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Llevó a cabo un análisis matemático de los movimientos de los astros descritos en las “Tablas Astronómicas” de Ptolomeo y se le atribuye la escritura del “Canon Astronómico”, donde los cuestiona en defensa del heliocentrismo. Cartografió cuerpos celestes y confeccionó un planisferio celeste para posicionarlos. Mejoró el diseño del Astrolabio.
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Diseñó y perfeccionó instrumentos astronómicos. Puso en duda la inmutabilidad de los cielos del modelo aristotélico, al registrar el nacimiento de una estrella nueva. Junto a su hermana, propuso un modelo intermedio entre el geocentrismo de Ptolomeo y el heliocentrismo de Copérnico: el Sol y la Luna giran alrededor de la Tierra inmóvil, mientras que el resto giran alrededor del Sol. Sus observaciones astronómicas permitirían a Kepler descubrir las leyes del movimiento de los planetas.
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A partir de los cálculos de T. Brahe, enunció tres leyes que permiten describir el movimiento de los planetas alrededor del Sol:
- Orbitan describiendo órbitas elípticas, y no circulares.
- En su órbita, cuando el planeta está más alejado del Sol, su velocidad es menor que cuando está más cerca.
- Relacionó las propiedades de unas órbitas con las de otros. -
Construyó el primer telescopio. Realizó observaciones minuciosas, cuestionó la inmutabilidad celestial, descubrió que las cuatro lunas principales de Júpiter orbitaban a su alrededor, elaboró cálculos geométricos y razonamientos matemáticos que desafiaron los conocimientos tradicionales y el poder eclesiástico.
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Mediante su teoría de la gravitación universal explicó por qué los astros orbitan alrededor del Sol. Esto derivó en la aceptación universal del modelo heliocéntrico.
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Perfeccionó el sistema de clasificación espectral de las estrellas, dando lugar al sistema actualmente utilizado: el “sistema de clasificación de Harvard” o “OBAFGKM”, donde la letra O correspondía a las estrellas más calientes (muy raras de encontrar y muy brillantes) y las del grupo M, las más frías y las más abundantes.
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Con su Teoría de la relatividad proporciona una descripción matemática del universo, defendiendo que era estático, eterno e infinito. A pesar de que sus ecuaciones predecían el Universo en expansión, su idea sobre un cosmos eterno e inmóvil era tan fuerte que introdujo la "constante cosmológica" para obligar a su modelo a permanecer estático (fue su peor error). Para la realización de los cálculos matemáticos fue imprescindible el trabajo de su brillante mujer, Mileva Maric.
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Revisa las ecuaciones de la relatividad de Einstein y concluye que hay que eliminar la constante cosmológica, proponiendo que el universo se encuentra en expansión (es dinámico).
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Demostró que el hidrógeno es el principal componente de las estrellas.
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Demuestra experimentalmente que las galaxias se alejan unas de otras (en base a su desplazamiento al rojo en los espectros), siendo su velocidad de alejamiento directamente proporcional a su distancia. Demostró así que el Universo está en expansión.
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Concibe y publica en 1927 un universo en expansión y propone que tuvo un inicio: a partir de un átomo primordial, que contenía toda la materia y energía, se formó el universo. Sus ideas no se tomaron en serio hasta 1930, pero fueron precursoras para el modelo del Big Bang.
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Elaboraron el modelo cosmológico del Big Bang: el universo se creó en una gran explosión a partir de un punto inmaterial infinitamente denso y caliente, hace unos 13700 millones de años y desde entonces no ha dejado de expandirse impulsado por la “energía oscura” (una energía enigmática e invisible cuyo efecto es equivalente a una especie de antigravedad).
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Propusieron el modelo cosmológico del Estado estacionario como alternativa al Big Bang, admitiendo un Universo en expansión e infinito, en el que se genera materia de manera continua mediante mecanismos desconocidos.
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Su trabajo contribuyó al conocimiento de la materia oscura, consiguiendo las evidencias más fuertes de su existencia.
