Johannes Kepler

(Würtemburg, actual Alemania, 1571-Ratisbona, id., 1630) Astrónomo, matemático y físico alemán. Hijo de un mercenario –que sirvió por dinero en las huestes del duque de Alba y desapareció en el exilio en 1589– y de una madre sospechosa de practicar la brujería. Johannes Kepler fue un niño enfermizo que padecía de furúnculos, dolores de cabeza, miopía, infecciones de la piel, fiebres y afecciones al estómago y a la vesícula. A la edad de cuatro años, casi muere debido a una gran viruela.

A pesar de todo Kepler logro superar las secuelas de una infancia desgraciada devido a sus enfermedades y por vivir a  la merced de su tenacidad e inteligencia. Tras estudiar en los seminarios de Adelberg y Maulbronn, Kepler ingresó en la Universidad de Tubinga (1588), donde cursó los estudios de teología y fue también discípulo del copernicano Michael Mästlin. En 1594, sin embargo, interrumpió su carrera teológica al aceptar una plaza como profesor de matemáticas en el seminario protestante de Graz.
Cuatro años más tarde, unos meses después de contraer un matrimonio de conveniencia, el edicto del archiduque Fernando contra los maestros protestantes le obligó a abandonar Austria y en 1600 se trasladó a Praga invitado por Tycho Brahe. Cuando éste murió repentinamente al año siguiente, Kepler lo sustituyó como matemático imperial de Rodolfo II, con el encargo de acabar las tablas astronómicas iniciadas por Brahe y en calidad de consejero astrológico, función a la que recurrió con frecuencia para ganarse la vida.

En 1611 fallecieron su esposa y uno de sus tres hijos; poco tiempo después, tras la muerte del emperador y la subida al trono de su hermano Matías, fue nombrado profesor de matemáticas en Linz. Allí residió Kepler hasta que, en 1626, las dificultades económicas y el clima de inestabilidad originado por la guerra de los Treinta Años lo llevaron a Ulm, donde supervisó la impresión de las Tablas rudolfinas, iniciadas por Brahe y completadas en 1624 por él mismo utilizando las leyes relativas a los movimientos planetarios que aquél estableció.

En 1628 pasó al servicio de A.von Wallenstein, en Sagan (Silesia), quien le prometió, en vano, resarcirle de la deuda contraída con él por la Corona a lo largo de los años. Un mes antes de morir, víctima de la fiebre, Kepler había abandonado Silesia en busca de un nuevo empleo.

La primera etapa en la obra de Kepler, desarrollada durante sus años en Graz  donde elaboró una hipótesis geométrica compleja para explicar las distancias entre las órbitas planetarias, que se consideraban circulares erróneamente. Kepler planteó que el Sol ejerce una fuerza que disminuye de forma inversamente proporcional a la distancia e impulsa a los planetas alrededor de sus órbitas. Se centró ademas en los problemas relacionados con las velocidades variables con que los planetas recorren sus orbitas,  para lo que partió de la concepción pitagórica según la cual el mundo se rige en base a una armonía preestablecida. Tras intentar una solución aritmética de la cuestión, creyó encontrar una respuesta geométrica relacionando los intervalos entre las órbitas de los seis planetas entonces conocidos con los cinco sólidos regulares. Juzgó haber resuelto así un “misterio cosmográfico” que expuso en su primera obra, Mysterium cosmographicum (El misterio cosmográfico, 1596) , de la que envió un ejemplar a Brahe y otro a Galileo, con el cual mantuvo una esporádica relación epistolar y a quien se unió en la defensa de la causa copernicana; justamente esta obra es importante porque presentaba la primera demostración amplia y convincente de las ventajas geométricas de la teoría copernicana.

Durante el tiempo que permaneció en Praga, Kepler realizó una notable labor en el campo de la óptica: enunció una primera aproximación satisfactoria de la ley de la refracción, distinguió por vez primera claramente entre los problemas físicos de la visión y sus aspectos fisiológicos, y analizó el aspecto geométrico de diversos sistemas ópticos.

Pero el trabajo más importante de Kepler fue la revisión de los esquemas cosmológicos conocidos a partir de la gran cantidad de observaciones acumuladas por Brahe (en especial, las relativas a Marte), labor que desembocó en la publicación, en 1609, de la Astronomia nova (Nueva astronomía), la obra que contenía las dos primeras leyes llamadas de Kepler, relativas a la elipticidad de las órbitas y a la igualdad de las áreas barridas, en tiempos iguales, por los radios vectores que unen los planetas con el Sol.

Culminó su obra durante su estancia en Linz, en donde enunció la tercera de sus leyes, que relaciona numéricamente los períodos de revolución de los planetas con sus distancias medias al Sol; la publicó en 1619 en Harmonices mundi (Sobre la armonía del mundo), como una más de las armonías de la naturaleza, cuyo secreto creyó haber conseguido desvelar merced a una peculiar síntesis entre la astronomía, la música y la geometría.

Leyes de Kepler del movimiento planetario

 

A Kepler se le asignó la tarea de Tycho Brahe para analizar las observaciones que Tycho había hecho de Marte. De todos los planetas, la posición que se predecía de Marte tuvo la mayor cantidad de errores y por lo tanto representa el mayor problema. Los datos de Tycho eran los mejores disponibles antes de la invención del telescopio y la precisión era lo suficientemente buena para que Kepler pudiese demostrar que la órbita de Marte precisamente cabría una elipse.

En 1605 se anunció la primera ley:

Los planetas se mueven en elipses con el Sol en un foco.

La siguiente figura ilustra dos órbitas con el mismo período de semi-principal eje, el enfoque y orbital: un círculo con una excentricidad de 0,0, y la otra una elipse con una excentricidad de 0,8.

Antes de esto en 1602, Kepler encontró al tratar de calcular la posición de la Tierra en su órbita, que barre un área definida por el Sol y la órbita de la Tierra, que:

El radio vector describe áreas iguales en tiempos iguales. (La Segunda Ley)

Kepler publicó estas dos leyes en 1609 en su libro Astronomía Nova.

Para un círculo el movimiento es uniforme, pero para que un objeto a lo largo de una órbita elíptica que debe barrer la zona a un ritmo uniforme,  se puede observar que el objeto se moverá  con rapidez cuando el radio vector es corto y el objeto se movera lentamente cuando el radio vector es largo.

El 15 de mayo de 1618  descubrió la tercera ley:

 

Los cuadrados de los tiempos periódicos están entre sí como los cubos de las distancias medias.

 

Esta ley se publicó en 1619 en su Mundi Harmonices. Fue esta ley, no una manzana,  lo que llevó a Newton a su ley de gravitación. Kepler puede realmente ser llamado el fundador de la mecánica celeste.

 

  

Autor: Federico Paul

Fuentes:

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