Historia de la astronomía

Lahistoria de la astronomíaes el relato de lasobservaciones,descubrimientosyconocimientosadquiridos a lo largo de lahistoriaen materiaastronómica.
La astronomía surge desde que la humanidad dejó de ser nómada y se empezó a convertir en sedentaria; Después de formar civilizaciones o comunidades empezó su interés por los astros. Desde tiempos inmemorables se ha visto interesado en los mismos. Estos han enseñado ciclos constantes e inmutabilidad durante el corto periodo de la vida del ser humano, lo que fue una herramienta útil para determinar los periodos de abundancia para lacazay larecoleccióno de aquellos como elinviernoen que se requería de una preparación para sobrevivir a los cambios climáticos adversos. La práctica de estas observaciones es tan cierta y universal que se han encontrado a lo largo y ancho del planeta en todas aquellas partes en donde han habitado los seres humanos. Se deduce entonces que la astronomía es probablemente uno de los oficios más antiguos, manifestándose en todas las culturas humanas.
En casi todas las religiones antiguas existía unacosmogoníaque intentaba explicar el origen del universo, ligando este a elementos mitológicos. La historia de la astronomía es tan antigua como la historia del ser humano. Antiguamente se ocupaba, únicamente, de la observación y predicciones de los movimientos de los objetos visibles a simple vista, quedando separada durante mucho tiempo de laFísica.
Parece ser que laspirámides de Egiptofueron construidas sobre patrones astronómicos muy precisos.
En 1999 se descubrió enSajonia-Anhalt(Alemania) el famosodisco celeste de Nebra(del 1600 a. C.), que es la representación más antigua conocida de labóveda celeste. Quizá fueron losastrónomos chinosquienes dividieron, por primera vez, el cielo enconstelaciones.
Los antiguos griegos hicieron importantes contribuciones a la astronomía, entre ellas, la definición demagnitud.
En Europa, las doce constelaciones que marcan el movimiento anual del Sol fueron denominadasconstelaciones zodiacales.
Laastronomía precolombina(posterior al sigloXII) poseíacalendariosmuy exactos.
La inmutabilidad del cielo está alterada por cambios reales que el hombre en sus observaciones y conocimiento primitivo no podía explicar, y de allí nació la idea de que en el firmamento habitaban poderosos seres que influían en los destinos de las comunidades y que poseían comportamientos humanos, y que por tanto requerían de adoración para recibir sus favores o al menos evitar o mitigar sus castigos. Este componente religioso estuvo estrechamente relacionado al estudio de los astros durante siglos, hasta que los avances científicos y tecnológicos fueron aclarando muchos de los fenómenos que en un principio no eran comprendidos. Esta separación no ocurrió pacíficamente y muchos de los antiguosastrónomosfueron perseguidos y juzgados al proponer una nueva organización del universo. Actualmente estos factores religiosos sobreviven en la vida moderna comosupersticiones.
A pesar de la creencia común, los griegos sabían de la esfericidad de la Tierra. No pasó desapercibido para ellos el hecho de que la sombra de la Tierra proyectada en la Luna era redonda, ni que no se ven las mismas constelaciones en el norte delmar Mediterráneoque en el sur. En el modeloaristotélicolo celestial pertenecía a la perfección («cuerpos celestes perfectamente esféricos moviéndose en órbitas circulares perfectas») mientras que lo terrestre era imperfecto; estos dos reinos se consideraban como opuestos. Aristóteles defendía lateoría geocéntricapara desarrollar sus postulados. Fue probablementeEratóstenesquien diseñara laesfera armilar, que es unastrolabio, para mostrar el movimiento aparente de las estrellas alrededor de la tierra.
Laastronomía observacionalestuvo casi totalmente estancada en Europa durante laEdad Media, a excepción de algunas aportaciones como la deAlfonso X el Sabiocon sustablas alfonsíes, o los tratados deAlcabitius, pero floreció en el mundo con elImperio persay lacultura árabe. Al final del sigloX, un gran observatorio fue construido cerca deTeherán(Irán), por el astrónomo persaAl-Khujandi, quien observó una serie de pasos meridianos del Sol, lo que le permitió calcular laoblicuidad de la eclíptica. También en Persia,Omar Khayyamelaboró una reforma al calendario que lo hacía más preciso que elcalendario juliano, acercándose alcalendario gregoriano. A finales del sigloIX, el astrónomo persaAl-Farghaniescribió ampliamente acerca del movimiento de los cuerpos celestes. Su trabajo fue traducido allatínen el sigloXII.Abraham Zacutofue el responsable en el sigloXVde adaptar las teorías astronómicas conocidas hasta el momento para aplicarlas a la navegación de la marina portuguesa. Esta aplicación permitió aPortugalser la puntera en el mundo de los descubrimientos de nuevas tierras fuera de Europa.
En la historia de la astronomía, la astronomía pretelescópica se refiere a las observaciones, instrumentos, teorías y conceptos astronómicos desarrollados en las distintas civilizaciones durante el período histórico que precede a la aparición y uso deltelescopio refractor. Los telescopios refractores cohabitaron con las últimas observaciones pretelescópicas. Fueron rápidamente utilizados a gran escala por los observadores, comoGalileo Galileien 1609 con superspicillumapuntando hacia el cielo.
Por definición, no existe información directa o escrita sobre las observaciones del cielo durante elPaleolíticoy solo algunos indicios aislados permiten sospechar de ellos. Según autores raros, como la paleoastrónoma francesa Chantal Jègues-Wolkiewiez (años 1950), determinados objetos dan testimonio de la observación de las estrellas, del Sol o de la Luna dibujando una cartografía de las posiciones de los objetos celestes.
Otra fuente de información es la tradición narrativa y el léxico de lenguas antiguas o vivas. Así, la designación indoeuropea de los «osos» polares o del «alce» para laestrella polar, y de varios otrosasterismosyconstelaciones, testimonia una cultura muy antigua, al igual que el nombre más reciente de Septentrión (‘siete bueyes’ [bajo el yugo]) que equivaldría a una cultura agrícola. Las correspondencias de nociones míticas comunes entre zonas distantes (Europa y América del Norte, en particular) no parecen fortuitas, lo que implicaría una herencia de al menos15 000 añosde antigüedad.
Según el arqueólogo estadounidense Alexander Marshack (1918-2004), las indentaciones grabadas en un hueso de águila desenterrado en elabrigo Blanchardy que datan de hace unos32 000 añoscorresponderían a anotaciones lunares: su número y posición podrían estar relacionados conlunaciones.​
Según Chantal Jègues-Wolkiewiez, la ornamentación específica de las grutas del sur de Francia, cuando corresponde por ejemplo a los solsticios, sería otro elemento significativo. Esta autora incluso considera que las pinturas de estas cuevas podrían ser cartas estelares. Para ella, el escenario del Pozo de lacueva de Lascaux(de unos17 000 añosde antigüedad) supondría conocimientos astronómicos: sugiere reconocer allí una representación de lasPléyadesy delzodíaco.
El significado profundo de estos mapas se desconoce; podría ser religioso o de calendario, marcando los períodos importantes de migración de animales, de caza, etc. Esta hipótesis, inicialmente cuestionada en nombre de diversos prejuicios, científicos o no,​
resulta estimulante una vez que se tiene en cuenta la interdisciplinariedad. La falta de evidencia arqueológica explícita no significa en modo alguno que la observación del cielo no desempeñara ningún papel entre los humanos prehistóricos: esto está bien atestiguado en las culturas contemporáneas de cazadores-recolectores, como losaborígenes australianos.
DelNeolíticolos yacimientos encontrados se multiplican aunque su interpretación sigue siendo delicada. La implantación de calendarios, que atestiguan un conocimiento cierto de la evolución del cielo, fue de vital importancia para estas civilizaciones agrarias. La capacidad de anticipar eventos estacionales o anuales hizo posible laplanificación. Por tanto, se dio una interpretación religiosa a las posibles causas de los fenómenos celestes.
El surgimiento de las prácticas agrarias fue quizás acompañado por la práctica de diversos cultos uranos (que se relacionan con el cielo, espacio dedicado a lo sagrado) y, con ellos, de la astronomía y de laastrología(así como en otros lugares, laastrología caldeay lachina).
Innumerables sepulturas de esta época están orientadas hacia una dirección particular del cielo. Entre los descubrimientos arqueológicos asociados a la práctica del calendario, cabe mencionar losconos rituales de orodesenterrados en Francia y el sur de Alemania, interpretados como los tocados de los sacerdotes de un culto solar, y eldisco de Nebra. Elcírculo de Goseck, trazado hace casi 7000 años, es el observatorio solar más antiguo conocido.
Los vestigios que han aparecido delNeolítico, como los grandes círculos megalíticos de los que los más conocidos sonNabta Playa, de 6000 a 6500 años de antigüedad, oStonehenge(Wiltshire, Inglaterra), erigido entre 5000 y 3500 añosantes del presente, difícilmente pueden calificarse como observatorios. Su función era sobre todo religiosa, y la observación, si hubo alguna observación, se limitaba a la identificación ritual de las alineaciones solares, tal vez lunares o planetarias (Venus), en el momento de la salida y puesta de esos cuerpos en determinados períodos de tiempo del año. Además, los grupos culturales que los erigieron no cumplen las condiciones antes expuestas: se caracterizan en particular por la ausencia de escritos y de documentos que permitan deducir con certeza que la función de los monumentos megalíticos comportaba efectivamente un componente astronómico, o que incluso la astronomía jugase un papel importante dentro de tales grupos. AunqueCamille Flammarion, por ejemplo, y muchos otros antes y después de él, hablarán en relación con losdecírculos megalíticosde «monumentos con finalidad astronómica» y «observatorios de piedra». Pero los estudios arqueoastronómicos llevados a cabo durante los últimos treinta años han matizado fuertemente tal afirmación.
Desde los años 1970, laarqueoastronomía, que se dedica al estudio de este tipo de construcciones y de su significado astronómico, se ha convertido en una disciplina independiente.
Entre los lugares arqueológicos que han sido considerados por algunos como lugares para laobservación astronómica, se encuentran:
Desde 1990, la comprensión de los europeos prehistóricos ha cambiado radicalmente gracias a los descubrimientos de antiguos artefactos astronómicos en toda Europa. Esos artefactos demuestran que los europeos del Neolítico y de la Edad del Bronce tenían ya un conocimiento sofisticado dematemáticasy astronomía. Entre esos descubrimientos se encuentran:
Las investigaciones revelaron que el objeto había estado en uso alrededor 400 años antes del entierro (2000 a. C.), pero que en el momento del entierro su uso ya había sido olvidado. Las incrustaciones de oro representaban la luna llena, una luna creciente de unos 4 o 5 días de edad y el cúmulo de estrellas de lasPléyadesen una disposición específica que formaba la representación más antigua conocida de fenómenos celestes. Doce meses lunares pasan en 354 días, lo que requiere que un calendario inserte un mes bisiesto cada dos o tres años para mantenerse sincronizado con las estaciones del año solar (lo que lo convierte encalendario lunisolar). Las primeras descripciones conocidas de esta coordinación fueron registradas por los babilonios en los siglosVIo sigloVIIa. C., más de mil años después. Esas descripciones verificaron el conocimiento antiguo de la representación celestial del disco celeste de Nebra como la disposición precisa necesaria para juzgar cuándo insertar elmes intercalarioen un calendario lunisolar, convirtiéndolo en un reloj astronómico para regular dicho calendario mil o más años antes que cualquier otro método conocido.​
Modernos estudiosos han demostrado que la ornamentación de los conos de pan de oro deltipo Schifferstadt, al que el ejemplo delsombrero dorado de Berlínpertenece, representan secuencias sistemáticas en términos de número y tipos de adornos por banda. Un estudio detallado del ejemplo de Berlín, que es el único completamente conservado, mostró que los símbolos probablemente representan uncalendario lunisolar. El objeto habría permitido la determinación de fechas o períodos tanto en ellunarcomo en elcalendario solar.​
A pesar de la creencia popular de que laEdad Mediafue una época oscura para el conocimiento, las investigaciones más recientes han revelado una imagen más compleja del estudio y la enseñanza en el período comprendido entre los siglosIVyXVI.​
En particular, el conocimiento astronómico de la Antigüedad permaneció vivo entre los eruditos de habla helénica delImperio bizantinoy hasta el sigloXII, el Occidente latino había conservado muy pocos textos científicos.
Europa Occidentalentró en la Edad Media con grandes dificultades que afectaron a la producción intelectual del continente. Los tratados astronómicos más avanzados de laantigüedad clásicase habían escrito en griego y, con el declive del conocimiento de ese idioma, solo se pudieron estudiar resúmenes simplificados y textos prácticos. Los textos más influyentes que transmitieron esta antigua tradición en latín fueron:​
En el sigloVI, el obispoGregorio de Tours(538-594) señaló que había aprendido astronomía leyendoa cappella, y pasó a emplear dicho conocimiento para describir un método por el cual los monjes podían determinar el tiempo de oración por la noche mirando las estrellas.​
A pesar de ello, muchos libros de laAlta Edad Mediaapoyaron la esfericidad de la Tierra.​
En el sigloVII, el monje inglésBeda(c. 672-735) publicó un texto tituladoDe temporum ratione[Sobre el cálculo del tiempo] que proporcionaba a los eclesiásticos el conocimiento astronómico práctico necesario para calcular la fecha correcta de las festividades variables mediante un procedimiento llamadocómputus, con instrucciones para calcular la fecha de la Pascua a partir del día de plenilunio pascual, para determinar el movimiento del Sol y la Luna a través delzodíaco, así como otras cuentas relacionadas con el calendario. La obra tiene una introducción a la visión tradicional antigua y medieval delcosmos, además de una explicación de cómo laTierra esféricainfluía en la longitud cambiante de laluz del día, de cómo el movimientoestacionaldelSoly laLunaalteraba la apariencia cambiante delplenilunioen el crepúsculo de la noche.​
También se registró el efecto de la Luna en las mareas. El autor argumentó que la sincronización de las mareas dos veces al día está relacionada con la Luna y que el ciclo mensual lunar de las mareas de primavera y verano también está vinculado con la posición del satélite natural.​
Este texto siguió siendo un elemento importante de la educación del clero desde el sigloVIIhasta mucho después del surgimiento de las universidades en el sigloXII.​
La variedad de escritos romanos antiguos supervivientes sobre astronomía y las enseñanzas de Beda y sus seguidores comenzó a estudiarse seriamente durante el sigloVIII. Pero fue con las reformas políticas deCarlomagno, y especialmente las reformas educativas, cuando la astronomía recuperó su rango como disciplina docente en el conocido comorenacimiento carolingio.​
Carlomagno encomendó al monje anglosajónAlcuino de Yorkla reforma de la enseñanza en el Imperio que se difundiría por una red deescuelas episcopalesque habrían de crearse en cada una de lasdiócesis. Se estableció uncurrículoestandarizado a partir de las siete artes liberales ―eltrivium, o enseñanza literaria (gramática,retóricaydialéctica) y elquadrivium, o enseñanza científica (aritmética,geometría,astronomíaymúsica)―​
para su uso en esas escuelas y Alcuino mismo se encargó de la recopilación y de la propia redacción de todo tipo de libros de texto, a veces tan rudimentarios como listas de palabras.​
La astronomía se sumaría a las disciplinas tradicionales con la idea también de formar a los clérigos en el cálculo delcomputus​
tradicionalmente confiada a losrabinos.​
En el sigloIX, circulaban en Europa occidental técnicas para calcular la posición de los planetas y aunque los eruditos medievales ya reconocieron sus defectos, los textos que describen estas técnicas continuaron siendo copiados reflejando un interés en los movimientos de los planetas y en su significado astrológico.​
Sin embargo, estas reformas carolingias no tuvieron el éxito esperado a largo plazo, por lo que el conocimiento astronómico siguió siendo rudimentario en la práctica. Si bien es cierto que siempre se respetó el canon tradicional de lasartes liberales, donde la astronomía formaba parte integrante delquadrivium, en la práctica las escuelas monásticas de laAlta Edad Mediageneralmente solo enseñaban eltrivium, que ignoraba las ciencias matemáticas.
En cualquier caso, fue durante la época carolingia cuando una copia de losPhænomena[Fenómenos], poemas didácticos deAratodeSoles, que reapareció en forma de manuscrito suntuosamente iluminado,Aratea de Leiden, probablemente una donación deLuis el Piadoso. Estos poemas deben haber sido traídos deLotaringiapor un talAstronomusal que solo se conoce por el título de sus obras. Los textos de astronomía más difundidos hasta finales de la Edad Media fueron, además de losPhænomenade Aratos, las descripciones de las constelaciones dePoeticon Astronomicon, atribuidas por tradición aGayo Julio Higino, ahora se cuestionan. Todo el conocimiento de la mitología clásica relacionado con las constelaciones provino esencialmente de estas dos obras. Las iluminaciones fueron de gran valor artístico. Por otro lado, las posiciones que los iluminadores daban a las estrellas no tienen prácticamente nada que ver con la realidad de laesfera celeste; fueron modificadas para coincidir mejor con las representaciones alegóricas de las constelaciones.
A partir del sigloX, el contacto con el mundo oriental y árabe, iniciado a través de lasCruzadasy del movimiento deReconquistade la península ibérica, motivó que muchos eruditos comenzaron a viajar a España y Sicilia para buscar conocimientos que habían oído que existían en el mundo de habla árabe. Los autores árabes habían mantenido durante mucho tiempo un contacto regular con las obras clásicas griegas (Aristóteles, por ejemplo), habiendo hecho un trabajo de traducción que será muy valioso para los occidentales, que volvieron a entrar en contacto con sus raíces eruditasolvidadas. De hecho, tanto en España (Escuela de traductores de Toledo), como en el sur de Italia, los traductores (que tradujeron al latín del árabe y del griego) realizaron una cantidad considerable de traducciones que permitieron avances importantes en astronomía, matemáticaa, biología y medicina, y que serán el caldo de cultivo de la evolución intelectual europea de los siglos posteriores.
A finales del sigloX, Gerberto de Aurillac (c. 945-1003) (que llegará a ser elpapa Silvestre IIen 999-1003) estudió las fuentes científicas árabes en Cataluña donde integró, además de laescritura decimal posicional, los conocimientos astronómicos vinculados al astrolabio en el tratadoSententiae astrolabiitraducido porLupito de Barcelonaen 980. Laesfera armilar, por ejemplo, fue reintroducida a través deAl-Ándalusgracias a los esfuerzos de Gerberto,​
que aplicó el uso de tubos de observación con su esfera armilar para fijar la posición de la estrella polar y registrar las mediciones de los trópicos y del ecuador.​
También en textos árabes se encontraron por primera vez algunas técnicas astronómicas prácticas relacionadas con el calendario y el cronometraje, sobre todo las relacionadas con elastrolabio. Pronto, estudiosos comoHermann de Reichenauestaban escribiendo textos en latín sobre los usos y la construcción del astrolabio y otros, comoWalcher de Malvern, usaban el astrolabio para observar el tiempo de los eclipses con el fin de probar la validez de las tablas delcomputus.​
Reichenau fue uno de los primeros eruditos cristianos en estimar la circunferencia de la Tierra con el método deEratóstenes.
Los demás tratados de astronomía de los autores de la Antigüedad solo se copiaron más tarde, con los inicios de laescolásticaen el sigloXII:Gerardo de Cremonarealizó la primera traducción al latín delAlmagestoa partir de una traducción árabe. Luego, estos textos (principalmente los de Ptolomeo y Aristóteles) fueron cada vez más comentados. En cuanto a completarlos, rectificarlos o comprobar su contenido mediante verdaderas observaciones de los cielos, esto iba más allá de la concepción que el hombre medieval tenía del conocimiento. La llegada de esos nuevos textos traducidos coincidió con el auge de las universidades en la Europa medieval ―Bolonia (1088), París (1150) y Oxford (1167)―, en la que pronto encontraron un hogar.​
Reflejando la introducción de la astronomía en las universidades,Juan de Sacroboscoescribió una serie de influyentes libros de texto de introducción a la astronomía:La esfera, unCómputus, un texto sobre el cuadrante y otro sobre cálculo.​
En el sigloXIV,Nicole Oresme(1323-1382), más tarde obispo de Liseux, demostró que ni los textos bíblicos ni los argumentos físicos presentados contra el movimiento de la Tierra eran demostrativos y adujo el argumento de la simplicidad para la teoría de que la Tierra se mueve, y no los cielos. Sin embargo, concluyó que "los cielos se mueven y no la tierra: porque Dios estableció el mundo que no se moverá".​
Por otro lado, el cardenalNicolás de Cusasugirió en algunos de sus escritos científicos que la Tierra giraba alrededor del Sol y que cada estrella es en sí misma un sol distante.
Durante el sigloXVhay un crecimiento acelerado del comercio entre las naciones mediterráneas, lo que lleva a la exploración de nuevas rutas comerciales haciaOrientey aOccidente, estas últimas son las que permitieron la llegada de los europeos a América. Este crecimiento en las necesidades de navegación impulsó el desarrollo de sistemas de orientación y navegación y con ello el estudio a fondo de materias como lageografía,astronomía,cartografía,meteorología, y latecnologíapara la creación de nuevos instrumentos de medición comocompasesyrelojes.
En el sigloXVse renovó el interés en el estudio de los cielos gracias, en parte, a laescuela de traductores de Toledo, creada por el reyAlfonso X el Sabio(1221-1284) quienes empiezan a traducir antiguos textos astronómicos.
Personajes comoJohann Müller Regiomontano(1436-1476), comenzaron a realizar observaciones astronómicas y a discutir las teorías establecidas al punto queNicolás de Cusa(1401-1464), en 1464 planteó que la Tierra no se encontraba en reposo y que el universo no podía concebirse comofinito, comenzando de alguna manera a resquebrajarse el sistema imperante hasta ese momento.
Nicolás Copérnico(1473-1543) retoma las ideas heliocentristas y propone un sistema en el cual el Sol se encuentra inmóvil en el centro del universo y a su alrededor giran los planetas en órbitas con «movimiento perfecto», es decir circular. Este sistema copernicano, sin embargo, adolecía de los mismos o más errores que el geocéntrico postulado por Ptolomeo, en el sentido de que no explicaba el movimiento retrógrado de los planetas y erraba en la predicción de otros fenómenos celestes. Copérnico, por tanto, incluyó igualmente epiciclos para aproximarse a las observaciones realizadas.
Tycho Brahe(1546-1601), hombre acomodado y de vida disipada, fue un gran observador del cielo y realizó las más precisas observaciones y mediciones astronómicas para su época, entre otras cosas porque tuvo la capacidad económica para construir su propio observatorio e instrumentos de medición. Las mediciones de Brahe no tuvieron, sin embargo, mayor utilidad hasta queJohannes Kepler(1571-1630) las utilizara. Kepler gastó muchos años tratando de encontrar la solución a los problemas que se tenían con el sistema enunciado por Copérnico, utilizando modelos de movimiento planetario basados principalmente en los sólidos perfectos dePlatón. Con los datos completos obtenidos después de la muerte de Brahe, llegó por fin al entendimiento de las órbitas planetarias, probando con elipses en vez de los modelos perfectos de Platón, y pudo entonces enunciar susleyes del movimiento planetario.
Galileo Galilei(1564-1642) fue uno de los defensores más importantes de la teoría heliocentrista. Construyó untelescopioa partir de un invento del neerlandésHans Lippersheyy fue el primero en utilizarlo para el estudio de los astros, descubriendo loscráteresde laLuna, laslunas de Júpiter, lasmanchas solaresy las fases deVenus. Sus observaciones tan solo eran compatibles con el modelo copernicano.
El trabajo de Galileo lo enfrentó a laIglesia católica, que ya había prohibido el libro de CopérnicoDe revolutionibus orbium coelestium. Después de varios enfrentamientos con los religiosos en los cuales fue respaldado por el papaUrbano VIII, y a pesar de que se le pidiese moderación en la difusión de sus estudios, Galileo escribióDiálogos sobre los dos máximos sistemas del mundo. En esta obra ridiculizó la posición de la Iglesia a través de Simplicio el Simplón. Por esta desobediencia fue llevado a juicio en donde fue obligado a abjurar de sus creencias y posteriormente recluido bajo arresto domiciliario, que duró el resto de su vida.​
Murió con la bendición papal a los 88 años. A finales del sigloXXel papaJuan Pablo IIpidió disculpas al mundo por esta injusticia que su Iglesia había cometido contra Galileo.
A partir de los desarrollos técnicos, ópticos y de las nuevas teorías matemáticas y físicas se dio un gran impulso a las ciencias y en particular a la astronomía. Se descubrieron y catalogaron miles de objetos celestes. Aparecen en el sigloXVIIgrandes hombres constructores de lo que hoy conocemos como astronomía moderna:Johannes Hevelius(observaciones de la luna y cometas),Christian Huygens(anillos de Saturnoy Titán),Giovanni Domenico Cassini(satélites de Saturno),Ole Rømer(velocidad de la luz a partir de los eclipses de lossatélites de Júpiteren 1676) yJohn Flamsteed(fundador delObservatorio de Greenwichen 1675).
Ya desde sus años universitariosIsaac Newtonestuvo involucrado en estudios matemáticos, observaciones astronómicas, físicas y químicas. En 1686 publicó su famosa obraPhylosofíæ naturalis principia mathemática, que también contiene laley de la gravitación universal, varios estudios sobre elmovimiento de fluidosy las leyes de colisión. Sus tres leyes que explican la dinámica del sistema solar, hicieron innecesario definitivamente el empirismo en la explicación de esos movimientos celestes. Son:
Se dice que Newton fue inspirado por la caída de una manzana para imaginar el efecto de la gravedad, aunque está comprobado que eso es tan solo una leyenda que sirve como metáfora para entender la fuerza de la gravitación: la misma fuerza gravitatoria que hace caer la manzana se extiende hacia la Luna y si no fuera por ella la Luna escaparía de la órbita terrestre. Laley de la gravitación universaldice que:
Newton también fue responsable delcálculo infinitesimal, lasfunciones de una variabley la construcción de tangentes en curvas planas. Enópticaexpuso la teoría de ladescomposición de la luz blancasegún la famosa experiencia delprisma, brindando también explicaciones sobre el fenómeno delarco iris.​
También estudió la forma de la Tierra, el efecto de las perturbaciones debidas a la acción gravitacional del Sol y por tanto el fenómeno de las mareas, de donde también derivó la evaluación de la masa de la Luna. También interpretó la precesión de los equinoccios a partir de la forma irregular de la Tierra, y evaluó el aplanamiento polar conociendo la velocidad de rotación y las dimensiones del planeta.​
Newton modificó el diseño de los telescopios de la época en un modelo por él llamadoreflectores newtonianos.
Christian Huygensse dedicó a los estudios defísicaymecánicaobteniendo descubrimientos fundamentales. Fue el responsable de la primera hipótesis de laconservación de la energía, introduciendo la «fuerza viva» que posteriormente se denominará «energía cinética», aplicada conceptualmente también a la posibilidad de explicar los fenómenos naturales en términos de cambios de velocidad y posición de átomos microscópicos. Fue el primero en plantear la hipótesis de unateoría ondulatoria de la luzsegún pequeños experimentos, entrando así en polémica conNewton, que apoyaba la teoría corpuscular, controversia que terminaría solo con la concepción moderna de la doble naturaleza de laluz: ondulatoria y corpuscular. También trabajó en óptica, mejorando significativamente los instrumentos astronómicos y construyendo un ocular adecuado para reducir la aberración cromática. Estas mejoras ópticas le permitieron descubrir losanillos de Saturnoy su luna más grande,Titán(en 1665).​
Giovanni Domenico Cassinidescubrió en 1665 una brecha en los anillos de Saturno, la llamadadivisión de Cassini. Posteriormente descubrió algunos satélites:Jápeto (satélite)(1671),Rea(1672),DioneyTetis(1684).​
También determinó la unidad astronómica con un error inferior al 7,5%.​​
Ole Rømercolaboró con Cassini en la introducción delmicrómetro filary también tuvo la primera idea de lamontura ecuatorial. Su nombre, sin embargo, está indudablemente vinculado a la primera medición verdadera de lavelocidad de la luz: utilizando lasefeméridesde Júpiter, observó cómo persistía un cierto tiempo entre el fenómeno calculado (eclipse otránsitodel satélite) y la realidad; de ello dedujo que, dada la considerable distancia entre la Tierra y Júpiter, la luz tardaba un cierto tiempo en llegar a la Tierra, contradiciendo las creencias de la época sobre la instantaneidad de los fenómenos luminosos. Llegó incluso a establecer que la luz viajaba a una velocidad de 225 000 km/s, frente a los 300 000 km/s reales.​
Edmund Halleyen 1678 fue nombrado miembro de laRoyal Society. En 1682 observó el cometa que llevaría su nombre, suponiendo que completaba unarevolucióncompleta a lo largo de su órbita cada 76 años. Mediante cálculos predijo el siguiente paso que se produjo a tiempo, pero que él no vio debido a su muerte. En 1718 destacó los movimientos propios de lasestrellas, demostrando que al menos tres de ellas,Sirius,ProcyonyArturo (estrella), habían cambiado de posición desde la época de Ptolomeo; también descubrió el cúmulo de Hércules.​
El nombre deJames Bradleyestá vinculado al descubrimiento de laaberración de la luz, que allanó el camino para futuras mediciones de losparalajes estelares. Al observar la estrellaγ Draconis, sospechosa de cambiar de posición, descubrió un movimiento opuesto al esperado. Anotando todos los datos necesarios, como la temperatura y el comportamiento del telescopio, anunció el descubrimiento de la aberración en 1729. Sin embargo, advirtió que, al calcular los efectos de la aberración, persistía una desviación fija de 2" de arco, lo que indicaba la existencia de otro fenómeno: el fenómeno en cuestión era lanutación, que determina un desplazamiento de las posiciones estelares cada 18,6 años.​
La teoría de Newton tomó tiempo para establecerse en Europa.Descartesplanteaba la teoría de vórtices yChristiaan Huygens,Gottfried Wilhelm LeibnizyJacques Cassinihabían aceptado solo partes del sistema de Newton, prefiriendo su propia filosofía. No fue sino hastaVoltaireque se publicó un experimento sobre las mareas en 1738.​
Finalmente en 1748, laAcademia de las Ciencias francesaofreció una recompensa para la resolución de las perturbaciones de Júpiter y Saturno que finalmente fue resuelto porEuler,Joseph-Louis de Lagrange(1736-1813) yLaplace, estableciendo las bases del sistema solar.
Charles Messier, astrónomo francés, publicó en 1774 el famosocatálogo que lleva su nombre. Ávido cazador de cometas, descubrió unos quince y observó muchos otros. Se apasionó por catalogar los objetos del cielo, incluyendo además una breve descripción. Utilizó un modesto reflector de 19 cm instalado en el Hôtel de Cluny en el centro de París. En sus incursiones celestes descubrió y catalogó varios objetos famosos entre ellosnebulosas,galaxiasycúmulos, llegando a la cifra de 103 objetos; más tarde, otros astrónomos añadieron más, llevando el catálogo a 110. El catálogo de Messier, por innovador que fuera, tenía algunas lagunas de observación provocadas por la modestia del instrumento utilizado.​
De hecho, después de casi un siglo, Herschel resolvió en estrellas objetos que Messier consideraba simples nebulosidades.​
En 1781,William Herschel(1738-1822) descubrióUranoutilizando un modesto telescopio de 18 cm. Este descubrimiento, que le convirtió enastrónomo real, fue totalmente accidental: mientras hacía recuentos de estrellas para determinar la forma de la galaxia, notó la presencia de una estrella cerca de la estrella 1 Geminorum; se dio cuenta de que lo que tenía en su ocular no era una estrella, sino que supuso que era un cometa, porque al incrementar el aumento había notado un disco circular. Así, hizo una comunicación oficial a laRoyal Society, que señalaba que había descubierto un planeta. En 1787 descubrió también dos satélites de Urano,TitaniayOberon,​ y fue el primero en observar también losanillos de Urano, aunque el efecto se interpretó como un defecto óptico; de hecho, los anillos no se confirmarán hasta 1977.​ En 1789, con un telescopio de 1,2 m de diámetro, fue el primero en observar dos satélites dentro del anillo de Saturno,EnceladoyMimas.​ Descubrió el sistema doble ξ Bootis,​ la dobleAlgieba(γ Leonis),​
elcúmulo globularNGC 2419en laconstelación de Lince. Para obtener estos excelentes resultados, Herschel había construido uno de los telescopios más grandes de la época, un newtoniano con un diámetro de 1,22 m y una distancia focal de 12,20 m. Para construirlo necesitó tres años de trabajo desde 1786 hasta 1789, perfeccionando también las técnicas de fabricación de telescopios y ópticas. También estudió la forma visible de la galaxia, trazando un dibujo completo y comprendiendo su forma lenticular​.
Joseph-Louis Lagrange, además de sus aportaciones a la matemática analítica y al cálculo de funciones, desarrolló un modelo demecánica celestemucho más complejo y preciso. En 1773 observó que era posible expresar lasleyes de Newtonen términos de la acción de un campo de fuerza que llenaba el espacio continuamente. De esta manera tuvo entonces en cuenta los efectos de las perturbaciones provocadas por otros planetas sobre diversos valores como la inclinación de la órbita, la dirección y longitud del eje mayor o la excentricidad de la elipse. Parecía así que los cuerpos celestes, aunque mantenían suórbitaestablecida a lo largo del tiempo, sufrían múltiples influencias de los demás planetas.​
Otro aporte válido a la mecánica celeste fue el dePierre Simon Laplace, quien descubrió la naturaleza cíclica del movimiento de Júpiter y Saturno, naturaleza cíclica estimada en aproximadamente en 900 años, por lo que los planetas parecen acelerarse o desacelerarse entre sí. Esta variación ya era conocida por Lagrange, pero solo Laplace la atribuyó a un movimiento cíclico, confirmando la idea de que elsistema solarpresentaba movimientos no aleatorios incluso en una escala temporal grande.​
Joseph von Fraunhoferfue el artífice de una pequeña revolución instrumental. En 1812 comenzó a estudiar un método para obtener placas de vidrio libres deaberracionesde la imagen. Para lograrlo, necesitaba trabajar en cada color producido por las aberraciones. Luego explotó el método delprismacon el que descompuso la luz solar, pero en la descomposición de los colores observó que el espectro producido mantenía varias líneas negras completamente independientes del vidrio utilizado: había descubierto laslíneas de Fraunhofer. De hecho, las líneas negras no dependían de la óptica, sino de la luz solar. En realidad ya habían sido observadas por otros ópticos, pero Fraunhofer fue el primero en anotar su posición según la denominación de las letras del alfabeto. Será posteriormente Kirchhoff quien interpretará correctamente el origen de las extrañas líneas negras. Fraunhofer también fue el primero en tener la intuición de utilizar unared de difracción, en lugar de un prisma, para ladescomposición de la luz blanca. Con este medio la imagen de los espectros era más precisa que la obtenible con el prisma, introduciéndose así un nuevo modelo deespectroscopio.​
Luego perfeccionó un instrumento que conduciría a nuevos descubrimientos astronómicos, elheliómetro, inicialmente utilizado para medir el diámetro solar. Tras las mejoras de Fraunhofer, Bessel logró obtener la medida del primerparalaje estelar.​
Friedrich Wilhelm Besselfue uno de los astrónomos más representativos del sigloXIX. En 1838, gracias a la introducción del heliómetro de Fraunhofer, Bessel logró observar el primer paralaje estelar y, por tanto, determinar la distancia a la estrella. Para la primera medición Bessel eligió la estrella61 Cygni, con mayor movimiento propio que las demás; tras seis meses de observaciones encontró un paralaje que determinó una distancia de 10,7 años luz, un valor muy preciso incluso para la actualidad. En 1844, después de décadas de observaciones, Bessel anunció queSiriusgiraba alrededor del centro de gravedad de un sistema, es decir, que Sirius incluía un objeto invisible. Estos descubrimientos abrieron el camino al estudio de la posición de las estrellas, así como a la conciencia de que el universo visible mostraba dimensiones enormes, mucho más allá de las expectativas iniciales.​
Los conocimientos entonces alcanzados en el campo de la mecánica celeste permitieron desarrollar teorías vinculadas a la formación del sistema solar a partir de la primera teoría expuesta: la de los vórtices de Descartes.​Georges-Louis Leclerc de Buffonplanteó la hipótesis de que el sistema solar nació del Sol tras el paso cercano de una estrella: el cuerpo habría extraído materia del Sol, creando cuerpos planetarios. Esta idea fue inmediatamente definida como teoría catastrofista.​
En 1755, el filósofo alemánImmanuel Kanty, posteriormente, de forma independiente en 1796 tambiénLaplace, expusieron una nueva teoría que más tarde se definió comoteoría de Kant-Laplace. La teoría postulaba el nacimiento del sistema solar a partir de una nube de gas que, puesta en rotación para no colapsar sobre sí misma, habría formado la estrella que hoy se conoce, el Sol, en el centro, mientras que fuera el gas se habría agregado formando losprotoplanetas; con el tiempo el Sol se habría iluminado como una estrella, y habiendo barrido la presencia de nubes y polvo que luego caían sobre las superficies planetarias, los llamados protoplanetas se habrían convertido en los que se conocen ahora. Esta teoría, todavía aceptada hoy en día, explica, por ejemplo, por qué losplanetas gaseosospermanecieron fuera del sistema, así como su disposición uniforme en el plano de la eclíptica. Sin embargo, mantiene algunas inconsistencias, por ejemplo no se sabe por qué el material nebular debería haberse agregado.​​
La observación astronómica cada vez más detallada permitió el descubrimiento de objetos celestes diferentes a las estrellas fijas, los planetas ycometas.
Estos nuevos objetos observados eran como parches de luz que por su aspecto se les dio el nombre denebulosas. El alemánFriedrich Wilhelm Herschel(1738-1822) fue uno de los primeros en estudiar estos objetos, músico de profesión, finalmente abandonó las notas por las estrellas, su hermanaCaroline Herschel(1750-1848), trabajó con él realizando barridos de zonas del cielo, con lo cual dibujaron un mapa de lagalaxiacon un gran número de estrellas observadas. Herschell también realizó otros importantes descubrimientos comoUrano, Sus lunasTitaniayOberóny laslunas de SaturnoEncéladoyMimas.
Durante el sigloXVIIIuno de los objetivos de los estudios astronómicos fue el de calcular las distancias en el universo. El sistema de medición fue laparalaje, que mide el movimiento de una estrella con respecto a las estrellas vecinas cuando se observa desde dos puntos diferentes. La primera distancia a una estrella medida con este método fue realizada porFriedrich Bessel(1784-1846) en 1838 fue a 61 delCisne (constelación)obteniendo una distancia de 11años luzy, posteriormente,Alfa Centaurocon una distancia de 4,3 años luz.
El 1 de enero de 1801,Giuseppe PiazzidePalermodescubrió un objeto celeste que a primera vista parecía un cometa. Una vez que se hizo público el descubrimiento, Gauss comenzó a observar el cuerpo para determinar sus parámetros orbitales, pero el objeto pasaba detrás del Sol; fueHeinrich Wilhelm Olbersquien lo encontró en 1802. Después de evaluar la órbita y la distancia,William Herscheldefinió el objeto como«asteroide», ya que, debido al pequeño diámetro, no podíaresolverel disco, dándole así uncasi estelar. Piazzi lo bautizó con el nombre de Cerere Ferdinandea, posteriormente cambiado aCeres. Inicialmente se creía que Ceres era un nuevo planeta, también porque se encontraba exactamente a la distancia predicha por laley empírica de Titius-Bode.​
En unos pocos años, Olbers descubrióPallasyVesta;Junofue descubierta casi al mismo tiempo porKarl Ludwig Harding. Sin embargo, después de los cuatro primeros, hubo que esperar unos cuarenta años para ver un nuevo descubrimiento (Astrea, descubierto porKarl Ludwig Hencke).​
A pesar del continuo aumento de tales descubrimientos, los asteroides fueron considerados planetas hasta alrededor de 1851, cuando fueron reclasificados como «cuerpos menores» del sistema solar, ordenados sobre la base de un número progresivo y ya no se basa en la distancia al Sol (como los planetas)..​
En 1848,Johann Rudolf Wolfintrodujo un método de medición diaria de lasmanchas solares, también llamado «número de Wolf»; este valor tiene en cuenta el número de los grupos de manchas presentes y de aquellas singulares, seguido de un factor K para evaluar las condiciones de observación. Inmediatamente después de la introducción de este método, se pudo calcular la tendencia cíclica de la actividad solar desde 1700 hasta la actualidad, descubriéndose la existencia de diversos ciclos de actividad solar, el más evidente de los cuales es el de 11,04 años.​
Richard Christopher Carringtonderivó la ley de rotación diferencial delSoly definió la «migración» de las manchas hacia el ecuador durante el ciclo. La migración en latitud se descubrió organizando todas las manchas observadas en un gráfico con forma de mariposa. El 1 de septiembre de 1859, Carrington observó una nueva clase de fenómenos solares: lasllamaradas. Vio una especie de relámpago que centelleaba entre dos manchas con una duración de cinco minutos; poco después se produjo unatormenta magnética, las agujas de la brújula enloquecieron y al día siguiente apareció unaaurora boreal. Este fenómeno se repite cada vez que ocurre una llamarada en el Sol.​
El 23 de septiembre de 1846 se produjo el descubrimiento deNeptuno. Los acontecimientos relacionados con su descubrimiento fueron bastante complejos: en 1821 un colaborador de Laplace,Alexis Bouvard, publicó las efemérides de Urano, pero en la introducción del libro señaló que había discrepancias en las posición del planeta; inmediatamente pensó en la idea de un cuerpo perturbador.​
En 1823, Bessel inició una serie de observaciones en busca del planeta, comparando los datos de Bouvard, pero sin obtener resultado alguno.George Biddell Airy, nombrado director delobservatorio de Cambridge, también constató estas discrepancias entre los cálculos y las observaciones, presentando un informe oficial.John Couch Adams, después de unos meses de trabajo, concluyó que las perturbaciones eran causadas por un planeta; después de dos años de análisis de las observaciones indicó en qué posición se podía encontrar el nuevo cuerpo. InclusoUrbain Le Verrier, después de haber obtenido las mismas conclusiones, instó a sus colegas franceses a realizar investigaciones, pero al no haber logrado un gran consenso, recurrió posteriormente, en elObservatorio de Berlín, aJohann Gottfried Galle.​
Galle identificó el nuevo planeta en la primera noche de observación después de 25 años de intentos. El descubrimiento fue el triunfo de la mecánica celeste y los cálculos matemáticos.​​
Robert Wilhelm Bunsense dedicó a una serie de experimentos sobre la acción química de la luz utilizando su famoso invento: elmechero Bunsen(un quemador de gas ajustable). Intentó identificar sustancias químicas mediante la coloración de la llama puesta en contacto con las sustancias. Al principio intentó identificar los colores tenues con filtros de colores, pero sin obtener una medida precisa; Posteriormente, su amigoGustav Robert Kirchhoffsugirió la idea de observar la llama a través de unespectroscopio. La idea fue tan buena que ambos comenzaron a estudiar sus efectos con diferentes sustancias, descubriendo la correlación entre sustancias ylíneas de Fraunhofer. Para comprobar la conexión real entre el espectro y el elemento químico, llevaron a cabo otros experimentos invirtiendo la condición, y por tanto observando cómo se producían las mismas líneas, enemisióno enabsorción (óptica), según el estado del material.​
Angelo Secchicontinuó el trabajo recién iniciado por Kirchhoff clasificando las estrellas según suespectro. De hecho, estaba convencido de que a gran escala las estrellas presentaban una lógica subdivisión. Utilizando un espectrógrafo, Secchi distinguió las estrellas en cuatro categorías: Tipo I, II, III y IV. La división espectral adquirió aún más importancia cuando se descubrió la conexión con la temperatura de la superficie. Secchi tuvo así la oportunidad de elaborar el primer catálogo espectral de la historia de la astronomía.​
William Huggins, después de leer el informe de Kirchhoff sobre la identificación de loselementos químicosa través del espectro, decidió realizar investigaciones en este campo. Utilizando un espectrógrafo, comenzó su investigación sobre otros objetos del cielo: en los cometas identificó la presencia dehidrocarburosgaseosos, y en 1866 apuntó su instrumento a una nova en laCorona Borealis, notando una enorme erupción dehidrógenoy otrosgases. De esta manera comenzó el estudio de los mecanismos de lasnovas, ya que todavía se pensaba que eran nuevas estrellas u objetos que se movían rápidamente.​
Joseph Norman Lockyer(1836-1920), el fundador de la revistaNature, descubrió que en el Sol aparecían líneas de un elemento desconocido, más tarde llamadohelio. El suyo fue un descubrimiento fundamental para laastronomía, ya que el helio es una sustancia clave en el proceso evolutivo de las estrellas.​
En 1890, durante un viaje aGrecia, observó la orientación de lostemplosgriegosy notó que los ejes estaban alineados en la dirección del ascenso y la puesta del Sol. Luego asumió que los templos egipcios también podrían tener orientaciones. Así, emprendió el estudio de algunos monumentos y descubrió que siete templos egipcios estaban orientados hacia la salida de Sirio.​
Los descubrimientos de Lockyer fueron inmediatamente apreciados. Luego encontró la orientación deltemplo de Ammon-RaenKarnak, y posteriormente amplió su investigación aStonehenge, logrando establecer la fecha de su fundación.​
A partir del sigloXIX, surgió el mito histórico que sostenía que la doctrina predominante durante laEdad Mediaera que la Tierra era plana. Uno de los primeros defensores de este mito fue el escritor estadounidenseWashington Irving, quien sostuvo queCristóbal Colóntuvo que superar la oposición de los eclesiásticos para obtener el patrocinio de su viaje de exploración,​
a pesar de que los eruditos europeos del sigloXVsabían que la Tierra era esférica.​
En 1834, pocos años después de la publicación del libro de Irving,Jean Antoine Letronne, un académico francés de fuertes ideas antirreligiosas, tergiversó a los padres de la iglesia y sus sucesores medievales como creyentes en una Tierra plana en suSobre las ideas cosmográficas de los padres de la iglesia.​
El origen del movimiento que defiende que la Tierra es plana se encuentra en la obra del inventor inglésSamuel Birley Rowbotham, quien sostenía la creencia de que la Tierra era un disco plano centrado en elpolo nortey cerrado en su límite sur por un muro de hielo, con elSol, laLuna, losplanetasy lasestrellasa tan solo unos centenares demillassobre su superficie.​
Al respecto publicó en 1849 un panfleto de 16 páginas, al cual convirtió en libro en 1865. Este sistema ideado por Rowbotham, al cual llamóAstronomía zetética, se basa casi enteramente en pasajes bíblicos.​ Rowbotham y sus seguidores alcanzaron notoriedad al enzarzarse en debates públicos escandalosos con los científicos destacados de su tiempo. Tras la muerte de Rowbotham, sus seguidores crearon la Sociedad Zetética Universal, publicando una revista tituladaThe Earth Not a Globe Review, y permanecieron activos hasta bien entrado el sigloXX.
La teoría heliocéntrica llega al sigloXXen todo su esplendor, el Sol es el centro del universo y todo gira alrededor de él incluidos todos los objetos del espacio profundo dentro de los cuales se encontraban unas nebulosas muy especiales llamadas nebulosas espirales. A principios del siglo pervivía la teoría de los universos isla esbozada porKanten la cual las nebulosas espirales eran universos isla separados de la Vía Láctea a la cual pertenecía el Sol. Esta teoría fue fuertemente apoyada por Herschel pero no se tenían pruebas que la sustentaran.
Ejnar HertzsprungyHenry Norris Russellllevaron a cabo por separado un valioso trabajo de simplificación. Herztsprung ideó una teoría clasificatoria de estrellas del mismo tipo espectral según su luminosidad, temperatura y masa. La intuición matemática conducirá entonces a un diagrama desarrollado paralelamente por Russell donde se representan los tipos de estrellas según un esquema lógico y según clases de estrellas.​
Sin embargo, aunque eldiagrama de Hertzsprung-Russellaclaró los tipos y comportamientos de las estrellas, aún quedaba por entender cuál era el mecanismo evolutivo y la dinámica interna de las estrellas.
Arthur Stanley Eddington, desde el inicio de sus estudios, se había interesado por el equilibrio interno de las estrellas y los mecanismos relacionados. Aplicó laley de los gases perfectosa las estrellas, logrando calcular el brillo de una estrella si pudiera conocer su masa y su radio. Posteriormente trabajó en el mecanismo de las cefeidas descubiertas porHenrietta Swan Leavitt.​
Eddington se dio cuenta de que las variaciones de brillo estaban asociadas con variaciones en el radio de la estrella. Sus estudios sobre el equilibrio de las estrellas describieron el modelo estelar como un equilibrio de fuerzas: la variación de las fuerzas gravitacionales y radiantes determinaba una variación de los mecanismos internos de la estrella. Entre otras cosas, Eddington entendió que el "motor" de las estrellas estaba vinculado a alguna forma dereacciones nuclearesque actuaban rompiendo los núcleos de los elementos según alguna reacción subatómica. En 1920 consideró al hidrógeno responsable de las reacciones nucleares desencadenadas por las presiones y temperaturas internas de las estrellas; en esas condiciones el proceso de ruptura de los núcleos tiende a autoalimentarse, desencadenando reacciones exotérmicas.​
El científico que revolucionó la forma común de entender la materia y el universo fue sin dudaAlbert Einstein. En 1905 publicó su «Teoría de la relatividad especial», que trastocaría los fundamentos de lafísica clásica. En él, por ejemplo, se afirmaba que el tiempo no debía considerarse un concepto absoluto, sino relativo, ya que varía en función de la velocidad del observador. En la relatividad especial encontramos también la famosa fórmulaE=mc², y la explicación de las emisiones de luz en cuantos de energía llamados posteriormentefotones; De este modo también se pudo explicar el efecto fotoeléctrico, cuya interpretación no era posible en la física clásica.
En 1916 presentó de forma definitiva su «Teoría General de la Relatividad», según la cual la gravedad de un cuerpo es capaz de modificar las propiedades del espacio físico, planteando así la hipótesis de la curvatura delespacio-tiempo. De la teoría se deducía que el universo no era estático sino que se expandía, por lo que Einstein introdujo la llamadaconstante cosmológicapara «detener» la expansión y adecuar su teoría a los conocimientos del momento. La validez de sus afirmaciones teóricas fue confirmada experimentalmente gracias a las mediciones de la rotación de la orientación de la órbita deMercurio, al fenómeno delcorrimiento al rojode las estrellas y, finalmente, a la curvatura de los rayos de luz en los campos gravitacionales. En 1950 publicó un apéndice a su teoría de la relatividad en el que explicaba el espacio cuatridimensional y la idea de un universo como una entidad finita y en expansión.​
Posteriormente, en 1953 publicó un segundo apéndice en el que expuso los principios de una «Teoría del Campo Unificado» mediante la cual se relacionaban la gravitación y elelectromagnetismo, lo que devolvía los fenómenos físicos macroscópicos a una única teoría. Esta idea toma ahora el nombre de «Teoría del Todo» en la que se hipotetiza la unión de todas las fuerzas físicas en una sola teoría.​
En 1929,Edwin Hubbleobservó un corrimiento en el espectro de las galaxias hacia el rojo. Este desplazamiento, también llamadoredshiftocorrimiento al rojo, solo podría explicarse como un efecto del alejamiento de las galaxias unas de otras. Al recoger en un diagrama la velocidad de alejamiento de las galaxias y su distancia, notó que el gráfico tenía una tendencia lineal, lo que significaba que a medida que aumentaba la distancia, aumentaba la velocidad de las galaxias. Pero no solo eso: la observación de objetos lejanos devolvía la visión del Universo tal como era en el pasado. Por ello introdujo una famosa constante (más tarde llamada "constante de Hubble") que vincula esta importante relación.​
En 1931Georges Lemaître(1894-1966), matemático y sacerdote, en un artículo publicado en la revistaNature, fusionando los resultados de las investigaciones de Slipher, Hubble y Einstein desarrollaba la relación del corrimiento al rojo con un universo en expansión y propuso que lo habría hecho a partir de un punto inicial, al que llamóatomo primigenio.​
El astrónomoFred Hoyle(1915-2001) ―contrario a esta teoría― la llamó despectivamente «Big Bang», que es como se conoce en la actualidad a la teoría más aceptada como origen del universo.
El descubrimiento y estudio de lasestrellas variables(estrellas que varían en brillo periódicamente), iniciado principalmente porHarlow Shapley(1885-1972) llevó a descubrir un tipo especial de ellas cuya característica era que los cambios de brillo estaban relacionas con su luminosidad intrínseca, como la estrella prototipo se encontró en laconstelacióndecefeose les denominócefeidas. Al conocer su luminosidad de un objeto celeste basta aplicar laley del cuadrado inverso―que dice que el brillo disminuye de acuerdo al cuadrado de la distancia― para calcular la distancia a la que se encuentra del observador. Shapley encontró en 1917 que loscúmulos globulares, grupos de millones de estrellas que forman un cúmulo compacto y redondo que giran alrededor de los centros galácticos, están mucho más alejados del Sol que del centro de la galaxia y de esta manera el sistema solar debería estar localizado en la periferia, lejos del centro del universo alrededor del cual giran los cúmulos globulares y los demás astros observados y que por ello el Sol no estaba situado en el centro de la galaxia (como había creídoWilliam Herschel).
Shapley también creía que las nebulosas espirales, descubiertas en el siglo anterior porWilliam Parsons, eran parte de nuestra galaxia.Edwin Hubble(1889-1953), el 19 de febrero de 1924, le escribió a Shapley, que defendía la existencia de una única galaxia: «Seguramente le interesará saber que he hallado una variable cefeida en la nebulosa de Andrómeda». De esta manera se reveló que las nebulosas espirales no eran simples cúmulos de gas dentro de la Vía Láctea sino verdaderas galaxias independientes o como Kant describió «universos isla».​
Hubble clasificó las galaxias según su apariencia, agrupándolas en tres clases (elípticas, espirales y espirales barradas).
Los descubrimientos de Hubble estimularon el estudio de las nebulosas espirales, el jovenVesto Slipherquien trabajaba en elobservatorio Lowellbajo las órdenes del tristemente célebrePercival Lowell, estaba encargado de su estudio, durante sus investigaciones encontró que dichas nebulosas espirales tenían un corrimiento al rojo persistente en sus espectros (un objeto que se aleja del observador alarga las longitudes de onda por él emitidas corriéndose hacia el rojo en el espectro estudiado). Sin embargo Slipher no encontró la explicación a su hallazgo. En un trabajo independiente Hubble al medir las distancias de 25 galaxias encontró una correlación directa entre su distancia y el grado de corrimiento o en otras palabras la velocidad a la que se alejan.
Un rival válido del Hubble en el campo del estudio de las galaxias fueFritz Zwicky. Utilizando eltelescopiodelObservatorio del Monte Palomar, descubrió un gran número degalaxiascompactas, formadas únicamente por el núcleo. A partir del estudio en profundidad de su distribución advirtió la tendencia de las galaxias a unirse ensupercúmulos.​
Ya en 1933 Zwicky planteó la hipótesis de la posible existencia demateria oscura: al observar las interacciones gravitacionales de algunas galaxias, observó que la materia visible era insuficiente para mantenerlas unidas, y por tanto estimó la presencia de una cantidad total de materia veinte veces mayor que la visible.
En 1934, tras el descubrimiento de la existencia deneutronesen laboratorios terrestres, Zwicky junto con Baade plantearon la hipótesis de que las explosiones desupernovaepodrían haber dejado un núcleo formado por neutrones como residuo, es decir, una "estrella de neutrones".​
Durante más de treinta años su existencia se consideró pura especulación teórica. Más tarde, sin embargo, en 1967,Jocelyn BellyAnthony Hewishdetectaron señales de radio pulsantes provenientes de una dirección fija en el espacio. Tras observaciones posteriores, se descubrió que las pulsaciones, que duraban aproximadamente 2 centésimas de segundo, se repetían con intervalos constantes de aproximadamente 1 segundo: las pulsaciones procedían de unpúlsar, es decir, de unaestrella de neutrones.​
El 18 de febrero de 1930, el astrónomoClyde TombaughdescubrióPlutón. En su momento se creía que lasperturbacionesobservadas en la órbita deNeptunose debían a la existencia de otro planeta; Cuando Tombaugh descubrió Plutón pensó que había resuelto el problema, pero otros estudios posteriores demostraron que Plutón era demasiado pequeño para causar tales perturbaciones.
La primera hipótesis delagujero negrofue formulada en 1796 por Laplace, quien planteó la hipótesis de la existencia de estrellas "invisibles", ya que eran tan masivas que hacían imposible que la luz escapara de ellas.​
Cuando se introdujo laRelatividad General, la existencia de agujeros negros tenía un considerable apoyo teórico.Karl Schwarzschildde hecho, explotando las bases teóricas de la relatividad, postuló la existencia del "radio de Schwarzschild" o "horizonte de sucesos", una región alrededor de un agujero negro desde la cual la luz no puede escapar. El radio de esa región depende de la masa del cuerpo, y su valor es 2,95 veces la masa del propio cuerpo, expresada en masas solares.​
Robert Oppenheimerdemostró en 1939 cómo un cuerpo de gran masa, que había consumido su combustible, podría colapsar para formar un agujero negro. Su demostración, sin embargo, quedó confinada a la teoría hasta 1965, cuando se descubrió. a 7000años luzde distancia de la Terra, un posible agujero negro,Cygnus X-1era un objeto demasiado grande para ser una estrella de neutrones y demasiado pequeño para ser una estrella ordinaria.​
Después de la Segunda Guerra Mundial, los científicosHoyle,GoldyBondipropusieron de forma independiente un modelo deUniverso estable.
Para no contradecir la ley de Hubble (por lo tanto, sobre la evidencia de un universo en expansión), plantearon la hipótesis de unUniversoen movimiento, pero estacionario en su evolución, es decir, inmutable en el tiempo y uniforme. Su densidad por tanto, en lugar de disminuir como en el modelo en expansión, permanecería constante gracias a una creación continua de materia a partir de lanada; de esta manera se validaría elprincipio cosmológico perfecto, que hipotetiza un Universo uniforme en su distribución e igual en el tiempo, admitiendo la igualdad de las leyes físicas en todos los lugares. De hecho, el modelo en expansión arroja dudas sobre esta hipótesis.​
Fred Hoyle, ferviente partidario del estado estacionario, fue también el científico que sugirió la idea de que elcombustiblenuclear de las estrellas era el helio, que habría formado diversos elementos en el núcleo de las estrellas, entre ellos el carbono, oxígeno e incluso elementos pesados como el hierro.​
En 1948, en la Universidad George Washington,Alpher,Gamowy Herman plantearon la hipótesis de que inmediatamente después delBig Bang, cuando el Universo tenía una duración estimable rn fracciones de segundo, como resultado de la expansión se debía haber producido unaradiación cósmica de fondo, con un valor de 5K. Además, Gamow planteó la hipótesis de que el universo primordial era extremadamente caliente y que la expansión posterior, con el consiguiente descenso de las temperaturas, habríacongeladola composición de la materia primordial. De hecho, su cálculo será confirmado posteriormente por observaciones.​
En 1965,Arno PenziasyRobert Woodrow Wilson, de losBell Telephone LaboratoriesenNueva Jersey, mientras investigaban una perturbación continua en las comunicaciones intercontinentales, descubrieron la existencia de una radiación constante, sin variaciones estacionales ni direcciones preferenciales. Casualmente, investigadores de la Universidad de Princeton conocieron los resultados de Penzias y Wilson, interpretando el descubrimiento como prueba de la existencia de radiación de fondo. Posteriormente se confirmó que emitió a 3K: era la confirmación de la existencia de la radiación que impregna el Universo, el llamado «eco delBig Bang». El impactante descubrimiento sustituyó a la teoría del estado estacionario y proporcionó una evidencia clara del origen y la expansión del Universo. Por el descubrimiento, Penzias y Wilson recibieron elPremio Nobel.​
La astronomía tuvo un mayor desarrollo con el nacimiento de laastronáutica: gracias a ella se pudo comprender el universo de una manera más profunda y precisa. De hecho, con el lanzamiento de los primerossatélites artificialesfue posible descubrir algunos aspectos desconocidos del universo. Gracias al satéliteExplorer 1en 1958 se descubrieron loscinturones de van Allen,​
posteriormente con el mayor desarrollo de los programas espaciales el campo de acción de la astronáutica se amplió con el envío de las primeras sondas espaciales a la Luna. Además del paso fundamental delalunizajeen 1969 (precedido por la exploración de las sondas automáticasSurveyor), también se lanzaron otras misiones para explorar el sistema solar: en 1961 laUnión Soviéticaenvía las primeras sondas a Venus y Marte.​
En 1965 la sonda estadounidenseMariner 4fue la primera en sobrevolarMartetransmitiendo imágenes. En 1971 la sonda soviéticaVenera 7fue la primera en aterrizar enVenus, mientras que la posteriorVenera 9también envió imágenes de la superficie.​
Ese mismo año, elMars 3soviético aterrizó en Marte pero no envió imágenes. Hubo que esperar hasta 1976 con elPrograma Vikingestadounidense para descubrir el aspecto del planeta desde el suelo.​
Dos años antes la sondaMariner 10alcanzóMercurio.​
Gracias a las misiones interplanetarias delPrograma Pioneeren 1973, laPioneer 10fue la primera sonda en enviar imágenes de cerca deJúpiter. ElPioneer 11sobrevoló por primera vezSaturnoen 1979.​
El inicio delPrograma Voyagerpermitió un conocimiento detallado de los planetas gaseosos del sistema solar, pero sobre todo el primer sobrevuelo deUranoen 1986 y deNeptunoen 1989 por laVoyager 2.​
En 1986 gracias al paso cercano delcometa Halley, lasonda Giottofue la sonda que más se acercó al astro, tomando fotografías espectaculares. En losaños noventala sondaUlyssesrealizó las primeras observaciones de los polos delSol.
Un renovado interés por la Luna y Marte ha permitido el lanzamiento de una serie de programas de exploración de estos últimos cuerpos, con la intención de preparar en el futuro lasaterrizaje humano en Marte.​
El conocimiento astronómico se amplió significativamente con la puesta en órbita delTelescopio Espacial Hubble, lo que permitió llevar la mirada más allá de los límites ya alcanzados por los telescopios terrestres. Gracias al telescopio espacial, de hecho, fue posible descubrir que el universo se encuentra actualmente en una fase de expansión acelerada y que parece, en las regiones del espacio profundo, muy uniforme.​
En 1981, el físicoAlan Guth(n.1947) planteó la hipótesis de la teoría del universo inflacionario. Tras las investigaciones realizadas por cosmólogos, se ha llegado a comprender que no toda la materia ejerce una atracción gravitacional: de hecho, se piensa que a altas temperaturas y densidades existe alguna materia que "antigravita". Con este supuesto, Guth planteó la hipótesis de la posibilidad de que en las primeras fracciones de segundo de vida del universo, precisamente en el intervalo entre 10y 10segundos después del Big Bang, la influencia de laantimateriafavoreciese una expansión fuertemente acelerada. De esta manera se podría explicar la aparente homogeneidad del Universo. Esta teoría aún requiere evidencia observacional que pueda confirmar su sostenibilidad.​​
En 1998 tres equipos independientes de científicos descubrieron, analizando datos deltelescopio Hubblerelacionados consupernovas de tipo Ia, que el Universo no solo se estaba expandiendo sino que su expansión se acelera. En 2011 este descubrimiento otorgó a los científicosSaul Perlmutter,Brian SchmidtyAdam ReisselPremio Nobel de Física.​
Este descubrimiento, posteriormente corroborado también por las mediciones delTelescopio Spitzer, pone en realidad una enorme problema cosmológico, dado que hasta hace poco la expansión se consideraba el único fruto del empujón final delBig Bang. Hoy se supone que esta expansión acelerada depende de algún papel de la energía oscura que tendería a superar la gravedad natural entre galaxias con un efecto opuesto.
La teoría de cuerdas es unateoríade lafísicaque plantea la hipótesis de que la materia, la energía y, en algunos casos, elespacioy eltiemposon en realidad la manifestación de entidades físicas subyacentes, llamadas cuerdas oD-branas, dependiendo del número de dimensiones en las que se desarrollan. Sus bases se sentaron en 1968 cuando el físico teóricoGabriele Venezianotratando de comprender lafuerza nuclear fuerte, hizo un descubrimiento sensacional. Encontró que una función devariables complejascreada por el matemático suizoLeonhard Euler, lafunción beta, se ajustaba perfectamente a los datos sobre lainteracción fuerte; al aplicar la función beta a la fuerza fuerte, la fórmula funcionó, pero nadie pudo explicar por qué.​
La teoría anula muchos aspectos de la física tradicional, planteando, entre otras cosas, la hipótesis de la existencia de cuerdas gravitacionales que contienen 14 dimensiones. Si, por un lado, esta teoría es capaz de explicar ciertos procesos aún oscuros relacionados con la estructura del universo, por otro, todavía no es capaz de producir ninguna predicción sujeta a verificación experimental; por tanto, no hay confirmaciones obvias de la teoría. Sin embargo, es una teoría muy activa y de rápido desarrollo.​​
En la actualidad se sabe que habitamos un minúsculo planeta de unsistema solarregido por el Sol que avanza en el primer tercio de su vida y que está localizado en la periferia de laVía Láctea, una galaxia espiral barrada compuesta por miles de millones de soles, que posee como las demás galaxias unagujero negrosúper masivo en su centro y que forma parte de un conjunto galáctico llamadoGrupo Local, el cual, a su vez, se encuentra dentro de un supercúmulo de galaxias. El universo está constituido por miles de millones de galaxias como la Vía Láctea y se le ha calculado una edad entre 13 500 y 13 900 millones de años, y su expansión se acelera constantemente.
Muchos adelantos científicos y técnicos abren nuevas ventanas al estudio del espacio ―se dispone de poderosos telescopios terrestres y orbitales, algunassondasinterplanetarias están llegando a los confines del sistema solar y algunosrobotsse encuentran en la superficie de otros mundos― aumentando la capacidad del ser humano de conocer su entorno astronómico.
En 1992 se descubrieron dosexoplanetasalrededor de unpulsar,​
y en 1995Michel MayoryDidier Quelozconfirmaron la existencia delprimer planeta extrasolaralrededor de unaestrella similar al Sol.​​
La noticia causó un gran revuelo en el mundo científico. Desde entonces, el perfeccionamiento de las técnicas de observación ha permitido un desarrollo exponencial de descubrimientos con métodos cada vez más precisos, y el desarrollo de misiones espaciales específicas han convertido la búsqueda de exoplanetas en uno de los temas de mayor interés astronómico. Varios planetas han sido descubiertos en el sigloXXIcon el método de lavelocidad radial, especialmentegigantes gaseosos, mientras que con el lanzamiento de telescopios espaciales antes delCOROTy después deltelescopio espacial Kepler, se han descubierto miles de planetas​
utilizando elmétodo del tránsito, a pesar de que, en el caso del Kepler, solo se observó una pequeña porción del cielo.​
El interés se ha desplazado cada vez más hacia la búsqueda deplanetas similares a la Tierraubicados a cierta distancia de su estrella, en la llamadazona habitable, donde podría existir agua líquida en superficie, una condición favorable para albergar formas de vida. Se han descubierto sistemas planetarios bastante diferentes al sistema solar, cuya conformación pone en duda las teorías normalmente aceptadas sobre la formación planetaria.​
En enero de 2005 un grupo de astrónomos liderados porMichael E. BrowndescubrieronEris. Al estar más allá dePlutón, Eris fue originalmente definido como el décimo planeta del sistema solar, pero en 2006, tras una decisión de laUnión Astronómica Internacional, Eris fue clasificado comoplaneta enano, definición que también se aplicó a Plutón.
En 2015 dos sondas espaciales estadounidenses enviaron imágenes de primer plano deCeresy Plutón por primera vez.
El 11 de febrero de 2016 se anunció el descubrimiento de laonda gravitacionalteorizada porAlbert Einsteinmediante la detección conjunta de los instrumentosLIGOy elinterferómetro VIRGO.​
En el sigloXXI, los estudios en el campo cosmológico han recibido un impulso considerable gracias a nuevas técnicas de estudio y a nuevos instrumentos. Hay pruebas de la existencia de lamateria oscura, supuesta desde hacía algún tiempo,​
y se descubrió que laenergía oscura, responsable de laaceleración de la expansióndel universo, constituye el 70% de toda la energía presente en el universo. Lamateria no bariónicaconstituye la gran mayoría de la composición del universo y el estudio de lafísica de partículasse ha convertido en uno de los puntos de mayor interés para comprender laEdad del universo, su geometría y su destino final.​
La entrada en funcionamiento en 2008 delaceleradorLHCdelCERNpermitió el descubrimiento delbosón de Higgs, una partícula elemental solo previamente teorizada y fundamental en la teoría en elmodelo estándar.​
La sondaWMAPha medido laradiación cósmica de fondocon gran precisión, estimando la edad del Universo en 13,7 millones de años y confirmando que el Universo está compuesto solo en un 4% por materia bariónica.​
El sustituto delTelescopio Espacial Hubble, elTelescopio Espacial James Webb, gracias a las nuevas tecnologías y a su mayor diámetro permitirá a partir del 2022 acercar las regiones del espacio profundo, tratando de determinar las condiciones iniciales de formación del universo.​