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Astronomía Galileo

El Juicio de Galileo

El gran riesgo que corrió Galileo cuando publicó su obra el Diálogo le llevó al desastre, ya que el Sacro Palacio, el oficial jefe encargado de las autorizaciones y el propio secretario del Papa se aseguraron de censurar su obra.

A pesar de que en el prefacio y la conclusión del Diálogo declaraba que sus argumentos no eran más que probables e hipotéticos, ambos tenían una intención totalmente opuesta, engañando al propio Papa Urbano VIII. Por ello, éste le acusó de faltar una promesa y la Inquisición Romana le imputó por desobedecer la admonición registrada de la minuta del año 1616 y de opinar libremente sobre el tema condenado como si fuera una hipótesis.

Galileo negó las acusaciones, aunque no fue suficiente puesto que después de varios procesos fue declarado culpable y se vio obligado a abjurar de su creencia en la teoría copernicana y su obra Diálogo fue prohibida.

Galileo ante el Santo oficio, por Joseph-Nicolas Robert-Fleury, siglo XIX
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Astronomía Galileo

El Diálogo

El Papa Urbano VIII, a pesar de que Galileo ya había sido advertido por el Santo Oficio, le permitió publicar un estudio más sobre el movimiento de la Tierra y el Sol, pero con la condición de que sus postulados debían ser hipotéticos. La visión de Galileo se pude ver en su obra El Diálogo (1632), donde ponía en boca de Simplicio las opiniones que el Papa le había instado a abandonar, es decir, este personaje era el encargado de defender a ultranza el sistema de Ptolomeo y Aristóteles;  Salviati abogaba por el Sistema Copernicano del Universo y Sagredo es neutral, buscando la verdad sin aferrarse a ningún dogma en concreto.

Así, cuando trata el tema del movimiento de la Tierra, Simplicio preguntaba si Dios no provocó las mareas por otro medio que el considerado por Galileo: “sé que replicarías que Él podría haber conocido cómo hacerlo de muchas maneras que están más allá de la comprensión de nuestra mente. De lo que concluyo en seguida que, siendo esto así, sería una audacia extravagante que alguien limitara y confinara el poder de la sabiduría divinos a una fantasía particular de su propia invención“.

El argumento que utiliza Galileo, basado en la omnipotencia de Dios, tenía el objetivo de liberar a la ciencia de las restricciones del aristotelismo del siglo XIII. Por lo tanto, estaba interesado realmente en descubrir el modo por el que Dios había actuado al crear el mundo.

Ilustración de el Diálogo de Galileo Galilei
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Astronomía Nicolás Copérnico

La prohibición de De Revolutionibus

En el documento que publicaron los teólogos y cualificadores del Santo Oficio el 24 de febrero del año 1616 exponían que la proposición de que el Sol es el centro del mundo y está desprovisto de movimiento local era filosóficamente incoherente, y formalmente herética, ya que contradecía expresamente la doctrina de las Sagradas Escrituras en muchos puntos, tanto en su significado literal como en la interpretación que hicieron anteriormente los Papas y Doctores.

El día 5 de marzo la Congregación del Indice publicó su decreto prohibiendo la obra De Revolutionibus de Copérnico hasta que corrigiera sus errores. Sin embargo, gracias al futuro Papa Urbano VIII, que realizó la distinción entre las hipótesis científicas y las lecturas religiosas, se consiguió que no se condenara del todo.

Así, Copérnico tuvo que introducir pequeños cambios en su obra, para que en 1620 se volviera a leer con libertad.

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Astronomía Galileo

El Cardenal Bellarmino

Galileo, al afirmar y defender que el sistema copernicano se cernía más sobre la verdadera naturaleza del universo, se ganó varios enemigos dentro de la iglesia. Uno de los más importantes fue el cardenal Bellarmino (1542-1621). La política de éste respecto a Galileo se basaba en no dejar que estas afirmaciones se repitieran, evitando así el conflicto entre la astronomía y las Santas Escrituras.

Lo que hizo fue debilitar las conclusiones de la ciencia de la naturaleza y aceptar la nueva astronomía. Pero no como si fuera una certeza indudable, sino más bien como una opinión o conjetura probable, degradando así el trabajo de Galileo. Este hecho se puede observar en una carta que le envía Bellarmino al fiel seguidor de Galileo, Foscarini:

“Me parece que su reverencia y el señor Galileo actúan prudentemente cuando se contentan hablando hipotéticamente y no absolutamente, como siempre he entendido que habló Copérnico. Decir que con la hipótesis del movimiento de la Tierra y el reposo del Sol se explican todas las apariencias celestiales mejor que con la teoría de las excéntricas y epiciclos, es hablar con excelente buen sentido y no correr ningún riesgo. Esa manera de hablar es suficiente para un matemático. Pero querer afirmar que el Sol está, en realidad, en el centro del universo y que solamente gira sobre su eje sin ir de Este a Oeste, y que la Tierra está en el tercer cielo y gira con la mayor velocidad alrededor del Sol, es una actitud muy peligrosa y apta no sólo para excitar a todos los filósofos y teólogos escolásticos, sino también para injuriar nuestra santa fe a contradecir a las Escrituras“.

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Astronomía Galileo

Galileo y la iglesia

Una vez que Galileo demostró que el sistema Heliocéntrico de Copérnico era el que se ajustaba a la realidad, para él, seguir defendiendo el sistema aristotélico y ptolemaico como verdadero era contradecir la intención de Dios al dotar al hombre con semejante inteligencia y razón investigadora.

Por ello, Galileo advirtió a los teólogos de los peligros que podría sufrir la fe en la iglesia si se ponía al creyente en la situación de tener que creer como verdad lo que sus propios sentidos y la ciencia podía demostrar como falso; o de cometer un pecado si creía que su razón demostraba que era cierto y necesario. Asimismo, afirmó que el sistema geostático de Ptolomeo no concordaba realmente con las Santas Escrituras, por lo que la asociación que hizo la iglesia de la cosmología aristotélica y el sistema ptolemaico era totalmente insuficiente.

 

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Astronomía Gilbert

El Magnetismo de Gilbert

Gilbert fue el médico de la Corte de la Reina Isabel de Inglaterra, la cual le concedió una pensión para que pudiera continuar con su investigación. A pesar de que le gustaba mucho la astronomía, tenía un interés especial por el magnetismo y la electricidad.

Extendió la obra de Petrus Peregrinus para demostrar que la fuerza y alcance de un piedra imán uniforme era proporcional a su tamaño. Infirió a partir de las orientaciones en las que se colocaban los imanes respecto a la Tierra, que ésta última era en sí misma un gran imán con sus polos en los polos geográficos. Confirmó esto demostrando que el mineral de hierro estaba imantado según la dirección en la que se encontraba la Tierra.

Una de sus teorías fue la del efluvio, ya que según él, si había alguna acción magnética a distancia era porque existía un efluvio, material responsable de ella. Esta teoría le sirvió para explicar al atracción por la Tierra de los cuerpos que caen, siendo en este caso la atmósfera el efluvio.

También atribuyó la rotación diaria de la Tierra a la energía magnética, y los movimientos ordenados del Sol y de los planetas a la interacción de sus efluvios.

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Astronomía Galileo

La defensa del sistema heliocéntrico

Galileo creía que era posible demostrar que el Sistema Heliocéntrico era una conclusión necesaria y evidente de los datos que se obtuvieron en esos momentos.  Gracias a su telescopio, pudo ver un modelo del Sistema Solar en júpiter y sus satélites y pudo medir la gran variación anual de los diámetros aparentes de Venus y Marte.

Sus observaciones de las fases de Venus hicieron posible confirmar la predicción del Sistema copernicano de que los planetas mostrarían sus fases completas, como la Luna, cuando eran observados desde la Tierra.

Tal y como él dijo: “muchas otras observaciones sensibles que no pueden de ninguna manera ser reconciliadas con el sistema ptolemaico, sino que son los argumentos más fuertes en favor del sistema copernicano“.

Si la teoría copernicana fue prohibida y declarada contraria a la fe católica sin prohibir la Astronomía como un todo, el que Galileo continuara con su defensa provocó inevitablemente un gran escándalo.

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Astronomía Galileo Inventos

El Telescopio de Galileo

En el año 1609, Galileo oyó decir que un holandés había inventado un nuevo cristal capaz de aumentar los objetos a larga distancia. Dados sus amplios conocimientos sobre la refracción, Galileo construyó un instrumento parecido que aumentaba 30 diámetros: el Telescopio

Gracias a su invento, los descubrimientos se produjeron en cadena:

  1. La cara de la Luna ya no era una superficie lisa e inmaculada como imaginaban los filósofos, sino que estaba cubierta de granulaciones, ásperas montañas y valles.
  2. Se descubrieron una gran cantidad de estrellas que hasta ese momento eran invisibles, solucionando así el problema de la Vía Láctea.
  3. Se vio que Júpiter llevaba en su órbita cuatro satélites que giraban a tiempos regulares y medibles, constituyendo un modelo visible y más complejo de la Tierra y de la Luna girando conjuntamente alrededor del Sol.
  4. Se observaron las distintas fases de Venus.
El Telescopio de Galileo
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Astronomía Kepler

Las Órbitas elípticas de los planetas

Una vez empezó a dudar sobre la circularidad de las órbitas, se dio cuenta que los cuerpos celestes estaban obligados a desviarse del curso circular debido a que sus movimientos no eran la obra de la mente, sino de la naturaleza y por tanto, seguían sus propias inclinaciones.

En primer lugar, supuso que la órbita estaba formada por un ovoide, sin embargo, Kepler fue incapaz de tratar matemáticamente las diferentes curvas ovoides que ensayó. Por ello, decidió utilizar las elipses, descubriendo que éstas se adecuaban a su ley de las áreas perfectamente.

Tras llegar a esta conclusión empírica, intentó encontrar una explicación física por medio de un movimiento oscilatorio del planeta sobre el diámetro de su epiciclo. Después de 10 años de trabajo complementario, llegó a su tercera ley, que le daba la adecuación empírica exacta para explicar sus postulados.

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Astronomía Kepler

Las Dudas revolucionarias de Kepler

En el trascurso de sus diferentes investigaciones sobre las órbitas planetarias, los cálculos y en la comprobación de las posiciones predichas con los datos que le proporcionó Tycho Brahe, Kepler comenzó a tener dudas sobre si las órbitas planetarias eran realmente circulares.

Estas dudas las podemos observar en el siguiente fragmento de su obra Astronomia Nova, del año 1604:

“Mi primer error fue tomar la trayectoria del planeta como un círculo perfecto, y este error me robó la mayor parte de mi tiempo, por ser lo que enseñaba la autoridad de todos los filósofos  y estar de acuerdo con la Metafísica (de Aristóteles)”.

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Astronomía Kepler

Los cálculos de los movimientos planetarios

Kepler en su investigación se topó con varias dificultades, como la velocidad de Marte en su trayectoria, siendo más rápida cerca del Sol que alejada de él. Para explicarlo, primero intentó expresar esta variación matemáticamente, pero no existía ningún cálculo preciso al respecto. Además, tenía la prueba de que estas mismas variaciones ocurrían también en la Tierra, demostrando la semejanza de su movimiento con el de los otros planetas.

Entonces se encontró con otro problema: encontrar un teorema que relacionara la velocidad de rotación en cualquiera punto a su distancia del Sol en una órbita excéntrica. Lo Resolvió mediante un método de integración en el que mostraba que la duración de un planeta en un arco pequeño de su trayectoria era proporcional a su distancia del Sol.

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Astronomía Kepler

La órbita de marte

Debemos señalar que Kepler descubrió en primer lugar la Segunda ley estudiando la órbita de Marte según las tres teorías vigentes: ptolemaica, copernicana y la de Tycho Brahe. Contemplando los sistemas que planearon, vio que Copérnico había complicado las cosas de forma innecesaria al no dejar que las órbitas de todos los planetas pasaran por el Sol.

Aun habiendo estudiado estas hipótesis, quedaba todavía un error de ocho a nueve minutos en el arco de la órbita de marte, y esto no podía ser atribuido a la imprecisión de los datos. Este hecho le obligó a abandonar las hipótesis de que las órbitas planetarias eran circulares y los movimientos de los planetas uniformes, llevándole a formular sus dos primeras leyes.

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Astronomía Kepler

Las Leyes de Kepler

Las tres proposiciones a las que llegó Kepler tras muchos estudios, investigaciones y experimentos son:

1- Los planetas recorren  trayectorias elípticas, uno de cuyos focos ocupa el Sol.

Primera Ley de Kepler

2- Cada Planeta se mueve, no uniformemente, sino de forma que la línea que une su centro con el Sol barre áreas iguales en tiempos iguales.

Segunda Ley de Kepler

3- Los cuadrados de los períodos de revolución (p1, p2) de dos planetas cualesquiera son proporcionales a los cubos de sus distancias medias (d1,d2) al Sol. Esto es:

Tercera Ley de Kepler

 

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Astronomía Kepler

La Geometrización del Sistema Solar

La existencia de Kepler estuvo inspirada en la búsqueda de una ley matemática sencilla y los movimientos de los miembros del Sistema Solar. Tras numerosos ensayos y estudios, sus postulados fueron publicados en su obra Mysterium Cosmographicus en el año 1569. En esta obra habla de las relaciones que guardaban las distancias entre los planetas y que los espacios entre las órbitas planetarias correspondían cada uno, de Saturno a Mercurio, a uno de los cinco sólidos regulares o cuerpos platónicos: cubo, tetraedro, dodecaedro, icosaedro y octaedro.

Por ejemplo:si inscribimos un cubo en la esfera que contiene la órbita de Saturno, la esfera de Júpiter encajará exactamente en el cubo; si inscribimos un tetraedro en la esfera de Júpiter, la esfera de Marte encajará dentro del tetraedro, y así sucesivamente en todos los seis planetas y en los cinco sólidos regulares correspondientes. Puesto que para él, y para Platón, Dios siempre geometriza.

Mysterium Cosmographicus
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Astronomía Kepler

La Visión Religiosa de Kepler

John Kepler estudió minuciosamente los postulados que se desarrolló Copérnico, llegando a relacionar su Sistema Heliocéntrico con la religión cristiana:

  1. Kepler veía en el Sol a Dios Padre.
  2. En la esfera de las estrellas fijas, veía a Dios Hijo.
  3. En el éter intermedio, mediante el cual creía Kepler  impulsaba el Sol a los planetas a recorrer las órbitas, veía al Espíritu Santo.

Estaba convencido de que Dios se atuvo al principio de los números perfectos en la creación del mundo, de manera que la armonía matemática en ella y la música de las esferas sería la causa real de los movimientos planetarios. Además, según él, todos los planetas estaban impulsados por una causa Divina Constante.

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Astronomía Kepler

Los Inicios de John Kepler

John Kepler (1571-1630) comenzó como colaborador en Praga del astrónomo Tycho Brahe (1546-1601).

Se suele ver su obra como el proceso de inducción y comprobación de las tres Leyes o proposiciones que rigen el movimiento planetario, que fueron las que sirvieron de base para la astronomía de Newton.

La ocupación real y oficial de Kepler consistía principalmente en editar los almanaques astrológicos. Sin embargo, era un matemático sobresaliente y entusiasta, convirtiendo el sistema heliocéntrico de Copérnico en simplicidad y armonía matemática.

John Kepler
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Astronomía Tycho Brahe

La Influencia de Nicolás Copérnico

Debido a una serie de inconvenientes tanto físicos como bíblicos, Tycho Brahe se vio obligado a rechazar y descartar la rotación de la Tierra, ya que no creía que Copérnico hubiese respondido a las objeciones físicas aristotélicas. Tycho dedujo de la ausencia de paralaje estelar anual observable, que el sistema heliocéntrico copernicano podía implicar la conclusión de que las estrellas tenían diámetros de enormes dimensiones.

Elaboró un sistema propio en el año 1588 donde la Luna, el Sol y las estrellas fijas giraban alrededor de la Tierra estática, mientras los cinco planetas giraban alrededor del Sol. Este sistema era geométricamente equivalente al sistema de Copérnico pero con la diferencia de que Brahe evitó lo que creía defectos físicos de Copérnico e incluyó las ventajas de sus observaciones.

El sistema Heliocéntrico de Tycho Brahe
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Astronomía Tycho Brahe

Las Mejoras de Tycho Brahe

La primera labor que llevó a cabo Tycho Brahe fue mejorar los instrumentos entonces usados: construyó un cuadrante con un radio de 19 pies y un globo celeste de 5 pies de diámetro, y perfeccionó los métodos de observación y de graduación.

También determinó los errores de sus instrumentos, dio los límites de precisión de sus observaciones y tuvo en cuenta el efecto de la refracción atmosférica* sobre las posiciones aparentes de los cuerpos celestes.

Tycho realizó una serie de observaciones regulares y sistemáticas acerca de los errores conocidos, que revelaron problemas ocultos hasta entonces en las imprecisiones anteriores.

 

 

*La refracción atmosférica  es un fenómeno por el cual, el Sol y las estrellas se ven siempre por encima de su posición real. Por eso, se denomina a la posición de los astros en astronomía posición aparente o posición real.

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Astronomía Nicolás Copérnico

El Commentariolus

El Commentariolus (“pequeño comentario”) es un esbozo de cuarenta páginas escrito por Copérnico donde realizó su primera versión de su revolucionaria teoría heliocéntrica del universo. Más tarde desarrollaría más ampliamente su teoría en 1543 en De Revolutionibus Orbium Coelestium.

Copérnico escribió el Commentariolus en algún momento antes del año 1514 y distribuyó copias a sus amigos y colegas. Por ello, se hizo conocido entre sus contemporáneos, a pesar de que nunca se imprimió durante su vida. En 1533, Johann Albrecht Widmanntetter dio una serie de conferencias en Roma esbozando la teoría de Copérnico, que fue de gran interés para el Papa Clemente VII y varios cardenales católicos. Por ello, en 1536 el Cardenal Nicolaus von Schönberg, arzobispo de Capua (Italia), le pidió que diera a conocer su teoría al mundo científico.

Aunque las copias de la Commentariolus circularon durante un tiempo después de la muerte de Copérnico, su existencia y contenido solo se conocían de manera indirecta hasta que fue descubierto un manuscrito que fue publicado en la segunda mitad del siglo XIX.

De Revolutionibus Orbium Coelestium. Nicolás Copérnico
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Astronomía Nicolás Copérnico

El Sistema Heliocéntrico

A través de las investigaciones que realizó Copérnico, llegó a las Teorías griegas del Doble Movimiento de la Tierra: no sólo le dio a la Tierra una rotación diaria, sino que hizo que todo el sistema planetario, incluyendo la Tierra, girara alrededor  de un Sol estático en su centro (sistema heliocéntrico). Tal y como él mismo dijo:

“Por tanto, no nos avergonzamos de defender que todo lo que está debajo de la luna, con el centro de la Tierra, describe entre los otros planetas una gran órbita alrededor del Sol, que es el centro del mundo, y lo que aparece ser un movimiento del Sol es, en verdad, un movimiento de la Tierra“.

De esta forma, creó un sistema matemático tan exacto como el de Ptolomeo. Teórica y cualitativamente, su sistema era más sencillo, ya que podía dar una explicación unificada de un número de diferentes rasgos del movimiento planetario que en el sistema Ptolemaico eran arbitrarios y sin conexión. Podía explicar las estaciones de los planetas como meras apariencias debidas a un único movimiento de la Tierra y podía dar una explicación sencilla de varios movimientos peculiares de planetas individuales.

Además, argumentó que los postulados que hizo sobre la Tierra no entraban en conflicto con la física de Aristóteles, sino que simplemente era necesario darle un sentido diferente al aceptado hasta ese momento.

Diferencias entre el sistema geocéntrico y heliocéntrico
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Astronomía Nicolás Copérnico

Críticas a su investigación

La teoría copernicana sobre el movimiento anual de la Tierra en un círculo alrededor del Sol recibió muchas críticas, ya que sus postulados entraron en conflicto con las teorías vigentes. Algunos humanistas consideraron a Copérnico como el restaurador de la pureza clásica de Ptolomeo, mientras que otros autores vieron su sistema como un palo con el que golpear a Aristóteles. En concreto, recibió tres principales objeciones:

  1. En primer lugar, la teoría aristotélica de los movimientos naturales, que dependía de que el centro de la Tierra estuviera en el centro del Universo.
  2. En segundo lugar, no habían pruebas estelares anuales observables, o diferencias en la posición de las estrellas. Copérnico atribuyó este hecho a la enorme distancia de la esfera estelar respecto de la tierra comparada con las dimensiones de la órbita de la Tierra.
  3. Por último, los aristotélicos defendían que cada cuerpo elemental tenía un solo movimiento natural, pero Copérnico le dio a la Tierra tres: el movimiento de la Tierra sobre su propio eje, alrededor del Sol y el tercer movimiento que explicaría la precesión de los equinoccios y sus temblores ilusorios.

Sin embargo, científicos como Tycho Brahe, Guillermo Gilbert, Kepler y Galileo vieron el significado real del De Revolutionibus e intentaron unificar las observaciones, las descripciones geométricas y la teoría física.

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Astronomía Nicolás Copérnico

La investigación astronómica de Copérnico

Nicolás Copérnico

Tras comenzar sus estudios universitarios con la carrera de humanidades y después, derecho y medicina; finalmente Copérnico se doctoró en astronomía en Roma en el año 1500.

Sus trabajos de observación astronómica fueron practicados en su mayoría como ayudante en Bolonia del profesor Novara, un importante platónico que le enseñó a concebir la constitución del universo en términos de relaciones sencillas matemáticas.

Fue un gran estudioso de los autores clásicos y además se confesó como admirador de Ptolomeo, cuyo Almagesto estudió concienzudamente. Sus investigaciones también se basaron en el estudio del Epitome in Almagestum (editado en 1496) de Regiomontano y Peurbach, y de la traducción latina del Almagesto de Gerardo de Cremona.

A partir de todos estos datos, Nicolás Copérnico comprendió que debía haber algún error en los anteriores postulados, como se puede ver en el siguiente fragmento del Prefacio de su obra De Revolutionibus:

 

“Entonces cuando sopesé esta incertidumbre de los matemáticos tradicionales al ordenar los movimientos de las esferas del orbe, me defraudó el ver que una explicación más fiable del mecanismo del universo, fundado en nuestra exposición por el mejor y más regular Artífice de todos, no era establecida por los filósofos que habían investigado tan exquisitamente otros detalles respecto del orbe. Por este motivo emprendí la tarea de releer los libros de todos los filósofos que pude conseguir, investigando si alguno había supuesto que el movimiento de las esferas del mundo era diferente al adoptado por los matemáticos universitarios”.

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Astronomía Nicolás Copérnico

La Necesidad de Cambio

A pesar de que el sistema de Ptolomeo estaba asentado desde el siglo XIII en la Europa medieval, se sintió la necesidad de un sistema astronómico que pudiera describir los fenómenos y las trayectorias reales de los cuerpos celestes por el espacio. Asimismo, tenían el deseo de reformar el calendario y las demandas prácticas de la Astrología y la Navegación, ya que los anteriores métodos habían quedado obsoletos.

Por ello, algunos escritores medievales, como Oresme o Nicolás de Cusa, sugirieron alternativas al sistema geostático como una descripción del dato físico. También el italiano Celio Calcagnini propuso de una forma vaga una teoría basada en la rotación de la Tierra en los primeros años del siglo XVI. Sin embargo, fue Copérnico el que elaboró un sistema que podía reemplazar  el sistema geocéntrico de Ptolomeo.

Estructura del Sistema Geocéntrico de Ptolomeo