Realizaremos un recorrido por los instrumentos de medición en la antigüedad. Hablaremos más extensamente de medición «del tiempo largo», de calendarios, en la página de mecanismos calendáricos. En cuanto al «tiempo corto», «dar las horas», será desarrollado más en la página de relojes de Sol. El avance en la ciencia y la tecnología experimentado en la edad de oro del islam dará lugar a un instrumento extraordinario; el astrolabio, que reúne la medición angular y la medición del tiempo en un único artefacto (ángulos, fechas, horas), además representa la esfera celeste, permite encontrar el norte geográfico y permite cálculos astronómicos y topográficos. Este instrumento se podía utilizar tanto de día como de noche. Una variante del astrolabio menos utilizada, el cuadrante horario permitía la medición de alturas angulares para el cálculo de la latitud además de cálculos de tiempo. En la época de los descubrimientos estos instrumentos se simplificaron para el uso en la navegación astronómica; astrolabios náuticos, cuadrantes de navegación y ballestillas toman los mares. Por último hablaré de los cuadrantes astronómicos más grandes utilizados en los observatorios para determinar con precisión las coordenadas de los cuerpos celestes.
MEDICIÓN EN LA ANTIGÜEDAD
El gnomón, es el primer instrumento de medición del que tenemos constancia de su uso, fue utilizado ya en China y Mesopotamia dos mil años antes de Cristo, pero su uso sirvió primero para marcar el momento de los solsticios y a partir de ahí el comienzo del año. Es muy probable que en Mesopotamia se utilizaran otros instrumentos que sirvieran de base a las numerosas observaciones realizadas, pero no han sobrevivido.
Hubo que esperar al siglo VI a. C. para que Anaximandro utilizando un gnomón determinará correctamente los equinoccios.
Una vez determinada la inclinación del plano equinoccial se pudo construir la armilla equinoccial (o anillo ecuatorial) que permitía determinar el momento exacto del equinoccio. Este momento se producía cuando la sombra se proyectaba en la superficie interna del anillo.
Los relojes de Sol, tales como el scaphe (un hemisferio cóncavo) también permitían determinar los momentos de los solsticios y equinoccios.
Eratóstenes en el siglo III a. C. determinó con un gnomon la oblicuidad de la eclíptica y también pudo realizar una medición del tamaño de la Tierra. El gnomón permitía medir la altura angular del Sol por la sombra producida por este. También se le atribuye la invención de una esfera armilar de observación situada en el exterior de la biblioteca de Alejandría. Hoy la esfera armilar la entendemos como un modelo didáctico de las líneas imaginarias celestes, pero esta esfera podría tener un diámetro de medio a un metro y serviría para determinar algunas posiciones celestes de los astros, siendo posiblemente una derivación del anillo ecuatorial.
Aristarco (III a. C.) y sobre todo Hiparco (II a.C.) utilizáron este tipo de instrumentos con armillas (en latín significa círculo o brazalete) o discos graduados en grados para determinar el ángulo observado en sus mediciones.
Después de la armilla equinoccial, irán apareciendo la armilla meridiana (o solsticial) y otras armillas que permitieran medir ángulos en cualquier posición. Aristarco para obtener la distancia al Sol tuvo que medir un ángulo entre este y la Luna en cuarto creciente o menguante en un plano oblícuo con una ligera desviación de la eclíptica. Aquí vimos el método de Aristarco para conseguir distancias a la Luna y el Sol
Poco después e independientemente los chinos emplearon instrumentos similares.
Hiparco para desarrollar su catálogo estelar, pudo emplear algunos de los instrumentos citados y probablemente una versión simplificada de la dioptra. Herón de Alejandría, ya en época romana (siglo I), describe un instrumento topográfico llamado dioptra que permitía medir ángulos horizontales y verticales (goniómetros), era el predecesor de los futuros teodolitos, taquímetros y hoy en día estaciones totales utilizados en la topografía.
Ptolomeo perfeccionó los instrumentos anteriores e inventó otros nuevos, todos ellos detallados en su obra traducida al árabe como Almagesto. El «astrolabon organon» era una esfera armilar de observación, estaba articulada de tal forma que permitía determinar las coordenadas eclípticas de los astros.
También añadiría dos instrumentos nuevos: el zócalo de Ptolomeo (plicton o cuadrante de ptolomeo y el instrumento paraláctico (conocido posteriormente como triquetrum). El zócalo de Ptolomeo permite medir la altura del Sol y su acimut.
El instrumento paraláctico lo diseño para poder realizar un instrumento con más precisión, debido a su tamaño y mayor facilidad de marcaje de divisiones sobre un tramo recto, con él probablemente intento medir la paralaje lunar, de ahí su nombre.
A través de su obra traducida al árabe, Almagesto, estos instrumentos serán conocidos por los astrónomos árabe-islámicos y transmitidos a occidente, donde Copernico, Tycho Brahe y otros los construirán para realizar sus observaciones.
Instrumentos realizados para la Feira Franca de Pontevedra por integrantes de la Asociación astronómica Sirio: aquí.
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LA ASTRONOMÍA ÁRABE-ISLÁMICA
En la Edad Media la cultura pasó a manos del mundo islámico. Desde finales del siglo VIII el califato Abasí dominaba un vasto territorio desde su rica capital Bagdad (fundada en el año 762). Este bienestar económico conllevo un mecenazgo de la ciencia y la cultura. Se produjo un interés por traducir al árabe todas las obras griegas, indias y persas de todos los territorios conquistados; produciéndose una asimilación de la filosofía y la ciencia griegas, así como de la matemática india. La necesidad de determinar la quibla (la dirección a la Kaaba en la Meca) y las horas de oración en la religión islámica también fueron un acicate para el desarrollo de las matemáticas, la astronomía, la geodesia; con este objetivo se desarrollaron nuevos instrumentos como el astrolabio, los relojes de Sol con estilo orientado y se afrontaron nuevas mediciones de la Tierra. El mundo islámico también recibiría inventos chinos como el papel, el compás, la brújula o la pólvora. Todo este saber acumulado en la Edad de Oro islámica (IX-XIII) se iría permeando a Europa a partir del siglo X, sobre todo por la escuela de traductores de Toledo, Sicilia y las cruzadas en Bizancio. La invasión y destrucción de Bagdad por los mongoles marca el final de esta época dorada.
Los matemáticos y astrónomos árabes eran grandes eruditos que empezaron traduciendo textos helenísticos e indios, aportando sus comentarios y finalmente superando en metodología e instrumental a sus predecesores.
AL-FAZARI (VIII)
- Traducción de Brahmagupta dando a conocer el sistema posicional decimal
- Tablas astronómicas (efemérides)
- Se le atribuye la construcción del primer astrolabio
CASA DE LA SABIDURÍA EN BAGDAD
El califa Al-Mamúm (r. 813-833) dará un impulso enorme a la casa de la sabiduría fundada por su padre. Además de la biblioteca, había un centro de traducción y también un observatorio. Al-Mamún promovió también nuevas mediciones del tamaño de la Tierra.
Con Al-Mamún trabajaron:
THABIT IBN QURRÁ
- Gran traductor y fundador de la escuela de traductores del griego al árabe
- Tratados de gnomónica
AL-KHWARIZMI (AL-JUARISMI)
- El más grande matemático de la época, dio difusión al sistema posicional decimal de Brahmagupta, y desarrolló su tratado sobre álgebra
- Tratado de astronomía, tablas astronómicas (efemérides), analizó trigonometría esférica, astrolabios y relojes de Sol
- Geografía con coordenadas de 2400 lugares
AL-FARGHANI (ALFRAGANUS)
- Resumen del Almagesto, traducido al latín en el siglo XII
- Colaboración en la medición de un grado de meridiano de la Tierra
- En El Cairo: un tratado del astrolabio y asesora en la construcción de un nilómetro
GRANDES ASTRÓNOMOS
En el siglo X se produce el desmembramiento del califato Abasí en el califato de Córdoba, el califato Fatimí y el califato Abasí. Este último sufriría multitud de invasiones de pueblos de oriente, como los búyidas, los selyúcidas y los mongoles. El ejemplo de la Casa de la Sabiduría de Bagdad se extienda a otros lugares como Damasco (donde Al-Mamún ya había instalado un observatorio), El Cairo, Isfahán (Irán), Maragha (Irán) y hasta la lejana Samarcanda (Uzbekistán).
Siglo X:
AL-BATTANI (Trabajo en Damasco, Siria)
- Completa con la secante y la cosecante las 6 funciones trigonométricas derivadas del seno y coseno descubierto por los indios en el siglo V. Realiza tablas cada grado.
- Menciona la variación de distancia entre la Tierra y el Sol y mejora en el valor de la precesión
- Tratado del astrolabio
AL-SUFI (Trabajo en Isfahán, Irán)
- Catálogo estelar con sus propias observaciones, sería el que aparecería en el XIII en Libros del saber de astronomía de Alfonso X.
- Tratado 1000 usos del astrolabio
Siglo XI:
Este siglo dará a conocer a los mayores eruditos o polímatas (dedicados a multitud de disciplinas) del islam: Alhacen Al-Biruni, Ibn Sina (Avicena) y Omar Jayam. Avicena se destaco sobre todo en medicina, a la astronomía se dedico menos , aunque es de destacar su ataque a la astrología en cuanto a su capacidad de predecir el futuro.
IBN AL HAYTHAN (ALHACEN) (Trabajo en El Cairo)
- 100 obras de matemática y física (óptica,…), pone en valor la experimentación considerándose el padre del método científico. Afirma que los cuerpos celestes y los terrenales deben seguir las mismas leyes.
- Pone en tela de juicio a Ptolomeo por la utilización del ecuante, lo cual implicaba que no había movimiento uniforme y circular respecto a ningún punto, con lo que no había una correspondencia con el sistema cosmológico aristotélico. Esta sombra sobre Ptolomeo sería un acicate para astrónomos árabe-islámicos posteriores.
- Tratado de gnomónica (relojes de Sol) con estilo paralelo a eje terrestre y líneas de horas temporarias curvas en relojes planos
AL-BIRUNI (Trabajo en Ghazni, Afganistán)
- Gran traductor de obras indias,
- Conocía las propuestas de Aryabhata del siglo V sobre de la rotación de la Tierra sobre su eje (como ya los pitagóricos habían planteado en el siglo IV a. C.), o el astrolabio especial inspirado en la rotación de la Tierra de Al-Sijz del siglo anterior, también discutió sobre el heliocentrismo, pero al final, se decanto por el geocentrismo y una Tierra estática.
- 146 libros, 95 de ellos de matemáticas, astronomía, astrolabios
- Medición de la Tierra con un método nuevo (explicación después)
- Mecanismo calendárico
XI Fases de la Luna comparada con luz propia de estrellas de Al-Biruni. Imagen: CC0
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MEDICIÓN DE LA TIERRA POR ASTRÓNOMOS ÁRABE-ISLÁMICOS
Las mediciones patrocinadas por Al-Mamúnm consistieron en medir la distancia entre dos lugares que sabían que diferían en 1º la altura solar sobre el meridiano, dato obtenido probablemente con astrolabios. Después de varias mediciones (con pasos o cuerdas) obtuvieron un valor medio de 56 con 2/3 de millas árabes para un grado de meridiano. La milla árabe puede variar entre 1,8 y 2 Km, esto nos da un cálculo del tamaño de la Tierra bastante bueno con entre un 2% y un 8% de error (vimos que en la medición de Eratóstenes el error estaba entre un 1% y un 15% en función del estadio utilizado).
Al-Biruni planteo un método totalmente novedoso frente a sus predecesores griegos y árabes refundiendo geometría, trigonómetría y algebra. Este método consistía primero en medir la altura de una montaña utilizando la trigonometría y posteriormente desde esta tomar el ángulo vertical hasta la línea del horizonte (mediante un astrolabio); haciendo los cálculos oportunos se conseguía determinar el tamaño de la Tierra sin necesidad de andar por el desierto más de 100 km (1º son aproximadamente 111 Km). Las mediciones las realizó en Pakistán donde tenía al lado de montañas un terreno muy plano hacia el horizonte.
El cálculo de distancias remotas utilizando trigonometría era ya utilizado por Herón de Alejandría (I). El matemático chino Liu Hui (III) lo utilizó para calcular la altura remota de montañas como se puede apreciar en la imagen.
Al-Biruni obtuvo un valor muy similar a las mediciones de Al-Mamúm, obteniendo 56 millas árabes para 1º de meridiano, por tanto, el error cometido fue similar, hay que tener en cuenta también que al observar el horizonte hay un error de refracción que influye en el resultado.
AL-JAYYANI (Parece que trabajo en Jaén y Sevilla)
- Tratado de trigonometría esférica y determinación de la altura de la atmósfera en 84 km
AL-ZARKALI (AZARQUIEL) (Trabajo en Toledo)
- Tablas astronómicas (efemérides), en el XII serán recogidas como Tablas toledanas en Latín
- Astrolabio universal
- Equatorium
OMAR KHAYYAM (Omar Jayam) (Trabajo en Isfahán, Irán)
- Duración del año solar más precisa que la del calendario gregoriano, la utilizó para confeccionar el nuevo calendario persa
Se conservan globos celestes metálicos árabe-islámicos a partir de este siglo, como ya vimos aquí.
Siglo XIII:
Los mongoles destruyen Bagdad en 1258.
ABI BAKR (Isfahán, Irán)
AL-TUSI (Trabajo en Mareghe, Irán)
- Rescato 400 000 manuscritos de la Casa de la sabiduría y los llevó a Mareghe
- Director del observatorio de Mareghe. Asume la Tierra en rotación, mejora los modelos de Ptolomeo y el valor de la precesión
- Inventa el acople Tusi (movimiento lineal resultado de la suma de dos circulares) para ajustar diferencias observadas en los planetas interiores, Mercurio y Venus, sin utilizar el ecuante que había puesto en tela de juicio Alhacen dos siglos antes.
Siglo XIV:
En el territorio del sultanato mameluco (XIII-XV) continúa el estudio de la astronomía en El Cairo y Damasco.
IBN AL-SHATIR (Trabajo en Damasco, Siria)
- Mejoraría el modelo de Ptolomeo sin la necesidad de excéntricas, ni ecuantes, extendiendo el uso del acople Tusi para todo el sistema planetario. Copérnico utilizó un sistema similar, aunque, a día de hoy, no se ha podido establecer una relación directa ni con Al-Shatir ni con Al-Tusi.
- Reloj de Sol portátil universal (cuadrante polar) con brújula magnética para las horas de oración
- Reloj de Sol horizontal con estilo paralelo al eje terrestre (eje polar) y horas iguales además de las temporarias. Es el más antiguo que se conserva con eje polar y estaba situado en la mezquita de Damasco, medía 2m x 1m.
Para saber más de relojes de Sol, pinchar aquí.
ASTROLABIOS Y CUADRANTES HORARIOS
En este apartado hablaré de instrumentos que concentran en un único aparato múltiples funcionalidades: mediciones angulares, uso de calendarios, determinación de la hora, cálculos astronómicos y/o topográficos, … Posteriormente hablaremos de instrumentos derivados con un uso más específico como son los astrolabios y cuadrantes náuticos así como de cuadrantes astronómicos más grandes utilizados en los observatorios.
El astrolabio en griego significa «buscador de estrellas».
El astrolabio planisférico es el instrumento más sofisticado de la Edad Media, con multitud de usos:
- Representación plana de la esfera celeste con indicación de sus líneas imaginarias y al menos una veintena de estrellas principales («planisferio celeste»)
- Orientación respecto al norte geográfico y puntos cardinales; «brújula astronómica» (quibla,…)
- Goniómetro, mide ángulos («instrumento astronómico, geodésico, topográfico y para navegación»). Determinación de posición celeste y geográfica, distancias remotas,…
- Calendarios, zodiacal, solar, perpetuo
- Determinación de la hora por la altura (angular) del Sol o de una estrella («reloj diurno y nocturno«). Indicación de horas iguales y desiguales (horas temporarias).
- Calculadora astronómica: orto, culminación, ocaso, duración del día,…
- Calculadora topográfica que permite la medición de distancias remotas.
- Usos astrológicos derivados
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PARTES
En la imagen superior podemos observar las partes fundamentales de un astrolabio; de derecha a izquierda:
- Vástago
- Alidada con pínulas o miras (para determinar la altura del Sol o de una estrella)
- Madre (en la parte superior está el trono que se unirá al colgadero): faz y dorso
- Placas, láminas o tímpanos para una latitud determinada con indicación de líneas imaginarias de la esfera celeste y líneas de horas temporarias
- Araña o red con eclíptica y 20 a 30 estrellas normalmente
- Regla que nos sirve para indicar las horas iguales o equinocciales en la corona de la faz de la madre, en esta corona también hay una escala angular.
- Cuña que se une al vástago en una ranura para fijar todos los elementos (en astrolabios árabe-islámicos aparece en algunos casos una cuña con forma de caballete) .
La explicación de las líneas de las láminas, los elementos de la madre, así como su fundamento y uso práctico serán explicados en el astrolabio de inspiración árabe que diseñé y construí en 2014.
Cuando el astrolabio planisférico tenga en el dorso alguna proyección que permita el uso del instrumento para cualquier latitud hablaremos de astrolabio universal. Los griegos hablaban de un astrolabio esférico, pero se referían a una esfera armilar; en cambio la astronomía islámica realizó algún astrolabio esférico aislado; en el siglo X ya aparece en tratados y se conserva uno entero del siglo XV. Un caso particular es el astrolabio lineal de al-Tusi del siglo XIII.
Los cuadrantes horarios veremos como derivan del astrolabio planisférico. La ventaja de un cuadrante del mismo tamaño que un astrolabio es que permite el doble de precisión angular, pero con usos algo más limitados.
ANÁLISIS HISTÓRICO Y TIPOLÓGICO
Vitrubio comenta que Eudoxo (IVa.C.) y después Apolonio (IIIa.C.) construyeron un instrumento con una parte móvil con el Sol y el calendario zodiacal sobre una parte fija donde se marcaban las horas. Por tanto, pudieron haber utilizado por primera vez una proyección estereográfica para construir un primer astrolabio más simplificado.
Hiparco, en el siglo II a. C., utilizó con seguridad la la proyección estereográfica. Esta proyección permitía obtener círculos en un plano como proyección de los círculos de la esfera celeste, en otras proyecciones salían elipses con la complejidad que esto suponía. La proyección estereográfica es la base de todo astrolabio planisférico. Hay quien le atribuye la invención del astrolabio, pero no sabemos si aplicó esta proyección a un instrumento concreto.
Ptolomeo en el siglo II menciona en una de sus obras un instrumento para determinar las horas.
El primer tratado del astrolabio y la construcción de un instrumento fue realizado por Teón de Alejandría y su hija Hipatia en el siglo IV. Se conservan otros tratados del astrolabio del período bizantino desde el siglo VI.
Como ya comentamos la necesidad de cumplir con el salat conllevo un desarrollo mayor del astrolabio en el mundo islámico. Una determinación precisa del norte geográfico era un paso previo para la quibla (la orientación a la Kaaba en la Meca). La determinación correcta de la hora también era fundamental. Se desarrollaron múltiples tratados y se construyeron muchos astrolabios.
A continuación expongo un análisis histórico y tipológico de astrolabios astronómicos planisféricos y cuadrantes horarios existentes con algunas impresiones particulares desde el punto de vista astronómico y del diseño de estos instrumentos. Este análisis (mayo del 2019) es más completo que el que realicé cuando hice el astrolabio de inspiración árabe en 2014. Está realizado analizando las imágenes de unos ochenta instrumentos históricos repartidos por todo el mundo.
1.- Primeros astrolabios y cuadrantes árabe-islámicos conservados del siglo X y XI
Sabemos que los astrónomos árabes construyeron y realizaron tratados del astrolabio en los siglos VIII y IX, pero los más antiguos que se conservan completos son del siglo X. Estos astrolabios fueron realizados en Irak y Kuwait durante el califato Abasí. Del año 927 es el astrolabio realizado por Nastulus, podéis observarlo aquí. Su diámetro es de 17,5 cm. Los astrolabios tienen ya los elementos fundamentales de todo astrolabio: madre, araña, placa o placas para diferentes latitudes y alidada con pínulas.
Los primeros modelos se centran en la funcionalidad del instrumento. Podemos observar a continuación un astrolabio del siglo X con un diseño muy similar al de Nastulus.
En Irán aparece un segundo camino para la construcción de astrolabios que empieza a primar sobre todo su carácter ornamental. Podemos observar las imágenes inferiores y ver como se empiezan a utilizar diseños de la araña con cabezas de aves cuyo pico señala la estrella y otras formas naturalistas que parecen menos precisas en la definición de las estrellas. También vemos como el trono cobra más presencia en el astrolabio.
El califato abasí ya se había desmembrado y no vemos ninguna influencia de este segundo tipo de astrolabios más naturalistas en ninguno de los 34 astrolabios de al-Ándalus.
Los astrolabios tienen un carácter portable, con diversas placas para diferentes latitudes y con unas dimensiones muchas veces entre 10 y 15 cm para facilitar su transporte para poder cumplir con el salat (las oraciones de los musulmanes).
En el dorso de estos astrolabios aparecen primero tablas de senos divididas en 60 partes, el cuadrado de sombras que se repetiría en la mayoría de astrolabios posteriores para usos topográficos (volveremos a hablar de él) y también diagramas horarios en algunos de ellos. Un astrolabio del siglo X ya recoge todos estos diagramas que irían apareciendo también en los cuadrantes .
2.- Astrolabios del siglo XI en al-Ándalus
En el siglo XI, en al-Ándalus, se produce la evolución estética del astrolabio más funcional hasta derivar en un instrumento de una gran belleza sin perder un ápice de su funcionalidad. Estos primeros astrolabios conformarán un arquetipo copiado con mínimas variaciones durante más de 700 años.
El astrolabista (al-Asturlabi) al-Saffar trabajó primero en Córdoba y luego en Toledo, realizando astrolabios en los que estiliza más las puntas que marcan las estrellas en la araña y segmenta el soporte horizontal de la araña (posiblemente para ganar espacio para escribir el nombre de las estrellas). Estas características están presentes en los astrolabios de Toledo y Zaragoza de finales del siglo XI. Este último presenta unos orificios que serán aprovechados en este tipo de astrolabio para realizar incrustaciones con otros materiales como plata,… En estos astrolabios ya se presentan también cuatro bolitas para poder deslizar la araña más fácilmente.
Este arquetipo será el que se extenderá por todo el mundo islámico y el que seguirán los primeros astrolabios europeos.
Azarquiel desarrolla el primer astrolabio universal llamado azafea. Su objetivo es que valga para cualquier latitud sin necesidad de intercambiar placas debajo de la araña.
3.- Primeros astrolabios y cuadrantes europeos (XIII-XIV)
Los astrolabios europeos seguirán el ejemplo de los astrolabios de al-Ándalus; pero añadirán a la estructura estándar de la araña unos ligeros motivos de estilo gótico.
El astrolabio Sloane no tiene la misma finura que los astrolabios precedentes, pero tiene un carácter claramente funcional con sus 46 cm de diámetro. Tiene tres placas para 6 latitudes. En cambio los astrolabios hebreos del siglo XIV realizados en España tienen un acabado exquisito, lo cual indica que aparte de ser un instrumento funcional reflejaba el estatus de su poseedor.
En este período habrá dos tipos de cuadrantes horarios: el cuadrante vetus y el cuadrante novus o cuadrante astrolábico. El primero tendrá marcadas las horas temporales que se obtendrán con una bolita o cuenta que se desplaza por la plomada. El segundo tendrá además marcadas las líneas principales del astrolabio planisférico.
La siguiente imagen corresponde a un cuadrante vetus universal que sigue el modelo que aparece en el tratado del cuadrante de Sacrobosco (anterior al año 1250).
Para determinar la hora temporaria hay que hacer un proceso más laborioso que en un astrolabio. Después de tomar la altura angular del Sol se ajustará la altura meridiana para esa latitud y con la plomada se marcará la fecha, después se desplaza la bolita o cuenta hasta que corta a la semicircunferencia (hora temporaria del mediodía solar) y por último se desplaza con la plomada hasta que esta marca la altura angular del Sol.
Podemos observar como se generan las líneas de la eclíptica, ecuador y trópicos sobre el cuadrante novus. Este cuadrante era válido para una única latitud.
Debido a la presencia de los relojes mecánicos, poco a poco fueron apareciendo también marcadas las horas iguales.
4.- El peso de la tradición en los astrolabios y cuadrantes árabe-islámicos (XIII-XVIII)
El arquetipo de astrolabio árabe-islámico fraguado en al-Andalus se extiende por todos los territorios islámicos; desde Granada, pasando por el Magreb, Egipto, Irán,…
A continuación se muestran cuatro astrolabios que reúnen finura estética y a la vez un buen uso funcional del instrumento. La ciencia y el arte reunidos.
Los cuadrantes horarios árabes-islámicos perviven en el imperio otomano hasta el siglo XIX en multitud de mezquitas para indicar las horas de oración. El material cambia de metal a madera lacada y pintada.
5.- Astrolabios europeos en el siglo XVI
El siglo XVI es la edad de oro del astrolabio en Europa. Se realizan tratados como el del español Juan de Rojas, en el que incorpora nuevas proyecciones para realizar otro tipo de astrolabio universal. En el siglo anterior el gran astrónomo Regiomontano incorpora la regla delantera, se empieza también a rediseñar la araña; el taller de Hartmann en Nuremberg desarrolla un modelo anterior realizado en Estrasburgo, pero es con Arsenius (sobrino de G. Frisius que también elaboró una proyección universal) y su taller de astrolabios en Lovaina cuando este instrumento alcanza un diseño propio y equilibrado diferenciado claramente de los astrolabios árabe-islámicos.
En 1623 Gunter elabora un nuevo cuadrante horario que permitía realizar algún cálculo más.
6.- Astrolabios árabe-islámicos más ornamentales
Vimos que en Irán se empezó a realizar algunos astrolabios más ornamentales que el arquetipo de astrolabio árabe-islámico más utilizado. Suelen tener un trono más desarrollado, algunos con formas más naturalistas en la araña (aunque a veces se pierde precisión o claridad en el puntero de las estrellas), otros tienen también alguna influencia de los astrolabios europeos de los siglos XV y XVI.
En el norte de África existen también algunos astrolabios con la araña muy tupida y distintas placas que no tienen todas las líneas necesarias para darle un uso astronómico al instrumento, son astrolabios más ornamentales o con algún «uso» astrológico.
Para saber más de astrolabios os recomiendo un libro muy interesante que estoy empezando a leer: «Astrolabios en al-Andalus y los reinos medievales hispanos» de Azucena Hernández Pérez (2018), Ed. La Ergástula.
INSTRUMENTOS EN LA ERA DE LOS DESCUBRIMIENTOS. COSMÓGRAFOS
LA NAVEGACIÓN DE ALTURA
Antes del siglo XV la forma de orientarse y calcular la posición en el mar era utilizar primero las cartas náuticas llamadas portulanos donde estaban grabados los rumbos (ángulos respecto al norte magnético) que permitían alcanzar los puertos conocidos; y en segundo lugar, utilizar la brújula y calcular la velocidad del barco. Este último cálculo se efectuaba mediante una corredera, que era una cuerda con nudos que se soltaba sobre el agua para medir su distancia al transcurrir un tiempo medido con un reloj de arena.
En la era de los descubrimientos primero los portugueses y luego los españoles se alejan de las rutas conocidas y, por tanto, dejan de depender de la brújula y pasan a depender del cielo, la altura (angular) de los astros, normalmente el Sol y la estrella polar (con 3º de corrección, ya que en esta época no estaba en el norte astronómico), permitía averiguar la latitud.
ASTROLABIO Y CUADRANTE NÁUTICO
Marino, náutico, de altura son distintos adjetivos aplicados a estos instrumentos de navegación.
Entre mediados y finales del siglo XV se empieza a utilizar una variante simplificada del astrolabio planisférico y del cuadrante horario centrado únicamente en determinar la altura de los astros. Estos instrumentos en un principio son macizos, pero en el siglo XVI se perforan para permitir el paso del viento, concentrando el material en la parte inferior para darle estabilidad. Podemos observar esta evolución en las imágenes siguientes.
De día, con el astrolabio náutico podemos medir más fácilmente la altura del Sol por proyección que con el cuadrante.
BALLESTILLA
También llamado bastón de Jacob. Un palo transversal se desliza por otro donde previamente se ha calculado donde situar las marcas de los grados, permitiendo mayor precisión que el astrolabio y el cuadrante.
De noche, con este instrumento se hizo más precisa y cómoda la lectura de la estrella polar, o de otra estrella, relegando poco a poco al cuadrante náutico. Además era un instrumento muy versátil en mano de astrónomos, navegantes y topógrafos.
Un instrumento que funciona de una manera similar pero más simplificado fue inventado por los árabes en el siglo IX, se llamaba Kamal. Lo utilizaron al igual que los chinos en sus viajes por el Índico desde el siglo X.
Posteriormente aparecerían el cuadrante de Davis que se usaría sobre todo en el siglo XVII sustituyendo progresivamente al astrolabio náutico y la ballestilla . La ventaja de este instrumento es que se podía medir la altura del Sol de espaldas a él y con mayor precisión.
El siglo XVIII traerá los instrumentos ópticos, el cuadrante de Davis-Flamsteed añadiría una lente y sobre todo los instrumentos de reflexión, el sextante y el octante que barrerían a todos los anteriores por su precisión y comodidad de uso.
LOS COSMÓGRAFOS DEL NUEVO MUNDO
El descubrimiento de nuevas tierras conllevo la necesidad por parte de los gobernantes de instruir a sus pilotos en las nuevas técnicas de navegación de altura o navegación astronómica. Pero no sólo eso, era necesario cartografiar los nuevos territorios descubiertos determinando correctamente sus posiciones geográficas. Por tanto, además de conocer vientos y corrientes eran necesarios conocimientos de astronomía para poder determinar la posición geográfica tanto en tierra como en el mar, además deberían dominar el uso del astrolabio, cuadrante, ballestilla,…
Se crearon escuelas de navegación primero en Portugal y después en España. Se ha hablado mucho la escuela de Sagres fundada por Enrique el navegante en el siglo XV para instruir a los pilotos portugueses; aunque hay cierta controversia por la falta de documentación al respecto. Después se integrarían en la Casa de Indias (Lisboa) y Casa de contratación (Sevilla) que en el siglo XVI controlaban todo el comercio a los nuevos territorios conquistados. Fueron contratados cosmógrafos jefes que instruían en navegación, astronomía, instrumentos y cartografía, realizando también tratados muy completos; Pedro Nunes y Pedro de Medina fueron los más prestigiosos.
Se instruía también en el uso de las tablas astronómicas (efemérides), útiles para determinar posiciones geográficas. Las tablas astronómicas más famosas eran las tablas alfonsinas. Estas tablas fueron realizadas en el siglo XIII por astrónomos judíos haciendo nuevas observaciones en Toledo y revisando las ya realizadas en el siglo XI por astrónomos árabes (Arzaquiel y otros). Estas tablas serían mejoradas a principios del XVII cuando Kepler publica las tablas rudolfinas basándose en sus propias observaciones y las de Tycho Brahe; estas tablas ya están basadas en las órbitas elípticas de Kepler, en los movimientos reales de los planetas en un sistema heliocéntrico que luego se traducen a movimientos aparentes desde nuestro punto de vista que es la Tierra.
En esta época se determinaba la latitud en el mar y en tierra muy fácilmente a partir del Sol, la estrella polar u otra estrella conocida con las tablas astronómicas. La longitud se podía conseguir en tierra conociendo a partir de las tablas astronómicas la hora de un eclipse o una conjunción de planetas; comparándola con la hora local del evento se podían traducir las horas a grados y, por tanto, determinar la posición geográfica.
El cosmógrafo, Americo Vespucio, fue el que parece que se dio cuenta que el territorio que pisaba no se correspondía con las Indias orientales como creía Colón, de ahí que el cartógrafo Waldseemuller utilizara su nombre en un mapa para nombrar este nuevo mundo.
La cartografía derivará en una disciplina independiente en los Países Bajos donde a finales del siglo XVI se crean mapas de una calidad impresionante. Mercator fue la figura más destacada y al que también se debe la invención de una nueva proyección que permitiera trazar en las cartas náuticas las loxodrómicas (líneas para trazar rutas de rumbo constante) como líneas rectas.
El cielo se cartografió dos mil años antes, lo teníamos a la vista, la Tierra tuvo que esperar su turno y fueron de nuevo los astros del cielo los que dieron la información matemática necesaria para conseguirlo.
LOS OBSERVATORIOS PRETELESCÓPICOS
Hemos hablado de registros de observaciones chinos, egipcios, babilonios y griegos. Podríamos hablar de estructuras que pueden tomar el horizonte como referencia para establecer ciclos temporales(calendarios) tomando alineaciones de piedras o de muros de una construcción; entonces, podríamos citar construcciones megalíticas como Stonehenge o la construcción del año 906 «El caracol» de la ultima fase del período clásico Maya.
Pero nos vamos a centrar en construcciones que utilizaron instrumentos de medición angular. Ya hablamos del anillo ecuatorial y la esfera armilar de los griegos, de los instrumentos portables de Ptolomeo que le permitieron precisiones de 10′; ahora hablaremos de los observatorios árabes, europeos y chinos antes de la adopción de los telescopios. Los instrumentos más precisos serían los llamados cuadrantes astronómicos (o cuarto de círculo), cuadrantes de grandes dimensiones. Estos cuadrantes podían ser de dos tipos:
- Cuadrante mural (o de pared) en meridiana
- Cuarto de círculo que puede tener varias posiciones.
ÁRABE-ISLÁMICOS
Los árabes empezaron a hacer observatorios desde el siglo IX con Al-Mamúm, primero en Bagdad y luego en Damasco. Desde el siglo X se construirían observatorios en diferentes localidades de Irán y también en Egipto; el último gran observatorio sería el de Samarcanda en el siglo XV.
El instrumento principal de estos observatorios era un gran cuadrante mural situado en la meridiana que servía sobre todo para medir la altura (angular) del Sol y también la de otras estrellas mediante una alidada móvil. Se pudo determinar con mucha más precisión la oblicuidad de la eclíptica (dividiendo entre dos la separación angular de los solsticios) y la latitud del observatorio. La utilización de cuadrantes grandes permitía marcar más divisiones, empezaron a aparecer divisiones de minutos e incluso segundos. En algunos casos dada la latitud menor a 36,5º (60º-23,5º) se utilizaba, en vez de un cuadrante, un sextante que permitía medir hasta la altura (angular) del Sol en el solsticio de invierno.
Una variante de estos cuadrantes murales fue el que se situaba en un espacio cerrado con una pequeña abertura en el centro del cuadrante, de esta manera la luz del Sol indicaba la altura del astro en la escala graduada. Ya en el siglo X se construye en Ray (Teherán) un sextante de estas características con un radio de 20m. Pero es en Samarcanda, Uzbekistán donde Ulugh Beg, el príncipe astrónomo, construye el observatorio árabe-islámico mayor con un cuadrante con un radio de 40 m, con una precisión de hasta 5″. También realizó un catálogo estelar que superó al de Ptolomeo.
En el período Otomano destaca el observatorio de Estambul dirigido por Taqi al-Din en el siglo XVI. La imagen siguiente ofrece una buena muestra de los instrumentos astronómicos utilizados en la época.
EUROPEOS
OBSERVATORIO URANIBORG DE TYCHO BRAHE
A finales del siglo XVI el astrónomo danés Tycho Brahe supervisa la construcción de un observatorio en la isla Ven, muy cerca de Copenhague. Allí instala 22 instrumentos diseñados por él mismo:
- Cuadrante mural de 2 m (para obtener la declinación de los astros) y dos relojes mecánicos (transforman tiempo sidéreo en ascensión recta, aunque la precisión por entonces no llegaba a segundos). Aquí vimos las coordenadas celestes y los tiempos.
- Cuartos de círculo o sextantes: pivotantes, acimutales, geométricos,…
- Sextantes de rótula
- Esferas armilares
Con estos instrumentos consigue coordenadas celestes de las estrellas y planetas con precisiones entorno a 1′.
Estos datos más precisos, en concreto del planeta Marte, serían utilizados por Kepler para determinar sus tres leyes como ya vimos.
Hevelius, fue el último astrónomo que realizó sus observaciones sin telescopio consiguiendo publicar su atlas estelar con grabados de altísima calidad como ya vimos aquí.
CHINOS
ANTIGUO OBSERVATORIO DE PEKÍN (BEIJING)
Los jesuitas con los conocimientos previamente adquiridos sobre instrumentos astronómicos europeos darán un impulso a uno de los últimos observatorios pretelescópicos. No obstante, el observatorio tuvo varios períodos con instrumental previo:
- En las afueras de Pekín se construye un observatorio en el siglo XIII
- Durante la dinastía Ming (XIV-XVII):
- Primero se actualizan instrumentos en el observatorio anterior como los que vemos en las imágenes siguientes.
- En 1442 se realiza un nuevo observatorio sobre la muralla.
- A principios del siglo XVII dos jesuitas trabajan en el diseño de nuevos instrumentos
3. A finales del siglo XVII y ya bajo la dinastía Qing, el jesuita Verbiest realiza la mayoría de los instrumentos que podemos observar hoy en día.
Hoy en día los instrumentos realizados transpasan su calidad funcional convirtiéndola en aparatos con una estética esquisita dentro de un entorno privilegiado.
Un observatorio tardío, del siglo XVIII, ya en época telescópica, en el que sobre todo nos encontramos relojes de Sol es el de Jantar Mantar en Jaipur.
Por último, comentar que la precisión alcanzada por los cronómetros (relojes de precisión) permitió poder determinar con facilidad la longitud en el mar. John Harrison en 1759 realizaba su cuarta versión del cronómetro portátil, el H4, con una precisión de 1 segundo por día. Este avance no sólo afecto a la navegación, sino que en los observatorios astronómicos ya prácticamente sólo necesitaban un telescopio colocado en la meridiana (círculo meridiano) y unos precisos relojes de péndulo que permitían determinar ahora la declinación y la ascensión recta con mucha más precisión que la que soño Tycho Brahe. Relojes de péndulo de tiempo sidéreo medio y también relojes de tiempo solar medio, estos últimos serían los llamados reguladores astronómicos, relojes maestros o relojes patrón que servirían para marcar el tiempo oficial en cada país.
Si queréis saber más sobre la interesante historia de los astrónomos jesuitas en Beijing, os recomiendo este post de Paco Bellido en su blog Otros Mundos en Naukas: El Antiguo Observatorio de Beijing.
Anticiteras y Astrolabios 