann, que regentaba una hospedería, habían sido alcaldes de sus respectivas ciudades, aunque la familia se encontraba en decadencia. Su padre, Heinrich, era oficial de bajo rango en el ejército del duque de Würtemberg y tanto él como su madre, Catherine, fueron descritos por un Kepler ya adulto en términos poco favorecedores.
Nació prematuramente a los siete meses y quizás por esta circunstancia no gozó de buena salud. Tanto es así que a la temprana edad de tres años contrae la viruela (las secuelas de esta enfermedad le provocarán severos problemas de visión). A pesar de todo y tener una constitución débil, damos las gracias por no haber formado parte de la dura estadística que constata que en el siglo XVI cerca del 20% de los niños morían durante el primer año de vida y casi la mitad no llegaba a los diez años. En definitiva, su infancia se caracterizó, además de por su debilidad física, por la ausencia de su padres ya que Heinrich marchó en 1576 a combatir en los Países Bajos y su esposa se fue con él. Ambos decidieron que el pequeño Johannes quedara al cuidado de su abuelo materno en Leonberg.
La participación de Heinrich en los combates no duró demasiado ―según se mire― y al año siguiente pudo regresar a casa pero, por diversos problemas que no han quedado demasiado claros, se vio obligado a vender todas sus posesiones (Kepler afirmó más tarde que su padre era un pendenciero impenitente). Este revés motivó que toda la familia se estableciera en Leonberg donde se hicieron cargo de la hospedería del abuelo Melchior para poder ganarse la vida.
Para comprender en sus justos términos la mala relación que mantuvo Kepler con sus padres, decir que en una carta a un amigo reconoció que uno de los pocos momentos agradables que pasó junto a su madre y del que guardaba un buen recuerdo fue cuando, en 1577, ésta le animó a observar el cometa que cruzó los cielos.
Ese mismo año Kepler comienza su educación reglada al acceder a la escuela latina de la ciudad.
Debemos tener presente que el acceso a la enseñanza era una actividad voluntaria y muy cara. Por este motivo la familia constituía una importante instancia educativa al asumir los padres, como parte de sus obligaciones, la formación de sus hijos. Sin embargo, como es fácil imaginar, la situación variaba en función del estatus social: los miembros más acaudalados podían escoger el futuro de su progenie, mientras que los campesinos lo que necesitaban era ayuda en las labores agrícolas.
Por otro lado, la educación en Alemania, como en otros muchos lugares de Europa, se encontraba bajo el control de las instituciones eclesiásticas ―ya fueran católicas romanas o protestantes― al tiempo que cada gobernante usaba el sistema educativo como un medio para consolidar la lealtad de sus súbditos. Recordemos que la Europa del siglo XVI se vio sacudida por la fuerte tensión religiosa provocada por la Reforma de Martín Lutero (y que arraigó profundamente en gran parte de Alemania). Lutero consideraba las clases obligatorias y la creación de escuelas como un complemento esencial para la formación religiosa, y dado que la implantación de esta enseñanza universal fue lenta (en la época en que vivió Kepler sólo la mitad de las parroquias tenían una escuela), se idearon otros medios para fomentar al acceso a la educación, como el establecer un sistema de becas para los pobres. De esta forma se esperaba que los jóvenes que se graduasen se convirtieran en maestros, religiosos o funcionarios del Estado.
Centroeuropa en el siglo XVI. Geacron.com.
Desde que empezó a estudiar, la idea de Kepler era acceder a la carrera eclesiástica y aunque terminó su primer ciclo de tres años en 1583 (el retraso estuvo motivado por tener que trabajar en el negocio de su padre), al año siguiente entra en el seminario protestante de Adelberg, y dos años más tarde, en la escuela monástica de Maulbronn, para completar el curso preparatorio de acceso a la universidad. Los años de estudio en Maulbronn se caracterizan por los recurrentes problemas de salud que ya había padecido de niño, así como la pésima situación en el hogar familiar: su padre se marchó de casa tras una fuerte discusión con su madre, muriendo poco después en el extranjero. Todas estas circunstancias no impidieron que obtuviera su diploma, por lo que en 1589 se matricula en la universidad de Tubinga para comenzar los estudios de teología.
Es en esta universidad donde conoce a quien determinará, en gran medida, su destino como científico: su profesor de matemáticas, Michael Mästlin. Era, en privado, uno de los muchos partidarios de la teoría copernicana aunque era muy cauto a la hora de exponer sus puntos de vista por escrito, dados los conflictos religiosos que implicaba. De hecho, en sus clases preparatorias únicamente enseñaba el sistema ptolemaico y reservaba a Copérnico para el curso superior. Fue Mästlin quien le prestó a Kepler su copia de De revolutionibus orbium coelestium («Sobre las revoluciones de las esferas celestes») ―muy anotada por cierto― y éste rápidamente comprendió las ideas esenciales de la teoría de Copérnico. De esta forma Kepler se convirtió en un copernicano convencido, manteniendo una relación muy estrecha con su profesor a lo largo de su vida, y a quien no vaciló en pedirle ayuda o consejo para sus trabajos. Obtiene finalmente la Magister Artium (maestría en artes) en 1591.
Como hemos dicho, Kepler tenía intención de ingresar en la facultad de teología de la universidad de Tubinga tras su graduación, pero dado que en la escuela protestante de Graz había quedado vacante la cátedra de matemáticas, Mästlin le recomienda que acepte el puesto y, de esta forma, con 23 años abandona sus estudios y deja Tubinga para trasladarse a Austria.
Ya en Graz contrajo matrimonio con Bárbara Müller von Mühleck (hija de un rico propietario de molinos) y publicó Mysterium Cosmographicum (1596 – El misterio cosmográfico), al tiempo que obtenía otras ganancias publicando almanaques astrológicos y realizando otras predicciones de este tipo.
Mysterium Cosmographicum.
Esta obra fue la primera decididamente copernicana tras De revolutionibus y le granjeó una fama internacional. En ella exponía los argumentos geométricos que justificaban que la existencia de seis planetas, así como las distancias entre sus esferas en el sistema copernicano. Partiendo de los argumentos de la armonía celeste expuestos por Platón en su Timeo, los modificó y empleó los cinco cuerpos regulares, los sólidos platónicos (tetraedro, cubo, octaedro, dodecaedro e icosaedro), situando a cada uno de los planetas entre dos esferas, rodeado por la exterior y rodeando a la interior, de manera que las distancias resultantes entre las esferas coincidían bastante bien con las distancias relativas obtenidas en las mediciones (salvo la órbita de Mercurio):
La Tierra es el patrón de todas las otras esferas. Circunscribamos un dodecaedro en ella, y la esfera que lo rodea será la de Marte; circunscribamos un tetraedro en la esfera de Marte y la esfera que lo rodea será la de Júpiter, circunscribamos un cubo en la esfera de Júpiter, la esfera que lo rodea será la de Saturno. Coloquemos ahora un icosaedro dentro de la esfera de la Tierra y entonces su esfera inscrita será la de Venus; coloquemos un octaedro dentro de la esfera de Venus y la esfera en que se inscribe será la de Mercurio.
Siendo un hombre de gran vocación religiosa, Kepler veía en su modelo cosmológico una celebración de la existencia, sabiduría y elegancia de Dios. Así, escribió en una carta a Mästlin:
yo deseaba ser teólogo, pero ahora me doy cuenta a través de mi esfuerzo de que Dios puede ser celebrado también por la astronomía
Cuando publicó el libro, Kepler envió un ejemplar a varios de los astrónomos más destacados de la época: Galileo rechazó el trabajo debido a su evidente carácter especulativo (tengamos en cuenta que nos movemos en la época pretelescópica de la astronomía: todas las observaciones se hacían a “simple vista”. La primera exposición de Galileo sobre sus propias observaciones telescópicas, el Sidereus Nuncius, apareció en marzo de 1610). En cambio, Tycho Brahe se sintió inmediatamente intrigado. El trabajo de Kepler le pareció nuevo y excitante, y escribió una crítica detallada en apoyo del libro, aunque al final le aconsejaba que adaptara su modelo a su propio sistema más que al de Copérnico. Es más, le recomendó que le visitara porque sus observaciones podrían ayudarle a precisar más las órbitas que describía. Esta reacción, escribiría Kepler posteriormente, cambió el curso de toda su vida.
Astrónomo y noble danés, Tyge Ottesen Brahe demostró una capacidad y un tesón insuperables en lo tocante a la astronomía, ciencia que estudió desde su juventud con la intención de reformarla basándola en observaciones muy precisas. Desde sus años universitarios se dedicó a construir instrumentos medidores de varios tipos. Brahe tuvo la suerte de encontrar en el rey de Dinamarca, Federico II, un inigualable patrono dispuesto a subvencionarlo más allá de cualquier expectativa razonable: le fue otorgado como feudo la isla de Hven, en Øresund, donde construyó un observatorio ―el más grande de su época― dotado de instrumentos que él mismo había diseñado. Lo llamó Uranienborg («el castillo de Urania» en honor de Urania, la musa de la astronomía). Nada más terminarlo, construyó un anexo bajo tierra ―para protegerse a sí mismo y los instrumentos del duro clima― que llamó Stjerneborg. Sin embargo, tras la muerte del rey de Dinamarca acaecida en 1588, y habiendo perdido el favor de su sucesor el rey Cristian, terminó por abandonar Dinamarca para recalar en la corte del emperador Rodolfo II, quien lo nombró Matemático Imperial.
En septiembre de 1598, el archiduque católico de Graz, que había recibido el encargo de eliminar de Austria el protestantismo, ordenó a quienes profesasen esta creencia herética que se convirtieran al catolicismo o abandonasen la ciudad (según las disposiciones adoptadas en el seno de la Contrarreforma), por lo que Kepler decidió marcharse con su familia a Hungría donde pasaría cerca de un año. En 1599 fue llamado de nuevo para volver a ocupar su puesto de profesor en Graz, pero dado que la ciudad continuaba dividida entre católicos y protestantes, decidió optar por otra vía.
De esta forma, gracias al contacto epistolar que Kepler venía manteniendo con Brahe y tras una larga negociación, en octubre de 1600 se traslada al castillo de Benatky, próximo a Praga, para trabajar junto a él. Kepler era un pragmático que se preocupaba, y mucho, por su situación económica, de ahí que no quisiera abandonar su puesto en Graz sin asegurarse el futuro. Por ello, antes de aceptar la oferta de Brahe, escribió a Mästlin y otros amigos de Tubinga para que intercedieran por él con el duque de Würtemberg y obtener así la cátedra de medicina que había quedado vacante. Cuando conoció sus planes, Brahe le presionó y ofreció una buena renta a expensas del tesoro del reino, consiguiendo que viajara a Praga.
Al principio el danés le trató como un subalterno, controlando minuciosamente sus tareas y sin darle demasiado acceso a los datos observacionales (mucho más precisos que los empleados por Copérnico). Kepler anhelaba ser considerado como un igual y tener cierta independencia, pero el receloso Brahe quería utilizarle tan sólo para establecer su propio modelo del sistema solar, un modelo no copernicano que Kepler no soportaba (en este modelo, la Tierra reposaba en el centro del universo, el Sol y la Luna orbitaban en círculos en torno a ella, mientras que el resto de los planetas describían trayectorias circulares alrededor del Sol). Por su parte, Brahe había hecho acopio de una gran riqueza de datos observacionales, aunque carecía de los instrumentos matemáticos para comprenderlos plenamente.
Al año siguiente, Brahe muere y Kepler lo sustituye en el puesto de matemático y consejero astrológico del emperador Rodolfo II. El salario que recibió del emperador se vio considerablemente reducido por lo que tuvo que acudir de nuevo a las tablas astrológicas y horóscopos para obtener un sobresueldo. No creía demasiado en ellas pero, hombre práctico, sabía que era un medio de obtener dinero. La muerte de Brahe, que parecía ser un problema para nuestro astrónomo, se convierte en una oportunidad inmejorable: consciente de la oportunidad, Kepler se apropia de los anhelados datos de Brahe antes de que pasaran al control de sus herederos que ya habían solicitado que se les entregaran todos los documentos. El resultado fueron las Tablas Rudolfinas, una compilación de los datos de treinta años de las observaciones de Brahe, que en su lecho de muerte le pidió que terminara y que, sin embargo, no fueron publicadas hasta 1627, porque los datos que iba descubriendo le lanzaban constantemente a direcciones muy diversas (gracias a estos valiosos datos, Kepler logró predecir los tránsitos del Sol por Mercurio y Venus aunque no vivió lo suficiente para verlos).
Tras un estudio concienzudo de las anotaciones, especialmente las relativas al movimiento retrógrado de Marte, se dio cuenta de que el movimiento de los planetas no podía ser explicado por su modelo de los poliedros perfectos y armonía de esferas. Hombre profundamente religioso, incapaz de aceptar que Dios no hubiera dispuesto que los planetas describieran en su órbita figuras geométricas simples, se dedicó a probar con toda suerte de combinaciones de círculos. Cuando se convenció de la imposibilidad de lograrlo con círculos, uso óvalos y, al fracasar con ellos, empleó elipses y con ellas sí dio en el clavo.
En 1609 publicó Astronomia nova («Nueva astronomía»), obra dedicada a exponer sus cálculos sobre la órbita de Marte y donde incluye dos de sus tres leyes: los planetas giran en órbitas elípticas con el Sol en uno de sus focos, y lo hacen con mayor velocidad cuanto más cerca del Sol se encuentran (la Tierra, dijo, está más cerca del Sol en enero y más lejos en julio durante su viaje por su órbita). Su segunda ley, la ley de la igualdad de las áreas, establece una línea trazada desde el Sol a un planeta barre áreas iguales en tiempos iguales.
Primera ley de la elipse y segunda ley de las áreas.
Kepler colocó al Sol en el centro de fuerzas del sistema planetario; con su rotación impulsaba a los planetas mediante una especie de fuerza magnética, a los más cercanos más deprisa, y a los más lejanos más despacio. Tenía dos ideas principales en mente: la noción pitagórica de una armonía matemática subyacente, y la convicción de que los cuerpos celestes eran objetos físicos cuyos movimientos estaban producidos por causas naturales.
A mediados de marzo de 1610 Kepler recibió la noticia, a través de un amigo, de que Galileo había descubierto con su telescopio cuatro nuevos planetas. La noticia fue un golpe ya que, de ser cierta la existencia de esos nuevos planetas, su Mysterium quedaba en la cuerda floja ya que el número de seis planetas estaba fundamentado en la existencia de cinco cuerpos platónicos, de manera que un solo planeta de más arruinaría su argumento. Antes de recibir el texto del Sidereus nuncius («El mensaje o mensajero de las estrellas») se tranquilizó pensando que Galileo había descubierto en realidad las lunas de Saturno, Júpiter, Marte y Venus. El 8 de abril recibió el libro con el ruego de que expresara su opinión.
Cuando once días después el correo volvió a Italia llevaba la respuesta de Kepler, que en mayo sería publicada con el título Dissertatio cum Nuncio Sidereo («Conversación con el mensajero de las estrellas»). El Sidereus Nuncius de Galileo y la Dissertatio de Kepler son dos escritos que apenas podrían expresar con mayor claridad la diferente actitud de los dos científicos. Mientras que para Galileo las cosas sobre las que escribía no solo las había visto él primero con el telescopio que había inventado, sino que las había pensado primero; el escrito de Kepler transmitía la idea de que los descubrimientos de Galileo eran una contribución, esencial, a un vasto debate que en parte provenía de la Antigüedad (aunque no dudó en considerar los descubrimientos de Galileo dignos de crédito mucho antes de que él mismo tuviera la oportunidad de comprobarlos con un telescopio).
Frontispicio de la obra Astronomica institutio. Se observa a Aristóteles sentado, a su izquierda vemos a Galileo Galilei y Kepler; mientras que a la derecha figuran Brahe, Copérnico y Ptolomeo.
La situación política en Europa y la enfermedad se cruzarán de nuevo en la vida de Kepler en 1611: las revueltas religiosas llegan a Praga y ponen en peligro su nueva patria de adopción; y es el año en que fallecen su mujer y su hijo predilecto a causa de la peste. Estos acontecimientos, unidos a la muerte del emperador Rodolfo II en 1612 (a pesar de que su sucesor Matías decidiera mantenerle en su puesto) hicieron que Kepler regresara a Linz donde obtiene un puesto de profesor de matemáticas en la Landschaftsschule. Al año siguiente se casa con Susanne Reutinger tras estudiar diez candidatas para que, según sus palabras, pudiera cuidar de Susana, su hija de 10 años, y de Ludwig, su otro hijo de 5. Kepler tendría seis hijos con su nueva esposa, aunque tres de ellos murieron muy pequeños.
En 1615 su madre, que había alcanzado la nada desdeñable edad de 68 años, es acusada de brujería por una mujer que afirmaba que le había intentado envenenar (apuntar que Catherine se había criado con una tía suya que también había sido acusada de brujería y fue quemada en la hoguera). El abogado que se encargó de la defensa no lo hizo demasiado bien y fue condenada y torturada. Sin embargo, en 1620 y tras cinco años de batalla legal, Kepler consiguió una remisión de la pena argumentando que el único problema de su madre era su lenguaje y actitud belicosa. Su madre fue finalmente liberada en septiembre de 1621 aunque murió seis meses más tarde debido al agotamiento físico y mental a que había estado sometida.
Durante esta complicada época de su vida, apartó su atención de las Tablas Rudolfinas (que, como hemos dicho se publicaron en 1627) y empezó a trabajar en un nuevo proyecto. Este vio la luz en 1619 bajo el título Harmonices Mundi (La armonía de los mundos) y constituye una serie de cinco libros donde extendió su teoría de la armonía a la música, la astrología, la geometría y la astronomía. Aquí expone su tercera ley: los cuadrados de los periodos orbitales son proporcionales a los cubos de los semidiámetros orbitales.
La guerra de los treinta años que se inició en 1618 diezmó las tierras austríacas y alemanas y obligó a Kepler a abandonar Linz en 1626 tras un decreto impulsado por la Contrarreforma que obligaba a la salida de todos los protestantes. Finalmente se estableció en la ciudad de Sagan, en Silesia, para entrar al servicio de Albrecht von Wallenstein.
Nos acercamos al final de su vida ya que en 1630 se halló de nuevo en apuros financieros y viajó a Ratisbona donde esperaba cobrar los intereses de algunos bonos que poseía. También intentaba recuperar un dinero que se le debía por su nombramiento de Matemático Imperial así como por la publicación de las Tablas Rudolfinas. Sin embargo, poco después de su llegada tuvo un acceso de fiebre y murió el 15 de noviembre a los 59 años de edad.
Fue un hombre enamorado del orden cósmico y la armonía estética, y todo lo que descubrió estuvo inextricablemente entrelazado con su visión de Dios. En su epitafio, que escribió él mismo, dice:
Medí los cielos; ahora mediré las sombras de la tierra. Mi alma era del cielo, pero la sombra de mi cuerpo reposa aquí.
Kepler construyó un modelo muy ajustado a la realidad del Sistema Solar y completado un programa científico que había dado comienzo en tiempos de los pitagóricos. Sus leyes planetarias inspirarían unos sesenta años más tarde a Isaac Newton quien edificó la estructura teórica que proporcionó el marco de la física y la cosmología durante casi tres siglos. En síntesis, Kepler descubrió cómo orbitan los planetas y, al conseguirlo, allanó el camino para que Newton descubriera el porqué.
Esta es la contribución de Afán por saber al XXXVIII Carnaval de la Física, organizado en esta ocasión por Eureka.
Este post también participa en la III Edición del Carnaval de Humanidades que organiza El Cuaderno de Calpurnia Tate.
