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L'astronomia greca

Indice dell'articolo

L'esperienza originaria


Se una notte serena e senza luna un viaggiatore andando per boschi e colline trovasse un punto di osservazione alto e aperto, lontano dalle luci delle città, e si fermasse e alzasse gli occhi, assisterebbe ad uno dei più grandi ed emozionanti spettacoli della natura: il cielo stellato si aprirebbe davanti ai suoi occhi come uno scrigno pieno di pietre preziose. Stelle grandi e piccole, scintillanti come cose vive, così numerose da non poter essere contate (nessuno crederebbe che le stelle visibili a occhio nudo sono solo seimila circa), riempirebbero la notte buia, sullo sfondo della Via Lattea, una vaga luminescenza che taglia diagonalmente il cielo. Se il nostro viaggiatore potesse fermarsi abbastanza a lungo nel suo luogo di osservazione potrebbe anche costatare che gli innumerevoli punti luminosi nel cielo non stanno fermi e immobili, ma si spostano maestosamente e misteriosamente tutti insieme, come obbedendo a una forza segreta, con un lento moto da est verso ovest che li fa sorgere a oriente e a tramontare a occidente. Gli uomini hanno sempre avuto sotto gli occhi questo spettacolo notte dopo notte, fin dai tempi della preistoria. Essi, a partire da un certo momento, cominciarono a interpretarlo come l'effetto di un'immensa sfera trasparente ma rigida su cui erano incastonati gli astri, considerati spesso come divinità. Alcuni di essi, le stelle, non modificavano mai la loro posizione relativa muovendosi sempre insieme; altri invece, in particolare il sole e la luna, si spostavano su questo sfondo grandioso come in una cavalcata senza fine.

I primi greci condividevano queste idee di base e avevano imparato a usare il cielo per scopi pratici, senza porsi troppi problemi sul piano teorico. Ulisse per esempio tornando verso Itaca, usa le stelle per orientarsi, mentre Esiodo, l'altro grande poeta greco arcaico, le sfrutta come «calendario» per i lavori agricoli.










Nasce l'astronomia


Le cose cominciarono a cambiare quando sulle coste della Ionia, nell'attuale Turchia, nacque la filosofia.
I primi pensatori, nel loro sforzo di fornire una spiegazione razionale di tutta la realtà, costruirono tra il VI e il V secolo a.C. le prime interpretazioni «scientifiche» del cielo, ottenendo alcuni interessanti risultati: Talete (VI secolo a.C.) per esempio riusciva già a prevedere le eclissi, mentre Parmenide (VI-V secolo) intuì che la terra è sferica ed Empedocle (V secolo) spiegò le eclissi col passaggio della luna davanti al sole.
Agli inizi del IV secolo si era formata un'immagine abbastanza precisa del cosmo: la Terra, sferica, era immobile al centro, mentre le stelle venivano trascinate attorno alla Terra da un'immensa sfera che compiva un giro completo al giorno ruotando attorno ai poli, dando così l'impressione che gli astri «sorgessero» e «tramontassero». Sullo sfondo delle stelle si muovevano il Sole, la Luna e gli altri pianeti (Mercurio, Venere, Marte, Giove e Saturno). Ma qui cominciavano i problemi.

Prima del telescopio, inventato da Galilei nel 1610, fare astronomia poteva significare solo studiare le posizioni degli astri e i loro spostamenti. A occhio nudo infatti è impossibile distinguere un pianeta da una stella: entrambi appaiono come un semplice puntino luminoso, anche se alcuni pianeti (per esempio Marte) possono presentare notevoli cambiamenti di luminosità. L'unica vera differenza osservabile a occhio nudo tra le stelle e i pianeti è che questi ultimi nel corso del tempo si spostano rispetto alle stelle (la parola «pianeta» deriva non a caso da un verbo greco che significa «vagabondare»). Questo vuol dire che se si osserva tutti i giorni più o meno alla stessa ora un pianeta si vedrà che nel corso di qualche settimana esso si sposta rispetto alle stelle che lo accompagnavano all'inizio del periodo delle osservazioni.
Si potrebbe pensare che, esattamente come le stelle fisse, anche gli «astri erranti» (cioè i pianeti) siano trascinati attorno alla Terra da una loro sfera. Purtroppo un'osservazione condotta per qualche tempo, anche senza strumenti sofisticati, mostra subito che il moto di questi astri non si lascia spiegare in modo così semplice. Esso infatti è molto irregolare: non solo i pianeti nel corso dei mesi sembrano rallentare o accelerare, ma in certi periodi sembrano addirittura fermarsi rispetto allo sfondo delle stelle fisse e tornare indietro (oggi questo fenomeno è detto «moto retrogrado»). Queste anomalie finirono ben presto al centro dell'attenzione di quanti studiavano la natura, e cercare di darne una spiegazione fu il compito principale, anche se non l'unico, che si assunsero gli astronomi greci. Noi oggi possiamo sorridere delle soluzioni che essi proposero: non dobbiamo però dimenticare che sono stati necessari secoli per accettare una realtà (il Sole immobile con al Terra e i pianeti che gli girano attorno) che è in totale contrasto con quello che i sensi ci mostrano. Bisogna anche considerare che fin quando ci si ferma all'aspetto cinematico del problema, ossia quando si considerano solo i movimenti, come facevano i greci, senza considerare le forze in gioco (livello dinamico), il sistema eliocentico (col Sole al centro del sistema solare) e quello geocentrico (con la Terra al centro) sono perfettamente equivalenti. Si verifica insomma su scala enormemente maggiore lo stesso fenomeno che noi tutti sperimentiamo quando, per esempio, ci troviamo su un treno in stazione e guardando fuori dal finestrino non riusciamo a stabilire se è il nostro treno che si muove o quello accanto che si muove in senso contrario.

Gli astronomi greci, quindi, hanno diritto a molte attenuanti. Essi, rispetto ai colleghi egiziani e soprattutto babilonesi che in quel periodo avevano raggiunto notevoli risultati nel campo dell'osservazione dei fenomeni celesti, avevano un formidabile vantaggio: potevano disporre degli strumenti di calcolo forniti dai primi sviluppi della geometria scientifica, nata proprio in quegli stessi decenni. Secondo la tradizione sarebbe stato il grande filosofo Platone a porre per la prima volta in termini chiari ed espliciti il problema di come spiegare i moti dei pianeti usando solo moti circolari e uniformi. Anche se oggi gli storici della scienza dubitano che le cose siano andate così, questa prescrizione ebbe un'importanza enorme per la storia della scienza, perché condizionò tutta la storia dell'astronomia fino a Keplero (inizi XVII secolo), il primo che introdusse le ellissi per descrivere le orbite dei pianeti. Lo stesso Copernico per esempio, che pure rovesciò l'altro postulato dell'astronomia classica (la terra posta al centro dell'universo), continuò a usare moti circolari uniformi. L'idea di poter e dover usare solo moti circolari e uniformi era dovuta a ragioni in parte filosofiche e in parte religiose, in quanto il cerchio è simbolo della perfezione e il moto circolare uniforme è quello che si avvicina di più all'immobilità divina. Nell'antichità la prima teoria astronomica completa e coerente con questi principi fu formulata dal matematico Eudosso di Cnido, che studiava presso l'Accademia di Platone.











La teoria di Eudosso


In base alla sua teoria, un pianeta si comporta come se fosse incastonato su un punto dell'equatore di una sfera di immense dimensioni. Questa sfera però, a differenza della visione ormai tradizionale, fa parte di un gruppo di sfere aventi tutte lo stesso centro, ossia la Terra (per questo la teoria è nota come «omocentrica»). Ogni sfera ha un'inclinazione e una velocità di rotazione diverse, e le trasmette meccanicamente alle sfere più piccole che stanno al suo interno (le sfere infatti sono pensate come se fossero connesse le une alle altre tramite i loro assi di rotazione). Il movimento del pianeta, visto dalla Terra che è al centro della sfera, è il risultato del moto di tutte le sue sfere. Eudosso in particolare aveva scoperto che se due di queste sfere ruotano in direzione opposta l'una rispetto all'altra il pianeta percorre una curva particolare a forma di otto (detta «ippopede» perché assomiglia alle pastoie dei cavalli, ma che in effetti è una lemniscata sferica, risultante dell'intersezione di una sfera e di un cilindro che la tocchi internamente in un solo punto). Tale curva assomiglia molto alle traiettorie disegnate in cielo dai pianeti e perciò serviva ottimamente allo scopo di Eudosso: egli infatti non voleva tanto spiegare come sono fatti realmente i cieli, quanto descrivere con buona approssimazione i movimenti degli astri usando solo moti circolari uniformi. Il sistema omocentrico era complicato (prevedeva infatti ben 26 sfere concentriche, portate presto a 37 da Callippo, successore di Eudosso) ma soprattutto presentava anche delle difficoltà insormontabili. La più grave era il fatto che i pianeti, in particolare Marte, cambiano periodicamente luminosità, come se la loro distanza dalla terra cambiasse con la stessa frequenza (e noi oggi sappiamo che in effetti è proprio così). La teoria di Eudosso invece prevedeva che i pianeti fossero sempre alla stessa distanza dalla Terra e quindi, per usare la terminologia di oggi, non poteva risolvere questa anomalia o, per usare quella greca, non riusciva a «salvare i fenomeni». Come teoria astronomica perciò dovette essere rapidamente abbandonata dagli specialisti.

Tuttavia, prima che potesse essere sostituita da qualcosa di più convincente, apparve sulla scena il grande filosofo Aristotele (seconda metà IV sec. a.C.), che non trovando niente di meglio inglobò la teoria delle sfere omocentriche nella sua cosmologia. Aristotele, a differenza di Eudosso, voleva spiegare la natura e perciò interpretò le sfere omocentriche come se fossero delle realtà fisiche, realmente esistenti. Con lui il cosmo diventò un immenso e affascinante meccanismo, che si muoveva secondo uno schema ordinato e meraviglioso. La fisica di Aristotele, dopo un periodo di oblio, fu riscoperta dagli arabi e poi trasmessa a tutto il mondo occidentale come «il» sapere sulla natura e sul cosmo. Per molti secoli Aristotele rappresentò l'autorità somma nel campo della conoscenza della natura: fu attraverso di lui che la teoria di Eudosso, nata come strumento matematico, condizionò la cosmologia, la filosofia e in ultima analisi la visione del mondo per i successivi duemila anni circa.









Oltre Eudosso


Gli astronomi che vennero dopo Aristotele si comportarono invece esattamente come gli scienziati moderni: dal momento che il sistema di Eudosso poneva dei problemi che non poteva risolvere, essi cercarono altre soluzioni, completamente diverse. L'unico aspetto che rimase costante fu il fatto che venivano previsti solo moti circolari e uniformi. Nel corso del III secolo a.C. si diffusero così due nuovi modelli geometrici per interpretare il moto dei pianeti: quello detto «epicicloidale» e quello detto a «eccentrico».
Nel primo, il pianeta ruota a velocità costante su un cerchio, detto appunto «epiciclo», il cui centro si sposta a sua volta su un cerchio più grande detto «deferente» con al centro la terra. Nel secondo, il pianeta ruota su un cerchio il cui centro è spostato all'esterno della Terra. Non è noto chi abbia introdotto questi modelli. Essi sono equivalenti da un punto di vista geometrico e ottengono entrambi lo scopo di far variare la distanza dei pianeti dalla Terra (rendendo ragione della loro variazione di luminosità) riuscendo anche a giustificare il moto retrogrado dei pianeti. Non si trattava però di una descrizione della «realtà», come se nel cielo esistessero veramente delle specie di gigantesche «manovelle», ma solo di ipotesi introdotte per giustificare il movimento dei pianeti. In effetti, anche a causa dello scarso numero di osservazioni che gli astronomi avevano a disposizione, i due sistemi riuscivano a interpretare i fenomeni osservati in modo convincente, e apparivano perciò una conferma del presupposto secondo cui il moto fondamentale fosse quello circolare e uniforme.








L'astronomia ellenistica


Nel periodo ellenistico (323-146 a.C.) l'astronomia greca migliorò notevolmente rispetto a quella babilonese o egizia perché seppe sfruttare lo sviluppo della geometria, in particolare la sua sistemazione in un tutto organico e coerente a opera di Euclide. Fu questo fatto che permise agli scienziati greci di ottenere alcuni dei loro risultati più notevoli. Per esempio Aristarco, vissuto nel II sec. a.C., riuscì a progettare un sistema per determinare la distanza della Luna rispetto alla Terra: secondo i suoi calcoli essa era pari a 40 diametri terrestri (il valore corretto è circa 30,5). Esaminando poi le osservazioni condotte durante le eclissi aveva determinato anche la distanza tra la Terra e il Sole, dichiarandola pari a 760 diametri terrestri (qui Aristarco fu tradito dai suoi strumenti di osservazione: il valore corretto è circa 20 volte maggiore).
L'astronomo che sfruttò al meglio le possibilità offerte dallo strumento matematico, introducendo per la prima volta l'uso delle funzioni trigonometriche e usando il calcolo per prevedere la posizione dei pianeti, fu Ipparco di Nicea (150 a.C. circa). Usando abilmente alcune osservazioni effettuate durante le eclissi di Sole e di Luna migliorò notevolmente la stima della distanza Terra-Luna (che fissò in un intervallo tra 29,5 e 33,6 diametri terrestri circa, ossia praticamente uguale a quello reale). Compilò uno dei primi cataloghi di stelle al mondo e mentre effettuava questo lavoro si accorse che le stelle modificano lentamente la loro posizione rispetto agli equinozi (ossia i punti sulla volta celeste in cui l'equatore celeste e l'eclittica si intersecano): è il fenomeno oggi noto come «precessione degli equinozi», una delle scoperte più importanti di tutta l'astronomia antica. Per dare un'idea dell'accuratezza delle osservazioni di Ipparco basti dire che questo lentissimo movimento è inferiore a 1° ogni cento anni.








Tolomeo


Tutte le conoscenze e i risultati dell'astronomia ellenistica confluirono nell'opera del più grande astronomo dell'antichità, Claudio Tolomeo, vissuto ad Alessandria d'Egitto tra 130 e il 175 d.C. La sua opera più famosa, universalmente nota col nome arabo di Almagesto, rimase il punto di riferimento in campo astronomico fino al XVII secolo. La rappresentazione dei moti celesti raggiunse in questo libro un notevole grado di complessità. Tolomeo infatti scelse di combinare insieme sia il modello a epicicli sia quello a eccentrici, in modo da usare gli epicicli per rappresentare alcune variazioni di velocità dei pianeti e gli eccentrici per rappresentarne altre. Tuttavia questo accorgimento non era ancora sufficiente per giustificare alcuni dati ricavati da certe osservazioni. Per poter includere anche questi dati Tolomeo fu costretto a formulare un'ulteriore ipotesi: il moto del pianeta è uniforme non rispetto alla Terra, da cui noi lo osserviamo, e neppure rispetto all'eccentrico (che era, ricordiamolo, il centro del cerchio su cui si muoveva il centro dell'epiciclo), ma rispetto a un terzo punto, detto «equante», simmetrico alla Terra rispetto all'eccentrico. I dati calcolati accettando questo postulato concordavano molto bene con i dati ricavati dall'osservazione di quasi tutti i pianeti (meno Marte: non a caso sarà proprio studiando la sua orbita che Keplero formulò all'inizio del Seicento le sue famose leggi sul moto dei pianeti). Di fatto il moto risultante da questi artifici introdotti «ad hoc» (cioè inventati per giustificare specifici risultati forniti dalle osservazioni) era molto simile a un ellisse, che è, come sappiamo oggi, l'orbita vera. Tolomeo però non poteva svincolarsi dal «paradigma scientifico» della sua epoca e continuò a sentirsi obbligato a usare solo moti circolari uniformi per descrivere le traiettorie dei pianeti.
Nessuno scienziato dell'antichità o del medioevo riuscì a superare i risultati di Tolomeo: la bontà del suo sistema è testimoniata dal fatto che ancora nel XVII secolo il padre gesuita Matteo Ricci, missionario in Cina, riusciva a ottenere usando il sistema tolemaico previsioni astronomiche migliori di quelle degli astronomi cinesi. Tuttavia la sua teoria, come ogni teoria scientifica, era destinata a essere «falsificata» da un fatto che essa non riusciva a spiegare. Questo avvenne agli inizi del XVII secolo e segnò l'inizio di una nuova fase della storia dell'astronomia.

Vedi anche

  • Testo

    Quasi contemporaneamente allo sviluppo dell'orologio, che permette di controllare e quindi di dominare il tempo, si assiste allo sviluppo della carta nautica, che permette di controllare e quindi di dominare lo spazio.<br />Esattamente come ..."> La nuova concezione dello spazio

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