I. LOS TELESCOPIOS
LA HISTORIA del telescopio es una de las m�s interesantes e importantes en la trayectoria de la evoluci�n de la ciencia. Gracias a este instrumento se han logrado descubrimientos cient�ficos maravillosos que m�s tarde se describir�n en este libro. El inter�s sobre el telescopio se despert� intensamente tan pronto se le descubri�, pues le dio al hombre algo de sensaci�n de poder al permitirle observar lo que suced�a a distancias grandes de �l y ampliar as� su campo de acci�n. Esto es rigurosamente cierto, ya que el conocimiento humano estaba confinado a los l�mites terrestres, pero con las primeras observaciones astron�micas se ampli� a todo el Sistema Solar, y m�s tarde a todo el Universo.
A fin de comprender bien los hechos que condujeron a su invenci�n, debemos primero examinar los or�genes de la �ptica. Quiz� la primera lente que hubo en el mundo fue la que Construy� Arist�fanes con un globo de vidrio soplado, lleno de agua, en el a�o 424 a.C. Sin embargo, la construcci�n de �sta no ten�a el prop�sito de amplificar im�genes, sino de concentrar la luz solar. Naturalmente, el inter�s en el fen�meno de la refracci�n de la luz se hab�a despertado desde mucho antes; los primeros estudios experimentales los realiz� Alhazen en Arabia, alrededor del a�o 1000 a.C. Estos estudios fueron realmente primitivos, y no lograron llegar a descubrir la ley f�sica que gobierna la luz.
Despu�s del globo de Arist�fanes tuvieron que pasar casi 1 500 a�os, hasta que en el a�o 1200 d.C. el fraile franciscano ingl�s Roger Bacon tall� los primeros lentes con la forma de lenteja que ahora conocemos. En su libro Opus maius, Bacon describe muy claramente las propiedades de una lente para amplificar la letra escrita.
El siguiente paso obvio era montar las lentes en una armaz�n que permitiera colocar una lente en cada ojo con el fin de mejorar la vista de las personas con visi�n defectuosa. Esto se hizo en Italia casi un siglo despu�s, entre los a�os 1285 y 1300 d.C. Queda, sin embargo, la duda de si fue Alexandro della Spina, monje dominico de Pisa, o su amigo Salvino de Armati, de Florencia.
La historia del telescopio propiamente dicha comienza a fines del siglo XVI o principios del XVII. Se han mencionado tres posibles inventores. El primero de ellos es el italiano Giambattista della Porta, quien en 1589 hizo en su libro De magiae naturalis una descripci�n que parece ser la de un telescopio. Sin embargo, la mayor�a de los historiadores creen que no fue �l el descubridor, aunque quiz� estuvo a punto de serlo.
Otro posible inventor que se ha mencionado es Zacarias Jansen, en 1590, en Holanda, pues se han encontrado escritos donde se afirma esto. Sin embargo, hay serias razones basadas en la personalidad de Jansen para creer que son afirmaciones falsas.
El m�s probable descubridor es el holand�s Hans Lippershey, quien seg�n cuidadosas investigaciones hist�ricas se ha confirmado que construy� un telescopio en el a�o de 1608. Lippershey era fabricante de anteojos en Middlesburgh, Zelandia, y nativo de Wesel. No era muy instruido, pero a base de ensayos descubri� que con dos lentes, una convergente lejos del ojo y una divergente cerca de �l, se ve�an m�s grandes los objetos lejanos. Lleg� incluso a solicitar una patente, pero por considerarse que el invento ya era del dominio p�blico, no le fue otorgada. Esta negativa fue afortunada para la ciencia, pues as� se difundi� m�s f�cilmente el descubrimiento. Como es de suponerse, Lippershey no logr� comprender c�mo funcionaba este instrumento, pues lo hab�a inventado �nicamente a base de ensayos experimentales sin ninguna base cient�fica. El gobierno holand�s regal� al rey de Francia dos telescopios de Lippershey. Estos instrumentos se hicieron tan populares que en abril de 1609 ya pod�an comprarse en las tiendas de los fabricantes de lentes de Par�s.
Figura 1. Galileo Galilei Linceo (1564-1642). (Copia al �leo de Zacar�as Malacara M. )
Figura 2. Willebrord Snell (1591-1626). (Copia al �leo de Zacar�as Malacara M.)
Galileo Galilei (Figura 1) se enter� de la invenci�n de Lippershey en mayo de 1609, cuando ten�a la edad de 45 a�os y era profesor de matem�ticas en Padua, Italia. Estaba en Venecia cuando oy� de esta invenci�n, as� que inmediatamente regres� a Padua, y antes de 24 horas hab�a construido su primer telescopio, con lentes que encontr� disponibles. Este instrumento consist�a simplemente en dos lentes simples, una plana convexa y una bic�ncava, como se muestra en la figura 3(a), colocadas en los extremos de un tubo de plomo, el cual ten�a una amplificaci�n tan s�lo de 3X. Los resultados fueron tan alentadores para Galileo que inmediatamente se dio a la tarea de construir otro con una amplificaci�n de ocho. El 8 de agosto de 1609 Galileo invit� al Senado veneciano a observar con su telescopio desde la torre de San Marcos y m�s tarde se lo regal�, con una carta en la que les explicaba su funcionamiento. Sus amigos en Venecia se quedaron maravillados, pues con el telescopio pod�an ver naves situadas tan lejos que transcurr�an dos horas antes de que se pudieran ver a simple vista. Era evidente la utilidad de este instrumento en tiempos de guerra, pues as� era m�s f�cil descubrir posibles invasiones por mar. El Senado de Venecia, en agradecimiento, duplic� a Galileo el salario a 1 000 escudos al a�o y lo nombr� profesor vitalicio de Padua, ciudad perteneciente a Venecia.
Figura 3. Esquema �ptico del anteojo de Galileo. (a) Pupila de salida sobre el objetivo. (b) Pupila de salida sobre la pupila del ojo .
A diferencia de Lippershey, Galileo comprendi� un poco mejor c�mo funcionaba el telescopio, lo cual le permiti� construir uno con amplificaci�n de 30X. Este telescopio se encuentra ahora en el Museo de Historia de la Ciencia en Florencia. Con �l pudo descubrir en Padua los sat�lites de J�piter y los cr�teres de la Luna. La desventaja de este instrumento es que su campo era tan peque�o que abarcaba apenas un poco menos que la cuarta parte del di�metro de la Luna.
En julio de 1610 observ� Saturno, pero no pudo ver bien los anillos y tuvo la impresi�n de que el planeta estaba en realidad formado por tres grandes cuerpos en l�nea: Al cambiar la orientaci�n del anillo y quedar de perfil, los dos cuerpos laterales desaparecieron, lo que no pudo entender Galileo. Fue hasta 40 a�os despu�s cuando Huygens, en Holanda, descubri� que en realidad se trataba de un anillo. M�s tarde, en Florencia, Galileo descubri� las fases cambiantes de Venus.
En marzo de 1610, en Venecia, publica Galileo un peque�o libro de tan s�lo 24 hojas, titulado Sidereus nuncius, que significa "El mensajero de las estrellas", en el que describe sus observaciones astron�micas con el telescopio. En �l usa Galileo un lenguaje muy claro y directo poco com�n en su �poca, que hac�a marcado contraste con el exuberante y barroco estilo de la �poca. Este librito tiene una gran repercusi�n y popularidad que aumenta mucho la fama de Galileo. Es importante, sin embargo, hacer notar que los descubrimientos que se anunciaban no eran todos originales ni todos exactos. Galileo no era el primero ni el �nico cient�fico en haber dirigido su telescopio al cielo, pero si el primero en publicar sus observaciones. Gracias a su lenguaje claro, este librito, que se pod�a leer en tan s�lo una hora, logr� una popularidad mucho mayor que la de cualquier otro libro cient�fico de la �poca.
Johannes Kepler, astr�nomo alem�n de gran reputaci�n en Europa, recibi� una copia de "El mensajero de las estrellas" de manos del embajador toscano en Praga, con una solicitud indirecta de Galileo de que le diera su opini�n sobre el libro. Kepler no pose�a ning�n telescopio, por lo que no estaba en posibilidad de confirmar directamente los descubrimientos de Galileo. Sin embargo, basado en la reputaci�n de Galileo, Kepler crey� todo lo que ah� se dec�a, por lo que se mostr� muy entusiasta. En una carta muy amable y elogiosa contest� Kepler a Galileo, rog�ndole que le prestara un telescopio para repetir las observaciones y ofreci�ndole ser su escudero. Galileo no s�lo no le prest� el telescopio sino que ni siquiera le contest� su carta.
En marzo de 1611 Galileo fue a Roma a mostrar su telescopio a las autoridades eclesi�sticas. Como resultado, fue invitado a ingresar a la selecta Accademia dei Lincei (ojos de lince), presidida por el pr�ncipe Federico Cesi, y ofrecieron un banquete muy importante en su honor. Cuando llegaron los invitados, observaron a trav�s del telescopio lo que hab�a a varios kil�metros de distancia. Despu�s de la cena observaron a J�piter con sus sat�lites. M�s tarde desmantel� el telescopio para que todos pudieran ver las dos lentes que lo formaban. A este instrumento le hab�an dado el nombre en lat�n de perspicillum o instrumentum, pero se dice que fue en este banquete cuando p�blicamente el pr�ncipe Cesi introdujo la palabra telescopio.
Galileo fue bien recibido en Roma, con los m�ximos honores. El cardenal Del Monte escribi� en una carta: "Si a�n estuvi�ramos viviendo en la antigua Rep�blica de Roma, creo realmente que habr�a una columna en la capital erigida en honor de Galileo." Se entrevist� primero con el cardenal Barberini, que m�s tarde ser�a el papa Urbano VIII; tambi�n se entrevist� con el papa Paulo V, en una audiencia muy amistosa.
En junio de ese a�o, Galileo descubri� las manchas en el Sol, y con ello su periodo de rotaci�n, proyectando la imagen en una pantalla para evitar lastimarse los ojos.
Hasta 1611 no se hab�an manifestado en Roma problemas teol�gicos por los descubrimientos de Galileo. Por el contrario, los astr�nomos jesuitas, que eran la punta de lanza intelectual de la Iglesia cat�lica, confirmaron con sus observaciones, y aun ampliaron y mejoraron, los descubrimientos de Galileo.
Es justo mencionar aqu� que las observaciones de Galileo ciertamente demostraban que el sistema geoc�ntrico de Tolomeo estaba equivocado, pero no pod�an demostrar si el sistema correcto era el de Ticho Brahe (tic�nico) o el de Nicol�s Cop�rnico (copernicano). Recordemos que el sistema de Tolomeo supon�a a la Tierra en el centro y al Sol y los planetas girando alrededor de ella, en �rbitas circulares. El sistema tic�nico supon�a tambi�n que la Tierra estaba fija, con el Sol movi�ndose alrededor de ella, pero los dem�s planetas se mov�an alrededor del Sol. �ste es obviamente un sistema intermedio entre el tolemaico y el copernicano. Algunos movimientos oscilatorios de los planetas, y la ausencia de un paralaje que no se hab�a podido detectar, no se pod�an explicar con el sistema copernicano, pero s� con el tic�nico. Estos movimientos quedan perfectamente explicados s�lo si el sistema copernicano de �rbitas circulares se modifica con la introducci�n de las �rbitas el�pticas, como Kepler ya lo hab�a postulado con sus tres leyes. Muy extra�amente, Galileo nunca acept� el sistema de Kepler, y daba como cierto el sistema copernicano sin ninguna reserva.
El Colegio Romano aceptaba el sistema de Ticho Brahe, porque el sistema copernicano o el de Kepler parec�an estar en contra de las Sagradas Escrituras.
Los problemas comenzaron cuando un monje de nombre Sizi asegur� que la existencia de los sat�lites de J�piter era incompatible con las Sagradas Escrituras. Para empeorar la situaci�n, en 1612 el astr�nomo jesuita Christopher Scheiner hab�a observado las manchas solares, pero pens� que el Sol no ser�a perfecto si �stas fueran muchas, como lo afirmaba Galileo, y que por lo tanto �stas eran sin duda peque�os planetas que pasaban frente a �l. Galileo demostr� en Cartas sobre las manchas solares, de manera muy convincente, que en realidad eran manchas, pero adem�s en ellas defend�a con vigor el sistema copernicano. Esta publicaci�n despert� inmediatamente fuertes pol�micas, pero no el rechazo oficial de la Iglesia. Al contrario, los cardenales Barromeo y Barberini (futuro papa Urbano VIII) le escribieron cartas muy elogiosas en las que le manifestaban su admiraci�n. El ataque contra Galileo se origin� en acad�micos mediocres tanto laicos como miembros de la jerarqu�a eclesi�stica. Quiz� las discusiones hubieran cesado pronto si Galileo se queda callado, pero esto no era posible dado su car�cter. Es muy interesante conocer una carta escrita por Galileo a Kepler, durante esta �poca, y que contiene los siguientes p�rrafos:
Los hechos que se desarrollaron despu�s son sumamente complicados, pero desembocaron en que se le pidi� a Galileo en su siguiente viaje a Roma, en 1616, que no sostuviera ni defendiera en adelante que el Sol era el centro del Universo ni que la Tierra no lo era. Lo amenazaron dici�ndole que si se negaba a obedecer no le volver�an a permitir ense�ar.
Galileo no tom� en cuenta esta amenaza, por lo que la completa desobediencia a esta orden trajo como consecuencia que se le sometiera a nuevo juicio. El resultado fue que tuvo que prometer que no volver�a a ense�ar la teor�a copernicana, aunque es un mito la afirmaci�n de que jur� obediencia y que mientras lo hac�a dec�a en secreto "y sin embargo se mueve", refiri�ndose a la Tierra. El castigo fue una casi total prisi�n, aunque con todas las comodidades, en su villa de Arcetri en Florencia, durante los �ltimos nueve a�os de su vida. Muri� casi ciego en 1642, el mismo a�o que naci� Isaac Newton. Sus �ltimos a�os los dedic� a impartir clases a sus alumnos y a buscar nuevos m�todos de tallado de las lentes. Fue en estos a�os cuando public� su libro Di�logos acerca de dos nuevas ciencias, en el que establece las bases de la mec�nica, el cual es su obra fundamental.
Sus huesos descansan en el Pante�n de los Florentinos, en la iglesia de la Santa Cruz, cerca de los de Miguel �ngel y Maquiavelo, con el epitafio de las palabras que nunca pronunci�: eppur si muove (sin embargo se mueve).
ALGUNOS DESARROLLOS POSTERIORES A GALILEO
En agosto de 1610 el arzobispo Ernesto de Colonia le regal� un telescopio a Johannes Kepler, quien lo estudi� muy cuidadosamente y por primera vez pudo dar una explicaci�n satisfactoria de su funcionamiento. Sus resultados los describi� m�s tarde en un libro monumental de �ptica geom�trica, llamado Dioptrice. Aunque no encontr� Kepler la ley de la refracci�n, desarroll� una teor�a muy completa de la �ptica geom�trica e instrumental, de la que se pod�an deducir los principios del funcionamiento del telescopio. En este libro Kepler sugiri� substituir la lente divergente, que va cerca del ojo, por una convergente, como se ve en la figura 4(a). Sin embargo, se cree que esta sugerencia la puso en pr�ctica el profesor jesuita Christopher Scheiner, que se mencion� antes por su oposici�n a creer en la existencia de las manchas solares hasta seis a�os m�s tarde, en 1617. Con ello se logr� aumentar el campo visual, a costa de invertir la imagen, o lo que es lo mismo, rot�ndola 180 grados. El problema que surgi� es que las aberraciones se hicieron m�s notables, deteriorando as� la calidad de la imagen.
Figura 4. Esquema �ptico del anteojo de Kepler. (a) Con ocular sencillo. (b) Con ocular de Huygens.
Un poco m�s tarde, Huygens sustituy� el ocular convergente simple por un sistema compuesto por dos lentes, como se ve en la figura 4(b). La nueva lente est� muy cerca del plano focal del objetivo y su funci�n es aumentar a�n m�s el campo visual, acercando la pupila de salida al ocular, como se ver� en la secci�n sobre oculares. Este tipo de ocular se sigue a�n usando en los microscopios y en algunos telescopios peque�os.
A pesar de los grandes avances en el dise�o y fabricaci�n de telescopios, es interesante saber que la formulaci�n matem�tica de la ley de refracci�n la logr� Willebrord Snell (Figura 2) en Holanda en el a�o de 1621.
