Una giornata con Galileo

Capire l'astronomia

Arnaud Cassan

• Publisher: Espress Edizioni
• Year: 2020
• ISBN:
  9791280134066
• Topic: Physical Sciences
• Subtopic: Astronomy & Astrophysics

Un giorno scopriremo un altro mondo abitato? Il nostro universo è unico? Mettetevi nella vostra miglior poltrona e lasciatevi guidare da Arnaud Cassan alla scoperta del nostro universo e dei suoi esploratori. Galileo è stato il primo a puntare un cannocchiale per osservare i pianeti in movimento in un cielo che all'epoca si riteneva fisso, immutabile. Dal buco nero supermassiccio nascosto al centro della Via Lattea fino alla scoperta degli esopianeti, questo libro disegna il ritratto dell'universo come lo conosciamo oggi, cinque secoli dopo Galileo. Attenzione, però: quando lascerete la vostra poltrona, non potrete più guardare il cielo allo stesso modo…

CAPITOLO 1

IL CIELO VISTO DALLA TERRA

Nell’Antichità il percorso degli astri sulla volta celeste spinge i filosofi a interrogarsi sul funzionamento del cosmo. Da Aristotele in poi il geocentrismo si impone per circa duemila anni, sebbene non riesca a rendere conto di misurazioni sempre più precise. Alla vigilia delle prime osservazioni di Galileo, si prepara una rivoluzione.

LA NOTTE DEI TEMPI

Per quanto le più remote vestigia sopravvissute al tempo e gli archivi delle civiltà perdute ci permettono di giudicare, le relazioni che gli esseri umani hanno intrattenuto con il cosmo sono tanto diverse e variegate quante sono le epoche e le culture. La mitologia spesse volte ha avuto la meglio sulla spiegazione razionale, sacrificando la logica e la comprensione dei meccanismi della natura a racconti lusinghieri e consolatori per la specie umana, o utili al potere politico.

Nella loro ingenua osservazione del mondo che li circonda, i primi esseri umani della preistoria, non potendo comprendere o spiegare i fenomeni, li interpretano attribuendo loro una forma e un significato. Lo sviluppo delle civiltà rafforza questo tipo di immagini, che si trasformano in dogmi. Una dopo l’altra, numerose generazioni commentano, approfondiscono e costruiscono giustificazioni che poi raccolgono in testi enciclopedici. Le idee si radicano nella cultura, diventano verità inconfutabili, e ben di rado qualcuno si arrischia a contrapporvi una voce discordante.

Per l’individuo ignorante, la prima delle evidenze è che la Terra sia piatta. Da un orizzonte all’altro l’astro più brillante del cielo, il Sole, percorre l’azzurro in una corsa perenne e, con regolarità assoluta, determina con il proprio ritmo l’alternanza dei giorni e delle notti. Quando il Sole scompare all’orizzonte, è per affondare in abissi di tenebra, per avvicinarsi al fuoco degli inferi o al regno dei morti. La Luna, di natura cangiante e ciclica nelle sue fasi – crescente, calante, piena e nuova – è legata a doppio filo ai riti terrestri, e la credenza in un suo influsso sulle sorti degli esseri umani è viva ancora oggi. Quando cala la notte, il cielo stellato dispiega il mistero dei suoi ingranaggi e quello relativo alla natura dei tasselli che tengono in piedi il firmamento. Una matrice immateriale sembra sostenere quei minuscoli puntini brillanti che sono le stelle. O si tratta forse di un fondale attraversato da mille fori, che lasciano passare soltanto una quantità infinitesimale della luce accecante alle sue spalle?

LA CARTA CELESTE

Se la disposizione delle stelle sulla tela del firmamento produce figure indecifrabili, l’astrologo assegna loro un nome, le raggruppa per associazioni visive, collega le singole stelle con tratti immaginari che delineano le costellazioni. Il cielo presenta così agli abitanti della Terra figure familiari, come l’Orsa maggiore o il Boote, o ancora personaggi mitologici quali Perseo o Cassiopea. Alcune sono più misteriose, a immagine di creature fantastiche come Pegaso o il Centauro.

Ogni epoca effigia sul cielo un frammento della propria cultura. Le prime spedizioni nei mari australi svelano un cielo nuovo e aggiungono alla lista un gran numero di nuove costellazioni: uccelli esotici come il Tucano o il Pavone e, riflesso dei progressi tecnici, strumenti scientifici quali l’Ottante, la Macchina pneumatica o il Microscopio. Il cielo del XXI secolo è costellato di ottantotto figure, i cui contorni spezzati sono stati stabiliti nel 1930. Esse tracciano i grandi continenti immateriali della carta del cielo.

Rappresentazione dell’Orsa maggiore (Urania’s Mirror; or, A View of the Heavens, 1824).

Vista dalla Terra, la volta celeste tempestata di costellazioni ruota attorno a due punti fissi nel cielo: i poli celesti. A nord il punto si trova pressappoco in corrispondenza della Stella polare e, all’esatto opposto, il polo sud celeste è situato nella costellazione della Croce del sud. Il cosmografo aggiunge alla carta l’equatore celeste, che separa il cielo nei due emisferi nord e sud, e vi rappresenta inoltre l’eclittica, che indica nel cielo la traiettoria del Sole nel corso delle stagioni. Come suggerisce il nome, è su questa linea che hanno luogo le eclissi quando le traiettorie della Luna e del Sole si incontrano. L’eclittica incrocia l’equatore in due punti con un angolo di circa 23 gradi. Una delle due intersezioni è il «punto vernale», oggi situato nella costellazione dei Pesci, che corrisponde alla posizione del Sole all’equinozio di primavera, intorno al 20 marzo.

Il punto vernale ha una particolare importanza per lo studio delle posizioni degli oggetti celesti, poiché serve da riferimento per calcolare la longitudine degli astri, detta anche «ascensione retta», lungo l’equatore celeste. La latitudine celeste, detta «declinazione», è invece misurata a partire dall’equatore celeste in direzione nord o sud.

Globi celesti e astrolabi

Utilizzato sin dall’Antichità, il globo celeste è una proiezione del cielo stellato su una sfera, e si utilizza allo stesso modo di un mappamondo. Vi si trovano, come è ovvio, tutte le stelle conosciute in una determinata epoca raggruppate in costellazioni, ma anche il sistema di localizzazione costituito dal grande circolo dell’eclittica e da quello dell’equatore celeste. Talvolta il globo rappresenta una data precisa e vi sono indicate anche le posizioni dei pianeti. Esiste una grande varietà di globi celesti a seconda delle diverse funzioni: quelli molto colorati ed elaborati, che rappresentano con gran cura le figure delle costellazioni, hanno uno scopo estetico o astrologico; in altri modelli, spesso a fine didattico, la posizione delle stelle sulla volta celeste prevale sul disegno.

Cugino del globo celeste, l’astrolabio è uno strumento di misurazione inventato dagli antichi greci e perfezionato dagli astronomi arabi a partire dall’VIII secolo. A differenza di quanto avviene nel globo, la posizione delle stelle qui è proiettata su un disco piatto. Lo strumento può essere utilizzato soltanto da un osservatore situato a una data latitudine. Al primo viene sovrapposto un secondo disco, che ruota fino a mirare a una stella conosciuta o al Sole. La regolazione della posizione del disco permette così di determinare l’ora di osservazione, di giorno come di notte. Sugli astrolabi arabi sono indicate le ore di preghiera. Sebbene il suo utilizzo nella navigazione marittima venga meno nel secolo dei Lumi dopo l’invenzione del sestante, l’astrolabio riscuote grande successo presso gli astrologi, che lo utilizzano per predire la posizione degli astri in una determinata data.

Astrolabio indopersiano di Isa ibn Allahdad (ca. 1601) e globo celeste (1579).

LA CINTURA ZODIACALE

L’osservazione del cielo sul lungo periodo rivela con evidenza che alcuni degli astri più brillanti non sono immobili rispetto alle stelle, bensì attraversano le costellazioni, scostandosi di poco dal percorso che traccia il Sole nel corso delle stagioni. Si tratta dei pianeti, parola il cui significato, dal greco plànētes, «astro vagabondo», allude agli episodi talvolta caotici che, come vedremo in seguito, ne caratterizzano il percorso notturno. A occhio nudo, di fatto l’unico strumento astronomico disponibile fino all’introduzione del cannocchiale nei primissimi anni del XVII secolo, solo un piccolo numero di pianeti è rintracciabile in cielo.

Il passeggiatore vespertino può sperare, nel corso di una bella notte tersa, di avvistare Venere, particolarmente brillante al crepuscolo, quando si trova vicino all’orizzonte, e che nella cultura popolare si è meritata i nomi di «stella del pastore», «stella del mattino» o «della sera»; Marte, il «pianeta rosso», riconoscibile grazie alla diffusa luminosità ocra; e infine Giove, piccolo punto di un giallo che spicca sulla volta stellata.

Ma con tutta probabilità l’occhio distratto non si accorgerà di Saturno, il più lontano tra i pianeti visibili senza telescopio, e ancora meno dei suoi enigmatici anelli. Quanto al passeggiatore mattutino, avrà forse la fortuna di distinguere la fuggevole apparizione di Mercurio all’orizzonte, appena prima che l’alba ne cancelli il flebile chiarore riflesso dal Sole. Infatti, la grande vicinanza tra Mercurio e il Sole ha a lungo ostacolato gli astronomi nella ricerca di informazioni sull’origine e sulla natura di questo pianeta così discreto.

L’atipico nucleo metallico di Mercurio

Nel 1974 le immagini della sonda spaziale Mariner 10 rivelano per la prima volta i dettagli della superficie di Mercurio, crivellato di crateri e tinto di una monotona colorazione uniforme tendente al grigio. Mercurio ha la particolarità di possedere un nucleo metallico estremamente grosso in rapporto alle dimensioni del pianeta: mentre il nucleo della Terra costituisce il 17% del suo volume, la proporzione raggiunge il 40% nel caso di Mercurio. Una parte di questo nucleo è con ogni probabilità liquida, dal momento che il pianeta genera un debole campo magnetico. Le sue origini restano misteriose, ma non si esclude che Mercurio fosse in precedenza un pianeta più grande, che avrebbe perso una parte del proprio materiale nel corso del processo di formazione. La sonda BepiColombo, in viaggio dal 2018, dovrebbe entrare nell’orbita di Mercurio nel 2025 e fornirci molte delle informazioni mancanti sulla composizione e sulla natura dell’astro più vicino al Sole.

Mercurio con la sua superficie ricca di crateri, immortalato dalla sonda MESSENGER.

Sappiamo da tempo che i pianeti visibili a occhio nudo non si allontanano mai molto dall’eclittica. Per la precisione, il loro moto nel cielo è confinato in una fascia larga 8 gradi a nord e 8 gradi a sud dell’eclittica, larghezza che equivale in totale a trentaquattro lune piene messe una di fianco all’altra, o ancora a un decimo della volta celeste. Questa fascia cinge dodici costellazioni, che gli astrologi dell’Antichità avevano equiparato a «case», man mano occupate dal Sole nel suo percorso lungo l’eclittica. La maggior parte di tali costellazioni porta un nome di animale: Ariete, Toro, e così via fino ai Pesci, caratteristica inscritta nel termine greco zodiakos (alla lettera, «che riguarda gli animali»), usato per designare la regione del cielo oggi nota sotto il nome di «cintura dello zodiaco».

Sulla carta del cielo esiste in realtà una tredicesima costellazione attraversata dalla fascia dello zodiaco: si tratta dell’Ofiuco, situato tra lo Scorpione e il Sagittario. Ma la storia non lo ha elevato al rango di segno astrologico. Altra curiosità, le «case» dello zodiaco non hanno sempre ospitato il Sole nello stesso periodo dell’anno. Si tratta di una delle scoperte principali di uno tra i più grandi astronomi antichi, il greco Ipparco (attivo all’incirca tra il 147 e il 127 a.C.). Nel corso dei secoli la posizione del Sole all’equinozio di primavera, ovvero al punto vernale, cambia lentamente nel cielo. In circa ventiseimila anni compie un giro completo dello zodiaco a causa del fenomeno detto «precessione degli equinozi». Quindi oggi il Sole è spostato di una costellazione rispetto alla posizione che aveva nell’Antichità: a metà marzo, invece di trovarsi in Ariete, si trova in Pesci. Il nome Acquario acquista senso se si pensa che, in origine, il Sole si trovava in questo segno nei piovosi mesi autunnali.

Rappresentazione dell’Ofiuco tratta dal Libro delle stelle fisse di ‘Abd al-Rahmān al-Ṣūfi (ca. 965), astronomo e inventore di orologi persiano.

L’astronomia di oggi per fortuna non ha più nulla a che vedere con considerazioni astrologiche, e simili anomalie sono ormai spiegate alla perfezione dalle leggi della meccanica celeste. Ma nei tempi antichi lo studio della posizione degli astri nello zodiaco ebbe un’importanza cruciale nello sviluppo delle società umane, permettendo la messa a punto di calendari e l’istituzione delle festività delle varie tradizioni religiose e culturali. Moltissimi astronomi, e tra i più illustri, venivano salariati per osservare il cielo al fine di stabilire oroscopi che erano seguiti con avida attesa da monarchi e despoti, i quali così finanziavano le ricerche astronomiche degli studiosi.

La luce zodiacale

Il piano dell’eclittica, nel quale orbitano non solo i pianeti, ma anche numerose comete e asteroidi, è disseminato di minuscole particelle che riflettono la luce solare. Il chiarore che ne risulta, detto «luce zodiacale», è visibile nelle prime fasi della notte in direzione dell’orizzonte ovest, o appena prima dell’alba verso est. Se il cielo è limpido, la luce appare come una punta diffusa che va scemando in direzione dello zenit. La sua origine, legata alla presenza di polvere interplanetaria, venne compresa soltanto alla fine del XVII secolo.

L’ARMONIA DELLE SFERE

Si narra che i marinai che lasciavano l’Europa per avventurarsi nei mari del ...