Copernico, Galileo, Keplero e Newton: la rivoluzione che ha creato l’astrofisica
Per gran parte della storia umana il cielo notturno è stato un mistero affascinante. Le stelle sembravano punti luminosi immutabili, distribuiti su una grande sfera che ruotava attorno alla Terra. Per millenni questa fu la visione dominante: il nostro pianeta immobile al centro dell’universo. Questa concezione, detta geocentrica, trovò la sua formulazione più famosa nel modello di Claudio Tolomeo nel II secolo d.C. Per spiegare i movimenti apparentemente complessi dei pianeti, Tolomeo introdusse un sistema di orbite circolari e piccoli cerchi chiamati epicicli. Il modello funzionava sorprendentemente bene per prevedere le posizioni dei pianeti, ma era estremamente complicato. In particolare, doveva complicarsi un numero indeterminato di volte per spiegare i moti a lungo termine degli oggetti celesti. Doveva arrivare ancora la rivoluzione.
Più modelli matematici
Pochi sanno, tuttavia, che se solo Tolomeo avesse preso in considerazione l’idea di fare orbite ed epicicli di forma ellittica, il suo modello poteva spiegare benissimo i movimenti osservati, sebbene non corrispondessero alla realtà dei fatti. Questa è una bella lezione che ci dice come un modello matematico possa descrivere adeguatamente il mondo, almeno a grandi linee, anche se non corrisponde alla realtà fisica delle cose. Di fatto, questa è la differenza tra matematica e fisica: solo quest’ultima seleziona il modello matematico che descrive la realtà, perché di modelli matematici che funzionano ce ne possono essere più di uno.
Da un’idea non nuova a una rivoluzione storica
Nel XVI secolo arrivò una rivoluzione concettuale. Niccolò Copernico propose che fosse il Sole al centro del Sistema solare e che la Terra fosse semplicemente uno dei pianeti in orbita attorno ad esso. Questa idea non era completamente nuova, Aristarco di Samo ne aveva avuta una molto simile poco dopo il 300 a.C., ma Copernico la sviluppò in modo matematicamente coerente. Il cambiamento diventò irreversibile grazie alle osservazioni telescopiche di Galileo Galilei all’inizio del Seicento. Con uno strumento molto semplice rispetto ai telescopi moderni, Galileo scoprì che Giove possiede quattro satelliti e osservò le fasi di Venere. Queste osservazioni dimostravano in modo inequivocabile che non tutto ruotava attorno alla Terra.
Verso l’astrofisica moderna
Johannes Kepler compì in seguito un altro passo decisivo: studiando i dati osservativi raccolti dall’astronomo Tycho Brahe, scoprì che i pianeti non si muovono su orbite circolari, ma su orbite ellittiche. Questa intuizione semplificò enormemente la descrizione del moto planetario, e preparo` la strada alla sintesi finale che arrivò con Isaac Newton nel XVII secolo. Newton mostrò che la stessa forza che fa cadere gli oggetti sulla Terra, la gravità, governa anche il movimento dei pianeti e della Luna. Con la legge della gravitazione universale, il cielo e la Terra vennero finalmente unificati dalle stesse leggi fisiche.
Una scienza quantitativa
Da quel momento l’astronomia divenne una vera scienza quantitativa. Non si trattava più soltanto di osservare il cielo, ma di comprenderne i meccanismi profondi. E da questa rivoluzione è nata tutta l’astrofisica moderna: la scienza che oggi studia stelle, galassie e l’origine stessa dell’universo.
Immagine di copertina credit NASA, ESA and A. Schaller (for STScI) – Hubble Telescope site
