La cronología del eclipse total del 8 de abril de 2024 se conocía al segundo, miles de años después de que los temerosos humanos comenzaran a intentar anticipar estos eventos cósmicos.

Un artículo de Joshua Sokol. Historia original reimpresa con permiso de Quanta Magazine, una publicación editorialmente independiente respaldada por la Fundación Simons.

Fuente: Stephanie Swart for Quanta Magazine; Kristina Armitage and Emily Buder/Quanta Magazine

Los eclipses solares se interpretaron a lo largo de gran parte de la historia como malas noticias para el soberano: una señal de mal agüero para su salud personal o la del reino. Pero esos temores ayudaron a alimentar miles de años de erudición. Este progreso comenzó en Mesopotamia con una búsqueda de patrones periódicos en los datos históricos. Ha culminado en una era en la que conocemos los movimientos futuros interdependientes de los cuerpos del sistema solar con siglos de antelación, transformando lo que alguna vez fue una causa de angustia a escala cósmica en una cuestión de frío mecanismo de relojería.

Si hubiera que elegir un punto de inflexión, podría haber sido la mañana del 22 de abril de 1715, cuando un eclipse solar se cernía sobre Londres. El polímata británico Edmond Halley, más conocido por haber dado su nombre al cometa Halley, lo había predicho. Había publicado un anuncio que incluía un mapa del camino que trazaría la sombra de la luna sobre Inglaterra. Ese año, Inglaterra tenía un rey recién coronado y ya se estaba gestando una rebelión contra él; al desmitificar el eclipse con una predicción, Halley esperaba neutralizar su poder como presagio.

También quería reclutar recolectores de datos cuyas observaciones pudieran conducir a predicciones de eclipses aún mejores en el futuro. “Se desea que los Curiosos lo Observen, y especialmente la duración de la Oscuridad Total”, anunció, “… porque de ese modo se determinarán claramente la Situación y las dimensiones de la Sombra; y por medio de ello, podremos Predecir Apariciones similares para [el] futuro, con un mayor grado de certeza del que se puede pretender en el presente”.

Presagios que mantienen el ritmo

Décadas antes, Halley, un ávido lector de textos antiguos, había redescubierto y popularizado un ciclo celeste útil para pensar acerca de los eclipses y la posición de la luna en el cielo: 6.585 días, o un poco más de 18 años. Llamó a este ciclo «saros», que los historiadores modernos ven como una mala traducción de un símbolo sumerio que originalmente significaba algo así como «universo» o «gran número».

Alrededor del año 600 a.e.c. en Mesopotamia los sacerdotes-matemáticos asirios y babilónicos habían examinado las fechas de eclipses pasados registradas en tablillas de arcilla, con la esperanza de desarrollar estrategias para inferir cuándo podría ocurrir el próximo eclipse. Los eclipses preocupaban a los reyes de estas culturas y pronto, con la invención del zodíaco y los horóscopos personales, la necesidad de controlar las posiciones del sol, la luna y los planetas afectaría a todo el mundo.

Las primeras soluciones fueron reglas generales. Los eclipses lunares a menudo se suceden cada seis meses, por ejemplo. Los babilonios también se dieron cuenta de que los eclipses solares y lunares específicos a menudo estaban separados de un evento similar por lo que Halley llamó un saros.

Para entender este ciclo en términos modernos, imaginemos la geometría de los cuerpos celestes en el momento de un eclipse solar, cuando la Luna se encuentra directamente entre el Sol y la Tierra y los tres cuerpos forman una línea definida. Para que esto suceda, la Luna debe ser luna nueva. También debe estar en un punto donde su propia órbita inclinada alrededor de la Tierra se hunde a través del plano en el que la Tierra se mueve en su propia órbita alrededor del sol.

Ahora imagina que adelantas el reloj para encontrar un momento en el que se repitan estas mismas condiciones. Tenemos que conciliar varios ciclos lunares superpuestos pero desiguales. Ciclo uno: se necesitan unos 29,5306 días para pasar de una luna nueva a la siguiente. Ciclo dos: la Luna tarda unos 27,2122 días en ir de un paso por el plano de la órbita de la Tierra al mismo paso en la siguiente vuelta. Ciclo tres: debido a que la órbita elíptica de la Luna la acerca y la aleja de la Tierra, la Luna también oscila en su tamaño y velocidad aparentes en los cielos sobre la Tierra, un ciclo que dura aproximadamente 27,5546 días.

El saros, entonces, es simplemente un bonito intervalo redondo durante el que todos estos ciclos se repiten un número entero de veces: 223 pasos a la luna nueva es casi exactamente igual a 242 vueltas dentro y fuera de la eclíptica, que a su vez es casi exactamente igual a 239 oscilaciones en el tamaño aparente de la luna. Si viste un eclipse solar o lunar, solo espera un saros y se repetirá la misma disposición geométrica aproximada de los cuerpos celestes.

Sin embargo, la órbita de la Luna es en realidad más complicada que estos parámetros. Y de todos modos, este esquema no te dice en qué lugar de la Tierra será visible el eclipse resultante.

Halley y más allá

Para cuando Halley leyó sobre el saros y lo resucitó para su propio uso, muchos siglos más de esfuerzo multicultural habían refinado aún más el problema de los eclipses, como lo describió la historiadora matemática Clemency Montelle en el libro de 2011 Chasing Shadows. Los babilonios finalmente pasaron de reglas empíricas simples como «espera un saros» a esquemas numéricos más complicados que calculaban las futuras coordenadas de la Luna en el cielo. Los antiguos griegos fusionaron sus propias ideas geométricas sobre el cosmos con cálculos numéricos al estilo babilónico. Sobre la base de esa síntesis, los astrónomos del mundo islámico como al-Juarismi, el homónimo de la palabra «algoritmo» en el siglo IX, introdujeron funciones trigonométricas y números decimales (de la India) que garabatearon en un nuevo medio papel (de China) para desarrollar métodos predictivos aún más avanzados, que ahora también tenían eco en toda Europa.

Pero Halley tenía algo aún más nuevo con qué jugar. Casi al mismo tiempo que repescaba el saros de la antigüedad, también financiaba la publicación de las ideas de su amigo Isaac Newton sobre la gravitación, que Newton luego aplicaría para comprender la órbita de la Luna. En 1715, cuando se acercaba a Londres el primer eclipse solar en muchos siglos, el mapa predictivo de Halley era una combinación de formas de pensar antiguas y modernas.

El siguiente gran paso se produjo en 1824, cuando el astrónomo alemán Friedrich Bessel amplió el enfoque newtoniano de pensar acerca de los eclipses utilizando las leyes de la gravedad. Imaginó la sombra de la luna proyectada sobre un plano imaginario que pasaba por el centro de la Tierra. Luego se podría proyectar esa sombra de vuelta a la superficie del globo para ver exactamente dónde y cuándo impactaría, un proceso que terminió requiriendo pensar en la Tierra no como una esfera sino como un objeto grumoso y lleno de baches que gira. Después de Bessel, muchas naciones tuvieron el alcance imperial global para perseguir esas sombras, explica Deborah Kent, historiadora de las matemáticas de la Universidad de St. Andrews. Al hacerlo, podrían refinar aún más sus cálculos en una batalla por la supremacía del poder blando científico.

Durante el siglo siguiente, las expediciones de eclipses ayudaron a resolver uno de los mayores misterios de la ciencia: ¿se debía la extraña órbita de Mercurio a un planeta no descubierto que abrazaba al Sol (que presumiblemente se haría visible durante un eclipse)? O, como resultó ser el caso, ¿había algún problema con la comprensión de Newton de la gravedad? Esto hizo que la predicción y observación de eclipses fuera aún más importante, y se enviaron científicos a todos los rincones de la Tierra con instrucciones estrictas sobre dónde estar exactamente y qué datos registrar. Luego presentaban informes secos salpicados por alguna que otra “erupción de asombro”, explica Kent. «En casi todos y cada uno de ellos hay como dos párrafos de descripción rapsódica, victoriana y exagerada».

En el siglo XX, el problema volvió a transformarse. Una predicción adecuada de los eclipses siempre había tenido que lidiar con el hecho de que la Luna y todo lo demás en el Sistema Solar interactúa constantemente entre sí. Este no era simplemente el famoso “problema de los tres cuerpos” irresoluble; era un problema de N-cuerpos. Cuando la NASA comenzó a lanzar personas y robots hacia cuerpos del sistema solar, la necesidad de saber dónde estaban esos cuerpos y dónde estarían en el futuro adquirió una nueva urgencia, y se volvió más fácil de entender.

Gracias a los espejos que dejaron en la Luna los astronautas del Apolo, sabemos dónde está la Luna en relación con la Tierra con una precisión de un par de metros, según Ryan Park, que dirige el grupo de Dinámica del Sistema Solar en el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA. Y con múltiples naves espaciales transmitiendo datos de alcance mientras zumban alrededor del sistema solar, también conocemos la posición del Sol con gran precisión. El equipo de Park introduce los datos de posición lunar y solar, junto con parámetros similares para los planetas y cientos de asteroides, y correcciones para cosas como la presión del viento solar, y no simplemente las leyes de la gravedad de Newton sino los ajustes más sutiles de la relatividad general, en un modelo de ordenador. Así el modelo genera una lista de las posiciones predichas de todo, incluida la Luna. Y luego, periódicamente, el equipo del JPL actualiza su modelo y publica nuevas listas.

Estas posiciones, excesivas para la tarea de predecir eclipses, deben ser lo suficientemente buenas para los viajes espaciales. «Me sorprendo un poco», afirma Park, cuando los desarrolladores de misiones espaciales preguntan si tendrán que dedicar tiempo a descubrir dónde estará exactamente la Luna y cómo se mueve. «Yo en plan, no, no, no, no, resolvimos el problema hace años».

El artículo original, How the Ancient Art of Eclipse Prediction Became an Exact Science, se publicó el 5 de abril de 2024 en Quanta Magazine.

Traducido por César Tomé López