Astronomia

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Con il termine astronomia si intende quella disciplina scientifica che studia l'universo. L'astronomia ha origini antichissime e spesso, nel passato, lo studio degli astri è stato associato all'adorazione di divinità. Infatti è facile constatare come molti astri e costellazioni abbiano ancora oggi gli stessi nomi di divinità greche e romane. Comunque i primi a gettare le basi di questa affascinante scienza non furono i greci ma popoli ancora più antichi. Molti graffiti di epoche arcaiche dimostrano come spesso i popoli primitivi erano soliti adorare divinità come il sole e la luna. Per questi motivi, l'astronomia ha assunto il significato che noi le diamo adesso solo dopo che Galileo rivoluzionò tutto con le sue scoperte. Fin ad allora l'astronomia non poteva essere considerata come tale e faceva parte dello studio di alchimisti ed era oggetto di speculazioni filosofiche. Dopo Galileo questa venne pian piano rivalutata fin ad arrivare ai giorni nostri dove si divise in una serie di altre discipline come l'astrofisica, la cosmologia o la radioastronomia, che ci hanno portato, oltre ad una profonda conoscenza dei fenomeni celesti, anche a compiere i primi passi sullo spazio. Discipline che, per altro, non hanno neanche confini tanto netti perché quasi sempre sono strettamente correlate fra di loro.
Tutto questo, in un futuro neanche tanto lontano, potrebbe portarci a colossali scoperte e conquiste che potrebbero anche cambiare bruscamente la nostra visione della realtà! Ma le stelle non hanno sprigionato solo la fantasia dei vecchi popoli. Ancora adesso le nuove scoperte e i fenomeni astronomici come il passaggio delle comete portano alla formazione di nuovi culti e credenze. Non sono poche le associazioni di fanatici credenti che ritengono le comete dei messaggeri divini. Altrettanto misteriosi sono i racconti di persone che hanno assistito a cosiddetti incontri ravvicinati con esseri viventi provenienti da altri pianeti. Vere o no che siano queste testimonianze, è anche vero che è difficile negare, di fronte all'immensità dell'universo, che da qualche altra parte sia scoccata la scintilla della vita. Ma al di là di questa affascinante parte dello studio dell'universo, il principale compito dell'astronomia è quello di far luce su uno dei più grandi misteri della nostra esistenza, l'interrogativo che ognuno di noi almeno una volta nella vita si è chiesto: Da dov'è nato tutto? Ed è stato proprio questo interrogativo che ha reso l'astronomia, nel passato, materia su cui speculare per i filosofi e materia da rinnegare per le istituzioni ecclesiastiche.
Le più antiche scoperte astronomiche delle quali abbiamo notizia (oltre alle ovvie osservazioni sul Sole, la Luna e le stelle, certamente comuni a tutti i popoli) risalgono agli antichi Babilonesi, che impararono a dividere il giorno e la notte in dodici parti ed a distinguere in cielo le costellazioni principali ed in particolare quelle dello zodiaco con l'introduzione del sistema sessagesimale. Probabilmente tale sistema di misura, per altro ancora in uso, è stato ottenuto suddividendo in 360 parti, circa una per giorno, lo zodiaco. Ma i Babilonesi devono essere ricordati specialmente per la scoperta del ciclo di 18 anni circa, detto saros, dopo il quale si rinnovano le eclissi di Sole e di Luna. Ma fin da allora all'astronomia vanno spesso congiunte l'astrolatria e l'astrologia. L'astrolatria è l'adorazione dei corpi e dei fenomeni celesti. Questo culto non si trova nelle culture veramente primitive, dove si ha talora un dio del cielo, ma si sviluppò invece in culture relativamente recenti e superiori, soprattutto fra i popoli Indoeuropei. Le scoperte archeologiche assiro-babilonesi avevano indotto alcuni studiosi a postulare che nel culto degli astri dovesse incontrarsi la spiegazione di ogni mitologia e di ogni religione. Anche se le ricerche hanno mostrato che questa ipotesi fosse insostenibile, è certo che il culto degli astri ebbe grande importanza, oltre che per gli Assiro-Babilonesi, per gli Egizi, gli Indiani, i popoli indiani prima dell'Islam (Sabei), gli Aztechi, i Maia, gli Incas americani e nella cultura Greca. Elementi astrolatrici si trovano anche nella filosofia misteriosofica dei Pitagorici.
L'astrologia, nata propriamente come la scienza degli astri e delle loro leggi, fu intesa già nell'antichità come arte divinatoria basata sull'osservazione dei corpi e dei fenomeni celesti. Tale arte ha origini antichissime ne può dirsi dove nacque veramente, poiché la troviamo diffusa presso tutte le popolazioni primitive.
Ebbe però in Caldea il massimo sviluppo ed infatti Caldei furono detti dai Romani gli astrologi, e arte caldea (ars, disciplina o doctrina Chaldaeorum) la loro scienza.
Un grossissimo contributo al progresso astronomico fu dato dagli antichi Egizi. Essi scoprirono che l'anno dura un po' più di 365 giorni e cioè 365 giorni ed un quarto. Pare che i loro giganteschi obelischi funzionassero da gigantesche meridiane e ne è la prova il ritrovamento a Roma di una grande piazza numerata che doveva avere tale ruolo e che doveva avere come perno, appunto, uno dei tanti obelischi sottratti dai Romani come trofeo di guerra. Esistono anche alcune teorie non confermate che vedrebbero gli antichi Egizi “figli” di una civiltà superiore extraterrestre. Tali teorie scaturiscono dalla forma e dalla posizione che hanno le tre piramidi e dallo studio delle loro divinità. Non va infatti dimenticato che il nome della loro principale divintà era “Ra” che in egiziano significa sia il Sole ma anche il creatore.
Gli antichi Ebrei, invece, non portarono notevole contributo allo studio dell'Astronomia, essendone forse anche distolti dal timore di cadere nell'adorazione degli astri. La Bibbia ci da scarse notizie sulle conoscenze ebraiche delle costellazioni e pare che anticamente si usasse un calendario empirico basato sull'osservazione dell'andamento delle coltivazioni.
Soltanto con l'avvento dei Greci si avrà un nuovo calendario “soli-lunare” che non richiederà più ritocchi per ancuni millenni. Esso si fonderà sul “ciclo di Metone”.
I Greci approfondirono molto più di ogni altro popolo antico lo studio dell'Astronomia, potendo valersi delle cognizioni geometriche da essi acquisite ed essendo guidati da un'incessante tendenza alle speculazioni sia filosofiche che scientifiche.
La stessa religione è strettamente legata all'astronomia e, infatti, la maggior parte delle costellazioni prendono il nome dei protagonisti dei loro miti.
Il primo filosofo-astronomo, di cui la storia ci da notizia, è Talete (VI sec. a.C.). Anche se credeva ancora che la terra galleggiasse sull'acqua, diede qualche spiegazione del fenomeno dell'eclissi ed introdusse il concetto di “sfera celeste”. Anche gli altri due rappresentanti della scuola Ionica, Anassimene ed Anassimandro, si sono soffermati spesso a trattare di temi astronomici, dando però ipotesi troppo fantasiose.
Fu comunque
Pitagora (VI sec. a.C.) a spianare la strada verso l'astronomia propriamente detta. Si attribuiscono, infatti, a lui molte importantissime nozioni quali la sfericità della Terra, dimostrata anche dall'ombra proiettata sulla Luna durante le eclissi lunari, ed ipotizzò anche del suo isolamento nel vuoto. Fu ancora lui a dare per primo la definizione di “pianeta” osservando i cambiamenti di posizione di sette corpi celesti (Luna, Sole, Mercurio, Venere, Giove, Saturno, Marte) rispetto alle altre stelle fisse.
Un posto di privilegio va riservato a Zenone che con i suoi studi sulla molteplicità, la divisibilità e sul movimento anticipò, per sommi capi, ciò che affermermerà, quasi tre mila anni dopo, Einstein nella teoria della relatività.
Anche se non fu un filosofo vero e proprio vanno sicuramente ricordate le scoperte del padre di Empedocle, Metone. A lui va ricondotta l'introduzione del ciclo di 235 mesi lunari (appunto chiamato “ciclo di Metone”), che equivale a 19 anni solari. Non molto dopo però si cominciò a notare che tale ciclo non era perfetto e vari astronomi successivi proposero cicli sempre più vicini alla realtà.
Ma all'infuori di questo, da adesso ha inizio un nuovo studio più accurato dei moti planetari e delle traiettorie che apparentemente disegnano sulla volta celeste. Tutte questi studi porteranno alla teoria del “sistema geocentrico” di Eudosso. Nella sua teoria egli tentò di scomporre i vari moti dei corpi in moti di rotazione uniforme intorno alla Terra e perciò introdusse una sfera per ognuno di questi moti e per ogni pianeta. Comunque la sottigliezza e l'astrazione dei suoi calcoli mostrano chiaramente che Eudosso non attribuiva reale esistenza a queste sfere. Aristotele (IV sec. a.C.) riprese le teorie di Eudosso ma con sostanziali modifiche. Ad esempio egli rifiutò categoricamente l'ipotesi del moto della Terra che nell'epoca passata aveva iniziato a presentarsi ai filosofi. Nelle sue opere troviamo invece chiaramente spiegata la teoria delle fasi lunari.
Da lì a poco la matematica greca raggiungerà il suo massimo splendore con i discepoli della scuola alessandrina con grande profitto anche per l'astronomia. Aristarco di Samo (VI - III sec, a.C.), ad esempio, tentò di calcolare la distanza fra la Terra e la Luna ed i suoi metodi, nonostante gli scarsi risultati, risultarono giusti. Ancora Aristarco ritenne la Terra ruotante intorno al Sole introducendo per la prima volta l'idea di un sistema “eliocentrico”. Un altro matematico, Eratostene (III - II sec. a.C.), riuscì, osservando la diminuzione dell'altezza della Stella polare da Alessandria a Syene, a calcolare la lunghezza del meridiano e del raggio terrestre. I risultati ottenuti non furono molto precisi anche perché egli non sapeva bene con quali unità di misura avesse a che fare. Altre ipotesi sui moti non uniformi del Sole ci vennero date nel II sec. a.C. da Ipparco.
Egli suppose che il moto apparente del Sole non fosse stato uniforme perché questo si muoveva su una circonferenza che non aveva il centro esatto sulla Terra. Questa teoria prese il nome di epiciclo.
Un'altra sua teoria a riguardo, chiamata circonferenza
deferente, supponeva che il Sole si muovesse di moto uniforme su una circonferenza che aveva il centro su una seconda circonferenza con centro la Terra. Un'analoga spiegazione fu data per la Luna. Per i pianeti invece riteneva necessario un accurato studio del cielo, che lo portò alla creazione del primo catalogo di stelle. Da questi studi dedusse l'importantissima scoperta della precessione degli equinozi, cioè del fatto che il punto in cui l'equatore celeste taglia l'eclittica non è fisso ma si sposta di 56'' circa ogni anno.
L'ultimo grande astronomo degno di considerazione dell'antica Grecia, oramai già greco-romana, è Claudio Tolemeo. Autore di un'ammirabile opera conosciuta sotto il nome di "Almagesto" (corruzione araba della parola greca nnnnnnnnn= il più grande), la sua fama perdurò per tutto il Medio Evo grazie al suo sistema che vedeva la terra assolutamente immobile al centro dell'universo (sistema Tolemaico).
Oltre alla sua opera egli scopre anche la nutazione (piccolo moto dell'asse di rotazione terrestre dovuto all'azione gravitazionale della Luna), due irregolarità del moto della Luna e descrive l'astrolabio (strumento per misurare l'altezza delle stelle).
Riassumendo possiamo dire notare che l'astronomia dei Greci segna un progresso straordinario sull'astronomia degli altri popoli, dovuto soprattutto alla base geometrica che solamente loro possedevano.
Di gran lunga inferiore fu il contributo portato all'astronomia dal Medio Evo, anche se gli Arabi lasciarono importanti tracce nel linguaggio tecnico. Va, infatti, ricondotta a loro l'introduzione di termini come zenit e nadir.
La penisola iberica continuò ad essere il centro degli studi astronomici grazie anche all'introduzione di questa nelle scuole da parte di Carlo Magno. Di notevole importanza furono le Tavole Alfonsine, pubblicate nel 1252 in onore di Alfonso X. Tali tavole servivano per il calcolo delle effemeridi e cioè la monitorazione giornaliera delle posizioni dei principali astri, insieme ad altri dati quali la luminosità apparante, la distanza dal Sole e dalla Terra, ecc.. Stupì moltissimo il fatto che in un opera del tempo l'orbita di Mercurio è supposta ellittica.
Nel XV secolo si diffuse la teoria planetaria di Purbach, grazie all'opera redatta dal suo allievo. Qui vengono presentati i pianeti come appartenenti a sette sfere nel centro delle quali c'è la Terra; Alla sfera delle stelle fisse viene aggiunta una nona sfera: il primo mobile. Ancora una volta però, tali sfere sono il frutto di astrazioni matematiche. Si deve comunque notare come, più che mai, l'astronomia inizi ad influenzare anche la letteratura. Non è un caso, infatti, che la rappresentazione del Paradiso che da Dante Alighieri nel terzo libro della Divina Commedia sia del tutto simile alla rappresentazione dei pianeti di Purbach.
Mentre i vari matematici fanno a gara per costruire una rappresentazione matematica dei pianeti sempre più perfetta ma anche sempre più lontana dalla realtà, Leonardo da Vinci iniziava a lasciare la traccia del suo genio scientifico dando un'ottima spiegazione del fenomeno della luce cinerea. Tale fenomeno consiste in un debole chiarore osservabile sulla parte in ombra della Luna quando la sua percentuale illuminata è piccola ed è dovuto alla luce solare riflessa dalla Terra.
In complesso dunque il Medio Evo porta un contributo notevole all'astronomia per quel che riguarda l'osservazione diretta dei fenomeni celesti. Infatti i passaggi delle prime comete, tra cui la famosissima Halley, e l'avvistamento della prima supernova, considerata una piccola Luna che nacque e morì in breve tempo, ci provengono proprio da questo periodo. La differenza sostanziale dagl'avvistamenti precedenti sta nel fatto che da adesso tali eventi venivano regolarmente catalogati mentre prima si poteva fare affidamento solo sulle leggende o sulla tradizione popolare. Un esempio fra tutti è stato la nascita di Gesù Cristo da sempre associato ad una “stella cometa” che guidò i Re Magi.
Però, per quel che riguarda la spiegazione dei fenomeni, in tutto questo periodo, che va, più o meno, dalla morte di Tolomeo all'avvento di Copernico, non andò non si è andati più in la di ciò che avevano fatto gli astronomi dell'età classica. Anzi, a poco a poco, acquistò credito sempre maggiore il sistema Tolemaico che poi verrà difeso accanitamente nei secoli seguenti.
Finalmente nel XVI sec., formatosi un nuovo ambiente intellettuale, per molte cause, fra le quali, per restare in campo scientifico, va ricordato soprattutto lo studio diretto delle opere greche, diventò possibile scuotere il giogo del sistema geocentrico, che da oltre un millennio dominava incontrastato. Iniziò così per l'Astronomia un periodo di feconde invenzioni che può essere paragonato a quello che fu per la geometria il periodo che precedette l'età alessandrina.
E proprio in questo fecondissimo periodo si colloca la figura di Copernico. Nato a Thorn il 19 febbraio 1473, formò la sua mentalità da studioso presso l'Università di Cracovia prima e poi a Bologna, Padova e Ferrara dove si addottorò in diritto canonico.
Dal principio pitagorico-platonico della struttura matematica dell'universo prende le mosse, per giungere ad una precisa formulazione matematica della nuova cosmologia. Egli propose, infatti, un'interpretazione del movimento apparente dei pianeti basata sull'ipotesi eliocentrica, mostrando che se si suppone che la Terra giri intorno a se stessa in un giorno ed intorno al Sole in un anno, facilmente si sarebbero spiegate le principali vicende del moto apparente dei pianeti e del Sole.
Le teorie di Copernico non ebbero subito una grande ripercussione e furono avversate per motivi religiosi da cattolici e luterani. La sua opera fondamentale De revolutionibus orbium coelestium, fu pubblica pochi mesi dopo la sua morte (24 maggio 1543). Dedicata al pontefice Paolo III, apparve come una prefazione di Osiander, che limitava la portata della dottrina di Copernico presentandola come una semplice «ipotesi astronomica», che non innovasse la concezione del mondo stabilita dagli antichi. E in realtà solo più tardi fu intesa la portata rivoluzionaria della dottrina di Copernico che segna la distruzione definitiva della cosmologia aristotelica. Infatti egli mostrò come tutte le difficoltà che questa cosmologia incontrava nella spiegazione del movimento apparente degli astri si risolvessero facilmente ammettendo che la terra giri intorno a se stessa, invece di ritenerla il centro immobile dei movimenti celesti; e riconobbe i tre movimenti della terra: quello diurno intorno al proprio asse, quello annuale intorno al sole e quello annuale dell'asse terrestre rispetto al piano dell'ellittica. Copernico mostrò come quest'ipotesi portasse un'enorme semplificazione dei movimenti celesti e fosse quindi conforme al procedimento della natura che tende a raggiungere i suoi effetti coi mezzi più semplici. Mostrò pure come a loro volta i calcoli matematici si semplificassero prestandosi facilmente a spiegare l'osservazione astronomica.
Galileo Galilei nacque a Pisa il 15 febbraio 1564. Avviato agli studi di medicina, mentre approfondiva la conoscenza dei testi antichi sui quali tali studi erano prevalentemente condotti, si dedicava pure all'osservazione diretta dei fenomeni naturali. La sua cultura matematica gli procurò la stima e la simpatia di molti matematici del tempo e gli fu affidata nel 1589 la cattedra di matematica all'Università di Pisa. Rimase qui per tre anni, durante i quali di grandissima rilevanza furono gli studi sul moto dei corpi fatti dal Campanile, che lo portarono a formulare il primo principio della dinamica aprendo la strada a Newton verso la meccanica classica. Nel 1592 passò ad insegnare matematica nell'Università di Padova. Qui trascorse ben 18 anni che furono tra i più fecondi della sua vita. Delle numerose invenzioni, fatte in questo periodo, la più importante è quella del cannocchiale (1609): questa invenzione apre la serie delle scoperte astronomiche. Infatti, neanche un anno più tardi, scopre i quattro satelliti maggiori di Giove, che chiamò pianeti medicei in onore dei principi toscani. Grazie a questa scoperta inizia una corrispondenza con l'altro grande uomo di scienza di questo periodo, J. Kepler, che gli mandò il suo plauso a proposito di questa scoperta. Oltre questa scoperta, Galileo fece importanti osservazioni delle macchie solari, dei rilievi lunari e scoprì anche gli anelli di Saturno, raccogliendo tutti risultati nel Sidereus Nuncius (1610) che, nonostante alcune critiche, gli valse la considerazioni di molti scienziati europei.
Per la sua adesione all'eliocentrismo subì nel 1617 del Sant'Uffizio una prima diffida dal continuare ad occuparsi di tale teoria, mentre l'opera di Copernico veniva messa all'indice.
Nel 1623, con l'elezione al papato di Urbano VIII, pubblicò il Saggiatore, un opera di fondamentale importanza per i contenuti riportati; in essa, infatti, sono presenti le basi del metodo sperimentale, che associa all'osservazione diretta e agli esperimenti di laboratorio l'uso rigoroso di relazioni matematiche: sono questi i concetti alla base della scienza moderna.
Convinto sostenitore dell'indipendenza della scienza dalla fede, nonostante la prima diffida, pubblicò una nuova opera, il Dialogo sopra i massimi sistemi del mondo (1632), dove venivano poste in discussione le dottrine aristoteliche e presentate quelle copernicane, corredate da osservazioni, ma soprattutto venivano esposte le teorie della relatività classica, della dinamica, del principio d'inerzia; quest'opera segna l'inizio del pensiero moderno e, nonostante una prima approvazione dei revisori ecclesiastici, provocò, il processo che culminò nel 1633 con la solenne messa al bando delle sue teorie e la condanna alla prigione a vita.
Comunque sia si deve dire che con il suo limpido e sereno metodo di ragionare, che persuade i lettori a cercare la verità nascosta nella natura e non nelle tradizioni, si è definitivamente chiusa un'epoca che apre le porte all'uomo, oltre che alla nuova scienza, verso la conquista dello spazio e dei suoi segreti.
Contemporaneo ed amico di Galileo, Johannes Kepler nacque il 27 dicembre 1571 a Weil. Fu professore di matematica e assistente di Tycho Brahe, astronomo danese di spicco che accettò in parte le novità introdotte dall'eliocentrismo di Copernico.
Keplero, al pari degli altri scienziati-filosofi del tempo, dovette aspramente lottare con cattolici e protestanti per le sue idee e solo a fatica riuscì a procacciarsi i mezzi per pubblicare le sue opere; dovette anche, una volta, adoperarsi per salvare dal rogo sua madre accusata di stregoneria. Nella sua prima opera, pubblicata nel 1596, egli esaltava liricamente la bellezza, la perfezione e la divinità dell'universo e vedeva in esso l'immagine della trinità divina. Al centro del mondo starebbe il Sole, immagine di Dio Padre, dal quale deriverebbe ogni luce, ogni calore e ogni vita. Anche i pianeti, disposti secondo precisi schemi facenti capo ad una precisa legge di armonia geometrica, si muoverebbero intorno al Sole grazie alla loro “anima motrice” o “all'anima motrice del Sole”. Ma lo stesso sforzo di trovare nelle osservazioni astronomiche la conferma di questi filosofemi pitagorici e neoplatonici lo condussero ad abbandonarli. Questo abbandono segna una tappa importante nella storia dell'astronomia; infatti da questo momento in poi l'astronomia si separa definitivamente dalla filosofia diventando una scienza vera e propria.
Così Keplero, al posto delle intelligenze motrici, nei suoi scritti astronomici pose forze puramente fisiche. Rimase però sempre fedele al principio che l'oggettività del mondo è nella proposizione matematica implicita di tutte le cose. Era questo lo stesso principio che aveva animato Leonardo e ad esso è dovuta la sua maggiore scoperta: Le tre leggi che regolano i movimenti dei pianeti.
In sintesi le tre leggi dicono:
• I pianeti descrivono orbite ellittiche, quasi complanari, aventi tutte un fuoco comune in cui si trova il Sole. (Astronomia nova; 1609)
• Le aree descritte dal raggio vettore [il segmento di retta che congiunge il pianeta col Sole] sono proporzionali al tempo impiegato a descriverle. (Astronomia nova; 1609)
• I quadrati dei tempi impiegati dai diversi pianeti a percorrere interamente la loro orbita stanno tra loro come i cubi degli assi maggiori delle ellissi descritte dai pianeti. (Harmonices mundi; 1619)
Keplero restò sicuramente nella storia per aver dato la conferma definitiva all'eliocentrismo e dato validità al procedimento che riconosce nella proporzione matematica la vera oggettività naturale. Ma va anche ricordato per essere stato il primo astronomo ad ipotizzare la presenza dei due satelliti di Marte. Egli però usò un principio tanto semplice quanto errato ed arrivò ad una esatta conclusione solo per puro caso. Infatti egli ipotizzò che avendo la Terra un solo satellite e Giove quattro, Marte, seguendo una proporzione ascendente dal pianeta più vicino al Sole al pianeta più lontano, ne avrebbe dovuto avere due.
Gian Domenico Cassini nacque a Perinaldo l'8 maggio 1625. Studiò a Genova, lavorò a Bologna dove costruì la meridiana di San Petronio e si trasferì quindi a Parigi dove diresse il nuovo osservatorio.
Determinò le distanze del Sole e di Marte dalla Terra e i periodi di rotazione di Venere, Marte e Giove. Scoprì anche quattro satelliti di Saturno e la divisione principale degli anelli.
E fu proprio questa scoperta che gli valse nel 1997 un grossissimo riconoscimento da parte della NASA e dell'ESA che attribuirono il suo nome alla missione spaziale (Missione Cassini) mirata appunto all'esplorazione di Saturno.
Isaac Newton nacque a Woolsthorpe, Inghilterra, il 4 gennaio 1643. Fu allievo al Trinity College di Cambridge di L. Barrow, succedendogli alla cattedra di matematica. Presidente della Royal Society di Londra e deputato al parlamento, egli è la figura centrale della scienza occidentale del sec. XVIII. Il suo genio matematico è paragonabile a quelli di Archimede e di Leonardo nel passato o a quello di Einstein ai giorni nostri. Fu il fondatore del calcolo infinitesimale ed a lui si deve una classificazione proiettiva delle curve piane del terzo ordine. In ottica fabbricò il primo telescopio a riflessione, effettuò l'analisi sperimentale della composizione della luce, individuando la natura dei colori come componenti della luce bianca (disco di Newton), studiò il fenomeno della rifrazione ed espose la teoria corpuscolare, secondo cui la luce è prodotta da un'infinità di particelle emesse da un corpo luminoso nello spazio vuoto e dotate di altissima velocità.
Sposando il metodo sperimentale di Galileo, Newton adottò l'idea di “vuoto infinito” di H. More; accettando il concetto cartesiano di moto inerziale, giunse a definire le leggi della dinamica, basata sul fondamentale concetto di inerzia; attraverso questa e la forza gravitazionale, che postulò proporzionale alla massa dei corpi, perfezionò sempre più il concetto di spazio assoluto, i teoremi sulle traiettorie ellittiche e sulle forze di attrazione centrali, costruendo quell'edificio della meccanica classica che, a distanza di tre secoli mantiene ancora la sua validità.
Gli studi di Newton ebbero una larghissima ripercussione; essi diedero l'impressione di essere come una nuova prova delle leggi di Keplero e del sistema eliocentrico, poichè in un certo modo mostrarono perché i pianeti obbediscano a quelle leggi. L'estrema semplicità della teoria di Newton rispetto a quelle degli astronomi antichi, valse così a far rigettare definitivamente il sistema aristotelico - tolemaico che ancora aveva i suoi difensori. Non si deve dimenticare che il successo delle nuove teorie si connette col razionalismo filosofico di quel tempo.
Il genio incontrastato di Newton si spense all'età di 84 anni il 31 marzo 1727.
I principali progressi compiuti dall'Astronomia nei due secoli seguenti a Newton possono essere raggruppati in due grandi classi: alla prima appartengono gli studi e i progressi nel campo dell'Astronomia sferica e pratica, alla seconda i lavori sempre più profondi ed acuti di meccanica celeste. Circa questo secondo indirizzo si osservò subito che le orbite dei pianeti dovevano essere per forza perturbate, poiché i pianeti percorrerebbero le ellissi se fossero solo soggetti all'azione del Sole (e si immaginasse il Sole fisso, cioè si prescindessi il fatto che anche il Sole è attratto dal pianeta); ma anche gli altri pianeti, e specialmente i maggiori e più vicini esercitano la loro azione. Ne nascono così moti assai complicati e fu grazie ad una gran dose di fortuna che le perturbazioni, essendo assai piccole, permisero a Keplero di scoprire le sue leggi, vere solo in approssimazione. Ora la trattazione teorica, anche solo del caso del Sole e di due suoi pianeti, è difficilissima (problema dei tre corpi). Se ne occuparono già lo stesso Newton, per il caso della Luna, poi Eulero, Clairaut, Lagrange, Laplace, Jacobi, Plana, Poincarè, Painlevè; ma si tratta di studi pertinenti a rami troppo elevati della matematica, perchè qui sia possibile darne una spiegazione.
A queste ricerche si connettono pure, in un certo modo, quelle sull'origine del sistema planetario. Notevole fu quella di Laplace che suppose che il nostro sistema planetario avesse avuto origine da una nebulosa rotante intorno ad un asse ed estesa quanto l'intero sistema. Per effetto del raffreddamento la nebulosa si contrasse ed aumentò la velocità di rotazione; ma l'accelerazione centripeta newtoniana non fu più sufficiente a trattenere tutta la massa vicina al centro e se ne staccarono degli anelli, dai quali nacquero i pianeti e i loro satelliti.
Sull'altro campo di studi astronomici ci soffermeremo un po' di più.
Edmondo Halley (Londra, 1656 - Greenwich, 1742), amico di Newton studiò il Sole durante le eclissi, ed i movimenti delle stelle così dette fisse. Applicò alle comete le leggi di gravitazione newtoniana; per questo interesse particolare verso le comete, in tributo, una cometa porta ancora il suo nome, la Halley, che fu studiata per la prima volta proprio da lui. L'ultimo passaggio ravvicinato della Halley è stato nel marzo del 1986; per rivederla ancora sorvolare i nostri cieli dovremo aspettare circa 200 anni.
Giuglielmo Herschell (Hannover, 1738 - Slough, 1822), compì col suo famoso telescopio i memorabili «scandagli del cielo», che gli permisero ben presto (1781) di scoprire un nuovo pianeta, il primo dopo quelli noti all'antichità, al quale diede il nome di Urano. Esaminò la Via Lattea e formulò l'ipotesi che L'Universo stellare sia come un disco schiacciato al quale appartiene pure il nostro sistema planetario, e che l'apparenza della Via Lattea, così fitta di stelle, sia appunto conseguenza del fatto che, secondo certe direzioni, la visuale percorre il disco nel senso del suo spessore e secondo altre nel senso del piano diametrale. Distinse anche le nebulose propriamente dette, o irriducibili, che non si risolvono in stelle distinte, nemmeno se osservate con i più potenti cannocchiali, dagli ammassi stellari; studiò le stelle multiple e scoprì che il nostro sistema planetario è dotato di un moto progressivo rispetto alle stelle fisse.
Il 1° gennaio del 1801 Piazzi a Palermo scopriva il primo pianetino (o asteroide) e Gauss ne determinava l'orbita. poco dopo se ne trovavano altri quattro tutti con orbite poco diverse e comprese fra quelle di Marte e Giove. Ad Olbers e a Gauss si deve l'ipotesi che siano frammenti di un pianeta maggiore.
Poco tempo dopo Guglielmo Bessel (1784 - 1846) compiva ulteriori accuratissime ricerche di geodesia e determinava le prime distanze stellari; ricordiamo pure che, avendo osservato che l'orbita di Urano presentava delle perturbazioni non spiegabili con i moti dei pianeti interni, si domandava se non potessero essere dovute ad un pianeta ancora ignoto.
Lavarrier si propose l'effettiva ricerca di un pianeta che potesse essere causa di dette perturbazioni e in tre memorie presentate all'Accademia di Francia (1845 - 1846) riuscì a determinare l'orbita e la massa del nuovo pianeta. Il 23 settembre del 1846 l'astronomo Galle ricevette da Lavarrier una lettera che conteneva la posizione approssimativa dell'ipotetico pianeta in quelle sere; puntò il suo cannocchiale verso il cielo e vide a poca distanza dal punto assegnato l'ottavo pianeta del nostro sistema planetario: Nettuno.
Questa scoperta fece un'immensa impressione nel mondo scientifico specialmente per il modo con cui era avvenuta e parve la conferma più decisiva della legge di Newton.
Verso la metà del sec. XIX l'introduzione della fotografia diede un altro potente mezzo di ricerca. I pianetini e le comete sono facilmente individuati, poichè dotato un apparecchio fotografico di un moto di rotazione che concordi con il moto diurno apparente del cielo, le stelle fisse lasciano immagini puntiformi sulla lastra e i pianeti e le comete dei piccoli tratti lineari. Intanto si va approfondendo anche lo studio delle superfici dei pianeti e sono memorabili le ricerche di Secchi e di Giovanni Schiaparelli sui cosiddetti canali di Marte, sulle stelle cadenti e sulla rotazione di Marte e Mercurio. Soprattutto la scoperta dei canali suscitò nell'opinione pubblica un grandissimo effetto e da lì a poco sia la letteratura che la società in genere verranno presi da una “Marte Mania” che per certi versi si trasformerà anche in “Marziano-fobia”.
Ma ancora più importanti sono i contributi portati all'Astronomia fisica dalla scoperta dello spettroscopio. L'osservazione delle righe spettrali permette di determinare la struttura chimica degli astri; d'altra parte Doppler, coll'applicazione del principio che porta il suo nome (effetto Doppler), insegnò a scoprire direttamente la velocità radiale (cioè la componente del moto lungo la visuale) dei corpi celesti. Un nuovo campo di ricerche, vasto e promettente, basato sulla spettrografia e sulla fotometria degli astri, chiamato Astrofisica, si sviluppò alla fine del sec. XIX e portò il breve tempo alle più importanti conquiste. Parallelamente a questo ramo si sviluppò l'Astronomia siderale, cioè lo studio delle stelle con i metodi statistici, lo studio degli ammassi stellari, lo studio del nostro sistema stellare o galattico e quello degli universi extragalattici. I conteggi di stelle, le determinazioni delle posizioni spaziali e le misure fotometriche conducono a stabilire la struttura interna e la forma esterna del sistema galattico; analoghe ricerche permettono di risalire alla posizione del nostro sistema fra le altre galassie e quindi alla costituzione del mondo in grande, fino alle più moderne teorie cosmologiche.
Il XX secolo è stato sicuramente il più fecondo, non solo per l'astronomia che ha raggiunto livelli stupefacenti, ma per tutta la scienza, che ha trovato in questo secolo il giusto trampolino per potersi sempre più elevare ad un ritmo vertiginoso. Tutto ciò che si è creato, scoperto e superato in questo secolo è stato fatto in una brevità di tempo che se si sommassero tutte le conquiste del passato e le si confrontassero con il numero prodotto adesso forse il passato non riuscirebbe nemmeno ad avvicinarsi.
La domanda che sorge spontanea adesso è come e perché questo progresso ha subito un'accelerazione simile. Forse, però, questa è una di quelle domanda che non ha avrà mai una risposta e l'unico modo per avvicinarsi alla soluzione è cercare di scovare le cause scatenanti. Una fra tutte è sicuramente la II Rivoluzione Industriale avvenuta quasi alla fine del secolo precedente e che ha dato all'industria e all'utilizzo di macchinari lo slancio per poter produrre finalmente ricchezza. Ma, a mio modesto parere, oltre a questa indiscussa causa, va ad aggiungessi la militarizzazione degli Stati prima e subito dopo la II Guerra Mondiale. Non si dimentichi che la guerra fredda, seguita al conflitto mondiale, fra gli U.S.A. e l'U.R.S.S. fu anche chiamata guerra tecnologica, guerra di controllo e guerra della paura. Infatti queste due grandi super potenze per paura di subire un attacco da parte dell'avversario hanno speso somme indefinibili per la costruzione di nuovi armamenti sempre più efficaci e potenti, basati per lo più sul potenziale atomico e per la costruzione di postazioni di spionaggio sempre più precise. Ai fini di questa ricerca è importante sottolineare come grandissima parte dei progetti usati per la costruzione di satelliti spia o di armi balistiche, serviranno come base per la costruzione dei nuovi strumenti che permetteranno da lì a poco di poter mettere piede anche sulla Luna. Tornando alla guerra fredda ed al suo legame con la conquista dello spazio, furono sicuramente i Russi a lanciare la sfida della colonizzazione dello spazio per primi nel 1957, con la messa in orbita del primo satellite artificiale: lo Sputnik 1. Sempre ai Russi va il primato di essere stati i prima a mandare in orbita un essere vivente; infatti pochi mesi più tardi alla partenza dello Sputnik 1 è stato messo in orbita lo Sputnik 2 con a bordo la cagnetta più famosa del mondo: Laika. Qualche mese dopo gli Americani rispondevano con le missioni Explorer. Ma saranno ancora i Sovietici a centrare per primi il bersaglio Luna con le missioni Lunik 1, 2 e 3. In risposta a questo “affronto”, gli Americani, anticiparono di ben 6 anni la data stabilita per la partenza della prima spedizione umana sulla Luna, programmando un decennio di missioni con l'attuazione dei progetti Mariner e Ranger, prima, ed Apollo poi, che fotografarono la faccia nascosta della Luna, misurarono il suo campo magnetico, le caratteristiche del suolo, e della radioattività, prelevando e riportando a Terra anche campioni di rocce. Ma in parte i sovietici, anche in questo caso, la spuntarono con il progetto Mercury che il 12 aprile 1961 portava in orbita il primo essere umano: Yuri Gagarin. Ma ormai era tutto pronto per il grande giorno, le precedenti 10 missioni Apollo avevano riportato risultati stupefacenti, così il 21.7.1969, l'Apollo 11 si immetteva nell'orbita lunare sganciando il suo LEM (modulo apposito per lo sbarco) con a bordo quei due uomini che lasceranno impresse sulla superficie lunare quelle mitiche impronte che passeranno alla storia: Neil Amstrong e Edwin Aldrin. A bordo dell'Apollo, in orbita restava M. Collins. Seguirono molte altre missioni sulla Luna tutte di importanza più o meno relativa rispetto a quella dell'Apollo 11.
Da allora sono passati ben 30 anni e proprio in questi giorni alla NASA fervono i preparativi per festeggiare questo trentennio di conquiste.
Come già detto, gli americani, per paura di un'altra beffa russa, anticiparono di molto la missione umana sulla Luna, e c'è chi sostiene che in realtà l'uomo sulla Luna, in quel giorno, non ci abbia mai messo piede e che sia stata tutta una messa in scena fatta in uno studio televisivo. A destare tali sospetti sono state delle strane ombre proiettate dal LEM sulla superficie lunare. Secondo alcuni, infatti, l'ombra del LEM doveva trovarsi in tutt'altra parte.
Ma la Luna non rimase a lungo il solo obiettivo. Nel 1961 i Sovietici iniziano lanci di sonde verso il pianeta Venere, su cui nel '66 scende Venera 3; fino al 1983 saranno 16, tra Americani e Russi, i velivoli che raggiungeranno il pianeta. L'altro pianeta interno, Mercurio, viene raggiunto nel 1974 dalla sonda Mariner 10. A partire dal 1965 numerose sonde del tipo Mariner sorvoleranno anche Marte e nel 1972, l'ultima di esse, il Mariner 9, si poserà in orbita stabile intorno al pianeta inviando a Terra oltre 7000 immagini. Sempre sul pianeta Marte importantissime furono le missioni delle due sonde Viking, che composte da due moduli, mandarono a Terra splendide riprese e una serie di analisi chimiche del suolo.
Ma l'avventura più entusiasmante è iniziata quando è venuto il momento di guardare ai pianeti giganti, al di là di Marte.
L'assalto scientifico al pianeta Giove è iniziato nel 1973 con il sorvolo del pianeta da parte delle sonde Pioneer 10 e 11, divenute poi i primi oggetti terrestri a lasciare il Sistema solare. Il Pioneer 10, che si trova ormai a ben 10,5 U.A. dal Sole porta con se anche una placca di alluminio rivestita d'oro, su cui sono stati incisi schemi e disegni che dovrebbero fornire, ad un alieno che riuscisse a recuperarla, alcune informazioni su noi e sulla nostra posizione nell'Universo.
Dopo le Pioneer fu la volta della stupefacente e fruttuosissima missione delle sonde Voyager 1 e 2. I due veicoli hanno lasciato la terra nel 1977 ed hanno seguito lo stesso percorso fino a Saturno. Poi Voyager 1, sfruttando lo slancio dato dal campo gravitazionale di Saturno si è diretta verso i confini del Sistema solare e tra 40 000 anni passerà a 1,6 anni luci da una stella della Costellazione Camelopardalis, ai confini dell'Orsa minore. Voyager 2, invece, con qualche modifica è stata lanciata da Saturno verso Urano e con la spinta ricevuta da quest'ultimo ha finito per sorvolare anche Nettuno nel 1989. L'allineamento favorevole che ha permesso di compiere questa titanica impresa non si ripeterà fino al ventiduesimo secolo. Altre missioni sono comunque seguite a quelle delle sonde Voyager, ma riprenderemo a parlarne più avanti.
Anche se non fu un astronomo, un grossissimo contributo l'astronomia lo deve proprio ad Einstein che grazie alle sue intuizioni sulla relatività, darà un nuovo e definitivo (almeno fino ad ora) volto alla scienza.
Nacque nella cittadina tedesca di Ulm il 14 marzo 1879, studiò a Monaco, Milano e Zurigo. Trasferitosi a Berna, si impiegò presso l'Ufficio Brevetti, periodi in cui maturò i concetti fondamentali della sua opera. Cittadino svizzero dal 1901, fu nominato direttore del Kaiser Wihelm Institut di Berlino (1914 - 33) ove perfezionò le sue teorie, grazie anche al frequente confronto con H. W. Nernst, M. Planck, E. Schrödinger, M. von Laue. Nel 1921 conseguì il premio Nobel per la formulazione della teoria relativa alla fotoemissione. Si trasferì negli U.S.A. nel 1933, momento in cui ebbe inizio il periodo più originale e fruttuoso della sua vita. Rifiutò di partecipare alla costruzione della bomba atomica, anche se in seguito, spaventato dal pericolo nazista, ne appoggiò il finanziamento con una lettera al presidente Roosevelt (1939). Cittadino americano da 1941, dopo Hiroshima e Nagasaki firmò con B. Russell il primo manifesto pacifista per l'abolizione dell'armamento nucleare. La sua opera è costellata di innumerevoli contributi alla fisica, ma la sua fama è senza dubbio legata alla formulazione della teoria della relatività, nella forma ristretta (1905) e generale (1916). Le conseguenze di queste teorie, assieme ai lavori sulla teoria dei quanti, sconvolsero la concezione della fisica classica (vedi Galileo, Keplero, Newton) gettando le basi della meccanica relativistica moderna: rilevati i limiti della geometria euclidea, Einstein utilizzò la geometria di Riemann, più efficace a spiegare i fenomeni relativistici; il tempo divenne la quarta grandezza in un cronotopo a quattro dimensioni. La sua formulazione del principio di equivalenza tra massa ed energia, espresso nella formula E = mc², divenne il punto di partenza per una nuova era della fisica teorica. Negli ultimi anni della sua vita tentò di conferire alla fisica un assetto unitario, in cui ogni fenomeno potesse essere assimilato ad un evento geometrico dello spazio-tempo, formulando quindi una teoria più generale, che comprendesse oltre al campo gravitazionale anche quello elettromagnetico. Albert Einstein morì Princeton il 18 aprile 1955.
Sono forse i primi interrogativi che gli esseri umani si sono posti quando hanno alzato il capo verso il cielo. Da dove veniamo? Come è iniziato il mondo? Alcune risposte sono arrivate dapprima dalle religioni, poi dalla geologia, ma solo in questo secolo una scienza, la cosmologia, h approvato a scrutare nel passato più estremo.
Le ipotesi su come si sia creato l'Universo sono innumerevoli e sicuramente nessuna è da considerarsi più attendibile delle altre, visto che almeno per ora è impossibile risalire a quel fatidico istante "zero", ammesso che sia mai esistito. Molte di queste ipotesi risultano anche parecchio affascinanti per le loro aperture alla possibilità dell'esistenza di più Universi collegati o paralleli, e la cosa ancora più affascinante è che le porte di passaggio sarebbe proprio quelle inquietanti presenze oscure disseminate un po' per tutto il cosmo chiamate "buchi neri". Sembra comunque il caso di dare un'occhiata approfondita a quelle ipotesi che vengono più tenute in considerazione dal mondo scientifico.
La prima di esse riguarda sicuramente la teoria del Big Bang (o grande scoppio). Studiando gli oggetti che illuminano il cielo notturno, e in particolare le galassie, i cosmologi hanno determinato la data di nascita dell'Universo , tra 12 e 18 miliardi di anni fa, e contemporaneamente hanno descritto, con questa teoria, ciò che accade in quei momenti iniziali. Negli ultimissimi anni questa teoria è stata raffinata al punto di poter descrivere ciò che potrebbe accadere in un futuro distante miliardi di miliardi di anni. I Cosmologi hanno infatti suddiviso la vita dell'universo in 6 ere:
1. ERA DELL'INFLAZIONE:
Oggi i cosmologi pensano che non vi sia stato un solo Big Bang, ma tanti che diedero inizio a vari universi indipendenti e separati. Il tutto sarebbe avvenuto in 10 elevato alla -44 secondi (cioè zero
seguito dalla virgola e da 43 zeri e poi dal numero 1). A 10 elevato alle -37 secondi, nell'inizio dell'Universo prende il via la così detta "inflazione", un'espansione così rapida da superare la velocità della luce. A questo punto l'Universo è grande quanto un'arancia, ma in esso è compressa tutta la materia esistente: la minima variazione di densità da un punto all'altro di questa arancia super densa è il seme di una futura galassia.
2. ERA DELLA RADIAZIONE:
Sono passati solo 10 elevato alla -32 secondi dal Big Bang, da adesso inizia una fase molto più lunga
che dura ben 10 mila anni. L'Universo diventa un oceano di radiazione, dove stelle e galassie non hanno ancora preso forma. Protagoniste adesso sono le particelle subatomiche prodotte durante il "grande botto". Ha origine in questa fase uno dei più grandi enigmi della cosmologia: la scomparsa dell'antimateria. In teoria, infatti, materia ed antimateria si sarebbero dovute formare in parti uguali. Invece, dal lento raffreddamento della radiazione, escono soltanto atomi di idrogeno, deuterio, elio e litio.
3. ERA DELLE STELLE:
Inizia un milione di anni dopo il Big Bang, ed è il periodo in cui si formano, vivono e muoiono le stelle. Prendono forma anche i buchi neri che inglobano le stelle vicine, circondandosi di nubi di gas caldissimi. Noi oggi ci troviamo in piena era delle stelle, un periodo che durerà fino a quando quasi tutte le stelle si saranno trasformate in nane bianche o pulsar. L'Universo avrà allora 100 mila miliardi di anni.
4. ERA DELLA DEGENERAZIONE:
Sono rimaste ormai solo le nane brune e le nane bianche, oltre alle stelle di neutroni ed ai buchi neri. E' nell'ultima fase di questo periodo, fra 10 elevato a 30 e 10 elevato a 40 anni, che, secondo alcune teorie, l'Universo smetterà di espandersi e comincerà invece a contrarsi.
5. ERA DEI BUCHI NERI
Se, come oggi si ritiene, la contrazione non ci sarà, i buchi neri ingloberanno tutta la materia. Ma anch'essi si estingueranno. Con un lento meccanismo quantistico, noto come "radiazione Hawking", infatti, i buchi neri "evaporeranno", tanto più velocemente quanto più sono piccoli.
6. ERA DELL'OSCURITÀ
E' la notte. Gli ultimi cittadini del cosmo sono particelle del cosmo come fotoni, neutrini, elettroni e positroni. Ciascuno è separato dagli altri da immense distese di vuoto. Ma di tanto in tanto il buoi e il gelo sono rotti da un evento. Accade quando un elettrone ed un positrone s'incontrano: le due particelle ruotano l'una attorno all'altra, poi si scontrano e muoiono in un lampo di energia.
A favore della teoria del Big Bang, che regge da ben 70 anni, ci sarebbero le scoperte della radiazione di fondo, relitto fossile dell'immane calore dell'esplosione originaria e lo spostamento verso il rosso dello spettro delle galassie osservabili (il così chiamato "Red Shift" scoperto da Hubble), che confermerebbe che l'espansione continua tuttora.
Ma per alcuni scienziati, però queste prove sono indiziarie. E all'idea di un grande botto preferiscono contrapporre ipotesi meno esplosive. Parecchio interessante risulta l'ipotesi, per altro molto recente, solo dell'aprile del 1998, di un importante scienziato italiano: Gabriele Veneziano, scienziato di fama internazionale che può essere considerato uno dei padri della "teoria delle stringhe". Tale teoria si fonda sull'ipotesi che le particelle elementari della materia non siano puntiformi, ma piuttosto una sorta di "corde vibranti", le cui diverse vibrazioni forniscano i vari tipi di particelle. Tali vibrazioni diventerebbero di importanza cruciale quando l'intero Universo aveva le dimensioni di una singola corda. Tale teoria, anche se non annulla del tutto la teoria del Big Bang, supera quel grande scoglio rappresentato dalla singolarità o punto zero. Infatti l'Universo prima dell'esplosione sarebbe stato freddo, rarefatto, simile all'attuale ma con una eccezione: le forze fondamentali erano molto più deboli così le particelle si propagavano liberamente nello spazio senza aggregarsi. Dunque, prima del Big Bang l'Universo avrebbe attraversato una lunga fase evolutiva, che da uno stato iniziale di "quasi vuoto" si sarebbe innescato un inarrestabile processo di collasso gravitazionale che sarebbe culminato nel Big Bang. A conferma di questa teoria ci sarebbero i fossili "pre-Big Bang" come i campi magnetici galattici e intergalattici, la cui origine è tuttora inspiegata e le perturbazioni dello spazio-tempo relativistico che gli astrofisici cercano accanitamente da anni di catturare.