Non è azzardato dire che la rivoluzione copernicana ha cambiato radicalmente il nostro modo di pensare al nostro posto nell’universo. Nell’antichità si credeva che la Terra fosse il centro del sistema solare e dell’universo, mentre ora sappiamo che siamo solo uno dei tanti pianeti che orbitano intorno al sole.
Ma questo cambiamento di vedute non è avvenuto in una notte. Piuttosto, c’è voluto quasi un secolo di nuove teorie e di attente osservazioni, spesso usando semplici matematiche e strumenti rudimentali, per rivelare la nostra vera posizione nei cieli.
Possiamo farci un’idea di come si è svolto questo profondo cambiamento guardando le note effettive lasciate dagli astronomi che vi hanno contribuito. Queste note ci danno un indizio del lavoro, delle intuizioni e del genio che hanno guidato la rivoluzione copernicana.
Stelle vaganti
Immagina di essere un astronomo dell’antichità che esplora il cielo notturno senza l’aiuto di un telescopio. All’inizio i pianeti non si distinguono molto dalle stelle. Sono un po’ più luminosi della maggior parte delle stelle e scintillano meno, ma per il resto sembrano stelle.
Nell’antichità, ciò che distingueva veramente i pianeti dalle stelle era il loro movimento nel cielo. Di notte in notte, i pianeti si spostavano gradualmente rispetto alle stelle. Infatti “pianeta” deriva dal greco antico per “stella errante”.
E il moto planetario non è semplice. I pianeti sembrano accelerare e rallentare mentre attraversano il cielo. I pianeti addirittura invertono temporaneamente la direzione, esibendo un “moto retrogrado”. Come si spiega tutto questo?
Epicli di Tolomeo
Gli antichi astronomi greci produssero modelli geocentrici (centrati sulla Terra) del sistema solare, che raggiunsero il loro apice con il lavoro di Tolomeo. Questo modello, da una copia araba dell’Almagesto di Tolomeo, è illustrato sopra.
Tolomeo spiegava il moto planetario usando la sovrapposizione di due moti circolari, un grande cerchio “deferente” combinato con un più piccolo cerchio “epiciclo”.
Inoltre, il deferente di ogni pianeta poteva essere sfalsato dalla posizione della Terra e il moto costante (angolare) intorno al deferente poteva essere definito usando una posizione nota come equante, piuttosto che la posizione della Terra o il centro del deferente. Capito?
È piuttosto complesso. Ma, a suo merito, il modello di Tolomeo prevedeva le posizioni dei pianeti nel cielo notturno con una precisione di pochi gradi (a volte meglio). E divenne così il mezzo principale per spiegare il moto dei pianeti per oltre un millennio.
Lo spostamento di Copernico
Nel 1543, anno della sua morte, Nicolaus Copernicus iniziò la sua omonima rivoluzione con la pubblicazione del De revolutionibus orbium coelestium (Sulle rivoluzioni delle sfere celesti). Il modello di Copernico per il sistema solare è eliocentrico, con i pianeti che girano intorno al sole piuttosto che alla Terra.
Forse il pezzo più elegante del modello copernicano è la sua spiegazione naturale del cambiamento del moto apparente dei pianeti. Il moto retrogrado di pianeti come Marte è semplicemente un’illusione, causata dalla Terra che “sorpassa” Marte mentre entrambi orbitano intorno al sole.
Il bagaglio tolemaico
Purtroppo, il modello copernicano originale era carico del bagaglio tolemaico. I pianeti copernicani viaggiavano ancora intorno al sistema solare con movimenti descritti dalla sovrapposizione di moti circolari. Copernico si sbarazzò dell’equante, che disprezzava, ma lo sostituì con l’epicicloide, matematicamente equivalente.
Lo storico-astronomo Owen Gingerich e i suoi colleghi hanno calcolato le coordinate planetarie usando i modelli tolemaico e copernicano dell’epoca, e hanno scoperto che entrambi hanno errori comparabili. In alcuni casi la posizione di Marte è in errore di 2 gradi o più (molto più grande del diametro della luna). Inoltre, il modello copernicano originale non era più semplice del precedente modello tolemaico.
Poiché gli astronomi del XVI secolo non avevano accesso ai telescopi, alla fisica newtoniana e alle statistiche, non era ovvio per loro che il modello copernicano fosse superiore a quello tolemaico, anche se poneva correttamente il sole al centro del sistema solare.
C’è anche Galileo
A partire dal 1609, Galileo Galilei usò il telescopio di recente invenzione per osservare il sole, la luna e i pianeti. Vide le montagne e i crateri della luna, e per la prima volta rivelò che i pianeti sono mondi a sé stanti. Galileo fornì anche una forte prova osservativa che i pianeti orbitavano intorno al sole.
Le osservazioni di Galileo su Venere furono particolarmente convincenti. Nei modelli tolemaici, Venere rimane sempre tra la Terra e il sole, quindi dovremmo per lo più osservare il lato notturno di Venere. Ma Galileo fu in grado di osservare il lato di Venere illuminato di giorno, indicando che Venere può trovarsi sul lato opposto del sole rispetto alla Terra.
La guerra di Keplero con Marte
I movimenti circolari dei modelli tolemaico e copernicano portavano a grandi errori, in particolare per Marte, la cui posizione prevista poteva essere in errore di diversi gradi. Johannes Kepler dedicò anni della sua vita alla comprensione del moto di Marte, e risolse questo problema con un’arma molto ingegnosa.
I pianeti ripetono (approssimativamente) lo stesso percorso mentre orbitano intorno al sole, quindi tornano nella stessa posizione nello spazio una volta ogni periodo orbitale. Per esempio, Marte ritorna nella stessa posizione nella sua orbita ogni 687 giorni.
Poiché Keplero conosceva le date in cui un pianeta si sarebbe trovato nella stessa posizione nello spazio, poteva usare le diverse posizioni della Terra lungo la propria orbita per triangolare le posizioni dei pianeti, come illustrato sopra. Keplero, utilizzando le osservazioni pre-telescopiche dell’astronomo Tycho Brahe, fu in grado di tracciare i percorsi ellittici dei pianeti mentre orbitavano intorno al sole.
Questo permise a Keplero di formulare le sue tre leggi del moto planetario e di prevedere le posizioni dei pianeti con una precisione di gran lunga superiore a quella precedentemente possibile. Egli pose così le basi per la fisica newtoniana del tardo 17° secolo e la notevole scienza che seguì.
Keplero stesso colse la nuova visione del mondo e il suo significato più ampio nell’Astronomia nova (Nuova Astronomia) del 1609:
Per me, tuttavia, la verità è ancora più pia, e (con tutto il rispetto per i dottori della Chiesa) dimostro filosoficamente non solo che la terra è rotonda, non solo che è abitata tutto intorno agli antipodi, non solo che è spregevolmente piccola, ma anche che è portata tra le stelle.
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