Storia dell’Astronomia

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storia dell'astronomiaL’Astronomia, la più antica scienza del mondo, è così vecchia che non sappiamo quando ebbe inizio.

Tutta la volta celeste sembra ruotare attorno alla terra una volta al giorno. questo moto apparente è causato naturalmente dal fatto che la terra ruota sul suo asse da occidente ad oriente. Di tutti i corpi celesti, la luna è il solo dotato di un vero movimento attorno alla terra. Noi siamo abituati a considerare questi fatti come normali, ma all’inizio della storia dell’umanità si credeva che la terra fosse piatta ed immobile. Il sole e la luna erano adorati come dei, e l’apparizione di qualcosa di insolito nei cieli era considerato come un segno della disapprovazione degli dei.

Gli egizi ed i cinesi sono generalmente considerati tra i primi astronomi, ma questo corrisponde solo in parte a verità: è vero che questi antichi popoli hanno raggruppato le stelle creando le costellazioni e sapevano riconoscere anche i pianeti, comete ed eclissi, ma non possedevano alcuna vera conoscenza sulla natura dell’universo e nemmeno della terra stessa, sicché è difficile definirli come dei veri e propri astronomi. La storia comincia all’incirca nel 3000 a.C. quando l’anno formato da 365 giorni fu per la prima volta adottato in Egitto ed in Cina.

L’astronomia nella sua vera forma cominciò con i greci che non solo eseguirono delle osservazioni, ma tentarono anche di dare a queste delle spiegazioni. Il primo dei grandi filosofi fu Talete di Mileto, nato nel 624 a.C., l’ultimo fu Tolomeo di Alessandria, e con la sua morte, avvenuta attorno o nell’anno 180 d.C., termina il periodo classico della scienza. Negli otto secoli compresi tra queste due date il pensiero umano fece notevoli progressi. Talete stesso fu forse il primo a comprendere che la terra è un globo, ma sfortunatamente tutti i suoi scritti originali sono andati perduti. I primi argomenti sicuri contro la vecchia teoria della terra piatta sono dati da Aristotele, nato nel 384 a.C. e morto nel 322. Aristotele fu uno degli uomini più geniali del mondo antico, ed il suo pensiero contiene il meglio del pensiero greco.

Come fa notare Aristotele, le stelle paiono cambiare d’altezza sull’orizzonte secondo la latitudine dell’osservatore. La stella polare sembra rimanere abbastanza alta nel cielo vista dalla Grecia, perché la Grecia è molto a nord dell’equatore terrestre; dall’Egitto la stella polare è più bassa; dalle latitudini meridionali non si può vedere affatto, dato che non sorge mai sopra l’orizzonte. D’altra parte, Canopo, una stella brillante della parte meridionale del cielo, può essere vista dall’Egitto ma non dalla Grecia. Questo è quanto ci si aspetterebbe secondo la teoria di una terra rotonda, ma non si può spiegare questo comportamento se supponiamo che la terra sia piatta. Aristotele notò che durante un’eclissi di luna, allorché l’ombra della terra si proietta sulla luna, il margine dell’ombra è curvo, segno che anche la superficie della terra deve essere curva.

storia dell'astronomiaIl passo seguente fu compiuto da Eratostene di Cirene, che riuscì a misurare la lunghezza della circonferenza della terra. Il suo sistema era oltremodo ingegnoso, e risultò notevolmente preciso. Eratostene dirigeva una grande biblioteca scientifica ad Alessandria, in Egitto, e da uno dei libri di cui disponeva apprese che al tempo del solstizio estivo, il “giorno più lungo” nelle latitudini nordiche, il sole si trovava sulla verticale a mezzogiorno, visto dalla città di Siene (la moderna Assuan) presso il Nilo. Ad Alessandria comunque, il sole si trovava in quel momento spostato di 7 gradi dalla verticale. Un cerchio completo è composto di 360 gradi, e 7 è all’incirca 1/50 di 360, cosicché se la terra era sferica, la sua circonferenza doveva essere 50 volte la distanza da Alessandria a Siene. Eratostene giunse al risultato finale di 39.400 km con uno sbaglio per difetto di soli 600 km.  Se i Greci avessero compiuto un altro passo avanti, e posto il sole al centro del sistema planetario, il progresso dell’astronomia sarebbe stato rapido. Alcuni filosofi provarono a farlo, ma malauguratamente Aristotele pensava che la terra fosse il centro dell’universo e l’autorità di Aristotele era talmente indiscussa che pochi osavano metterla in dubbio.

epiciclo tolemaicoLa maggior parte delle nostre conoscenze dell’astronomia greca è dovuta a Claudio Tolomeo che scrisse un famoso libro conosciuto generalmente col suo titolo arabo, l’Almagesto. In esso egli sintetizza le idee dei grandi filosofi che erano vissuti prima di lui. Secondo la teoria tolemaica, tutti i corpi celesti ruotano attorno alla terra. La più vicina a noi è la luna; poi vengono Mercurio, Venere, il Sole, Marte, Giove, Saturno e finalmente le stelle. Tolomeo sosteneva che, dato che il circolo era la forma “perfetta”, e che nei cieli non poteva esistere nulla che non fosse perfetto, tutti questi corpi dovevano roteare su percorsi circolari. Sfortunatamente però i pianeti hanno un loro modo di comportarsi. Tolomeo era un ottimo matematico, e sapeva perfettamente che il moto dei pianeti non poteva essere spiegato sostenendo l’ipotesi di un moto circolare uniforme con la terra nel mezzo. Egli perciò elaborò un sistema complesso secondo il quale ogni pianeta si muoveva in un piccolo cerchio chiamato “epiciclo”, il centro del quale ruotava attorno alla terra descrivendo un cerchio perfetto. Via via che sopravvenivano delle irregolarità, si dovevano ideare degli altri epicicli, finché tutto il sistema divenne terribilmente artificioso e complesso. Quando la potenza della Grecia si dissolse, il progresso dell’astronomia si arrestò di colpo. La grande biblioteca di Alessandria fu saccheggiata ed incendiata nel 640 d.C. per ordine del califfo arabo Omar, e per più di mille anni fu fatto assai poco. Quando l’interesse per i cieli ritornò, ciò avvenne, tramite l’astrologia.

Ancora oggi vi è della gente che non conosce la differenza tra astrologia e astronomia. Invero, le due cose sono assolutamente diverse. L’astronomia è una scienza esatta; l’astrologia è un relitto del passato, e nessuna persona intelligente può prenderla sul serio. Il modo migliore per definire l’astrologia è dire che è la superstizione applicata alle stelle. Ogni corpo celeste si pensa debba avere una certa influenza sul carattere e sul destino di ogni essere umano, e nel fare un oroscopo, che è principalmente una carta della posizione dei pianeti all’epoca della nascita del soggetto, un astrologo pretende di poter predire il destino della persona per la quale l’oroscopo è stato fatto.

Comunque, l’astrologia mediovale ha perlomeno fatto rinascere la vera astronomia. Gli arabi erano all’avanguardia, e ben presto l’interesse dilagò in Europa. I cataloghi delle stelle vennero migliorati, ed i movimenti della luna e dei pianeti furono riesaminati. C’erano perfino degli osservatori astronomici. L’astronomia era ancora paralizzata dalla cieca fiducia nel sistema tolemaico. Finché gli uomini continuavano a rifiutare di credere che la terra potesse muoversi, nessun vero progresso poteva essere compiuto. La situazione non veniva migliorata dall’atteggiamento della chiesa, che a quei tempi era onnipotente. Qualsiasi critica ad Aristotele veniva considerata un’eresia. Dato che la fine generalmente riservata agli eretici era di venire arsi sul rogo, era molto meglio non esprimersi troppo chiaramente.

I primi segni della lotta che si avvicinava vennero nel 1546, con la pubblicazione del De Revolutionibus Orbium Coelestium (Sulle rivoluzioni dei corpi celesti) di un canonico polacco, Niccolò Copernico. Copernico era un pensatore chiaro, oltre che un abile matematico e al principio della sua carriera vide tanti punti deboli nel sistema tolemaico che si sentì preso dal desiderio di abbandonarlo. Si accorse che i movimenti del sole, della luna e dei pianeti non potevano essere spiegati col vecchio sistema, anche ammettendo tutti i cerchi e gli epicicli di Tolomeo, e così ripudiò l’intera teoria. Pose il sole al centro del sistema, e ridusse la posizione della terra a quella di un comunissimo pianeta. Copernico era abbastanza saggio per essere prudente. Egli sapeva con certezza che sarebbe stato accusato di eresia, e benché il suo libro sia stato completato probabilmente verso il 1530, egli si rifiutò di pubblicarlo fino all’anno della sua morte. Come aveva previsto, la chiesa fu apertamente ostile. Gravi dispute si verificarono per tutto il mezzo secolo che seguì, ed un filosofo, Giordano Bruno,venne arso a Roma perché sosteneva che Copernico aveva ragione.

osservatorio di tycho braheTycho Brahe, nato in Danimarca solo alcuni mesi dopo la morte di Copernico, era completamente diverso dal gentile e colto matematico polacco. Tycho era un fervido credente nell’astrologia, ed un ugualmente fanatico miscredente del sistema copernicano, sicché desta ironia il fatto che la sua opera contribuì molto a provare la verità delle nuove idee. Egli costruì un osservatorio nell’isola di Hven, nello stretto tra la Danimarca e la Svezia, e tra il 1576 e il 1596 eseguì migliaia di osservazioni molto accurate sulla posizione delle stelle e dei pianeti, redigendo alla fine un catalogo che era migliore di quello di Tolomeo. Naturalmente non era provvisto di telescopi; ma i suoi strumenti di misurazione erano i migliori della sua epoca, e Tycho personalmente era un ottimo osservatore. Quando Tycho morì, egli lasciò le sue osservazioni al suo assistente, un giovane matematico tedesco che si chiamava Giovanni Keplero. Dopo anni di attenti studi, Keplero si accorse che i movimenti dei pianeti non si potevano spiegare né col moto circolare attorno alla terra, né con quello attorno al sole; il che faceva pensare che ci fosse qualcosa di sbagliato sia nel sistema di Copernico che in quello di Tolomeo. Finalmente, trovò la risposta. I pianeti ruotavano sì attorno al sole, ma non con percorsi perfettamente circolari. I loro percorsi o “orbite” erano ellittici. Il problema era risolto, benché le autorità ecclesiastiche continuassero ad opporsi alla verità per qualche tempo ancora. Le tre leggi sul moto planetario di Keplero, l’ultima delle quali fu pubblicata nel 1618, spianarono la strada per le successive ricerche di Sir Isaac Newton.

L’opera di Keplero non fu il solo importante sviluppo della prima parte del XVII secolo. Nel 1608 un fabbricante di occhiali di Middleburg in Olanda, Hans Lippersheim, scoprì che sistemando due lenti in una certa maniera si potevano ottenere delle immagini ingrandite di oggetti distanti. La notizia della scoperta dilagò in Europa, e giunse alle orecchie di Galileo Galilei, professore di matematica dell’Università di Pisa. Galileo comprese immediatamente che il telescopio poteva essere adoperato in astronomia, e “senza risparmio di spesa e di energie” come egli stesso scrisse, costruì da sé uno strumento. Era un piccolo oggetto, estremamente debole se paragonato ad un moderno cannocchiale tascabile, ma fu di aiuto per una completa rivoluzione del pensiero scientifico.

telescopio di galileoGalileo ottenne le prime immagini telescopiche dei cieli verso la fine del 1609. Improvvisamente l’universo cominciò ad aprirsi davanti ai suoi occhi. La luna era coperta di pianure buie, alte montagne e giganteschi crateri; Venere presentava delle fasi sul tipo di quelle della luna, tanto da essere a volte nascente e talvolta quasi piena; talvolta mezza; Giove possedeva 4 lune tutte per sé e la Via Lattea risultò composta da innumerevoli deboli stelle. Galileo aveva sempre creduto nel nuovo sistema dell’Universo, ed il suo lavoro al telescopio lo aveva reso ancora più certo. Inevitabilmente si trovò nei guai con la chiesa: era difficile per le autorità religiose dover riconoscere che la terra non era il corpo più importante dell’Universo, e Galileo appariva ai loro occhi come un eretico pericoloso. Venne arrestato ed imprigionato, dopodiché fu processato e costretto a “maledire, abiurare ed odiare” la falsa teoria che la terra si muoveva attorno al sole. E’ giusto dire che Keplero trovò “come” i pianeti su muovono, Newton scoprì “perché”.

Newton costruì anche un telescopio di tipo assolutamente nuovo. Lo strumento di Galileo era un rifrattore, e si serviva di un obiettivo per raccogliere la sua luce. Newton arrivò alla conclusione che i rifrattori non sarebbero stati mai del tutto soddisfacenti, e si diede da fare per ovviare a questa difficoltà. Finalmente decise di eliminare del tutto l’obiettivo, e di raccogliere la luce per mezzo di uno specchio di forma adatta. Quando Newton eliminò il rifrattore perché non soddisfacente, commise uno dei suoi rari errori. Tuttavia, il “riflettore” newtoniano divenne presto popolare, e tale è rimasto. Gli specchi si costruiscono più facilmente delle lenti, ed anche oggi tutti i maggiori strumenti sono del tipo riflettente.

Non appena i telescopi diventarono “commerciabili” degli osservatori veri e propri fecero la loro comparsa: ad esempio l’osservatorio di Parigi venne completato nel 1671, e quello di Greenwich nel 1675. Greenwich venne fondata per una ragione particolare. L’Inghilterra è sempre stata una nazione marinara e voleva utilizzare le stelle come guida per la navigazione. Questo implicava l’uso di un buon catalogo di stelle ed il migliore che si potesse ottenere, quello di Tycho, non era ancora sufficientemente esatto.

Ma benché la conoscenza dei corpi del sistema solare si fosse arricchita al di là di qualsiasi immaginazione, poco si conosceva sulle stelle, che venivano ancora considerate come semplici punti di riferimento. Il primo serio tentativo per infrangere questa barriera venne compiuto da William Herschel, che viene giustamente definito il “padre dell’astronomia stellare”.

telescopio di herschelHerschel era nato ad Hannover nel 1738, undici anni dopo la morte di Newton. Venne in Inghilterra e divenne organista presso la Octagon Chapel di Bath; ma il suo principale interesse era l’astronomia, ed egli riuscì a costruire telescopi a riflessione che erano i migliori della sua epoca.  Herschel doveva guadagnarsi di che vivere, e per qualche anno non poté dedicare tutto il suo tempo allo studio dell’astronomia. Poi, nel 1781, fece una scoperta che cambiò completamente il corso della sua vita. Una sera, mentre stava esaminando alcune deboli stelle della costellazione dei Gemelli, incontrò un oggetto che non era certamente una stella. Dapprima lo credette una cometa, ma non appena fu calcolata la sua orbita, non vi fu più alcun dubbio sulla sua natura: non era una cometa, ma un pianeta; quello che oggi noi chiamiamo Urano. Herschel divenne famoso in tutto il mondo; fu nominato astronomo di corte da re Giorgio III, e da allora poté abbandonare completamente la sua carriera musicale. Cominciò così ad esplorare tutti i cieli, per potersi così fare un’idea di come le stelle fossero distribuite. Fino alla fine della sua lunga vita, nel 1822, egli lavorò pazientemente al suo progetto e le sue conclusioni finali si sono dimostrate estremamente accurate.

Nei primi anni del XIX secolo un ottico tedesco, Fraunhofer, cominciò ad eseguire degli esperimenti con dei prismi di vetro. Newton aveva già scoperto che la comune luce “bianca” non è affatto bianca, bensì un miscuglio di tutti i colori dell’arcobaleno. Fraunhofer comprese che questa scoperta poteva divenire importante, ed il suo lavoro portò allo sviluppo di un nuovo strumento, lo spettroscopio astronomico. Esattamente come un telescopio raccoglie la luce, così uno spettroscopio la scompone. Con l’analisi degli “spettri” ottenuti, è possibile riuscire a sapere molte cose sullo stato della materia che emette la luce. Per esempio, lo spettro del sole rivela due righe scure che possono essere causate solo dall’elemento sodio, cosicché abbiamo la prova dell’esistenza del sodio sul sole. Il telescopio senza lo spettroscopio sarebbe di scarsa utilità all’astronomo di professione di oggigiorno; è possibile ora rintracciare degli elementi noti in stelle remote, e perfino in altri sistemi solari, sperduti nelle immensità dello spazio.

Il telescopio da solo, non avrebbe mai potuto svelare la natura delle misteriose nebulose; ma lo spettroscopio si. Nel 1864, Sir William Huggins esaminò una tenue nebulosa nella costellazione del Drago, e trovò che non era composta da stelle, ma da un gas luminoso. Sappiamo ora che gli oggetti nebulosi sono di tre tipi. Nel nostro sistema, conosciuto comunemente come Via Lattea, ma più correttamente come Galassia, troviamo i normali ammassi stellari e le nebulose gassose, la maggior parte di esse alla distanza di centinaia di migliaia di anni-luce da noi. Al di là della Galassia, si trova un vasto golfo, e quindi si giunge al primo dei sistemi separati esterni, giacente alla distanza di molto superiore al milione di anni-luce. La Grande Spirale di Andromeda, che può essere vista ad occhio nudo, come una tenue macchia polverosa, si dimostra una galassia a sé stante, ancor più grande della nostra. Herschel aveva sospettato qualcosa di simile, e il lavoro di Rosse e Huggins confermava il suo punto di vista, benché la questione non venisse definitivamente risolta che nel 1933. Vi sono alcuni oggetti nello spazio che non emettono solamente della luce visibile, ma anche delle onde radio. Quando si scoprì questo fatto per la prima volta, nel 1931, si sviluppò una branca completamente nuova dell’astronomia. I radio telescopi non assomigliano per nulla ai normali telescopi; hanno la forma di grandi antenne, ed hanno permesso agli astronomi di studiare delle regioni nello spazio che non avrebbero potuto essere viste altrimenti.

Riccardo Maestri

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