Il Sistema Solare: Le Teorie e le Leggi
A cura della prof.ssa Albina Del Grosso
Teoria geocentrica
Il modello geocentrico è molto intuitivo ed è stato concepito da varie civiltà e culture che precedettero l'attuale civiltà scientifica. Nell'antica Grecia esso si fuse con le concezioni filosofiche di chi (ad es. Platone ed Aristotele) basava il proprio sistema su armonie matematiche e geometriche. I pianeti si trovavano nell‘iperuranio (lo spazio "oltre il cielo", cioè sovralunare) ed erano perfetti, quindi dovevano avere orbite perfette. Poiché il cerchio era considerato la forma perfetta, i movimenti dei corpi celesti dovevano essere circolari ed il cosmo doveva essere suddiviso in una serie di sfere concentriche. La sfera centrale (detta sublunare) era occupata dalla Terra e dalla sua atmosfera; essa era l'unica parte "imperfetta" del cosmo, sia perché entro di essa i moti erano rettilinei, sia perché mutevole. Al di fuori di questa sfera ve ne erano altre otto, le prime corrispondenti ai sette pianeti: Luna, Mercurio, Venere, Sole, Marte, Giove e Saturno e l'ultima alle stelle fisse. Ogni oggetto celeste sarebbe stato "incastonato" nella propria sfera e ne avrebbe quindi condiviso il moto circolare uniforme (perfetto, immutabile ed eterno) attorno alla Terra. In età medievale, i Cristiani aggiunsero una nona "sfera", chiamata Primo Mobile e successivamente una decima, che fu chiamata Empireo, luogo nel quale risiedeva Dio.
Il sistema geocentrico fu perfezionato nel II secolo a.C. dal massimo astronomo dell'antichità, Ipparco di Nicea. Poiché nessuna delle opere di Ipparco è giunta fino a noi, i dettagli di questo sistema ci sono noti attraverso l'opera dell'ultimo grande astronomo dell'antichità, Tolomeo, che riprese e perfezionò l'opera di Ipparco. Il sistema è quindi spesso indicato come tolemaico.
Teoria tolemaica • Nel II secolo d.C., l'astronomo alessandrino Claudio Tolomeo, nell'opera tradotta e tramandata dagli arabi col nome di Almagesto, espone la sua teoria geocentrica. Alla base di questo sistema sta il principio della circolarità ed uniformità dei moti celesti, uno dei cardini delle concezioni aristoteliche. Il modello mentale era quello, per dirla con Platone, di ”subordinare le leggi fisiche a principi divini e trascendenti, salvando i fatti”, cioè di ricondurre le apparenze, costituite dalle vistose irregolarità dei moti planetari, alla realtà di un moto che si supponeva dover essere circolare ed uniforme, in quanto perfetto, senza inizio e senza fine. Nella concezione tolemaica la Terra sta al centro del mondo ed attorno ad essa ruota la sfera celeste con la Luna, il Sole e le stelle fisse.
epiciclo
Luna
deferente
• Per spiegare il moto di Mercurio, Venere, Marte, Giove e Saturno si suppose che essi si muovessero di moto circolare uniforme su circonferenze, dette epicicli, i cui centri si muovevano, sempre di moto uniforme, su altre circonferenze di diametro maggiore, chiamati deferenti. • La rappresentazione geometrica che ne deriva è convincente. • Nel momento in cui nuove osservazioni introducevano nuovi fatti da spiegare, l'aggiunta di uno o più epicicli sugli epicicli precedenti risolveva i problemi.
Teoria copernicana
Il sistema geocentrico fu accettato per quasi due millenni, ma alla fine esso fu sostituito a causa della rinascita dell'osservazione empirica (ad es. con Tycho Brahe maestro di Keplero) e dell'adozione del metodo scientifico. Le orbite dei pianeti non potevano essere adeguatamente spiegate ricorrendo a puri cerchi. L'adozione del sistema eliocentrico e l'abbandono delle orbite circolari a favore di quelle ellittiche (leggi di Keplero) non fu privo di vittime: la Chiesa cattolica difese strenuamente il sistema geocentrico, giungendo nel 1600 alla condanna al rogo come eretico del filosofo Giordano Bruno (reo, oltre che di aver abbracciato la teoria copernicana contraddicendo le scritture, di aver definito le stelle come angeli e corpi dotati di anima razionale, di aver ascritto alla Terra un'anima sensitiva e razionale e di aver sostanzialmente negato la creazione divina, l'immortalità dell'anima e l'unicità dell'uomo nell'universo attraverso diverse proposizioni filosofiche contestategli nel corso del processo ove fu condannato) e, a distanza di qualche decennio, costringendo Galileo Galilei ad abiurare le proprie opere.
Sospettato di eresia e accusato di voler sovvertire la filosofia naturale aristotelica e le Sacre Scritture (ispirate dallo Spirito Santo), Galileo Galilei fu processato e condannato dal Sant'Uffizio, nonché costretto, il 22 giugno1633, all'abiura delle sue concezioni astronomiche e al confino nella propria villa di Arcetri. Questo processo è stato annullato 359 anni dopo, il 31 ottobre 1992, dal cardinale Poupard che scrive che la condanna del 1633 fu ingiusta e arretrata, per un'indebita commistione di teologia e cosmologia pseudo-scientifica e da Papa Giovanni Paolo II, nel suo discorso ai partecipanti alla sessione plenaria della Pontificia Accademia delle Scienze.
La rivoluzione copernicana: la Teoria eliocentrica L’astronomo polacco Micolaj Kopernik, italianizzato Niccolò Copernico (1473-1543), avanzò un'idea nuova e innovativa partendo da alcune teorie greche classiche (le idee di Iceta di Siracusa, di Filolao, di Eraclide Pontico, di Ecfanto e di Aristarco di Samo): in seguito a precisi calcoli matematici pose al centro del modello cosmologico il Sole e spostò la Terra ruotante (con moto di rotazione e rivoluzione) nella sfera del Vº cielo. Copernico conscio che le sue idee avrebbero rivoluzionato le convinzioni scientifiche del tempo pubblicò le sue teorie, espresse nel "De Revolutionibus" (1543), solo in punto di morte. http://catalogo.museogalileo.it/multimedia/SistemaCopernico.html
"Tutte le sfere ruotano intorno al Sole come al loro punto centrale e pertanto il centro dell'Universo è il Sole (...). Il moto della sola Terra è pertanto sufficiente a spiegare tutte le disuguaglianze che appaiono nel cielo". (Niccolò Copernico, “De revolutionibus orbium coelestium, 1543)
"Il fatto che il Sole sia stazionario e la Terra in movimento è una delle più entusiasmanti scoperte nella storia della scienza. Ed è anche una delle più sconcertanti, perché è in conflitto con l'esperienza quotidiana. (...) La teoria eliocentrica ha messo in crisi la stessa nozione di conoscenza basata sui sensi e ha aperto un nuovo modo di interpretare il mondo, fondato sul ragionamento matematico". (SHEA, W, “Copernico. Un rivoluzionario prudente, I grandi della scienza n. 20, ottobre 2004)
Leggi di Keplero
http://catalogo.museogalileo.it/multimedia/LeggiKeplero.html http://www.raiscuola.rai.it/articoli/le-leggi-di-keplero-parteprima/8920/default.aspx http://www.raiscuola.rai.it/articoli/le-leggi-di-keplero-parteseconda/8921/default.aspx
• Keplero (Johannes Kepler), astronomo tedesco, rappresentò una personalità importantissima nello studio dei movimenti dei pianeti, utilizzò gli studi di Ticho Brahe e concretizzò in tre leggi le teorie di Copernico. • Keplero, assieme a Galilei, Newton e Copernico si può considerare una delle personalità più importanti nel panorama della storia della scienza. • Le tre leggi contribuirono attivamente a portare un cambiamento notevole nell'ambito della cosiddetta "rivoluzione scientifica", egli enuncio le tre leggi riguardanti il moto dei pianeti basandosi sugli studi effettuati sul pianeta Marte.
1^ legge (1608)
Le orbite descritte dai pianeti intorno al Sole sono ellissi, di cui il Sole occupa uno dei due fuochi. →Le distanza dei pianeti dal Sole non sono costanti e oscillano tra due posizioni limite, perielio, distanza minima e afelio, distanza massima
2^ legge (1609)
Un raggio immaginario che congiunga il Sole con un pianeta spazza aree uguali in tempi uguali. → la velocità orbitale è diversa nell’arco della rivoluzione, massima in perielio e minima in afelio
3^ legge (1619)
Il rapporto tra il quadrato del periodo di rivoluzione (T) e il cubo del semiasse maggiore dell’orbita (a) è lo stesso per tutti i pianeti T2/a3=K → I pianeti più lontani dal Sole si muovono più lentamente
La legge della gravitazione universale di Isaac Newton Seconda legge della dinamica: Due punti materiali qualsiasi si attraggono lungo la loro congiungente con una forza direttamente proporzionale al prodotto delle loro masse e inversamente proporzionale al quadrato della distanza.
G è la costante di gravitazione e vale 6.67×10-11 Nm2/ kg2
• Con l'opera di Newton, i cui risultati furono pubblicati nel 1687 nell'opera Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, giunge a compimento, dopo circa 140 anni la revisione iniziata da Niccolò Copernico dei modelli interpretativi delle osservazioni ad occhio nudo dei moti apparenti dei pianeti. • Alla visione del mondo che salva la realtà metafisica, si sostituisce una visione del mondo che descrive la realtà attraverso leggi fisiche, di valore universale, che hanno come banco di prova la sperimentazione. • La storia ci dice che questo passaggio non fu indolore.
