Categoria: Astronomi e storia

Dall’Impero romano al Medioevo

Con la conquista romana dell’Egitto (31 a.C.) termina il periodo storico chiamato Ellenismo, iniziato convenzionalmente con la morte di Alessandro Magno (323 a.C.) e durante il quale la civiltà della Grecia classica si diffuse nel Mediterraneo fondendosi con le culture con cui entrò in contatto. Con l’arrivo dei romani il sapere non è più considerato un vantaggio competitivo e viene considerato estraneo agli interessi concreti; in questo periodo una figura importante per l’astronomia è Claudio Tolomeo (100 – 175 circa). Egli si occupò di matematica, geografia, ottica ed astronomia; condusse molte osservazioni presso Alessandria d’Egitto e, allo scopo di adeguare il modello teorico di Aristotele con i dati osservativi introdusse il concetto di equante.

In tale modello la Terra è sempre immobile ma occupa una posizione spostata rispetto al centro della sfera celeste: i pianeti rivoluzionano intorno alla Terra ma il loro moto non è più circolare uniforme ma si muove di velocità angolare costante rispetto al punto equante (il punto Q in figura). Tolomeo scrisse inoltre un’opera che diventerà il punto di riferimento per l’astronomia per i millecinquecento anni seguenti: Mathematiké sýntaxis. Il libro consiste in un compendio di tutta l’astronomia greca dei secoli precedenti (raccoglie soprattutto le osservazioni di Ipparco) ed era ritenuto importante per la navigazione.

I suoi tredici capitoli affermano quanto segue:

  • Capitolo I, II: La Terra è rotonda.
  • Capitolo III: Sul moto del Sole e la precessione degli equinozi.
  • Capitolo IV: Il moto lunare.
  • Capitolo V: L’astrolabio ed il calcolo della parallasse.
  • Capitolo VI: Metodo per calcolare le eclissi.
  • Capitolo VII – VIII Catalogo di 1028 stelle.
  • Capitolo IX – XIII: Sulle orbite dei pianeti e delle stelle fisse.

Nel IV secolo d.C. si assiste alla caduta dell’Impero Romano; Odoacre (434 – 493) diventa il primo sovrano barbarico che abbia regnato su Roma e la scienza (astronomia compresa) subisce una battuta d’arresto. Nascono i primi traduttori, tra cui Boezio (480 – 524) il quale si propose l’obiettivo di tradurre tutte le opere di Aristotele e Platone che fosse riuscito a procurarsi e Benedetto da Norcia (480 – 547) il fondatore dell’ordine dei benedettini. In questo periodo le bibliotechesvolsero l’importante funzione di preservare, anche dopo la caduta dell’Impero Romano, le conoscenze antiche raccogliendo dalle rovine tutto quello che poteva essere recuperato.

L’attività scientifica in Europa era oramai cessata, la scienza fu trascurata perché ostile alla Chiesa la quale non approva la cultura pagana: le Scritture contenevano tutto il sapere necessario per salvarsi, la scienza era inutile e pericolosa. Nel X secolo in Europa conobbe migliori condizioni politiche ed economiche, le quali garantirono la serenità necessaria per esplorare nuovi orizzonti. Iniziarono le prime traduzioni delle opere dall’arabo in latino, le quali venivano studiate (e commentate) da maestri nelle prime istituzioni universitarie che si venivano a creare. Anche i lavori di astronomia furono tradotti: Gherardo da Cremona (1114 – 1187) un importante traduttore che operò nella città di Toledo, tradusse l’Almagesto (Mathematiké sýntaxis) dall’arabo al latino.

Quello che poteva sembrare semplice compito di traduzione in realtà non lo era per nulla: capire come Tolomeo aveva risolto un problema era un lavoro difficile a causa di due problemi: i manoscritti tradotti risultavano poco fedeli agli originali a causa di scarso vocabolario o di frammenti mancanti, inoltre la scienza era stata così trascurata nei secoli precedenti che i traduttori consideravano Tolomeo e Aristotele contemporanei (quando in realtà ci sono circa 400 anni di differenza) e le loro differenze venivano viste come disarmonie. Era necessario quindi un lavoro di riconciliazione fra la filosofia aristotelica e la dottrina Cristiana per cercare di fonderli in un unico pensiero: il maggior artefice di questo lavoro fu San Tommaso d’Aquino e, quando la fusione venne completata, la teologia era diventata un baluardo dell’antica concezione di una Terra stazionaria e centrale: la cosmologia e l’astronomia espressa ne La Divina Commedia rappresenta il punto più alto del pensiero cosmologico dell’epoca. Fortunatamente gli studiosi medioevali non ebbero tutti un carattere così conservatore: lo studio approfondito era una garanzia affichè le incoerenze fossero affrontate; in particolare Giovanni Buridano (1295 – 1358) e Nicola Oresme (1320 – 1382) sostenevano che la Terra fosse al centro dell’universo, ma che il moto diurno fosse in realtà un moto di rotazione del nostro pianeta sul suo asse. Anche se il problema riguardava solo una questione di fede, la filosofia aristotelica venne sottoposta a critiche anche su altri fronti, come ad esempio la teoria del moto (venne introdotta la teoria dell’impetus).

Nel 1453 cade Costantinopoli e l’Impero Bizantino sotto dominio turco); cambia il centro della cultura: I greci iniziarono ad emigrare in Occidente, specialmente in Italia dove la cultura e la lingua greca era molto studiata nelle università: in questo stesso periodo il Regiomontano porta a termine la traduzione dell’Almagesto direttamente dal Greco e finalmente si possono confrontare le opere originali dei greci con le traduzioni arabe: i traduttori si resero conto quindi che le incomprensioni e gli errori non erano dovuti a traduzioni ma a veri e propri errori di Tolomeo. La sua teoria del moto lunare, per esempio, consentiva agli astronomi di ricavare le effemeridi con buona precisione ma da ciò seguiva una distanza Terra – Luna enormemente variabile che avrebbe comportato una variazione del diametro lunare incompatibile con le osservazioni.

Siamo nel XV secolo, un periodo di enormi sconvolgimenti culturali: iniziano i viaggi esplorativi verso le coste africane, verso il Nuovo Mondo e si riaffaccia il problema della riforma del calendario (nel frattempo uno scisma minaccia la Chiesa). Per avere successo in questi campi era necessario migliorare gli studi della geografia, delle mappe, dei calendari e di conseguenza la conoscenza dei cieli. Proprio in questo periodo, precisamente nel 1473, nasce a Torun uno studioso, un astronomo e canonico che seppe cogliere il significato di queste problematiche per introdurre un’innovazione nel pensiero scientifico creando un nuovo modello cosmologico: Nicolò Copernico.

(continua)

Bibliografia

  • La rivoluzione copernicana. L’astronomia planetaria nello sviluppo del pensiero occidentale.Thomas S. Khun. Piccola biblioteca Einaudi.
  • Le idee dell’astronomia, come lo studio del cielo ha cambiato il mondo. Mauro Arpino.
  • Dal sistema tolemaico alla rivoluzione copernicana. Bonera, Dipartimento di Fisica A. Volta, Università di Pavia.

Dalla Grecia antica alla Civiltà ellenistica

Sin dalla nascita delle prime civiltà, l’osservazione del cielo è stata una delle attività fondamentali dell’uomo; la ricerca di una regolarità dei moti celesti era necessaria per esempio per scandire il tempo, commemorare le festività religiose e per regolare le attività agricole. Le osservazioni (condotte da sacerdoti) erano periodicamente annotate su tavole e costituirono una base per la formulazione delle prime cosmologie; esse erano principalmente basate su figure mitologiche e non avevano alcun rigore scientifico: erano modellate sul mondo che quella civiltà conosceva.

Queste osservazioni diventarono le linee principali delle prime scuole di pensiero della Grecia Antica come quella ad esempio di Anassimandro di Mileto: nel IV sec. a.C. la Terra era considerata una piccola sfera ferma nel centro geometrico di una sfera molto più grande ruotante da est verso ovest che portava le stelle. Il Sole si muoveva nello spazio compreso fra la Terra e la sfera celeste: al di fuori di essi non c’era nulla, né spazio né materia. Gli storici chiamano questo modello Universo a due sfere: uno schema concettuale molto semplice per descrivere un universo eterno ed autosufficiente.

In questo modello le stelle erano dei punti lontani impressi sulla superficie esterna dell’Universo che si spostavano tutte assieme attorno ad un asse fisso ogni 23 h 56 m. L’eclittica era rappresentata da un cerchio massimo della sfera inclinato di 23° 30’ sull’equatore celeste ed il Sole percorreva l’eclittica in direzione est in 365,25 giorni.

Se il Sole e le altre stelle fossero i soli corpi visibili ad occhio nudo l’uomo potrebbe accettare anche l’Universo a due sfere, ma esistono anche i pianeti. Gli antichi astronomi, per conservare ed estendere l’iniziale simmetria sferica, li posero nella regione compresa fra la Terra e le stelle fisse, ma si resero conto che in realtà il loro moto era più complesso, in particolare sono soggetti al moto retrogrado. Questo effetto, che oggi sappiamo essere solo una questione prospettica, fu avanzato da Platone (427 a.C. – 347 a.C.); egli fu tra i primi ad ipotizzare che i pianeti dovevano muoversi come le altre stelle ed i loro moti dovevano derivare da una combinazione di circonferenze percorse in modo uniforme.

Eudosso da Cnido (408 a.C. – 355 a.C.), allievo di Platone, propose come soluzione un modello a sfere omocentriche: vi sono diverse sfere (27) aventi un unico centro di rotazione coincidente con il centro della Terra; una prima sfera induce un moto diurno, un’altra il moto mensile, una terza ed una quarta il moto retrogrado. Questo modello ingegnoso implicava come ipotesi che tutti pianeti fossero sempre alla stessa distanza e non teneva conto delle variazioni di luminosità.

Modello ad epiciclo (magenta) e deferente (verde)

Per ovviare a questo difetto, Apollonio da Perga (262 a.C. – 189 a.C.) introdusse un modello ad epiciclo e deferente: in questo modello i pianeti descrivono un’orbita circolare in modo uniforme (epiciclo) il cui centro descrive a sua volta in modo uniforme un’orbita circolare (deferente) intorno alla Terra. Partendo dalle idee di Eudosso e successivamente da Callippo (che estese il numero di sfere a 35), Aristotele (384 a.C. – 322 a.C.) basandosi su una “fisica” del buon senso e di un ferreo sistema logico, sviluppò il primo sistema del Mondo: un sistema geocentrico e geostatico in cui pose la Terra al centro dell’Universo.

Egli costruì un sistema più complesso composto da 55 sfere materiali in comunicazione fra loro in cui la più esterna comunicava il moto alle inferiori fino alla Luna. Questo modello portò a conseguenze gravi per l’astronomia che sarebbe stata bloccata per molto tempo da assiomi e preconcetti, in particolare:

  • il geocentrismo: la Terra è totalmente immobile al centro dell’Universo, il quale tutti i gravi cercano di raggiungere.
  • il moto circolare uniforme: viene considerato l’unico possibile per i corpi celesti

Bisogna però fare una considerazione: contrariamente a quanto si possa pensare la concezione a due sfere dell’Universo non fu la sola teoria cosmologica proposta, ma la più accettata. L’idea che la rotazione degli astri potesse essere solo apparente era stata avanzata da diversi scienziati; possiamo ricordare fra questi Pitagora (575 a.C. – 495 a.C.), Democrito (460 a.C. – 360 a.C.), Filolao (470 a.C. – 390 a.C.), Eraclide (385 a.C. – 322 a.C.) ed Aristarco da Samo (310 a.C. e 230 a.C.). Quest’ultimo riuscì a calcolare (in termini di rapporti) la misura della distanza Terra – Luna (59 raggi terrestri) e sviluppò una teoria eliocentrica che attribuiva alla Terra un moto annuo di rivoluzione ed un moto di rotazione diurno attorno ad un asse inclinato rispetto al piano dell’orbita.

Tutti questi modelli però non ebbero successo poiché il senso comune suggeriva il contrario, essi non erano sorretti da argomentazioni credibili ed appoggiate da osservazioni quantitative. L’idea che la terra si potesse muovere sembrava assurda: se la Terra fosse in movimento allora l’aria e gli uccelli che non sono ‘attaccati’ alla Terra dovrebbero essere lasciati indietro.

(continua)

Bibliografia

  • La rivoluzione copernicana. L’astronomia planetaria nello sviluppo del pensiero occidentale. Thomas S. Khun. Piccola biblioteca Einaudi.
  • Le idee dell’astronomia, come lo studio del cielo ha cambiato il mondo. Mauro Arpino.
  • Dal sistema tolemaico alla rivoluzione copernicana. Bonera, Dipartimento di Fisica A. Volta, Università di Pavia.

Giovanni Keplero

Giovanni Keplero nacque nel villaggio di Leonberg vicino a Weil der Stadt (Stoccarda) il 27 Dicembre 1571. La sua vita fu segnata dalla miseria e dagli avvenimenti relativi alla Guerra dei Trent’Anni. A soli tre anni fu colpito dal vaiolo che gli causò danni permanenti alla vista; anche la sua situazione familiare non fu delle migliori: sua zia fu condannata al rogo per stregoneria e suo padre, soldato mercenario, scomparve quando il piccolo Johannes aveva solo 5 anni. Anche sua madre Katharina Guldenmann, dal brutto carattere e con un enorme interesse per le erbe e per la preparazione di pozioni curative, fu accusata nel 1615 di stregoneria da Ursula Reinbold, una prostituta che, per coprire un aborto illegale, dichiarò di essere stata avvelenata da un suo miscuglio di erbe. Fu scarcerata il 13 aprile 1621, a settantacinque anni, grazie all’aiuto del figlio.

Nel 1588 studiò teologia, filosofia e matematica nel monastero di Tubinga dove nel 1591 acquisì il titolo di “magister”; nel 1594 abbandonò gli studi per andare ad insegnare matematica a Graz. Determinanti per la sua formazione culturale furono il suo maestro di matematica Michael Maestlin, con cui mantenne contatti anche dopo la scuola, e le nuove idee copernicane che iniziavano a diffondersi all’epoca negli ambienti accademici.

Nel 1597 pubblicò il “Mysterium Cosmographicum”, un’opera con la quale fornì una prima rappresentazione cosmologica del Sistema Solare: al centro del modello vi era il Sole, poi via via tutti gli altri pianeti fino a Saturno. Il suo modello cosmologico poteva sembrare un’idea un po’ stravagante ma stabilì una relazione matematica fra le distanze dei pianeti e il loro periodo di rivoluzione che, nel 1618, lo avrebbe portato a formulare la sua terza legge.

(Fonte Massimo Mogi Vicentini)

Keplero ebbe difficoltà con le autorità religiose locali a causa della sua fede luterana e nel 1600 si trasferì a Praga dove divenne assistente di Tycho Brahe (a cui in seguito successe in qualità di matematico imperiale di Rodolfo II). Brahe gli assegnò il compito di studiare l’orbita di Marte che, nonostante la quantità di osservazioni planetarie accumulate, non sembrava adattarsi a nessuna delle teorie formulate fino ad allora.

Marte era considerato un pianeta dall’orbita imprevedibile, in quanto il suo moto sembrava a volte retrocedere con irregolarità, formando un cappio nel cielo. (Ciò si spiega se si considera anche il movimento della Terra intorno al Sole). Keplero ipotizzò che i piani dell’orbita di tutti i pianeti intersecassero il Sole vero (cioè la vera distanza del Sole rispetto alla Terra) verificando poi, tramite dei calcoli, la correttezza della sua ipotesi; quindi eliminò l’equante, ovvero il punto situato sulla linea degli apsidi dal quale il moto era visto come uniforme, ed introdusse il concetto di eccentricità dell’orbita per tutti i pianeti. Grazie al principio usato anche da Archimede per il calcolo dell’area del cerchio (pubblicato nel “De sphaera et cilindro”) rimosse l’ipotesi relativa alla velocità uniforme e verificò che il raggio vettore che unisce il centro del Sole con il centro di ogni pianeta descrive aree uguali in tempi uguali.

La seconda legge di Keplero

Questa teoria è nota come la seconda legge di Keplero anche se in realtà fu scoperta per prima. La prima legge venne formulata 3 anni dopo e afferma che le orbite planetarie sono ellittiche e che il Sole occupa uno dei fuochi. Queste sue considerazioni vennero raggruppate in un’opera voluminosa dal titolo “Astronomia Nova” e pubblicate nel 1609.

Nel 1611 morì la sua prima moglie (Barbara Muller) e l’imperatore Rodolfo II (il suo precettore) dovette abdicare in favore del fratello Mattia, che non si mostrò altrettanto tollerante nei confronti dei protestanti. Negli anni compresi fra il 1603 ed il 1610 Keplero si occupò anche di ottica: in particolare scrisse l”Optica” dove analizzò i fenomeni legati alla propagazione della luce, e la “Dioptrice” in cui vennero discussi piccoli sistemi ottici e di come si possa ingrandire o rimpicciolire un’immagine con un opportuno sistema di lenti. Lo scopo principale di queste pubblicazioni era però quello di studiare dei metodi che gli consentissero di eliminare gli eventuali errori di misura durante la raccolta delle osservazioni.

Nel 1619 Keplero pubblicò l”Harmonice mundi libri V”, in cui, grazie anche all’enorme mole di dati osservativi a cui aveva accesso, venne enunciata la terza legge. Con quest’opera Keplero volle mettere in relazione il concetto di armonia musicale con l’astronomia, una disciplina oggetto di studi nelle Università dell’epoca unitamente alle nozioni di ingegneria, fisica ed acustica. In seguito il termine “armonia” si estese fino ad intendere una struttura formale ideale che trovava nella musica uno strumento di indagine e di verifica: tale modello serviva a descrivere non solo i suoni ma anche l’intero Universo. L’importanza dello studio di questa materia fu sottolineata non solo da Keplero, ma anche da altri personaggi del calibro di Galileo, Cartesio e Newton.

Tra le altre opere pubblicate da Keplero si ricordano anche le “Tavole Rudolfine”: un almanacco contenente le effemeridi di circa un migliaio di stelle basate sul modello copernicano ed il “De Stella Nova”. Quest’ultima opera venne scritta in occasione dell’esplosione di una Supernova (SN1604 – Nova di Keplero) che si verificò in cielo nell’autunno del 1604 nella costellazione del Serpentario.

Modello del sistema solare dal Mysterium Cosmographicum (1596). Keplero riprende la struttura copernicana: il Sole al centro e sei pianeti che gli girano attorno con orbite circolari.

Il lavoro svolto dall’astronomo tedesco alla fine si dimostrò un trattato di cosmologia con una serie di riflessioni sulla possibilità che il nostro Universo fosse finito od infinito, eterno od immutabile. Venne stampato nel 1606 con un linguaggio diretto al “grande pubblico” e tra le sue principali preoccupazioni ci fu quella di contrastare l’astrologia. Nel 1627 si spostò a Francoforte, a Ulm, a Linz ed infine nel 1628 a Sagan dove lavorò per il duca Friedland Albrecht von Wallenstein. Qui rimase, isolato da tutti, viaggiando in cerca di materiale per realizzare un suo progetto: costruire una stamperia. Morì il 15 Novembre 1630 a Ratisbona; la sua tomba venne distrutta nel corso della Guerra dei Trent’Anni e nulla è rimasto al giorno d’oggi.

Dopo la sua morte uscì “Somnium” (1634): un’opera al quale Keplero si dedicò sin dai tempi della sua Tesi di Laurea in cui raccontò un ipotetico viaggio sulla Luna come pretesto per divulgare le idee copernicane.

Bibliografia

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