Leyes de Kepler: qué son y en qué consisten

Las 3 leyes de Kepler son una serie de postulados científicos referidos al movimiento planetario y las fuerzas que actúan sobre los planetas. Como se consideraba común en aquella época, las teorías religiosas y científicas estaban muy entrelazadas y zozobraban entre las constantes guerras religiosas y territoriales de la época. Kepler como un científico de origen plebeyo con una gran devoción a Dios y defensor de las teorías copernicanas, granjeo muchos enemigos por sus teorías en semejante ambiente.

Ciertamente, Kepler era un devoto y piadoso religioso luterano, no obstante, no cerraba su mente a las teorías científicas, considerando que la capacidad intelectual del hombre era un regalo de Dios para que pudiera entender la esencia de su obra. Manteniéndose fiel a sus creencias durante toda su vida, su misticismo y su presencia entre dos mundos en guerra le hicieron trasladarse en numerosas ocasiones de su residencia, lo que explica, entre otras cosas, los lapsus temporales entre sus leyes más famosas.

En su época solo se conocía la existencia de 6 planetas del Sistema Solar, por los que las 3 leyes de Kepler están referidas a nuestro propio sistema cósmico. A través de los datos recopilados por Tycho Brahe con el que trabajó, detectó un desfase de la órbita de Marte cuantificado en 8 minutos de arco. Esto le permitió corregir los errores de medición de su protector y determinar las órbitas correctas del resto de planetas del Sistema Solar. Gracias a estos avances consiguió proyectar sus famosas leyes, la primera y segunda en 1609 y la tercera en 1619.

La primera ley de Kepler, también conocida como la ley de las órbitas, establece que los planetas se desplazan en órbitas elípticas alrededor del Sol, el cual se encuentra en uno de los dos focos de la elipse. Esta ley rompió con la noción previa de que las órbitas planetarias eran circulares, una creencia que se mantuvo durante siglos. En una elipse, la distancia entre el planeta y el Sol, conocida como distancia focal, varía a lo largo de su órbita, lo que significa que el planeta se encuentra más cerca del Sol en el punto denominado perihelio y más lejos en el afelio. En este punto discrepaba de las ideas de Copérnico, que propuso órbitas circulares para explicar el movimiento de los planetas.

Para dar solidez a la idea de una órbita elíptica, Kepler se apoyó en los estudios de Apolonio de Perge determinando que la circunferencia no explicaría la existencia de áreas similares con retrasos temporales desiguales. Kepler admitía elipses con diferentes excentricidades según la órbita del planeta, aunque este insiste que se trata de valores muy bajos, por lo que no explica este punto con suficiente profundidad. Esta escasez de información puede conllevar interpretaciones erróneas al no considerarse ciertos aspectos referentes a la cinemática celeste. A pesar de ello, las 3 leyes de Kepler introducen la idea de una fuerza de atracción y unas órbitas elípticas que contribuyeron a investigaciones posteriores.

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La segunda ley de Kepler, o ley de las áreas que se anunció con posterioridad a los complejos cálculos sobre la órbita de Marte, indica que la línea que conecta un planeta y el Sol barre áreas iguales en tiempos iguales. Esto significa que un planeta se mueve más rápido en su órbita cuando está cerca del Sol, en el perihelio, y más lento cuando está lejos del Sol, en el afelio. Estas discrepancias de velocidad necesitan de la presencia de una fuerza atractiva proporcional al tamaño del objeto que la provoca. Por tanto, el Sol mantendría a los planetas orbitando a su alrededor hasta que la distancia compensara esa fuerza de atracción.

Por tanto, se da la conservación del momento angular en un sistema donde la fuerza gravitacional actúa como una fuerza central. Esta última consideración es la que hizo posible que Newton pudiera relacionar esta ley de Kepler con sus propias teorías sobre la gravedad. La razón por la que se considera a Kepler el precursor de la mecánica cósmica es su ruptura con la creencia de uniformidad del movimiento planetario.

La tercera ley de Kepler, conocida como la ley de los períodos, establece una relación proporcional entre el cuadrado del período orbital de un planeta, es decir, el tiempo que tarda en completar una órbita alrededor del Sol, y el cubo del semieje mayor de su órbita, o lo que es lo mismo, la distancia promedio desde el planeta hasta el Sol. Por ende, la constante de la 3º ley de Kepler dependerá de la masa del planeta implicado. Esta ley permite a los astrónomos calcular la distancia de un planeta al Sol a partir de la duración de su año, un dato que se conoce desde periodos de la historia anteriores a Kepler.

Las leyes de Kepler no solo fueron innovadoras en su momento, sino que también asentaron las bases para las leyes posteriores en lo referente al movimiento de los astros y la cinemática planetaria. Bien es cierto, que las 3 leyes de Kepler solo entran a explicar, desde un punto de vista matemático y experimental, el movimiento de los planetas, pero nunca las causas que lo originan. Sin embargo, Kepler fue capaz de describir con precisión cómo los cuerpos celestes se mueven en el espacio, y su trabajo es un ejemplo temprano del poder predictivo de las leyes científicas en la astronomía.

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