Cuando Newton convirtió la Luna en el ‘GPS’ de los mares

Isaac Newton, retratado por William Blake. | El MundoIsaac Newton, retratado por William Blake. | El Mundo

Isaac Newton, considerado por muchos el mayor científico de todos los tiempos, publicó su célebre teoría lunar en el año 1702. En ella describía con total precisión la órbita de la Luna. Muchos otros lo habían intentado a lo largo de la historia, y algunos se acercaron mucho, pero sólo Newton había entendido realmente por qué la Luna gira alrededor de nuestro mundo: debido a la atracción gravitatoria que ambos cuerpos ejercen entre sí. En ese momento, Gran Bretaña disfrutaba ya de la hegemonía en los mares, la cual le había arrebatado al Imperio español y le garantizaba una importante ventaja estratégica respecto al resto de naciones.

Sin embargo, y pese a que las grandes potencias militares y comerciales no escatimaban esfuerzos en dar con una solución satisfactoria, el viejo problema de la longitud seguía sin resolverse: nadie sabía aún cómo determinar la posición exacta en alta mar con respecto a un meridiano, y los barcos se seguían perdiendo.

Fue tristemente famosa la tragedia del navío del almirante Cloudesley Shovell, que chocó con tierra un día de niebla de 1707, provocando la muerte de 2.000 hombres. Hasta el mismo instante del accidente, la tripulación creía que se encontraba en mar abierto.

El Parlamento británico aprobó en 1714 la concesión de un nuevo premio, muy similar al anunciado en España más de un siglo antes y en otros países a lo largo del siglo XVII; en esta ocasión, se ofrecían 10.000 libras para quien ideara un método capaz de medir la longitud con una precisión de un grado, o de 20.000 libras para quien redujera el margen de error a menos de medio grado.

La magnitud de la recompensa era más que considerable, teniendo en cuenta que el astrónomo real -es decir, John Flamsteed, enemigo acérrimo de Newton- ganaba 100 libras por un año de trabajo, y con ellas tenía que pagar impuestos y comprar los telescopios.

Relojes precisos

Para hacerse con el premio había que demostrar que el sistema era fiable tras un viaje desde Gran Bretaña a cualquier punto de las Indias Orientales, donde los marinos solían recoger sedas y otros bienes. Muchos investigadores ingleses, animados por la teoría de Newton, buscaron la respuesta en la Luna, es decir, en la posición del satélite en la bóveda celeste, entendida como una consecuencia de la ley de la gravedad.

Igual que la estrella Polar marca la latitud, un profundo conocimiento de la órbita lunar serviría para determinar la longitud. En Francia, mientras tanto, las ideas del matemático inglés tuvieron una acogida algo más fría, y los científicos se centraron en mayor medida en la propuesta anterior de Galileo, que involucraba a las lunas de Júpiter que él mismo había descubierto.

John Harrison. | EM
John Harrison. | EM

El problema principal, en cualquier caso, seguía siendo el mismo: determinar la diferencia horaria de un punto en medio del océano respecto a un estándar universal dado (para Gran Bretaña, el Observatorio de Greenwich).

Un reloj lo suficientemente preciso como para marcar la hora universal también resolvería el problema sin necesidad de mirar al cielo: los navegantes podrían comparar el mediodía del lugar donde se encontraran (es decir, el momento en que el Sol alcanza su cénit) con la hora que señalara el reloj. Cada hora que se adelante el Sol respecto al tiempo estandarizado, equivale a 15º al Este.

Cada hora que se retrase, 15º al Oeste. Hasta entonces, los reljoes no aguantaban el vaivén de los barcos para ser tan precisos como este sistema requería, pero la tecnología seguía avanzando y pronto hubo alguien que se atrevió, animado por la suculenta recompensa, a afrontar el reto.

El relojero John Harrison creía estar en condiciones de fabricar instrumentos capaces de soportar largos viajes en barco; si tenía razón, no habría método más sencillo ni eficaz que el suyo. Sin embargo, mientras Harrison perfeccionaba el diseño de su cronógrafo, hubo muchas otras propuestas, algunas de ellas delirantes o supuestamente humorísticas.

Alguien sugirió el uso de unos polvos mágicos de la simpatía y un perro herido. El animal subiría al barco tras ser disparado con un arma cargada de este compuesto, y un observador se quedaría en la costa con las vendas que se habían usado para cubrir la herida del perro, un reloj y un bote lleno de polvo de la simpatía. Cada hora, sumergiría el vendaje en los polvos y el perro aullaría de dolor, marcando así la hora con sus lamentos.

No solo la navegación ha avanzado mucho desde el siglo XVIII, también lo ha hecho el sentido del humor, a juzgar por este ejemplo. Otro método más sensato, aunque aún sin perfeccionar, era medir el ángulo de la Luna con relación al Sol o las demás estrellas, y calcular mediante unas tablas a qué hora universal correspondía tal posicionamiento.

El ‘titubeo’ de la Luna

Flamsteed había pasado quince años, de 1689 a 1704, recopilando información sobre la posición de la Luna, y conocía muy bien el problema, pero su error fue pensar que la nueva teoría de su enemigo Newton aún no era lo bastante precisa como para calcular la longitud. Otros científicos, sin embargo, sí creyeron que este sistema les permitiría derrotar a los relojes de Harrison, y se pusieron a trabajar en él.

Tal fue el caso del matemático alemán Johann Tobias Mayer, nacido en Marbach en 1723. Mayer, como Flamsteed, era autodidacta, y al igual que éste logró hacerse cargo de un observatorio: el de la Universidad de Gotinga. La reputación necesaria para ser admitido en esta institución, pese a haber estudiado por su cuenta, la consiguió gracias a los cálculos sobre la libración de la Luna que llevó a cabo en 1750.

Johann Tobias Mayer. | EM
Johann Tobias Mayer. | EM

Galileo ya había detectado que el satélite experimenta cierto ‘titubeo’, es decir, una leve oscilación que sufre a lo largo de su órbita y que provoca que podamos ver algunas regiones de su lado oculto. En total, gracias a este tambaleo, el 59% de la superficie lunar es visible en algún momento desde la Tierra. Sin el mencionado tambaleo, veríamos siempre la misma mitad, y el 50% restante permanecería siempre en el lado oculto.

Existen, en realidad, tres clases de libración. La libración de longitud se debe a que la órbita de la Luna es elíptica. Cuando el satélite está más cerca de nuestro planeta, va más deprisa (tal y como indican las leyes de Kepler), pero la velocidad de su rotación no cambia nunca, por lo que a veces va demasiado rápido y otras demasiado lento para mantener su cara visible apuntando directamente a la Tierra. A cambio, vemos un poco de su lado oscuro hacia el Este o hacia el Oeste. En concreto, medio ciclo lunar observamos un poco más de un lado y el otro medio, del otro.

La libración de latitud, debida a la inclinación del eje lunar, provoca el mismo efecto pero en vertical, dejando al descubierto algunas regiones del Polo Norte o del Polo Sur de la cara oculta de nuestro satélite. Un tercer tipo de libración, llamada diurna, depende de la rotación terrestre y provoca que, a su paso por el firmamento, la cara de la Luna vaya variando muy levemente a lo largo del día (o de la noche).

Las tablas de Mayer

Mayer, un enamorado de la astronomía y un gran cartógrafo, elaboró el primer mapa lunar con coordenadas, con lo que dejó obsoletos a todos los mapas anteriores de la Luna. Además, creó unas minuciosas tablas lunares para resolver el problema de la longitud, inspiradas en la teoría de Newton y en los trabajos matemáticos de Leonhard Euler, que reducían las leyes gravitatorias a un elegante y relativamente sencillo de manejar sistema de ecuaciones.

Nevil Maskelyne. | EM
Nevil Maskelyne. | EM

Las tablas de Mayer, que reflejaban las posiciones de la Luna y el Sol, fueron enviadas a las autoridades británicas en 1755, el mismo año en que se publicaba el mapa lunar del propio Mayer con las líneas de latitud (paralelos) y longitud (meridianos) señalizadas. Pero la recién comenzada Guerra de los Siete Años, que enfrentaba a Prusia y Gran Bretaña con Francia, Rusia y sus aliados, interrumpió los procesos de verificación del método de Mayer.

En 1761, la Royal Society envió al astrónomo Nevil Maskelyne a estudiar un nuevo tránsito de Venus a la isla de Santa Helena, y éste aprovechó el viaje para probar las nuevas tablas. Maskelyne -apasionado los cielos desde que en 1748, siendo aún adolescente, contemplara un eclipse solar- demostró que el sistema de Mayer era útil, aunque requería la resolución de complicados cálculos.

En 1763, la British Mariner’s Guide (‘Guía del marinero británico’) sugirió que la posición de la Luna podría calcularse de antemano para que los navegantes no tuvieran que realizar estas operaciones durante sus viajes. El Gobierno británico vio con buenos ojos esta idea y, en 1766, encargó a Maskelyne la elaboración del primer almanaque náutico, el cual contenía las distancias lunares de todo el año siguiente.

Maskelyne continuaría publicando este almanaque, con el que el problema de la longitud quedaba resuelto, durante varias décadas. Este trabajo consolidó definitivamente a Greenwich como el meridiano cero universal, y siguió siendo el método más usado para calcular la longitud aun cuando comenzaron a comercializarse los primeros relojes marinos, ya que estos eran demasiado caros.

Mayer, fallecido en 1762, no vivió para verlo, aunque el comité del premio de la longitud envió a su viuda 3.000 libras. El premio principal de 20.000 libras se lo llevaron los más precisos, pero también más costosos, cronógrafos de Harrison en 1773.