Durante el siglo XVIII tienen lugar aportaciones importantes en el campo de la astronomía observacional que constituyeron la base observacional para el estudio del Universo a gran escala. Ch. Messier, presentó en la Academia de Ciencias de Francia en 1771, el primer catálogo de y asociaciones de cúmulos estelares, descubiertas u observadas por él. Trece años más tarde publicaría una revisión incluyendo otras 103 nebulosas o cúmulos. Todavía en la actualidad los astrónomos nombran estos objetos con una M inicial, de Messier, seguida por el número que ocupan en el antiguo catálogo. En la misma época, Willian Herschel, astrónomo del rey Jorge V, inspirado en este trabajo, inicia la observación sistemática de nebulosas, con ayuda de un de 45 cm. En 1786 publica el primer catálogo con 1000 nebulosas y cúmulos, anunciando además las resolución en estrellas de muchos de los objetos que habían sido descubiertos por Messier. Desde entonces y hasta 1802, Herschel publicó, dos listas suplementarias de nebulosas y asociaciones estelares, elevando hasta 2500 el número de objetos descubiertos. Este astrónomo mantenía la hipótesis de que las nebulosas, no resolubles en estrellas, eran sistemas estelares análogos a la Vía Lactea y muy lejanos. Consideraba que la nebulosa Andrómeda (M31) era la más próxima y su distancia dos mil veces mayor que Sirius.
Estos trabajos fueron ampliados por William Parsons con la ayuda de un telescopio de 1.85 m fabricado por él. Resultados destacables son el descubrimiento entre 1845 y 1848, de la estructura espiral de muchas nebulosas, en particular M51, M33, M74 y M101. También identificó gran número de nebulosas débiles. Parsons tenía la idea de que con grandes telescopios todas las nebulosas podrían resolverse en estrellas. S. Alexander, por la misma época, llevó a cabo por vez primera un estudio taxonómico de cuyo significado físico sigue siendo todavía materia de investigación. Fue él quien denomino a las nebulosas que no eran espirales. En 1864 aparece el primer "General Catalogue". Contenía más de 5000 objetos descubiertos por Herschel y su hijo.
Los trabajos citados anteriormente consistían principalmente en catálogos de coordenadas y descripciones puramente morfológicas de los objetos listados. Aun cuando existía la sospecha de que muchos de ellos eran muy lejanos, la información disponible no permitía calcular su distancia.
En 1888 Dreyer publica el "New General Catalogue" de nebulosas y asociaciones, que comprendía mas de 7800 objetos y que fué seguido de dos "Index Catalogue", que elevarían hasta 13000 el número de objetos conocidos. Confirmando la existencia de asociaciones que más tarde serían identificadas como cúmulos y supercúmulos, de galaxias. Aparecía en estos catálogos un llamativo exceso de objetos brillantes en el Hemisferio Norte galáctico, que más tarde fue identificado como el supercúmulo Virgo o supercúmulo Local.
El estudio de la estructura física de los objetos celestes, y del conocimiento del Universo, fue facilitada por la experiencia de Newton, en 1656, al descomponer la luz solar con la ayuda de un prisma, en una banda continua de colores que denominó espectro. El paso siguiente no tiene lugar hasta 1802, cuando Wollanston detecta siete líneas oscuras en el espectro solar. Desgraciadamente este descubrimiento paso desapercibido a la comunidad científica de la época. Incluso el mismo Wollanston consideró su descubrimiento poco relevante al interpretar estas líneas como límites que separaban las bandas de colores. Una década más tarde, Fraunhoffer, observó y midió cuidadosamente las posiciones de más de 500 líneas obscuras, pero no pudo proporcionar una explicación acerca de su verdadera naturaleza. Fueron los trabajos de Kirchhoff al obtener en laboratorio los espectros de cuerpos sólidos y gases y estudiarlos cuidadosamente, los que permitieron atribuir estas líneas obscuras a transiciones específicas de los átomos excitados facilitando de esta forma, la rápida identificación de muchos elementos químicos en la del Sol y en consecuencia la determinación su composición química cualitativa y la naturaleza gaseosa de la región emisora.
El descubrimiento de la fotografía y el progreso en la elaboración de emulsiones fotográficas, produjo un rápido avance en la aplicación de la a la astronomía. En 1863 Huggins obtiene los primeros espectros estelares abriendo una nueva era en la Astronomía. También identificó en Andrómeda, la presencia de unque consideró podría estar originado por estrellas, proporcionando de esta forma consistencia a la teoría de los "universos islas" popularizada por Humboldt en "Cosmos"(1845-1850). En 1899, Scheiner obtiene un espectrograma del centro de la galaxia Andrómeda que tenía muchas características similares al observado en el Sol. De su análisis dedujo que esta galaxia, conocida entonces como una nebulosa, era en realidad una agrupación inmensa de estrellas no resueltas. Este resultado fue confirmado por Richtey, quien consiguió resolver imágenes estelares en los brazos espirales de Andrómeda y otras grandes galaxias cercanas.
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