Storia dell'astronomia

L'uomo è sempre rimasto affascinato dalla bellezza della volta celeste e dai fenomeni che in essa avvengono. Le conoscenze astronomiche in passato erano importanti anche per lo svolgimento della vita agricola e per la fissazione delle feste religiose.
I primi tentativi di descrivere con precisioni i fenomeni astronomici sono stati fatti dai Babilonesi, ma una perfetta sistemazione e una spiegazione scientifica dei fenomeni è stata opera dei Greci.
In questa sede però ricordiamo solo alcune delle tappe fondamentali della storia dell'Astronomia.

 

mappa del mondo babilones

Mappa del mondo babilonese (500 a. C.) conservata al Britsh Museum
 

 

Il cosmo nella Bibbia

L'Antico Testamento raccoglie le conoscenze dei popoli mesopotamici e dei limitrofi paesi orientali. Non intende fornire delle nozioni scientifiche su come ha avuto origine il cosmo, scopo che non appartiene ai testi sacri (anche se i fondamentalisti cattolici e protestanti sostengono proprio questo), ma di dare il senso della sua esistenza e mostrare la relazione che c'è tra Dio e le sue creature.
In questi testi la Terra è rappresentata come un disco piatto con rilievi montuosi, circondata dal mare, al centro della quale si trova Gerusalemme. Il disco è ben fissato sulle acque inferiori mediante colonne, che Dio scuote per provocare i terremoti. Sempre sotto la superficie si trova lo sheol, sede delle ombre dei morti.
Sopra la superficie, appoggiata alle montagne, si trova la grande cupola rigida del firmamento che trattiene le acque superiori; l'apertura di grandi sportelli, cioè delle cateratte, fa riversare sulla Terra le acque superiori provocando il diluvio. Dio manovra anche l'apertura di saracinesche per l'uscita di pioggia, vento e grandine.
Sul firmamento sono incastonate le stelle e si muovono in modo misterioso i due grandi luminari.
Sopra tutto questo c'è il trono di Jhwh.
La chiesa cristiana, fino all'epoca moderna ha proposto questo modello ma, poiché non sono citati direttamente i pianeti, tranne Saturno e Venere, è stato integrato con il Sistema Tolemaico che era in accordo con la Scrittura.

 

cosmo nella Bibbia

Il cosmo biblico

 

 

La cosmologia aristotelica

Aristotele (384 a.C. - 322 a.C.) divideva il mondo in due nature: una natura perfetta e immutabile dei cieli sferici e concentrici, costituita da etere, e la natura del mondo sublunare, imperfetta e mutevole, formata anch'essa da sfere, corrispondente ai quattro elementi terra, aria, acqua e fuoco. La rotazione delle sfere omocentriche dipende da un unico motore esterno, cioè da un primo motore immobile e le stelle, i pianeti, il Sole e la Luna sono incastonati nelle loro rispettive sfere.

 

Il cosmo secondo Aristotele

Il cosmo secondo Aristotele

 

 

Il Sistema Geocentrico Tolemaico

TolomeoClaudio Tolomeo era un astronomo egizio vissuto nel II secolo d.C. Delle sue opere ci rimane solo l'Almagesto, in cui sono esposte le sue osservazioni.
Il Sistema Geocentrico Tolemaico considera il pianeta Terra, immobile e piccolissimo rispetto al Cosmo, occupante la posizione centrale, attorno alla quale ruotano il Sole, la Luna, i pianeti e le stelle incastonati in sfere omocentriche senza spazi vuoti.
Il suo sistema riprende quello di Aristotele delle sfere e dei moti circolari, con alcune importanti modifiche per spiegare le anomalie nel moto dei pianeti, cioè i rallentamenti e le accelerazioni, le variazioni della distanza e il periodico moto retrogrado. Egli ricorre ad una costruzione geometrica complessa che utilizza tre espedienti:

  1. l'introduzione degli epicicli;
  2. l'utilizzo dell'equante;
  3. lo spostamento dell'osservatore in posizione eccentrica.

All'interno della sfera di pertinenza, il pianeta si muove con moto circolare uniforme sulla circonferenza di un cerchio chiamato epiciclo. Il centro dell'epiciclo si muove con velocità uniforme su una circonferenza più grande detta deferente il cui centro però non coincide con la Terra ma con un punto chiamato equante, simmetrico della Terra rispetto al centro del deferente stesso.

 

moto di un pianeta

Moto di un pianeta con il sistema degli epicicli ed equanti

 

Le sfere con gli asti sono otto. La prima sfera è quella della Luna e non ha l'epiciclo; è seguita da quelle di Mercurio e Venere che si muovono secondo epicicli. La successiva sfera del Sole ha un movimento eccentrico senza epicicli. Dopo il Sole si trovano Marte Giove, Saturno, tutte con movimenti epiciclici, e la sfera delle stelle fisse riunite in 48 costellazioni.
Oltre le stelle fisse, Tolomeo aggiunse una nona sfera del primo mobile.

 

sistema tolemaico

Il sistema tolemaico

In alto a destra ritratto di Tolomeo da una stampa cinquecentesca

 

Il sistema geometrico degli epicicli proposto da Tolomeo, con sfere all'interno di altre sfere salvava le apparenze ma negava la verità puramente fisica del sistema aristotelico: il modello geometrico degli epicicli era in contrasto con il modello meccanico di sfere concentriche e non verificava il principio fondamentale che il modello deve anche funzionare fisicamente.
Gli astronomi arabi (X - XII sec.), perciò, cercarono di combinare e semplificare il sistema tolemaico con quello fisico di Aristotele. Essi proposero un modello di sfere cave, o meglio, strutture toroidali larghe quanto il diametro dell'epiciclo, in cui il pianeta toccava alternativamente la superficie minore e maggiore della sfera. In questo modo si creava un anello circolare (concezione aristotelica), ma spostato rispetto alla sfera (eccentricità tolemaica), all'interno del quale si muoveva il pianeta. L'orbita ideale di Tolomeo può ora incastrasi fisicamente in una sfera reale.

 

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Sistema Eliocentrico Copernicano

CopernicoCon l'aumentare delle osservazioni, il sistema tolemaico andava sempre più complicandosi per adattarlo alle nuove scoperte; per questo occorreva una nuova spiegazione dei fenomeni astronomici più semplice e coerente.
Nel 1543, anno della sua morte, il canonico polacco Niccolò Copernico (1473 - 1543) pubblicò il De revolutionibus orbium coelestium, proponendolo come semplice ipotesi di lavoro, non come modello rispondente alla realtà.
GalileoEgli voleva spiegare le irregolarità dei moti planetari, ponendo il Sole anziché la Terra al centro, senza abbandonare gli antichi concetti di sfere cristalline omocentriche, epicicli ed equanti e soprattutto mantenendo il principio della circolarità e uniformità dei moti celesti.
Il suo sistema eliocentrico pone il Sole al centro del Cosmo, attorno al quale ruotano, incastonati in sfere, i pianeti allora conosciuti: Mercurio, Venere, Terra, Marte, Giove e Saturno, alla fine c'è la sfera immobile delle stelle fisse.
Questo modello spiega in modo migliore i moti dei pianeti, tuttavia si aggiungevano nuovi problemi perché non erano ammessi movimenti ellittici ma solo circolari.

Per una sessantina d'anni il sistema copernicano non ha destato scalpori, ma quando Galileo Galilei (1564 - 1642) lo propose come rappresentazione reale del cosmo fu condannato dal Sant'Uffizio nel 1633. Bisogna attendere il 1994 per la "riabilitazione" di Galileo, ma ormai i danni che il pronunciamento aveva fatto alla credibilità della chiesa nel campo scientifico erano decisamente grandi.

 

sistema copernicano

Copernico
Statua di Galileo Galilei in Prato della Valle
Il sistema copernicano

 

Keplero

KepleroIl tedesco Giovanni Keplero (1571-1630), dotato di scarse capacità di osservazione astronomica a causa di problemi alla vista, ma abilissimo matematico, cercò di applicare le sue conoscenze al moto di rivoluzione di Marte. Tuttavia, considerando l'orbita sferica, i risultati non si accordavano con le osservazioni, perciò suppose che le orbite dei pianeti potessero essere ellittiche. Fu così che a partire dal 1609 formulò le sue leggi.

 

 

Giovanni Keplero

 

 

leggi di keplero

 

Prima legge di Keplero

I pianeti compiono delle orbite ellittiche e il Sole occupa uno dei due fuochi.
Conseguenza: il pianeta si può trovare più vicino (perielio) o lontano (afelio) dal Sole.

 

 

 

Seconda legge di Keplero

Il raggio vettore che unisce il pianeta al Sole compie aree uguali in tempi uguali.
Conseguenza: il pianeta si muove più lentamente in afelio e più velocemente in perielio.

 

 

 

 

 

Terza legge di Keplero

Il quadrato del tempo che il pianeta impiega a compiere la rivoluzione intorno al Sole è direttamente proporzionale al cubo della sua distanza media dal Sole stesso.
Conseguenza: più il pianeta è lontano e più lento è il movimento di rivoluzione.

 

 

Newton

NewtonLe osservazioni astronomiche e il metodo sperimentale di Galileo, e le intuizioni matematiche di Keplero, hanno permesso a Isaac Newton (Inghilterra, 1643-1727) di formulare nel 1688 la legge della gravitazione universale:

Due corpi si attirano con una forza che è direttamente proporzionale al prodotto delle loro masse e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza.
Conseguenza: la forza gravitazionale diminuisce rapidamente all'aumentare della distanza.

 

In alto a destra Isaac Newton

 

Il Novecento

EinsteinNel Novecento la teoria della relatività di Albert Einstein e la meccanica quantistica hanno rivoluzionato la moderna astronomia e ne stiamo ancora scoprendo le implicazioni. La trattazione di questa parte, tuttavia, esula dallo scopo che ci eravamo prefissati, perciò si rimanda a testi specialistici.

 

Albert Einstein