La prima rivoluzione: questione di punti di vista!

Il fatto che il Sole sia il centro del nostro sistema solare e che tutti i pianeti (Terra compresa) gli girino intorno dovrebbe essere una cosa ovvia per tutti.
Oggi fa sorridere pensare che i nostri avi erano invece fermamente convinti che la Terra fosse il centro immobile di tutto l’universo ma non dimentichiamo che ci sono voluti millenni, dispute e morti per far sì che l’Uomo si accorgesse che le cose non stavano esattamente così.

Tra l’altro, se ci facciamo caso, anche noi “uomini moderni” diciamo continuamente cose come “il Sole sorge” o “la Luna tramonta” proprio come se ancora pensassimo che sia il cielo a muoversi.

In effetti bisogna riconoscere che guardando in su, a prima vista tutto fa pensare che il pavimento su cui poggiamo i piedi sia fisso e che tutto quello che ci sta sopra ci giri intorno. In particolare ci si accorge subito del fatto che, di notte, le stelle ruotano tutte insieme

La semplice consapevolezza di questo fatto ha portato alla nascita del cosiddetto “modello cosmologico a 2 sfere”, il quale prevede una sfera fissa al centro dell’universo (la Terra) e un’altra sfera, più grande della prima, che racchiude il tutto, che ruota intorno alla sfera centrale e a cui sono attaccate le stelle.
Oltre a questa sfera esterna, ovviamente, non c’è niente. 

La questione si complica quasi subito, perché l’Uomo, non avendo granché di meglio da fare alla sera, studia il cielo e si accorge che non tutto si muove allo stesso modo: mentre stelle (e costellazioni) non cambiano mai la loro posizione reciproca esistono alcuni “astri”, 7 per la precisione, che sembrano seguire traiettorie tutte particolari rispetto alle stelle cosiddette fisse.

Fanno parte di questo gruppo naturalmente il Sole e la Luna (il fatto che nel corso di un anno noi possiamo vedere stelle diverse è conseguenza del fatto che il Sole non è sempre “davanti” alla stessa zona di cielo) ma anche altre “luci” più piccole, alle quali viene dato il poetico nome di “planetes”, che in Greco significa “vagabondi” o “erranti” e che vengono battezzati Mercurio, Venere, Marte, Giove e Saturno.

Tutti questi 7 corpi stanno, ovviamente, all’interno delle due sfere di cui si parlava e devono essere attaccati ognuno a una propria sfera che ruota intorno alla Terra con diversa velocità. 

Questo, a grandi linee, era ciò che, alzando lo sguardo al cielo, s’immaginava un cittadino qualunque vissuto all’epoca dell’antica Grecia. Scrivo a grandi linee perché in realtà, per il cruccio degli astronomi dell’epoca, la situazione è ben più complicata…

La natura infatti vuole che quei cinque piccoli erranti ribelli si muovano in modo davvero strano: in particolare, se li si osserva per un bel po’ di tempo, si scopre che a un certo punto si fermano, tornano indietro e poi ricominciano ad andare nella direzione iniziale. 

Se non ve ne siete mai accorti è solo perché non li avete guardati abbastanza a lungo.

Potete immaginare quanto questo faccia a pugni con una visione armoniosa del cosmo in cui tutto si muove su orbite circolari! 

Il guaio è che, anziché cercare un altro modo di interpretare il tutto, gli astronomi hanno preferito mantenere l’uso del cerchio e inventare stratagemmi anche piuttosto complessi per giustificare i dati osservativi.

Ecco allora che compaiono i famosi epicicli e deferenti, il cui funzionamento si può riassumere brevemente così: “Marte non si muove in modo circolare intorno alla Terra ma bensì viaggia lungo una circonferenza (l’epiciclo) il cui centro si muove lungo un’altra circonferenza (il deferente) che ha come centro la Terra.”

In questo modo, aggiustando opportunamente le velocità di epiciclo e deferente si riesce a ottenere una traiettoria che si avvicina a quella vera. 

Ecco qui un’animazione che ho realizzato con Geogebra in cui si possono vedere alcune combinazioni di diverse velocità epiciclo/deferente:

Per “giocare” direttamente con il file interattivo clicca qui
[Per gentile concessione dell’autore]

Ma tutto questo non basta, perché i risultati sono sì più precisi di prima, ma non sono ancora perfetti.

Si rende necessario aggiungere altre correzioni chiamate “Eccentrici” ed “Equanti”. In poche parole si pensa che i deferenti abbiano in realtà un centro che non coincide con la Terra (ma che comunque gli gira intorno) e anche che le velocità di queste sfere siano costanti, ma rispetto a un punto diverso dal centro della Terra.
Un bel guazzabuglio, insomma!

Come si può intuire, il tutto è decisamente difficile da gestire.
Chissà, magari è per questo che è nata l’espressione “fare calcoli astronomici” per indicare qualcosa di estremamente complicato.

Un modello così strutturato è detto “modello Tolemaico” dal nome di Tolomeo, l’astronomo greco che lo ha elaborato. 

Per dare un’idea della complessità del modello, ho realizzato un’animazione utilizzando il software Geogebra e che spiego in questo video.

Potete aprire il file interattivo cliccando qui mentre di seguito c’è una GIF che ne mostra una parte.

A sinistra si vede il movimento di alcuni pianeti nel modello eliocentrico mentre a destra si vede il movimento degli stessi pianeti (e del Sole) nel modello geocentrico di Tolomeo.

Ammetto che si tratta comunque di una semplificazione (in particolare per la forma circolare delle orbite), ma le distanze e le velocità sono una buona approssimazione di quelle reali.

La differenza fra le due strutture non ha bisogno di commenti
[per gentile concessione dell’autore]

Questo è ciò che ogni astronomo sapeva e riteneva giusto fino alla fine del XVI secolo. 

Nel 1543, infatti, poco prima di morire, Niccolò Copernico pubblica il suo “De Revolutionibus Orbium Celestium” (La rivoluzione delle sfere celesti) in cui propone un modello che abbia il Sole al centro e in cui la Terra gli giri intorno.

In pratica Copernico propone un cambio di punto di vista – o se preferite di “sistema di riferimento”, come ci ha spiegato Andrea nel suo articolo – che, come si vede nell’animazione di poco fa, semplifica notevolmente la descrizione dell’universo. 

Gli astronomi iniziano a usare il modello copernicano ma considerandolo una specie di trucco matematico senza un’effettiva corrispondenza con la realtà. Bisognerà aspettare l’inizio del ‘600 quando Galileo, rispolverando il De Revolutionibus, sosterrà che la Terra è davvero in movimento intorno al Sole… E la cosa gli procurerà non pochi guai!

Magari qui su Bar Scienza, in qualche prossimo articolo, ci sarà occasione di parlare della vicenda di Galileo. 

Intanto però concludo con una domanda: “Avete notato la coincidenza?” Copernico usa nel titolo della sua opera la parola “rivoluzione” perché si occupa di orbite planetarie, ma allo stesso tempo la medesima parola sembra preannunciare il cambiamento epocale che ha avuto origine proprio con quel libro.

Bè, non è una coincidenza: molto probabilmente la parola “rivoluzione” è stata usata per indicare qualche grande stravolgimento proprio perché, nel 1543, un grande cambiamento ha avuto origine da un testo intitolato “La rivoluzione”. 

Se vogliamo, questo fa di Copernico il primo rivoluzionario!

Roberto Virzi 
Ha studiato Astrofisica a Milano e subito dopo ha iniziato a svolgere il suo mestiere preferito: insegnare Matematica e Fisica nelle scuole superiori. Altre grandi passioni: la sua famiglia, le gite in montagna e la divulgazione scientifica.

Fonti e approfondimenti:

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