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UNIVERSIDAD DE CHILE  Curso EH2801Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas Prof. José Maza SanchoDepartamento de Astronomía 1 Julio 2015

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 Observatoriode Greenwich en 1720. Nació cerca de Londres, el 8 de Noviembre de 1656. Hijo de unpróspero comerciante que fuera asesinado en extrañas circunstancias. Halley mostróinterés por la ciencia desde temprana edad. Cursó estudios de astronomía en laUniversidad de Oxford, donde se destacó por sus dotes matemáticos, como así tambiénpor su conocimiento de latín y griego.

 A los veinte años abandona la Universidad,antes de graduarse, para complementar laobra de Hevelio y la que iniciabaFlamsteed en Greenwich, medianteobservaciones de posiciones precisas deestrellas australes. Se trasladó a la isla deSanta Elena, que un siglo y medio mástarde se hiciera famosa por ser utilizadacomo cárcel para Napoleón, en la costa de

 África. Esa era la posesión inglesa másaustral. Desgraciadamente suscondiciones meteorológicas predominantesno son adecuadas para las observacionesastronómicas. Pese a ello Halley, con untelescopio de 8 m. de distancia focal y unsextante de 1,5 m de radio, midiópacientemente durante 18 meses laposición de las estrellas más brillantes delinexplorado cielo austral.

En Santa Elena Halley hizo observacionesde la longitud del péndulo que confirmaron

los resultados encontrados por Richer en Cayena.

En 1678 publica su “Catalogus Stellarum Australium”   que contiene 381 posicionesestelares. Publicado muchos años antes que el de Flamsteed, el catálogo de Halleytiene el privilegio de ser el primero publicado en base a observaciones hechas conayuda de un telescopio.

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En Santa Elena observó el tránsito de Mercurio por la faz del Sol, el 7 de Noviembre de1677, lo que le sugirió su uso para determinar la paralaje solar como veremos másadelante. Esta observación del tránsito de Mercurio era la cuarta de su tipo y la primeraque se hizo observando el tránsito de comienzo a fin.

En 1679 visitó a Hevelio en Danzing para trabajar con él por un tiempo. Observó conCassini, en París, el eclipse de 1680. Por su obra astronómica recibió un títulohonorífico 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 puededescribir alrededor del Sol una órbita elíptica, parabólica o hiperbólica. En particular,Newton mostró que la órbita del cometa de 1680 quedaba muy bien representada poruna parábola. Hay que hacer notar que una elipse de gran excentricidad y una parábolason muy difíciles de distinguir sólo con observaciones cerca del perihelio. Por ende esusual hasta hoy que las órbitas de cometas sean primero aproximadas como órbitasparabólicas (e=1.0).

1.16.02. El cometa Halley:

Halley calculó, siguiendo los pasos de Newton, las órbitas de 24 cometas aparecidosentre 1337 y 1698. Utilizó los datos disponibles para todos los cometas que encontró enla literatura astronómica. Por simplicidad les calculó una órbita parabólica a todos loscometas, encontrando un acuerdo bastante satisfactorio entre las efeméridescalculadas y las observaciones. Advirtió la semejanza entre las órbitas de los cometasde 1682, 1607 y 1531. Los cometas, a diferencia de los planetas poseen órbitas que notienen preferencia por la eclíptica y el ángulo de inclinación entre el plano de la órbitadel cometa y la eclíptica puede ser cualquiera, entre 0 y 360°. Para los tres cometasantes señalados Halley vio que poseían una órbita con la misma inclinación y los demásparámetros orbitales eran muy coincidentes. Dedujo que bien podía tratarse del mismocometa que describía una órbita elíptica muy alargada en lugar de una parábola, con unperíodo de 76 años. En una memoria publicada en 1716 vuelve al punto y sugiere quelos cometas de 1456 y de 1378 sean otras apariciones del mismo objeto. Predijo lareaparición del cometa para 1758, fecha en que regresaría al perihelio. Así ocurrió, porlo cual fue bautizado con justicia como el cometa Halley.

Los cometas son cuerpos celestes muy hermosos y en algunos casos llegan a serespectaculares. Sus extraordinarias colas llegan a extensiones angulares en el cielo de60° a 90°. Los cometas son cuerpos celestes muy pequeños, tan sólo de unos diez aveinte kilómetros de diámetro, compuestos principalmente por hielos con algunasincrustaciones de partículas de polvo, silicatos y otras. El modelo básico lo denominancomo una “bola de hielo sucio”, como una bola de nieve con barro. Al aproximarse alSol los hielos se subliman y forman una coma en torno al núcleo que puede alcanzar amiles de kilómetros. La radiación solar se encarga posteriormente de “crearle”  una colapor 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 sepiensa que hay una gran nube de cometas en el sistema solar (nube de Oort) queorbitan a grandes distancias 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 cortoperíodo que llevará al cometa a su futura destrucción.

Por mucho tiempo se asoció a loscometas, en la superstición de lospueblos, con grandes catástrofes. Porejemplo Plinio, autor romano que murióen la erupción del Vesubio del año 79a.C., escribió: “tenemos en la guerraentre Cesar y Pompeyo un ejemplo delos terribles efectos que siguen a laaparición de un cometa ... el astroespantoso que tergiversa las potenciasterrestres, mostrando su terribleaspecto” .

Los cometas presentaban un dobleproblema: se ignoraba totalmente sunaturaleza y era imposible predecir sus

temidas apariciones. En el marco de la teoría aristotélica se pensaba que los cometaseran exhalaciones terrestres, visibles en la alta atmósfera, mucho más cercanos que laLuna. Tycho Brahe observó varios cometas llegando a la conclusión que no podrían seremanaciones terrestres o meteoritos cercanos, sino cuerpos distantes, pertenecientesal Sistema Solar. Planteó incluso la posibilidad que orbitaran alrededor del Sol. Keplercreía que se movían en trayectorias rectilíneas cruzando el Sistema Solar. Más tarde,Cassini y Hevelio, después de observar el cometa de 1662, sugirieron que podríandescribir órbitas en torno al Sol al igual que los planetas. Hevelio mencionó laposibilidad que las órbitas fuesen parabólicas. Newton fue el primero en demostrar quelas órbitas pueden representarse por parábolas con el Sol en el foco.

Cometa Halley sobre Nueva York, 1910 

Halley publicó en 1705 su estudio sobrecometas, titulado “Treatise of Cometary

 Astronomy” . Al hacer su predicción que elcometa de 1682 reaparecería en 1758

sabía que habría fallecido para ese añopero señaló: “Si el cometa regresa deacuerdo con nuestra predicción, hacia elaño 1758, la posterioridad imparcial norehusará decir que ello fue descubierto por

 primera vez por un inglés” . Así fue pues elnombre de Halley acompaña al más

espectacular de los cometas de período menor de 100 años.

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La última aparición del cometa Halley ocurrió en 1986. La Tierra no se encontraba enuna posición favorable en su órbita al pasar el Halley por el perihelio, por lo cual el pasode 1986 careció de la espectacularidad que ha caracterizado al cometa Halley en otrasocasiones.

Cometa Halley en su paso en 1986

Se espera su regreso por el perihelio para el 28 de Julio del año 2061. En esa ocasiónel paso será más favorable. Si así fuere, parafraseando a Halley diré que ojalá, el lectorimparcial, recuerde que esto lo leyó, quizás por primera vez, en estos apuntes dehistoria 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. Esteconsiste en la observación, desde a lo menos dos lugares de la Tierra, del tránsito deVenus frente al disco solar. Presentó sus argumentos en una memoria publicada en1716 “Methodus singularis, qua solis parallaxis, ope Veneris...”  En ciertas conjuncionesinferiores el planeta Venus pasa frente al Sol, viéndose como un punto negro que sedesplaza sobre la faz del Sol. Esto ocurre sólo dos veces por siglo. En el momento deltransito Venus se encuentra a la distancia mínima de la Tierra. Dos observadores endistintos lugares de la Tierra verán a Venus proyectados sobre diferentes posicionesdel disco solar.

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Para el observador "a" Venus describirá la cuerda “gh”, mientras el observador "b" veráa Venus sobre “ef”. Midiendo el tiempo que demora el tránsito para cada observador sepuede determinar la distancia angular "cd". Conociendo la distancia entre los dosobservadores y la razón TV/VS que se deduce de la tercera ley de Kepler, se puededeterminar 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 unidadastronómica de distancia.

Los tránsitos de Venus de 1761 y 1769 permitieron a los astrónomos del siglo XVIIIprobar el método propuesto por Halley. A pesar de presentar dificultades mayores quelas que Halley previó, tal como veremos más adelante, los resultados obtenidosmejoraron bastante la determinación de Cassini del paralaje solar. La mayor dificultad,no prevista por Halley, es la imposibilidad de determinar con exactitud el comienzo y elfinal 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 variossegundos, hasta diez o más. Pese a ello los tránsitos de Venus del siglo XVIII,observados por diferentes grupos en distintas partes del globo, permitieron determinarun valor de 8,5 segundos de arco para el paralaje solar, bastante mejor que el valor deCassini. Este valor, ligeramente menor que el real, por primera vez en la historia sobre-estima el valor de la unidad astronómica de distancia.

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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 delmovimiento 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 lostiempos de Ptolomeo. Esos cambios, aunque pequeños en valor, eran demasiadograndes para atribuírselo a errores en las posiciones antiguas. Encontró que Arturo sehabía movido 1° hacia el sur y Sirio 30'. Esta fue la primera prueba del movimiento delas así llamadas “estrellas fijas” .

Los movimientos estelares han sido plenamente confirmados y hoy en día se conoce elmovimiento de muchos miles de estrellas, respecto de los objetos más distantes, el asíllamado movimiento propio  de las estrellas. El movimiento propio de una estrella esdirectamente proporcional a su velocidad espacial en el sentido tangencial en el cielo einversamente proporcional a su distancia. Por ello son las estrellas más cercanas lasque, en promedio tienen los mayores movimientos propios. Los valores de losmovimientos propios van desde 10 segundos de arco por año para las más rápidashasta una fracción de un milésimo de segundo por año para las más lentas que se hamedido 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 poraño. Por ello sólo fue posible detectarlos comparando catálogos con bases de tiempode más de mil años (donde los movimientos propios acumulan valores que se acercan aun grado).

 Actualmente se pueden medir posiciones estelares con precisiones de una milésima desegundo de arco. Por ello ahora es posible determinar movimientos propios incluso conbases de tiempo no muy superiores a un año.

1.16.05. Epílogo:

En 1693 Halley presentó un trabajo ante la Royal Society donde llama la atenciónacerca de la dificultad de reconciliar ciertos eclipses de la antigüedad y el movimientoconocido de la Luna. Halley se refiere a la posibilidad de un pequeño aumento en elmovimiento lunar. Esta irregularidad, conocida como aceleración secular del movimientomedio lunar, fue establecida posteriormente en base a mejores datos, pero es de Halleyel mérito de haberlo notado por primera vez.

Halley también encontró irregularidades en los movimientos de Júpiter y Saturno queatribuyó correctamente como perturbaciones mutuas. Si bien Halley no pudo calculardichas 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

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comprado su marido a sus expensas, porconsiderarlos, con justicia como patrimoniofamiliar, procediendo a su venta. Halley,hombre de fortuna personal no tuvoinconvenientes para equipar al Observatorio

de Greenwich de nuevos instrumentos. Alasumir se propuso mejorar las tablas lunares,observando nuestro satélite durante unperíodo de los nodos lunares (período de los“saros” , 18 años y 10 días). Pese a iniciar suproyecto con 64 años de edad alcanzó acompletarlo. De sus observaciones lunaresdescubrió la aceleración secular de la Luna,que fuera más tarde explicada por el granmecánico celeste francés Pierre SimónLaplace.

Edmond Halley murió a la patriarcal edad de85 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).