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Astronomia islamica

Le osservazioni degli arabi

Gli arabi compilarono numerosi zīj in cui venivano tabulate formule, tabelle moltiplicative utilizzando il sistema sessagesimale. Queste tavole servivano di aiuto per risolvere, in maniera molto più veloce, problemi di astronomia sferica quali il calcolo del tempo nota l’altezza del Sole. Introdussero in concetto di seno e coseno sostituendo il concetto di corda (probabilmente ereditandolo dagli indiani.

Strumento per convertire le coordinate celesti dal sistema eclittico in quelle equatoriali. Si chiama zarqalliyya dal nome dell'inventore al-Zarqallu.
Strumento per convertire le coordinate celesti dal sistema eclittico in quelle equatoriali. Si chiama zarqalliyya dal nome dell’inventore al-Zarqallu. Fonte: Storia della scienza – gli strumenti, BPM.

I programmi osservativi portarono anche alla precisione di alcune misure già effettuate in passato da altri astronomi: tra i risultati ricordiamo:

  • Ibn Yunus fu fra i primi a calcolare il valore della precessione degli equinozi con precisione. Stimò un valore di 1° ogni 70 anni e 1/4 (molto vicino al valore attuale di 1° ogni 72 anni).
  • Omar Khayyam (1048 – 1131) sviluppò un calendario solare molto più accurato di quello giuliano allora in uso in Europa. Il suo calendario però non fu mai usato, in quanto gli arabi adottarono un calendario puramente lunare. Il suo calendario fu molto più accurato di quello giuliano allora in uso in Europa con una lunghezza del giorno che si accorda con i risultati moderni fino alla sesta cifra decimale.
  • al-Battānī determinò la lunghezza dell’anno solare. Stimò un valore di: 365d 5h 46m 24s. Valore riportato in diversi zij e citati anche da Copernico nella sua opera “De Revolutionibus“. Fu autore di alcune tavole astronomiche conosciute in Europa con il nome di “De Scientia Stellarum“. Le sue osservazioni viaggiarono dalla Spagna all’Europa e vennero tradotte in Latino.
  • al-Farghānī stimò il diametro della Terra in 6500 miglia. Scrisse i “Rudimenta astronomica”: un trattato che ebbe un’influenza notevole in Occidente. Venne tradotto in Latino a Toledo (da Giovanni da Siviglia) e da Gherardo da Cremona nel XII secolo: insieme a “De Sphera Coeli” costituì per Dante un testo per l’apprendimento dell’astronomia nella “Vita Nova” e ne “La Divina Commedia”.

Le osservazioni degli arabi

Prima dell’avvento dell’Islam gli arabi avevano un semplice sistema astronomico di natura pratica: conoscevano i periodi di levata e tramonto di molte stelle (che indicavano l’inizio di periodi chiamati naw’), i principali asterismi in cielo, il passaggio del Sole nelle costellazioni dello zodiaco, fenomeni meteorologici e le fasi della Luna. Queste concezioni facevano parte dell’astronomia popolare, ovvero quella utilizzata dagli agricoltori e coltivatori per regolare le attività agricole; la raccolta di Ibn Qutayba (860) contiene numerose definizioni al riguardo.

I musulmani non avevano a disposizione il telescopio (non era ancora nato, i “tubi” che a volte si vedono nelle immagini o nei libri sono dei parasole) e fecero le loro osservazioni a occhio nudo; tuttavia svilupparono alcune idee utili ai fini osservativi che si diffusero in seguito in Europa tanto che furono usati anche da astronomi quali Tycho Brahe. Essi s’impegnarono maggiormente nello studio della posizione dei pianeti per descrivere con parametri più precisi il modello geocentrico; altri fenomeni astronomici, come la supernova del 1054, non vennero registrati dagli astronomi musulmani (mentre ricevette attenzione in Cina).

Il lavoro estensivo che fecero durante l’Età d’Oro fu comunque notevole; soprattutto riguardo le stelle e costellazioni; in particolare diedero molti nomi alle stelle che, tramandati poi nella cultura latina, ancora oggi sono rimasti tali. Nonostante Tolomeo avesse già pubblicato un catalogo con 1000 stelle, al-Sūfi (astronomo persiano) ne fece una revisione fornendo valori di magnitudini più esatte. Nel suo trattato “Libro delle forme delle Costellazioni” propone un elenco di coordinate stellari ed illustrazioni di forme delle costellazioni derivate da tradizioni ellenistiche (uranografia). Alla fine del lavoro più di 3000 corpi celesti vennero chiamati con nomi arabi, tramandati poi nel mondo latino ed infine usati ancora oggi. Eccone un breve esempio:

Nome Arabo Nome Latino
Algieba Gamma Leonis
Alnitak Zeta Orionis
Atik Omicron Persei
Jabbah Ni Scorpii
Mizar Zeta Uma
Shedir Alpha Cassiopeiae
Zaniah EtaVirginis
Deneb Alpha Cygni
Formalhaut Alpha Piscis Austrini
Diphda Beta Ceti
Denebola Beta Leonis
Alsafi Sigma Draconis

Questo video invece, girato con Stellarium, mostra il cielo visto da Teheran in direzione sud e verso lo zenith: potete apprezzare maggiormente la quantità di stelle che portano ancora i nomi in arabo, così come i nomi delle costellazioni.

Sotto il califfato di al-Maʾmūn vennero finanziati dei survey della Luna e del Sole sia a Baghdad che a Damasco reclutando i migliori astronomi dell’epoca, con lo scopo di migliorare le latitudini locali, il valore dell’obliquità e determinare parametri più accurati per il modello tolemaico; e questo portò i musulmani a costruire strumenti con nuove scale graduate. Molti altri astronomi eseguirono osservazioni celesti, tra cui anche alcune eclissi lunari; fra queste nominiamo:

  • al-Battānī (fra 887 – 918) a Raqqa in Siria. Le sue osservazioni viaggiarono dalla Spagna all’Europa e vennero tradotte in Latino.
  • Shiraz ed al-Sūfi (utilizzò una sfera armillare del diametro di 5 metri) osservarono e datarono le date di solstizi ed equinozi.
  • Ibn Yunus (egiziano) eseguì una serie di osservazioni sulle eclissi, congiunzioni, occultazioni, solstizi ed equinozi. Basandosi sui lavori di al-Battānī, compilò le tavole Hakimite. Basandosi su queste ultime, in Spagna nel XIII secolo, il Re Alfonso di Castiglia fece compilare una serie di tavole che ebbero notevole diffusione sotto il nome di Tavole Alfonsine.
  • Le osservazioni di al-Bīrūnī furono condotte fra 990 e 1025 fra Kabul e Khwarizm (oggi Khiva); includevano equinozi, solstizi, calcolo dell’obliquità (vedi sotto).
  • Nel 994 al-Khujandī effettuò una misura dell’obliquità usando un sestante meridiano di 20 metri di raggio.

Questi lavori venivano portati avanti in diversi osservatori che, per la prima volta, avevano la caratteristica di avere postazioni permanenti; gli arabi ebbero anche il merito di aver introdotto osservazioni sistematiche, giornaliere, che a volte duravano anche anni. Con  loro strumenti, molto grandi e precisi, poterono introdurre scale di misura migliori ed ottenere  risultati più precisi.

Fra gli osservatori attivi più importanti ricordiamo:

  • Osservatorio di Maragha (Iran). Esso era equipaggiato con strumenti di tutto riguardo e posti sotto la direzione di Nasir Ad-Din al-Tūsī, anch’egli autore di cataloghi stellari usati nei secoli successivi i tutto il mondo. I programmi di osservazione ivi attivi furono sorprendenti per quanto riguarda l’astronomia teorica.
  •  Osservatorio di Samarcanda (Uzbekistan) costruito dall’astronomo Ulugh Bek. Esso si sviluppava su tre piani in cui venivano effettuati osservazioni solari, lunari e planetari. Qui la strumentazione era così grande che parte di essa sprofondava nel terreno; oggigiorno, dagli strumenti che ne facevano parte, rimane un sestante meridiano di dimensioni di 40 metri. Si tratta di un enorme quadrante usato per la determinazione dell’obliquità dell’eclittica, ovvero l’angolo fra il piano dell’equatore celeste e quello su cui avviene il moto del Sole. Per determinare tale valore è necessario osservare la culminazione al meridiano del Sole in due posizioni estreme, come mostrato nella seguente figura:
Metodo usato per calcolare l'obliquità dell'eclittica
Metodo usato dagli arabi per calcolare l’obliquità dell’eclittica

L’obliquità si trova a metà dell’arco compreso fra le altezze del sole registrate nei due solstizi (estivo ed invernale). Ecco di seguito, per confronto, alcune misure registrate dagli arabi con quelle note all’epoca e con quella attuale.

Astronomo Misura (in gradi e decimi di grado)
Eratostene (III sec a.C.) 23,856°
Tolomeo (140 c.a.) 23,728
al-Battānī (880 – 884) 23,583
al-Sufi 23,6525
al-Birunī 23,5833
Tycho Brahe 23,4978
Attuale (XXI secolo) 23,26 (compreso fra 22,1 e 24,5)

Gli arabi si occuparono anche di perfezionare il calcolo della misura della circonferenza della Terra, con un metodo diverso da quello utilizzato da Eratostene (III a.C.) sotto l’egida del califfo al-Ma’mun. Il procedimento, è semplice e logicamente corretto, ma a causa degli errori insiti nella misurazione (in particolare della rifrazione dell’atmosfera non considerata) i calcoli che seguono non sono corretti.

In figura si mostrano i due metodi, quello di Eratostene e quello usato dagli arabi, in particolare da Qusta Ibn Luqa (820 – 912). Si tratta di conoscere l’altezza h (per esempio l’altezza di una montagna) e calcolare l’angolo alfa fra l’orizzonte ed il Nadir; il raggio della Terra (e quindi anche la  circonferenza) si trova con la seguente formula:

sen(\alpha) = \frac{R}{R+h}

Altri metodi per la misurazione della circonferenza della Terra vennero proposti, ma non si dimostrarono molto pratici.

Nascita dell’astronomia araba

Dopo la caduta dell’Impero Romano (476 d.C.), l’Europa dovette ad affrontare un periodo di cambiamenti socio culturali ed economici molto profondi che la traghettarono in una nuova era: il Medioevo. In questo periodo, impropriamente noto come l'”Età dei Secoli Bui”, la scienza subì una battuta d’arresto per poi rinascere all’alba del XVI secolo con il Rinascimento. Come uscì l’Europa  da questo tunnel? Chi conservò il bagaglio di conoscenze tramandate dalla cultura ellenistica per  cinque secoli?

Per trovare l’anello mancante della nostra catena che va dall’VIII secolo al XVI secolo dobbiamo volgere il nostro sguardo in Medio Oriente, Africa e Spagna; otto secoli di splendore intellettuale  chiamato ”Età dell’Oro” della cultura islamica.

Per capire il contesto che permise lo sviluppo delle conoscenze in campo astronomico è necessario sottolineare che la popolazione islamica era ricca, molto istruita e studiava l’astronomia con particolare rispetto (o riguardo). Lo studio di questa scienza era favorito principalmente da due fattori: la posizione geografica e la religione.

  • Posizione geografica: la vicinanza al mondo della cultura antica (greca) e l’influenza  dei Paesi confinanti (India, Cina e Persia) rappresentarono un ruolo chiave per lo sviluppo dell’astronomia. Nell’813, il Califfo al-Maʾmūn fondò a Baghdad la Città della Sapienza;  un’accademia dove i lavori di Tolomeo e Aristotele vennero tradotti in arabo. Vi lavorarono diversi traduttori, il più attivo fra tutti fu Thābit ibn Qurra’, famoso matematico che tradusse tra tante opere, anche un commento all’Almagesto. Oggi possiamo considerare questa istituzione come un moderno centro di ricerca. La Città della Sapienza portò alla nascita ed al perfezionamento di numerosi strumenti quali il sestante, l’astrolabio e la redazione di tabelle stellari.
  • Religione: diede un forte contributo alla fioritura dell’astronomia; il mondo islamico affrontò una serie di problemi di astronomia, connessi al computo del tempo e del calendario. Le prime comunità, infatti, sapevano che i mesi lunari son lunghi circa 29 giorni, un valore non commensurabile con la lunghezza dell’anno solare. Queste comunità conoscevano già il ciclo di Metone, ma fu il califfo Omar I (634 – 644) che, seguendo i precetti di Maometto, introdusse un calendario lunare rigoroso.

Possiamo distinguere l’astronomia islamica su due piani di studio ed approfondimento:

  • Astronomia popolare: Inizialmente l’astronomia islamica raccoglieva tutte le conoscenze provenienti dalle culture indo-persiane, priva di teoria e basata solo su ciò che poteva essere visualizzato in cielo;  era incoraggiata dalle autorità religiose che richiedevano la conoscenza di base dell’argomento per motivi pratici.
  • Astronomia matematica: essa era portata avanti con osservazioni sistematiche fatte di calcoli e formulazioni di effemeridi. Era promossa dagli studiosi ai quali si affiancava una strumentazione molto accurata e di notevoli dimensioni.
Illustrazioni delle stelle contenute in una delle mansioni lunari rivenuta in un trattato egiziano di astronomia popolare.
Illustrazioni delle stelle contenute in una delle mansioni lunari rivenuta in un trattato egiziano di astronomia popolare. Fonte: L’astronomia prima del telescopio

Si ritiene che l’astronomia islamica sia ufficiosamente nata in seguito ad un’ambasciata indiana nel 744 presso Baghdad durante il regno di al-Mansur, al quale vennero consegnati delle tavole astronomiche indiane (zīj).

zii islamico. Equazione solare (a dx) e moto medio della luna (sx). Fonte: L'astronomia prima del telescopio
zii islamico. Equazione solare (a dx) e moto medio della luna (sx). Fonte: L’astronomia prima del telescopio

Gli zīj sono i più antichi testi astronomici in lingua araba; sembra abbiano provenienza afghana. Il termine “zīj” deriva dal persiano corda e si tratta di tavole tradotte dal pahlavi e sanscrito in arabo. Di particolare importanza sono gli zīj compilati sotto il periodo del califfato al-Mansur grazie all’impegno di autori quali al-Fazārī, al-Nayrizi, Yaqub ibn Tariq ed al-Khwārizmī.

Solitamente erano costituiti da 100/150 pagine che trattavano di diversi argomenti: trigonometria, astronomia, moti del Sole, parallasse, eclissi, visibilità della Luna/pianeti, geografia ed astrologia (anche se l’islam la proibisce).

Contenevano:

  • Tavole matematiche/trigonometriche: contenevano le spiegazione sull’utilizzo del sistema sessagesimale e tabelle moltiplicative. Soluzioni a problemi di astronomia sferica riconducendoli a problemi di geometria piana come il calcolo del tempo nota dall’altezza del Sole. Inoltre introducevano per la prima volta all’uso del seno e tangente. Vengono riportati calcoli dell’obliquità terrestre pari a 23° 30’ 17’’, molto vicini a quelli attuali valore medio (23,3° +- 1,3°).
  • Effemeridi: tavole con la posizione dei pianeti. Ibn Yunus in particolare fu fra i primi a calcolare e pubblicare il valore della precessione degli equinozi con elevata precisione: 1° ogni 70 ¼ anni (il valore odierno più riportato è 1° ogni 72 anni). Contenevano anche tabelle con equazioni per il calcolo della visibilità della Luna per una serie d’intervalli di tempo; al-Khwārizmī per esempio ne compilò alcune con la latitudine di Baghdad. I musulmani ricevettero in eredità il concetto di apogeo solare fisso rispetto alle stelle fisse, ma fecero delle osservazioni e scoprirono che quest’ultimo era spostato di 15° dai tempi di Ipparco. Fu al-Bīrūnī a separare il moto di apogeo solare dal moto di precessione.
  • Coordinate stellari: tavole con le coordinate di numerose stelle in cielo corredate anche da illustrazioni delle costellazioni derivate da tradizioni ellenistiche.

Le scuole di astronomia si distinguevano in tre categorie e rispecchiavano il tipo di astronomia che vi si studiava. Erano geograficamente ben separate; la prime si trovava a Maragha (Iran) e fu fondata nel XIII secolo sotto la guida di al-Shātir,  la seconda si trovava a Damasco ed era attiva nel corso del XIV secolo; entrambe si fondavano su modelli ed osservazioni celesti.

La terza, istituita verso la fine del XII secolo, si trovava in Andalusia; quest’ultima non fu competente, in quanto retta su fedeli principi aristotelici e non ebbe alcuno sviluppo matematico. Non fu supportata neanche da basi osservative; era una scuola semplice ed, astronomicamente parlando, di secondo livello.

Dopo il X secolo si svilupparono anche molte altre scuole regionali (Yemen, Siria, …) gestite autonomamente da altri astronomi.

Riferimenti

  • L’astronomia prima del telescopio. Edizioni Dedalo