1. Dall’antica Grecia a Galileo Galilei
L’Astronomia, la più antica scienza del mondo, è così vecchia che non sappiamo quando ebbe inizio. La maggior parte degli uomini d’oggi hanno perlomeno qualche nozione dell’universo nel quale vivono. La Terra è una sfera di quasi 12.800 km di diametro ed è uno dei nove pianeti che girano attorno al Sole. Cinque pianeti: Mercurio, Venere, Marte, Giove e Saturno, erano noti agli antichi ed altri tre sono stati scoperti nell’era moderna. Giove è il più grande di essi, ed il suo immenso globo potrebbe contenere più di un migliaio di corpi della grandezza della Terra, ma anche Giove è minuscolo, se paragonato al Sole. Le stelle del cielo sono esse stesse dei soli, molte di esse sono più grandi e più luminose del sole, e ci appaiono smorte e piccole solo a causa della loro lontananza. D’altro canto la luna splende più intensamente di ogni altro corpo celeste, eccezion fatta per il sole. Ma questa sua importanza è solo relativa; la luna è un corpo celeste del tutto trascurabile e non possiede luce propria. E’ di gran lunga l’oggetto più vicino a noi nei cieli ed ha un diametro di solo un quarto di quello della terra. 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 postulati, 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 divina. I caldei, gli egizi ed i cinesi sono generalmente considerati i primi astronomi, ma questo corrisponde solo in parte a verità; è vero che questi antichi popoli dividevano le stelle fisse in gruppi o “costellazioni” e distinguevano anche pianeti, comete ed eclissi, ma non possedevano alcuna vera conoscenza sulla natura dell’universo e nemmeno della terra stessa, sicché è difficile definirli astronomi nel vero senso della parola. La storia comincia all’incirca nel 3000 a.C., allorché l’anno di 365 giorni fu per la prima volta adottato in Egitto ed in Cina. Questa fu anche approssimativamente l’epoca della costruzione di quella considerevole mole conosciuta come la Grande Piramide di Cheope. La piramide è ancor oggi una delle maggiori attrazioni turistiche dell’Egitto; Cheope stesso, sovrano rude e deciso, vi investì tanto denaro da rovinare il suo paese, ed anche adesso non sappiamo esattamente perché considerasse la piramide tanto importante. Dal punto di vista astronomico è interessante, poiché il suo passaggio centrale è rivolto verso quello che era allora il polo nord del cielo. L’asse di rotazione della terra è inclinato di 23 gradi e mezzo, ed è rivolto a nord, verso il polo celeste. Oggigiorno il polo è contrassegnato approssimativamente da una stella lucente chiamata polare, familiare ad ogni navigante poiché sembra quasi immobile, mentre gli altri corpi celesti le ruotano attorno….
Ai tempi di Cheope, tuttavia, il punto polare si trovava in una posizione diversa, vicino ad una stella assai più debole, Thuban, nella costellazione del Drago. La causa di questo cambiamento è che la terra “ondeggia” leggermente come una trottola sul punto di cadere, e la traiettoria dell’asse descrive un cerchio nel cielo. L’ondeggiamento è leggerissimo, ma lo spostamento dell’asse è divenuto notevole dacché la piramide è stata costruita, 5000 anni or sono. L’Egitto è ancor oggi considerato la terra del mistero. E’ risaputo che la maggior parte dei misteri dell’antico Egitto furono creati a bella posta dai sacerdoti, che erano i più istruiti della loro razza e che si rendevano conto che il sistema migliore per tenere sotto controllo il popolo era di mantenerlo nell’ignoranza. Ma anche i sacerdoti avevano dei limiti ben definiti, e benché eccellessero nell’arte di eseguire esatte misurazioni, non riuscirono mai a scoprire che la terra è sferica. Essi credevano che il mondo fosse rettangolare, con l’Egitto in mezzo e deserti e mari tutt’intorno. L’astronomia cinese non era più progredita. Ci sono pervenute annotazioni di comete e di eclissi, ma alcune delle idee di quell’epoca sembrano strane al giorno d’oggi. 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. Il 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 si 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. Inoltre, il decentramento della terra, avrebbe significato un cambiamento delle leggi “fisiche”, poiché la teoria aristotelica delle “cose che prendevano il loro posto naturale” sarebbe stata assai indebolita. La 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, e la teoria che la terra giace al centro dell’universo viene perciò chiamata “tolemaica”, benché non sia stato Tolomeo stesso ad esserne il diretto responsabile. 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. Ipparco, che era vissuto circa due secoli prima di Tolomeo, aveva redatto un catalogo stellare dettagliato e preciso. L’originale è andato perduto, ma fortunatamente Tolomeo lo ha riprodotto nel suo Almagesto, sì che tutta l’opera ha potuto giungere sino a noi. Ipparco fu anche l’inventore di una branca assolutamente nuova della matematica, da noi conosciuta sotto il nome di trigonometria. 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 delle 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.
Vi possono essere state delle scusanti per questo genere di cose nel Medioevo, ma non ve n’è nessuna oggi. 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; molto diversi dagli osservatori a cupola di oggigiorno, ma nondimeno osservatori. L’astronomia era ancora paralizzata dalla cieca fiducia nel sistema tolemaico. Finché gli uomini avessero rifiutato di credere che la terra potesse muoversi, nessun vero progresso poteva venir 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 palesemente saggio 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. Sembrava irragionevole pensare che le stelle potessero compiere una rotazione al giorno attorno alla terra. Usando le sue stesse parole: “Perché dovremmo esitare ad attribuire alla terra un moto naturale e corrispondente alla sua forma sferica? E perché non siamo disposti ad ammettere che l’apparenza di una rotazione giornaliera appartiene ai cieli, la sua realtà alla terra? Il rapporto è lo stesso di quello di cui parla l’Enea virgiliano: Noi salpiamo dal porto e la terra e le città si allontanano”. Il successivo passo di Copernico fu ancora più ardito. Egli vide 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. Tycho 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. Oggigiorno, nulla rimane del suo grande osservatorio di Uraniborg. Allorché,nel 1601, 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.
I cinque pianeti conosciuti ai giorni di Keplero, risultarono avere delle orbite circolari, ma non del tutto. La piccola differenza dal circolo perfetto era la causa di tutto e le ultime osservazioni di Tycho sopravvenivano proprio al punto giusto come i pezzi mancanti di un mosaico. L’annoso 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. Occhiali erano stati usati per qualche tempo; secondo alcune fonti essi furono inventati da Ruggero Bacone; ma nessuno aveva scoperto il principio del telescopio prima che lo facesse, più o meno accidentalmente, Lippersheim. 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, debole se paragonato ad un moderno cannocchiale tascabile, ma fu di aiuto per una completa rivoluzione del pensiero scientifico.
Galileo 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, la stella serotina degli antichi, presentava delle fasi sul tipo di quelle della luna, tanto da essere a volte nascente e talvolta quasi piena; talvolta mezza; Giove era servito da 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 sicuro del suo credo. Inevitabilmente si trovò nei guai con la chiesa. Era duro per le autorità religiose 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. Pochi si lasciarono illudere, e prima della fine del secolo, la teoria tolemaica era abbandonata per sempre.